Макромолекула-основа организации и функционирования биологических систем (организация полимерных молекул (белки, нуклеиновые кислоты))

Белки также выполняют структурные функции, помимо того, что они являются молекулами, обладающими каталитической и транспортной спо-собностью. Наконец, нуклеиновые кислоты хранят генетическую информа-цию и участвуют в синтезе белка.
Синтетические макромолекулы имеют ту же структуру, что и биологические: многие мономеры связаны вместе, образуя полимер. Примеры этого - полиэтилен и нейлон. Синтетические полимеры широко используются в промышленности для изготовления тканей, пластиков, утеплителей и т. д.
Как следует из названия, одной из отличительных характеристик макромолекул является их большой размер. Они состоят как минимум из 1000 атомов, связанных ковалентными связями. В этом типе связи атомы, участвующие в связи, разделяют электроны последнего уровня.
Другой термин, используемый для обозначения макромолекул, - полимер («много частей»), которые состоят из повторяющихся единиц, называемых мономеры ("Кроме"). Это структурные единицы макромолекул, которые в зависимости от случая могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга.
Мы могли бы использовать аналогию с детской игрой Лего. Каждая из частей представляет собой мономеры, и когда мы соединяем их для образования различных структур, мы получаем полимер.
Если мономеры одинаковы, полимер является гомополимером; а если они разные, то это будет гетерополимер.
Также существует номенклатура для обозначения полимера в зависи-мости от его длины. Если молекула состоит из нескольких субъединиц, ее называют олигомером. Например, когда мы хотим обратиться к небольшой нуклеиновой кислоте, мы называем ее олигонуклеотидом.
Учитывая невероятное разнообразие макромолекул, сложно установить общую структуру. «Костяк» этих молекул состоит из соответствующих им мономеров (сахаров, аминокислот, нуклеотидов и т. Д.), И они могут быть сгруппированы линейным, разветвленным образом или принимать более сложные формы.
Как мы увидим позже, макромолекулы могут иметь биологическое или синтетическое происхождение. Первые имеют бесконечное количество функций в живых существах, а вторые широко используются в обществе - например, пластмассы.
В органических существах мы находим четыре основных типа макромолекул, которые выполняют огромное количество функций, обеспечивая развитие и поддержание жизни. Это белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. Ниже мы опишем его наиболее важные характеристики.
Они являются высокомолекулярными соединениями, которые образуются фрагментами нуклеотидов. РНК и ДНК обнаружены во всех живых клетках, именно они выполняют функцию хранения, передачи, а также реализации наследственной информации. В качестве мономеров выступают нуклеотиды. Каждый из них имеет в составе остаток азотистого основания, углевода, а также фосфорной кислоты. Исследования показали, что в ДНК разных живых организмов наблюдается принцип дополнения (комплементарности). Нуклеиновые кислоты растворимы в воде, но не растворяются в органических растворителях. Эти биополимеры разрушаются при повышении температуры, ультрафиолетовом облучении.
Белки - это макромолекулы, структурными единицами которых явля-ются аминокислоты. В природе мы находим 20 видов аминокислот.
Эти мономеры состоят из центрального атома углерода (называемого альфа-углеродом), связанного ковалентными связями с четырьмя различными группами: атомом водорода, аминогруппой (NH2), карбоксильную группу (COOH) и группу R.
20 типов аминокислот отличаются друг от друга только идентичностью группы R. Эта группа различается по своей химической природе, способной находить основные, кислотные, нейтральные аминокислоты, среди прочего, с длинными, короткими и ароматическими цепями.
Аминокислотные остатки удерживаются вместе пептидными связями. Природа аминокислот будет определять природу и характеристики получаемого белка.
Линейная аминокислотная последовательность представляет собой первичную структуру белков. Затем они складываются и группируются по разным образцам, образуя вторичные, третичные и четвертичные структуры.
В настоящее время известно около двухсот аминокислот, которые входят в состав белковых молекул. В зависимости от строения, их подразделяют на две группы:
 протеиногенные, которые входят в состав макромолекул;
 непротеиногенные, не принимающие активного участия в образовании белков.
Ученым удалось расшифровать последовательность аминокислот во многих белковых молекулах животного и растительного происхождения. Среди аминокислот, которые довольно часто есть в составе белковых молекул, отметим серин, глицин, лейцин, аланин. Для каждого природного биополимера характерно наличие собственного аминокислотного состава. К примеру, протамины включают около 85 процентов аргинина, но в них нет кислых, циклических аминокислот. Фиброин - это белковая молекула натурального шелка, в которой содержится примерно половина глицина. В коллагене есть такие редкие аминокислоты, как гидроксипролин, гидроксилизин, отсутствующие в иных белковых макромолекулах.
Аминокисотный состав определяется не только особенностями аминокислот, но и функциями, назначением белковых макромолекул. Их последовательность обуславливается генетическим кодом.
Белки выполняют различные функции. Некоторые из них служат биологическими катализаторами и называются ферментами; некоторые из них являются структурными белками, такими как кератин, присутствующий в волосах, ногтях и т.д .; и другие выполняют транспортные функции, такие как гемоглобин в наших эритроцитах.
По химическому составу желатин аналогичен коллагену, он образует с водой вязкую жидкость. Среди характерных свойств желатина можно выделить его способность к гелеобразованию.
Такие виды молекул применяют в качестве кровоостанавливающих и плазмозамещающих средств. Способность желатина образовывать гели ис-пользуют при производстве капсул в фармацевтической промышленности.
Второй тип полимера, входящий в состав живых существ, - это нуклеиновые кислоты. В этом случае структурные единицы не являются аминокислотами, как в белках, а являются мономерами, называемыми нуклеотидами.
Нуклеотиды состоят из фосфатной группы, пятиуглеродного сахара (центральный компонент молекулы) и азотистого основания.
Существует два типа нуклеотидов: рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды, которые различаются по содержанию основного сахара. Первые являются структурными компонентами рибонуклеиновой кислоты или РНК, а вторые являются компонентами дезоксирибонуклеиновой кислоты или ДНК.
В обеих молекулах нуклеотиды удерживаются вместе с помощью фосфодиэфирной связи, что эквивалентно пептидной связи, которая удерживает вместе белки.
Структурные компоненты ДНК и РНК схожи и различаются по своей структуре, поскольку РНК находится в виде одной полосы, а ДНК - в виде двойной полосы.
РНК и ДНК - это два типа нуклеиновых кислот, которые мы находим в живых существах. РНК - это многофункциональная динамическая молекула, которая имеет различные структурные конформации и участвует в синтезе белка и в регуляции экспрессии генов.
ДНК - это макромолекула, отвечающая за хранение всей генетической информации организма, необходимой для его развития. Все наши клетки (за исключением зрелых эритроцитов) имеют генетический материал, хранящийся в их ядрах, очень компактно и организованно.