Биомолекулы – органические соединения, входящие в состав организмов, образующие клеточные структуры и участвующие в биохимических реакциях обмена веществ.

Функции биомолекул в живых организмах.

а) участие в реакциях обмена веществ в роли промежуточных продуктов (метаболитов). Например, аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты и др.

б) участие в образовании сложных молекул (белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов) или биологических структур (мембран, рибосом, ядерного хроматина и др.).

в) участие в регуляции биохимических процессов и функций отдельных клеток и организма в целом (витамины, гормоны, циклические нуклеотиды цАМФ, цГМФ и др.).

Основные классы биомолекул:

Белки и аминокислоты. Белки – протеины (protos первый, значимый), важнейший класс биомолекул, с наличием которых связывают существование жизни в условиях Земли. Белки являются молекулами, в состав которых входят 20 аминокислот. Совокупность белков в организме составляет его протеом.

Нуклеиновые кислоты и нуклеотиды. Дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты – биополимеры, состоящие из пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Они являются носителями генетической информации у всех живых организмов. Последовательность мононуклеотидов в составе нуклеиновых кислот детерминирует (кодирует) последовательность аминокислотных остатков в белках. Последовательность из трех нуклеотидов (триплет или кодон) в молекуле ДНК соответствует одной из 20 аминокислот. Таким образом, генетический код определяет порядок включения аминокислот в полипептидную цепь в процессе синтеза белка на рибосомах. Совокупность генов в организме составляет его геном.

Нуклеиновые кислоты впервые обнаружил в ядрах клеток Фридрих Мишер (1869 г.). Приблизительно через 100 лет (в 1953 г) Д.Уотсон и Ф.Крик сделали фундаментальное открытие, описав структуру ДНК. Это позволяло раскрыть главную загадку жизни – обеспечение наследственности путем копирования наследственных признаков. Изучение функций РНК позволили сформулировать основную догму молекулярной биологии, которая определяет направление передачи генетической информации у всех живых организмов:

ДНК → РНК → Белок

Совокупность информационных РНК в организме составляет его транскриптом.

Углеводы – молекулы, состоящие из моносахаридов и их производных (дисахаридов, гомои гетерополисахаридов). В животных организмах моносахариды и гомополисахарид гликоген в основном исполняют энергетические функции, а гетерополисахариды принимают участие в образовании мембран, гликокаликса, соединительной ткани и т.д..

Липиды – молекулы, особенностью которых является гидрофобная природа. Липиды выступают как энергетический материал (нейтральные жиры), являются структурными компонентами мембран (фосфолипиды, гликолипиды) и биорегуляторами (стероидные гормоны, эйкозаноиды, жирорастворимые витамины).

Витамины – соединения с различным химическим строением, не синтезирующиеся в животных организмах, но необходимые для их жизнедеятельности. Они должны постоянно поступать в организм с продуктами питания, обеспечивая нормальное течение метаболических процессов, так как являются компонентами ферментных систем.

Гормоны и медиаторы – молекулы, передающие химические сигналы. Благодаря регуляторному действию гормонов и медиаторов нервной системы происходит интеграция отдельных анатомо-физиологических систем в целостный многоклеточный организм.

Кроме того в организме имеются свободные аминокислоты, азотистые соединения, нуклеотиды, низкомолекулярные моно-, дии трикарбоновые кислоты, спирты, амины, являющиеся промежуточными продуктами метаболизма (метаболитами или интермедиатами). Совокупность всех метаболитов в организме составляет его метаболом.

Клетка – структурная, функциональная и генетическая единица живого организма. Все клетки способны к размножению путем деления, передавая потомкам свои биологические признаки. Клетки делятся на прокариотические (безядерные) и эукариотические (ядерные). Они отличаются по химическому составу и обмену веществ.

Клеточные компоненты постоянно обновляются. Для тела человека период полуобновления белков (Т1/2) составляет в среднем 12 недель, белков печени меньше – 2 недели, белков мышц 27 недель, белков костной ткани – много месяцев.

Происхождение биомолекул. Фундаментальной проблемой биохимии является возникновение жизни на Земле. Согласно существующим представлениям, образование биомолекул и первых примитивных живых клеток происходило на Земле под действием физических факторов атмосферы приблизительно 3 млрд. лет тому назад



Стенли Миллер (1953г.), обнаружил возможность образования аминокислот при действии электрических разрядов на смесь метана, аммиака, водорода и водяного пара. В этих реакциях синтеза центральное место занимает цианистый водород – НСN, который может образовываться в реакции: CH4 + NH3 → HCN + 3H2

В дальнейшем цианистый водород превращается в цианамид, нитрит и цианоацетилен – предшественники аминокислот, пуринов, пиримидинов, порфиринов.



Пока необъяснимой проблемой в вопросе происхождения жизни является происхождение первичных информационных молекул