Строение и происхождение биомолекул
У лекції обговорюються структура та походження бiомолекул. The structure and origin of biomolecules are discussed in the lecture.
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Таврический медико-биологический вестник |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Кримський науковий центр НАН України і МОН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/45233 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Строение и происхождение биомолекул / К.А. Ефетов, Е.В. Паршкова// Таврический медико-биологический вестник. — 2012. — Т. 15, № 2, ч. 3 (58). — С. 327-330. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860078426355924992 |
|---|---|
| author | Ефетов, К.А. Паршкова, Е.В. |
| author_facet | Ефетов, К.А. Паршкова, Е.В. |
| citation_txt | Строение и происхождение биомолекул / К.А. Ефетов, Е.В. Паршкова// Таврический медико-биологический вестник. — 2012. — Т. 15, № 2, ч. 3 (58). — С. 327-330. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Таврический медико-биологический вестник |
| description | У лекції обговорюються структура та походження бiомолекул.
The structure and origin of biomolecules are discussed in the lecture.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:15:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
327
Л Е К Ц И И
УДК 57.088:612.013:573.55
© К. А. Ефетов, Е. В. Паршкова, 2012.
СТРОЕНИЕ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ БИОМОЛЕКУЛ
К. А. Ефетов, Е. В. Паршкова
Государственное учреждение «Крымский государственный медицинский университет имени
С. И. Георгиевского», кафедра биологической химии (заведующий кафедрой – профессор К. А. Ефетов),
г. Симферополь.
STRUCTURE AND ORIGIN OF BIOMOLECULES
K. A. Efetov, E. V. Parshkova
SUMMARY
The structure and origin of biomolecules are discussed in the lecture.
СТРУКТУРА ТА ПОХОДЖЕННЯ БIОМОЛЕКУЛ
К. О. Єфетов, К. В. Паршкова
РЕЗЮМЕ
У лекції обговорюються структура та походження бiомолекул.
Ключевые слова: биомолекулы, строение, происхождение, живые организмы, химический состав.
По химическому составу живые организмы
очень сильно отличаются от объектов неживой при-
роды [1, 4]. Несмотря на многообразие форм живо-
го, все организмы демонстрируют удивительное сход-
ство: они содержат нуклеиновые кислоты, построен-
ные из одного и того же набора нуклеотидов, а также
белки, в состав которых при биосинтезе включаются
в различных комбинациях одни и те же двадцать ами-
нокислот. Из 92 химических элементов, встречающих-
ся в неживой природе, для жизнедеятельности орга-
низмов необходимы не более половины. Если пере-
числить 4 элемента, содержащихся в наибольшем
количестве (% от общего числа атомов) в земной
коре, то на втором месте после кислорода (47%) ока-
жется кремний (28%), на третьем – алюминий (7,9%),
на четвертом – железо (4,5%). Для живых организ-
мов результат будет принципиально иным: на пер-
вом месте окажется водород (63%), на втором – кис-
лород (25,5%), далее – углерод (9,5%) и азот (1,4%),
таким образом, на долю этих элементов приходится
более 99% атомов. В сухом остатке биоматериала
массовое соотношение следующее: углерод – до 60%,
кислород – около 25%, азот – до 10% и водород – до
4%. В земной же коре доля углерода составляет ме-
нее 1%.
Интересный вывод о зарождении жизни в морс-
кой воде можно сделать, сравнив 10 наиболее рас-
пространенных в ней и в живых организмах элемен-
тов: 8 из них совпадают [3].
Среди химических элементов, необходимых
организму человека для жизнедеятельности, разли-
чают макроэлементы (содержание которых в орга-
низме составляет больше 0,001%, рекомендуемая
суточная доза потребления > 200 мг) и микроэлемен-
ты (содержание – менее 0,001%, рекомендуемая су-
точная доза потребления < 200 мг). В организме че-
ловека кроме углерода, кислорода, водорода и азота
также в значительном количестве присутствуют фос-
фор и сера. Эти шесть макроэлементов (С, О, H, N, P,
S) получили название органогенов, или биоэлемен-
тов. Именно из них состоит большинство органичес-
ких молекул человеческого организма. К макроэле-
ментам также относятся натрий, калий, магний, каль-
ций и хлор, присутствующие в организме в виде
ионов (Na+, К+, Mg2+, Ca2+, Cl–). Микроэлементов из-
вестно более 30, среди них железо, цинк, кремний,
медь, фтор, йод, марганец, хром, селен, алюминий,
бром, молибден, кобальт, ванадий, никель и др.
Биомолекулы – это органические вещества жи-
вых организмов, выполняющие пластическую (стро-
ительную), метаболическую (участие в обмене ве-
ществ) и регуляторную функции. К биомолекулам
относятся нуклеиновые кислоты, белки, углеводы,
липиды, витамины, гормоны и промежуточные про-
дукты обмена веществ (метаболиты).
Нуклеиновые кислоты – это полимеры, состоя-
щие из нуклеотидов. В состав каждого нуклеотида
входят азотистое основание, моносахарид (или мно-
гоатомный спирт) и фосфорная кислота. В молекуле
нуклеиновой кислоты нуклеотиды соединены линей-
но фосфодиэфирными связями. Дезоксирибонукле-
иновая кислота (ДНК) является хранителем наслед-
ственной информации (о последовательности ами-
нокислот в белках) у подавляющего большинства
живых организмов. Рибонуклеиновые кислоты (РНК)
выполняют различные функции: переносят инфор-
мацию от ДНК к белку, транспортируют аминокис-
лоты к месту синтеза белка, входят в состав рибосом,
у некоторых организмов (например, ретровирусов)
отвечают за хранение наследственной информации.
Нуклеотиды могут входить в состав небелковой час-
ти сложных ферментов (кофермент А, ФАД, НАД и
328
ТАВРИЧЕСКИЙ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК2012, том 15, №2, ч.3 (58)
др.), выполнять регуляторные функции (например,
цАМФ), быть источниками энергии, запасенной в
макроэргических связях (АТФ/АДФ, ГТФ/ГДФ и др.).
Белки – это полимеры аминокислот с молеку-
лярной массой более 5000. Если молекулярная масса
не превышает 5000, то такие молекулы принято на-
зывать пептидами. Аминокислоты соединены друг с
другом в пептидах и белках пептидными связями.
Именно белковый состав определяет индивидуаль-
ность каждого организма.
Белки в организме выполняют различные функции.
1. Структурная, или пластическая (например, кол-
лаген).
2. Каталитическая (ферменты).
3. Энергетическая (1 г белка дает 4,1 ккал. Однако
на долю белков приходится всего 10% получаемой
организмом человека энергии, остальные 90% дают
углеводы и жиры).
4. Регуляторная (гормоны белковой природы,
белковые рецепторы и др.).
5. Защитная (антитела, белки системы компле-
мента, белки свертывающей системы крови и др.).
6. Транспортная (гемоглобин, сывороточный
альбумин и др.).
7. Двигательная (например, миозин, актин).
Углеводы – это альдегидо- или кетомногоатом-
ные спирты и их полимеры.
Углеводы подразделяют на моносахариды (аль-
дозы и кетозы), олигосахариды (в состав входят 2–10
моносахаридных остатка) и полисахариды (включа-
ют более 10 моносахаридных остатков). Полисахари-
ды, состоящие из одного типа мономеров, называют
гомополисахаридами (например, гликоген, крахмал
и целлюлоза состоят из остатков глюкозы). Полисаха-
риды, в составе которых встречаются различные мо-
номеры, называют гетерополисахаридами (напри-
мер, гепарин, гиалуроновая кислота, хондроитин-
сульфат).
Углеводы в организме выполняют различные
функции.
1. Энергетическая (1 г углеводов дает 4,1 ккал,
углеводы являются главным источником энергии в
организме человека).
2. Структурная, или пластическая (гетерополи-
сахариды соединительной ткани, углеводные компо-
ненты гликопротеинов, гликолипидов).
3. Углеводы участвуют в формировании и функ-
ционировании важных регуляторных и защитных си-
стем организма (например, углеводные компоненты
клеточных рецепторов, олигосахариды в составе бел-
ков иммунной системы, гепарин – компонент про-
тивосвертывающей системы крови).
Липиды – разнообразные по химической струк-
туре вещества (чаще сложные эфиры жирных кис-
лот), экстрагируемые из биологического материала
малополярными растворителями. Условно липиды
можно разделить на три группы:
1. Простые липиды, состоящие из остатков жир-
ных кислот (альдегидов) и спиртов. К ним относятся
ацилглицерины (жиры) и воска (сложные эфиры
жирных кислот и одно- или двухатомных спиртов).
2. Сложные липиды. К ним относят, например,
фосфолипиды (в состав входит ортофосфорная кисло-
та), гликолипиды (содержат углеводные компоненты).
3. Стероиды – производные циклопентанпергид-
рофенантрена.
Липиды в организме выполняют многие функ-
ции.
1. Структурная, или пластическая (основные ве-
щества клеточных мембран).
2. Энергетическая (1 г жира дает 9,3 ккал).
3. Регуляторная (например, стероидные гормоны).
4. Защитная (теплоизоляция, защита от механи-
ческих повреждений, водоотталкивающая).
5. При окислении липиды обеспечивают орга-
низм большим количеством молекул воды (за счет
соединения водородов, входивших в состав липидов,
с кислородом воздуха).
6. С липидами в организм поступают жирора-
створимые витамины (А, D, E, K).
Витамины – это необходимые для жизни орга-
нические низкомолекулярные вещества, которые
обеспечивают нормальный обмен веществ, не син-
тезируются в организме или образуются в недоста-
точном количестве и потому должны поступать в
организм из окружающей среды. Витамины не вклю-
чаются в структуру тканей и не используются орга-
низмом в качестве источников энергии (в отличие от
незаменимых аминокислот и полиненасыщенных
жирных кислот, которые также должны поступать в
организм из окружающей среды). Большинство ви-
таминов являются предшественниками компонентов
небелковой части сложных ферментов.
Гормоны – это вещества, вырабатывающиеся
специализированными клетками желез внутренней
секреции, поступающие непосредственно в кровь и
оказывающие регулирующее влияние на обмен ве-
ществ и физиологические функции. По химическо-
му строению гормоны бывают сложными белками,
простыми белками, пептидами, производными ами-
нокислот и стероидами. Группу веществ различной
химической природы, синтезируемых многими клет-
ками организма и оказывающих регуляторное влия-
ние поблизости от места синтеза, принято называть
гормонами местного действия или гормоноподобны-
ми веществами (например, цитокины, эйкозаноиды).
Метаболиты – это промежуточные продукты
обмена веществ, которые в большом количестве при-
сутствуют в организме. К ним относятся органичес-
кие кислоты (в том числе ди- и трикарбоновые), как
не содержащие азот, так и аминокилоты, нуклеоти-
ды, другие низкомолекулярные азотсодержащие со-
единения (например, аминоспирты, мочевина, мо-
чевая кислота) и т.д.
329
Л Е К Ц И И
Бионеорганические соединения – это неоргани-
ческие вещества, связанные с жизнедеятельностью
организмов. Сюда относятся макро- и микроэлемен-
ты (см. выше), ряд неорганических кислот (соляная,
фосфорная, угольная), аммиак и др.
Условно молекулярная организация клеточных
живых организмов может быть представлена в виде
следующей иерархической схемы:
1. Низкомолекулярные структурные единицы
(аминокислоты, моносахариды, азотистые основа-
ния, высшие жирные кислоты, высшие спирты, гли-
церин, фосфорная кислота и др.).
2. Макромолекулы, или молекулы-полимеры
(белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды).
3. Надмолекулярные ансамбли (например, хро-
матин, мембраны).
4. Ядро и органеллы (митохондрии, комплекс
Гольджи, эндоплазматическая сеть и др.)
5.Клетки.
У многоклеточных организмов клетки ассоции-
рованы в тканевые системы, которые формируют
органы и системы органов, динамически взаимодей-
ствующие в пределах целого организма.
Сходство химического состава живых организмов
и однотипность происходящих в них метаболических
процессов объясняется, по словам Ганса Кребса, тем,
что «жизнь в ее настоящем виде зародилась лишь
однажды» [2].
По современным научным представлениям Зем-
ля возникла как самостоятельное планетарное тело
4,5–5 миллиардов лет назад, а первые прокариоти-
ческие организмы на ней появились около 3,5–3,8
миллиардов лет тому назад. Согласно теории абиоге-
неза их появлению предшествовало около миллиар-
да лет химической эволюции, в ходе которой из неор-
ганических веществ возникли сложные биомолеку-
лы, ставшие основой возникновения жизни. В 1924
году академик А. И. Опарин (СССР) высказал пред-
положение, что на древней Земле под воздействием
энергии грозовых электрических разрядов и высоких
температур, связанных с извержениями вулканов,
содержащиеся в первичной атмосфере пары воды,
аммиак и метан взаимодействовали друг с другом с
образованием различных органических соединений.
Эти вещества растворялись в теплом первичном оке-
ане. В результате химической эволюции этого орга-
нического бульона молекулы усложнялись, что при-
вело к появлению белков, в том числе ферментов,
нуклеиновых кислот, липидных мембран и т.д. В ра-
створах этих органических соединений могли само-
произвольно образовываться относительно обособ-
ленные зоны повышенной концентрации, способные
к обмену с внешней средой (так называемые коацер-
ватные капли, или коацерваты). С появлением у них
способности к превращению энергии и самовос-
произведению произошел переход от химической эво-
люции к биологической.
Большинство биомолекул – полимеры. Для об-
разования полимерных макромолекул из более про-
стых структурных единиц, мономеров, необходимо
большое количество энергии. Источниками ее в ус-
ловиях древней Земли могли быть тепло вулканичес-
ких процессов, видимый свет и ультрафиолетовое из-
лучение Солнца, ионизирующее излучение (рентге-
новские лучи, альфа- и бета-частицы, гамма-излуче-
ние), электрические разряды, ультразвук, ударные
волны, а также (по некоторым теориям) окислитель-
но-восстановительные реакции между вулканичес-
кими газами и сульфидными минералами (например,
пиритом).
В 1953 году Стенли Миллер (США) получил под-
тверждение теории Опарина экспериментальным
путем. Ученый более недели подвергал газовые сме-
си воды, водорода, метана и аммиака действию элек-
трических разрядов. Результатом стало образование
водорастворимых органических веществ, в том чис-
ле альфа-аминокислот и некоторых других органи-
ческих кислот, встречающихся в живых организмах.
В более поздних подобных экспериментах из проме-
жуточных продуктов (альдегидов и цианистого во-
дорода) удалось получить ряд моносахаридов, азо-
тистые основания и даже нуклеотиды.
В 1981 году Т. Чеком и С. Альтманом (США) были
открыты молекулы РНК с каталитической активнос-
тью (рибозимы). У. Гилбертом (США) в 1986 году
предложена идея мира РНК, в которой предшествен-
никами живых организмов являлись РНК-молекулы,
способные самовоспроизводиться, а также катализи-
ровать синтез белка. Сами же РНК могли произойти
от полициклических ароматических углеводородов.
Одним из аргументов противников теории про-
исхождения органических веществ в первичном бу-
льоне является тот факт, что при таких эксперимен-
тах получаются рацемические смеси энантиомеров
аминокислот и моносахаридов. Поэтому есть пред-
положение, что органические соединения возникли
в космическом пространстве, так как излучение пуль-
саров может уничтожать некоторые изомеры моле-
кул. В пользу этой теории свидетельствует то, что
среди аминокислот, обнаруженных в метеоритах,
преобладают L-изомеры. Однако существуют и до-
казательства того, что механизм отбора определен-
ных изомеров для построения полимеров мог воз-
никнуть и на Земле.
За ценные критические замечания, высказан-
ные при подготовке данной статьи к публикации,
авторы выражают благодарность доценту Крымс-
кого государственного медицинского университета
И. А. Лугину.
ВЫВОД
В лекции обсуждается химический состав живых
организмов, его особенности в сравнении с объек-
тами неживой природы. Рассматриваются главные
классы биомолекул, их иерархия и происхождение.
330
ТАВРИЧЕСКИЙ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК2012, том 15, №2, ч.3 (58)
ЛИТЕРАТУРА
1. Губський Ю. І. Біологічна хімія. – Київ – Вінни-
ця: Нова книга, 2009. – 664 с.
2. Ефетов К. А., Паршкова Е. В. Цикл Кребса и
мнемоническое правило для запоминания последо-
вательности его реакций // Таврический медико-био-
логический вестник. – 2012. – Т. 15, № 1. – С. 338–340.
3. Ленинджер А. Основы биохимии. Т. 1. – Мос-
ква: Мир, 1985. – 367 с.
4. Nelson D. L., Cox M. M. Lehninger Principles of
biochemistry. Fourth edition. – New York: W. H.
Freedman and Company, 2005. – 1119 p.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-45233 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2070-8092 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:15:03Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Кримський науковий центр НАН України і МОН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ефетов, К.А. Паршкова, Е.В. 2013-06-09T07:00:01Z 2013-06-09T07:00:01Z 2012 Строение и происхождение биомолекул / К.А. Ефетов, Е.В. Паршкова// Таврический медико-биологический вестник. — 2012. — Т. 15, № 2, ч. 3 (58). — С. 327-330. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2070-8092 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/45233 57.088:612.013:573.55 У лекції обговорюються структура та походження бiомолекул. The structure and origin of biomolecules are discussed in the lecture. ru Кримський науковий центр НАН України і МОН України Таврический медико-биологический вестник Лекции Строение и происхождение биомолекул Структура та походження бiомолекул Structure and origin of biomolecules Article published earlier |
| spellingShingle | Строение и происхождение биомолекул Ефетов, К.А. Паршкова, Е.В. Лекции |
| title | Строение и происхождение биомолекул |
| title_alt | Структура та походження бiомолекул Structure and origin of biomolecules |
| title_full | Строение и происхождение биомолекул |
| title_fullStr | Строение и происхождение биомолекул |
| title_full_unstemmed | Строение и происхождение биомолекул |
| title_short | Строение и происхождение биомолекул |
| title_sort | строение и происхождение биомолекул |
| topic | Лекции |
| topic_facet | Лекции |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/45233 |
| work_keys_str_mv | AT efetovka stroenieiproishoždeniebiomolekul AT parškovaev stroenieiproishoždeniebiomolekul AT efetovka strukturatapohodžennâbiomolekul AT parškovaev strukturatapohodžennâbiomolekul AT efetovka structureandoriginofbiomolecules AT parškovaev structureandoriginofbiomolecules |