Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 15
Текст из файла (страница 15)
нз которых они построены. Второе важное свойство органическик соединений заключается в том, что составные части их молекул могут абсолютно свободно вращаться вокруг одинарных углерод-углеродных связей, если только к атомам углерода, участвующим в образовании таких снязей, не присоединены очень большие или сильно заря- женные группы; в этом случае вращение может быть ограничено. благодаря такому свойству органические молекулы с большим числом одинарных связей могут принимать различные формы, называемые конфорлгоцилми (рис. 3-4), в зависимости от угла поворота этих связей.
Третье важное свойство ковалентных связей, образуемых углеродом, заключается в том, что они характеризуются определенной длиной. В среднем длина ГЛ 3. ООГ'ТАВ ЖИВОЙ МАТЕРИИ: БИОМОЛЕКУЛЫ 61 1 й подороз, Кнсхорз. ~ уг ьгр,. О зш О О11 С 1~«Н С Н Н вЂ” С вЂ” Н ( Н одинарных углерод-углеродных связей равна О! 54 нм (или! 54 уч. если использовать более старую единицу длины, применявшуюся ранее в структурной химии); двойные связи короче, их длина составляет примерно 0,134 нм. В отличие от одинарных двойные углерод-угле- родные связи обладают большей жесткостью и не допускают свободного вращения.
При наличии в молекуле двойной связи углы между одинарными связями увеличиваются (рис. 3-4). Углы между связями и длины связей (от центра одного атома до цеггтра другого) лучше всего можно показать с помощью .«годе,гей иэ ширинои и стержней, тогда как внешние контуры органических молекул хорошо видны на ггрпггггрингзивеггн ых мпдютлх (рис.
3-5), составные части которых пропорциональны по размерам радиусам а~омов (табл. 3-3). Из рассмотренных здесь данных следует, что органические биомолекулы имеют характерные размеры и трехмерную структуру, определяемые строением их скелета и расположением боковых групп. Трехмерная структура (конформапия) органических биомолекул играет исключительно важную роль во многих биохимических процессах, в частности при взаимодействии каталитических центров Рис. 3.5.
Модехи, показываюшие сз роение ами- нокиспозыадаиина. А Перспективноеизобра- жение структурнои 4гормупы. бг Модехь из ша- риков и стержней, нв ко горой хорошо видны озггоситш~ьиые вдины свазей и углы между ни- ми. Шарики показывают приблизительные раз- меры атомных вдер. В. Пространшаеннав мо- дель. Здесь относительные размеры всех аз омов зочносоотвс~ствугот их ванперваахьсовым ра- диусам)см также габп 3-3) Рис. 3-6.
Комппеменгарноесоогветсгаиелюве- «уды субстрата активному, вши каз адитическо- му, иешру модекувы фермента Кагааитическии центр распознает вишь ге мопекухы. простран- ственные харак герис ~ ики и размеры которых в тпчносз и спог веге« вуюг его сз роению. ферментов с субстратами (рис. 3-6). Для обеспечения нормальных биологических функций молекулы фермента и субстрата должны быть колггглевгентарньции, т.
е. их структуры полтины стерически точно соответствовать друг другу. Такая же строгая комплементарность необходима для связывания молекулы гормона с его репептором на поверхносз.и клетки, для репликации ДИК и многих других протекающих в клетке процессов. Поэтому изучение трехмерной структуры биомолекул при помощи точных физических методов составляет важную часть современных исследований, направленных на выяснение связи между структурой клегок и их биохимическими функциями 62 ЧАСТЫ. БИОМОЛЕКУЛЫ Почти все органические биомолекулы можно рассматривать как произволные углеводородов — соединений, состоящих из атомов углерода и водорода.
Скелет углеводородов построен из атомов углерода, соединенных ковалентными связями; остальные связи атомов углерода используются для связывания их с атомами водорода. Скелеты углеводородов очень устойчивы„поскольку электронные пары в одинарных и двойных углерод-углеродных связях в равной мере принадлежат обоим соседним атомам углерода. Один или более атомов водорода в углеводородах могут быть замещены различными функциоиильными грут|ами. При этом образуются различные семейства органических соединений.
К типичным семействам органических соединений с характерными функциональными группами относятся спирты, в молекулах которых имеется одна или несколько гидроксильиых групп: амины, содержащие аминогруины;'кетоны, содержащие карбоиильные группы и кислоты с карбоксильными группами (табл. 3-4). Некоторые другие часто встречающиеся функциональные группы также играют важную роль в биомолекулах (табл. 3-5). Функциональные группы органических биомолекул химически горазло более реакционноспособны, чем насыщенные углеводородные скелеты, которые с трудом поддаются воздействию большинства химических агентов.
Функциональные группы могут изменять характерраспределения электронов и расположение близлежащих атомов, влияя таким образом на реакционную способность всей органической молекулы в целом. Наличие тех или иных функциональных групп в органических биомолекулах позволяет анализировать и предсказывать поведениепослелних в химических реакциях. Как мы увидим дальше, действие ферментов (катализаторов живых клеток) основано на распознавании специфической функциональной группы в биомо- Таблица 3-4. Функциональные группы, характеризующие семейства органических соединений й, и йэ означают углеводородные цепи, к которым присоединены функциональные группы. функнионельнея группа Строение Семейство Гидрононль- нея Спирты Альдегиды Альдегидная й,— С вЂ” И $ О Кнрбонильннн йэ — С вЂ” йе О Кетояы Кнрбояоиль- ння Кислоты Аминогрупнн Амины Амидогруенн Т но»ы Сульфгидриль- йг — Б — И ння й,— С вЂ” 0 — Вл Сл жио-эфир — й С»ожныо эфиры ная О ЭФирная Простые эфиры лекуле и каталитическом изменении ее структуры.
Большинство биомолекул, с которыми нам предстоит иметь пело. содержит функциональные группы двух или нескольких типов н потому обладает лолифункциональными свойствами. Функциональные группы каждого типа в таких молекулах проявляют характерные лля них химические особенности и вступают в определенные реакции. В качестве примера можно привести амииокислоты— важное семейство биомолекул, ко~орые ГЛ.
3. СОСТАВ ЖИВОЙ МАТЕРИИ: БИОМОЛЕКУЛЫ Тедлпца Зсй Некоторые другие функциональные группы. присутствующие в биомолекулах Н 1 Й вЂ” С вЂ” Н ) Н ОН й — Π— Р— ОН й О Фосфетяая Н Н Й вЂ” С вЂ” С вЂ” Н ) Н Н Метильная Зтильная Дисульфкдная Н Н Фенильная Гуанидиновая Имидазольная СООВ ) Н,И вЂ” С вЂ” Н ! Аминокислота алании (саин ю строительных блоков белков) Н ) С=4„'3 ) Н вЂ” С вЂ” СН вЂ” Н Глюкоза (сахар) Н вЂ” С вЂ” СН 1 Н вЂ” С вЂ” ОН СООВ Н вЂ” С вЂ” ОН ! Молочная кислота (прольнтметаболизма глщкозы) Аветоуксусная кислюка (метабовлческий продукт, образующийся при окислении (3 пиров) Рнс, 3-7.
Биомолекулы с нлскслькимн функтыо- нальнымн группами. в основном служат строительными блоками белков. Все аминокислоты солержат функциональные группы по меньшей мере двух типов: аминогруппу и карбоксильную группу. На рис. 3-7 приведена формула аминокислоты аланини, на которой видны обе эти группы. Химические свойства этой аминокислоты полностью определяются химическими свойствами карбоксильной группы и аминогруппы. Еще одним примером часто встречшощихся полифункциональных биомолекул может служить простой сахар глюкоза, в молекуле которой содержатся функциональные группы двух типов — гидроксильные группы и альдпзшная группа (рис. 3-7). В дальнейшем мы неоднократно убедимся в том, насколько важную роль играют функциональные группы биомолекул в нх биологической активности.
Тетраэдрическое расположение одинарных связей, образуемых атомом углерода, придает некоторым органическим соединениям еще одно замечательное свойство, имеющее исключительно важное значение в биологии. Во всех случаях, ЧАСТЬ Е БНОМОЛЕКУЛЫ когда в молекуле органического соединения атом углерода связан с четырьмя разными атомами или функциональными группами, говорят, что этот атом асиммегцричен, поскольку он может сушествовать в двух изомерных формах, называемых зцаюпиомерамы, различающимися своей пространственной конфигурацией.
Как показано на рис. 3-8, знантиомеры относятся друг к другу как предмет и несовместимое с ним зеркальное отражение его. Энантиомеры, называемые также оптическими изомерпми, или стиереонзомерами, в химических реакциях ведут себя одинаково, но различаются по весьма характерному физическому свойству, а именно по способности вращать плоскость поляризации плоско- поляризованного света. Если раствор, содержащий знантиомер олного типа, вращает плоскость поляризации вправо, то раствор знантиомера другого типа будет вращать плоскость поляризации влево; угол вращения можно измерить при помощи поляриметра.
Соединения, молекулы которых не содержат асимметрических атомов углерода, не способны вращать плоскость поляризации плоско- поляризованного света. Изображенная на рнс. 3-8 аминокислота алании представляет собой асимметрическую молекулу, поскольку ее центральный атом углерода имеет четыре различных заместителя: метильную группу, аминогруппу, карбоксильную группу и атом водорода.
В лальнейшем мы увидим, что два знантиомера алапина в структурном отношении являются несовместимыми между собой зеркачьными отражениями друг друга. Эти две формы аланина отзгосятся одна к другой твк же, как правая рука к левой, а по нашему опьпу мы хорошо знаем, что на правую руку нельзя надеть перчатку для левой руки. Поскольку соединения с асимметрическими а~омами углерода встречаются в двух формах, которые можно рассматривать как левые и правые, они получили название хыралвцых соединений (от греческого слова "сггггов", что значит рука). Соответственно центральный, или асимметрический, атом хиральных соединений называют хиралвиылг агдязмом, или хирцдьцым гуенгп ром. Кроме аминокислот многие дру~ие органические биомолекулы аминокислот также обладают хиральными свойствами н содержат один или большее число асимметрических атомов углерода.
Примером таких соединений может служить широко распространенный сахар глюкоза, в молекуле которой содержится не менее пяти асимметрических атомов углерода. В живых организмах хнральные молекулы присутствуют обычно только в одной нз двух возможных форм. Так, аминокислоты, и в частности алании, встречаются в белках только в одной хиральной форме. Аналогичным образом глюкоза, основная структурная единица крахмала, обнаруживается в биологических объектах только в одной из своих многочисленных хнральных форм. Наоборот, когда химик в лабораторных условиях сингезируег органическое соединение с одним асимметрическим атомом углерода, используя обычные небиологические реакции, с равной вероятностью образуются обе возможные хиральные формы, в результате чеу о получается зк- Рис 5-8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
