Біологія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

Органічні сполуки в організмах

Будова, властивості та функції органічних сполук

З елементів, які входять до складу клітини, Карбон, Гідроген, Оксиген і Нітроген входять до складу білків, вуглеводів, жирів. Інші елементи клітини частково також входять до складу органічних речовин: Сульфур — до складу багатьох білків; Фосфор — нуклеїнових кислот, АТФ; Ферум бере участь у побудові молекули гемоглобіну; Магній — хлорофілу; Купрум виявлено в деяких окиснювальних ферментах; Йод бере участь в утворенні молекули тироксину (гормону щитоподібної залози); Кобальт — вітаміну В₁₂ тощо.

Біомолекули — органічні сполуки, що входять до складу живих організмів і беруть участь в утворенні клітинних структур і біохімічних реакціях, які становлять сутність обміну речовин та фізіологічних функцій живих клітин.

Функції біомолекул у живих організмах

1. Участь у біохімічних реакціях обміну речовин у ролі субстратів та проміжних продуктів (метаболітів). Прикладами є моносахариди та їх фосфорні ефіри, жирні кислоти та продукти їх окиснення, амінокислоти, кетокислоти, дикарбонові кислоти, пуринові та піримідинові основи тощо.

2. Участь в утворенні інших, більш складних молекул: білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів або біологічних структур (мембран, рибосом, ядерного хроматину тощо).

3. Участь у регуляції біохімічних процесів і фізіологічних функцій окремих клітин і цілісного організму. Біомолекулами-регуляторами є вітаміни, гормони та гормоноподібні сполуки, внутрішньоклітинні регулятори — циклічні нуклеотиди цАМФ, цГМФ тощо.

Розгляньмо головні класи біомолекул, що становлять основу структури та функцій живих організмів.

Білки й амінокислоти

Білки (протеїни) — найважливіший клас біомолекул, з наявністю яких, а також нуклеїнових кислот, пов’язують саму хімічну сутність життя в умовах Землі. Білки є біополімерами, що складаються із двадцяти L-амінокислот. Амінокислоти разом з нуклеотидами становлять молекулярну «абетку» будь-якої живої клітини. Вагомий внесок у вивчення пептидної будови білкових молекул зробив видатний німецьким біохімік Е. Фішер.

Нуклеїнові кислоти та нуклеотиди

Нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК) — біополімери, які складаються з п’яти основних нуклеотидів пуринового та піримідинового ряду; є носіями генетичної інформації в усіх живих організмах: від вірусів до людини.

Лінійна послідовність певних нуклеотидів у складі генетичних молекул нуклеїнових кислот детермінує послідовність амінокислотних залишків у відповідному білку (пептиді). Сутність генетичного коду полягає в тому, що послідовність із трьох нуклеотидів (триплет, або кодон) у молекулі ДНК або РНК відповідає одній із 20 L-амінокислот, яка вставляється на певне місце пептидного ланцюга.

Відкриття нуклеїнових кислот, вивчення їх структури та властивостей принципово змінило обличчя сучасних біології та медицини.

Цим відкриттям людство зобов’язане швейцарському лікарю та біохіміку Ф. Мішеру (1869), який уперше виявив у клітинних ядрах фосфоровмісні сполуки кислого характеру.

Сучасна молекулярна біологія народилась у 1953 році: Дж. Уотсон та Фр. Крік створили модель молекули ДНК у вигляді подвійної спіралі, що зумовило розкриття основних закономірностей її функціонування та пояснило фундаментальну загадку життя — можливість передавання спадковості шляхом копіювання спадкових ознак у наступних поколіннях.

Розшифровка генетичного коду, тобто відповідності послідовностей триплетів нуклеотидів у молекулах хромосомних нуклеїнових кислот послідовностям амінокислот у білкових молекулах, та з’ясування біологічних функцій різних класів РНК дали змогу сформувати основні закономірності молекулярної біології, які визначають напрямки перенесення біологічної інформації в усіх живих системах: ДНК —> РНК —> білок.

Вуглеводи та їх похідні — клас біомолекул, що складається з моносахаридів; гомо- та гетерополісахаридів. В організмі людини та тварин моносахариди (глюкоза, фруктоза, галактоза) та гомополісахарид глікоген виконують енергетичні функції; гетерополісахариди беруть участь в утворенні біологічних структур (мембран, глікокаліксу, сполучної тканини).

Ліпіди та їх похідні — біомолекули різної хімічної будови, головною особливістю яких є їх гідрофобний характер. Ліпіди виконують функції: енергетичного матеріалу (триацилгліцероли або нейтральні жири), структурної основи біомембран (фосфоліпіди, гліколіпіди), фізіологічно активних сполук з регуляторною дією (стероїдні гормони, жиророзчинні вітаміни, ейкозаноїди).

Вітаміни — сполуки, які не синтезуються у тваринних організмах, але необхідні для їх життєдіяльності, зокрема є компонентами метаболізму, за участі яких функціонують певні найважливіші ферментні системи. Вітаміни повинні постійно надходити в організм з їжею рослинного (більшість водорозчинних вітамінів) або тваринного (деякі жиророзчинні вітаміни) походження.

Гормони — біомолекули, що є передавачами хімічних сигналів у системі ендокринної регуляції. Завдяки регуляторній дії гормонів, медіаторів нервової системи (на клітинах-мішенях є біохімічні структури, які специфічним чином реагують на дію цих біорегуляторів зміною своєю функціональної активності), відбувається інтеграція окремих анатомо-фізіологічних систем у цілісний багатоклітинний організм.

Крім зазначених органічних молекул, до складу всіх живих організмів входить певна кількість вільних амінокислот, нітрогеновмісних сполук, нуклеотидів, моно-, ди- і трикарбонових кислот, спиртів, амінів (проміжні продукти обміну речовин).

Хімічний склад живих клітин відрізняється в прокаріотів та еукаріотів і в багатоклітинному організмі суттєво залежить від функціональної спеціалізації клітини, що, у свою чергу, визначається її диференціацією, яка відбувається протягом раннього онтогенезу.