Основные классы биологических молекул

<1 234 5 6 7 >

В следующих главах будут рассмотрены строение и свойства только главных классов биологических молекул, которые участвуют в жизнедеятельности клетки. Краткие характеристики этих классов приведены в таблице.

Класс	Общие данные	Функции
Углеводы	Молекулы содержат атомы углерода, водорода и кислорода, обычно в соотношениях близких к 1:2:1. Полисахариды построены из простых углеводов (моносахаридов) таких, как глюкоза, фруктоза и галактоза. В некоторых случаях углеводы содержат аминогруппу или другую функциональную группу	Полисахариды выполняют две главные функции – запас глюкозы (крахмал и гликоген) или построение прочных клеточных оболочек растений (целлюлоза) и межклеточного вещества многоклеточных организмов животных (протеогликаны).
Липиды	Не растворяются в воде. Их можно рассматривать как производные жирных кислот и гидроксил-содержащих молекул Иногда содержат остаток фосфорной кислоты, азотсодержащее соединение или углевод.	Основной функцией триглицеридов является энергетическая функция. Сложные липиды в основном обеспечивают построение и свойства клеточных мембран.
Нуклеиновые кислоты	Очень длинные полимерные молекулы, которые кроме атомов углерода, водорода, кислорода и азота, содержат атомы фосфора (в остатках фосфорной кислоты) и включают в свой состав остатки моносахаридов – пентоз.	В клетках содержится два класса нуклеиновых кислот – ДНК и РНК. ДНК содержит генетическую информацию клетки, РНК – обеспечивает синтез белков.
Белки	Молекулы белков построены из остатков аминокислот. В состав атомов, образующих белковые молекулы, кроме углерода, водорода и кислорода, входят атомы азота. Это основные азотсодержащие молекулы клетки.	Белки выполняют много важнейших функций, среди которых можно отметить ферментативную (каталитическую), структурообразовательную, защитную, регуляторную.

Выше уже упоминалось, что количество органических молекул очень велико. Если рассмотреть содержание таких молекул в живых клетках, то мы увидим, что даже такая простая бактерия как Escherichia Coli (кишечная палочка) содержит около 5000-6000 различных органических соединений, среди которых ~3000 различных белков и около 1000 различных нуклеиновых кислот. Если же рассматривать более сложно организованные клетки, то содержание различных молекул будет увеличиваться в разы. Так, в организме человека будет уже не 3000 белков, а около 5 млн. и они все отличаются от белков E. Coli.

Если учесть, что известно свыше 1200000 видов живых организмов разного уровня сложности, то в них всех вместе взятых будет приблизительно 10¹⁰-10¹² различных белков и около 10¹⁰ различных нуклеиновых кислот. В настоящее время синтезировано вне организма 30-40 млн органических соединений. Сравнение этих цифр показывает, что пока известно точное строение очень небольшой части тех молекул, что существуют в живой природе.

Схематическое изображение клетки E.Coli

В настоящее время мы знаем, что все огромное многообразие белков живых организмов построено из сравнительно небольшого числа простых и несложных молекул аминокислот, а все нуклеиновые кислоты построены из ~10 небольших блоков, называемых «нуклеотиды». Это значительно упрощает задачу изучения строения и свойств молекул, из которых построены живые клетки и которые обеспечивают их жизнедеятельность.

Таким образом, задачей предлагаемого курса биоорганической химии будет изучение строения и свойств молекул-блоков, из которых образуются многообразные полимерные молекулы, такие как белки и нуклеиновые кислоты. Кроме того, изучается строение менее сложных и значительно менее разнообразных молекул углеводов и липидов.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

Выберите один или несколько правильных ответов.

1. КОВАЛЕНТНЫЕ СВЯЗИ – ЭТО СВЯЗИ

1) между атомами

2) между противоположно заряженными ионами

3) между гидрофобными неполярными радикалами

4) между полярными молекулами

2. В РЕЗУЛЬТАТЕ ГОМОЛИТИЧЕСКОГО РАЗРЫВА КОВАЛЕНТНОЙ СВЯЗИ ОБРАЗУЮТСЯ

1) анионы

2) катионы

3) свободные радикалы

4) отдельные атомы

3. ГЕТЕРОЛИТИЧЕСКИЙ РАЗРЫВ КОВАЛЕНТНОЙ СВЯЗИ ХАРАКТЕРЕН ДЛЯ

1) водородных связей

2) ковалентных неполярных связей

3) донорно-акцепторных связей

4) ковалентных полярных связей

4. ДЛЯ ГЕТЕРОЛИТИЧЕСКОГО РАЗРЫВА КОВАЛЕНТНОЙ СВЯЗИ НЕОБХОДИМО ДЕЙСТВИЕ

1) полярного растворителя

2) свободных радикалов

3) нуклеофилов

4) электрофилов

5. НУКЛЕОФИЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ ПОЛУЧАЮТ В РЕЗУЛЬТАТЕ

1) гомолиза неполярных связей

2) гомолиза полярных связей

3) гетеролиза полярной связи

4) гетеролиза неполярных связей

6. В МОЛЕКУЛАХ АЛКАНОВ АТОМЫ УГЛЕРОДЫ НАХОДЯТСЯ В СОСТОЯНИИ

1) не возбуждённом

2) гибридизации sp

3) гибридизации sp²

4) гибридизации sp³

7. В МОЛЕКУЛЕ ЦИКЛОГЕКСАНОНА АТОМ КИСЛОРОДА ИМЕЕТ ГИБРИДИЗАЦИЮ

1) sp³

2) sp

3) sp²

4) не гибридизован

8. К ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ГРУППАМ МОЖНО ОТНЕСТИ

1) алкильные радикалы

2) амино-группу

3) карбоксильную группу

4) атом галогена

9. К СЛАБЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯМ ОТНОСЯТСЯ:

1) донорно-акцепторные связи

2) дисульфидные связи

3) водородные связи

4) вандерваальсовы взаимодействия

10. К ГЛАВНЫМ КЛАССАМ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ ЖИВОЙ КЛЕТКИ ОТНОСЯТСЯ

1) белки

2) алкены

3) липиды

4) нуклеиновые кислоты

5) углеводы

6) многоатомные спирты

11. ЭНЕРГИЯ СЛАБЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ЛЕЖИТ В ПРЕДЕЛАХ

1) 5-30 кДж/моль

2) 10-20 кДж/моль

3) 50-100 кДж/моль

4) 300-600 кДж/моль

ЗАДАЧИ И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите две основные функции белков в клетке, одну функцию ДНК, две функции РНК, одну функцию липидов

2. Дайте определения следующим понятиям: гибридизация, тетраэдрический углерод, валентный угол, ковалентная связь

3. Отметьте функциональные группы в представленных молекулах:

4. Разделите предложенные реакции по конечному результату на реакции обмена, присоединения и замещения:

СН₃Сl + КОН → СН₃ОН + КСl (1)

СН₂=СН₂ + Н₂О → СН₃–СН₂ОН (2)

СН₃–СООNa + Н₃РО₄ → СН₃–СООН + NaН₂РО₄(3)

СН₄ + Вr₂ → СН₃Вr + НВr (4)

5. Вспомните определение «нуклеофил», «электрофил». Найдите примеры таких частиц среди предложенных:

Вr⁺; R–О¯; Сl¯; НОО¯; ⁺NО₂; СН₃ОН; NН₃; СН₃→Сl^δ-

6. Концентрация ионов К⁺ в клетке E. Coli составляет 150 мМ. Рассчитайте число ионов К⁺ в одной клетке, если её объём ≈1 мкм³. Какую долю от молярной концентрации составляет 1мМ? Какие ещё множители и приставки используют в международной системе единиц измерения СИ?

7. Сколько ионов Н⁺ находится в клетке E. Coli, если рН внутри клетки равно 7,0?

8. Подберите пары молекул, между которыми могут возникать водородные и гидрофобные взаимодействия:

9. Укажите в молекулах атомы углерода в гибридизации sp² и sp. Какая часть молекул будет плоской, какой валентный угол соответствует плоской молекуле или плоской части молекулы?

Н₂С=СН₂; NH₂–СН₂–СН₃; ; Н–О–Н; Н₃С–СН=СН₂