1.5. Углеводы и липиды.

Углеводы (полисахариды) построены в основном из моносахаридных звеньев, имеющих в свободном мономерном состоянии формулу C₆H₂O₆. Важнейшим для организма моносахаридом является глюкоза. Ее структурный вид:

Функции полисахаридов:

1. Источники моно- и дисахаридов, которые используются клеткой при дыхании.

2. Входят в состав скелетообразующих веществ (целлюлоза у растений, мукополисахариды в костях).

В мембранах клеток полисахариды находятся в комплексах с белками и липидами - жировыми веществами, присутствующими в наружных и внутренних мембранных слоях. Мембраны образованы комплексами белков с липидами и, в ряде случаев, с полисахаридами.

Липиды- природные жиры, представляют собой триглицериды жирных кислот. Например, триглицерид стеариновой кислоты - CH₃(CH₂)₁₆COOH - имеет вид:

1.6. Кофакторы. Витамины. Гормоны.

Белки выполняют свою важнейшую ферментативную функцию в большей части в комплексах с низкомолекулярными кофакторами. Кофактор относительно слабо связан с белком и способен переходить от одной молекулы к другой. Например, кофактором является комплекс гем в гемоглобине.

Витаминынеобходимы организму как катализаторы важнейших биохимических реакций и присутствуют в малых количествах.

Гормоны- сигнальные и регуляторные вещества (инсулин).

2. Пространственная организация биополимеров.

2.1. Объемные взаимодействия и переходы глобула - клубок.

Все виды взаимодействий между атомами независимо от их физической природы при формировании различных макромолекулярных связей можно разделить на 2 основных типа:

1. взаимодействия ближнего порядка между атомами соседних звеньев;

2. дальние взаимодействия между атомами, которые хотя и отстоят по цепи далеко друг от друга, но случайно встретились в пространстве в результате изгибов цепи.

В качестве простейшей модели биополимера рассмотрим свободно-сочлененную цепь. Будем считать, что цепь состоит из ряда прямолинейных сегментов, каждый из которых включает определенное число отдельных звеньев. Внутри каждого сегмента сохраняется абсолютная корреляция в ориентации звеньев. При этом между сегментами эта корреляция полностью отсутствует.

Радиус-вектор между концами цепи может быть представлен в виде суммы отдельных векторовl_i, характеризующих каждый сегмент. Число сегментов должно быть достаточно большим (не меньше 80), чтобы можно было корректно использовать статистические подходы.и может внутри него принимать любые значения. Вероятность того, что определенный сегмент находится в определенном положении относительно другого сегмента, может быть выражена через функцию распределенияW_aвектора расстояний между сегментами цепи. ФункцияW_a называется функцией распределения величиныaили плотностью вероятности нахождения данного значенияa, если произведениеW_adaравно вероятности нахождения значения переменнойaв интервале отaдо a+da:

.

В термодинамике строго доказывается, что для достаточно длинной свободно-сочлененной цепи, находящейся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, функция распределения является гауссовой.

Для определенности введем систему координат, в начало которой поместим начало цепи.

,,

.

Функции распределения координат x, y, z конца цепи являются гауссовыми.

Так как x,y,zявляются независимыми, то вероятность попадания конца цепи в элемент объемаокрестности точки (x, y, z)равна произведению трех независимых событий, следовательно:

.

Для ансамбля, состоящего из nмолекул, произведениеW_tdtравно относительной доли молекул (dn/n), конец которых попадает в элемент объемаdпри закреплении всех цепей в точке(0,0,0).Вероятность того, чтоимеет длину, не зависит от направленияи пропорциональна произведениюW_t на элемент объема шарового слоя, в котором находятся концы всех векторов длиной отhдоh+dhили:

То есть произведение W_hdhравно относительному числу молекул(dn/n),для которых длина векторазаключена в интервале отh доh+dh.

В соответствии с этим распределением принято различать следующие статистические характеристики свободного состояния цепи.

Среднее значение длины цепи h:

.

Наиболее вероятное значение длины свободно-сочлененной цепи:

.

Среднеквадратичное значение:

.

В полимерной цепи, где все валентные углы, соединяющие сегменты, фиксированы и одинаковы, а вокруг всех одинарных связей разрешено свободное вращение, для среднеквадратичного значения имеем следующее выражение:

.

Каждое макросостояние полимера характеризуется определенными значениями молекулярных параметров и может осуществляться большим количеством микросостояний (конформаций). Тепловое движение и вращение вокруг одинарных связей (пептидных) должно приводить к значительной свернутости цепи и образованию клубка.