- •1.1.Общая характеристика жизни.
- •1.1. Стратегия жизни. Приспособление, прогресс, энергетическое и информационное обеспечение
- •1.2. Свойства жизни.
- •1.3.Происхождение жизни
- •1.4.Происхождение эукариотической клетки
- •1.5.Возникновение многоклеточности
- •1.8.Особенности проявления биологических закономерностей у людей. Биосоциальная природа человека
- •2.Химические основы жизни.Биополимеры
- •2.1. Элементный состав биополимерев
- •2.2.Сахара и полисахариды.
- •2.2.2. Дисахариды и полисахариды
- •2.2.4. Крахмал
- •2.2.5.Пектин
- •2.2.6.Лигнин
- •2.3. Аминокислоты и белки
- •2.3.1.Белковые аминокислоты и полипептиды
- •2.3.2 Структура белков
- •2.3.3. Первичная структура
- •2.3.4. Вторичная и третичная структуры.
- •2.3.5.Четвертичная структура
- •2.5.Иерархия клеточной структуры.
- •2.4.1. Структурные элементы нуклеиновых кислот
- •2.4.2Хранение биологической информации, днк и рнк
- •3. Фермениты (энзимы) и их каталитическая активность.
- •3.1. Общие представления о ферментах как катализаторах
- •3.3.Кинетика простых ферментативных реакций с одним и двумя субстратами
- •3.4.Уравнение Михаэлиса-Ментен
- •4. Клетка – элементарная единица живого
- •4.1. Строение прокариотических и эукариотических клеток.
- •4.2.Практическое применение продуктов клеточного синтеза.
- •4.3.Поток информации в клетке
- •4.3.1. Поток биологической информации в клетке.
- •5.Метаболизм
2.5.Иерархия клеточной структуры.
В предыдущих разделах мы рассмотрели основные типы биологически важных соединений небольшой молекулярной массы и построенных из них биополимеров. Хотя мы неоднократно подчеркивали связь между химическим строением этих веществ и их функциями в клетке, полезно еще раз обсудить динамическую природу и компартментализацию этих функций. По мере роста живой клетки в ней должны постоянно синтезироваться все рассмотренные в настоящей главе биополимеры. Обычно питательная среда клетки состоит из Сахаров, диоксида углерода, некоторых аминокислот, воды и ряда неорганических ионов, а биополимеры и ряд необходимых для их построения мономеров, как правило, в сколько-нибудь значительных количествах отсутствуют. Таким образом, клетка должна синтезировать все другие необходимые ей аминокислоты, нуклеино-
РИС.2.14. Распределение описанных в настоящей главе биологически важных веществ в порядке усложнения их стуркуты и повышения степени организации.
вые кислоты, липиды, белки и другие вещества из имеющихся простейших предшественников. Протекающие с поглощением энергии процессы синтеза предшественников и образования биополимеров рассматриваются позднее.
В клетке существует множество надмолекулярных структур. Как мы уже видели, клеточная мембрана, например, представляет собой сложное сочетание молекул многих типов. Другим примером могут служить рибосомы, являющиеся специфичес-
РИС.2.15. Схема компартментализации описанных в настоящей главе биологически важных молекул в клетке кишечной палочки E. Coli.
ким комплексом нескольких различных белков и нуклеиновых кислот. Во многих случаях ферменты, катализирующие несколько последовательных химических реакций, объединены в одном ферментном комплексе, в котором, по-видимому, обеспечивается максимальная эффективность использования промежуточных веществ. Последний по сложности уровень организации, непосредственно предшествующий самой клетке, занимают органоиды типа митохондрий и хлоропластов. Различные уровни сложности от простейших веществ до клетки схематически изображены на рис. 2.14.
Схема локализации различных биологически важных веществ, рассмотренных в этой главе, в клетке микроорганизма-прокариоты приведена на рис. 2.15, а общий химический соcтав Е. coli суммирован в табл. 2.12. Небольшие молекулы типа аминокислот и простых Сахаров, а также некоторые значительно большие молекулы, например ряд ферментов и тРНК, равномерно распределены по всему объему цитоплазмы. Другие биополимеры локализованы в определенных участках внутри клетки или на ее поверхности, например на клеточной мембране.
Связь между различными ионами, питательными веществами, промежуточными соединениями и другими составными частями клетки осуществляется с помощью разветвленной сети химических реакций (гл. 5 и 6). Отдельные реакции этой сети катализируются ферментами, которые обеспечивают их осуществление в мягких условиях, способствующих, как это было показано выше, сохранению нативной формы белков. Ряд реакций, протекающих с поглощением энергии (гл. 5), а также тенденция некоторых молекул к самопроизвольному образованию локализованных в объеме клетки структурных элементов обеспечивают образование мембран, ферментных комплексов в органоидов.
Гл. 3 и 4 посвящены кинетике катализируемых ферментами реакций и практическому использованию последних. Далее в гл. 5—7 мы рассмотрим вопросы энергетики и стехиометрии в клеточных процессах, проблемы генетики и регуляции сети происходящих в клетке реакций, а также математические выражения, характеризующие кинетику роста популяций клеток. После этих вводных глав мы перейдем к основной теме книги — изучению биохимических реакторов.
Таблица 2.9. Состав быстрорастущей клетки E.coli
2.4. РНК и ДНК
Информационный биополимер ДНК (дезоксирибонуклеино-вая кислота) содержит всю генетическую информацию клетки. При делении каждая дочерняя клетка наследует по меньшей мере одну полную копию родительской ДНК, что позволяет потомству сохранять все морфологические и функциональные
особенности, присущие данному виду. Генетическая информация в ДНК хранится в виде последовательности составляющих I ее полимерную цепь остатков нуклеотидов. Механизм передачи V информации и место процесса репликации ДНК в жизненном цикле клетки, а также другие аспекты регуляции жизнедеятельности клетки мы обсудим позднее. Здесь же будут рассмотрены химия мономеров нуклеиновых кислот, структура полимерной ДНК и информация, закодированная в ее последовательности.