kub
Островок  здоровья

----
  
записная книжка врача акушера-гинеколога Маркун Татьяны Андреевны
----
 
 
 
Биологические молекулы

К важнейшим группам органических соединений, синтезируемых и используемых клетками, относятся углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты и стероиды. Некоторые из них служат для клетки строительным материалом, другие доставляют энергию, необходимую для ее функционирования, третьи играют важнейшую роль в регулировании химических реакций, протекающих в клетках.

  • Углеводы и липиды служат важными источниками химической энергии почти для всех форм жизни;
  • Белки являются структурными элементами, но они имеют еще большее значение как катализаторы и регуляторы внутриклеточных процессов.
  • Нуклеиновые кислоты играют первостепенную роль в хранении и передаче информации, необходимой для синтеза специфических белков и других веществ.

Типы веществ и даже их относительные количества удивительно сходны в клетках различных органов и разных животных. Как в печеночной ткани человека, так и в протоплазме амебы содержится примерно 80% воды, 12% белка, 2% нуклеиновых кислот, 5% липидов, 1% углеводов и доли процентов стеринов и других веществ. Некоторые специализированные клетки, конечно, имеют специфический химический состав; например, головной мозг млекопитающего богат жироподобными веществами (липидами) определенных типов.

Углеводы. Углеводы представляют собой соединения, содержащие только углерод, водород и кислород. Ранее предполагали, что все углеводы имеют общую формулу Cm2O)n, т.е. углерод + вода, например, С62О)6 или С6Н12О6 - глюкоза. Отсюда пошло и название "углеводы". В дальнейшем оказалось, что ряд соединений, принадлежащих по своим свойствам к углеводам, содержат водород и кислород в несколько иной пропорции, чем указано в общей формуле, например, дезоксирибоза - С6Н10О4.

В 1927 году Международная комиссия по реформе химической номенклатуры предложила термин "углеводы" заменить термином "глициды", однако он не получил широкого распространения. Старое название "углеводы" укоренилось и прочно удерживается в науке, являясь общепризнанным.

Классификация углеводов
  1. Моносахариды и их производные
    1.1.  Собственно моносахариды [показать] .
    • Триозы (С-3)
    • Тетрозы (С-4)
    • Пентозы (С-5)
    • Гексозы (С-6)
    • Гептозы (С-7)
    • Октозы (С-8)
    • Нонозы (С-9)
    • Декозы (С-10)
    1.2.  Производные моносахаридов
    • Уроновые кислоты (глюкуроновая, галактуроновая и т.д.)
    • Аровые кислоты (глюкаровая, галактаровая и т.д.)
    • Аминосахариды (глюкозамин, галактозамин и т.д.)
    • Гликозиды (нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеотидные коферменты и т.д.)
    • Фосфосахариды (глюкозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-бисфосфат и т.д.)
  2. Олигосахариды (число моносахаридов от 2 до 10: ди-, три-, тетрасахариды и т.д.) [показать] .
  3. Полисахариды (число моносахаридов свыше 10) [показать] .
    3.1.  Гомополисахариды
    3.2.  Гетерополисахариды (гетерогликаны)

Функции углеводов в организме заключаются в следующем:

  • Углеводы служат источником энергии: за счет их окисления удовлетворяется примерно половина всей потребности человека в энергии. В энергетическом обмене главная роль принадлежит глюкозе и гликогену.
  • Углеводы входят в состав структурно-функциональных компонентов клеток. К ним относятся пентозы нуклеотидов и нуклеиновых кислот, углеводы гликолипидов и гликопротеинов, гетерополисахариды межклеточного вещества.
  • Из углеводов в организме могут синтезироваться соединения других классов, в частности липиды и некоторые аминокислоты (рис. 87).

Метаболизм глюкозы

Таким образом, углеводы выполняют многообразные функции, и каждая из них жизненно важна для организма. Но если говорить о количественной стороне, то первое место принадлежит использованию углеводов в качестве источника энергии для снабжения метаболических процессов энергией. Углеводы, в частности глюкоза, в конечном счете расщепляется до углекислоты и воды с выделением энергии:

С6Н12О6 + 602 -> 6Н20 + 6С02 + Энергия

Рибоза и дезоксирибоза - сахара, содержащие по 5 атомов углерода, - играют очень важную роль в качестве составных частей рибонуклеиновой (РНК) и дезоксирибонуклеиновой (ДНК) кислот.

Липиды (жиры). Истинные жиры тоже состоят из углерода, водорода и кислорода, но относительное содержание в них кислорода гораздо меньше, чем в углеводах. По своей консистенции жиры могут быть более или менее твердыми или жидкими; некоторые из них, например говяжье или свиное сало, при комнатной температуре твердые, другие же, как, например, оливковое масло или жир из печени трески, являются жидкими.

Каждая молекула жира состоит из одной молекулы глицерина и трех молекул жирной кислоты; все такие нейтральные жиры, называемые триглицеридами, содержат глицерин, но различаются между собой по входящим в их состав жирным кислотам.

Жирные кислоты представляют собой длинные цепи из атомов углерода, имеющие на одном конце карбоксильную группу. Все природные жирные кислоты содержат четное число атомов углерода (в пальмитиновой кислоте их 16, в стеариновой 18). Жирные кислоты с одной или несколькими двойными связями называют ненасыщенными. Например, в олеиновой кислоте 18 атомов углерода и одна двойная связь (поэтому в ней на два атома водорода меньше, чем в стеариновой кислоте). Молекула тристеаринглицерида (С57Н11006) - жира, содержащегося в большом количестве в говяжьем сале, - состоит из трех молекул стеариновой кислоты и одной молекулы глицерина (рис. 5). Жиры, содержащие ненасыщенные жирные кислоты, при комнатной температуре обычно бывают жидкими, а насыщенные жиры, например тристеарин, - твердыми.

Жиры играют важную роль как источники энергии и как структурные компоненты клеток, особенно клеточных мембран. Гликоген и крахмал легко превращаются в глюкозу и используются в процессах обмена как источники энергии. Жиры дают в два с лишним раза больше энергии на 1 г, чем углеводы, и, таким образом, более экономичны как форма хранения запасов питательных веществ. Организм может превращать углеводы в жиры и сохранять запасы питательных веществ в этой форме (общеизвестно, что потребление крахмала и сахара способствует отложению жира в организме). Возможен, хотя и в незначительной степени, обратный процесс: превращение жиров или отдельных частей их молекулы в глюкозу и другие углеводы. Это было доказано в экспериментах: крысам или собакам скармливали или впрыскивали жирные кислоты или глицерин, меченные радиоактивным или тяжелым углеродом; затем выделили глюкозу из их крови и гликоген из печени и показали, что в молекулах этих веществ содержатся меченые углеродные атомы.

Жиры служат важными структурными элементами организма. Они являются существенными компонентами плазматической мембраны, окружающей каждую клетку, а также ядерной оболочки; миелиновые оболочки нервных волокон тоже отличаются высоким содержанием липидов. У животных и человека жир откладывается в виде глобул в клетках жировой ткани. Слой этой ткани, лежащий непосредственно под кожей, служит для теплоизоляции, предохраняя организм от потери тепла. Женщины обладают в среднем более толстой подкожной жировой прослойкой, чем мужчины, и поэтому должны быть менее чувствительны к холоду. У китов, живущих в холодной воде и не имеющих волосяного покрова, развивается особенно толстый слой жира (ворвани) под кожей. Известное количество подкожного жира у человека необходимо не только для уменьшения потери тепла, но и для придания коже эластичности.

Жировые отложения нельзя считать долговременными запасами питательных веществ, используемыми только в случае голодания; они непрерывно расходуются и восстанавливаются. Как показали исследования с мечеными жирными кислотами, у мышей за каждую неделю обновляется половина резервных жиров.

Кроме истинных жиров, состоящих из глицерина и жирных кислот, к группе липидов относится много жироподобных веществ, которые могут содержать, помимо жирных кислот, также фосфор, холин и сахара. Это фосфолипиды - важные компоненты растительных и животных клеток вообще и нервных клеток в особенности. Та часть молекулы фосфолипида, которая состоит из жирной кислоты, гидрофобна, т. е. нерастворима в воде. Другая часть, состоящая из глицерина, фосфата и азотистого основания (например, холина), ионизируется и легко растворяется в воде. Поэтому в тонкой пленке молекулы фосфолипидов стремятся расположиться так, чтобы их полярная водорастворимая часть была направлена в одну сторону, а неполярная цепь жирной кислоты - в другую. По-видимому, именно такое расположение их лежит в основе трехслойной структуры элементарной мембраны, состоящей из двух слоев белка и промежуточного двойного слоя фосфолипида.

Растения содержат красные и желтые пигменты, называемые каротиноидами, которые мы рассматриваем в разделе о липидах потому, что они тоже нерастворимы в воде и имеют маслянистую консистенцию. Каротиноиды встречаются в клетках всех растений, от самых примитивных до высших. Они играют некоторую роль в фототропизме - ориентации растений по направлению к свету. Молекула одного из обычных каротиноидов - каротина - построена из двух шестичленных углеродных колец, соединенных длинной цепью из атомов углерода, в которой чередуются одиночные и двойные связи. При расщеплении молекулы каротина на две половинки получается витамин А. Одно из производных витамина А, ретинен, содержится в клетках сетчатки глаза и обладает чувствительностью к свету. Под действием света ретинен претерпевает химическое изменение и таким образом участвует в первичном восприятии световых раздражителей.

Поразительно, что фоторецепторы независимо выработались в процессе эволюции у трех различных групп животных - моллюсков, позвоночных и насекомых. У этих организмов не было общих предков, и, следовательно, их органы зрения имеют различное эволюционное происхождение. И тем не менее у представителей всех этих трех типов в процессе фоторецепции участвует одно и то же вещество - ретинен. В отличие от ряда других случаев наличие ретинена в глазу у перечисленных трех групп животных обусловлено не общностью их происхождения, а, вероятно, уникальной "приспособленностью" этого вещества для восприятия света.

Стероиды. Стероиды представляют собой сложные соединения, молекулы которых содержат атомы углерода, образующие четыре конденсированных кольца; три кольца образованы 6 углеродными атомами каждое, а четвертое содержит 5 атомов углерода (рис. 6). К стероидам, имеющим важное биологическое значение, относятся мужские и женские половые гормоны, гормоны коры надпочечников, соли желчных кислот, холестерин и витамин D.

Холестерин - важный структурный компонент нервной и других тканей; кроме того, из него синтезируются стероидные гормоны, которые играют первостепенную роль в регуляции некоторых метаболических процессов.

Белки. Белки - это вещества, содержащие углерод, водород, кислород, азот и обычно также серу и фосфор. К белкам относятся все ферменты, некоторые гормоны и многие важные структурные компоненты клетки. Молекулы белков очень большие, они содержат тысячи атомов и их структура может быть чрезвычайно сложной. К типичным белкам относится гемоглобин - пигмент, придающий крови ее красный цвет. Некоторое представление о сложности молекулы гемоглобина может дать его формула: С3032Н48160872N780S84. Как ни велика эта молекула, она представляет собой белковую молекулу ниже средней величины. Значительную часть внутриклеточных белков составляют ферменты, или энзимы, - вещества, регулирующие скорость многочисленных процессов, протекающих в клетке.

В белковой молекуле можно выделить несколько уровней организации.

  • Первый уровень [показать]
  • Второй уровень [показать]
  • Третий уровень [показать]

Белковые молекулы состоят из более простых соединений - аминокислот. Сейчас известно около 35 видов различных аминокислот, обнаруженных при химическом расщеплении белков; существование примерно 25 из них подтверждено дальнейшими исследованиями.

Все 20 с лишним аминокислот, обычно встречающихся в белках, содержат аминогруппу (-NН2) и карбоксильную группу (-СООН), но различаются своими боковыми цепями. У простейшей из аминокислот - глицина - роль боковой цепи играет атом Н, а у аланина - группа СН3 (рис. 7). Благодаря наличию аминогруппы аминокислота может выступать в роли основания и реагировать с кислотами; кислотная группа позволяет ей реагировать с основаниями. В растворе аминокислоты и белки играют роль буферов, т. е. противодействуют изменениям кислотности и щелочности. В молекулах белков аминокислоты соединены друг с другом пептидными связями; эти связи соединяют аминогруппу одной аминокислоты с карбоксильной группой другой (рис. 7). Так как каждый белок содержит сотни аминокислотных остатков, соединенных в определенном порядке, и характеризуется определенными количественными соотношениями между разными видами аминокислот, разнообразие белковых молекул в сущности неограниченно.

Разработаны методы анализа, позволяющие определять точную последовательность аминокислот в молекуле белка. Первым белком, строение которого удалось выяснить, был инсулин - гормон поджелудочной железы, применяемый при лечении диабета (рис. 8 [показать] ).

Первым ферментным белком, для которого была установлена точная последовательность аминокислот, явилась рибонуклеаза - пищеварительный фермент, выделяемый поджелудочной железой. В каждом отдельном белке содержатся не все аминокислоты, которые вообще встречаются в белках.

В каждой клетке имеются сотни разных белков, причем клетки каждого типа содержат некоторые белки, свойственные только им одним. Установлено, что каждый вид растений и животных обладает определенными белками, не встречающимися ни у каких других видов. Степень различия между белками двух видов зависит от степени эволюционного родства между ними. Чем слабее родственные связи между организмами, тем менее сходны их белки. В результате взаимодействия несходных белков ткань животного одного вида, пересаженная животному другого вида, обычно не приживляется, а дегенерирует и отторгается. Даже при пересадках между особями одного вида ткань обычно не приживляется; успешными бывают лишь пересадки между генетически идентичными донорами и реципиентами - однояйцевыми близнецами или представителями линий, полученных путем тесного инбридинга.

Чистые аминокислоты, выделенные из белков, имеют сладкий вкус. (Однонатриевый глутамат представляет собой соль глутаминовой кислоты - аминокислоты, играющей очень важную роль в метаболизме. Эту соль широко используют в кулинарии для придания пищевым блюдам "мясного" вкуса.) Белки съеденной пищи расщепляются на аминокислоты и только после этого всасываются в кровь. Затем кровь разносит их во все части тела, где они используются для построения белков или расщепляются для получения энергии. Когда человек съедает бифштекс, содержащиеся в этом бифштексе бычьи белки перевариваются и расщепляются на составляющие их аминокислоты. Затем эти аминокислоты используются для построения белков, свойственных человеческому организму.

Хотя белки в организме играют главным образом роль структурных компонентов протоплазмы и функциональных составных частей ферментов и некоторых гормонов, они могут использоваться и в качестве источника энергии. В этом случае аминокислоты сначала теряют свои аминогруппы в результате ферментативной реакции, называемой дезаминированием. Аминогруппа реагирует с другими веществами с образованием мочевины, в виде которой и выделяется. Остаток молекулы аминокислоты может быть превращен через ряд промежуточных этапов в глюкозу, которая либо немедленно используется в качестве источника энергии, либо откладывается в форме гликогена или жира.

Сведения о превращении белков в углеводы и в жиры были получены в опытах с веществами, меченными изотопами углерода, водорода и азота. При длительном голодании, после того как гликоген и резервные жиры израсходованы, в качестве источника энергии могут использоваться клеточные белки. Клетки человека (и животные клетки вообще) способны синтезировать некоторые (но не все) аминокислоты при наличии подходящих исходных материалов. Те аминокислоты, которые не могут синтезироваться в организме, животное должно получать прямо или косвенно из растений, которые оно поедает, или, может быть, из бактерий, обитающих в кишечнике.

Растения способны синтезировать из более простых веществ все аминокислоты. Те аминокислоты, которые животные не могут синтезировать и должны получать из растений, называются незаменимыми аминокислотами. Такое название не означает, что эти аминокислоты более важны для построения белков, чем любые другие; они просто должны обязательно содержаться в пище, так как не могут быть синтезированы организмом.

Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты - это сложные соединения, молекулы которых крупнее молекул большинства белков и содержат углерод, кислород, водород, азот и фосфор. Они были впервые выделены Мишером в 1870 году из ядер клеток, находящихся в гное; их название обусловлено тем, что они обладают кислотными свойствами и впервые были идентифицированы в клеточных ядрах (ядро по-латыни nucleus).

Долгое время полагали, что существует только две нуклеиновые кислоты: одна, содержащая сахар рибозу и называемая рибонуклеиновой кислотой (РНК, и другая, содержащая сахар дезоксирибозу и называемая дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). В настоящее время обнаружено много различных видов РНК и ДНК, различающихся деталями своего строения и своей ролью в обмене веществ. ДНК содержится в хромосомах клеточного ядра, а также (в гораздо меньшем количестве) в митохондриях и хлоропластах. Она служит главным носителем генетической информации. РНК содержится в ядре (ее особенно много в ядрышке), в рибосомах и - в меньших количествах - в других частях клетки.

Нуклеиновые кислоты состоят из компонентов, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид содержит азотистое основание, пятиуглеродный сахар (пентозу) и фосфорную кислоту. Входящие в нуклеиновые кислоты азотистые основания делятся на два типа: пурины и пиримидины (рис. 8). РНК содержит пуриновые основания аденин и гуанин и пиримидиновые основания цитозин и урацил, кроме того, в ее состав входят рибоза и фосфорная кислота. ДНК также содержит аденин, гуанин и цитозин, а в качестве второго пиримидинового основания тимин; кроме того, в нее входят дезоксирибоза и фосфорная кислота. Молекулы нуклеиновых кислот построены из линейных цепей нуклеотидов, соединенных эфирной связью между сахаром одного нуклеотида и фосфорной кислотой другого (рис. 9).

В настоящее время известно множество фактов, свидетельствующих о том, что ДНК определяет специфичность и химические свойства генов - единиц наследственности. Существует несколько типов РНК, каждый из которых играет особую роль в биосинтезе специфических белков клетки.

Нуклеотиды и коферменты. Совершенно иные функции выполняют в клетке некоторые моно- и динуклеотиды - вещества, близкие по своей структуре к компонентам нуклеиновых кислот. В состав каждого из них входят: фосфорная кислота, рибоза и пуриновое или пиримидиновое основание. Каждое из этих оснований может образовать нуклеозидтрифосфат, в котором последовательно соединены основание, сахар и три фосфатные группы.

Аденозин-трифосфат (АТФ), состоящий из аденина, рибозы и трех остатков фосфата, играет важнейшую роль как своего рода "энергетическая валюта" всех клеток. В его молекуле две концевые фосфатные группы присоединены к нуклеотиду макроэргическими (т. е. богатыми энергией) связями, которые обозначаются символом ~Ф. Биологически полезная энергия этих связей может передаваться другим молекулам; большая часть химической энергии клетки запасается в форме макроэргических фосфатных связей АТФ и может использоваться клеткой при переносе фосфатной группы на другую молекулу. Гуанозинтирифосфат (ГТФ) необходим на некоторых этапах синтеза белков, уридинтрифосфат (УТФ) - на некоторых этапах углеводного обмена, а цитидинтрифосфат (ЦТФ) - для синтеза жиров и фосфолипидов. Трифосфаты всех четырех нуклеотидов нужны для синтеза РНК, а четыре соответствующих нуклеозидтрифосфата, содержащие дезоксирибозу, - для синтеза ДНК.

Перечень нуклеотидов, играющих важную роль в метаболических процессах, завершают НАД, НАДФ и ФАД. Никотинамидаденин-динуклеотид (НАД), называемый также дифосфопиридиннуклеотидом (ДПН), состоит из никотинамида, рибозы и фосфата, присоединенных к адениннуклеотиду (состоящему из фосфата, рибозы и аденина). НАД имеет первостепенное значение как первичный акцептор электронов и водорода в окислительных реакциях, протекающих внутри клетки. Ферменты дегидрогеназы отнимают электроны и водород от молекул таких веществ, как, например, молочная кислота, и переносят их на НАД, который в свою очередь передает их другим акцепторам электронов.

Для некоторых других ферментов акцептором электронов и водорода служит никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ), называемый также трифосфопиридиннуклеотидом (ТПН). Он отличается от НАД только тем, что имеет третью фосфатную группу, присоединенную к рибозе аденин-нуклеотида.

Флавинадениндинуклеотид (ФАД) (состоящий из соединенных в цепочку рибофлавина, рибита, двух фосфатных групп, рибозы и аденина)служит акцептором водорода и электронов для некоторых других дегидрогеназ. Следует особо отметить, что в состав этих динуклеотидов входят витамины - никотинамид и рибофлавин. Такие вещества, как НАД, НАДФ и ФАД, называются коферментами; они необходимы для функционирования определенных ферментных систем, но очень непрочно связаны с молекулой фермента и легко отщепляются от нее. Присоединяя электроны и атомы водорода, они переходят из окисленной формы в восстановленную; например, окисленная форма НАД (ее сокращенно обозначают через НАД+) превращается в восстановленную [сокращенно обозначается НАД · Н; поскольку при восстановлении один протон освобождается, восстановленную форму иногда обозначают также через НАД · H(+Н+)]. Передав электроны следующему акцептору в цепи дыхательных ферментов, кофермент снова переходит в окисленную форму.


 
 

Куда пойти учиться



 

Виртуальные консультации

На нашем форуме вы можете задать вопросы о проблемах своего здоровья, получить поддержку и бесплатную профессиональную рекомендацию специалиста, найти новых знакомых и поговорить на волнующие вас темы. Это позволит вам сделать собственный выбор на основании полученных фактов.

Медицинский форум КОМПАС ЗДОРОВЬЯ

Обратите внимание! Диагностика и лечение виртуально не проводятся! Обсуждаются только возможные пути сохранения вашего здоровья.

Подробнее см. Правила форума  

Последние сообщения



Реальные консультации


Реальный консультативный прием ограничен.

Ранее обращавшиеся пациенты могут найти меня по известным им реквизитам.

Заметки на полях


навязывание услуг компании Билайн, воровство компании Билайн

Нажми на картинку -
узнай подробности!

Новости сайта

Ссылки на внешние страницы

20.05.12

Уважаемые пользователи!

Просьба сообщать о неработающих ссылках на внешние страницы, включая ссылки, не выводящие прямо на нужный материал, запрашивающие оплату, требующие личные данные и т.д. Для оперативности вы можете сделать это через форму отзыва, размещенную на каждой странице.
Ссылки будут заменены на рабочие или удалены.

Тема от 05.09.08 актуальна!

Остался неоцифрованным 3-й том МКБ. Желающие оказать помощь могут заявить об этом на нашем форуме

05.09.08
В настоящее время на сайте готовится полная HTML-версия МКБ-10 - Международной классификации болезней, 10-я редакция.

Желающие принять участие могут заявить об этом на нашем форуме

25.04.08
Уведомления об изменениях на сайте можно получить через раздел форума "Компас здоровья" - Библиотека сайта "Островок здоровья"

Островок здоровья

 
----
Чтобы сообщить об ошибке на данной странице, выделите текст мышью и нажмите Ctrl+Enter.
Выделенный текст будет отправлен редактору сайта.
----
 
Информация, представленная на данном сайте, предназначена исключительно для образовательных и научных целей,
не должна использоваться для самостоятельной диагностики и лечения, и не может служить заменой очной консультации врача.
Администрация сайта не несёт ответственности за результаты, полученные в ходе самолечения с использованием справочного материала сайта
Перепечатка материалов сайта разрешается при условии размещения активной ссылки на оригинальный материал.
© 2008 blizzard. Все права защищены и охраняются законом.



 
----