Для названий большинства ферментов характерен суффикс -аз-. Его прибавляют к названию субстрата, с которым взаимодействует фермент. Например, гидролазы – катализируют реакции расщепления сложных соединений на мономеры за счёт присоединения молекулы воды в месте разрыва химической связи в молекулах белков, полисахаридов, жиров; оксидредуктазы – ускоряют окислительно-восстановительные реакции (перенесение электронов или протонов); изомеразы – способствуют внутренней молекулярной перестройке (изомеризации), преобразованию изомеров и т.д.
РАЗДЕЛ 4 Нуклеиновые кислоты
4.1 Определение, виды
Нуклеиновые кислоты впервые были описаны в 1869г швейцарским биохимиком Ф. Мишером. Они могут находится в хромосомах клеточного ядра (до 99% всей ДНК клетки), митохондриях, пластидах, рибосомах, цитоплазме. Это сложные высокомолекулярные вещества, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из азотистого основания, углевода (пентозы) и остатка фосфорной кислоты. В зависимости от пентозы различают 2 типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновую - РНК и дезоксирибонуклеиновую - ДНК.
4.2 Характеристика ДНК
ДНК – биополимер, состоящий из 2 полинуклеотидных цепей, соединённых друг с другом. Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК – дезоксири-бонуклеотиды.
Каждый нуклеотид ДНК состоит из 3 компонентов:
1) одного из 4 типов азотистых оснований: пуриновых (аденин - А, гуанин - Г) или пиримидиновых (цитозин - Ц, тимин - Т);
2) углевода - дезоксирибозы;
3) молекулы фосфорной кислоты.
Выделяют несколько уровней организации ДНК:
1. Первичная структура ДНК – линейная полимерная молекула, мономерами которой являются дезоксинуклеотиды.
2. Вторичная структура ДНК – двойная спираль ДНК.
Особенности пространственной структуры ДНК были предложены в 1953 г. американским биохимиком Джеймсом Уотсоном и английским генетиком Френсисом Криком (в 1962 г. за это открытие удостоены Нобелевской премии). Позднее пространственная структура была подтверждена экспериментально. Две полинуклеотидные цепи образуют правозакрученные (при некоторых условиях - левозакрученные) друг относительно друга, а также вокруг общей оси объёмные спирали. Шаг спирали равняется 3.4 нм и содержит 10 пар азотистых оснований, диаметр спирали составляет 2 нм. Две цепи объединяются в единую молекулу водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями, входящими в состав нуклеотидов, образующих разные цепи. Пространственная конфигурация азотистых оснований различна, и количество таких связей между разными азотистыми основаниями неодинаково. Вследствие этого они могут соединяться только попарно: азотистое основание А (аденин) одной цепочки полинуклеотида всегда связано двумя водородными связями с Т (тимином) другой цепи, а Г (гуанин) – тремя водородными связями с азотистым основанием Ц (цитозином) противоположной полинуклеотидной цепочки. Способность к избирательному соединению нуклеотидов, в результате чего формируются пары А - Т и Г - Ц, называется принципом комплементарности (дополнительности). Правило Чаргаффа: сумма пуриновых оснований в ДНК (А, Г) всегда равна сумме пиримидиновых оснований (Ц, Т).
3. Третичная структура ДНК – нуклеопротеины – соединение нуклеиновых кислот с белками.
Хромосомный материал в покоящихся, неделящихся клетках, называется хроматин. Он содержит 60% белка, 35% ДНК и 5% РНК. Нуклеосома – это структурная единица хроматина, представляющая собой 8 молекул белков-гистонов, на которые намотана двухцепочная нить ДНК длиной около 150-200 пар азотистых оснований. Совокупность нуклеосом образует полисому. Нити хроматина можно наблюдать в световой микроскоп во время деления клеток в виде хорошо окрашивающихся компактных вытянутых телец - хромосом, которые являются последним уровнем структурной организации ДНК.
4.3 Характеристика РНК
РНК – биополимер, мономерами которого являются рибонуклеотиды, близкие к нуклеотидам ДНК. Обычно РНК - одноцепочечная полимерная молекула, сходная по первичной структуре с ДНК, но меньших размеров и молекулярной массы. Каждый мономер РНК - рибонуклеотид состоит из 3 компонентов:
1) азотистого основания, причём три из них те же, что и в ДНК (аденин, гуанин, цитозин), а четвёртое - урацил (У) присутствует только в РНК (вместо тимина);
2) углевода – рибозы; 3) молекулы фосфорной кислоты. По структуре различают одноцепочечные и двухцепочечные РНК. Двухцепочечные РНК – хранители генетической информации у ретровирусов, т.е. выполняют у них функции хромосом. Одноцепочечные РНК переносят информацию о последовательности аминокислот в белках, т.е. о структуре белков, от хромосом к месту их синтеза и участвуют в синтезе белков. Существует несколько видов одноцепочечных РНК. Их названия обусловлены выполняемой функцией или местонахождением в клетке.
1. м-РНК. Информационная (и-РНК) или матричная (м-РНК) составляет около 2% от общего содержания РНК в клетке. Переносит из ядра в цитоплазму к рибосомам генетическую информацию о последовательности аминокислот в белках, которые должны синтезироваться. Размер этих РНК зависит от длины участкаДНК, на котором они синтезированы. Молекулы м-РНК могут состоять из 75-3000 нуклеотидов и иметь молекулярную массу 25000-1 000 000 Да.
2. р-РНК. Составляет большую часть РНК цитоплазмы (80-90%), находясь в рибосомах. Молекулы состоят из 150-4500 нуклеотидов, молекулярной массой 500 000-1 600 000 Да. Участвует в синтезе белка, выполняя роль каркаса, на котором крепятся полипептиды в строго определённом порядке.
3. т-РНК. В клетке составляют 10-15%, включают 70-100 нуклеотидов, молекулярной массой 250 000-310 000 Да. Содержатся в цитоплазме и выполняют несколько функций: доставка аминокислот к месту синтеза белка, осуществляют точную ориентацию аминокислоты (по принципу комплементарности) на рибосоме. Имеют 2 активных центра, один из которых соединяется с определённой аминокислотой, а другой, состоящий из трёх нуклеотидов, служит для комплементарного соединения с молекулой м-РНК. Этот участок называется антикодоном.
РАЗДЕЛ 5 Липиды
5.1 Определение понятия
Липиды – сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот со спиртами. Это органические соединения, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях: эфире, бензине, хлороформе.
5.2 Классификация
Различают простые липиды (нейтральные жиры, триглицериды) и сложные (жироподобные вещества - липоиды). Жиры – это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Все жирные кислоты делятся на насыщенные (пальмитиновая, масляная, стеариновая, лауриновая) и ненасыщенные (олеиновая, линолевая, линоленовая, эруковая). Жиры, имеющие в своем составе ненасыщенные жирные кислоты, характеризуются низкой температурой плавления и называются маслами (рыбий жир, льняное, подсолнечное, хлопчатниковое, конопляное, рапсовое, оливковое масла).
Сложные липиды образуют комплексы с белками, углеводами и т.д. Различают:
- липопротеиды (комплексные соединения жиров с белками);
- гликолипиды (комплексные соединения жиров с углеводами);
- фосфолипиды (комплекс жиров с остатками фосфорной кислоты);
- стероиды (более сложной структуры, чем углеводная);
- воски (комплекс сложных спиртов с жирными кислотами).
5.3 Значение в организме
Биологическое значение липидов обусловлено их функциями:
- структурная (фосфолипиды и гликолипиды входят в состав клеточных
мембран, обеспечивая их избирательную проницаемость);
- энергетическая (при полном расщеплении 1г жиров освобождается 38,9кДж
энергии, они обеспечивают организм энергией на 25-30%);
- запасающая (резервный источник энергии, для анабиотических животных и
перелетных птиц - единственный источник энергии);
- защитная (от ударов, сотрясений, повреждений);
- теплоизоляционная (плохо проводит тепло, но хорошо изолирует; бурый жир
является "биологическим обогревателем);
- источник эндогенной воды (при окислении 100г жира выделяется 107г воды,
существуют животные пустыни и во время спячки);
- регуляторная (гормоны, витамины и т.п. влияют на обменные процессы).
РАЗДЕЛ 6 Углеводы
6.1 Определение понятия
Углеводы (сахариды) - водорастворимые (кроме высокомолекулярных)органические соединения. Количество их разное в различных типах клеток. У растений может достигать 90%(клубни картофеля, семена,плоды), а в клетках животных - около 1-5%.
6.2 Классификация углеводов
Углеводы подразделяются на простые и сложные.
Простые углеводы – моносахариды (монозы), содержащие от 3 атомов углерода. В зависимости от числа атомов углерода они называются: 3 - триозы (глицерин, молочная, пировиноградная кислота), 4 - тетрозы (эритроза),5 - пентозы (рибоза, дезоксирибоза), 6 - гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза). Все монозы хорошо растворяются в воде, та как имеют гидроксильную и другие полярные группы. Могут существовать в двух формах: линейной и циклической. Циклические – молекулы моносахаридов с 5 и большим количеством атомов углерода, заключённых в кольцо.
Сложные углеводы – это полимеры из моносахаридов, соединённых гликозидной связью.
Различают олиго- и полисахариды. Олигосахариды – углеводы, построенные из небольшого числа моносахаридных остатков (2-10). Если в одной молекуле объединяются 2 моносахарида, то – это дисахарид. Пищевой сахар (сахароза), получаемый из тростника или свеклы, состоит из остатков 1молекулы фруктозы и 1молекулы глюкозы; молочный сахар (лактоза) – остатков молекул галактозы и глюкозы, мальтоза - остатков 2 молекул глюкозы.