Біологічні молекули

Біологічні молекули мають модульну будову. До числа важливих класів біологічних молекул відносяться білки, вуглеводи, ліпіди і нуклеїнові кислоти. Безліч інших молекул в клітці грають роль «енергетичної валюти».

Життя - Таємнича, складна, загадкова - не що інше як сукупність досить великих молекул і досить простих хімічних реакцій. Якщо б вам знадобилося конструювати великі молекули, ви пішли б по одному з двох шляхів. Або, як в кустарному ювелірній справі, ви стали будувати кожну молекулу «з нуля», роблячи кожен раз унікальну роботу. Або - цей шлях використовується в сучасних будівельних технологіях - ви б виготовили набір простих молекул, з яких можна збирати найрізноманітніші молекули більшого розміру, поєднуючи модулі тим або іншим чином. Виявляється, саме таке модульне будову мають біологічні молекули. Відповідно до теорії еволюції, таким і повинен був бути найбільш простий шлях до великих молекул, оскільки на початку еволюційного процесу необхідність у конструюванні дуже складних молекул була відсутня. Згодом же могли додаватися нові модулі, розширюючи колекцію крупних різнорідних елементів, що цілком відповідає духу еволюції.

Білки

Основний структурною одиницею білків є молекули амінокислот. Щоб зрозуміти, що таке амінокислота, уявіть собі сукупність атомів, у яких з одного сторони назовні виступає водень, з іншого - з'єднані між собою кисень і водень, а посередині розташовані різноманітні інші компоненти. Подібно до того як намистини нанизуються на нитку, з цих амінокислот збираються білки - іон водню (Н +) однієї амінокислоти об'єднується з іоном гідроксилу (ОН-) другий амінокислоти з утворенням молекули води. (Уявіть, як кожного разу при з'єднанні двох амінокислотних молекул між ними пробігає крапелька води.) Серед білків найважливішу роль відіграють білки-ферменти (див. Каталізатори та ферменти), що регулюють хімічні реакції в клітинах, та білки також є важливими структурними компонентами живих організмів. Наприклад, ваше волосся і нігті складаються з білків.

Вуглеводи

Вуглеводи містять кисень, водень та вуглець у співвідношенні 1:2:1. У багатьох живих системах молекули вуглеводів виконують роль джерел енергії. Одним з найважливіших вуглеводів можна вважати цукор глюкозу, що містить шість атомів вуглецю (С6Н12О6). Глюкоза - кінцевий продукт фотосинтезу і, отже, основа всієї харчового ланцюга в біосфері. Поєднуючи молекули глюкози, як основні будівельні модулі, можна отримати складні вуглеводи. Як і білки, вуглеводи грають допоміжну роль у клітинах, оскільки входять в клітинні структури. Наприклад, рослинні волокна складаються з целюлози, яка представляє собою низку зчеплених особливим чином молекул глюкози.

Ліпіди

Ліпіди - Це нерозчинні у воді органічні молекули. Ви отримаєте правильне уявлення про ліпідах, якщо уявіть крапельки жиру, плаваючі на поверхні бульйону. У живих організмах ліпіди виконують дві важливі функції. Один клас молекул - фосфоліпіди - складаються з маленької голівки, яка містить фосфатну групу (атом фосфору, сполучений з чотирма атомами кисню), і довгого вуглеводневого хвоста. Вуглеводневий хвіст цієї молекули гідрофобний, тобто енергетичний стан молекули мінімально, коли цей хвіст знаходиться не в воді. Навпаки, фосфатна головка гідрофільна, тобто енергетичний стан молекули мінімально при контакті головки з водою. Якщо помістити молекули фосфоліпідів у воду, вони будуть прагнути досягти мінімального енергетичного стану і вишикуються таким чином, що їх хвости опиняться разом, а головки - нарізно. Така двошарова структура дуже стабільна, оскільки головки будуть у контакті з водою, але вода буде витіснена з області, навколишнього хвости молекул. Для переміщення ліпідним молекул необхідна енергія - або щоб видалити гідрофільні ділянки з води, або щоб помістити у воду гідрофобні ділянки. З таких ліпідних двошарових структур складаються клітинні мембрани і мембрани, що розділяють компоненти клітини. Ці пластичні і міцні молекули відокремлюють живе від неживого.

Крім того, в ліпідах запасається енергія. Ліпіди можуть накопичувати приблизно вдвічі більше енергії на одиницю маси, ніж вуглеводи. Ось чому, коли ви переїдайте і ваш організм хоче запасти енергію на випадок непередбачених обставин у майбутньому, коли їжі не буде, він стане запасати її у формі жиру. На цьому простому факті будується багатомільярдні індустрія дієтичних продуктів.

Нуклеїнові кислоти

Молекули ДНК і РНК (див. Центральна догма молекулярної біології) переносять інформацію про хімічних процесах, що йдуть в клітці, і беруть участь у передачі що міститься в ДНК інформації в цитоплазму клітини. У ДНК живого організму закодовані білки-ферменти, які каталізують всі хімічні реакції, що відбуваються в цьому організмі.

Молекули-переносники енергії

Життєдіяльність вимагає витрат енергії. Зокрема, потрібно, щоб енергія, вироблена в одному місці, могла бути використана в іншому. Цю функцію в клітині здійснює ціла армія спеціалізованих молекул. Мабуть, найважливіші з них - аденозин трифосфат (АТФ) і аденозин діфосфат (АДФ). Обидві молекули влаштовані так: група з атомів вуглецю, водню та азоту (вона називається аденін) приєднана до молекули рибози (це цукор), і все це разом кріпиться до хвоста з фосфатів. З назв молекул зрозуміло, що в хвості АДФ міститься два фосфату, а в хвості АТФ - три. Коли в клітці відбувається хімічний процес, наприклад фотосинтез, що утворюється енергія йде на приєднання третіх фосфату до хвоста АДФ. Отримана молекула АТФ потім переноситься в інші частини клітини. Там запасені енергія може бути використана в інших хімічних процесах: вона виділяється при відщеплення останнього фосфату від АТФ, в результаті чого АТФ знову перетворюється на АДФ.

Як ми вже згадували, існують й інші молекули, які переносять енергію в клітині. Набір таких молекул чимось нагадує різні варіанти оплати рахунків. Ви можете вибрати готівку, банківський переказ, кредитну карту і т. д. - в залежно від того, який спосіб вам зручніше. Так само і клітка для підтримки своєї життєдіяльності може використовувати АТФ (еквівалент готівкових грошей) або будь-яку іншу з великого набору більш складних молекул.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://elementy.ru/