1.4. Молекулярные аспекты организации живой материи

Молекулы в клетках можно условно разделить на две группы: малые органические молекулы с молекулярной массой до 1 kDa (килодальтон) и макромолекулы, молекулярная масса которых варьирует от 1 до 10³ и более kDa [1 Dа (дальтон) = 0.661·10^-24 грамма].

1.4.1. Малые органические молекулы (мономеры)

Аминокислоты, находящиеся в биологических тканях, в основном используются для построения белковых макромолекул. Несмотря на различия в химическом строении, они содержат аминную и карбоксильную группы, соединённые с асимметричным атомом водорода. При помощи пептидных связей они образуют длинные полипептидные цепи – составные части белков.

Сахара (моносахариды) имеют общую формулу C(H₂O)_n, где n – целое число (от 3 до 7),например глюкоза.

Все сахара содержат гидроксильные, а также альдегидные, либо кетонные группировки. Взаимодействуя друг с другом, моносахариды могут образовывать ди-, три- или олигосахариды.

Сахара являются главным энергетическим субстратом клеток. Кроме того, они образуют связи с белками и липидами, а также являются строительными блоками при образовании более сложных биологических структур.

Жирные кислоты содержат в своём составе гидрофобную углеводородную цепь и гидрофильные карбоксильные группы, образующие амиды и эфиры. Как и углеводы, жирные кислоты являются источниками энергии для организма. В то же время главное их предназначение связано с участием в образовании клеточных мембран.

Мононуклеотиды – трёхкомпонентные структуры, состоящие из азотистых оснований, углевода и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основания делятся на пуриновые и пиримидиновые, а сахар (пентоза) – на рибозу и дезоксирибозу. Мононуклеотиды являются составными частями высокополимерных нуклеиновых кислот – носителей генетической информации.

1.4.2. Макромолекулы или биополимеры

Макромолекулы (биополимеры) имеют различную форму и строение, являясь неотъемлемой частью клеток, синтезируются из атомов и небольших молекул и играют основополагающую роль в процессах жизнедеятельности клетки.

Кратко рассмотрим некоторые биополимеры, которые определяют функции и метаболизм всех живых систем.

Белки обладают множеством функций. Они состоят из аминокислот, соединённых в генетически детерминированной последовательности, которая и определяет как структуру, так и функции данных макромолекул. Таким образом, белки являются тем инструментом, при помощи которого геном управляет всеми реакциями клеточного метаболизма.

Полисахариды – высокомолекулярные вещества, состоящие из повторяющихся структурных единиц – моно- или олигосахаридов. Полисахариды отличаются друг от друга структурой моносахаридных звеньев, молекулярной массой, а также типом гликозидных связей. Они присутствуют почти во всех клетках и выполняют многообразные функции: структурную, энергетическую, резервную и т. д.

Липиды – сложные эфиры высших жирных кислот и глицерина (иногда сфингозина). В их состав входят фосфорная кислота, азотистые основания и углеводы. Они играют существенную роль в качестве структурных компонентов клетки (биомембраны), а также в качестве энергетических субстратов.

Нуклеиновые кислоты – информационные биополимеры, состоящие из мононуклеотидов, связанных между собой фосфодиэфирной связью. В клетках содержится дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). ДНК самая большая макромолекула в живых системах. Она состоит из многих тысяч пар мононуклеотидов, соединённых в определённой последовательности. Для нуклеиновых кислот несвойственно многообразие функций, зато хранение и передача генетической информации является основой размножения и функционирования клеток.