15.1.2 Макромолекулярный уровень

Молекулы, как известно, могут образовываться двумя различными способами. Относительно небольшие молеку­лы формируются непосредственно из атомов, соединяющих­ся в тех или иных сочетаниях. Однако строительными бло­ками молекул могут выступать не только атомы, но и уже готовые молекулы, которые, соединяясь друг с другом, образуют структуры гигантских размеров, называемые макромолекулами. Вещества, построенные из таких мак­ромолекул, носят название полимеров. Полимеры, обра­зованные однообразной последовательностью небольших молекул — мономеров, встречаются и в неживой природе (каучук, полиэтилен и т. п.), однако именно в биологиче­ских системах полимеры (их называют биополимерами) ста­новятся основным материалом, который и позволяет про­явиться специфическим свойствам живой материи. Поэто­му иногда биополимеры называют субстратом живого.

Основными разновидностями биополимеров являют­ся углеводы, белки и нуклеиновые кислоты.

Углеводы — общее название обширного класса природных органических соединений. Название происходит от слов «уголь» и «вода». Причиной этого является то, что первые из известных науке углеводов описывались формулой C_x(H₂O)_y, формально являясь соединениями углерода и воды. По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на две группы: простые (моносахариды) и сложные (олигосахариды и полисахариды). Сложные углеводы, в отличие от простых, способны гидролизоваться с образованием простых углеводов, мономеров. Простые углеводы легко растворяются в воде и синтезируются в зелёных растениях.

Организмы животных не способны синтезировать углеводы из неорганических веществ. Они получают их от растений с пищей и используют в качестве главного источника энергии, получаемой в процессе окисления:

C_x(H₂O)_y + xO₂ → xCO₂ + yH₂O + энергия

В зеленых листьях растений углеводы образуются в процессе фотосинтеза — уникального биологического процесса превращения в сахара неорганических веществ — оксида углерода и воды, происходящего при участии хлорофилла за счёт солнечной энергии:

xCO₂ + yH₂O → C_x(H₂O)_y + xO₂

Список наиболее распространенных углеводов:

Моносахариды

• глюкоза

• фруктоза

• галактоза

• манноза

Олигосахариды

• Дисахариды

  • сахароза (обычный сахар)

  • мальтоза

  • изомальтоза

  • лактоза

  • лактулоза

Полисахариды

• декстрин

• гликоген

• крахмал

• целлюлоза

Белки - главные «труженики» клетки — это природ­ные биополимеры, построенные из остатков 20 аминокис­лот. В состав макромолекул белков может входить от не­скольких десятков до сотен тысяч и даже миллионов ами­нокислотных остатков, причем свойства белка существенно зависят именно от порядка, в котором располагаются эти остатки друг за другом. Поэтому, очевидно, что число воз­можных белков практически не ограничено.

Аминокислотами называют органические соединения, в которых карбоксильная (кислотная) группа СООН и ами­ногруппа NH₂. присоединены к одному и тому же атому углерода.

Рис.1 Структурная формула аминокислот

Строение такой молекулы описывается струк­турной формулой (рис.1), где R - радикал, разный для разных аминокислот. Таким образом, в состав аминокислот вхо­дят все четыре органогена С, О, Н, N, а в некоторые ради­калы может входить сера S.