книги из ГПНТБ / Жиряков В.Г. Органическая химия

Данные определения молекулярного веса нуклеиновых кис­ лот показывают, что их молекулы включают большое число ну­ клеотидов (от 11000 до 10 000 для ДНК и от 100 до 1000 для РНК). Нетрудно представить себе, что числа возможных соче­ таний остатков нуклеотидов четырех типов при столь большом их числе в молекулах нуклеиновых кислот очень велики. Соот­

40. ЖИРЫ И УГЛЕВОДЫ

Жиры. В тканях живых организмов и растений содержатся нейтральные жиры и жироподобные соединения (общее назва­ ние— липиды). Липиды построены по типу сложных эфиров. К нейтральным жирам относятся триглицериды — сложные эфи­ ры трехатомного спирта глицерина (стр. 94) и высших жирных кислот: пальмитиновой, стеариновой, олеиновой и др., например:

Наиболее часто в жирах содержатся жирные кислоты с чис­ лом углеродных атомов от четырех до 24.

К липидам относятся также фосфатиды — соединения, по­ строенные по типу сложных эфиров и содержащие остатки спирта (обычно глицерина), высших жирных кислот, азотистого основания и фосфорной кислоты. К фосфатидам относится, на­ пример, лецитин:

ОН

Жиры играют большую роль в процессах жизнедеятельности. Они являются важным истопником энергии, способствуют обмену веществ в клетках, защищают внутренние органы от механиче­ ских повреждений и др.

Жиры подразделяются на внутриклеточные и запасные. За­ пасные жиры содержатся в специальных жировых депо: в под­ кожной клетчатке и сальнике, а также в виде жировой подкладки

дая дополнительное количество энергии. Каждая из стадий рас­ щепления глюкозы управляется определенным ферментом. По мере накопления молочной кислоты организм чувствует себя все более и более усталым. Когда организм отдыхает после на­ пряженной работы, часть молочной кислоты в результате дыха­ ния окисляется до СО2 и Н20, а высвобождающаяся при этом энергия используется для превращения остальной молочной кислоты обратно в гликоген. В результате организм снова при­ ходит в рабочее состояние.

Роль белков в этом важном процессе не ограничивается фер­ ментативным катализом отдельных его стадий. Дело в том, что энергию, высвобождающуюся при окислительных процессах, организм непосредственно использовать не может. Эта энергия идет на образование химического соединения — аденозинтрифосфата (АТФ), содержащего остатки гетероциклического ос­ нования— аденина (стр. 303), рибозы (стр. 190), а также 3 остат­ ка фосфорной кислоты.

Отличительной особенностью АТФ является его способность сравнительно легко отщеплять один из остатков фосфорной кис­ лоты и превращаться в аденозиндифосфат (АДФ):

.о. СН2—О—Р —О—Р —ОН + Н3Р04

При этом выделяется значительное количество энергии, ко­ торое используется организмом. Образование АТФ и его

376 41. Роль белков в процессах жизнедеятельности

расщепление могут протекать только в присутствии специфиче­ ских ферментов.

Было показано, что молекулы мышечного белка актомиозина способны изменять свою длину непосредственно за счет хими­ ческой энергии, выделяющейся при отщеплении остатка фос­ форной кислоты от молекулы АТФ, т. е. этот процесс обуслов­ ливает сократительную деятельность мышц. Таким образом, си­ стема АТФ — белок играет роль аккумулятора химической энергии в организме. Накопленная химическая энергия по мере надобности превращается при помощи белка актомиозина непо­ средственно в механическую энергию, без промежуточного пе­ рехода в тепловую энергию. Для этого процесса характерен весьма высокий коэффициент полезного действия (приблизи­ тельно 50%), чем мышца существенно отличается от используе­ мых в современной технике тепловых машин. В тепловых ма­ шинах механическая работа совершается за счет химической энергии топлива через стадию перехода в тепло с соответствен­ но более низким коэффициентом полезного действия (20— 30%)..

Механо-химический процесс с участием системы АТФ — бе­ лок является, по-видимому, универсальным и происходит не только в мышцах. Он обеспечивает снабжение энергией любых живых клеток и даже таких сравнительно низкоорганизованных живых организмов, как бактерии и вирусы.

Третьей важной функцией белков является их использова­ ние в качестве материала для построения важных составных частей организма, обладающих достаточной механической проч­ ностью, начиная с полупроницаемых перегородок внутри кле­ ток и их ядер и кончая тканями мышц и различных органов, кожи, ногтей, волос и т. д.

Белки являются необходимой составной частью продуктов питания. Отсутствие или недостаточное количество их в пище вызывает серьезные заболевания.

Большинство белков находится в живом организме не в свободном виде, а в виде комплексов с различными мономер­ ными или полимерными органическими соединениями, с ио­ нами металлов. В отличие от свободных белков — протеинов такие комплексы носят название протеидов. Важное значение имеют комплексы белков с нуклеиновыми кислотами, углево­ дами, липидами, красителями (пигментами), ионами металлов

ит. д.

Вкачестве примера белкового комплекса можно привести гемоглобин, являющийся хромопротеидом — комплексом белка (глобина) с природным красителем (гемом).

Молекулы гема содержат так называемое порфириновое ядро, состоящее из четырех колец пиррола (стр. 294), связан­

ных метановыми мостиками, и включают в свой состав атом двухвалентного железа:

Сочетание специфического белка глобина и гема обуслов­ ливает указанную на стр. 374 уникальную способность гемо­ глобина переносить кислород от легких к клеткам тканей. Боль­ шинство хромопротеидов аналогично гемоглобину содержит в своем составе ионы металлов (железо или медь).

Другим важным представителем хромопротеидов может слу­ жить миоглобин. Этот протеид придает красную окраску мыш­ цам и обеспечивает сохранение запаса кислорода в мышечных клетках путем превращения в устойчивый оксимиоглобин.

Важную роль в жизнедеятельности играют комплексы бел­ ков с нуклеиновыми кислотами — нуклепротеиды. Из нуклеопротеидов состоят, в частности, хромосомы — важнейшие состав­ ные части ядра клетки, ответственные за хранение наследствен­ ной информации, а также рибосомы — мельчайшие частицы про­ топлазмы, в которых происходит синтез белковых молекул.

42.СИНТЕЗ БЕЛКА В ОРГАНИЗМЕ

Учитателя может возникнуть естественный вопрос, каким путем в организме синтезируются нужные белки? Следует от­ метить, что до самых последних лет этот вопрос оставался не­ ясным. Лишь успехи, достигнутые за последнее время, позво­ лили выяснить природу химических реакций, лежащих в основе отдельных стадий синтеза белка, а для некоторых реакций — изучить даже их механизм.

Основную роль в процессе выработки организмом необходи­ мых ему белков в нужных количествах выполняют нуклеиновые кислоты, структура которых в основных чертах описана выше

(стр. 367).

13 З а к . 50

проникнуть через оболочку ядра и попасть в цитоплазму. Содер­ жащаяся в ДНК наследственная информация включает сведения о всех необходимых организму белках. Эта информация зашиф­ рована последовательностью чередования четырех нуклеотидов аналогично тому, как информация, заключающаяся в какойнибудь книге, зашифрована определенной последовательностью

32букв алфавита.

Молекулы рибонуклеиновых кислот (РНК) синтезируются в

ядре клетки, однако свои функции они осуществляют в цито­ плазме. Имеются три вида РНК, отличающиеся друг от друга молекулярным весом и вторичной структурой. Все они имеют значительно более низкий молекулярный вес, чем ДНК, и по­ этому могут проникать через оболочку ядра клетки.

Один из видов РНК (количество которого составляет при­ близительно 5% от общего количества РНК) предназначен для

соответственно название информационной РНК (и-РНК). Мо­ лекулы и-РНК служат в качестве матриц (шаблонов) при окон­ чательной сборке белковой молекулы из аминокислот.

Второй вид РНК предназначен для доставки (транспорти­ рования) аминокислот к рибосоме и называется соответственно транспортной РНК (т-РНК). Этот вид РНК характеризуется сравнительно небольшим молекулярным весом (15—20 тыс.), в связи с чем в отличие от других видов нуклеиновых кислот до­ вольно хорошо растворим в воде. Количество т-РНК составляет приблизительно 25% от всего количества РНК.

Третий вид РНК, составляющий остальные 70% от общего количества РНК, входит в состав рибосом и носит название рибосомальной РНК (р-РНК). Она существует в организме в форме комплекса с белком.

Процесс образования белка начинается с синтеза молекулы и-РНК. При этом двунитчатая спираль, в форме которой нахо­ дится ДНК в ядре, расплетается на соответствующем участке (гене), и молекула и-РНК отштамповывается на одной из ни­ тей в однозначном соответствии с этим участком (геном). Если ДНК можно сравнить с книгой, в которой содержится вся ин­ формация, относящаяся к данному организму, то молекулу

и-РНК можно сравнить с одной из содержащихся в ней фраз или с одним из слов, соответствующих одному из необходимых белков. Хотя механизм образования и-РНК на ДНК до конца еще не выяснен, однако хорошо известно, что последователь­ ность чередования нуклеотидов в молекуле образующейся и-РНК однозначно соответствует последовательности чередова­ ния нуклеотидов гена ДНК. Таким способом информация, со-

із: