ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.12.2021

Просмотров: 306

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

Основи біофізики і біомеханіки

 

53 

ГЛАВА 3

 

МОЛЕКУЛЯРНА БІОФІЗИКА 

 
 

Живий організм – це відкрита, самоврегульована гетерогенна система, 

що  самовідтворюється  і  розвивається.  В  той  же  час  він  є  складною 
хімічною  системою:  існує  завдяки  хімічним  перетворенням  речовин, 
що  надходять  ззовні,  і  виділенню  речовин  у  навколишнє  середовище 
завдяки метаболізму. ЇЇ найважливішими функціональними речовинами 
є  вода  і  біополімери  (білки  й  нуклеїнові  кислоти).  При  чому будова  й 
властивості  клітини  й  організму  диктуються  нуклеїновими  кислотами 
(ДНК і РНК), що задають генетичну програму синтезу  білків. У свою 
чергу,  жодна  хімічна  реакція  в  клітині  не  відбувається  без  участі 
спеціальних ферментів – білків. А усі біохімічні реакції здійснюються 
у водному середовищі. 

Молекулярна  біофізика  вивчає  фізико-хімічні  властивості  й 

функціональну  роль  біологічних  макромолекул  (біополімерів)  та 
молекулярних  комплексів  (ультраструктур)  живих  організмів  (рис.  3.1.), 
які  створюють  функціональні  одиниці  клітин,  характер  взаємодії  їх  з 
іонами, молекулами і радикалами, їх просторової будови й енергетики 
процесів, що в них відбуваються.  

Основне  завдання  цього  розділу  –  з’ясування  зв’язків  фізичної 

структури  і  властивостей  біологічно  важливих  молекул  з  виконуваними 
ними в організмі функціями. 

 

Рис. 3.1.

 Фізична ієрархія біосистем 

 

Біополімери

  –  це  біологічно  важливі  макромолекули,  які 

побудовані  в  основному  з  азоту,  вуглецю,  водню,  кисню,  фосфору  і 
сірки.  Велику  роль  відіграють  такі  іони,  як  Na

+

,  K

+

,  Ca

2+

,  Mg

2+

,  Cu

2+


background image

Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін  

54 

Крім  того,  значний  вплив  на  живі  системи  здійснюють  малі  кількості 
таких  металів  як  Fe,  Zn,  Cu,  Mg  та  інші.  У  процентному  відношенні 
людський організм містить елементи: H – 60 %, O – 26 %, C – 11 %, N – 
2,5%, Ca – 0,2 %, P – 0,13 %, S – 0,13 %, Na – 0,08 %, Cl – 0,03 %, Mg – 
0,01 %.  

Основна  функція  біомолекул  –  побудова  клітин  і  забезпечення 

біоенергетичних процесів (у природі у всіх видів хребетних налічується 
близько 200 типів клітин). 

 

 

 

Рис. 3.2.

 Молекулярний склад живих систем 

 

§ 3.1. КОРОТКА ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНИХ 

БІОПОЛІМЕРІВ 

 

Амінокислоти.

 Хімічна будова амінокислот, залишки яких фігурують 

в білках і поліпептидах (білкові ланцюги завдовжки до 100 ланок), має 
наступний вигляд: 

 

де 

R

 – радикал, як правило вуглеводневий, або містить, окрім атомів C 

і H, інші атоми (в основному, O, S, N). 

Усі  білки  складаються,  в  основному,  з  20  канонічних  аміно-

кислотних  залишків  (АКЗ).  Ряд  амінокослот,  що  не  фігурують  у 
білках, бере участь у метаболізмі. Розглянемо деякі приклади: 


background image

Основи біофізики і біомеханіки

 

55 

1. Залишок – Гліцил (Gly).  

Амінокислота (АК) – Гліцин (G).  

 

2. Проліл (Pro):  

Амінокислота (АК) – Пролін.  

 

Із 20 залишків 14 є нейтральними, 3 – кислими, 3 – лужними. Окрім 

20  канонічних  залишків,  у  білках  зустрічаються  похідні  від  них 
(неканонічні залишки). Ряд фактів свідчить про те, що в нейтральному 
середовищі  амінокислоти  є  диполярними  іонами.  Усе  різноманіття 
білків  визначається  різноманіттям  амінокислот,  які  у  свою  чергу 
відрізняються  лише  будовою  радикалу 

R

.  При  поліконденсації 

амінокислот у білковий ланцюг утворюється пептидний зв’язок – CO – 
NH -, і виділяється вода. 

Нуклеїнові кислоти (НК).

 НК є обов’язковими учасниками процесів 

синтезу  білків.  Нуклеїнові  кислоти  –  це  складні  високомолекулярні 
біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. 

Уперше їх було виявлено в ядрі клітин, звідки й походить назва цих 

сполук (від лат. 

нуклеус

 – ядро). Основний ланцюг нуклеїнових кислот 

складається  з  ланок  фосфорної  кислоти  і  цукру  (рибоза  в  РНК; 
дезоксирибоза  в  ДНК).  До  цукрів  приєднуються  азотисті  основи,  які 
вже не повторюють один одного. 

Загальна схема будови ланцюга: 

 

 

Рибоза: 

 


background image

Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін  

56 

Дезоксирибоза

:  

 

Нуклеїновим кислотам, як і білкам, притаманна первинна структура – 

певна  послідовність  розташування  нуклеотидів,  а  також  складніша 
вторинна  і  третинна  структури,  які  формуються  завдяки  водневим 
зв’язкам,  електростатичним  та  іншим  взаємодіям.  Окремі  нуклеотиди 
сполучаються між собою у ланцюг за допомогою особливих «містків» 
між  залишками  пентоз  двох  сусідніх  нуклеотидів.  Ці  «містки»  є 
різновидом міцних ковалентних зв’язків. 

Подібно  до  того,  як  у  білках  фігурують  20  амінокислотних 

залишків, так у ДНК і РНК фігурують 4 азотистих основ. Але поряд з 
канонічними основами зустрічаються похідні від них – мінорні основи. 
У ДНК фігурують цитозин (Ц), тимін (Т), аденін (А), гуанін (Г); у РНК – 
цитозин (Ц), тимін (Т), аденін (А), урацил (У). 

Цитозин:  

 

 

Тимін:  

 

Для всіх азотистих основ характерна наявність центрального кільця 

за  типом  бензолового.  Наявність  подвійних  зв’язків  призводить  до 
наявності  делокалізованних  електронів,  що  належать  усьому  кільцю. 

Сполуки  азотистих  основ  з  рибозою  і  дезоксирибозою  називаються 
нуклеозідами

 (відповідно, рібонуклеозіди і дезоксирібонуклеозіди). 


background image

Основи біофізики і біомеханіки

 

57 

Приклад:  

Аденозин

  

 

Аналогічні  нуклеозіди  Г,  Т,  У  називаються  відповідно:  гуанозін, 

тимідин,  уридин.  У  результаті  фосфорилювання  утворюються  ді-  і 
тріфосфати.  Ці  мономерні  з’єднання  відіграють  найважливішу  роль  у 
біоенергетичних процесах. 

Структурна схема

:  

 

Замість 

R

:  

Аденозиндифосфат (АДФ):

  

 

Аденозинтрифосфат (АТФ):

  

 

 


Смотрите также файлы