Дорогие отважные друзья!
Никто не кинулся в ужасе отговаривать меня, чтобы я не писала биохимических историй - и вот вам, получите. Биохимическая история.
Потому что биохимия - это круто, это рас. Она лежит в основе всех основ - это двас. И на самом деле это гораздо проще, чем кажется - это трис. Особенно с БиоЛламой!
Так что - вперёд! Погнали!
Мы уже знаем, что все живые организмы состоят из четырёх основных элементов-органогенов: углерода, водорода, кислорода и азота. И ещё небольшого количества макро- и микроэлементов.
Эти четыре элемента-органогена входят в состав тоже четырёх основных типов биохимических веществ. И вещества эти - углеводы, липиды (в т.ч. жиры), белки и нуклеиновые кислоты.
По своей природе эти вещества - полимеры.
Полимеры и биополимеры
Полимер - это такое соединение, которое состоит из простых соединений, как бусы из бусинок. Эти простые бусинки-кирпичики называются мономерами. Моно - это один, а поли - это много.
Полимеры есть не только в биохимии, но и в простой органической химии, да и просто в жизни. Так, например, полиэтилен - это и есть полимер, а мономер у него - этилен. Поли-этилен - значим, много этиленов собраны, как бусики, в одну длиннющую цепь.
Но наши полимеры - особенные. И особенны они тем, что работают в живых организмах. Поэтому назовём их биополимерами. Чтобы отличить какой-нибудь полиэтилен от белка или крахмала.
Полисахариды (углеводы) и липиды (жиры) - это самые простые биополимеры. В них даже азота нет. Только углерод, водород и кислород. Они у нас - идеальные дрова для нашей биологической печки! Потому что при их биорасщеплении (как и при простом сжигании) получается только углекислый газ и вода. И энергия! Из жиров даже больше, чем из углеводов, получается этой самой энергии. Поэтому углеводы и жиры у нас создают энергетические запасы. На всякий случай!
А вот из белков и из тем более из нуклеиновых кислот топливо так себе. Потому что в них есть азот. И если их сжечь в нашей биохимической клеточной печке, то получится, кроме углекислого газа и воды, ещё и очень ядовитый аммиак. И его надо куда-то девать. В организмах водных животных аммиак просто уходит в воду. А у наземных животных он превращается в менее ядовитую мочевину (как у нас) или вообще не ядовитую мочевую кислоту (как у насекомых, пресмыкающихся или птиц). И выделительная система потом избавляется от них.
В общем, белками печку топить - так себе затея. Да и есть у них гораздо, гораздо более существенные функции! Это знаете - как мы огородный мусор обычно жжем не для того, чтобы еду варить - а чтобы от него, от мусора, избавиться. Когда он уже негодный и мусором стал. Ну и расплачиваемся за это - бочки всякие городим или печи уличные. Так и клетка наша поступает с белками, когда они станут уже ненужные. И тоже страдает от этого с утилизацией мочевины...
Метаболизм
На самом деле полимеры - это не только и не столько про сжигание и энергию. В первую очередь - это про рост, размножение, развитие - словом, про жизнь! Особенно белки и нуклеиновые кислоты.
Биохимическая жизнь клетки - и всего организма - называется обмен веществ, или метаболизм. Знакомое же слово? А метаболизм состоит из двух частей - пластический и энергетический.
Пластический обмен - это построение биополимеров - из простых неорганических веществ или из готовых бусинок-мономеров.
Энергетический обмен - это, наоборот, разрушение сложных веществ в клетке до простых веществ для получения энергии. Практически, сжигание - но медленное и осторожное.
Эти два обмена, как братья-близнецы, неразделимы друг от друга. Пластический обмен делает вещества для энергетического, а энергетический делает энергию для всех вообще процессов в организме. Если оба брата-обмена работают хорошо, то и организму нашему хорошо, он счастливый и весёлый. Он может и рассаду сеять, и на работе работать, и картинки рисовать про полимеры. А если вдруг что-то разладится... тогда этот организм грустит, лежит в постельке и срочно исправляет свой метаболизм. Пусть наши метаболизмы всегда будут правильными!
Мономеры и то, что из них можно собрать
Итак, в реакциях пластического обмена биополимеры синтезируются из мономеров.
Давайте посмотрим на эти самые бусинки-мономеры.
Самые простые мономеры у полисахаридов. Вернее - один мономер. Это глюкоза. Все наши полисахариды (полимерные углеводы) сделаны из глюкозы. Правда, глюкоза бывает немного разная. Бывает линейная глюкоза - как длинная колбаса. А бывает, что она в колечко закрутится. И это циклическая глюкоза. Нас с вами как раз такая интересует. У нас циклическая в живых организмах. Но циклическая тоже не вся одинаковая. Она бывает хорошая и послушная, её зовут альфа-глюкоза. А бывает - вредина, её зовут бэта-глюкоза.
У жиров мономеры смешные. Это всегда глицерин и разные жирные кислоты. Глицерин - он как расческа. Из трёх зубов. И к этим зубам присоединяются три жирные кислоты. Они состоят из атомов углерода, которые соединены в цепочки. Ну, а к ним уже и водород пристраивается. На конце таких цепочек блямба с двумя кислородами - СООН-группа. Она у всех органических кислот есть, это блямба.
Если все углероды в такой кислоте связаны одной связью, то это насыщенная кислота. Жиры из насыщенных кислот при комнатной температуре твердые. Это стеарин, парафин или молочный жир.
Если же в жирной кислоте есть и двойная связь, то оно ненасыщенная. Чем больше двойных связей, тем ненасыщеннее)) Жиры из ненасыщенных кислот - жидкие. Это растительные масла.
У полисахаридов один мономер, у жиров - глицерин и ещё жирные кислоты. А вот у белков аж 20 разных! Мономеры белков называются аминокислоты. Амино- - потому что в каждой из них есть атом азота. Хотя бы один. И ещё -СООН-группа тоже есть. Она же органическая кислота всё-таки, хоть и не простая, а с амино-группой. И там есть такое место, куда можно прикрутить что-то ещё.
Вот сейчас не пугайтесь! Ниже картинка с формулами аминокислот. Рассмотрите их, как вы растения рассматриваете. Там есть чёрная часть и красная часть. Чёрным цветом нарисованы общие для всех аминокислот группы. А вот красным - то, чем аминокислоты отличаются. Видите? Если прикрутить к этой чёрной основе просто водород (Н) - получится глицин. Знаете глицин? Это самая простая аминокислота. Найдите глицин на картинке! Там красненьким будет только Н - водород. Ну и заодно посмотрите, каких у других аминокислот штук-то понакручено! И цепочки тут, и веточки, и прямые колечки, и кривые колечки)).
А ещё найдите аминокислоты с серой. Сера обозначена буквочкой S. Она, конечно, в красной части. Ну, кто самый глазастый юный биохимик? Нашли? Сколько их там?
В общем, все белки состоят из этих 20 аминокислот. А всего в белке аминокислот может быть много - в среднем, 300-400 штук, но бывает, что и больше. Конечно же, они могут повторяться по многу раз.
Я тут читаю состав пасты аминосил, и вижу, что там аж 40 аминокислот! Вопрос - зачем? Если в составе любого белка, что растительного, что животного, что бактериального всего 20? И тут сомнения закрадываются в уме честности производителей...
Но оставим фантазии на совести производителей-фантастов и вернёмся к нашим реальным белкам.
В зависимости от аминокислотного состава, белки получаются очень разные по внешнему виду и по свойствам. Одни - как длинные нити. Это, например, мышечные белки актин и миозин. Или волокна коллаген и эластин. Или кератин, из которого одни делают волосы и ногти, а другие - рога и копыта. А ещё есть белки - как шарики. А третьи вообще свёрнуты в невероятные штуки. В общем, из аминокислот, как из молекулярного конструктора, можно собрать самые разные белки.
Какими бы ни были сложными белки, а есть ребята и посложнее! Самые сложные, пожалуй, из наших полимеров - это нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК.
Их мономеры - нуклеотиды. Нуклеотиды и сами по себе непростые! Там есть и циклический пятиуглеродный сахар, и азотистое основание с несколькими атомами азота, и фосфат - обычный фосфат, что есть в магазинной колбасе или в жидкости для восстановления ржавчины. Или в суперфосфате.
Этих разных нуклеотидов бывает несколько штук. Различаются они сахаром и азотистым основанием. А так-то они очень похожи. Но немного все-таки различаются. Из нуклеотидов построены наши главные молекулы ДНК. И их помощники - молекулы РНК.
ДНК - это наша главная молекула. На ней записана вся наша генетическая информация. И у всех организмов так- кроме некоторых вирусов. Именно она - эта двойная спираль, которую рисуют, когда хотят показать что-то научное и генетическое.
РНК - это маленькие одноцепочные молекулы-помощники.
Откуда берутся мономеры-бусинки?
Мономеры делают растения и некоторые бактерии.
Растения - они хитренькие! Они из воды и углекислого газа на свету могут синтезировать ЛЮБЫЕ нужные им мономеры для биополимеров. Главный персонаж здесь - хлорофилл. И процесс называется - как? Верно, фотосинтез! Фото - потому что свет, а синтез - потому что из простых веществ мы делаем сложные. Ну, не мы, конечно, а растения в данном случае. Используя энергию света. То есть по сути превращая энергию солнечного света в энергию химических связей сложных веществ. Вот какие молодцы эти наши растения.
Фотосинтез - это один из процессов пластического обмена.
Все остальные организмы - большинство бактерий, все грибы и все животные - берут мономеры из пищи. То есть они кого-то или что-то едят, забирают их полимеры, разбирают их на составные части (мономеры), а уже потом из этих мономеров строят собственные полимеры. Зайчик, скажем, не может просто взять белок из травы и использовать в своих заячьих целях. И мы не можем взять белок из говядины и прикрутить его в свои мышцы. Мы должны сперва разрезать эти белки на отдельные аминокислоты, забрать их себе и уже внутри клеток построить нужный нам белок.
Растения и некоторые бактерии, которые могут делать органические вещества из неорганических, называются автотрофами.
Все остальные организмы, включая нас с вами, не умеют сами делать органические вещества из неорганических. Они называются гетеротрофами.
Расщепление полимеров на мономеры - это и есть пищеварение. Так умеет делать пищеварительная система нашего организма. И наши клетки тоже так умеют делать.
А знаете, кто там всё это делает, все эти молекулярные дела? Это делают белки. Не все подряд, а специальные белки.
Ферменты и их помощники
Вся беда биоорганики в том, что там действуют по-настоящему огромные молекулы. Поэтому друг с другом они реагируют крайне неохотно. Это вам не серной кислоты в соду капнуть, и всё тут же зашипит! Нет. Тут сто лет прождешь, чтобы одна громадная молекула к другой громадной молекуле нужным боком повернулась и прореагировала. С такими скоростями во Вселенной хорошо, а в жизни - совершенно никак. И тут приходят на помощь наши молекулярные помощники. Они хватают одну молекулу, вторую - соединяют их как надо.
Или, наоборот, берут громадину молекулярную, и в нужном месте разрезают. А потом всё, освободились - и можно следующую хватать. Эти наши молекулярные помощники называются ферменты.
Ферментами работать могут только белки. Потому что они - помните? - очень разные, и их можно приспособить для самых разных дел.
Но ферменты - не универсалы. Они - узкие специалисты. Каждый фермент сделан под определённую задачу. Эту задачу он выполняет на все сто! Но больше ничего делать не умеет и не станет, как бы его ни просили.
Уникальная функция белков - биокаталитическая, или ферментная.
У наших помощников-ферментов тоже есть помощники. Они называются ко-ферменты. Часто это - витамины. Они вместе с ферментами образуют такое соединение, которое нужное дело выполняет ещё лучше.
А если дела делаются ещё лучше, так и весь наш метаболизм работает ещё лучше, и нашему организму ещё здоровее и веселее. А без витаминов всё будет работать хуже и хуже, пока совсем не сломается... Нет, нам такой вариант точно не подходит!
Так что мы пойдём, поедим еды с белками, жирами и углеводами, микро-и макроэлементами - и обязательно с витаминами тоже! Чтобы набраться сил и здоровья для наших прекрасных дел!
А прекрасных дел впереди ещё много! Так что оставайтесь! Будет познавательно!
Ваша Лл.
