Учебно-методический комплекс ферганский филиал узбекского государственного университета физической культуры и спорта

Основные элементы (макроэлементы) – С, О, Н и N. Эти элементы имеют универсальное значение: они используются для построения практически всех биомолекул, входящих в состав живого организма;

Микроэлементы (Na, Mg, P, CI, K, Ca), которые присутствуют в организмах в пределах 0,1-0,002 атом.%. Многие из них находятся в виде ионов. Ионный состав организма во многом сходен с ионным составом морской воды. Это, по всей вероятности, обусловлено тем, что первичные живые организмы возникли и развились в первобытном океане (по теории авозникновения жизни на земле акад. Опарина);

Ультрамикроэлементы (В, Si, W, Fe, Mn, Ti, Co, Cu, Zn, Mo) – присутствуют в живых организмах в следовых количествах, т.е. меньше 0,001 атом.%. Они играют определенную регуляторную роль в работе различных ферментов и биологически активных веществ (хлорофилл, гемоглобин, цитохромы).

Химические свойства живых организмов в значительной степени зависят от атома углерода, на долю которого приходится, как уже указали выше, более половины (50-60%) их сухого веса. Атомы углерода так же, как и атомы водорода, кислорода, азота и др. могут образовывать химические (ковалентные) связи, т.е. связи, осуществляемые парами электронов, принадлежащих обоим соединяющимся атомам.
Однако наиболее важное значение в биологии имеет способность атомов углерода взаимодействовать между собой, т.е. «делиться» электронными парами друг с другом, что приводит к формированию очень устойчивых одинарных углерод - углеродных связей (- С - С-; - С = С -; - С = С -). Каждый атом углерода может образовывать связь с одним, двумя, тремя или четырьмя атомами углерода.
Благодаря этим свойствам ковалентно связанные атомы углерода способны образовывать множество разнообразных структур:

• 
  Линейные:
  

• 
  Р азветвленные:
  

• 
  Циклические:
  

• 
  Ароматические:
  
• 
  Г етероциклические:
  

Все эти структуры лежат в основе скелетов многочисленных органических молекул самых разнообразных типов. К таким углеродным скелетам могут присоединяться и другие атомные группы, в частности Н, О, N, S и т.п.
Вещества, имеющие скелеты из ковалентно связанных атомов углерода, называются органическими соединениями, причем их разнообразие практически безгранично. Каждая органическая молекула (биомолекула) имеет специфическую форму и определенные размеры.
Почти все органические биомолекулы являются производными углеводородов – соединений, состоящих из атомов углерода и водорода. Скелет углеводородов построен из атомов углерода, соединенных ковалентными связями. Остальные связи атомов углерода, используются для связывания их с атомами водорода.
Один или более атомов водорода в углеводородах могут быть замещены различными функциональными группами (эта активная группа атомов, обладающая специфическими химическими свойствами). При этом образуются различные семейства органических соединений. К типичным семействам органических соединений с характерными функциональными группами относятся:

1. 
   Спирты, в молекулах которых имеются одна или несколько гидроксильных групп – ОН.
   

СН₃СН₂ОН СН₂ОН
этанол
СНОН
СН₂ОН
глицерин

2. 
   Альдегиды, содержащие карбонильную группу – СНО.
   

НСНО СН₃СНО
Формальдегид Ацетальдегид

3. Кетоны, содержащие кето группы – СО-

СН₃СОСН₃

4. Карбоновые кислоты, содержащие карбоксильную группу- СООН.

НСООН СН₃СООН

Муравьиная кислота Уксусная кислота

5. Простые эфиры – эфирная связь – СН₃ОСН₃

С₂Н₅ОС₂Н₅ – диэтиловый эфир
6. Сложные эфиры – Сложноэфирная связь – СОО-.
СН₃СООС₂Н₅ – этилацетат

7. Амины, содержащие амино группу – NН₂

С₂Н₅NН₂ – этиламин

8. Тиолы, содержащие сульфгидрильную группу – SН.

С₂Н₅SН – этантиол

и ряд других функциональных групп (амидная, метильная, этильная, фосфатная, дисульфидная, фенильная и т.д.).

Эти функциональные группы органических биомолекул определяют их химические свойства. Большинство биомолекул содержит функциональные группы двух или нескольких типов и потому обладает полифункциональными свойствами. Например, аминокислоты
СН₃ – СН - СООН – Аланин

NН
Еще одним замечательным свойством органических биомолекул является то, что тетраэдрическая структура атома углерода обусловливает явление ассиметрии многих биомолекул. Молекулы, в которых один из атомов углерода связан с четырмя разными атомами или функциональными группами, могут приобретать две различные пространственные конфигурации, являющиеся зеркальными отражениям друг друга. Такие соединения называются ассиметричными или оптическими изомерами. Одно из них вращает плоскость поляризации в одном направлении, а другое – в противоположном. Примером служат молекулы аланина:

СООН СООН


Н СН₃ Н₃С Н

NН₂NН₂

Основные классы биомолекул (макромолекул) в живом организме представлены четырьмя типами соединений – это белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы (полисахариды). Все эти соединения в клетках представлены очень крупными молекулами и на долю их приходится основная масса живых организмов.
Белки или протеины. Термин «протеин» (белок) происходит от греческого слова «proteos», означающего «первый» или «главный». У всех организмов белки являются прямыми продуктами генов и эффекторами их действия. Многие белки обладают специфической каталитической активностью и функционируют как ферменты. Белки других типов играют роль структурных элементов в клетках и тканях. Ряд белков являются специфическими рецепторами на мембране различных гормонов и других веществ. В целом, по выполняемой функции белки являются наиболее универсальными биомолекулами.
Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК- во всех клетках выполняют одни и те же функции, обеспечивая хранение, передачу и реализацию генетической информации. ДНК служит хранилищем генетической информации, а различные типы РНК способствуют ее реализации в процессе синтеза белков.
Липиды –к которым относятся жиры и жироподобные вещества, во-первых, играют роль основных структурных компонентов биомембран и, во-вторых, служат запасной формой богатого энергией «горючего».