Учение о клетке
ппу (СООН), аминогруппу (NH2)
и радикал, которым одна аминокислота отличается от другой. В молекуле белка
аминокислоты химически соединены
прочной пептидной связью (—CO—NH—), в которой углерод карбоксильной группы
одной аминокислоты соединяется с азотом аминогруппы последующей
аминокислоты. При этом выделяется молекула воды. Соединение, состоящее из
двух или большего числа аминокислотных остатков, называется полипептидом.
Последовательность аминокислот в полипептидной цепи определяет первичную
структуру молекулы белка.
В молекуле того или иного белка одни аминокислоты могут многократно
повторяться, а другие совсем отсутствовать. Общее число аминокислот,
составляющих одну молекулу белка, иногда достигает нескольких сотен тысяч.
В результате молекула белка представляет собой макромолекулу, т.е. молекулу
с очень большой молекулярной массой.
Химические и физиологические свойства белков определяются не только тем,
какие аминокислоты входят в их состав, но и тем, какое место в длинной
цепочке белковой молекулы занимает каждая из аминокислот. Так достигается
огромное разнообразие первичной структуры белковой молекулы. В живой клетке
белки имеют еще вторичную и третичную структуру. Вторичная структура
белковой молекулы достигается ее спирализацией; длинная цепочка соединенных
между собой аминокислот закручивается в спираль, между изгибами которой
возникают более слабые водородные связи. Третичная структура определяется
тем, что спирализованная молекула белка еще многократно и закономерно
сворачивается, образуя компактный шарик, в котором звенья спирали
соединяются еще более слабыми бисульфидными связями (-S—S—). Кроме того, в
живой клетке могут быть и более сложные формы — четвертичная структура,
когда несколько молекул белка объединяются в агрегаты постоянного состава
(например, гемоглобин).
Белки выполняют в клетке разнообразные функции. Функциональной
активностью обладают белки с третичной структурной организацией, но в
большинстве случаев только переход белков третичной организации в
четвертичную структуру обеспечивает специфическую функцию.
Ферментативная функция. Все биологические реакции в клетке протекают
при участии особых биологических катализаторов — ферментов, а любой фермент
— белок, ферменты локализованы во всех органеллах клеток и не только
направляют ход различных реакций, но и ускоряют их в десятки и сотни тысяч
раз. Каждый из ферментов строго специфичен. Так, распад крахмала и
превращение его в сахар (глюкозу) вызывает фермент амилаза, тростниковый
сахар расщепляет только фермент инвертаза и т.д. Многие ферменты давно уже
применяют в медицинской, а также в пищевой (хлебопечение, пивоварение и
др.). промышленности.
Структурная функция. Белки входят в состав всех мембран, окружающих и
пронизывающих клетку, и органелл. В соединении с ДНК белок составляет тело
хромосом, а в соединении с РНК — тело рибосом. Растворы низкомолекулярных
белков входят в состав жидких фракций клеток.
Транспортная функция. Именно с белками связан перенос кислорода, а также
гормонов в теле животных и человека (его осуществляет белок крови —
гемоглобин).
Двигательная функция. Все виды двигательных реакций клетки выполняются
особыми сократительными белками, которые обусловливают сокращение
мускулатуры, движение жгутиков и ресничек у простейших, перемещение
хромосом при делении клетки, движение растений.
Защитная функция. Многие белки образуют защитный покров, предохраняющий
организм от вредных воздействий, например роговые образования — волосы,
ногти, копыта, рога. Это механическая защита.
В ответ на внедрение в организм чужеродных белков (антигенов) в клетках
крови вырабатываются вещества белковой природы (антитела), которые
обезвреживают их, предохраняя организм от повреждающего действия. Это
иммунологическая защита.
Энергетическая функция. Белки могут служить источником энергии.
Расщепляясь до конечных продуктов распада — диоксида углерода, воды и
азотсодержащих веществ, они выделяют энергию, необходимую для многих
жизненных процессов в клетке.
Углеводы. Это необходимый компонент любой клетки. В растительных клетках
их значительно больше, чем в животных. Углеводы содержат только углерод,
водород и кислород. К простейшим углеводам относятся простые сахара
(модосахариды). Они содержат пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов
углерода и столько же молекул воды. Примерами моносахаридов могут служить
глюкоза и фруктоза, находящиеся во многих плодах растений. Кроме растений
глюкоза входит также в состав крови.
Сложные углеводы состоят из нескольких молекул простых углеводов. Из двух
моносахаридов образуется дисахарид. Пищевой сахар (сахавоза), например,
состоит из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы. Значительно большее число
молекул простых углеводов входит в такие сложные углеводы, как крахмал,
гликоген, клетчатка (целлюлоза). В молекуле клетчатки, например, от 300 до
3000 молекул глюкозы.
Углеводы — своеобразное «топливо» для живой клетки;
окисляясь, они высвобождают химическую энергию, которая расходуется клеткой
на процессы жизнедеятельности. Углеводы выполняют и важные строительные
функции, например у растений из них образуются стенки клеток.
Жиры и липоиды. В качестве обязательного компонента содержатся в любой
клетке. Жиры представляют собой соединение глицерина с различными жирными
кислотами, липоиды — эфиры жирных кислот и спиртов, но не глицерина. Именно
этим кислотам липоиды обязаны своим важным биологическим свойством — не
растворяться в воде. Этим же определяется и их роль в биологических
мембранах клетки. Средний, липидный, слой мембран препятствует свободному
перемещению воды из клетки в клетку. Жиры используются клеткой как источник
энергии. Подкожный жир играет важную теплоизоляционную роль.
[pic]
У животных, особенно у водных млекопитающих. У животных, впадающих
[pic]
зимой в спячку жиры обеспечивают организм необходимой энергией. Они
составляют запас питательных веществ в сменах и плодах растений.
Нуклеиновые кислоты. Впервые были обнаружены в ядрах клеток. Существует два
типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонук-леиновые (ДНК) и рибонуклеиновые
(РНК), ДНК образуется и содержится преимущественно в ядре клетки,
Рис. 1. Модель двойной спирали молекулы ДНК. А — участок двуспиральной
молекулы ДНК; Б — схема участка деспирализованных цепей. Ясно видна
комплементарность оснований, водородные связи между ними показаны точками
РНК, возникая в ядре, выполняет свои функции в цитоплазме и ядре.
Молекула ДНК — очень длинная двойная цепочка, спирально закрученная
вокруг своей продольной оси (рис. 1). Длина ее во многие сотни раз
превышает длину цепочки белковой молекулы. Каждая одинарная цепочка
представляет собой полимер и состоит из отдельных соединенных между собой
мономеров — нуклеотидов.
В состав любого нуклеотида входят два постоянных химических компонента
(фосфорная кислота и углевод дезоксирибоза) и один переменный, который
может быть представлен одним из четырех азотистых оснований: аденином,
гуанином, тимином или цитозином. Поэтому в молекулах ДНК всего четыре
разных нуклеотида. Разнообразие же молекул ДНК огромно и достигается
благодаря различной последовательности нуклеотидов в цепочке ДНК.
Две цепи ДНК соединены в одну молекулу азотистыми основаниями. При этом
аденин соединяется только с тимином, а гуанин - с цитозином. В связи с этим
последовательность нуклеотидов в одной цепочке жестко определяет
последовательность в другой цепочке. Строгое соответствие нуклеотидов друг
другу в парных цепочках молекулы ДНК получило название комплементарности
(рис. 1). Это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе
исходной молекулы.
Редупликация сводится к тому, что под действием специального фермента
исходная двойная цепочка молекулы ДНК постепенно распадается на две
одинарные — и тут же к каждой из них по принципу химического сродства
(аденин к тимину, гуанин к цитозину) присоединяются свободные нуклеотиды.
Так восстанавливается двойная цепь ДНК. Но теперь таких двойных молекул уже
две. Поэтому синтез ДНК и получил название редупликации (удвоения): каждая
молекула ДНК как бы сама себя удваивает. Роль ДНК заключается в хранении,
воспроизведении и передаче из поколения в поколение наследственной
информации.
Молекулярная структура РНК близка к таковой ДНК. Но есть и существенные
различия. Молекула РНК — не двойная, а одинарная цепочка из нуклеотидов. В
ее состав входят также четыре типа нуклеотидов, но один из них иной, чем в
ДНК: вместо тимина в РНК содержится урацил. Кроме того, во всех нуклеотидах
молекулы РНК находится не дезоксирибоза, а рибоза. Молекулы РНК не столь
велики, как молекулы ДНК.
В клетке имеется три вида РНК. Названия их связаны с выполняемыми
функциями. Транспортные РНК (тРНК) — самые маленькие по размеру,
транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка. Информационные, или
матричные, РНК (мРНК) во много раз больше тРНК. Они переносят информацию о
структуре белка от ДНК к месту синтеза белка. Третий вид — рибосомальные
РНК (рРНК) — входят в состав рибосом. Все виды РНК синтезируются в ядре
клетки по тому же принципу комплементарности на одной из цепей ДНК.
Значение РНК состоит в том, что они обеспечивают синтез в кл
| |  скачать работу |
Учение о клетке |
