- •Концепции современного естествознания. Биология
- •Тема 1. Концепция системной многоуровневой организации жизни 8
- •Тема 2. Концепция материальной сущности жизни 17
- •Тема 3. Концепция биологической информации и самовоспроизведения жизни. Онтогенез 37
- •Сегмент 2. Значение общей биологии
- •Сегмент 3. Методы биологии
- •Сегмент 4. Основные концепции современной биологии
- •Тема 1. Концепция системной многоуровневой организации жизни
- •Сегмент 5. Системная организация
- •Сегмент 6. Уровни организации живой материи
- •Сегмент 7. Молекулярно-генетический уровень
- •Сегмент 8. Онтогенетический уровень
- •Сегмент 9. Популяционно-видовой уровень
- •Сегмент 10. Биогеоценотический уровень
- •Заключение по теме 1
- •Тема 2. Концепция материальной сущности жизни
- •Сегмент 11. Механицизм и витализм в истории биологии
- •Сегмент 12 живая материя и ее основная форма движения. Обмен веществ и энергии в живой системе
- •Сегмент 13. Трансформация и использование энергии
- •Сегмент 14. Белки – структурно-функциональная основа жизни
- •Сегмент 15. Опора и движение
- •Сегмент 16. Транспорт веществ
- •Сегмент 17. Ферментативный катализ (биокатализ)
- •Сегмент 18. Защитные реакции. Иммунитет
- •Сегмент 19. Сигнализация. Гормональная и нервная регуляция
- •Заключение по теме 2
- •Тема 3. Концепция биологической информации и самовоспроизведения жизни. Онтогенез
- •Сегмент 20. Самовоспроизведение - важнейшее свойство жизни. Общая схема онтогенеза
- •Сегмент 21. Преформизм и эпигенез в истории эмбриологии
- •Сегмент 22. Генотип и фенотип организма. Центральная догма молекулярной биологии
- •Сегмент 23. Репликация днк и размножение клеток
- •Сегмент 24. Формы размножения организмов. Клонирование
- •Сегмент 25. Развитие организма
- •Заключение по теме 3
- •Тема 4. Концепция саморегуляции живых систем
- •Сегмент 26. Саморегуляция и гомеостаз
- •Сегмент 27. Внутриклеточная саморегуляция
- •Сегмент 28. Саморегуляция многоклеточного организма
- •Сегмент 29. Саморегуляция в экосистемах
- •Заключение по теме 4
- •Тема 5. Концепция самоорганизации и биологической эволюции. Филогенез
- •Сегмент 30. Проблема самоорганизации и наука синергетика
- •Сегмент 31. Возникновение жизни на земле
- •Сегмент 32. Этапы развития жизни на земле и современное биоразнообразие
- •Сегмент 33. Факторы биологической эволюции
- •Сегмент 34. Происхождение и эволюция человека
- •Заключение к теме 5
- •Рекомендуемая литература
Сегмент 14. Белки – структурно-функциональная основа жизни
Как уже отмечено в сегменте 7, белки представляют полимерные молекулы длиной в 50-100-500 и более мономеров - аминокислот. Имеется 20 разновидностей аминокислот, различных по химическим свойствам их свободных концов - радикалов.
Особо выделим аминокислоты со свободным электрическим зарядом. Так, аспарагиновая и глутаминовая кислоты имеют отрицательный заряд (лишняя –СОО- группа), аргинин, лизин, аспарагин и глутамин - положительный (лишняя –NH+ группа). Некоторые аминокислоты имеют свободную гидроксильную группу (–OH) . В совокупности активные группы придают молекуле белка электрический заряд - положительный или отрицательный в зависимости от соотношения аминокислот с разными зарядами. Кроме того, такие аминокислоты как цистеин и метионин имеют на свободном конце серу (группа –SH или –SCH3) и могут формировать между собой -S-S- мостики, стягивая участок полипептидной цепи в петлю.
Эти и другие особенности белковой молекулы, которые целиком зависят от набора и порядка чередования аминокислот (то есть от ее первичной структуры), придают каждой молекуле в водном окружениинеповторимую вторичную и третичную (трехмерную) структуру. В каждой белковой молекуле в строго определенных местах есть активные участки, нередко содержащие какой-нибудь металл (железо - Fe, магний - Mg, медь -Cu и др.) или другие специфические соединения. Эти участки обычно и отвечают за особые функции белков.
Важнейшее свойство белковой молекулы, объясняющее механизм ее функционирования, это -способность обратимо изменять свою третичную структуру (трехмерную форму) в ответ на какое-либо раздражение.Раздражителем чаще всего выступает энергетический разряд от расщепления молекулы АТФ.Такая обратимая денатурация, или конформационная перестройка, и есть совершаемая молекулой работа. Конформационная перестройка молекулы подобна циклу сжатия и расслабления пружины: при внешнем давлении пружина сжимается и приобретает внутренний запас энергии, а на обратном ходу совершает работу. В зависимости от структуры белковой молекулы и ее местонахождения совершаемая работа, то есть функция, будет различна. Ниже будет показанароль белков в реализацииосновных жизненных функции: опорно-двигательной, транспортной, каталитической, защитной, сигнальной.
Обычно называют еще энергетическуюфункцию белков. Действительно, белки в своей химической структуре несут большой запас энергии. Они могут распадаться на отдельные аминокислоты, которые, в свою очередь, подобно глюкозе окисляются в митохондриях до углекислого газа и воды и отдают энергию на синтез АТФ. Однако этот путь в энергетическом обмене используется как резервный, в тех случаях, когда исчерпаны запасы углеводов и жиров - основных энергоемких субстратов. Использование белков в энергообмене расточительно для клетки, так как аминокислоты представляют дефицитный продукт, многие из них вообще не могут синтезироваться у животных, а получаются от растительных продуктов (незаменимые аминокислоты). Белки имеют уникальную структуру, которой дано более высокое предназначение. В этом смысле расщеплять белки для извлечения энергии - все равно, что топить печь ассигнациями. Кроме того, аминокислоты предварительно необходимо освободить от азота (дезаминировать), чтобы уровнять их с продуктами полураспада глюкозы, а это и дополнительная работа и потеря важнейшего элемента из организма (азот в составе простых соединений выводится с мочой). Таким образом, белки в энергетическом обмене используются в крайних случаях - при голодании, болезни, возрастных метаморфозах. Основные же функции белков, перечисленные выше и рассматриваемые ниже, значительно более важны и изящны, поскольку в их реализации используется уникальность структуры белка, его неповторимые индивидуальные формы и активные центры.