Правильный путь
Шрифт:
Атомы всех этих химических элементов сгруппированы строго определенным образом в особые вещества. Данные вещества называются органическими, так как встречаются только в структуре живых организмов. К числу отличительных особенностей молекул этих веществ относится то, что все они имеют огромные размеры, высокую упорядоченность и колоссальную сложность строения.
Самыми сложноустроенными среди подобных, присутствующих в структуре живых организмов, веществ являются белки. Молекулы белков представляют собой упорядоченные особым образом конструкции, которые имеют огромные, по сравнению с молекулами других веществ, размеры и сложность строения. Каждое живое существо содержит громадное количество
Составными элементами белков являются аминокислоты. Они состоят из атомов водорода, кислорода, азота и углерода, а также, в небольших количествах, из атомов серы, фосфора, железа, цинка, меди и других элементов, объединенных также строго определенным образом.
Аминокислот на Земле примерно 240 видов, но в формировании белков всех живых организмов, участвуют всего 20 из них.
Каждый отдельновзятый вид белка образован определенным количеством аминокислот этих 20 видов, расположенных в строго определенной последовательности. Использование небольшого количества аминокислот в реальности не ограничивает разнообразия белков. И возможно это благодаря тому, что в структуре того или иного вида белка объединены в единую цепь огромное количество молекул аминокислот. Учитывая то, что из цепочки, состоящей из всего лишь 5 аминокислот может быть образовано более 3 млн видов белка, а цепочка, состоящая из 100 молекул аминокислот имеет 10130 вариантов, аминокислот в количестве 20 единиц оказывается более чем достаточно.
Аминокислоты, будучи составными элементами белков, сами также являются составными молекулами. Все они состоят из двух частей. Одна часть у всех у них одинакова. Эта часть необычна по своей структуре – в ней присутствует одновременно два противоположных по свойствам элемента, один из которых представляет собой кислоту, другой основание. Благодаря чему аминокислоты могут взаимодействовать как с кислотами, так и с щелочами, что, в свою очередь, является причиной их способности объединяться в огромные комплексные молекулы. Другая часть, называемая радикал или остаток, у всех аминокислот разная. В радикалы одной половины из них включены группы атомов, способных взаимодействовать с молекулами воды или образовывать с ними водородные связи, в результате чего они обладают гидрофильными свойствами, то есть хорошо растворяются в воде, радикалы другой половины наделены гидрофобными, водоотталкивающими свойствами, по причине чего они плохо или вовсе не растворимы в воде. И те, и другие свойства радикалов участвуют в формировании структуры белков.
Для образования белковых молекул соединение аминокислот происходит по общему для всех них принципу, через ту часть, которая у всех аминокислот одинакова. Сопровождается это соединение выделением молекулы воды, которая образуется из атомов водорода и кислорода соседних аминокислот. В результате этого освобождаются валентности, что позволяет крайнему атому углерода одной аминокислоты быть в соединении с атомом азота другой, соседней, аминокислоты. Благодаря этому между аминокислотами существует прочная ковалентная связь, называемая пептидной связью.
Все аминокислоты делятся на правосторонние D-аминокислоты и левосторонние L-аминокислоты. К числу особенностей белковых молекул живых организмов относится то, что в их составе находятся только L-аминокислоты.
Таким образом, каждый отдельновзятый вид белка в итоге состоит:
во-первых, из строго определенного количества аминокислот,
во-вторых, только из аминокислот определенных видов,
в-третьих, которые объединены в строго определенной последовательности,
в-четвертых, аминокислот только 20 избранных
в-пятых, только L-формы,
и в-шестых, соединенных друг с другом только пептидной связью.
Каждая молекула белка содержит в среднем от нескольких десятков, до нескольких десятков тысяч молекул аминокислот, объединенных между собой с соблюдением всех вышеперечисленных условий. При этом каждый вид белка выполняет свои строго определенные функции. Отсутствие в любой живой клетке хотя бы одного, из существующих в строении данного вида организмов, белка приводит к ее нежизнеспособности.
Для выполнения молекулами белка их функций, у них помимо всего вышесказанного, имеется еще и особая пространственная структура. Каждый вид белка имеет свою форму и особенности геометрического расположения своих составных частей. То есть, помимо того, что они собраны упорядоченным образом, они еще и скручены определенным образом. Каждому белку свойственен свой строго определенный характер укладки.
Как правило, первоначально цепь из аминокислот полностью или частично закручена в спираль. При этом сделано это таким образом, что радикалы аминокислот остаются снаружи, а витки спирали располагаются плотно друг к другу. Настолько плотно, что между атомами водорода в одном витке и атомами кислорода в соседнем образуются водородные связи, которыми эта спираль скрепляется и стабилизируется. Цепь из аминокислот, связанных между собой ковалентными связями, свернутая в спираль и скрепленная многочисленными водородными связями, представляет собой достаточно прочную структуру.
Далее цепь, закрученная в спираль, сворачивается замысловатым образом. На этом уровне укладки она сворачивается своеобразно, но для каждого вида белка строго определенно и постоянно. В результате возникает определенная конфигурация, которая стабилизируется в таком положении благодаря водоотталкивающим свойствам определенных аминокислот при взаимодействии с окружающим молекулами воды. На следующем уровне несколько белковых молекул образуют надмолекулярную структуру. Образуется она в результате объединения нескольких молекул белка, как идентичных, так и различающихся по своей структуре, в единый комплекс. То есть, колоссальная сложность, строгость и упорядоченность имеется в них не только на первичном, но и на всех последующих уровнях.
Другими, не менее важными и не менее сложными веществами, входящими в состав всех живых существ, являются дезоксирибонуклеиновые кислоты, сокращенно ДНК.
Молекулы этих веществ, также как и молекулы белков, существуют в виде огромных, сложных, строго упорядоченных конструкций. Составными элементами этих молекул являются нуклеотиды – вещества, состоящие из азотистого основания, углевода (дезоксирибозы) и фосфорной кислоты. Существует 4 вида нуклеотидов. Углевод и фосфорная кислота у всех 4 видов одинаковы. Отличаются нуклеотиды друг от друга только азотистыми основаниями, в соответствии с которыми им и даны названия. Нуклеотид с азотистым основанием аденин сокращенно называют А-нуклеотидом, с гуанином – Г, с тимином – Т, с цитозином – Ц.
Любая молекула ДНК состоит из огромного количества молекул нуклеотидов всех четырех видов, соединенных между собой в строго определенной последовательности. И представляет каждая из них собой огромную сложноустроенную молекулу, имеющую вид двух спирально закрученных, сплетенных друг с другом «в косичку» длинных нитей.
То есть, макромолекула ДНК имеет форму двойной спирали и состоит из двух связанных друг с другом нитей, каждая из которых является по сути длинной цепью из соединенных между собой в строго определенном порядке нуклеотидов. При этом у каждого живого существа в молекуле ДНК заложено свое количество и своя последовательность этих элементов.