§ 5. ОРГАНИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ ЖИВОГО. БИОПОЛИМЕРЫ

Основные понятия и ключевые термины: ОРГАНИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ ЖИВОГО. Малые биомолекулы. БИОПОЛИМЕРЫ.

Вспомните! Что такое молекулярный состав живого?

Новости науки

В ноябре 2014 г. на комету Чурюмова - Герасименко (её открыл в 1969 г. украинский учёный Клим Чурюмов в результате изучения фотопластинок, снятых Светланой Герасименко) с космического аппарата «Розетта» впервые совершил посадку модуль «Филы». Он взял образцы почвы, в которых было обнаружено шестнадцать органических соединений, из которых четыре были замечены на кометах впервые. Это ацетамид CH3CONH2, ацетон (CH3)2CO, метилизоцианат CH3NCO и пропиональдегид CH3CH2CHO. Эти соединения, согласно гипотезе учёных, могли быть исходными соединениями для возникновения биомолекул. Что такое биомолекулы?

СОДЕРЖАНИЕ

Каковы основные особенности биомолекул?

ОРГАНИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ ЖИВОГО, или БИОМОЛЕКУЛЫ, - это вещества, которые имеют скелеты из ковалентно связанных атомов углерода и синтезируются клетками организмов. Биомолекулы относятся к органическим соединениям. Их изучают биохимия и молекулярная биология. Содержание биомолекул в клетках составляет около 30 %. Основная причина их разнообразия - свойства углерода, среди которых выделяют способность атомов соединяться между собой с образованием карбоновых скелетов. Благодаря ковалентным связям биомолекулы достаточно прочны, устойчивы к нагреванию, действию света, воздействию агрессивной химической среды. Карбоновый каркас подвижен, и поэтому цепи способны изгибаться, сворачиваться, могут быть открытыми (линейная форма) и замыкаться в кольца (циклическая форма).

Биомолекулам свойственны прочные ковалентные (например, дис ульфидная, пептидная) и слабые нековалентные (например, водородная, ионная) химические связи. Эти связи определяют существование биомолекул и их кратковременное взаимодействие между собой.

Благодаря энергии своих связей биомолекулы обладают высокой энергоёмкостью и способностью к окислению с выделением большого количества теплоты. Конечными продуктами этого окисления являются СО2, Н2О, NH3, удаляемые из клеток.

Химическая активность биомолекул может изменяться, что существенно для выполнения ими своих функций в различных условиях. На активность молекул в клетках влияют ионы металлов (например, ионы магния, железа), некоторые неорганические соединения (например, кислород, углекислый газ), биологически активные вещества (витамины, гормоны и др.).

Биомолекулы имеют относительно большую молекулярную массу, которая измеряется в дальтонах (1 дальтон равен 1/12 атомной массы углерода). Так, у некоторых нуклеиновых кислот она достигает нескольких миллиардов. По молекулярной массе биомолекулы условно делят на малые биомолекулы (жирные кислоты, моносахариды, аминокислоты) и макробиомолекулы (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты).

Итак, биомолекулы являются органическими соединениями, синтезируемыми в клетках живых организмов и имеющими ряд особенностей строения и функционирования.

Каковы особенности и значение малых биомолекул в клетках?

Малые биомолекулы - это молекулы с относительно небольшой молекулярной массой от 100 до 1 000 а. е. м, содержащие до 30 атомов углерода. На долю малых молекул приходится до 5 % от массы клетки. В малых биомолекулах имеются характеристические (функциональные) группы (например, СООН, ОН, NH2, СН3), свойства которых и определяют их поведение. Так, аминогруппа NH2 определяет щелочные свойства аминокислот, а карбоксильная группа СООН - кислотные. К малым биомолекулам относятся жирные кислоты, мономерные биомолекулы (моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды) (ил. 7), биорегуляторные молекулы (гормоны, нейромедиаторы, витамины, алкалоиды), энергетические биомолекулы (АТФ, ГТФ).

Малые биомолекулы содержатся в свободном состоянии в цитоплазме клетки и благодаря диффузии могут быстро перемещаться, что делает их незаменимыми в процессах передачи информации и саморегуляции клеток и организма. Так, гормоны осуществляют гуморальную регуляцию процессов, нейромедиаторы - передают информацию между нейронами.

Малые биомолекулы довольно часто выполняют роль простых соединений, из которых образуются сложные, т. е. являются мономерами. Например, из аминокислот образуются белки, из моносахаридов - полисахариды, а из нуклеотидов - нуклеиновые кислоты.

Ил. 7. Примеры малых биомолекул, являющихся мономерами: 1 - моносахарид рибоза; 2 - аминокислота аланин; 3 - адениловый нуклеотид

Малые биомолекулы не только участвуют в образовании макромолекул, но и могут распадаться с высвобождением энергии. Так, при расщеплении 1 г глюкозы высвобождается 17,6 кДж, а во время гидролиза 1 моль АТФ до АДФ - около 40 кДж.

Итак, основными функциями малых молекул в клетках являются: строительная (участие мономеров в реакциях синтеза сложных молекул), энергетическая (распад с высвобождением энергии), регуляторная (участие в регуляции процессов жизнедеятельности клеток и организма) и информационная (межклеточная передача информации).

Каково значение биологических макромолекул, или биополимеров?

БИОПОЛИМЕРЫ - это высокомолекулярные органические соединения, состоящие из большого количества одинаковых или разных по химическому строению мономеров и образующиеся в клетках. К биополимерам относятся белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты (ил. 8). На их долю приходится около 25 % от массы клетки. Уникальным свойством макромолекул является то, что их мономеры образуют некую структуру (конформацию), которая и определяет их свойства и функции.

Ил. 8. ДНК - биополимер, образованный из нуклеотидов

Биополимеры (от греч. биос - жизнь, поле - многочисленный, мерос - часть) имеют большую молекулярную массу (обычно от 10 000 до 1 млн), поэтому располагаются в ядре или цитоплазме в прикреплённом состоянии или перемещаются очень медленно. Из них образуются хромосомы, клеточные стенки растений, грибов и прокариотов, рибосомы и т. д. (строительная функция). Распад макромолекул осуществляется в результате разрыва ковалентных связей при гидролизе с выделением большого количества энергии (энергетическая функция). Соединение макромолекул и их взаимодействие осуществляются на основе соответствия поверхности пространственной структуры. Эта информационная особенность называется структурной комплементарностью. Так, комплексы фермент/субстрат обеспечивают клеточную регуляцию процессов жизни (регуляторная функция), белковые комплексы антиген/антитело являются основой гуморального иммунитета (защитная функция). Комплементарность нуклеотидов в построении ДНК обеспечивает их уникальную способность к самоудвоению и передаче наследственной информации следующему поколению (информационная функция). Разветвлённость структуры, большое количество мономеров, инертность молекул способствуют тому, что полисахаридные макромолекулы откладываются в клетках впрок (например, крахмал у растений, гликоген у животных, грибов, архей) (запасающая функция).

Итак, макромолекулы имеют ряд особенностей, которые обусловливают выполнение таких функций, как строительная, энергетическая, регуляторная, защитная, информационная и запасающая.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Самостоятельная работа с таблицей

С помощью таблицы сравните малые молекулы и макромолекулы.

Биология + Геометрия

Общим элементом пространственной структуры макромолекул является право- или левозакрученная спираль. Эта фигура проявляется и в построении галактик, водоворотов и смерчей, раковин моллюсков, рисунков на пальцах человека, в расположении листьев, цветов и семян растений и т. п. Оцените значение спирали для пространственной организации биологических макромолекул биополимеров.

Биология + Химия

В Периодической системе элементов Д. И. Менделеева углерод и кремний находятся в одной группе, но по распространению в природе они очень отличаются. Сравните строение этих элементов и предложите объяснение, благодаря чему углерод преобладает в живой природе, а кремний - в неживой.

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)