БІООРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ. БІЛКИ, НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ: ОГЛЯД БУДОВИ Й БІОЛОГІЧНОЇ РОЛІ

БІООРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ. БІЛКИ, НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ: ОГЛЯД БУДОВИ Й БІОЛОГІЧНОЇ РОЛІ

Які особливості та роль біомолекул в обміні речовин й енергії?

БІООРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ — речовини, що входять до складу живої природи та беруть участь у перетвореннях речовин, енергії та інформації. Ці органічні речовини живого мають певні особливості, що тісно пов'язані із їхніми функціями. Біомолекули мають високу енергоємність завдяки численним зв'язкам, здатність до окиснення з виділенням великої кількості енергії, здатність до гідролітичного розкладу за участі води, залежну від умов змінну активність з визначальним впливом ферментів та ін. Для біомолекул характерні й складні взаємоперетворення. Наприклад, з вуглеводів утворюються й відкладаються жири, з білків можуть формуватися вуглеводи й жири, з жирів — вуглеводи. Взаємозв'язок між обміном білків, жирів і вуглеводів виникає на основі спільності проміжних продуктів та універсальної енергетичної ролі АТФ. Для біомолекул характерною є взаємодія з біонеорганічними речовинами. Так, у автотрофів біомолекули утворюються з СО₂ й Н₂О, розклад біомолекул у реакціях окиснення відбувається з утворенням СО₂ , Н₂О та амоніаку.

Основними функціями біоорганічних речовин в обміні речовин є: 1) структурна — участь у реакціях синтезу з утворенням різних нових молекул; 2) енергетична — участь у реакціях розкладу та забезпеченні енергетичних потреб живого (глюкоза, фруктоза, АТФ); 3) регуляторна — участь у регуляції біохімічних процесів та функцій (ферменти, вітаміни, гормони); 4) резервна — хімічна інертність та нерозчинність у воді зумовлюють відкладання певних біомолекул про запас (крохмаль, глікоген, жири, олії); 5) захисна — біомолекули знешкоджують внутрішні й зовнішні шкідливі речовини, захищають від ультрафіолетового випромінювання, хвороботворних вірусів, бактерій (лізоцим); 6) інформаційна — участь у процесах сприймання, збереження й реалізації інформації (рецепторні білки, РНК, ДНК).

Отже, найзагальнішими функціями біоорганічних речовин є структурна, енергетична, регуляторна, захисна, резервна та інформаційна.

Яка будова та біологічна роль білків в обміні речовин?

БІЛКИ — це високомолекулярні біополімерні органічні сполуки, мономерами яких є амінокислоти. Білки є біополімерами з 20 різних мономерів — природних основних (протеїногенних) амінокислот, сполучених у макромолекули в специфічній кількості, складі й послідовності за допомогою пептидних зв'язків. Порядок розташування амінокислот у молекулах білків визначається послідовністю нуклеотидів в генах. Білки поділяють за хімічним складом на прості та складні. Прості білки (кератин, колаген) побудовані лише з амінокислотних залишків, а складні (муцин, гемоглобін) містять ще й небілкові компоненти (атоми металів, молекули ліпідів, вуглеводів, нуклеїнових кислот тощо). Виокремлюють чотири рівні структури білків: первинну, вторинну, третинну й четвертинну.

Іл. 56. Структурна організація білків: 1 — первинна структура (ланцюг); 2 — вторинна структура (спіраль); 3 — третинна структура (глобула); 4 — четвертинна структура (мультимер)

Більшість білків набуває правильної структури лише в певних умовах середовища. Зі зміною цих умов білок змінює свою структуру, або денатурує. Денатурація — процес порушення природної структури білків із збереженням первинної. Чинниками, що спричиняють зміну конформації білків, є: нагрівання, випромінювання, сильні кислоти, сильні основи, концентровані солі, важкі метали, органічні розчинники тощо. За умови збереження первинної структури відбувається ренатурація — відновлення втраченої природної структури білків. Таким чином, особливості білка визначаються його первинною структурою. А ось процес руйнування первинної структури білків завжди є необоротним. Це вже деструкція.

Біологічна роль білків виявляється на кожному з етапів метаболізму. Надходження речовин, енергії та інформації у біосистеми забезпечується білками, що здійснюють транспортну, рухову, захисну, поживну функції. Анаболічні й катаболічні перетворення всередині біосистем реалізуються завдяки пластичній, енергетичній, каталітичній, резервній, регуляторній функціям білків. У видаленні й знешкодженні продуктів обміну беруть участь захисні білки.

Отже, обмін білків посідає центральне місце у всьому різноманітті обмінних процесів біосистем.

Яка біологічна роль нуклеїнових кислот у метаболізмі?

НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ — складні високомолекулярні біополімери, побудовані з нуклеотидів. У всіх живих організмах нуклеїнові кислоти виконують роль збереження, передачі й реалізації спадкової інформації. Вперше їх виявлено в ядрі клітини, звідки й походить назва цих сполук (від лат. nucleos — ядро). Це інформаційні «молекули життя»: ДНК зберігає генетичну інформацію, а різні типи РНК сприяють її реалізації. Нуклеїновим кислотам, як і білкам, притаманна первинна структура — певна послідовність розташування нуклеотидів, а також складніші вторинна і третинна структури, які формуються за допомогою водневих зв'язків, електростатичних, гідрофобних та інших взаємодій.

Нуклеїнові кислоти — основні «дійові особи» синтезу білкових молекул. Все, що необхідно клітині для життя, запрограмовано в ділянках молекул ДНК — генах. Закодована в них інформація реалізується молекулами РНК: іРНК переписує інформацію з гена й переносить її на рибосоми, в утворенні яких беруть участь рРНК. На молекулі іРНК, як на матриці, синтезується молекула певного білка, а окремі амінокислоти для його синтезу постачаються транспортною РНК (тРНК) (іл. 57, табл. 1).

Іл. 57. Особливості будови і структури РНК і ДНК

Таблиця 1. ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДНК ТА РНК

Отже, нуклеїнові кислоти разом з білками зберігають й реалізують генетичну інформацію, що є основою обміну речовин і перетворення енергії в біосистемах.

1. Які особливості та роль біомолекул в обміні речовин й енергії?

2. Яка будова та біологічна роль білків в обміні речовин?

3. Яка біологічна роль нуклеїнових кислот у метаболізмі?