Учебник для 11 класса

ХИМИЯ

§ 9.4. Биополимеры

Биополимеры — это хорошо известные вам белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты.

В белках выделяют четыре уровня структур.

Первичную структуру белков можно рассматривать как линейную структуру. Она определяется порядком чередования остатков молекул α-аминокислот в полипептидной цепи и обусловливает белковую индивидуальность всех живых организмов на Земле.

Как из букв алфавита можно построить бесконечное множество слов, так и из немногим более чем 20 α-аминокислот природа создает все многообразие белков. У каждого организма свой неповторимый, как рисунок отпечатков пальцев, набор белковых молекул. На неприятии «чужих» белковых наборов (например, микробных) основана такая защитная реакция организма, как иммунитет и отторжение.

Вторичная структура белков (чаще всего спиралевидная) определяется особенностями скручивания (типом укладки) полипептидных цепей белковых молекул в спираль за счет возникновения водородных связей между группами —С=О и -NH- (рис. 20).

Рис. 20.
Вторичная (спиралевидная)структура молекулы белка

Третичная структура белков (у большинства белков клубочковидная или глобулярная) определяется пространственным расположением белковых спиралей за счет возникновения водородных, амидных, дисуль-фидных связей, а также гидрофобных взаимодействий. Третичная структура в виде определенной пространственной конфигурации с выступами и впадинами, с обращенными наружу функциональными группами обусловливает специфическую биологическую активность белковой молекулы (рис. 21).

Рис. 21.
Модель молекулы белка миоглобина (третичная структура)

Некоторые белки (например, гемоглобин) имеют четвертичную структуру.

Четвертичная структура образуется в макромолекулах, в состав которых входит несколько полипептидных цепей. Эта структура соответствует размещению в пространстве полипептидных цепей, не связанных между собой ковалентными связями.

Представителями полисахаридов являются, например, крахмал и целлюлоза. И опять вы можете убедиться в том, насколько важное значение имеет пространственное строение для свойств веществ. Ведь в основе столь разительных отличий крахмала и целлюлозы, имеющих общую формулу (С₆Н₁₀О₅)л, лежит тот факт, что крахмал — ценное питательное вещество, запасной углевод растительной клетки — построен из остатков молекул α-глюкозы:

а целлюлоза — дополнительная механическая оболочка растительной клетки — построена из остатков молекул β-глюкозы:

Подобно молекулам белков, нуклеиновые кислоты также характеризуются последовательностью чередования в их макромолекуле всего четырех видов нуклеотидов: аденинового (А), гуанинового (Г), цитозинового (Ц) (в молекуле любой нуклеиновой кислоты), урацилового (У) — в РНК или тиминового (Т) — в ДНК.

Макромолекулы ДНК представляют собой спираль, состоящую из двух цепей, закрученных вокруг общей оси. Это их вторичная структура (рис. 22). В поддержании ее, как и в белках, важная роль принадлежит водородным связям. Образуются они между азотистыми основаниями разных цепей макромолекулы, располагающимися, в отличие от радикалов белковых молекул, не снаружи, а внутри спирали.

Рис. 22.
Схема строения двойной спирали ДНК

Нуклеиновые кислоты — РНК и ДНК — выполняют важнейшую роль в хранении и передаче наследственной информации организма, в биосинтезе белка, о чем вы конечно же знаете из курса общей биологии. Изучение биополимеров, особенно белков и нуклеиновых кислот, привело к созданию новых наук — биоорганической химии, молекулярной биологии, генной инженерии, открывающих перед человечеством неисчерпаемые возможности глубокого проникновения в тайны жизни и все более широкого использования постигаемых закономерностей в практических целях.