Глава 2. Химические основы жизни

В данной главе изучаются преобладающие в клетке высокомоле­кулярные соединения, а также соответствующие мономерные молеку­лы, из которых построены эти полимеры. Полимерные соединения клетки делятся на четыре основные класса: 1) жиры и липиды; 2) поли­сахариды (целлюлозу, крахмал и др.); 3) носители генетической инфор­мации нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК); 4) белки. Физико- химические свойства этих соединений важны для рационального проек­тирования технологических процессов с участием живых клеток.

В зависимости от строения различные биологические полимеры подразделяются на гомополимеры и сополимеры. Биологические гомо- полимеры построены из мономерных единиц одного типа: в таком слу­чае полимеры отличаются один от другого только молекулярной массой и степенью разветвленности полимерных цепей. Основная функция го- мополимеров в клетке заключается в создании структурных элементов, обладающих необходимой прочностью, химической инертностью и до­статочной проницаемостью. Кроме того, в виде гомополимеров в клет­ках часто хранятся запасы питательных веществ (например, глюкоза в клетках хранится в виде полимера гликогена - резервного полисахари­да).

Сополимеры построены из нескольких различных мономерных звеньев, число которых может достигать двадцати. Каждый из таких полимеров имеет молекулярную массу и характерный мономерный со­став, и, главное, остатки мономеров соединены в строго определенной,

генетически запрограммированной последовательности.

2.1. Липиды

Липидами называются соединения биологической природы, рас­творимые в неполярных растворителях (бензоле, хлороформе, эфире) и практически нерастворимые в воде. Липиды могут иметь различное хи­мическое строение и выполнять различные биологические функции. Их низкая растворимость в воде является причиной того, что они встреча­ются в основном в клеточных мембранах и мембранах органоидов. К липидам относятся жиры, представляющие собой резервы топлива. Ли- пиды также входят в состав более сложных соединений, например, ли- попротеинов и липополисахаридов, которые также располагаются в клеточных мембранах клеток и во внешних оболочках некоторых виру­сов.

2.1.1. Жирные кислоты и родственные липиды

Насыщенные жирные кислоты представляют собой простые ли­пиды с общей формулой СН₃(СН₂)пСООН, где п=12 - 22 (в биологиче­ских системах).

Жирные кислоты можно рассматривать как не несущие генетиче­ской информации биополимеры с концевой карбоксильной группой.

Ненасыщенные жирные кислоты образуются при замене насы­щенной углерод-углеродной связи на двойную связь (-С=С-). Напри­мер, олеиновая кислота является ненасыщенным аналогом стеариновой кислоты (п=16):

СНз(СН2)1бСООН СНз(СН2)уСН=СН(СН2)уСООН

стеариновая кислота олеиновая кислота

В живых организмах чаще всего встречаются следующие насы­щенные кислоты: пальмитиновая СН₃(СН₂)₁₄СООН и лигноцериновая СН₃(СН₂)₂₂СООН кислоты; ненасыщенные кислоты - линолевая СНз(СН2)4СН=СНСН2СН=СН(СН2)уСООН и арахидоновая

СН3(СН2)4СН=СНСН2СН=СНСН2СН=СНСН2СН=СН(СН2)3СООН.

Линолевая и арахидоновая кислоты не синтезируются в организме и должны поступать с пищей, поскольку при их отсутствии клетка не может функционировать, иначе говоря, они являются незаменимыми.

Жиры, выполняющие важную функцию внутриклеточного топли­ва, представляют собой сложные эфиры, образующиеся при конденса­ции жирных кислот с глицерином:

o r o ri

r2

o r o ^r,

r2

-c^

-c^

h₂c-

oh

ho

h₂c-

o

+

hc

oh

ho

hc

o

-3Н₂О

oh

ho

o

h₂c-

o

o

h₂c-

По строению (но не по выполняемой ими функции) жирам близки фосфолипиды. Они состоят из глицерина, двух молекул жирной кисло­ты, фосфорной кислоты и азотистого основания:

-c^ o

o

-^oo-

o

h₂c-

hc-

h₂c-

o r o

-r2

o c-—r,

o

oh

где Яг-азотистое основание

Если азотистое основание представлено холином

^H3^C\ +

Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик 1

ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ Учебное пособие 1

O OH 54

(3'_^5') T-A-T-T-C-C-A-G 167

к о д 181

Pi ' 196

1. Новые методы диагностики и исследований 233

2. Генная инженерия и белковая инженерия ферментов 233

3. Получение бактерий для деградации токсикантов и ксено­биотиков 237

5. Биоматериалы 238

ГЛАВА 5. ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ 244

Аминокислота - целевой продукт 248

h₃n-ch-cooh 252

Бродильные процессы 254

Окислительные процессы 256

Классификация антибиотиков 269

Основные этапы промышленного получения антибиотиков 271

ГЛАВА 6. ИНЖЕНЕРНАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ 326

Иммобилизация ферментов адсорбцией: 335

Иммобилизация ферментов путем включения в гели 338

Иммобилизация ферментов микрокапсулированием 339