растворимые в воде, но нерастворимые в неполярных растворителях, имеющие, как

правило, сладковатый вкус. В зависимости от числа атомов различают триозы,

тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы. Наиболее распространены в природе

гексозы (глюкоза, фруктоза) – основные источники энергии в клетках (при

полном расщеплении 1г глюкозы высвобождается 17,6 кДж энергии) и пентозы

(рибоза, дезоксирибоза), входящие в состав нуклеиновых кислот.

Два или несколько ковалентно связанных друг с другом с помощью гликозидной

связи моносахарида образуют ди - или олигосахариды. Дисахариды также широко

распространены в природе: наиболее часто встречается мальтоза, или солодовый

сахар, состоящий из двух молекул глюкозы.

Биологическое значение углеводов состоит в том, что они являются мощным и

богатым источником энергии, необходимой клетке для осуществления

различных форм активности. Полисахариды – удобная форма накопления энергоемких

моносахаридов, а также незаменимый защитный и структурный компонент

клеток и тканей животных, растений и микроорганизмов. Некоторые полисахариды

входят в состав клеточных мембран и служат рецепторами, обеспечивая

узнавание клеток друг другом и их взаимодействие.

Липиды.

Липиды представляют собой органические вещества, не растворимые в воде, но

растворимые в неполярных растворителях – эфире, хлороформе, бензоле. Они

обнаруживаются во всех без исключения клетках и разделены на несколько классов,

выполняющих специфические биологические функции. Наиболее распространенными в

составе живой природы являются нейтральные жиры, или

триацилглицерины, воска, фосфоролипиды, стеролы

.

Содержание липидов в разных клетках сильно варьирует: от 2 – 3 до 50 – 90 % в

клетках семян растении и жировой ткани животных.

Структурными компонентами большинства липидов являются жирные кислоты.

Жирные кислоты являются ценным источником энергии. При окислении 1г жирных

кислот высвобождается 38 кДж энергии и синтезируется в два раза большее

количество АТФ, чем при расщеплении такого же количества глюкозы.

Жиры – наиболее простые и широко распространенные липиды. Жиры являются

основной формой запасания липидов в клетке. Жиры используются также в качестве

источника воды (при сгорании 1г жира образуется 1,1г воды). У многих

млекопитающих под кожей откладывается толстый слой подкожного жира, который

защищает организм от переохлаждения.

Воска - это сложные эфиры, образуемые жирными кислотами и много атомными

остаток фосфорной кислоты, являются основой всех клеточных мембран.

Стероиды составляют группу липидов, не содержащих жирных кислот и имеющих

особую структуру. К ним относится ряд гормонов, в частности кортизон,

вырабатываемый корой надпочечников, различные половые гормоны, а также

холестерин – важный компонент клеточных мембран у животных.

Белки.

Белки представляют собой самый многочисленный и наиболее разнообразный класс

органических соединений клетки. Белки – это биологические гетерополимеры,

мономерами которых являются аминокислоты.

Среди белков организма выделяют простые белки, состоящие только из

аминокислот, и сложные, включающие помимо аминокислот, так называемые

простатические группы различной химической природы. Липопротеины имеют в

своем составе липидный компонент, гликопротеины – углеводный. В состав

фосфопротеинов входит одна или несколько фосфатных групп. Металлопротеины

содержат различные металлы; нуклеопротеины – нуклеиновые кислоты.

Простетические группы обычно играют важную роль при выполнении белком его

биологической функции.

Белки выполняют в организме чрезвычайно важные и многообразные функции,

перечисленные в нижеследующей таблице, но несомненно наиболее значительной

является каталитическая, или ферментативная, функция.

Некоторые функции, выполняемые белками. Таблица.

Класс	Выполняемая функция	Примеры белков
Ферменты	Служат катализаторами определенных химических реакции; у разных организмов обнаружено более 2000 различных ферментов.	Амилаза расщепляет крахмал до глюкозы; липаза расщепляет жиры до глицерина и жирных кислот.
Структурные белки	Являются структурными компонентами биологических мембран и многих внутриклеточных органелл, главным компонентом опорных структур организма.	Коллаген хрящей и сухожилий, эластин соединительной ткани, кератин волос и ногтей.
Сократительные белки	Обеспечивают движение клеток, внутриклеточных структур.	Актин и миозин мышечного волокна, тубулин микротрубочек.
Транспортные белки	Связывают и переносят специфические молекулы и ионы из одного органа в другой.	Гемоглобин переносит кислород, сывороточный альбумин – жирные кислоты.
Пищевые белки	Питают зародыш на ранних стадиях развития и запасают биологически ценные вещества и ионы.	Казеин молока; ферритин, запасающий железо в селезенке.
Защитные белки	Предохраняют организм от вторжения других организмов и повреждений.	Антитела, вырабатываемые лимфоцитами, блокируют чужеродные антигены; фибриноген и тромбин, предохраняющие организм от кропотери.
Регуляторные белки	Участвуют в регуляции активности клетки и организма.	Инсулин регулирует обмен глюкозы; гистоны – генную активность.

Нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты составляют 1 – 5 % сухой массы клетки и представлены

моно- и полинуклеотидами. Мононуклеотид состоит из одного пуринового (аденин

– А, гуанин – Г) или пиримидиного (цитозин – Ц, тимин – Т, урацил – У),

азотистого основания, пятиуглеродного сахара (рибоза или дизоксорибоза) и 1-

3 остатков фосфорной кислоты.

Мононуклеотиды выполняют в клетке исключительно важные функций. Они выступают

в качестве источников энергии, причем АТФ является универсальным соединением,

энергия которого используется почти во всех внутриклеточных реакциях, энергия

ГТФ необходима в белоксинтезирующей деятельности рибосом. Производные

нуклеотидов служат также переносчиками некоторых химических групп, например

НАД (никотинамиддинуклеотид) – переносчик атомов водорода.

Однако наиболее важная роль нуклеотидов состоит в том, что они служат

строительными блоками для сборки полинуклеотидов РНК и ДНК (рибонуклеиновых и

дезоксирибонуклеиновых кислот).

РНК и ДНК – это линейные полимеры, содержащие от 70 – 80 до 10 в

9 степени мононуклеидов.

Нуклеотид РНК – содержит пятиугольный сахар – рибозу, одно из четырех

азотистых оснований (гуанин, урацил, аденин или цитозин) и остаток фосфорной

кислоты. Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пятиугольный сахар –

дезоксирибозу, одно из четырех основании (гуанин, тимин, аденин или цитозин)

и остаток фосфорной кислоты.

Данные рентгеноструктурного анализа показали, что молекулы ДНК большинства

живых организмов, за исключением некоторых фагов, состоят из двух

полинуклеотидных цепей, антипараллельно направленных. Молекула ДНК имеет

форму двойной спирали, в которой полинуклеотидные цепи закручены вокруг

воображаемой центральной оси. Спираль ДНК характеризуется рядом параметров.

Ширина спирали около 2 нм. Шаг или полный оборот спирали составляет 3,4 нм и

содержит 10 пар комплементарных нуклеотидов.

ДНК обладает уникальными свойствами: способностью к самоудвоению (репликации)

и способностью к самовосстановлению (репарации).

Репликация осуществляется под контролем ряда ферментов и протекает в

несколько этапов. Она начинается в определенных точках молекулы ДНК.

Специальные ферменты разрывают водородные связи между комплементарными

азотистыми основаниями, и спираль раскручивается. Полинуклеотидные цепи

материнской молекулы удерживаются в раскрученном состоянии и служат матрицами

для синтеза новых цепей.

С помощью фермента ДНК-полимеразы из имеющихся в среде трифосфатов

дезоксиринуклеотидов (дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ) комплементарно материнским цепям

собираются дочерние цепи. Репликация осуществляется одновременно на обеих

материнских цепях, но с разной скоростью и некоторыми отличиями. На одной из

цепей (лидирующей) сборка дочерней цепи идет непрерывно, на другой (отстающей)

– фрагментарно. В последующем синтезируемые фрагменты сшиваются с помощью

фермента ДНКлигазы. В результате из одной молекулы ДНК образуется две, каждая

из которых имеет материнскую и дочернюю цепи. Синтезируемые молекулы являются

точными копиями друг друга и исходной молекулы ДНК. Такой способ репликации

называется полуконсервативным и обеспечивает точное воспроизведение в

дочерних молекулах той информации, которая была в материнской молекуле.

Репарацией называют способность молекулы ДНК «исправлять»

возникающие в её цепях изменения. В восстановлении исходной структуры участвуют

не менее 20 белков: узнающих измененные участки ДНК и удаляющих их из цепи,

восстанавливающих правильную последовательность нуклеотидов и сшивающих

восстановленный фрагмент с остальной молекулой ДНК.

Перечисленные особенности химической структуры и свойств ДНК обусловливают

выполняемые ей функции. ДНК записывает, хранит,

воспроизводит генетическую информацию, участвует в процессах ее

реализации между новыми поколениями клеток и организмов.

Рибонуклеиновые кислоты – РНК – представлены разнообразными по размерам,

структуре и выполняемым функциям молекулами. Все молекулы РНК являются копиями

определенных участков молекулы ДНК и, помимо уже указанных отличий, оказываются

короче ее и состоят из одной цепи. Между отдельными комплементарными друг другу

участками одной цепи РНК возможно спаривание основании (А с У, Г с Ц) и

образование спиральных участков. В результате молекулы приобретают

специфическую конформацию.

Матричная, или информационная, РНК (мРНК, иРНК) синтезируются в

ядре под контролем фермента РНК-полимеразы комплементарно информационным

последовательностям ДНК, переносит эту информацию на рибосомы, где становится

матрицей для синтеза белковой молекулы. В зависимости от объема копируемой

информации молекула мРНК может иметь различную длину и составляет около 5% всей

клеточной РНК.

Рибособная РНК (рРНК) синтезируется в основном в ядрышке, в области генов

рРНК и представлена разнообразными по молекулярной массе молекулами, входящими

в состав большой и малой субчастиц рибосом. На долю рРНК приходится 85% всей

РНК клетки.

Транспортная РНК (тРНК) составляет около 10% клеточной РНК. Существует

более 40 видов тРНК. При реализации генетической информации каждая тРНК

присоединяет определенную аминокислоту и траспортирует ее к месту сборки

полипентида. У эукариот тРНК состоят из 70-90 нуклеотидов.

Строение клетки

1.Типы клеточной организации.

Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две

группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного строения; все остальные организмы

представлены разнообразными клеточными формами жизни. Различают два типа

клеточной организации: прокариотический и эукариотический (см

рис. 1).

Клетки прокариотического типа устроены сравнительно просто. В них нет

морфологически обособленного ядра, единственная хромосома образована

кольцевидной ДНК и находится в цитоплазме; мембранные органеллы отсутствуют

(их функцию выполняют различные впячивания плазматической мембраны); в

цитоплазме имеются многочисленные мелкие рибосомы; микротрубочки отсутствуют,

поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру. К

прокариотам относят бактерии.

Большинство современных живых организмов относится к одному из трех царств –

растений, грибов или животных, объединяемых в надцарство эукариот.

В зависимости от количества, из которых состоят организмы, последние делят на

одноклеточные и многоклеточные. Одноклеточные организмы состоят из одной

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5