Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Всі живі організми ділять на дві великі групи залежно від того, в якій хімічній формі вони отримують вуглець з навколишнього середовища. Автотрофи (від грец. Авто - саме, трофей - їжа) - самостійно харчуються - використовуються в якості єдиного джерела вуглецю оксид вуглецю (IV) С02. з якого вони здатні утворювати всі свої углеродсодержащие з'єднання. До автотрофам відносяться рослини, фотосинтезуючі і хемосинтезирующие бактерії. Процес хемосинтезу, т. Е. Асиміляції вуглекислого газу за рахунок енергії, що виділяється при окисленні неорганічних сполук, вперше відкрито С. Н. Виноградским.
Гетеротрофи (від грец. Гетерос - інший, трофей - їжа) отримують вуглець у вигляді готових, достатньо складних органічних сполук (наприклад, вуглеводів). Сюди відносяться тварини і більшість мікроорганізмів. Все гетеротрофні організми асимілюють невеликі кількості вуглекислого газу. Однак при цьому вуглекислий газ пов'язується шляхом карбоксилювання вже присутніх в клітці карбонових кетокислот, т. Е. Гетеротрофних організм потребує готових органічних сполуках.
Живі організми класифікують за джерелами отримання енергії. Для великої групи фототрофов безпосереднім енергетичним ресурсом є світло. Фототрофи використовують енергію сонячного світла для утворення високоенергетичних сполук, службовці своєрідними акумуляторами енергії. До них відносяться вищі рослини, водорості, фотосинтезуючі бактерії.
Хемотрофи як джерело енергії використовують окислювально-відновні реакції. Хемотрофов є тварини, велика частина мікроорганізмів. Такий спосіб отримання енергії притаманний і нефотосинтезуючі клітинам рослин. І фототрофи, і хемотрофи можна розділити на групи в залежності від того, які речовини є донорами електронів в окислювально-відновних процесах. У літотрофи ними служать неорганічні сполуки, у органотрофов - органічні. Таким чином, в залежності від використовуваних джерел енергії та донорів електронів можна виділити чотири основні типи організмів (табл. 3).
Таблиця 3. Класифікація організмів, залежать від використовуваних джерел енергії та донорів електронів.
Клітинні акцептори електронів
Фотолітотрофи Фотоорганотрои хемолітотрофамі хемоорганотрофи
Світло Світло Окіслітельновосстанові-тільні реакції Окіслітельновосстанові-тільні реакції
Неорганічні сполуки (H2 O, H2 S, S) Органічні сполуки неорганічні сполуки (2 S, H2, S, Fe 2+. NH3) Органічні сполуки (наприклад, глюкоза)
Зелені клітини вищих рослин, синьо-зелені фодорослі, ціанобактерії, більшість пурпурних і зелених серобактерий. Несерние пурпурні бактерії, галобактеріі тионовими, сульфатвостанавлівающіе, водневі, залізні, метанобразующие і денітрифікуючі бактерії. Всі вищі тварини, велика частина бактерій, гриби, нефотосинтезуючі клітини рослин.
Організми можуть існувати в аеробних і в анаеробних умовах. В аеробних умовах вони використовують в якості акцептора електронів кисень, т. Е. Здійснюють процес дихання. В анаеробних умовах акцепторами електронів у них служать органічні речовини, відбувається бродіння. Такі організми називають факультативними анаеробами. До них відноситься більшість органотрофних клітин (дріжджі, клітини вищих організмів). При наявності в середовищі кисню вони вважають за краще використовувати його. Анаероби. нездатні використовувати кисень, називаються облігатними анаеробами, кисень для них отруйний. Весь вільний кисень, що міститься в атмосфері Землі, утворився в результаті процесу фотосинтезу, очевидно, що анаеробний тип енергетики є більш древнім, ніж аеробний. Звідси випливає, що бродіння - процес більш древній, ніж дихання.
Високоенергетичні сполуки. Високоенергетичними сполуками є аденозинтрифосфорная кислота і речовини, здатні утворювати АТФ у ферментативних реакціях перенесення груп без участі окислювальних процесів. Ці сполуки містять в своїй молекулі зв'язку, при гідролізі яких вивільняється велика кількість вільної енергії. Реакції протікають при різних умовах, що впливають на величину зміни вільної енергії. Тому в біохімії використовують термін зміна стандартної вільної енергії - AG °. Під ним розуміють зміна вільної енергії при стандартних умовах: тиск 1 атм. вихідні концентрації субстратів - 1 М, температура 25 ° С. AG про при рН 7,0 позначають AG о. Величину AG про застосовують для кількісної характеристики як метаболічних ланцюгів, так і окремих хімічних реакцій; як і в термодинаміки, знаком «мінус» позначається віддача енергії, а знаком «плюс» - її прийняття.
Реакції і процеси, при яких відбувається зменшення вільної енергії (# 8710; G<0), называются экзергоническими. Эти реакции обычно сопровождаются выделением тепла, или переходом части химической энергии в тепловую энергию. Экзергонические реакции, например, окисление, сопровождаются возрастанием энтропии. Реакции и процессы, идущие с увеличением свободной энергии (∆G> 0), називаються ендергонічеськие і можуть відбуватися при поглинанні енергії ззовні. Такі реакції супроводжуються поглинанням тепла.
Зміна вільної енергії залежить не тільки від зміни внутрішньої енергії і ентропії, але також від температури і концентрації реагуючих речовин. розрахунок величини # 8710; У в біохімії проводять для певних, стандартних умов, коли концентрація реагуючих речовин становить 1 моль на літр, температура 25 # 730; С (298,15 # 730; К). величину # 8710; G даної реакції, для таких умов, позначають символом # 8710; G # 730; і називають стандартним зміною вільної енергії, або стандартним зміною хімічного потенціалу.
Якщо величина стандартної вільної енергії гідролізу високоенергетичних зв'язків перевищує -21 кДж-моль -1 (табл. 4), такі зв'язки позначають знаком
Таблиця 4. Стандартна вільна енергія гідролізу деяких з'єднань
Розрізняють п'ять основних типів високоенергетичних сполук: рибонуклеозид-5-дифосфати і трифосфати (АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ, АДФ і ін.), Карбоксілфосфати (наприклад, ацетілфосфат), ацілтіоловие ефіри (наприклад, ацетілкоензім А), фосфорамідние з'єднання (креатинфосфат ), енолфосфати (фосфоєнолпіровіноградная кислота).
У центрі енергетичного обміну клітини варто аденілатного система: АТФ і продукти її гідролізу - АДФ, АМФ, Фш ФФН. Вона схожа на акумулятор, який заряджається енергією від різних генераторів і постачає нею безліч машин і апаратів (в живому організмі їм відповідають органи, тканини, біохімічні реакції). У цьому плані «зарядка акумулятора» полягає в синтезі АТФ:
АДФ + Фн АТФ + Н 2 0 «розрядка акумулятора» супроводжується гідролізом АТФ: АТФ + Н 2 0 + АДФ + Фн де E1 і Е2 - ферменти, що каталізують відповідні реакції.
АТФ за величиною вільної енергії гідролізу займає проміжне положення між високоенергетичними і низькоенергетичними фосфатвмісними сполуками. У цьому полягає унікальність АТФ, яка служить посередником-переносником фосфорільних груп і енергії. Всі живі організми вловлюють енергію зовнішніх енергетичних ресурсів за допомогою систем акумуляції енергії і перетворять її в енергію високоенергетичних сполук. Системи акумуляції енергії діляться на два типи, що відрізняються принципами енергетичного сполучення. Перший тип - реакції фосфорилювання, які не потребують нерозчинних мембранних структур, - субстратное (або немембранні) фосфорилирование. Освіта АТФ при цьому відбувається шляхом перенесення активного фосфору з продукту окислення субстрату на АДФ. Наприклад, утворення АТФ при гліколізі і бродінні. Другий тип - реакції фосфорилювання, що протікають в сполучають мембранах, називається мембранне фосфорилирование. Освіта АТФ відбувається шляхом фосфорилювання АДФ неорганічним фосфатом за рахунок енергії електрохімічного потенціалу іонів водню на мембрані. Наприклад, утворення АТФ при фотосинтезі або в аеробній фазі дихання. Мембранне фосфорилирование протікає у внутрішній мембрані мітохондрій, в мембранах тилакоїдів хлоропластів, в хроматофорах фотосинтезирующих бактерій, в цитоплазматичної мембрані бактерій. Мембрани, що несуть ферменти переносу електронів і протікає поруч з ним фосфорилювання, називаються прилягаючими мембранами.
В даний час встановлено, що в живій природі не існує небілкових організмів. При цьому термін «білки» слід розуміти в широкому сенсі, включаючи сюди і складні білки, зокрема нуклеопротеїнами - комплекси білків з нуклеїновими кислотами.
Білки - це високомолекулярні полімерні сполуки, що утворюють при гідролізі амінокислоти. Іноді їх називають протеїнами. Для живих організмів вони є пріоритетними і за змістом, і, особливо, за значенням. В організмі тварин білків міститься до 40-50% і більше на суху масу, менше у рослин - до 20-35%.
Будівельна, структурна функція. Білки утворюють основу протоплазми будь-який живий клітини, в комплексі з ліпідами є основним структурним матеріалом всіх клітинних мембран, всіх органел.
Каталітична функція. Ферменти є білками, простими або складними. Біохімічні реакції каталізується білками-ферментами.
Рухова функція. Всі форми руху в живій природі (робота м'язів, рух війок і джгутиків у найпростіших, рух протоплазми в клітці і т. Д.) Проводяться білковими структурами клітин.
Транспортна функція. Білок крові гемоглобін транспортує кисень від легенів до тканин і органів. Перенесення жирних кислот по організму відбувається за участю іншого білка крові - альбуміну. Є білки крові, транспортують ліпіди, залізо, стероїдні гормони. Перенесення багатьох речовин через клітинні мембрани здійснюють спеціальні білки-переносники.
Захисна функція. Білки є найважливішими факторами імунітету (антитіла і система комплементу). Процес згортання крові, захищає організм від її втрати, заснований на перетвореннях білка крові - фібриногену. Ці перетворення здійснюються за участю білка тромбіну і великого числа інших факторів згортання, теж є білками. Внутрішні стінки стравоходу, шлунка вистелені захисним шаром слизових білків - муцинов. Токсини багатьох видів організмів, які захищають їх в боротьбі за існування, теж є білками -змеіние отрути, бактеріальні токсини. Основу шкіри, оберігає тіло тварин від багатьох зовнішніх впливів, становить білок колаген. Кератин - білок волосяного захисного покриву.
Гормональна функція. Ряд гормонів за будовою відноситься до білків -інсулін або пептидів -адренокортікотропний гормон, окситоцин, вазопресин і ін ..
Запасна функція. Здатні утворювати запасні відкладення овальбумин яєць, казеїн молока, багато білків насіння рослин.
Опорна функція. Сухожилля, суглобові зчленування, кістки скелета, копита утворені в більшій частині білками.
Рецепторная функція. Багато білки (особливо глікопротеїни, лектини) здійснюють функцію виборчого впізнавання і приєднання окремих речовин.
Білки мають велике народногосподарське значення тому є найважливішими компонентами їжі людини і сільськогосподарських тварин. Масові епідемії, невелика середня тривалість життя населення деяких колишніх колоніальних країн пов'язані з хронічним білковим голодуванням (недоліком тваринних білків). Від змісту білків в кормі залежить продуктивність сільськогосподарських тварин. Технологія багатьох виробництв будується на переробці білків, зміні їх властивостей: в шкіряної промисловості, при виробництві хутра, натурального шовку. У хлібопекарському виробництві важливу роль відіграють властивості білків борошна.
Першочергова роль білків в життєдіяльності всіх організмів, їх велике народногосподарське значення пояснюють великий інтерес, який проявляється до них в біохімії, визначають центральне місце білків в біохімічних дослідженнях.
Розгляд будови та властивостей білків зручніше починати з характеристики їх структурних елементів - амінокислот.
Визначення і класифікація. Амінокислоти можна розглядати як похідні карбоноих кислот, в яких один з відрядив вуглецевого ланцюга заміщений на групу NН2.
У більшості природних амінокислот аминогруппа знаходиться в # 945; -положенні по відношенню до карбоксилу:
Значно рідше в живих організмах зустрічаються амінокислоти з # 946; - або # 947; - положенням аминогрупп (# 946; -амінопропіоновая, # 947; -аміномасляная).
Залежно від характеру бічних ланцюгів (R-групи) амінокислоти ділять на .ацікліческіе (аліфатичні) і циклічні (гомо- і гетероциклічні).
За кількістю амінних і карбоксильних груп амінокислоти поділяються на:
1) моноаміномонокарбоновие - гліцин, аланін, валін, лейцин, ізолейцин, серин, треонін, цистеїн, метіонін, триптофан, тирозин, фенілаланін;
2) діаміномонокарбоновие - лізин, аргінін, цитрулін;
3) моноамінодікарбоновие - аспарагінова і глутамінова кислоти;
4) діамінодікарбоновие - цистин.
За характером зарядженості бічних радикалів, їх полярності амінокислоти класифікують на:
1) неполярні, гідрофобні - гліцин, аланін, валін, лейцин, ізолейцин, пролін, фенілаланін, триптофан, метіонін;
2) полярні. але незаряджені - серин, треонін, аспарагін, глутамін;
3) полярні з негативним -аспарагіновая і глутамінова кислоти, цистеїн, тирозин або позитивним - лізин, аргінін, гістидин зарядами.