Характеристика хімічного складу організму

У всіх амінокислот можна виділити загальну, однакову частину молекули, яка містить аміно-і карбоксильної групи (виділена пунктирною рамкою). ), у каждой из 20 аминокислот имеет специфическое строение, и аминокислоты отличаются друг от друга только радикалами. Інша ж частина молекули, позначена як радикал (R), у кожній з 20 амінокислот має специфічну будову, і амінокислоти відрізняються один від одного тільки радикалами.

Амінокислоти, з'єднуючись один з одним пептидного зв'язком, утворюють довгі нерозгалужені ланцюга - поліпептиди. Пептидний зв'язок виникає при взаємодії карбоксильної групи однієї амінокислоти і аміногрупи іншої амінокислоти з виділенням води:

Пептидні зв'язку мають високу міцність, їх утворюють всі амінокислоти.

До складу білкової молекули входить один або кілька поліпептидів.

Крім пептидних, в білках виявляються ще дисульфідні, водневі, іонні та інші зв'язки.

Ці хімічні зв'язки можуть виникати між залишками амінокислот, які входять у різні ділянки одного і того ж поліпептиду чи знаходяться в різних поліпептиду, але обов'язково просторово зближені. У першому випадку завдяки таким зв'язків поліпептидний ланцюг приймає певну просторову форму. У другому випадку за допомогою непептидним зв'язків поліпептиди об'єднуються в білкову молекулу.

У результаті молекула білка є об'ємним, тривимірним утворенням, що має певну просторову форму. Для зручності розгляду просторової будови молекули білка умовно виділяють чотири рівні її структурної організації.

Перший рівень просторової організації білкової молекули називається первинною структурою і являє собою послідовність розташування амінокислот у поліпептидних ланцюгах. Фіксується ця структура міцними пептидними зв'язками. Іншими словами, первинна структура характеризує хімічну будову поліпептидів, що утворюють білкову молекулу. Кожен індивідуальний білок має унікальну первинну структуру.

Другий рівень просторової організації - вторинна структура - описує просторову форму поліпептидних ланцюгів. Наприклад, у багатьох білків поліпептидні ланцюги мають форму спіралі. Фіксується вторинна структура дисульфідними і різними нековалентними зв'язками.

Третій рівень просторової організації - третинна структура - відображає просторову форму вторинної структури. Наприклад, вторинна структура у формі спіралі, в свою чергу, може укладатися в просторі у вигляді глобули, тобто має кулясту або яйцевидну форму. Стабілізується третинна структура слабкими нековалентними зв'язкам, а також дисульфідними зв'язками і тому є найбільш нестійкою структурою.

Просторова форма всієї білкової молекули отримала назву конформація. Оскільки у молекулі білка поряд з міцними ковалентними зв'язками є ще менш міцні (нековалентниє) зв'язку, то його конформація характеризується нестабільністю і може легко змінюватися. Зміна просторової форми білка впливає на його біологічні функції. Конформація, перебуваючи в якій білок володіє біологічною активністю, називається нативної. Будь-які дії на білок, що призводять до порушення цієї конформації, супроводжуються частковою або повною втратою білком його біологічних властивостей. Зміна конформації в невеликих межах оборотно і є одним з механізмів регуляції біологічних функцій білків в організмі.

Четвертинної структурою володіють тільки деякі білки. Четвертинна структура - це складне надмолекулярних утворень, що складається з декількох білків, що мають свою власну первинну, вторинну і третинну структури. Кожен білок, що входить до складу четвертинної структури, називається субодиницею. Наприклад, білок крові гемоглобін складається з чотирьох субодиниць двох типів (а і Р) і має будову а ₂ рг-Асоціація субодиниць в четвертинну структуру призводить до виникнення нового біологічного властивості, відсутнього у вільних субодиниць. Наприклад, формування четвертинної структури в ряді випадків супроводжується появою каталітичної активності, якої немає у окремих субодиниць.

Об'єднуються субодиниці в четвертинну структуру за рахунок слабких нековалентних зв'язків, і тому четверичная структура нестійка і легко дисоціює на субодиниці. Освіта та дисоціація четвертинної структури є ще одним механізмом регулювання біологічних функцій білків.

З усіх структур білка кодується тільки первинна. За рахунок інформації, що містяться в молекулі ДНК, синтезуються поліпептидні ланцюги (первинна структура). Вищі структури (вторинна, третинна, четвертинна) виникають спонтанно у відповідності з будовою поліпептидів.

Класифікація білків

Білки діляться на прості (протеїни) складні (протеїди). Прості білки складаються тільки з амінокислот. До простих білків, які є в організмі людини, ставляться альбуміни, глобуліни, гістони, білки опорних тканин. У молекулі складного білка, крім амінокислот, ще є неамінокіслотная частина, звана простетичної групою. Залежно від будови про стетіческой групи виділяють такі складні білки, як фосфопро теіди (містять в якості простетичної групи фосфорну кислоту), нуклеопротеїни (містять нуклеїнових кислот), глікопротеїди (містять вуглевод), ліпопротеїди (містять липоиди), хромопротеїди (містять забарвлену простетичної групу) і ін

Можлива й інша класифікація білків, що випливає з їх просторової форми. У цьому випадку білки поділяються на два великих класи: глобулярні та фібрилярні.

Молекули глобулярних білків мають кулясту або еліпсоїдну форму. Прикладом таких білків є альбуміни і Глобу ліни плазми крові.

Фібрилярні білки представляють собою витягнуті молекули, у яких довжина значно перевищує їх діаметр. До таких білків перш за все необхідно віднести колаген - найпоширеніший білок у людини і вищих тварин, на частку якого припадає 25-30% від загальної кількості білків організму. Колаген має високу міцність та еластичність. Цей білок широко поширений в організмі, він входить до складу сполучної тканини, і тому його можна виявити в шкірі, стінках судин, м'язах, сухожиллях, хрящах, кістках, у внутрішніх органах.

НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ

За своєю будовою нуклеїнові кислоти є полинуклеотидами, що складаються з дуже великої кількості мононуклеотидів (нуклеотидів). Будь-який нуклеотид обов'язково включає в себе азотна основа (циклічне з'єднання, що містить атоми азоту і що має лужні властивості), вуглевод і фосфорну кислоту.

Азотисті основи бувають двох типів: пуринові і піримідинові.

До пуріновим підстав відносяться аденін і гуанін, що мають наступну будову:

Піримідинові підставами є урацил, тимін і цитозин:

Вуглеводом, що входять до складу нуклеотидів, може бути рибоза або дезоксирибоза, що знаходяться в циклічній формі:

) углевода. Азотисті основи приєднуються до першого вуглецевого атома (Cj) вуглеводу. Азотна основа, пов'язане з вуглеводом, називається нуклеозидів.

Нуклеозиди, що містять аденін і гуанін, називаються відповідно аденозин і гуанозин, а нуклеозиди з пірімідіновим підставами отримали назви: уридин, тимідин і цітідін.

Якщо до складу нуклеозиду входить дезоксирибоза, то в назву нуклеозиду входить ще приставка «дезокси-». Наприклад, нуклеозид, що складається з аденіну та рибози, називається «аденозин», а нуклеозид, що містить аденін і дезоксирибозу, носить назву «дезоксіаденозін», або в скороченому вигляді «д-аденозин».

Фосфорна кислота приєднується ефірним зв'язком до п'ятого атому вуглецю рибози або дезоксирибози. Тому нуклеотиди можна розглядати як нуклеозідфосфати.

Нуклеотиди, що входять до складу нуклеїнових кислот, мають один залишок фосфорної кислоти, а вільні нуклеотиди можуть містити від одного до трьох фосфатних залишків.

Назва нуклеотидів складається з трьох частин: назва нуклеозиду, що входить в даний нуклеотид; числівник, що показує кількість залишків фосфорної кислоти, і слово «фосфат»:

Наприклад, нуклеотид, що складається з аденіну, рибози і фосфорної кислоти, називається аденозинмонофосфат, або скорочено АМФ, і має наступну будову:

Нуклеотиди, що входять до нуклеїнові кислоти, з'єднуються один з одним у довгі полінуклеотидні ланцюга ефірними зв'язками, що йдуть від вуглеводу одного нуклеотиду до фосфорної кислоти сусіднього:

У результаті такого зв'язування утворюється довгий ланцюг, що складається з чергуються залишків вуглеводу і фосфорної кислоти. Азотисті основи безпосередньо в цей ланцюг не входять, вони як бічні гілочки приєднуються до вуглеводів. Відрізняються полінуклеотіди один від одного довжиною (тобто кількістю нуклеотидів) і послідовністю розташування азотистих основ.

Виявилося, що в одну молекулу нуклеїнових кислот може входити вуглевод тільки одного виду - рибоза або дезоксирибоза. На цій підставі всі нуклеїнові кислоти поділяються на два типи: рибонуклеїнові - РНК (містять рибозу) і дезоксирибонуклеїнові - ДНК (містять дезоксирибозу). Особливості будови і біологічні функ ції РНК і ДНК відображені в табл. 1.

Таблиця 1

Особливості будівель і властивості РНК н ДНК

Як видно з таблиці, ДНК має більш складну будову. Складається молекула ДНК з двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених у спіраль навколо загальної осі і утворюють подвійну спіраль (рис. 1).

Один виток кожної спіралі містить 10 нуклеотидів, діаметр подвійної спіралі близько 2 нм. Азотисті основи обох ланцюгів знаходяться усередині подвійної спіралі і з'єднані один з одним водневими зв'язками. Зв'язування (спаровування) азотистих основ здійснюється строго певним чином. Аденін завжди з'єднується з тиміном, а гуанін - з ци-тозіном, причому всі без винятку підстави одного ланцюга спарені з підставами другий. Внаслідок цього обидві нуклеотидні ланцюга, утворюють молекулу ДНК, мають однакову довжину і просторово відповідають один одному. Якщо в якомусь місці одного ланцюга знаходиться аденін, то обов'язково навпроти нього в іншому ланцюжку присутній тимін, а навпаки гуаніну завжди розташовується цитозин.

Таке просторове відповідність двох полінуклеотидних ланцюгів ДНК отримало назву комплементарність.

Принцип комплементарності лежить в основі таких найважливіших процесів, як реплікація (подвоєння молекули ДНК в процесі клітинного поділу), транскрипція (передача генетичної інформації з молекули ДНК інформаційної РНК в процесі синтезу білків) і трансляція (збірка з амінокислот білкової молекули на рибосомах).

Рис. 1. Схема будови ДНК

ВУГЛЕВОДИ

Вуглеводи - це альдегідоспірти або кетоспірти та їх похідні. У природі вуглеводи містяться головним чином в рослинах. В організмі людини вуглеводів близько 1%.

Основним природним вуглеводом є глюкоза, яка може бути як у вільному вигляді (моносахарид), так і в складі олігосахаридів (сахароза, лактоза та ін) і полісахаридів (клітковина, крохмаль, глікоген).

Емпірична формула глюкози С _б Н ₁₂ 0 _6. Проте, як відомо, глюкоза може мати різні просторові форми (ациклічні і циклічні). В організмі людини майже вся глюкоза (вільна і входить до оліго-і полісахариди) знаходиться в циклічній а-пиранозной формі:

Вільна глюкоза в організмі людини в основному знаходиться в крові, де її зміст досить постійно і коливається у вузькому діапазоні від 3,9 до 6,1 ммоль / л (70-110 мг%).

Іншим вуглеводом, типовим для людини і вищих тварин, є глікоген. Складається глікоген з сильно розгалужених молекул великого розміру, що містять десятки тисяч залишків глюкози. Емпірична формула глікогену - (С ₆ Н ₁₀ О _{5) п} (С ₆ Н ₁₀ О ₅ - залишок глюкози).

Глікоген є запасний, резервної формою глюкози. Основні запаси глікогену зосереджені в печінці (до 5-6% від маси печінки) і в м'язах (до 2-3% від їх маси).

Глюкоза і глікоген в організмі виконують енергетичну функцію, будучи головними джерелами енергії для всіх клітин організму.

ЛІПІДИ

Ліпіди - група різноманітних за будовою речовин, що володіють однаковими фізико-хімічними властивостями: ліпіди не розчиняються у воді, але добре розчиняються в органічних розчинниках (гас, бензин, бензол, гексан та ін.)

Ліпіди діляться на жири і жироподібні речовини (липоиди).

Молекула жиру складається з залишку спирту - гліцерину та трьох залишків жирних кислот, з'єднаних складноефірний зв'язком

Жирні кислоти, що входять до складу жирів, діляться на граничні, або насичені, (не мають подвійних зв'язків) і ненасичені, чи ненасичені, (містять одну або кілька подвійних зв'язків). Найбільш часто до складу природних жирів входять жирні кислоти, що містять 16 або 18 атомів вуглецю (насичені: пальмітинова, стеаринова; ненасичені: олеїнова, лінолева).

Відрізняються один від одного жири різного походження набором жирних кислот.

Подібно вуглеводів жири також є важливими джерелами енергії для організму. 1 г жиру при повному окисленні дає близько 9 ккал енергії, у той час як при повному окисленні 1 г вуглеводів або білків виділяється лише близько 4 ккал. Однак жири в порівнянні з вуглеводами важче окислюються і тому використовуються організмом для отримання енергії в другу чергу.

Липоиди є обов'язковими компонентами всіх біологічних мембран. В організмі людини є три класи ліпоїдів: фосфоліпіди, гліколіпіди і стероїди.