Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Кроме того, цитохром Р450 участвует в биосинтезе большого числа жизненно необходимых метаболитов. Все сказанное про гемопротеиды наглядно иллюстрирует одно из важнейших свойств белков — способность организовывать функционирование связанных с ними низкомолекулярных соединений в одном из присущих этим соединениям направлении. Развитие и размножение живых организмов сопровождается синтезом с(е попо большого набора белков и, следовательно, полппептндов, присущих данному организму.
Это означает, что должны быть механизмы, которые обеспечивают синтез белков со строго определенным порядком расположения аминокислот. Теоретически нельзя исключить, что белок может управлять сборкой аминокислот в полипептидные цепи с аминокнслотпой последовательностью, точно такой же, как и в данном белке. Однако нет ни экспериментальных данных, ни физико- химических аргументов, свидетельствующих в пользу сугцествования такого механизма. Все живые организмы содержат в качестве обязательных компонентов другой тип полимерных молекул — иуклеиновые кислоты, которые содержат информацию об аминокислотной последовательности всего набора белковых молекул, присущих данному организму.
Нуклеиновые кислоты являются линейными полимерами, состоящими из другого типа моиомерных компонентов — нуклеотидов. Таким образом, с химической точки зрения, они являются полпнуклеотидами. Имеется два класса нуклеиновых кислот: дезокспрыбонуклеиновые (ДГ(К) и рпбонуклеиновые (РНК). Различие между структурой мономерных компонентов Д((К (дезоксирибонуклеотидов) и РНК (рибонуклеотидов) мало, и оба типа нуклеиновых кислот обладают многими общими свойствами. Однако эти различия очень значительны для проявления функциональных особенностей этих полнморных молекул. И Д)(К, и РНК построены из четырех различных пуклеотидов.
Различные нуклеиновые кислоты отличаются числом мономериых компонентов. количеством каждого из четырех нуклеотидов и их последовательностью. Молекулы ДГ(К в клетке являются перви'шым носителем наследственной информации у всех живых организмов.
([еповрежденпые полппуклеотидпые цепи ДНК в живых организмах значительно длиннее полипептпдных цепей белковых молекул. Даже ДИК микроорганизмов содержат миллионы пуюкотидов Следовательно, мыслимое чи<ло молекул д((К значительно больше, чем для белков. Роль ДНК как носителя наследственной информации была открыта в 50-х годах.
В 1953 г. Джеймсом Уотсоном и Фрэ««с««сом Криком были установлены основные принципы пространственной структуры ДИК и на их основе объяснена способность хранить, умножать и реализовывать заложенную в нее информацию. Это было одним из самых выдающихся достижений естествознания второй половины ХХ в.
Химическая структура' нуклеиновых кислот будет описана в з 2.3. Здесь же уместно кратко описать основные принципы, заложенные в структуре молекулы ДНК, которые обеспечивают возможность самокопировання ДИК независимо от нуклеотидной последовательности, При делении клетки информацию, заложенную в молекулах ДНК этой клетки в виде определенной последовательности нуклеотидов, необходимо передать двум вновь образованным дочерним клеткам.
Поэтому из одной молекулы ДНК перед клеточным долением должно образоваться две с той же нуклеотидной последовательностью. В живых организмах ДИК в период между ее удвоением всегда существует в виде двух связанных друг с другом полинуклеотидных цепей (нитей). Связь эта осуществляется в результате того, что каждый из четырех составляющих ДНК типов нуклеотидов резко предпочтительно взаимодействует с одним из трех остальных. Поэтому нуклеотидные последовательности этих нитей взаимно однозначно соответствуют друг другу, или, как принято говорить, комплемептарны друг другу Следовательно, каждая цепь содержит информацию о ко.инлежентайаой нухлеот««««««о««««ос«сдави«««сэ«ь««оса«и другой цепи.
Вудучн разделенными, цепи сохраняют необходимую информацию для построения из нуклеотидов новых комплементарных цепей и, таким образом, осуществляют воспроизведение информации, заложенной в двуспиральной структуре. Процесс самоудвоения ДНК, т.е. образования двух новых двунитиевых молекул ДНК, идентичных перво««ача««ьной молекуле, называют йеаяихачией ДнК. Химические события, лежащие в процессе репликации, состоят в последовательном присоединении нуклеотидов друг к другу. Этот процесс в живых организмах осуществляет специальный фермент — ДВКьвояажера«а Изучение свойств и механизмов функционирования этого фермента в клетке показало, что он работает только в присутствии материнской двуспнральной ДИК Цепи материнской ДИК направляют образова«ше новых номплементарных цепей, т.е.
на каждой стадии роста новой цепи осуществляют отбор одного из четырех монамеров и присоединения его к раступ«ей цепи. Как уже говорилось, в ДНК содержится информация, необходимая для синтеза всего набора белков, присущего данному организму. Ам««««ок««слотная последовательность в ДНК записана с помощью специального кода. Кодирующим элементом для каждой определенной аминокислоты является тридезокснрибонуклеотидный фрагмент.
Общее число таких кодирующнх элементов составляет величину, равную 4« = 64, что превышает число аминокислот, участвующих в биосинтезе белков. Как уже говорилось, все белки ж««вых организмов строятся из 20 аминокислот. Таким образом, некоторые аминокислоты нм«чот несколько кодирующих элементов — от одного до шести. Соответствие между ал«««««окислотами и кодирующимн их тринуклеотндами называют «сасяип«есхи«и ходе~и.
Однако ДНК не принимает непосредственного участия в управлении образованием новых полипептидных цепей. Эту роль выполняет другой тип нуклеиновых кислот, называемый рибонуклеиновыми кислотами плн РНК. Соответствующая часть ДНК, которая содержит информацию о некоторой определенной аминокис- летной последовательности, переписывается в определе««««у«о последовательность одирую «х элема«гсов, построенных из рибапуклеотидов.
Этот ««роцесс ««взывают транскрииниеа и осуществляют с помощью специального фермента, называемого РНК вЂ” ааэшиераэой. Молекулы РНК транскрибиру«отса с определенных участков молекулы ДНК н переписывают информацию об аминокислотной последовательности определенных полипептидов для синтеза новых полипептидных цепей. Таким образом, информация, заложенная в молекуле ДНК, передается с помощью специального посредника (мессенджера) — ияфор иаяионной РЫК (мессенджер РНК, сокращенно жРНК). Новые полипептидные цепи синтезируются на особых надмолекулярных структурах — рибосо иаж Каждая рибосама содержит несколько молекул РНК вЂ” рибесвжныг РНК (рРНК) — и значительное число различных белков. На рибосомах информация, заложенная в молекуле мРПК в форме последовательности кодирующих тринуклеотидных звеньев (кодо««ав), переводится на язык аминокислотной последовательности.
Синтез белков на рнбосомах называют шранслячией. Основные процессы хранения, умножения и реализации наследственной информации — репликация, транскрипция и трансляция — будут описаны в гл. 5. Кроме мРНК, которая переносит генетическую информацию, и рРИК, которая принимает участие в формировании и функционировании рнбосом, имеется третий тип рибонукленновых кислот — тйансаоря«лые раб««««««х «синоаие кислоты («вРН««) — обязательные участники процесса трансляции. Каждой аминокислоте соответствует как минимум одна определенная т!'ИК, поскольку аминокислота, участвующая в биосинтезе белка, должна быть доставлена и рнбосомам будучи присоединенной к соответствующей молекуле тРИК. Именно тРНК, несущая аминокислоту, а не сама ал«««нокислота узнает на рпбосомнх кодиру«ощ«лй алел«е««т мРНК Особое значение имеют изменения, которые могут происходить в структуре ДНК вследствие некоторых природных воздействий ьмш в результате ошибок репликации.
Эти изменения во многих случаях могут приводить к различным биологическим последствиям. Например, замена одного нуклеотпда в некотором кодирующем элементе может привести к замене аминокислоты в белке. Такие унаследованные изменения в структуре ДИК называют «аутачвяжи. Как уже ранее говорилось, это может приводить к зна штельпыл«измен«пням пространственной структуры кодируемого белка и его способности к уэпаваншо соответствующих партнеров. В большинстве случаев результат такого повреждения или не имеет существенных биологических последствий, «ыш привод««т к потере способности воспроизводить потомство и имеет значение только для;«анного индивидуума.
Однако в пекет««рых редких случаях изменение структурь«ь«ожет дать потомству определенные преиму«цества н закрепиться в поп!лаю«и. Поэтому мутации являются первичным актом эволюции живых организмов. Из предыдущего рассмотрения видно, что белки и нукчспповые кислоты представляют собой органические соединеши высокого уровня организации. Хотя, естественно, опи не являются "жнвымн" молекулами, но нх появление на Земле было предпосылкой образования первых э«пвых орга«пимов. Воэтому их можно рассматривать как молекулярную основу органнз«щ«щ «««з««««В связ««с этим область науки, нмсчощая дело с изучением структурь«этих молекул комплексов и их поведения в биологических системах, получила название «ие «скулярной биолв«ии, 1.9, КдКТКЛ вЂ” ОСНОВНОИ СтруКту1 ИЫВ ЭЛВМВНТ ЖИВОВ МЛТГьРИИ.
КЛ8УГОЧНЫЙ УРОВГиНЬ ОРГА!! ИЗАЦИИ ЖИЗНИ Клетки являются обязательными структурными ед единицами всех известных живых организмов Этот принцип был сформулирован в 1837 — 1839 гг, Матиасом Шлейденом и Теодором и!ванном. Ои является осно я сн вным положением клеточной теории, одной из наиболее фундаментальных теорий биологии. В !855 г. она была дополнена другим правилом (законом), постулированным Рудольфом Ви— ховом, а и , а именно: каждая клетка образуется только из клетки. льфом иретки являются определенными структурными единицами, содержа»цими белки, нуклеиновые кислоты и >я д более простых химических веществ, которые отделены от окружающей с е ы и р д близлежащих клеток клетачнаи ие ибраиой, . аряженных частиц. Такая легко проницаемой только для очень маленьких незаря е мембрана состоит главнь . авным образом из специализированных гидрофобных моле- кул — липидов, в пе в ю оче е ь из ф ,р у * р д фосфолипидов и ряда белков, участвующих в обмене веществ, энергии и инфо м ф р ации между клеточным содержимым и окру- жающей средой Механическая прочность фосфолипидной мембраны невысока, и внешняя поверхность большинства клеток растен» б »й и актерий за»цищена сп» циальной клеточной стенкой, построенной й из полисахаридов илн комплекса полимерных соедкнений, со е а д рж щих как»»ол»»саха!»»»дь», так и полнпептидные цепи — протеогликаны Область науки, изучающая клет ки, их структуру и фун- кции, традиционно называлась Ци»иола»ил.
В настоящее т ящее время ее чаще всего называют Клеточной биалащеи. Ми ллионы лет назад клетки образовались нз более простых структур, вероят но, из древних белков, нуклеиновых кислот и их комплексов. Остается неизвест ным, что же послужило предпосылкой этой 'стадии в эволюции материи Возмож но, для этого были необходимы какне-то снециальнье полимерные структуры, » настоящее в емя на Зе . р 3 мле отсутствующие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
