Белки
Белки – это сложные органические вещества, выполняющие в клетке важные функции. Из всех органических веществ клетки 50–70 % приходится на белки. Оболочка клетки, все ее внутренние структуры построены с участием белковых молекул.
Белки транспортируют вещества клетки, они выполняют роль катализаторов, ускоряющих химические реакции, очень трудно представить себе хоть какой-то процесс в клетке, который бы обходился без участия белков (рис. 1).
Рис. 1. Участие белков в различных процессах клетки (Источник)
Белки представляют собой гигантские полимерные молекулы, мономерами которых являются аминокислоты. В природе известно более 150 различных аминокислот, но в построении белков живых организмов участвуют только 20, их так и называют – волшебные аминокислоты. Благодаря особенностям своего химического строения аминокислоты соединяются друг с другом, образуя первичную структуру белка (рис. 2).
Рис. 2. Структура аминокислот (Источник)
Уникальность или специфичность белка определяется в первую очередь последовательностью соединения аминокислот.
Линейных белков, в которых аминокислоты выстраивались бы в одну линию, в природе практически не существует. Благодаря образующимся водородным связям между разными частями молекулы белок приобретает пространственную или вторичную структуру.
Возьмем белок гемоглобина. Его вторичная структура – это спираль. И эта спираль тоже может изгибаться в пространстве, формируя, таким образом, третичную структуру белка. В результате такого многократного скручивания длинная и тонкая нить молекулы белка становится короче, толще и собирается в компактный комок – глобулу. Белок выполняет в клетке свои функции, только находясь в форме глобулы. У некоторых белков встречается еще более сложная форма – четвертичная структура (рис. 3).
Рис. 3. Четвертичная структура белка (Источник)
Таким образом, свойства белка определяются не только последовательностью аминокислот, но и его пространственной структурой – конформацией.
Белки, выполняющие функцию катализаторов, ускоряющих химические процессы в клетке, называют ферментами. Ферменты участвуют в переносе атомов и молекул, в расщеплении и построении белков, жиров, углеводов и всех других соединений, то есть в клеточном обмене веществ. Ни одна химическая реакция в живых клетках и тканях не обходится без участия ферментов.
Кроме каталитической, на белки возложена не менее важная защитная функция. Поиск и фиксация токсинов, попадающих в клетку, уничтожение чужеродных организмов – бактерий и вирусов – эту работу тоже выполняют белки.
За белками еще закреплена регуляторная функция, сигнальная, запасная, резервная и много других функций, которые мы разберем позже.
Нуклеиновые кислоты
Впервые нуклеиновые кислоты обнаружили в ядрах клеток, отсюда и их название. На латыни «нуклеус» значит ядро. Существует два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая кислота, сокращенно РНК, и дезоксирибонуклеиновая кислота – ДНК (рис. 4).
Рис. 4. Нуклеиновые кислоты (Источник)
Нужно поймать преступника – берем у него анализ ДНК и справедливость восторжествовала. Это возможно потому, что структура каждой молекулы ДНК уникальна.
Молекулы нуклеиновых кислот – это очень длинные полимерные цепочки, состоящие из нуклеотидов (рис. 5). Нуклеотид – это соединение, состоящее из азотистого основания и связанного с ним моносахарида – рибозы или дезоксирибозы, отсюда разница в названии РНК и ДНК. Также в состав нуклеотида входит остаток фосфорной кислоты – от одного до трех.
Рис. 5. Нуклеотид (Источник)
Азотистые основания ДНК – это аденин, гуанин, цитозин и тимин (рис. 6). У РНК место тимина занимает урацил.
Рис. 6. Азотистые основания ДНК (Источник)
Молекула ДНК – важнейшее вещество клетки. Если сравнить клетку с человеческим организмом, то ДНК – это мозг клетки. В последовательности нуклеотидов молекулы этой кислоты зашифрована вся наследственная информация клетки и организма в целом. В клетках организмов каждого биологического вида находится определенное количество молекул ДНК на клетку. Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК всегда строго индивидуальна и неповторима не только для вида в целом, но и для каждой его особи. Поэтому мы с вами такие разные (рис. 7) и именно поэтому вычислить по ДНК преступника так просто.
Рис. 7. Неповторимость и разнообразие людей (Источник)
Молекулы ДНК у всех эукариот находятся в ядре клетки и в органоидах – митохондриях и пластидах, у прокариот оформленного ядра нет, поэтому у них ДНК располагается непосредственно в цитоплазме (рис. 8).
Рис. 8. Молекулы ДНК эукариот и прокариот (Источник)
У всех живых существ молекулы ДНК построены по одному и тому же принципу (рис. 9).
Рис. 9. Структура ДНК (Источник)
Они состоят из двух полинуклеотидных цепочек, скрученных в виде двойной спирали в направлении слева направо. При этом азотистые основания обращены внутрь спирали и скреплены между собой водородными связями. А дезоксирибозы и остатки фосфорной кислоты остаются на внешней стороне двойной спирали.
Рибонуклеиновая кислота похожа по строению на ДНК, но ее молекулы состоят только из одной цепочки. Среди азотистых оснований в нуклеотидах вместо тимина присутствует урацил, а вместо дезоксирибозы – углевод рибоза. Молекулы РНК находятся в ядре, цитоплазме и некоторых органоидах клетки.
Рибонуклеиновая кислота служит посредником между ДНК и синтезируемыми белками, участвуя в сборке мономеров в полимер. Последовательность нуклеотидов соответствует последовательности аминокислот, из которых строится белок. Таким образом, информация, зашифрованная в ДНК, передается на РНК, и на ней уже происходит синтез нужного белка (рис. 10).
Рис. 10. Синтез белка с помощью РНК (Источник)
Эта функция переноса информации закреплена в клетке за информационными РНК. Помимо этого, существует еще два типа рибонуклеиновой кислоты – это транспортные РНК и рибосомные РНК. Первые переносят аминокислоты к месту синтеза белка, вторые содержатся в мельчайших органоидах клетки – рибосомах. Все эти РНК участвуют в синтезе белков.
Заключение
Мы рассмотрели устройство и функции важнейших органических веществ клетки – белков и нуклеиновых кислот, выяснили, что РНК является посредником между ДНК и синтезируемыми белками.
Список литературы
- Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. – Дрофа, 2009.
- Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений/ Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005
- Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
Домашнее задание
- Что такое белки и каковы их функции?
- Какие виды нуклеиновых кислот существуют?
- Какова структура ДНК?
