Глава 2 ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНИ Лектор доцент кафедры

Глава 2 ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНИ Лектор: доцент кафедры БИОХ Тимощенко Лариса Владимировна

Полимерные соединения клетки делятся на четыре основные класса: n жиры и липиды; n n n полисахариды (целлюлозу, крахмал и др. ); носители генетической информации нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК); белки Физико-химические свойства этих соединений важны для рационального проектирования технологических процессов с участием живых клеток.

ЛИПИДЫ n Липидами называются соединения биологической природы, растворимые в неполярных растворителях (бензоле, хлороформе, эфире) и практически нерастворимые в воде.

Биологические функции липидов n Энергетическая: при окислении липидов в организме выделяется энергия (при окислении 1 г липидов выделяется 39, 1 к. Дж). n Запасающая: содержащиеся в подкожной клетчатке млекопитающих липиды используются при недостатке корма; они также являются источником эндогенной воды, особенно у животных пустыни. n Структурная: липиды являются одним из основных компонентов биологических мембран и клеточных структур (в основном, фосфолипиды).

Биологические функции липидов n n n Транспортная: липиды участвуют в транспорте веществ через липидный слой Механическая (защитная): липиды соединительной ткани, окружающей внутренние органы, и подкожного жирового слоя предохраняют органы от повреждений при внешних механических воздействиях, являясь хорошими амортизаторами; Теплоизолирующая: благодаря своей низкой теплопроводности липиды сохраняют тепло в организме, предохраняя его от переохлаждения (гликолипиды и т. д. )

Классификация липидов 1. В зависимости от способности подвергаться гидролизу с образованием в основных средах солей высших карбоновых кислот липиды делят на: n n омыляемые – нейтральные жиры, воски, эфиры стеринов, фосфолипиды, неомыляемые – предельные углеводороды, каротиноиды, сквалены, жирорастворимые витамины D, E, K, спирты с длинной алифатической цепью, циклические стерины (например, холестерин), стероиды (эстрадиол, тестостерон) и терпены. 2. В зависимости от числа компонентов, входящих в структуру липида, они также подразделяются на: n n простые (двухкомпонентные) – жиры, воски (характерны для растений) и стерины; сложные (многокомпонентные) – фосфолипиды, гликолипиды, диольные и орнитинолипиды (характерны для микроорганизмов).

ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ R – СООН, где R = C 12 -C 20 насыщенные - стеариновая, пальмитиновая лигноцериновая ненасыщенные – олеиновая, линоленовая арахидоновая стеариновая – С 17 Н 35 СООН олеиновая – С 17 Н 33 СООН

ЖИРЫ

терпены камфора ментол скипидар

стерины

ФИТОСТЕРИНЫ

БЕЛКИ n n Белки или полипептиды представляют собой наиболее распространенные органические соединения клетки, обычно они составляют от 30 до 70 % массы сухих веществ. Молекулярные массы этих полимеров изменяются в широких пределах (от 6 тыс. до миллиона и более). Преобладание в клетке веществ белковой природы неудивительно, если принять во внимание разнообразие их биологических функций.

коллаген

Биологические функции белков n n n n Каталитическая функция Структурная функция Защитная функция Регуляторная функция Транспортная функция Запасная (резервная) функция Рецепторная функция Моторная и сократительные функции

Мономеры белков - аминокислоты

Аминокислоты, присутствующие в биологических системах

СТРУКТУРА БЕЛКОВ n Первичная структура Последовательность (порядок чередования) аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями

Образование пептидной связи

Вторичная структура белка n Способ расположения полимерной цепи в пространстве, обусловленный водородными связями между NH– и COOH– группами, близко расположенными в последовательности аминокислотными остатками

ВИДЫ ВТОРИЧНОЙ СТРУКТУРЫ a-спираль b-структура (складчатый листок)

Третичная структура n Складывание и сгибание полипептидной цепи, обусловленное водородными, ионными и ковалентными (дисульфидными) связями между радикалами аминокислот, часто далеко расположенных друг от друга

Фибриллярные белки: фиброин шелка и паутины коллаген сухожилий, хрящей и костной ткани кератин волос, шерсти, ногтей и перьев Глобулярные белки: Большинство ферментов (например, пепсин) иммунные антитела некоторые гормоны (например, инсулин) транспортные белки (например, альбумин и гемоглобин) Белки промежуточного типа: миозин — сократительный белок мышц фибриноген — белок, участвующий в свертывании крови

Механизм действия фермента Комплементарность или принцип «замок-ключ»

Углеводы (сахара, полисахариды) Углеводами (или сахарами) называют органические соединения общей формулы (СН 2 О)n, где n ≥ 3. По массе углеводы составляют основную часть органического вещества на Земле, причем особенно распространены они в растительном мире, где они составляют 70– 80 % из расчета на сухое вещество. В животном организме содержится углеводов значительно меньше – около 2 % от массы тела.

Основные биологические функции углеводов n n n энергетическая функция. пластическая функция запасных питательных веществ. защитная функция. ; регуляторная функция. ; специфическая функция.

D-глюкоза и другие моносахариды n Моносахариды или простые сахара представляют собой простейшие углеводы. Моносахариды содержат от трех до девяти атомов углерода и выполняют роль мономерных звеньев при построении не несущих генетической информации биополимеров с молекулярной массой до нескольких миллионов.

D- и L-моносахариды Проекция Фишера

Моносахариды, обычно встречающиеся в биологических системах Альдозы (производные альдегидов; префикс альдо-) Триозы (3 углеродных атома) Пентозы (5 углеродных атомов) Гексозы (6 углеродных атомов) Кетозы (производные кетонов; префикс кето-)

Моносахариды Формулы Хеуорса глюкоза Дисахариды Мальтоза= 2 молекулы -D-глюкозы Лактоза = -D-глюкоза + -D-галактоза сахароза = -D-глюкоза + -D-фруктоза

Полисахариды (гликаны) 1. ГОМОПОЛИСАХАРИДЫ КРАХМАЛ Амилоза Амилопектин ГЛИКОГЕН

ЦЕЛЛЮЛОЗА 2. ГЕТЕРОПОЛИСАХАРИДЫ

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ «Нуклеус» (от лат. nucleus) - ядро Дезоксирибонуклеиновая кислота - ДНК Рибонуклеиновая кислота – РНК Нуклеиновые кислоты состоят из мономерных единиц, называемых нуклеотидами. Из нуклеотидов строятся длинные макромолекулы – полинуклеотиды.

Строение нуклеотида Фосфорная кислота Азотистое основание Пятиуглеродный сахар

АЗОТИСТОЕ ОСНОВАНИЕ

Основания пиримидинового ряда Основания пуринового ряда

ПЯТИУГЛЕРОДНЫЙ САХАР Входит в состав РНК Входит в состав ДНК OH O Р OH OH Остаток фосфорной кислоты

ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Урацил (У) нуклеотид РНК

Аденин (А) нуклеотид ДНК 5 4 1 3 2

Комплементарные пары азотистых оснований (от лат. complementum – дополнение)