ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Клетка - основной структурный элемент живой материи. Клеточный уровень организации жизни из "Биологическая химия" Однако при определенных условиях полипептиды могут образовывать определенные пространственные (трехмерные) структуры. Эти структуры образуются вследствие внутримолекулярного взаимодействия друг с другом и с растворителем различных групп мономерных звеньев полимерной молекулы. Например, в 1951 г. Лайнус Полинг и Роберт Кори теоретически предсказали, что полипептиды могут образовывать спиральную структуру вследствие наличия водородных связей между карбонильным атомом кислорода г-го фрагмента и амидным атомом водорода (г + 4) го фрагмента, что в дальнейшем нашло подтверждение на большом экспериментальном материале. Каждый белок с определенной нерегулярной последовательностью аминокислот может образовать уникальную пространственную структуру. Следует отметить, что любая тонкая биологическая функция, выполняемая белком, реализуется только при наличии такой структуры. Любое ее нарушение нагреванием или изменением pH среды (денатурация), не сопровождающееся расщеплением ковалентных связей, приводит к полной потере функциональной активности белка. Лишь небольшие белки могут легко претерпеть обратное превращение в исходное состояние. Обратное превращение денатурированного высокомолекулярного белка в исходную биологически активную структуру (ренатураци.ч) возможно, только если использовать специальную процедуру, т.е. в том случае, если ни мономерные компоненты, ни полимерные цепи не были повреждены в процессе денатурации. [c.15] Вследствие необходимости создания пространственной структуры белка для образования области узнавания со строго определенным взаимным положением некоторых групп изменение аминокислотной последовательности или химической природы мономерных компонентов может приводить (не неизбежно) к драматическим последствиям для проявления белком биологической активности. Изменение положения одной из аминокислот белка, непосредственно участвующей в узнавании, приводит к потере способности формировать функционально активную пространственную структуру. [c.16] Способность узнавать определенных партнеров приводит в результате к образованию специфического комплекса. Однако в наибольшем числе случаев за узнаванием следует определенный ответ системы, т.е. определенное действие. В отсутствие каких-либо химических изменений таким ответом может быть только изменение его пространственной структуры, т.е. конформации. Это означает, что первичное узнавание лиганда биополимером побуждает белок направленно изменить свою конформацию и перейти в новую структуру, резко отличающуюся от исходной. Такое изменение конформации называют направленным конформационным переходом. Способность к таким переходам может рассматриваться как второе широко распространенное свойство белков, необходимое для выполнения их биологических функций. [c.16] Все сказанное про, гемопротеиды наглядно иллюстрирует одно из важнейших свойств белков — способность организовывать функционирование связанных с ними низкомолекулярных соединений в одном из присупщх этим соединениям направлении. [c.17] Развитие и размножение живых организмов сопровождается синтезом de novo большого набора белков и, следовательно, полипептидов, присущих данному организму. Это означает, что должны быть механизмы, которые обеспечивают синтез белков со строго определенным порядком pa пoJЮжeния аминокислот. Теоретически нельзя исключить, что белок может управлять сборкой аминокислот в полипептидные цепи с аминокислотной последовательностью, точно такой же, как и в данном белке. Однако нет ни экспериментальных данных, ни физикохимических аргументов, свидетельствующих в пользу существования такого механизма. Все живые организмы содержат в качестве обязательных компонентов другой тип полимерных молекул — нуклеиновые кислоты, которые содержат информацию об аминокислотной последовательности всего набора белковых молекул, присущих данному организму. [c.17] Нуклеиновые кислоты являются линейными полимерами, состоящими из другого типа мономерных компонентов — нуклеотидов. Таким образом, с химической точки зрения, они являются полинуклеотидами. Имеется два класса нуклеиновых кислот дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Различие между структурой мономерных компонентов ДНК (дезоксирибонуклео-тидов) и РНК (рибонуклеотидов) мало, и оба типа нуклеиновых кислот обладают многими общими свойствами. Однако эти различия очень значительны для проявления функциональных особенностей этих полимерных молекул. И ДНК, и РНК построены из четырех различных нуклеотидов. Различные нуклеиновые кислоты отличаются числом мономерных компонентов, количеством каждого из четырех нуклеотидов и их последовательностью. [c.17] Из предыдущего рассмотрения видно, что белки и нуклеиновые кислоты представляют собой органические соединения высокого уровня организации. Хотя, естественно, они не являются живыми молекулами, но их появление на Земле было предпосылкой образования первы. живых организмов. Поэтому их можно рассматривать как молекулярную основу организации жизни. В связи с этим область науки, имеющая дело с изучением структуры этих молекул, их комплексов и их поведения в биологических системах, получила название молекулярной биологии. [c.19] Клетки являются определенными структурными единицами, содержащими белки, нуклеиновые кислоты и ряд более простых химических веществ, которые отделены от окружающей среды и близлежащих клеток клеточной мембраной, легко проницаемой только для очень маленьких незаряженных частиц. Такая мембрана состоит главным образом из специализированных гидрофобных молекул — липидов, в первую очередь из фосфолипидов и ряда белков, участвующих в обмене веществ, энергии и информации между клеточным содержимым и окружающей средой. Механическая прочность фосфолипидной мембраны невысока, и внешняя поверхность большинства клеток растений и бактерий защищена специальной клеточной стенкой, построенной из полисахаридов или комплекса полимерных соединений, содержащих как полисахариды, так и полипептидные цепи — протеогликаны. Область науки, изучающая клетки, их структуру и функции, традиционно называлась Цитология. В настоящее время ее чаще всего называют Клеточной биологией. [c.20] Миллионы лет назад клетки образовались из более простых структур, вероятно, из древних белков, нуклеиновых кислот и их комплексов. Остается неизвестным, что же послужило предпосылкой этой стадии в эволюции материи. Возможно, для этого были необходимы какие- о специальные полимерные структуры, в настоящее время на -Земле отсутствующие. Не исключено также, что они возникли из структур, похожих на современные белки и нуклеиновые кислоты, но были необходимы специфические условия для того, чтобы они смогли организоваться в примитивные клетки, способные к воспроизводству. И наконец, не исключено также и то, что и необходимые вещества, и специальные условия существуют до сих пор где-либо на Зем.че. Однако в настоящее время невозможно наблюдать образование клеток даже при использовании современных экспериментальных подходов из-за присутствия в о кружающей среде огромного числа одноклеточных организмов и их непрерывного воспроизводства. Теория зарождения жизни до сих пор продолжает оставаться одной из наиболее загадочных проблем биологии. Эта теория должна ответить в первую очередь на два основных вопроса первый — каким образом набор полимерных и низкомолекулярны.ч веществ появился в ходе химической эволюции второй — как эти вещества сумели объединиться в первые живые клеточные организмы. [c.20] Клетки необычайно разнообразны по своим размерам, формам, внутренней структуре и функциям. Огромное разнообразие клеток существует в виде одноклеточных организмов с разнообразными уровнями сложности. В многоклеточных организмах клетки специапизированы следовате,пьпо, огромное число различных типов клеток может существовать внутри одного организма. В организме человека число типов клеток превышает двести. [c.20] Земле продолжается и эволюционирует в первую очередь благодаря непрерывному воспроизводству живых организмов. Размножение од1Шклеточного организма происходит главным образом посредством клеточного деления. Многоклеточные организмы зарождаются из единственной клетки, обычно из оплодотворенного яйца. Дальнейшее развитие организма происходит в значительной степени путем ряда делений, сопровождающихся последовательным изменением клеток от поколения к поколению, приводящим к высокоспециализированным клеткам. [c.21] Этот процесс известен как клеточная дифференцировка. По окончании диф-ференцировки клетки могут терять способность к делению и в течение всего периода их жизни осуществляют одну или несколько определенных функций. Например, нейроны не делятся, а только передают сигналы от мозга в различные точки многоклеточного организма. [c.21] Информация, необходимая как для получения двух дочерних клеток, идентичных с материнской, так и для запрограммированных изменений в случае дифференцировки, поставляется молекулами ДНК. Кроме информации растущим, делящимся и функционирующим клеткам необходимы специфические вещества и энергия. Все это поставляется специфическими биохимическими и биофизическими процессами, протекающими в клетке, в некоторых случаях при участии клеточной мембраны. [c.21] Вернуться к основной статье