20

Рис. 11. Схема соединения атомов углерода друг с другом в органически молекулах

Выделяются четыре основных класса малых органических молекул, входящих в состав клетки - аминокислоты, нуклеотиды, сахара и жирные кислоты. В принципе, их просто получить в процессе лабораторного опыта, если через нагретую смесь воды и газов (СО2, СН4, Н3 и Н2) пропустить электрический разряд или ультрафиолетовое излучение. Это основные кирпичики больших органических молекул, в состав которых они входят.

Последовательное соединение аминокислот ковалентными связями ведет к образованию больших полимерных молекул - белков, а соединение нуклеотидов образует рибонуклеиновую (РНК) и дезоксирибо-нуклеиновую (ДНК) кислоты; цепочки сахаров образуют полисахариды, а жирные кислоты участвуют в образовании фосфолипидных полимерных молекул. Все они являются важнейшими составными частями клеток, осуществляя определенные функции. В молекулах ДНК содержится вся генетическая информация, необходимая для создания и размножения новых клеток. Они вместе с молекулами РНК представляют как бы "программное обеспечение" инструкции, полученной клеткой от родительской. Белки выполняют важнейшую роль катализаторов большинства реакций в клетке, являясь ферментами. Сахара и полисахариды служат источником энергии в клетке, которая выделяется при их расщеплении. Жирные кислоты - основные компоненты при создании внешней и внутренних мембран клетки.

Универсальные "кирпичики", из которых состоят белки, - это 20 аминокислот, а молекулы ДНК и РНК состоят лишь из четырех типов нуклеотидов. Они в различном сочетании располагаются вдоль длинных цепей, создавая неповторимое своеобразие каждой из полимерных молекул. Причем в пределах каждой цепи эти "кирпичики" складываются обычно в виде не прямой линии, а спирали, напоминающей винтовую лестницу. Среди биологических структур весьма распространены лево-закрученная и правозакрученная спирали. В длинных цепях полимеров возможно свободное вращение атомов вокруг многих осей, что делает их остов очень гибким в отличие от неорганических молекул, жестко закрепленных в кристаллическом каркасе. Поэтому важнейшим свойством длинных молекул является также их способность сворачиваться в сложные структуры типа клубков, называемые конформациями. Это особенно характерно для белков; длинные полимерные цепи белковых молекул могут сворачиваться, как змейки, в молекулярные конформа-ции микроскопических размеров (рис. 12). Каждый тип полимеров, в зависимости от последовательности чередования в его цепи разных молекул, имеет свою, строго определенную, конформацию. Здесь существует определенная аналогия с неорганической природой, где сочетание

22

а б

Рис. 12. Пространственная конформация малого белка основного ингибитора трипсина поджелудочной железы в пяти обычно использующихся вариантах изображения (следует иметь в виду, что сердцевина всех глобулярных белков

плотно заполнена атомами, и впечатление пустого пространства вызвано только характером моделей в, г и д) а - стереопара, показывающая положение всех неводородных атомов; основная цепь выделена жирной линией, боковые - тонкими;