ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Белки из "Основы биохимии" Общий химический состав. По современным данным, биомасса единовременно живущих на Земле организмов (а их насчитывается около 2 млн. видов) составляет 1,8х 10 —2,4х т в пересчете на сухое вещество, причем ежегодно ими продуцируется около 10 т сухого вещества. В организмах, составляющих биомассу Земли, обнаружено свыше 60 химических элементов. Среди них условно выделяют группу элементов, встречающихся в составе любого организма, независимо от видовой принадлежности и уровня организации последнего. К их числу относят С, К, Н, О, 8, Р, Ка, К, Са, М , Zn, Ре, Мп, Си, Со, Мо, В, V, I и С1 Первым шести элементам приписывают исключительную роль в биосистемах, так как из них построены важнейшие соединения, составляющие основу живой материи,— белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и др. последующие десять называют металлами жизни —они крайне важны для поддержания структуры и функциональной активности биополимеров бор и ванадий весьма существенны для растрггельных и животных объектов соответственно, а хлор образует наиболее распространенный анион. Остальные элементы, обнаруженные в биомассе, встречаются в живой природе не столь систематически, а биологическое значение их во многих случаях еще не выяснено. [c.15] микроэлементы, доля которых составляет от 0,001 до 0,000001% (Мп, Zn, Си, В, Мо, Со и многие другие) и ультрамикроэлементы, содержание которых не превышает 0,000001% (Н , Аи, и, Ка и др.). [c.15] Полагают, что Н, О, С, N и Р, составляющие вместе более 99% живого вещества, играют выдающуюся роль в явлениях жизни благодаря наличию у них комплекса особых качеств. Первое из них состоит в способности образовывать кратные связи. Вследствие этого С, например, превосходит 81 в отношении числа и разнообразия возможных соединений, обладающих уникальными свойствами. Второе качество заключается в том, что атомы упомянутых элементов, отличаясь малыми размерами, образуют относительно плотные молекулы с минимальными межатомными расстояниями. Такие молекулы более устойчивы к действию тех или иных химических агентов. И наконец, третье качество присуще в основном Р и 8 и лишь в небольшой мере N. Оно сводится к возникновению на базе указанных элементов некоторых специфических соединений, при расщеплении которых выделяется повышенное количество энергии, используемой для процессов жизнедеятельности. [c.16] Многочисленные макро- и микроэлементы, образующие живую материю, присутствуют в последней в виде разнообразных химических соединений. Примерно 75% биомассы составляет вода, хотя ее содержание в организмах различнь1х видов сильно колеблется (от 40—60% у древесных растений до 99% у медузы). Вода играет огромную роль в создании условий для жизнедеятельности. Она образует ту среду, в которой протекают физико-химические процессы, обеспечивающие постоянное возобновление живого вещества, а также участвует в реакциях гидролиза. [c.16] Вторым по количественному содержанию в биологических объектах, но, несомненно, первым и главным по значению классом соединений являются белки. В среднем можно принять, что в сухом веществе организмов содержится 40—50% белка. Растительному миру свойственно отклонение от этой средней величины в сторону понижения, а животному—повышения. Микроорганизмы обычно богаче белком (некоторые вирусы являются почти чистыми белками). Таким образом, в среднем можно принять, что 10% биомассы на Земле представлено белком, т. е. его количество измеряется величинами порядка (0,9—1,2) х 10 т. [c.16] В биохимии давно уже утвердилось положение о выдающейся роли белка в осуществлении жизненных функций. Обладая рядом специфических качеств, которые подробно будут рассмотрены ниже, белковые тела являются принципиальной составной частью живых систем. Как выяснено в последние годы, очень важную роль в осуществлении жизненных процессов играют нуклеиновые кислоты (передают информацию о специфическом воспроизведении структуры важнейших биополимеров), высшие углеводы (обеспечивают межклеточные контакты и др.), некоторые виды липидов (участвуют в образовании мембранного аппарата клеток). [c.16] Кроме белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и минеральных веществ в составе организмов найдены в незначительных количествах углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, кетокислоты, аминокислоты, эфиры, амины и разнообразные другие соединения. У некоторых видов животных, растений и микроорганизмов такие вещества накапливаются в значительных количествах и могут служить систематическим признаком (например, некоторые аминокислоты). Многие из упомянутых соединений обладают мощным физиологическим действием и выполняют роль ускорителей или замедлителей жизненных процессов. Их иногда объединяют под названием биологически активных соединений, хотя химически они очень разнообразны. Это—витамины, гормоны, ростовые вещества, биостимуляторы, коэнзимы, антибиотики, фитонциды и т. п. Сюда же относятся вещества, возникающие в качестве промежуточных продуктов при тех или иных химических реакциях в организме. Эти соединения называются метаболитами. [c.17] Среди соединений, входящих в состав организмов, принято выделять пластические и энергетические вещества. Пластические вещества служат строительным материалом при формировании внутриклеточных структур, клеток и тканей. Это главным образом белки, нуклеиновые кислоты, некоторые виды липидов и высокомолекулярных, углеводов. Энергетические вещества выполняют роль поставщиков энергии для процессов жизнедеятельности, распадаясь при этом до СО2 и воды. К ним относятся низкомолекулярные и некоторые высокомолекулярные (гликоген, крахмал) углеводы и отдельные группы липидов (в основном жиры). [c.17] Биоактивные соединения к(кроме ферментов). [c.17] При оценке химического состава организмов следует иметь в виду, что, видимо, не все элементы, присутствующие в биологических объектах, необходимы для осуществления процессов жизнедеятельности. Изучение потребности животных, растений и микроорганизмов в определенных элементах показало, что всем без исключения организмам абсолютно необходимы С, Н, Ы, О, Р и 8. Все живые существа нуждаются в Мд, Ка, К, Са, Ре, п, Мп, Си, Со и Мо. Велика роль таких элементов, как Сё, 8е, Ы, В, С1, Вг, I и V. В то же время значение А1, Ав, 81, Сг, Р, КЬ и Ш для жизнедеятельности органических форм выяснено еще недостаточно. С новых позиций рассматривают биологическую роль лантанидов и ряда других элементов, обсуждается проблема антагонизма и синергизма в действии микроэлементов. [c.18] Химический состав клетки. Перейдем теперь от данных, характеризующих химический состав живого вещества в целом, к рассмотрению содержания важнейших химических соединений в мельчайщей структурной единице живых организмов клетке. Примером может служить простейшая живая система— бактериальная клетка (табл. 1). [c.18] При помощи обычной и сканирующей электронной микроскопии получены детальные данные о внутреннем строении клеток обнаружена тонкая структура, представленная субклеточными образованиями, каждому из которых присуща определенная функщ1я или ряд функций фис. 3 и рис. на форзаце учебника). [c.19] Многочисленные и разнообразные биополимеры, входящие в состав живого вещества (см. табл. 1), в значительной мере реально существуют в виде биокомплексов, т. е. соединений нуклеиновых кислот и белков, полисахаридов и белков, липидов и белков, полисахаридов и липидов, различных белков друг с другом и т. п. Благодаря этому возникают новые свойства и качества, не присущие биополимерам в свободном состоянии. Поэтому изучению структуры и функ-щюнальной активности биокомплексов в современной биохимии уделяют больщое внимание. [c.20] Высшей ступенью надмолекулярной организахщи биополимеров в клетке являются субклеточные частицы (см. рис. 3 и 4). Сочетание белков с липидами дает начало мембранам эндоплазматической сети, митохондрий, лизосом и т. п. Соединение белков с полисахаридами характерно для клеточных стенок. Рибонуклеиновые кислоты, взаимодействуя с белками, образуют рибонуклео-протеиновые частицы, в том числе рибосомы. Комплексирование ДНК с белками и небольшим количеством РНК приводит к образованию хроматина, а на его основе—хромосомного и, в конечном счете, ядерного аппарата клетки. [c.20] В настоящее время биохимики уделяют особое внимание исследованию функциональной деятельности субклеточных структур ядра, митохондрий, пластид, рибосом, лизосом, гиалоплазмы (основное вещество) и др. Разработаны специальные методы препаративного разделения субклеточных единиц при помощи ультрацентрифугирования, т. е. центрифугирования при очень быстром (несколько десятков и даже сотен тысяч оборотов в минуту) вращении ротора центрифуги. Развивающиеся при этом центробежные силы характеризуются фактором разделения (см. с. 36), т. е. отношением ускорения центробежной силы к ускорению силы тяжести, обозначаемой буквой g. Значения факторов разделения, при которых можно добиться осаждения из гомогената тех или иных субклеточных частиц, приведены на рис. 5. [c.20] Разделения субклеточных частиц можно добиться также путем пропускания гомогенатов через колонку с гелем сефарозы. Частицы разного размера фракционируются здесь по принципу молекулярного сита (см. с. 30) сначала из колонки выходят ядра, затем митохондрии и лизосомы, вслед за ними— обломки эндоплазматической сети клетки (микросомы) и, наконец, свободные рибосомы. [c.20] Этот раздел является наиболее важным в курсе биологической химии, так как белковые тела играют выдающуюся роль и в построении живой материи, и в осуществлении процессов жизнедеятельности. [c.23] Почему именно белки являются важнейшим субстратом жизни Потому, что они обладают рядом особенностей, которые несвойственны никаким другим органическим соединениям. [c.23] Вернуться к основной статье