Элементы, содержащиеся в живых системах. Простые биологические молекулы.

По содержанию в клетке можно выделить три группы элементов.

1. Макроэлементы — O, C, H, N (в сумме около 98-99%, их еще называют основные, или органогены), Ca, K, Si, Mg, P, S, Na, Cl, Fe (в сумме около 1-2%). Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов. Кислород, углерод, водород и азот составляют основу биополимеров - белков, углеводов, нуклеиновых кислот, а также липидов, без которых жизнь невозможна. Сера входит в состав некоторых белков, фосфор - в состав нуклеиновых кислот, железо - в состав гемоглобина, а магний - в состав хлорофилла. Кальций играет важную роль в обмене веществ.

2. Микроэлементы — Mn, Со, Zn, Си, В, I, F, Mo и др. Их суммарное содержание в клетке составляет порядка 0,1%.

3. Ультрамикроэлементы — Se, U, Hg, Ra, Au, Ag и др. Их содержание в клетке очень незначительно (менее 0,01%), а физиологическая роль большинства из них не раскрыта.

Часть химических элементов, содержащихся в клетке, входит в состав неорганических веществ - минеральных солей и воды.

Минеральные соли находятся в клетке, как правило, в виде катионов (К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) и анионов (HPO^2-/4, H₂PO^-/4, СI^-, НСО₃), соотношение которых определяет важную для жизнедеятельности клеток кислотность среды. Из неорганических веществ в живой природе огромную роль играет вода. Без воды жизнь невозможна. Она составляет значительную массу большинства клеток. Много воды содержится в клетках мозга и эмбрионов человека: воды более 80%; в клетках жировой ткани - всего 40%. К старости содержание воды в клетках снижается. Человек, потерявший 20% воды, погибает.

 

Простые биологические молекулы (биомономеры) соединяются и образуют сложные биологические молекулы (биополимеры), такие, как белки и нуклеиновые кислоты (ДНК). Аминокислоты (биомономеры) - это простые строительные блоки для белков (биополимеров). Живые организмы имеют в основном 20 разновидностей аминокислот. Несколько сотен таких аминокислот могут соединиться и образовать одну белковую молекулу. Нуклеиновые кислоты (биополимеры) имеют еще более сложное строение, включающее комбинацию нуклеотидов (биомономеров), которые в свою очередь состоят из сахара, фосфата и нуклеотидного основания. Существуют главным образом четыре разных вида нуклеотидных оснований. Нуклеиновые кислоты могут содержать миллионы нуклеотидов. Основные наследственные черты и метаболическая информация об организме зашифрована в последовательности различных видов нуклеотидных оснований. Ученые разделяют нуклеиновые кислоты на ДНК и РНК. Разница между ними заключается в том, что они содержат немного отличающиеся друг от друга виды сахара: РНК – рибозу, ДНК – дезоксирибозу.

 

Белки, их строение, классификация.

Белки – это высокомолекулярные органические соединения, мономерами которых являются аминокислоты. В основном они состоят из углерода, кислорода, азота и водорода.

Белки – это высокомолекулярные и высокоорганизованные природные полимеры, образованные из аминокислот, соединенные пептидной связью. Белки еще называют «протеинами».

В составе большинства исследованных белков всех живых организмов было выявлено 20 аминокислот, участвующих в их построении.

Разнообразие белков определяется тем, какие аминокислоты, в каком количестве и в каком порядке входят в полипептидную цепь.

Первичная структура белков образована последовательностью аминокислот, соединенных пептидными связями.

Вторичная структура представляет собой спирализованную молекулу. В образовании участвуют водородные связи.

Третичная структура белка представлена глобулами или фибриллами. В образовании участвуют водородные, ионные, дисульфидные, гидрофобные, ковалентные связи.

Четвертичная структура является образованием из нескольких третичных структур. Она есть не у всех белков.

Белки классифицируются на простые и сложные.

Простые при гидролизе расщепляются только на аминокислоты (гистоны, альбумины, глобулины и т.д.)

Сложные при гидролизе расщепляются на аминокислоты и небелковую часть – простетическую группу.

Белки также классифицируются на полноценные и неполноценные.

Полноценные – белки, содержащие все 8 незаменимых аминокислот.

Неполноценные – белки, в которых отсутствуют несколько незаменимых аминокислот.

Аминокислоты.

Аминокислоты – это органические соединения, в молекуле которых содержатся одновременно карбоксильные и карбоновые группы. Живые организмы имеют в основном 20 разновидностей аминокислот. Несколько сотен таких аминокислот могут соединиться и образовать одну белковую молекулу.

Биологическая роль аминокислот, прежде всего, заключается в их участии в обмене веществ в живом организме. Кроме того, аминокислоты участвуют в синтезе белка (входят в состав белковых молекул) и являются составляющей нуклеиновых кислот. Биологическая роль аминокислот также выражается в поддержании на постоянном уровне pH.

Аминокислоты обладают пластическим свойством, то есть за счет протеинов обеспечивают формирование всех органов. Любая ткань человеческого организма (соединительная, нервная, мышечная или эпителиальная) на 80% состоит из белков.

Все вещества, которые отвечают за передачу нервного импульса, по большей части состоят именно из белков. Следовательно, в случае их дефицита организму грозят серьезные проблемы со стороны нервной системы.

Некоторые аминокислоты принимают участие в процессах биосинтеза гликогена в печени. При их отсутствии определенные химические реакции будут нарушены, в результате чего могут возникнуть сбои в организме.

Также аминокислоты поддерживают биосинтез многих гормонов. Для их биосинтеза необходимы азотистые соединения, в случае дефицита которых организму угрожают серьезные последствия, обусловленные неправильной работой многих органов.