Международный союз охраны природы

Выделяются четыре основных класса малых органических молекул, входящих в состав клетки – аминокислоты, нуклеотиды, сахара и жирные кислоты. В принципе, их просто получить в процессе лабораторного опыта, если через нагретую смесь воды и газов (СО2, СН4, Н3 и Н2) пропустить электрический разряд или ультрафиолетовое излучение. Это основные кирпичики больших органических молекул, в состав которых они входят.

Последовательное соединение аминокислот ковалентными связями ведет к образованию больших полимерных молекул – белков, а соединение нуклеотидов образует рибонуклеиновую (РНК) и дезоксирибонуклеиновую (ДНК) кислоты; цепочки сахаров образуют полисахариды, а жирные кислоты участвуют в образовании фосфолипидных полимерных молекул. Все они являются важнейшими составными частями клеток, осуществляя определенные функции. В молекулах ДНК содержится вся генетическая информация, необходимая для создания и размножения новых клеток. Они вместе с молекулами РНК представляют как бы “программное обеспечение” инструкции, полученной клеткой от родительской. Белки выполняют важнейшую роль катализаторов большинства реакций в клетке, являясь ферментами. Сахара и полисахариды служат источником энергии в клетке, которая выделяется при их расщеплении. Жирные кислоты – основные компоненты при создании внешней и внутренних мембран клетки.

Универсальные “кирпичики”, из которых состоят белки, – это 20 аминокислот, а молекулы ДНК и РНК состоят лишь из четырех типов нуклеотидов. Они в различном сочетании располагаются вдоль длинных цепей, создавая неповторимое своеобразие каждой из полимерных молекул. Причем в пределах каждой цепи эти “кирпичики” складываются обычно в виде не прямой линии, а спирали, напоминающей винтовую лестницу. Среди биологических структур весьма распространены левозакрученная и правозакрученная спирали. В длинных цепях полимеров возможно свободное вращение атомов вокруг многих осей, что делает их остов очень гибким в отличие от неорганических молекул, жестко закрепленных в кристаллическом каркасе. Поэтому важнейшим свойством длинных молекул является также их способность сворачиваться в сложные структуры типа клубков, называемые конформациями. Это особенно характерно для белков; длинные полимерные цепи белковых молекул могут сворачиваться, как змейки, в молекулярные конформации микроскопических размеров (рис. 12). Каждый тип полимеров, в зависимости от последовательности чередования в его цепи разных молекул, имеет свою, строго определенную, конформацию. Здесь существует определенная аналогия с неорганической природой, где сочетание

Рис. 12. Пространственная конформация малого белка основного ингибитора трипсина поджелудочной железы в пяти обычно использующихся вариантах изображения (следует иметь в виду, что сердцевина всех глобулярных белков плотно заполнена атомами, и впечатление пустого пространства вызвано только характером моделей в, г и д)

а – стереопара, показывающая положение всех неводородных атомов; основная цепь выделена жирной линией, боковые – тонкими;

б – пространственная модель, показывающая ван-дер-ваальсовы радиусы всех атомов; в – скелетная проволочная модель, составленная из отрезков, соединяющих все атомы ?-углерода вдоль полипептидного скелета; г – ленточная модель, которая представляет все участки регулярных водородных связей либо в виде спиралей (?-спирали), либо в виде набора стрелок (?-слои), указывающих на карбоксил-терминальный конец цепи; в этой модели также показаны водородные связи; д – “сосисочная” модель, которая демонстрирует расположение полипептидной цепи без всяких деталей

атомов разных веществ образует определенные типы кристаллической решетки и форму кристаллов, цвет, твердость, спайность и другие свойства. В органической материи роль кристаллов играют конформации полимерных цепей. Именно их индивидуальная форма свертывания определяет важнейшие свойства органических молекул.

Главнейшим механизмом, способствующим сворачиванию белковых молекул и созданию их конформаций, является различная способность отдельных участков тех или иных аминокислот, из которых состоит белок, смачиваться водой. Участки длинной цепи, не смачиваемые водой, стремятся собраться внутри белковой конформации, что позволяет им избежать контакта с водным окружением, подобно тому, как собираются вместе капельки масла в воде (рис. 13). В то же время смачиваемые участки, наоборот, стремятся расположиться на поверхности молекул белка, где могут контактировать с водой. В результате на поверхности молекулы оказываются полярные группы аминокислот создающие полярные (водородные) и ионные связи с другими молекулами при контакте с ними.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56