Биополимеры

биополимеры
Нуклеиновые кислоты
белки
углеводы
липиды
Всё!

белки
строение
структура
функции
аминокислоты
классификация белков
В начало

Строение белков
Белки – это высокомолекулярные азотистые соединения, состоящие из аминокислот, связанных пептидными связями.
Элементарный состав белков:
С - 50%-55% Н – 6,3%-7,5% О – 21,5%-23,5%
N – 15%-18% S - 0%-2,4% Р – 0%-2%
Наиболее важным показателем является содержание N в белках. По содержанию N можно определить содержание белка в том или ином объекте:
%белка = %N x 6,25
Как и любой биополимер белки также состоят из мономеров. Мономером белков является аминокислота. Выделяют примерно 170 аминокислот. Только 20 из них входят в состав белков. Они называются протеиногенными.
NH2 – CH – COOH
NH2 - аминогруппа СOOH – карбоксильная группа R Аминокислоты отличаются друг от друга только радикалами (R). Аминокислоты можно разделить на 2 группы:
1) заменимые (при отсутствии этих аминокислот они могут быть заменены другой аминокислотой близкой по строению);
2) незаменимые (при отсутствии этих аминокислот они не могут быть заменены другой аминокислотой (триптофан, метионин, лизин и др.). Они синтезируются только в автотрофных организмах.

Аминокислоты
Образование пептидной связи

первичная
вторичная
третичная
четвертичная
Структура белков
В начало

первичная стуртура белков
Последовательное расположение аминокислотных остатков в полипептидной цепи. …- ала – лиз – вал – вал – иле - …
Первичная структура белков может быть использована для систематической номенклатуры белков.

вторичная стуктура белков
Происходит пространственное расположение полипептидной цепи.
В зависимости от торсионных углов возможно образование 3 основных
типов вторичной структуры:
1) α – спираль. Торсионный угол колеблется от 45 до 60 градусов.
Нативные (действующие) белки образуют правозакрученную α – спираль.
Шаг спирали (один виток) – 0,54 нм, в шаге спирали 3,6 аминокислоты.
Диаметр спирали – 0, 5 нм. Стабилизация α – спирали осуществляется
за счет водородных связей, возникающих между соседними витками.
2) β – спираль. Торсионный угол от 120 до 130 градусов. Характерная
особенность: они образуют складчатые слои. Диаметр спирали – 0,1 нм,
шаг спирали – 0,33 нм, в шаге спирали 2,6 аминокислоты.
Стабилизация осуществляется за счет межмолекулярных водородных связей между соседними молекулами.
3) β – изгиб. В состав может входить до 4 аминокислотных остатков. Происходит определенная укладка полипептидной цепи.
Существуют также другие виды вторичной структуры: π – спираль (отличается от α - спирали линейными группами. И др.

третичная стуктура белков
Происходит общее пространственное расположение
белковой молекулы. Третичная структура определяется
формой «упаковки» доменов. (домен – это определенные
структуры, состоящие из разных типов вторичной структуры белков). В зависимости от соотношения α и β участков различают
глобулярные и фибриллярные третичные структуры белков.
Происходит образование структуры называемой глобула.
В стабилизации третичной структуры участвуют:
1) дисульфитные ковалентные связи, образующиеся между остатками аминокислоты цистеина. Основная роль в стабилизации;
2) водородные связи;
3) ионная связь;
4) гидрофобное взаимодействие.

четвертичная структура белков
Четвертичную структуру имеют только белки, состоящие
из нескольких субъединиц. Это сформировавшаяся часть
белковой молекулы, имеющий первичную, вторичную,
третичную структуры. В состав белковых молекул обычно
входят четное число субъединиц. Это обусловлено тем, что
четное число субъединиц образует стабильную
пространственную конфигурацию белков (тетраэдрическая, кубическая, диэдрическая и др.). Происходит пространственное расположение субъединиц. Примером четвертичной структуры может служить молекула гемоглобина, которая входит в состав эритроцитов (красные клетки крови). В состав гемоглобина входят 4 субъединицы (образуется тетраэдрическая конфигурация молекулы белка).
Стабилизация структуры происходит за счет гидрофобных взаимодействий возникающих между субъединицами).

Функции белков
1) Пластическая (строительная) функция. Белки участвуют в образовании всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внеклеточных структур.
2) Каталитическая функция. Все биологические катализаторы – ферменты – вещества белковой природы, они ускоряют химические реакции, протекающие в клетке, в десятки и сотни тысяч раз.
3) Двигательная функция. Обеспечивается специальными сократительными белками. Эти белки участвуют во всех видах движения, к которым способны клетки и организмы: мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц и многоклеточных животных, движение листьев у растений и др.
4) Транспортная функция. Происходит присоединение химических элементов (например, кислорода гемоглобином) или биологически активных веществ (гормонов) и переносе их к различным тканям и органам тела. Очень много транспортных белков в мембранах клеток, они перенося различные вещества из окружающей среды в клетку.
5) Защитная функция. При поступлении чужеродных белков или микроорганизмов в лейкоцитах образуются особые белки - антитела. Они связываются с чужеродными веществами- антигенами. В результате образуется безвредный, нетоксичный комплекс – антигенантитело, который впоследствии фагоцитируется.
6) Энергетическая функция. Белки могут служить источником энергии. При полном расщеплении 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж энергии. Однако, в таком качестве белки используются очень редко.
7) Регуляторная функция. Происходит за счет особых белков – гормонов. Они поддерживают постоянные концентрации веществ в крови и клетках, участвуют в росте, размножении и других жизненно важных процессах. Например, инсулин регулирует уровень глюкозы в крови.
8) Сигнальная функция. В мембрану встроены особые белки, способные изменять свою третичную структуру на действие факторов внешней среды. Так происходит прием сигналов из внешней среды и передача информации в клетку.

классификация белков
I. По химическому составу выделяют белки:
1) Простые (протеины), состоящие только из аминокислот.
2) сложные (протеиды), кроме аминокислот, в состав белков входят различные добавочные группы (нуклеопротеиды, гликопротеиды, и др.)
II. По растворимости в различных растворителях:
1) Альбумины – растворяются в насыщенных растворах минеральных солей;
2) глобулины - растворяются в полунасыщенных растворах минеральных солей;
3) проламины – растворяются в 60%-80% этаноле;
4) глютаимины – растворяются в щелочных растворах и др.
III. По характеру добавочных групп:
1) Металлопротеиды
2) Неметаллопротеиды.

Нуклеиновые кислоты
ДНК
РНК
В начало

Д Н К
Структура
Функции
Строение

Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные соединения, характеризующиеся определенным элементарным составом и состоящие из нуклеотидов (АГЦО, углевод, остаток фосфорной кислоты. К ним относятся: ДНК, РНК.
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота РНК – рибонуклеиновая кислота
Мономером нуклеиновых кислот является нуклеотид (структурная единица).
Нуклеотид: 1) Азотистые гетороциклические основания:
А – аденин Т – тимин (ДНК) У – урацил (РНК)
Ц – цитозин Г – гуанин 2) углевод – пентоза: ДНК – дезоксирибоза РНК – рибоза
3) остаток фосфорной кислоты
Строение ДНК

Структура ДНК
первичная
вторичная
третичная
четвертичная

Происходит последовательное расположение нуклеотидов в полинуклеотидной цепи. В ходе изучения первичной структуры были открыты некоторые закономерности. 1) А + Г = Ц + Т Молекулярная масса пуриновых оснований равна молекулярной массе пиримидиновых оснований. 2) Отношение аденин-тиминовых пар и гуанин-цитозиновых пар представляет коэффициент специфичности ДНК. Этот показатель различается у различных видов животных. В ходе изучения первичной структуры было установлено, что 64% участков ДНК составляют уникальную последовательность. Такие участки называются – структурные гены. Структурные гены обеспечивают биосинтез специфических белков. Остальные гены контролируют синтез белка, которые требуются в больших количествах.
Первичная структура ДНК
(Ген – участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного определенного белка.)

Происходит определенное пространственное расположение полинуклеотидной цепи. Характерной особенность вторичной структуры является спирализация полинуклеотидной цепи. У ДНК уровень спирализации достигает до 100%.
Вторичная структура была установлена Уотсоном и Криком (получили Нобелевскую премию). В состав молекулы ДНК входят две полинуклеотидные цепи, образуя двойную спираль. Закрутка спирали правая.
Основа расположена снаружи (углевод, остаток фосфорной кислоты), а – азотистые основание внутри. АГЦО, между которыми образуются водородные связи образуют комплементарные пары: А – Т Г – Ц
Между А и Т образуются две водородные связи. Между Г и Ц – три.
Вторичная структура Д Н К
Выделяют несколько форм вторичной структуры ДНК:
1) В – форма. Расположение АГЦО перпендикулярно к оси молекулы. В шаг спирали входят 16 пар нуклеотидов. Эта форма более стабильная.
2) А – форма. Расположение АГЦО происходит под углом 70 градусов
к оси. В шаг спирали входят 11 пар нуклеотидов. Эта форма образуется
в ходе репликации и транскрипции.
3) Z – форма. Характеризуется левой закруткой спирали. В шаг спирали
входит 12 пар нуклеотидов.

Происходит общее пространственное расположение молекулы ДНК. Благодаря третичной структуре происходит «плотная» упаковка молекулы ДНК в клетках прокариот и хромосомах ядра эукариот. Вещество хромосом называется хроматином и он содержит: ДНК, белки и некоторое количество РНК.
Белки, входящие в состав белков: гистоны. Различают 5 видов гистонов, отличающиеся содержанием лизина и аргинина. В результате образуются нуклеосомы (размеры молекулы ДНК уменьшаются в20-50 раз). В состав нуклеосомы входит 145-150 нуклеотидов. Происходит скручивание нуклеосом, в результате образуется структура – соленоид (катушка) (размеры уменьшаются в 20-60 раз). Соленоиды образуют фибриллярные структуры (размеры уменьшаются в 200 раз). За счет которых образуются впоследствии хромосомы.
Третичная структура Д Н К
В результате всей упаковки молекула ДНК уменьшается в 100 000 раз.

Происходит общее пространственное расположение отдельных молекул ДНК в хромосоме и взаимное расположение отдельных молекул ДНК и РНК в ходе биосинтеза белка.
Четвертичная структура Д Н К

Значение ДНК (как РНК) в клетке очень велико. Особенности их химического строения обеспечивают возможность хранения, переноса и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой ткани на определенном этапе индивидуального развития.
Стабильность нуклеиновых кислот - важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток влекут за собой изменения структуры клеток или активности физиологических процессов в них, влияя таким образом на жизнеспособность.
Функции Д Н К

Р Н К
виды
строение

Строение РНК
РНК, как и ДНК представляет собой биополимер, мономерами которого являются нуклеотиды, состоящие из трех основных компонентов: 1) азотистое основание; 2) углевод – рибозы; 3) остаток фосфорной кислоты.
В состав РНК входят те же самые азотистые основания, что и в ДНК. Но вместо тимина (Т) в состав РНК входит урацил (У). По структуре различают одноцепочечные и двуцепочечные РНК. Двуцепочечные РНК являются хранителем наследственной информации у ряда вирусов. Существует несколько видов одноцепочечных РНК: т-РНК, и-РНК, р-РНК.

р – РНК (рибосомная)
Виды Р Н К
т – РНК (транспортная)
и – РНК (информационная, матричная)

Т – РНК
(транспортная)
Является самой маленькой РНК. В состав входит 75-90 нуклеотидов. На долю т-РНК приходится 10%-20% от массовой доли РНК. Функция: Перенос активированных аминокислот к месту биосинтеза белка (к рибосомам).
Активированная аминокислота: белок + АТФ. Т- РНК характеризуется таким расположением нуклеотидной цепи в пространстве, которая напоминает форму «клеверного листа».
кодон
Выделяют 3 петли в составе т-РНК: 1) дигидроуридиновая. В ее состав входят 8-12 нуклеотидов и несколько молекул дигидроурацила.
2) псевдоуридиновая. Содержит 7 нуклеотидов и минорное основание – псевдоуридин. Значение петли: обеспечивает взаимодействие с рибосомой.
3) антикодоновая. Содержит до 20 нуклеотидов. В ее состав входит триплет нуклеотидов обеспечивающий «узнавание места» аминокислоты в строящейся белковой молекуле. Для каждой аминокислоте характерны свои кодоны.
Благодаря триплету ЦЦА
т-РНК обеспечивает сохранение активности аминокислот.

и – РНК
(информационная, матричная)
И - РНК образуется в ходе транскрипции на молекуле ДНК, поэтому первичная структура и-РНК является «отражением» соответствующего гена. Помимо этого в ходе биосинтеза и-РНК образуется достройка молекулы. На долю и-РНК приходится от 2 до 6% массовой доли всех РНК. В состав и-РНК входит 6 участков, каждый выполняет определенные функции.
1) КЭП. Роль: стабилизация молекулы и-РНК.
2) Предцистронный участок. Роль: связывание с рибосомой за счет образования водородной связи.
3) Инициирующий участок. Роль: содержится «команда» о начале биосинтеза белка в рибосоме.
4) Цистронный участок. Роль: несет информацию о биосинтезе белка.
5) Обрывающийся триплет. Роль: Содержится «команда» о прекращении биосинтеза белка.
6) Постцистронный участок. Роль: Регулирование количества синтезируемого белка.

р – РНК
(рибосомная)
Являются основным структурным компонентом рибосом. На долю р-РНК приходится до 75% от общей массы РНК. Взаимодействуя с белками (гистонами) р-РНК образует субъединицы рибосом. Рибосомы состоят из большой и малой субъединиц.

углеводы
виды
функции
В начало

Виды углеводов
моносахариды
дисахариды
полисахариды
Простые углеводы. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахариды называются триозами – 3 атома, тетрозами – 4 атома, пентозами – 5 атомов, гексозами – 6 атомов.
Примеры: глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза.
В одной молекуле объединены 2 моносахарида. Примеры: сахароза, мальтоза, лактоза.
Это сложные углеводы, образованы многими моносахаридами. Почти все – разветвленные полимеры.
Примеры: крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин.

Функции углеводов
1) Основная функция – энергетическая. При расщеплении и окислении выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма. В процессе окисления 1 г углевода освобождается 17,6 кДж энергии. 2) строительная функция. Целлюлоза входит в состав стенки растительных клеток; сложный полисахарид хитин - главный структурный компонент наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполняет и у грибов. Крахмал – запасное питательное вещество у растений. Гликоген образуется из избытка глюкозы в крови. И т.д.