Макромолекули (полісахариди, білки, нуклеїнові кислоти), іх будова, властивості, функції

Білки - це високомолекулярні полімери, мономерами яких є амінокислоти. Різноманітність білків забезпечується комбінацією з 20 амінокислот. В одній молекулі білка може бути від 3–5 до декількох тисяч амінокислот. Вони з’єднані між собою пептидним зв’язком, це дало другу назву білкам - пептиди. Функціональні властивості білків зумовлені послідовністю амінокислотних залишків і просторовою структурою (конфігурацією) поліпептидного ланцюга. Існують 4 рівні структурної організації білків:

Первинна структура утворюється завдяки сполученню амінокислотних залишків пептидними зв’язками з утворенням поліпептидного ланцюга.

Вторинна структура білка являє собою закручений у спіраль поліпептидний ланцюг, який підтримується за допомогою водневих зв’язків, що виникають між атомами водню NH-групи одного завитка спіралі та атомами кисню CO-групи іншого.

Третинна структура формується внаслідок ускладнення певним чином поліпептидної спіралі у специфічну для кожного білка конфігурацію (глобулу) завдяки ковалентним дисульфідним, іонним, водневим і гідрофобним зв’язкам.

Четвертинна структура білків виникає тоді, коли кілька глобул поєднується в єдине функціональне утворення. Особливість усіх структур і форма білкової молекули визначається первинною структурою. Білки поділяють на прості (протеїни), які складаються лише із залишків амінокислот, і складні (протеїди), які, крім амінокислотних залишків, містять речовини небілкової природи.

Властивості білків. Процес порушення природної структури білка або розгортання поліпептидного ланцюга без руйнування пептидних зв’язків, називається денатурацією. Ступінь денатурації залежить від інтенсивності впливу чинника і може бути зворотною і незворотною. Відновлення білків залежить від ступеня порушення його структур і збереження первинної структури. Білкові молекули - найважливіші компоненти клітини. Тварини наполовину побудовані з білків, а кількість видів білків може перевищувати 1 млн.

Функції білків різноманітні. Будівельна функція зумовлена тим, що білки входять до мембранних структур клітин. Ферментативна функція - одна з найважливіших; білки - біокаталізатори, які прискорюють усі хімічні реакції, що відбуваються в організмі. Каталітичну функцію ферменту зумовлює його активний центр. Енергетична - при окисненні 1 г білка виділяється 17,6 кДж енергії. Рухова - скоротливі білки входять до складу м’язових волокон, мікротрубочок, джгутиків тощо і забезпечують рух клітин і організму; транспортна - зв’язують і переносять речовини (гемоглобін крові переносить кисень і вуглекислий газ); захисна - білки утворюють антитіла, які захищають організм від сторонніх білків бактерій та вірусів; регуляторна - білки гормони впливають на обмін речовин в організмі (інсулін регулює вміст глюкози в крові та синтез глікогену).

Нуклеїнові кислоти - складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Уперше вони виділені з ядра. Молекула нуклеотиду складається з трьох частин: із залишку фосфорної кислоти, вуглеводу рибози (у РНК) або дезоксирибози (у ДНК) та 4 азотистих основ: аденіну (А), гуаніну (Г), цитозину (Ц) і тиміну (Т) в ДНК або урацилу (У) в РНК. У нуклеотиді вуглевод з’єднаний із залишком фосфорної кислоти з одного боку та азотистою основою — з іншого. Ланцюг може мати до 30 000 нуклеотидів. Азотисті основи утворюють між собою попарно водневі зв’язки. Парні азотисті основи, між якими виникають водневі зв’язки, називаються комплементарними. Між аденіном і тиміном або аденіном і урацилом утворюються два зв’язки (А = Т) або (А = У), а між гуаніном і цитозином (Г = Ц) утворюється три зв’язки. Молекула ДНК складається з двох нуклеотидних ланцюгів, з’єднаних водневими зв’язками один з одним. Молекула ДНК має структуру подвійної спіралі. У клітинах ДНК знаходиться в ядрі, в мітохондріях і хлоропластах. Молекули ДНК здатні до самоподвоєння - реплікації. Подвійна спіраль розкручується з одного кінця і на кожному ланцюзі синтезується новий ланцюг за принципом компліментарності. У двох нових спіралях один ланцюг залишається материнським вихідним, інший - новим дочірнім.

ДНК виконує в клітині функцію збереження та передачі спадкової інформації. Одиницею спадковості є ген - ділянка молекули ДНК (у деяких вірусів - РНК). Ген є елементарним носієм спадкової інформації. ДНК зберігає спадкову інформацію про первинну структуру білка та забезпечує її передачу дочірнім клітинам під час поділу материнської. Кількість молекул ДНК і їх нуклеотидна послідовність є генетичною ознакою виду і специфічна для кожного організму. На матриці ДНК проходить синтез молекул РНК.

Рибонуклеїнова кислота (РНК) складається з одного полінуклеотидного ланцюга, що може утворювати петлі, спіральні ділянки, набувати різної конфігурації завдяки водневим зв’язкам. У клітині РНК знаходиться в ядрі, цитоплазмі, рибосомах, мітохондріях, хлоропластах. Існує декілька видів РНК. Транспортна т-РНК переносить амінокислоту до місця синтезу білка на рибосомі. Інформаційна і-РНК передає інформацію про структуру білка від ДНК на рибосоми. Рибосомні р-РНК будують тіло рибосоми. Вірусні РНК несуть інформацію про структуру вірусів, є найбільш високо­молекулярними і є генетичним кодом.

Аденозинтрифосфат (АТФ) - нуклеотид, що складається з рибози, аденіну і трьох залишків фосфорної кислоти, між якими є два макроергічні зв’язки, енергія макроергічного зв’язку 30,6 кДж/моль. Нагромаджується енергія в АТФ унаслідок розпаду та окислення органічних речовин. Клітина використовує цю енергію для різних процесів: біосинтезу власних органічних речовин, для руху, для передачі нервових імпульсів, під час поділу тощо. АТФ є основною речовиною обмінних процесів у клітині.