Модуль 2. Загальні закономірності метаболізму. Метаболізм вуглеводів, ліпідів, амінокислот та його регуляція. Перелік питань та відповіді для підсумкового модульного контролю.

1. Біохімічні компоненти клітини, їх біохімічні функції. Класи біомолекул. Ієрархія біомолекул, їх походження.

Біохімічні компоненти клітини. Біомолекули — біоорганічні сполуки, що входять до складу живих організмів та спеціалізовані для утворення клітинних структур і участі в біохімічних реакціях, які становлять сутність обміну речовин та фізіологічних функцій живих клітин.

Функції біомолекул у живих організмах:

а) участь у біохімічних реакціях обміну речовин в ролі субстратів та проміжних продуктів (метаболітів). Прикладами є моносахариди та їх фосфорні ефіри, жирні кислоти та продукти їх окислення, амінокислоти, кетокислоти, дикарбонові кислоти, пуринові та піримідинові основи тощо;

б) участь в утворенні інших, більш складних молекул — білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів (наприклад, амінокислоти, нуклеотиди, вищі жирні кислоти тощо), або біологічних структур (мембран, рибосом, ядерного хроматину тощо);

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

Головні класи біомолекул, що складають основу структури та функції живих організмів.

Білки та амінокислоти. Білки - біоорганічні високомолекулярні сполуки, молекули яких є гетерополімерами, побудовані із залишків α-L-амінокислот, об’єднаних кислото-амідними (пептидними) зв’язками (—СО—NН-). Пептиди

(поліпептиди) - біомолекули, що відрізняються від власне білків меншою молекулярною масою (меншою 5-6 кД) та фізико-хімічними характеристиками. При гідролізі природних білків та пептидів вивільняється близько 20 α-L-амінокислот, розміщення кожної з яких в поліпептидному ланцюзі кодується триплетом нуклеотидів в ДНК геному, що кодує даний білок.

Нуклеїнові кислоти та нуклеотиди. Нуклеїнові кислоти — ДНК, РНК — біополімери (біомакромолекули), що складаються з п’яти основних нуклеотидів пуринового та піримідинового ряду, є носіями генетичної інформації у всіх живих організмах, починаючи від найпростіших вірусів до організму людини.

Ліпіди та їх похідні — біомолекули різноманітної хімічної будови, головною особливістю яких є їх гідрофобний характер. Ліпіди виконують численні біологічні функції, виступаючи як енергетичний матеріал (триацилгліцероли, або нейтральні жири), основа структури біомембран (фосфоліпіди, гліколіпіди), фізіологічно активні сполуки з регуляторною дією (стероїдні гормони, жиророзчинні вітаміни, ейкозаноїди).

Вітаміни — сполуки, що не синтезуються в тваринних організмах, але необхідні для життєдіяльності, зокрема є компонентами метаболізму, за участю яких функціонують певні найважливіші ферментні системи.

Гормони - фізіологічно активні сполуки, що продукуються залозами внутрішньої секреції (ендокринними залозами) або іншими спеціалізованими клітинами і діють як біорегулятори, контролюючи перебіг біохімічних реакцій та фізіологічних функцій в організмі.

Нейромедіатори (нейротрансміттери) - біомолекули, що забезпечують передавання хімічних сигналів (нервових імпульсів) у нервовій системі з одного нейрона на інший або з нейрона на ефекторний орган.

Походження біомолекул

С.Міллер вперше показав можливість утворення карбонових кислот та α-амінокислот, що використовуються для синтезу природних білків, за умов дії електричних розрядів на газову суміш метану, аміаку, водню та водяної пари.

Пізніше була доведена можливість утворення із зазначених хімічних сумішей в умовах, що моделювали первісну атмосферу, не тільки амінокислот, а й пуринів і піримідинів, тобто попередників нуклеїнових кислот.

У послідовностях реакцій, що призводять до абіогенного синтезу азотовмісних біоорганічних сполук, центральне місце займає ціанід водню HCN, що може утворюватися, зокрема, в такій реакції:

У подальшому ціановодень може перетворюватися до ціанаміду, нітрилів та ціаноацетилену— попередників у синтезі амінокислот, пуринів, піримідинів, порфіринів: