Биология в лицее

Органические вещества – это углеводы, липиды (жиры), белки и нуклеиновые кислоты.

В органических соединениях важным элементом выступает углерод. Многочисленные превращения молекул и образование различных крупных молекул органических соединений происходят благодаря уникальному свойству углеродных атомов. Это свойство заключается в том, что атомы углерода, имеющие четыре валентные связи, способны в определенном порядке объединяться в длинные цепи и замкнутые кольцевые структуры. Эти углеродные цепи и кольца являются "скелетами" сложных органических молекул.

Благодаря углероду возможно образование таких сложных и разнообразных соединений, как органические вещества.

В клетках живых организмов синтезируются всевозможные большие и малые органические молекулы. Малые молекулы называют мономерами (от греч. monos – "один" и meros – "часть", "доля"). Мономеры, как строительные блоки, могут соединяться друг с другом, образуя полимеры (греч. polys – "многочисленный"). Все молекулы белков, жиров и нуклеиновых кислот являются полимерами, а углеводы могут быть и мономерами, и полимерами.

Из всех органических веществ основную массу в клетке (50–70%) составляют белки. Оболочка клетки и все ее внутренние структуры построены с участием молекул белков.

Белки, или протеины (греч. протос — первый),– это сложные (высокомолекулярные) органические вещества, молекулы которых состоят из мономеров (соединённых в цепочку аминокислот) и выполняющие в клетке важные функции. Другими словами, они представляют собой гигантские полимерные молекулы, мономерами которых являются аминокислоты.

Аминокислоты — класс органических соединений, содержащих аминогруппу —NH₂ и карбоксильную группу —COOH и вследствие этого проявляющих свойства как кислот, так и оснований. 

20 важнейших аминокислот служат мономерными звеньями, из которых построены все белки, соответствуют общей формуле RCH(NH₂)COOH. Различают заменимые, незаменимые и условно заменимые аминокислоты. 

Незаменимые аминокислоты не синтезируются в организме, а поступают в него в составе белков пищи. Их отсутствие или недостаток приводит к остановке роста, нарушениям обмена веществ и даже к гибели организма. Условно заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме из других аминокислот. Заменимые аминокислоты способны синтезироваться в организме в необходимом количестве. 

При биосинтезе белка порядок и последовательность расположения аминокислот задаются последовательностью нуклеотидов ДНК.

В природе известно более 150 различных аминокислот, но в построении белков живых организмов обычно участвуют только 20. Благодаря особенностям своего химического строения аминокислоты способны соединяться друг с другом, образуя так называемую первичную структуру белка. Уникальность (специфичность) белка определяется именно последовательностью соединения определенных аминокислот.

Молекулы белков могут образовывать не только первичную структуру, но и вторичную, третичную и четвертичную. Рассмотрим возможные структуры белков на примере гемоглобина. Длинная нить последовательно присоединенных друг к другу аминокислот представляет первичную структуру молекулы белка (она отображает его химическую формулу). Обычно эта длинная нить туго скручивается в спираль, витки которой прочно соединены между собой водородными связями. Спирально скрученная нить молекулы – это вторичная структура молекулы белка. Такой белок уже трудно растянуть. Свернутая в спираль молекула белка затем скручивается в еще более плотную конфигурацию – третичную структуру. В результате такого многократного скручивания длинная и тонкая нить молекулы белка становится короче, толще и собирается в компактный комок – глобулу. Только глобулярный белок выполняет в клетке свои функции. У некоторых белков встречается еще более сложная форма – четвертичная структура.

Если нарушить структуру белка, например нагреванием или химическим воздействием, то он теряет свои качества и раскручивается. Этот процесс называется денатурацией. Если денатурация затронула только третичную или вторичную структуру, то она обратима: белок может снова закрутиться в спираль и уложиться в третичную структуру (явление ренатурации). При этом восстанавливаются функции данного белка. Это важнейшее свойство белков лежит в основе раздражимости живых систем, т.е. способности живых клеток реагировать на внешние или внутренние раздражители.

Функции белков. Многие белки выполняют роль катализаторов, которые ускоряют химические реакции, проходящие в клетке, и упорядочивают протекающие в ней процессы. Их называют ферментами. Ферменты участвуют в переносе атомов и молекул, в расщеплении и построении белков, жиров, углеводов и всех других соединений (т. е. в клеточном обмене веществ). Ни одна химическая реакция в живых клетках и тканях не обходится без участия ферментов.