Что изучает биохимия растений
Биохимия растений
Из Википедии — свободной энциклопедии
Биохимия растений — выделившаяся из фитофизиологии наука, которая изучает молекулярное строение клеток растений и химические процессы, которые в ней происходят; в её рамках были открыты ферменты и химический состав хлорофилла. [1] Основополагающими в этой области стали работы замечательного русского учёного М. В. Ломоносова (1711—1765), сформулировавшего закон «сохранения вещества и движения», и работы французского химика А. Л. Лавуазье (1734—1794), открывшего закон «сохранения вещества». [ источник не указан 499 дней ]
Первые сведения о химическом составе растений были опубликованы в руководстве французского химика Н.Лемерие (1645—1715): он указал на специфику химических веществ растений в отличие от веществ животных организмов и неживых природных объектов. Затем, в 1801 г., свет увидел 10-томный труд французского химика А. де Фуркруа (1755—1809), посвящённый системе химических знаний, в нём учёный впервые выделил органические вещества растительного происхождения (сахар, белок, растительные кислоты, крахмал, красящие вещества, воска, смолы и др.) и подтвердил их своеобразие и отличие от других веществ.
К концу XIX в. учёным стали известны многие биохимические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность растений, в частности открыта химическая природа хлорофилла. К середине XX столетия были открыты и охарактеризованы основные классы веществ, входящих в состав растительных организмов.
Современная биохимия растений всё глубже изучает процессы биосинтеза веществ в клетках, продукты промежуточного обмена, роль ферментов на разных стадиях синтеза и распада веществ, энергетического обмена в клетках. Возникли мощные направления молекулярной и биоорганической химии, развивающиеся в тесной связи с биофизикой растений.
Что изучает биохимия растений
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО «БИОХИМИИ РАСТЕНИЙ»
1.Введение в науку.
Биохимия растений – изучает химический состав растительных организмов и химические процессы, лежащие в основе их жизнедеятельности.
Изучением веществ, входящих в состав организмов занимается статистическая биохимия.
Изучением химических превращений происходящих в процессе жизнедеятельности занимается динамическая биохимия. Эти 2 науки неразрывно связаны.
Главной особенностью отличия растений от других организмов является и автотрофность (способность к фотосинтезу). Данный факт накладывает отпечаток на биохимические процессы у растений:
1 растения имеют высокое отношение к площади поверхности тела к его объему (для лучшего поглощения света, воды, минеральных веществ). Всю эту поверхность необходимо поддерживать механическими тканями, твердость которым предает лигнин (синтезируется при одревеснении клеток стенок).
2 растения обладают неограниченным ростом, позволяющим занимать все новые площади питания. В результате постоянно присутствуют образовательные ткани с активным метаболизмом, что отражается на химизме и жизнедеятельности всего организма.
3 растения не способны к активному передвижению. Следовательно, необходима защита от небл. условий среды. Для этого синтезируется масса веществ образующих клеточные стенки, покровные ткани, вырабатываются вещества отпугивающие травоядных и вредителей.
4 благодаря фотосинтезу у растений ассимиляция преобладает над диссимиляцией. Результат – накопление запасных веществ, синтез спец. соединений гликозидов, алкалоидов, эфирных масел, фенольных соединений, смол, что сильно усложняет биохимические процессы.
5 экономичный расход веществ и энергии. Растения не имеют выделительной системы, но образуют секреторные ткани. Продукты распада практически не выделяются.
2.Строение и свойства биоорганических молекул.
Свойства биоорганических соединений определяются:
1 числом и расположением атомов углерода;
2 природой функциональных групп;
3 природой и расположением атомов присоединенных к углеродной цепи;
4 типом связей между атомами углерода.
По расположению атомов в углеродной цепи органические молекулы делятся на ациклические и циклические.
Циклические делятся на:
1 карбоциклические, когда в цепи находятся только атомы углерода.
2 гетероциклические, в цикле кроме углерода имеются и другие атомы.
Среди карбоциклических особая группа – ароматические молекулы, имеющие 6-ти углеродное кольцо с 3-мя двойными связями. В биоорганических соединениях атом С может быть связан простыми одинарными связями(предельной или насыщенной) кратными 2-ми или 3-ми связями (непредельными или насыщенными).
Биохимия как базовая составляющая современной биологии.
«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Биохимия как базовая составляющая современной биологии.
Биохимия как наука о веществах, входящих в состав живых организмов, и их превращениях.
Связь биохимии с другими дисциплинами.
Краткая история биохимии.
Основные достижения биологической химии.
1. Биохимия как наука о веществах, входящих в состав живых организмов, и их превращениях.
Биологическая химия – это наука, изучающая химическое строение и функцию веществ, входящих в состав живых организмов, и их превращения в процессе жизнедеятельности.
Совокупность этих превращений находится в постоянной взаимосвязи с окружающей средой и обеспечивает функционирование живых организмов в условиях сбалансированности процессов синтеза и распада веществ в клетках и тканях.
Главной задачей биохимии является определение основных закономерностей биохимических процессов, выяснение взаимосвязи между структурой и функциями биомолекул, участвующих в реакциях клеточного метаболизма.
Сфера биохимии столь же широка, как сама жизнь. Всюду, где существует жизнь, протекают различные химические процессы. Биохимия изучает химию живой природы в широком диапазоне: в микроорганизмах, растениях, насекомых, рыбах, птицах, низших и высших млекопитающих, и в частности в организме человека. При этом необходимо иметь ввиду, что, несмотря на определенные различия в химическом составе и обмене веществ тех или иных видов живых организмов, существует биохимическое единство всех форм жизни.
Биохимию можно разделить на:
а) структурную – изучает химическое строение биомолекул;
б) метаболическую – изучает обмен веществ и энергии;
в) функциональную – изучает взаимосвязь между химическими превращениями веществ в организме и их биологическими функциями.
Кроме того, выделяют ряд разделов биохимии и по объектам исследования – медицинская биохимия, фармацевтическая биохимия, биохимическая экология, биохимическая фармакология и др.
2. Связь биохимии с другими дисциплинами.
Фундаментальная биохимия является основой для многих наук биологического профиля. Например, биохимия нуклеиновых кислот лежит в основе генетики; физиология, наука о функционировании организма, очень сильно перекрывается с биохимией; в иммунологии находит применение большое число биохимических методов. Фармакология и фармация базируются на биохимии и физиологии – метаболизм большинства лекарств осуществляется в результате соответствующих ферментативных реакций. Различные яды влияют на биохимические реакции или процессы – эти вопросы составляют предмет токсикологии. В основе развития разных видов заболеваний лежит нарушение ряда биохимических процессов. Это обусловливает широкое использование биохимических подходов для изучения патогенеза различных заболеваний (например, воспалительные процессы, аллергические реакции, рак и др.). Успехи клеточной и генной инженерии в последние годы в значительной мере сблизили биохимию с зоологией и ботаникой.
3. Краткая история биохимии.
Как самостоятельная наука биохимия сформировалась на рубеже 19-20 в.в. До середины 19 в. биохимия существовала как раздел физиологии и называлась физиологической химией. Однако накопление фактического материала в области строения биологических молекул и структур, а также идентификация простейших метаболических процессов сыграли значительную роль в становлении биохимии как самостоятельной науки.
Изучение живой материи с химической стороны началось с того момента, когда возникла необходимость исследования составных частей живых организмов и совершающихся в них химических процессов в связи с запросами практической медицины и сельского хозяйства. Исследования средневековых алхимиков привели к накоплению большого фактического материала по природным органическим соединениям.
В 16-17 в.в. воззрения алхимиков получили развитие в трудах ятрохимиков, считавших, что жизнедеятельность организма человека можно правильно понять лишь с позиций химии. Так, Филипп Парацельс (1493-1541) – немецкий врач и естествоиспытатель, выдвинул положение о необходимости тесной связи химии с медициной, подчеркивая при этом, что задача алхимии не в изготовлении золота и серебра, а в создании препаратов, необходимых для медицины. Ятрохимики ввели в медицинскую практику препараты ртути, сурьмы, железа и др. элементов. Позже Ян Баптист Ван Гельмонт (1579-1644) – голландский естествоиспытатель, высказал предположение о наличии в «соках» живого тела особых начал, так называемых «ферментов», участвующих в разнообразных химических превращениях.
В 17-18 в.в. работали такие выдающиеся ученые как М.В. Ломоносов (1711-1765) и Антуан Лавуазье (1743-1794), открывшие закон сохранения материи (массы). А. Лавуазье внес важнейший вклад в развитие не только химии, но и в изучение биологических процессов. Он количественно исследовал и объяснил сущность дыхания, отметив роль кислорода в этом процессе (1772-1777). Одновременно им же, вместе с Пьером Лапласом (1749-1827), было показано, что процесс биологического окисления является и источником животной теплоты. Это открытие стимулировало исследования по энергетике метаболизма, в результате чего уже в начале 19 в. было определено количество тепла, выделяемого при сгорании 1 г. углеводов, жиров и белков.
Успехи биохимии с самого начала были неразрывно связаны с развитием органической химии. Толчком к развитию химии природных соединений явились исследования шведского химика Карла Шееле (1742-1786). Он выделил из живых организмов и описал свойства целого ряда органических кислот – молочной, винной, лимонной, щавелевой, яблочной.
Большое значение имели исследования Йенса Берцелиуса (1779-1848) и Юстуса Либиха (1803-1873), закончившиеся разработкой в начале 19 в. методов количественного элементарного анализа органических соединений.
Вслед за этим начались попытки синтезировать природные органические вещества:
в 1828 г. – синтезирована мочевина;
в 1844 г. – синтезирована уксусная кислота;
в 1850 г. – синтезированы жиры, а в 1861 г. – углеводы.
Это имело большое значение, так как была показана возможность синтеза in vitro ряда органических веществ, входящих в состав животных тканей или же являющихся конечными продуктами обмена.
Во второй половине 18 в. – начале 19 в. были проведены и другие важные исследования:
из мочевых камней была выделена мочевая кислота;
из желчи выделен холестерин;
из меда выделены глюкоза и фруктоза;
из листьев зеленых растений выделен пигмент хлорофилл;
в составе мышц был открыт креатин.
Во Франции в лаборатории Клода Бернара (1813-1878) в составе ткани печени был открыт гликоген (1857), изучены пути его образования и механизмы, регулирующие его расщепление.
В Германии в лаборатории Эмиля Фишера (1852-1919) были изучены структура и свойства белков, а также продуктов их гидролиза, кроме того, был проведен анализ аминокислот, жиров и липидов.
В 1836-1838 г.г. начали активно изучать процессы брожения после описания дрожжевых клеток (Ю. Либих, Л. Пастер, Э. Бухнер).
Подлинный расцвет биохимии наступил в 20 в. В самом начале его была экспериментально обоснована и сформулирована полипептидная теория строения белков (Э. Фишер, 1901-1902 г.г.). Расшифровывается первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура многих белков.
Блестящие работы Эрвина Чаргаффа (1905 г), Джеймса Уотсона (1928 г) и Френсиса Крика (1916 г) завершаются выяснением структуры ДНК. Устанавливается её роль в передаче наследственной информации. Расшифровывается РНК – аминокислотный код. Вводится понятие о молекулярных болезнях, связанных с определенными дефектами в структуре ДНК хромосомного аппарата клетки.
Фундаментальные исследования в области энзимологии, химии белков, липидов, углеводов, идентификация молекулярных механизмов основных обменных процессов, а также структуры и функций генома вывели биохимию на уровень основной количественной биологической науки.
4. Основные достижения биологической химии.
Биологическая химия изучает различные структуры, свойственные живым организмам и химические реакции, протекающие на клеточном и организменном уровнях. Основой жизни является совокупность химических реакций, обеспечивающих обмен веществ. Таким образом, биохимию можно считать основным языком всех биологических наук.
В настоящее время, как биологические структуры, так и обменные процессы, благодаря применению эффективных методов, изучены достаточно хорошо.
Можно суммировать основные достижения в области биохимии:
Определен химический состав клеток, тканей и целого организма. Выделены основные соединения, присутствующие в этих системах и установлена их структура.
Выяснены функции многих простых биомолекул. Установлены также функции наиболее сложных биомолекул. Центральное место среди всех этих открытий принадлежит установлению того факта, что ДНК – это генетический материал и содержащаяся в нем информация передается от ДНК информационной РНК, которая в свою очередь определяет последовательность аминокислот в белках. Поток информации исходно заключенной в ДНК можно представить в виде схемы:
Д
НК РНК Белок
Выделены главные органеллы животных клеток, установлены их основные функции.
Показано, что почти все реакции, протекающие в клетках, катализируются ферментами; многие ферменты получены в чистом виде и изучены, выявлены общие принципы механизмов их действия.
Прослежены метаболические пути синтеза и распада основных простых и сложных биомолекул. Показано, что пути синтеза данного соединения в общем случае отличается от путей его распада.
Выяснены многие аспекты регуляции метаболизма.
В общих чертах установлено, каким образом клетки запасают и используют энергию.
Выяснены основные особенности строения и функции различных мембран, показано, что основными их компонентами являются белки и липиды.
Накоплено значительное количество данных о механизме действия основных гормонов.
Установлены биохимические основы значительного числа заболеваний.
Биохимия
Биохи́мия (биологи́ческая, или физиологи́ческая хи́мия) — наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности. Термин «биохимия» эпизодически употреблялся с середины XIX века, в классическом смысле он был предложен и введён в научную среду в 1903 году немецким химиком Карлом Нойбергом (Carl Neuberg).
Биохимия находится на стыке нескольких наук, прежде всего — биологии и химии.
Содержание
Смежные дисциплины
История развития
Как самостоятельная наука биохимия сформировалась примерно 100 лет назад, однако биохимические процессы люди использовали ещё в глубокой древности, не подозревая, разумеется, об их истинной сущности. В самые отдалённые времена уже была известна технология таких основанных на биохимических процессах производств, как хлебопечение, сыроварение, виноделие, выделка кож. Необходимость борьбы с болезнями заставляла задумываться о превращениях веществ в организме, искать объяснения целебным свойствам лекарственных растений. Использование растений в пищу, для изготовления красок и тканей также приводило к попыткам понять свойства веществ растительного происхождения.
Итальянский учёный и художник Леонардо да Винчи на основании своих опытов сделал важный вывод о том, что живой организм способен существовать только в такой атмосфере, в которой может гореть пламя.
XVIII век ознаменовался трудами М. В. Ломоносова и А. Л. Лавуазье. На основе открытого ими закона сохранения массы веществ и накопленных к концу столетия экспериментальных данных, была объяснена сущность дыхания и исключительная роль в этом процессе кислорода.
В 1882 году Иван Горбачевский впервые в мире осуществил синтез мочевой кислоты из глицина. В дальнейших исследованиях он установил источник и пути её образования в человеческом и животном организмах. В 1885 году ему удалось получить метилмочевую кислоту из метилгидантоина и карбамида. В 1886 году он предложил новый метод синтеза креатина, а в 1889—1891 годах открыл фермент ксантиноксидазу. Иван Горбачевский одним из первых указал, что аминокислоты являются составляющими белков.
Новый толчок развитию биологической химии дали работы по изучению брожения, инициированные Луи Пастером. В 1897 г. Эдуард Бухнер доказал, что ферментация сахара может происходить в присутствии бесклеточного дрожжевого экстракта, и это процесс не столько биологический, сколько химический. На рубеже XIX и XX веков работал немецкий биохимик Э. Фишер. Он сформулировал основные положения пептидной теории строения белков, установил структуру и свойства почти всех входящих в их состав аминокислот. Но лишь в 1926 г. Джеймсу Самнеру удалось получить первый чистый фермент, уреазу, и доказать, что фермент — это белок.
Биохимия стала первой биологической дисциплиной с развитым математическим аппаратом благодаря работам Холдейна, Михаэлиса, Ментен и других биохимиков, создавших ферментативную кинетику, основным законом которой является уравнение Михаэлиса-Ментен.
Открытие ферментов позволило начать грандиозную работу по полному описанию всех процессов метаболизма, не завершённую до сих пор. Одними из первых значительных находок в этой области стали открытия витаминов, гликолиза и цикла трикарбоновых кислот.
В 1928 г. Фредерик Гриффит впервые показал, что экстракт убитых нагреванием болезнетворных бактерий может передавать признак патогенности неопасным бактериям. Исследование трансформации бактерий в дальнейшем привело к очистке болезнетворного агента, которым, вопреки ожиданиям, оказался не белок, а нуклеиновая кислота. Сама по себе нуклеиновая кислота не опасна, она лишь переносит гены, определяющие патогенность и другие свойства микроорганизма. В 1953 году американский биолог Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик описали структуру ДНК — ключ к пониманию принципов передачи наследственной информации. Это открытие означало рождение нового направления науки — молекулярной биологии.
Методы
В основе биохимической методологии лежит фракционирование, анализ, изучение структуры и свойств отдельных компонентов живого вещества. Методы биохимии преимущественно формировались в XX веке; наиболее распространенными являются хроматография, изобретённая М.С. Цветом в 1906 г., центрифугирование (Т. Сведберг, 1923 г., Нобелевская премия по химии 1926 г.) и электрофорез (А. Тизелиус, 1937 г., Нобелевская премия по химии 1948 г.).
Биохимия или же биологическая химия, это изучение химические процессы внутри и в отношении жизни организмы. [1] Поддисциплина обоих биология и химия, биохимию можно разделить на три области: структурная биология, энзимология и метаболизм. За последние десятилетия 20-го века биохимия успешно объяснила жизненные процессы с помощью этих трех дисциплин. Почти все области наук о жизни раскрываются и развиваются с помощью биохимических методологий и исследований. [2] Биохимия фокусируется на понимании химической основы, которая позволяет биологические молекулы вызвать процессы, происходящие в живых клетки и между ячейками, [3] в свою очередь, в значительной степени относящиеся к пониманию ткани и органы, а также строение и функции организма. [4] Биохимия тесно связана с молекулярная биология что является изучением молекулярный механизмы биологических явлений. [5]
Большая часть биохимии имеет дело со структурами, функциями и взаимодействиями биологических макромолекулы, Такие как белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, и липиды. Они обеспечивают структуру клеток и выполняют многие функции, связанные с жизнью. [6] Химический состав клетки также зависит от реакций небольших молекулы и ионы. Это может быть неорганический (Например, воды и металл ионов) или органический (например, аминокислоты, которые привыкли синтезировать белки). [7] Механизмы, используемые клетки, чтобы использовать энергию из их среды через химические реакции известны как метаболизм. Результаты биохимии применяются прежде всего в лекарство, питание и сельское хозяйство. В медицине биохимики исследуют причины и лечит из болезни. [8] Изучение питания изучает, как поддерживать здоровье и хорошее самочувствие, а также влияние дефицит питательных веществ. [9] В сельском хозяйстве биохимики исследуют почва и удобрения. Улучшение выращивания сельскохозяйственных культур, хранения урожая и борьба с вредителями тоже цели.
Содержание
История
В самом широком смысле биохимию можно рассматривать как исследование компонентов и состава живых существ и того, как они объединяются, чтобы стать жизнью. В этом смысле история биохимии может уйти еще до древние греки. [10] Однако биохимия как специфическая научная дисциплина началось где-то в 19 веке или немного раньше, в зависимости от того, на каком аспекте биохимии уделяется внимание. Некоторые утверждали, что началом биохимии могло быть открытие первых фермент, диастаза (теперь называется амилаза), в 1833 г. Ансельм Пайен, [11] в то время как другие считали Эдуард Бюхнерпервая демонстрация сложного биохимического процесса спиртовое брожение в бесклеточных экстрактах в 1897 году зародилась биохимия. [12] [13] Некоторые могут также указать в качестве его начала на влиятельную работу 1842 г. Юстус фон Либих, Химия животных или органическая химия в ее приложениях к физиологии и патологии, который представил химическую теорию метаболизма, [10] или даже раньше, в исследованиях XVIII века ферментация и дыхание к Антуан Лавуазье. [14] [15] Многие другие пионеры в этой области, которые помогли раскрыть сложные слои биохимии, были объявлены основателями современной биохимии. Эмиль Фишер, изучавший химию белков, [16] и Ф. Гоуланд Хопкинс, изучавшие ферменты и динамическую природу биохимии, представляют собой два примера ранних биохимиков. [17]
Сам термин «биохимия» происходит от комбинации биология и химия. В 1877 г. Феликс Хоппе-Зейлер использовал термин (биохимия на немецком языке) как синоним физиологическая химия в предисловии к первому выпуску журнала Zeitschrift für Physiologische Chemie (Journal of Physiological Chemistry), где он выступал за создание институтов, посвященных этой области исследований. [18] [19] Немец химик Карл Нойберг однако часто упоминается, что это слово было изобретено в 1903 году, [20] [21] [22] в то время как некоторые приписывают это Франц Хофмайстер. [23]
Когда-то считалось, что жизнь и ее материалы обладают каким-то существенным свойством или субстанцией (часто называемой «жизненно важный принцип») отличное от любого, обнаруженного в неживой материи, и считалось, что только живые существа могут производить молекулы жизни. [25] Затем, в 1828 году, Фридрих Вёлер опубликовал статью о синтез из мочевина, доказывая, что органический соединения могут быть созданы искусственно. [26] С тех пор биохимия продвинулась вперед, особенно с середины 20-го века, с развитием новых методов, таких как хроматография, дифракция рентгеновских лучей, двойная поляризационная интерферометрия, ЯМР-спектроскопия, радиоизотопное мечение, электронная микроскопия и молекулярная динамика симуляции. Эти методы позволили открыть и детально проанализировать многие молекулы и метаболические пути из клетка, Такие как гликолиз и Цикл Кребса (цикл лимонной кислоты) и привел к пониманию биохимии на молекулярном уровне.
Исходные материалы: химические элементы жизни
Биомолекулы
Четыре основных класса молекул в биохимии (часто называемые биомолекулы) находятся углеводы, липиды, белки, и нуклеиновые кислоты. [32] Многие биологические молекулы полимеры: в этой терминологии мономеры относительно небольшие макромолекулы, которые связаны вместе, чтобы создать большие макромолекулы известные как полимеры. Когда мономеры соединяются вместе, чтобы синтезировать биологический полимер, они проходят процесс, называемый дегидратационный синтез. Различные макромолекулы могут собираться в более крупные комплексы, часто необходимые для биологическая активность.
Углеводы
Когда соединяются несколько (от трех до шести) моносахаридов, это называется олигосахарид (олиго- что означает «несколько»). Эти молекулы обычно используются в качестве маркеров и сигналы, а также имеет некоторые другие применения. [35] Многие моносахариды, соединенные вместе, образуют полисахарид. Они могут быть соединены в одну длинную линейную цепочку, а могут быть разветвленный. Двумя наиболее распространенными полисахаридами являются: целлюлоза и гликоген, оба состоящие из повторяющейся глюкозы мономеры. Целлюлоза важная структурная составляющая растений клеточные стенки и гликоген используется как форма хранения энергии у животных.
Сахар можно охарактеризовать как наличие сокращение или нередуцирующие концы. А уменьшающий конец углевода представляет собой атом углерода, который может находиться в равновесии с открытой цепью альдегид (альдоза) или кето-форма (кетоза). Если соединение мономеров происходит по такому атому углерода, свободная гидроксильная группа пираноза или же фураноза форма обменивается с ОН-боковой цепью другого сахара, давая полный ацеталь. Это предотвращает раскрытие цепи до альдегидной или кето формы и делает модифицированный остаток невосстанавливающим. Лактоза содержит восстанавливающий конец в своей глюкозной составляющей, тогда как галактозная составляющая образует полный ацеталь с С4-ОН группой глюкозы. Сахароза не имеет восстанавливающего конца из-за полного образования ацеталя между альдегидным углеродом глюкозы (С1) и кетоуглеродом фруктозы (С2).
Липиды
Липиды обычно состоят из одной молекулы глицерин в сочетании с другими молекулами. В триглицериды, основная группа основных липидов, состоит из одной молекулы глицерина и трех жирные кислоты. В этом случае жирные кислоты считаются мономером и могут быть насыщенный (нет двойные связи в углеродной цепи) или ненасыщенные (одна или несколько двойных связей в углеродной цепи).
Большинство липидов содержат полярный характер в дополнение к тому, что он в значительной степени неполярный. Как правило, основная их структура неполярная или неполярная. гидрофобный («водобоязненный»), что означает, что он плохо взаимодействует с полярными растворителями, такими как вода. Другая часть их строения полярная или гидрофильный («любящий воду») и будет иметь тенденцию ассоциироваться с полярными растворителями, такими как вода. Это делает их амфифильный молекулы (имеющие как гидрофобные, так и гидрофильные части). В случае холестеринполярная группа представляет собой простой –ОН (гидроксил или спирт). В случае фосфолипидов полярные группы значительно больше и более полярны, как описано ниже.
Белки
В иммуноферментный анализ (ELISA), который использует антитела, является одним из наиболее чувствительных тестов, которые современная медицина использует для обнаружения различных биомолекул. Однако, вероятно, наиболее важными белками являются ферменты. Практически каждая реакция в живой клетке требует, чтобы фермент понижал энергию активации реакции. Эти молекулы распознают определенные молекулы реагентов, называемые субстраты; они тогда катализировать реакция между ними. Понизив энергия активации, фермент ускоряет эту реакцию в 10 раз. 11 или больше; реакция, на спонтанное завершение которой обычно уходит более 3000 лет, с ферментом может занять менее секунды. Сам фермент не расходуется в процессе и может катализировать ту же реакцию с новым набором субстратов. С помощью различных модификаторов можно регулировать активность фермента, что позволяет контролировать биохимию клетки в целом. [ нужна цитата ]
Проглатываемые белки обычно распадаются на отдельные аминокислоты или дипептиды в тонкий кишечник а затем впитался. Затем они могут быть соединены с образованием новых белков. Промежуточные продукты гликолиза, цикла лимонной кислоты и пентозофосфатный путь может быть использован для образования всех двадцати аминокислот, и большинство бактерий и растений обладают всеми необходимыми ферментами для их синтеза. Однако люди и другие млекопитающие могут синтезировать только половину из них. Они не могут синтезировать изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, и валин. Поскольку они должны быть проглочены, это незаменимые аминокислоты. У млекопитающих действительно есть ферменты для синтеза аланин, аспарагин, аспартат, цистеин, глутамат, глутамин, глицин, пролин, серин, и тирозин, заменимые аминокислоты. Пока они могут синтезировать аргинин и гистидин, они не могут производить его в достаточном количестве для молодых растущих животных, поэтому их часто считают незаменимыми аминокислотами.
Если аминогруппа удаляется из аминокислоты, остается углеродный скелет, называемый α-кетокислота. Ферменты под названием трансаминазы может легко переносить аминогруппу с одной аминокислоты (превращая ее в α-кетокислоту) на другую α-кетокислоту (делая ее аминокислотой). Это важно для биосинтеза аминокислот, так как для многих путей промежуточные соединения других биохимических путей превращаются в скелет α-кетокислот, а затем добавляется аминогруппа, часто через трансаминирование. Затем аминокислоты могут быть связаны вместе с образованием белка.
Аналогичный процесс используется для расщепления белков. Сначала он гидролизуется до входящих в его состав аминокислот. Свободный аммиак (NH3), существующий как аммоний ион (NH4 +) в крови токсичен для жизненных форм. Следовательно, должен существовать подходящий способ его выведения. В зависимости от потребностей животных у разных животных выработались разные тактики. Одноклеточный организмы просто выделяют аммиак в окружающую среду. Так же, костлявая рыба может выпустить аммиак в воду, где он быстро растворяется. Как правило, млекопитающие превращают аммиак в мочевину через цикл мочевины.
Чтобы определить, связаны ли два белка, или, другими словами, решить, гомологичны они или нет, ученые используют методы сравнения последовательностей. Такие методы, как выравнивание последовательностей и структурные выравнивания мощные инструменты, которые помогают ученым определять гомологии между родственными молекулами. Актуальность поиска гомологий между белками выходит за рамки формирования эволюционной модели белковые семейства. Обнаружив, насколько похожи две белковые последовательности, мы узнаем об их структуре и, следовательно, об их функции.
Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты, так называемые из-за их преобладания в клеточных ядра, это родовое название семейства биополимеров. Это сложные высокомолекулярные биохимические макромолекулы, которые могут переносить генетическая информация во всех живых клетках и вирусах. [2] Мономеры называются нуклеотиды, и каждый состоит из трех компонентов: азотистого гетероциклического основание (либо пурин или пиримидин), пентозный сахар и фосфат группа. [41]
Наиболее распространенные нуклеиновые кислоты: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). В фосфатная группа и сахар каждой нуклеотидной связи друг с другом образует основу нуклеиновой кислоты, в то время как последовательность азотистых оснований хранит информацию. Наиболее распространены азотистые основания: аденин, цитозин, гуанин, тимин, и урацил. В азотистые основания каждой цепи нуклеиновой кислоты будет образовывать водородные связи с некоторыми другими азотистыми основаниями в дополнительной цепи нуклеиновой кислоты (подобно застежке-молнии). Аденин связывается с тимином и урацилом, тимин связывается только с аденином, а цитозин и гуанин могут связываться только друг с другом.
Метаболизм
Углеводы как источник энергии
Глюкоза является источником энергии для большинства форм жизни. Например, полисахариды распадаются на мономеры ферменты (гликогенфосфорилаза удаляет остатки глюкозы из полисахарида гликогена). Дисахариды, такие как лактоза или сахароза, расщепляются на двухкомпонентные моносахариды.