Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Природознавство arrow Біологія
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Малі молекули, їх особливості та біологічне значення

Малі молекули – це біомолекули з відносно невеликою молекулярною масою від 100 до 1000, які містять до 30 атомів Карбону. На частку малих молекул припадає близько 3% від загальної маси клітини.

Особливості малих молекул. Вони розташовуються у вільному стані в цитоплазмі клітини, завдяки чому можуть швидко переміщуватися завдяки дифузії (у середньому на відстань в 10 мкм за 0,2 с). Досить часто виступають як мономери: мономерами полісахаридів є моносахариди, білків – амінокислоти, нуклеїнових кислот – нуклеотиди. Мономери – прості молекули, які є ланками у ланцюгах біополімерних макромолекул. їм властива здатність до полімеризації, тому в їхньому складі є групи, що реагують з певними групами інших мономерів з утворенням ковалентних зв'язків. Поєднання малих молекул відбувається шляхом видалення молекули води під час реакцій конденсації, а розпад – у результаті обмеженої кількості хімічних перетворень до тих продуктів, з яких синтезувалися. У молекулах неодноразово повторюються певні прості комбінації атомів – функціональні групи – хімічні й фізичні властивості яких і визначають поведінку будь-яких молекул: ОН – гідроксильна група, NH2 – аміногрупа, СООН – карбоксильна група та ін.

Біологічне значення. Функції малих молекул у живих організмах не відрізняються різноманітністю, але є дуже важливими для них. Це: 1) будівельна – участь в утворенні інших, більш складних молекул; 2) енергетична – участь у біохімічних реакціях енергетичного обміну; 3) регуляторна – участь у регуляції процесів і функцій.

Різноманітність малих молекул

До сновних родин малих молекул відносять жирні кислоти, прості цукри, амінокислоти й нуклеотиди.

Моносахариди (прості цукри)це група вуглеводів, молекули яких у своєму складі мають від трьох до десяти атомів Карбону. Загальна формула моносахаридів – СnН2nОn. Уміст у клітині близько 1% від загальної маси клітини. Можуть мати за однакового хімічного складу різний порядок зв'язків між атомами або групами атомів, що обумовлює існування структурних ізомерів з різними хімічними властивостями (наприклад, глюкоза і фруктоза з формулою С6Н12O6). За фізичними властивостями це білі кристалічні речовини, солодкі на смак (найсолодшою є фруктоза – у 5 разів солодша за глюкозу), добре розчинні у воді, спиртах і нерозчинні у полярних розчинниках. За рахунок наявності декількох гідроксильних груп здатні до полімеризації, утворюють велику кількість оліго- та полісахаридів, у яких поєднуються за допомогою глікозидних зв'зків. Синтезуються із СO2 і води в процесі фотосинтезу в рослин і в процесі глюконеогенезу у тварин. Розпад здійснюється шляхом окиснення з утворенням СO2 і Н2O з виділенням великої кількості енергії (наприклад, окиснення однієї молекули глюкози супроводжується утворенням 38 молекул АТФ). У моносахаридів спостерігається залежність властивостей від хімічного складу, просторового розташування груп, здатності повертати площину поляризованого світла, наявності та кількості функціональних груп та ін. Моносахариди можуть існувати у двох формах – лінійній, коли вуглеводний ланцюг відкритий, та циклічний, коли він замкнений.

У біохімії вуглеводів уже описано понад 50 різних природних моносахаридів. Найпоширенішою є їх класифікація залежно від кількості атомів Карбону в молекулі, згідно з якою назви груп моносахаридів утворюють від грецької назви числівника, що відповідає цій кількості з додаванням закінчення -оза (тріози, тетрози, пентози, гексози, гептози, октози, нанози, декози). Найважливіше значення в живій природі мають пентози і гексози. Пентози – це група моносахаридів, молекули яких містять п'ять атомів Карбону. Із пентоз відомі рибоза і дезоксирибоза, що входять до складу відповідно рибонуклеїнової (РНК) і дезоксирибонуклеїнової (ДНК) кислот. Гексози – це група моносахаридів, молекули яких містять шість атомів Карбону. У природі найпоширенішими є глюкоза і фруктоза, від вмісту яких залежить солодкий смак ягід, меду.

Поширені в організмах як у вільному стані, так і в складі олігосахаридів, полісахаридів та ін. Відіграють важливу роль в обміні речовин, беруть участь у процесах клітинного дихання, бродіння та синтезу складніших вуглеводів. Основними функціями є енергетична (при розщепленні 1 г вивільняється 17,6 кДж енергії) та струк-

Лінійний і циклічний способи зображення глюкози

Лінійний і циклічний способи зображення глюкози

турна (є мономерами складних вуглеводів). Важливе значення для життєдіяльності організмів мають і такі похідні моносахаридів, як сахарні спирти (наприклад, манітол у бурих водоростей як запасаюча сполука), сахарні кислоти (аскорбінова кислота, уронові кислоти), глікозиди (серцеві глікозиди конвалії).

Жирні кислотице група малих органічних молекул, які за хімічною природою є одноосновними карбоновими кислотами. Загальною формулою жирних кислот є СН3 – (СН2)n – СООН. У молекулі є дві різних частини: довгий гідрофобний карбоновий ланцюг і гідрофільна карбоксильна група. Вміст їх у клітині – близько 1% від загальної маси клітини. Жирні кислоти відрізняються між собою температурою плавлення та розчинністю у воді й органічних розчинниках. Збільшення кількості атомів Карбону в молекулах супроводжується зниженням розчинності у воді та підвищенням температури плавлення.

У воді їх молекули можуть утворювати поверхневу плівку або невеликі міцели (частинки в колоїдних системах, що складаються з гідрофобного ядра і гідрофільної оболонки). Поєднуються жирні кислоти зі спиртами з утворенням ліпідів за допомогою складноефірних зв'язків. їх розпад здійснюється шляхом окиснення з утворенням ацетил-КоА, СO2 і Н2O з виділенням великої кількості енергії (наприклад, окиснення однієї молекули пальмітинової кислоти супроводжується утворенням 130 молекул АТФ). У жирних кислот спостерігається залежність властивостей від хімічного складу, наявності подвійних зв'язків та ін.

За кількістю атомів Карбону жирні кислоти поділяють на: нижчі (до 3 атомів Карбону), середні (4-9 атомів Карбону) та вищі (9-24 атоми Карбону). За особливостями зв'язків розрізняють насичені [не мають подвійних зв'язків) та ненасичені (можуть мати один, два або більше подвійних зв'язки). Найбільш поширеними жирними кислотами є такі насичені жирні кислоти, як масляна, пальмітинова, стеаринова, арахінова, і такі ненасичені жирні кислоти, як олеїнова, лінолева, ліноленова, арахідонова.

Жирні кислоти поширені в організмах як у вільному стані, так і в складі простих і складних ліпідів. Але найважливіший прояв структурної функції жирних кислот – участь у побудові фосфоліпідів клітинних мембран. Жирні кислоти є цінним джерелом енергії, оскільки їх розпад супроводжується виділенням вдвічі більшої кількості енергії, аніж при розпаді такої ж маси глюкози. Ненасичені жирні кислоти (лінолева, ліноленова, арахідонова), які умовно поєднані в групу під назвою "вітамін F", беруть участь у процесах росту і розвитку організму, посилюють захисні реакції тощо. Нестача цього вітаміну в організмі тварин зумовлює припинення росту, викликає дерматити та захворювання внутрішніх органів. Отже, для жирних кислот характерна і структурна, і енергетична, і регуляторна функції.

Амінокислоти – це малі органічні молекули, до складу яких входять аміногрупа і карбоксильна група. Вміст їх у клітині – 0,4% від загальної маси клітини. Загальна формула їх включає карбоксильну групу СООН, аміногрупу NH2 і радикальну групу, яка у різних амінокислот є різною і відрізняє їх одна від одної. За фізичними властивос-

Пальмітинова кислота (C15H31COOH)

Пальмітинова кислота (C15H31COOH)

тями амінокислоти – це безбарвні кристалічні речовини, більшість яких розчинна у воді. Вони можуть мати солодкуватий, гіркуватий смак, специфічний запах, але більшість – взагалі без смаку і запаху. Усі термічно малостійкі. Амінокислоти здатні до полімеризації, утворюючи пептиди та білки. У більшості амінокислот є одна СООН (зумовлює кислотні властивості) і одна NH2 (зумовлює основні властивості), які разом визначають амфотерні властивості амінокислот. За рахунок здатності аміногрупи і карбоксильної' групи до йонізації виникають йонні зв'язки, при взаємодії сульфгідрильних груп (–SH) радикалів сірковмісних амінокислот утворюються дисульфід ні зв'язки, при взаємодії Гідрогену з 0 або N в складі груп – ОН чи –NH формуються водневі зв'язки, і при взаємодії NH2 однієї амінокислоти з СООН іншої з виділенням води утворюються пептидні зв'язки. При підвищенні pH виступають у ролі донорів Н+-йонів, а при пониженні – в ролі акцепторів цих йонів, що вказує на їхню здатність діяти в розчинах як буфери. В амінокислот спостерігається залежність властивостей від хімічного складу, складу радикалів, кількості функціональних груп, pH від дії поляризованого світла та ін.

Усього з природних джерел виділено понад 200 амінокислот. їх класифікують за будовою радикала, кількістю функціональних груп та ін. За біологічними особливостями амінокислоти поділяють на замінні (наприклад, аланін, аспарагін) і незамінні (лейцин, валін). Перші синтезуються в організмі людини і тварин, а другі не синтезуються і потрапляють до них лише з харчовими продуктами. Для нормальної життєдіяльності організм потребує повного набору з 20 основних L-амінокислот і певних додаткових амінокислот, які є похідними від основних.

Назви основних амінокислот та їхні скорочені позначення

Назва амінокислоти

Скорочена назва

Змінні (з) та незмінні (н)

Аланін

Ала

(з)

Аргінін

Apr

(з) – для дітей (н)

Аспарагін

Асн

(з)

Аспарагінова кислота

Асп

(з)

Валін

Вал

(н)

Гістидин

Гіс

(з) – для дітей (н)

Гліцин

Глі

(з)

Глутамін

Глн

(з)

Глутамінова кислота

Глу

(з)

Ізолейцин

Іле

(н)

Лейцин

Лей

(н)

Лізин

Ліз

(н)

Метіонін

Мет

(н)

Пролін

Про

(3)

Серин

Сер

(з)

Тирозин

Тир

(з)

Треонін

Тре

(н)

Триптофан

Три

(н)

Фенілаланін

Фен

(н)

Цистеїн

Цис

(з)

Значення амінокислот, передусім, пов'язане з тим, що вони є мономерами білків (структурна функція) і джерелом енергії (енергетична функція). Однак амінокислоти виконують і деякі специфічні функції. Наприклад, з тирозину синтезується гормон щитоподібної залози – тироксин.

Нуклеотидиорганічні сполуки, молекули яких складаються з азотистої основи, моносахариду і залишків фосфорної кислоти. Вміст їх у клітині – 0,4% від загальної маси клітини. Отже, до складу молекул нуклеотидів входять: 1) азотиста (нітратна) основа (А – аденін, або Г – гуанін, або Т – тимін, або Ц – цитозин, або У – урацил); 2) вуглевод, який представляють пентози (рибоза або дезоксирибоза) і фосфорна кислота. Сполука азотистої основи з пентозою називається нуклеозидом. Нуклеотиди добре розчинні у воді. Вони здатні до полімеризації, утворюючи нуклеїнові кислоти (РНК і ДНК). Проявляють властивості кислот, оскільки містять фосфорну кислоту, а завдяки азотистим основам – основні властивості. У складі нуклеотидів є два види ковалентних зв'язків: глікозидний (між азотистою основою і пентозою) і фосфоефірний (між пентозою і залишком фосфату).

Поєднуються нуклеотиди в полінуклеотидний ланцюг з утворенням міжнуклеотидного 3', 5'-фосфодиефірного зв'язку між пентозою одного нуклеотиду і фосфатом іншого. Нуклеотиди двох ланцюгів поєднуються на основі принципу структурної комплемен- тарності за допомогою водневих зв'язків. Властивості нуклеотидів залежать від складу азотистих основ, пентоз і кількості фосфатних залишків.

Нуклеотиди поділяють на рибонуклеотиди (аденіловий, уридиловий, гуаніловий і цитидиловий) та дезоксирибонуклеотиди (аденіловий, тимідиловий, гуаніловий і цитидиловий). Похідними нуклеотидів є нуклеозиддифосфати (нуклеотиди з двома залишками фосфатної кислоти, наприклад, АДФ, ГДФ), нуклеозидтрифосфати (нуклеотиди з трьома залишками фосфатної кислоти, наприклад, АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ), НАДФ, НАД, ФАД та ін.

Нуклеотиди є "будівельними" субодиницями нуклеїнових кислот, у поєднанні з іншими групами утворюють коферменти у складі ферментних систем, наприклад, НАДФ, ФАД (структурна функція)•, беруть участь в енергетичному обміні клітин, наприклад, АТФ (енергетична функція)•, беруть участь у передачі гуморальних сигналів у клітину, наприклад, циклічний АМФ (регуляторна функція) та ін.

Аденозинтрифосфорна кислота – органічна сполука, що належать до вільних нуклеотидів і є універсальним хімічним акумулятором енергії в клітині. Молекула АТФ є нуклеотидом, який складається з аденіну, рибози і трьох фосфатів. При гідролітичному відщепленні фосфатної групи від АТФ вивільняється близько 42 кДж енергії та утворюється АДФ (аденозиндифосфорна кислота). Коли ж від молекули АТФ відщеплюються два фосфати, утворюється АМФ (аденозинмонофосфорна кислота) і звільняється 84 кДж енергії.

Ділянка подвійної спіралі ДНК

Ділянка подвійної спіралі ДНК

У зворотньому процесі, при утворенні АТФ з АДФ чи АМФ і неорганічного фосфату, відбувається акумуляція енергії в макроергічних зв'язках, які виникають між залишками фосфорної кислоти. Процеси розщеплення і утворення АТФ відбуваються постійно відповідно до схеми:

Отже, основна функція АТФ – це енергетична, оскільки бере участь у енергетичному обміні, запасаючи в своїх макроергічних зв'язках значну кількість енергії. Крім енергетичної функції, АТФ у клітинах є також універсальним джерелом фосфатних груп.

Більшість макромолекул можна поєднати в декілька класів: білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи і ліпіди.

Енциклопедія "Аванта+"

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Інші