К классу белков кроме структурных белков относятся специальные белки — ферменты, которые выполняют роль биокатализаторов, ускоряющих, а также регулирующих процесс биосинтеза структурного белка. Скорость биохимической реакции при наличии фермента может возрасти в 10 миллиардов раз! Примером действия фермента является знакомый всем любителям кошек по запаху процесс разложения мочевины на диоксид углерода и аммиак, который идет при наличии фермента — уреазы:

Ферменты имеют активный центр; химическое строение их таково, что с ними могут соединяться только вещества, на которые этот фермент действует, — так называемые субстраты. Субстрат — это какая-то молекула, которая после взаимодействия с ферментом превращается в другую молекулу. Немецким биохимиком Фишером было установлено правило «замок — ключ»: к ферменту (замок) подходит лишь свой субстрат (ключ). Отметим, что эта простая модель для сложных механизмов взаимо-

320

действия молекул работает гибко и надежно в условиях непрерывного хаотического теплового движения молекул. Попробуйте-ка вставить ключ в замок вибрирующего устройства! Ферменты приспособлены для определенной операции или регулировки обмена веществ. BA. Энгельгардт сказал, что «о ферментах, как и о людях, судят по их поведению». Т. Я. Дубнищева [8] приводит интересную метафору: белки могут производить буквы, но не могут складывать их в слова. Может быть, в том, каким образом аминокислоты «вставляются» в белки, и состоит один из секретов жизни. Указание об этом, информацию о топологии построения белковых структур несут в себе нуклеиновые кислоты.

12.3.4. Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты образуют самые крупные молекулы, синтезируемые живыми организмами. Они существуют в виде полимерных макромолекул, участвующих в хранении и передаче наследственной информации. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) содержит генетическую информацию о последовательности аминокислот в полипептидных цепях и определяет структуру белков; рибонуклеиновая кислота (РНК) ответственна за создание белков. В управленческой структуре на «фабрике жизни» ДНК представляет законодательную власть, а РНК — исполнительную.

В качестве мономеров нуклеиновые кислоты содержат элементы аминокислот. Мономерные звенья цепи нуклеиновых кислот называются нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из трех частей: азотсодержащего основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и одной или нескольких фосфатных групп, соединенных ковалентными связями с пентозой, которая также ковалентно связана с одним из возможных азотсодержащих оснований (рис. 12.4). Такими основаниями являются цитонин (Ц), тимин (Т), аденин (А) и гуанин (Г). В любой молекуле ДНК образуются звенья, в

Рис. 12.4. Строение нуклеотида — мономера нуклеиновых кислот.

321

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

Рис. 12.5. Двойная спираль молекулы ДНК.

которых молекулы азотистых оснований состоят из пар Ц — Г и А — Т и образуют как бы закрученную «винтовую лестницу со ступеньками» из пар перечисленных нуклеотидов. Сами нуклеотиды содержат атомы кислорода, углерода, азота и фосфора. Пары цитонин — гуанин и аденин — тимин являются термодинамически более стабильными, чем другие основания, что важно для стабильности жизни. Такая структура образует знаменитую двойную спираль ДНК, расшифрованную американским биохимиком Дж. Уотсоном (р. 1928) и английским физиком Ф. Криком (р. 1916) в 1953 г. Спираль ДНК состоит из двух цепей, закрученных одна вокруг другой (рис. 12.5). Расположение этих четырех типов пар в молекуле ДНК дает указание молекуле РНК, как надо строить белок. Установлено, что в живом организме эти цепи могут состоять из миллионов пар в ряду и свернуты в клубки, подобно белковым молекулам. Подсчитано, что число возможных вариантов комбинаций пар огромно: из четырех звеньев количество вариантов составляет около 100 миллионов. Такое разнообразие строения молекул ДНК обеспечивает и разнообразие живых организмов. Моносахарид в виде пентозы или гексозы (6-атомный сахар) может входить в состав нуклеотида в виде β—D- рибозы и β—D-дезоксирибозы. Поэтому нуклеотиды, содержащие рибозу, называются рибонуклеотидами и являются мономерными звеньями в молекуле РНК, а содержащие дезоксирибозу, — дезоксирибонуклеотидами и образуют молекулы ДНК.

Нуклеотиды, полимеризуясь в молекулу нуклеиновых кислот, присоединяются друг к другу так, что фосфатная группа каждого следующего нуклеотида связана с сахаром предыдущего нуклеотида, в результате чего образуется длинная цепь, называемая сахарофосфатным остовом молекулы (рис. 12.6). Основания располагаются по одну сторону от этого остатка. Поскольку молекула ДНК состоит из двух цепей, ее можно сравнить также

с

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.