Тема 3.08. Молекулярна основа на живота

Полипептиди като протеинови прекурсори –

Аминокиселини - протеиновите мономери се състоят от аминокиселинни остатъци, свързани с пептидна (амидна) връзка. Те са по-къси връзки от протеините и са по-стабилни. От тях са съставени хормоните – вещества, които са най-важните биорегулатори в организма.

Протеините като макромолекулни съединения със специален набор от свойства - - протеините са сложни органични съединения (биополимери), състоящи се от въглерод, водород, кислород и азот (понякога сяра), мономерите на които са аминокиселини.

Нива на организация на протеинова молекула (първично, вторично, третично, кватернерно ) - Има четири нива на организация на протеинови молекули.

Първичната структура се отнася до последователността от аминокиселинни остатъци в полипептидна верига. Всички протеини се различават по своята първична структура и потенциалният им брой е практически неограничен.

Вторичната структура на протеина е -спиралата, която се образува в резултат на усукване на полипептидната верига поради водородни връзки между групите: „C” и „N”

Едно завъртане на спиралата обикновено съдържа 3,6 аминокиселинни остатъка, стъпката на спиралата е 0,544 nm.

Третична структура на протеин се разбира като местоположението на неговата полипептидна верига в пространството. Размерът, формата и полярността на аминокиселинните остатъци оказват значително влияние върху формирането на третичната структура. Третичната структура на много протеини се състои от няколко компактни глобули, наречени домени. Помежду си домейните обикновено са свързани с тънки джъмпери - удължени полипептидни вериги.

Терминъткватернерна структура се отнася до макромолекули, които включват няколко полипептидни вериги (субединици), които не са свързани помежду сиковалентна връзка. Помежду си тези субединици са свързани чрез водородни, йонни, хидрофобни и други връзки. Пример за това е макромолекулата на хемоглобина.

Функции на протеина:

структура(строителна) функция: протеините са част от клетъчните мембрани и клетъчните органели, стените на кръвоносните съдове, хрущялите, сухожилията на висшите животни са изградени от протеини.

двигателна функция- присъща на специални контрактилни протеини, които причиняват мускулна контракция, движение на хромозоми по време на клетъчното делене, движение на растителни органи и др.
транспорт на вещества- протеините свързват и транспортират много химични съединения с кръвния поток (хемоглобин, който пренася кислород в кръвта, миоглобин - в мускулите и др.)
защитнафункция - при навлизане на чужди тела в клетката се произвеждат специални протеини - имуноглобулини (антитела), които неутрализират чуждите тела и осъществяват имунологична защита на организма
сигналфункция - протеини са вградени в повърхностната мембрана на клетката, които могат да променят третичната структура в отговор на факторите на околната среда - получаване на сигнали от външната среда и предаване на команди към клетката
каталитичнафункция - регулиране на биохимични процеси от ензимни протеини

енергийна функцияфункция - протеините са енергиен материал: когато се разделят, се освобождава определено количество енергия.

Липидите и техните функции - липидите са мастни киселини и техните производни; липопротеините (LP) са високомолекулни водоразтворими частици, които представляват комплекс от протеин и липид, образуван от нековалентни връзки, в които протеините заедно с полярните липидиобразуват повърхностен хидрофилен слой, който обгражда и защитава вътрешната хидрофобна липидна сфера от водната сфера и осигурява транспортирането на липидите в кръвния поток и тяхното доставяне до органи и тъкани. Според това определение, един от признаците на LP е наличието в тях на външен хидрофилен протеиново-липиден слой и липидна хидрофобна сфера (ядро).

Въглехидрати и техните функции: енергийни, структурни - Въглехидратите, заедно с протеините и липидите, са най-важните химични съединения, които изграждат живите организми. При хората и животните въглехидратите изпълняват важни функции: енергийни (основният вид клетъчно гориво), структурни (основен компонент на повечето вътреклетъчни структури) и защитни (участие на въглехидратните компоненти на имуноглобулините в поддържането на имунитета).

Нуклеотиди - мономери на нуклеинова киселина - органични вещества, състоящи се от пуринова или пиримидинова основа, въглехидрат и един или повече остатъци от фосфорна киселина, неразделна част от нуклеинови киселини и коензими, много ензими.

Нуклеинови киселини (полинуклеотиди) - ДНК, РНК - те също са полинуклеотиди, постоянна и необходима съставна част на всички живи системи, които играят водеща роля в биосинтезата на протеини и предаването на наследствените белези на организма.

Азотни основи: аденин, гуанин, цитозин, тимин - В ДНК има четири вида азотни бази (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Последователността от нуклеотиди ви позволява да "кодирате" информация за различни видове РНК,

Комплементарност, комплементарни двойки азотни бази - азотните бази на една от ДНК веригите са свързани с азотните бази на другата верига чрез водородни връзки съгласно принципа на комплементарност: аденинсвързва се само с тимин, гуанин - само с цитозин.

Допълването на ДНК веригите е в основата на най-важните функции: съхранение и предаване на наследствена информация - В случай на нуклеинови киселини - както олиго-, така и полинуклеотиди, азотните бази на нуклеотидите са способни, поради образуването на водородни връзки, да образуват сдвоени комплекси аденин-тимин (или урацил в РНК) и гуанин-цитозин по време на взаимодействие на вериги на нуклеинова киселина. Такова взаимодействие играе ключова роля в редица фундаментални процеси на съхранение и предаване на генетична информация: репликация на ДНК, която осигурява трансфера на генетична информация по време на клетъчното делене, транскрипция на ДНК в РНК по време на синтеза на протеини, кодирани от ДНК на ген, съхранение на генетична информация в двойноверижна ДНК и процеси на възстановяване на ДНК, когато тя е повредена.

Функциите на нуклеиновите киселини и процесите на редупликация, транскрипция, транслация -транскрипциятае процесът на синтез на РНК с използване на ДНК като шаблон, който се среща във всички живи клетки. С други думи, това е трансфер на генетична информация от ДНК към РНК итранслации(синтез на протеини върху РНК шаблон).

Генетичен код - система за кодиране на наследствена информация в молекули на нуклеинова киселина, внедрена в животни, растения, бактерии и вируси.

Кодон - кодираща единица, набор от 3 нуклеотида (триплет), който определя мястото на дадена аминокиселина в полипептидна верига, синтезирана под контрола на ген. К. - единица на генетичния код, с помощта на която цялата генетична информация се "записва" в молекулите на ДНК и РНК. За много аминокиселини има повече от един код (така наречената дегенерация на кода). Три K. не кодират аминокиселини, но определят мястото, където започва или прекъсва синтеза на полипептидната верига.

Свойствана генетичния код: триплет, изроденост, недвусмисленост, универсалност, липса на препинателни знаци между триплетите (кодони) Единна система за „записване“ на генетична информация под формата на последователност от нуклеотиди, характерна за всички живи организми, в която всеки 3 нуклеотида - кодон - определя една молекула аминокиселина. Свойства на генетичния код: триплет: 3 нуклеотида (триплет, кодон) - 1 аминокиселина, неприпокриване (кодоните на един ген не се припокриват, въпреки че в момента са известни припокриващи се гени), дегенерация (кодиране на една аминокиселина с няколко триплета), недвусмисленост (всеки кодон кодира само една аминокиселина), универсалност (въпреки че има изключения) /