БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012

Розділ 1. БУДОВА Й РЕАКЦІЙНА ЗДАТНІСТЬ БІООРГАНІЧНИХ СПОЛУК

1.1. Молекули як складові живих організмів

Живий організм (у т. ч. й одноклітинний) складається з обмеженого набору елементів. Основними компонентами органічних речовин є С, Н, О, N, Р і S. На частку цих елементів припадає 99 % маси органічних речовин живого. До складу неорганічних речовин організму людини входить щонайменше 22 хімічні елементи з 92, які присутні в земній корі: Са, О, Р, Na, Mg, S, В, СІ, K, V, Мn, Fе, Со, Ni, Zn, Сu, Мо, Сг, Si, F і Se.

Усі органічні молекули клітини належать до сполук вуглецю, на частку якого припадає понад 50 % її сухої маси. Серед усіх елементів Землі вуглець посідає особливе місце за здатністю до утворення великих молекул. Це зумовлено тим, що атом вуглецю поєднується чотирма ковалентними зв'язками з іншими атомами, формуючи ланцюги, кільця, розгалужені полімери. Органічні вуглецеві біомолекули мають характерні розміри й тривимірну структуру, яка визначається будовою їхнього скелету та розміщенням бокових груп. Такі форми біомолекул зумовлені властивостями вуглецю: 1) кут між двома із чотирьох зв'язків вуглецю, який становить 109,5°, у різних молекулах частково змінюється; 2) складові біомолекули вільно обертаються навколо одинарних С-С-зв'язків, довжина яких 0,154 нм (за винятком приєднання груп з великим зарядом); 3) наявність подвійного С=С-зв'язку з довжиною 0,134 нм гальмує вільне обертання складових частин молекули та збільшує кут між одинарними зв'язками (~120°); 4) близькі значення кутів і в інших важливих зв'язках: Н-О-Н (105°), Н-М-Н (107⁰), С-О-С (111⁰), С-О (0,143 нм), С-Н (0,109 нм), С-N (0,149 нм).

Більшість біомолекул можна розглядати як похідні вуглеводнів, в яких часто повторюються прості комбінації атомів молекули, такі як метильні (-СНз), гідроксильні (-ОН), карбоксильні (-СООН) групи. Скелети вуглеводнів дуже стійкі, оскільки утворюються спільними електронними парами. Атоми водню можуть бути заміщені різними функціональними групами (табл. 1.1) з утворенням різних речовин. Більшість біомолекул мають більш ніж одну функціональну групу й тому їм притаманні поліфункціональні властивості.

Таблиця 1.1

Функціональні групи біомолекул

Функціональні групи біомолекул більш реакційноздатні, ніж насичені вуглеводневі скелети, змінюють характер розподілу електронів і розміщення найближчих атомів, забезпечують молекулам асиметричність і поліфункціональність. Так, глюкоза використовується не тільки на синтез целюлози та крохмалю, вона є попередником фруктози, манози, сахарози й лактози. Пальмітинова кислота є субстратом синтезу жирів, восків і фосфоліпідів. Амінокислоти - будівельні блоки білків і пептидних гормонів, попередники нейромедіаторів і алкалоїдів. Аденін - безпосередній учасник синтезу нуклеїнових кислот, коферментів, сечової кислоти, АТФ тощо.