Задания / Кириленко,_А_А_Биология_ЕГЭ_Раздел_«Молекулярная_биология»

Глава I. Теоретический материал

6.10. Ферменты

Ферменты (энзимы) — это специфические белки, которые при­

сутствуют во всех живых организмах и играют роль биологических катализаторов.

Химические реакции в живой клетке протекают при умеренной

температуре, нормальном давлении и нейтральной среде. В таких условиях реакции синтеза или распада веществ протекали бы очень медленно, если бы не подвергались воздействию ферментов. Фер­ менты ускоряют реакцию без изменения её общего результата за счёт снижения энергии активации. Это означает, что в их присутствии требуется значительно меньше энергии для придания реакцион­ ной способности молекулам, которые вступают в реакцию. Фер­ менты отличаются от химических катализаторов высокой степенью

40

6. Химический состав клетки

специфичности, т. е. фермент катализирует только одну реакцию или действует только на один тип связи. Скорость ферментативных

реакций зависит от многих факторов — природы и концентрации фермента и субстрата, температуры, давления, кислотности среды, наличия ингибиторов и т.д.

41

Глава I. Теоретический материал

Механизм действия фермента представлен на рис. 4. В молекуле каждого фермента имеется активный центр — это один или более участков, в которых происходит катализ за счёт тесного контакта ме­ жду молекулами фермента и специфического вещества (субстрата).

Активным центром выступает или функциональная группа (напри­

мер, ОН-группа), или отдельная аминокислота. Активный центр

может формироваться связанными с ферментом ионами металлов, витаминами и другими соединениями небелковой природы — кофер­ ментами или кофакторами. Форма и химическое строение активного центра таковы, что с ним могут связываться только определённые

Рис. 4. Механизм действия фермента

42

6. Химический состав клетки

субстраты в силу их идеального соответствия (комплементарности) друг другу.

Молекула фермента изменяет глобулярную форму молекулы суб­ страта. Молекула субстрата, присоединяясь к ферменту, тоже в опре­ делённых пределах изменяет свою конфигурацию для увеличения реакционности функциональных групп центра.

На заключительном этапе химической реакции фермент-суб- стратный комплекс распадается с образованием конечных продуктов и свободного фермента. Освободившийся при этом активный центр может принимать новые молекулы субстрата.

6.11. Нуклеиновые кислоты: сравнительная характеристика ДНК и РНК, принцип комплементарности, правила Чаргаффа

Нуклеиновые кислоты — полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды; макромолекулы с молекулярной массой от 10000 до нескольких миллионов; открыты в 1869 г. швейцар­

ским химиком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов, входящих в состав гноя. Впоследствии нуклеиновые кислоты были обнаружены во всех растительных и животных клетках, вирусах, бактериях, протистах

игрибах.

Вприроде существует два вида нуклеиновых кислот — ДНК (дез­ оксирибонуклеиновые кислоты) и РНК (рибонуклеиновые кислоты).

Сравнительная характеристика ДНК и РНК

43

Глава I. Теоретический материал

Продолжение табл.

дезоксирибозой одного и остат­ ком фосфорной кислоты другого нуклеотида (см. рис. 5). Атомы углерода в дезоксирибозе прону­ мерованы Г, 2', 3', 4' и 5'. К ато­ му углерода 1' присоединяется азотистое основание (Т, А, Ц, Г), к атому углерода 5' — остаток фосфорной кислоты, а атом уг­ лерода 3' участвует в соединении

споследующим нуклеотидом.

Вначале молекулы у первого нуклеотида свободным от обра­ зования эфирной связи остаётся остаток фосфорной кислоты (5'-конец); на другом конце молекулы свободным от обра­ зования эфирной связи остаётся третий атом углерода дезоксири­

бозы (З'-конец). Это характерно

и для строения РНК.

Две цепи в молекуле ДНК объе­ диняются в единую молекулу при помощи водородных связей, которые возникают между азоти­ стыми основаниями, входящими

в состав нуклеотидов разных

цепей. Одна цепь — смысло­

вая, (начинается с 5’-конца

изаканчивается З'-концом);

другая — транскрибируемая,

или антисмысловая, или ма­ тричная (начинается с З'-конца

изаканчивается 5'-концом). Последовательность соединения нуклеотидов одной (смысловой) цепи противоположна последо­ вательности нуклеотидов в дру­ гой (транскрибируемой) цепи,

44

45

Глава I. Теоретический материал

бозимы — специфические катализаторы биохимиче­ ских реакций (естественные

и искусственные);

46

6. Химический состав клетки

Окончание табл.

регуляторные РНК — ком­ плексы РНК с белками — рибонуклеопротеиды, кото­ рые в значительной степени

обеспечивают процессы транскрипции и трансляции

Принцип комплементарности — избирательное соединение ну­ клеотидов; свойство, которое лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной. Против аденина одной цепи всегда располагается тимин другой цепи, против гуанина — цитозин и на­ оборот (рис. 5). Таким образом, пары нуклеотидов аденин и тимин, а также гуанин и цитозин строго соответствуют друг другу и являются дополнительными (пространственное взаимное соответствие), или

комплементарными.

Образование полимера РНК происходит так же, как и у ДНК. Мо­ лекула РНК синтезируется на одной из цепочек ДНК-матрицы по принципу комплементарности. Например, против Г молекулы ДНК становится Ц молекулы РНК, против Ц молекулы ДНК — Г мо­ лекулы РНК, против Т молекулы ДНК — А молекулы РНК, а против А молекулы ДНК — У молекулы РНК (вместо тимина РНК несёт ура­ цил).

Правила Чаргаффа: у всякого организма число адениловых ну­

клеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых — числу

цитидиловых.

п АГ, Первое правило: — = — = 1.

Второе правило: А + Г = Ц + Т.

Третье правило: А + Ц = Г + Т.

Чаргафф не смог полностью объяснить свои правила, основан­ ные на результатах тщательной аналитической работы с различными образцами ДНК. Однако уже в 1953 г. это сделали молодые учёные Д. Уотсон и Ф. Крик. Они создали структурную модель молекулы ДНК.

47

Глава I. Теоретический материал

Рис. 5. Строение нуклеотида ДНК и образование водородных связей в молекуле ДНК

Строение т-РНК

т-РНК — небольшие молекулы (70—95 нуклеотидов), имеющие

сложную пространственную структуру в форме клеверного листа.

Вмолекуле есть три петли и спиральные участки, образованные

за счёт взаимодействия между собой комплементарных нуклеотидов.

Вцентральной петле находится антикодон — триплет, соответствую­

щий кодону определённой аминокислоты. На одном конце молеку­ лы т-РНК находится нуклеотид Г (5'-конец), а на другом — триплет

48

6. Химический состав клетки

ЦЦА — это акцепторный участок, к которому присоединяется опре­ делённая аминокислота (З'-конец). Аминокислота к акцепторному участку присоединяется с помощью фермента аминоацил-т-РНК- синтетазы за счёт энергии АТФ. Транспортные РНК доставляют

аминокислоты к месту синтеза белка. Каждая т-РНК способна пе­ реносить только одну из 20 аминокислот. Количество видов т-РНК

превышает число аминокислот, следовательно, имеется несколько

т-РНК для каждой аминокислоты.

Рис. 6. Строение т-РНК

6.12. АТФ

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) содержится в каждой клетке в цитоплазме, митохондриях, хлоропластах и ядре. АТФ явля­ ется источником энергии. С её помощью клетка движется, синтези­

рует новые молекулы белков, углеводов, жиров, избавляется от про­ дуктов обмена, осуществляет активный транспорт веществ и т. д.

По структуре молекула АТФ является нуклеотидом, состоит из азотистого основания аденина, пятиуглеродного сахара рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты (рис. 6). Фосфатные группы

49