Репликация нуклеиновых кислот
Белки
Белки образуются из большого числа аминокислот, которые связаны между собой пепдиной связью. Каждый белок имеет уникальную аминокислотную последовательность, называемую первичной структурой, которая определяется наследственными факторами. Типичный белок может содержать вплоть до 200 аминокислот. Длинная полимерная цепь свертывается в пространстве в трехмерную структуру, которая определяется как конформация белка
Нуклеиновые кислоты
Организмы содержат еще один тип гигантских макромолекул, называемых рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислотами, сокращенно РНК и ДНК. Структуры и функции этих молекул коренным образом отличаются от таковых для белков. Молекулы ДНК заключают в себе всю информацию и "правила", необходимые для синтеза совершенно любого биологического материала, включая свое собственное образование, увековечивая тем самым биологические виды.
Фрагменты ДНК, содержащие один остаток сахара, один основания и один или более фосфата, называются нуклеотидами. Они играют очень важную роль в жизни клетки как предшественники ДНК или кофакторы ферментов. Один из этих нуклеотидов, аденозинтрифосфат (АТФ), играет значительную роль в клеточном метаболизме. Эта молекула является "энергетической валютой" всех живых организмов.
1.4 Распределение геновМесто, которое ген занимает на хромосоме, называется локусом. За исключением тех редких случаев, когда происходит перестройка хромосомы, у всех представителей отдельного биологического вида каждый ген имеет строго определенный локус.
Репликация нуклеиновых кислот
При размножении любых форм жизни (кроме вирусов РНК-типа) происходит увеличение числа молекул ДНК. У многоклеточных организмов из двух слившихся гамет получается тысячи, миллионы или миллиарды клеток тела; у бактерий и простейших из одной родительской клетки возникают две, из них четыре и затем, в геометрической прогрессии, множество новых; у ДНК-содержащих вирусов вместо одного вириона образуется десятки и сотни вирионов следующего поколения. Во всех случаях каждая исходная молекула ДНК каким-то образом дает начало огромному числу новых, причем сохраняются в неизменном виде все особенности, присущие ДНК данного живого существа и различные у разных из них. Лишь очень редко, когда возникает мутация, происходят небольшие искажения этой хранящейся в ДНК генетической информации, но они крайне ничтожны по сравнению с колоссальным ее объемом, записанным в чередовании азотистых оснований молекулы.
Процесс получения двух копий (или реплик) изначальной молекулы ДНК называется репликацией,
1.6 Генетический кодсвойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательностинуклеотидов
.В ДНК используется четыре нуклеотида — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т.
На уровне макромолекул степень сложности систем, по сравнению с обычнымимолекулами, растет. Однако этот уровень еще не достаточен для возникновенияполноценной жизни.Макромолекулами принято называть очень крупные, обычно полимерные(многозвенные) молекулы. В живых организмах различают четыре типамакромолекул: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты (рис. 2). Ониобразуют химическую основу клеток, хотя некоторые углеводы и белки входяттакже в состав межклеточного вещества, обычно вместе с солями (основноевещество хряща, кости).
Углеводы бывают простые - моносахариды (такие как глюкоза, лактоза) исложные - полисахариды, образованные сотнями и тысячами соединенныхмоносахаридов. Некоторые полисахариды выполняют опорную функцию - целлюлоза(клетчатка) у растений, хитин у раков, насекомых, грибов. Но в основномуглеводы используются как топливо для получения энергии (см. Тему 2). Липиды, или жироподобные вещества, имеют длинные «хвосты» изуглеродно-водородных единиц, прикрепленные к «головке» - видоизмененноймолекуле глицерина. Хвосты отталкивают воду (гидрофобны), поэтому два слоялипидных молекул, обращенные друг к другу хвостами, образуют водо- ииононепроницаемую пленку - мембрану. Из мембран построены оболочки клеток инекоторых внутриклеточных органоидов. Кроме того, липиды, как и углеводы,заключают в себе много энергии и используются в качестве топлива. Белки - основные биополимеры, так как выполняют большинство жизненныхфункций (см. Тему 2). Белковая цепь - полипептид - сложена из большого числа(50-100-500 и более) мономеров - аминокислот (включают аминогруппу -NH2 и кислотную группу -COOH). Имеется 20 разновидностей аминокислот, и чередованиеих беспорядочно (но строго определенно для каждого вида белка), так чтовозможное разнообразие белковых цепей бесконечно велико, что и дает возможностьбелкам выполнять очень разные функции. Наибольшим разнообразием отличаются белки-ферменты - катализаторы биохимических реакций. Нуклеиновые кислоты (от латинского nuсleus - ядро) впервые были выделеныиз клеточных ядер и представляют самые сложные макромолекулы. Различаютдезоксирибонуклеиновую кислоту - ДНК и рибонуклеиновую кислоту - РНК. ДНК -двухцепочечный полимер, РНК - одноцепочечный. Мономерами в обоих случаяхявляются довольно крупные и сложные молекулы - нуклеотиды. ДНК хранитинформацию о структуре всех клеточных белков, РНК способствует ее реализации вмомент синтеза новых белков (подробнее об этом см. Тему 3). Фрагмент ДНК,кодирующий структуру одной молекулы белка, называется геном.Макромолекулы обычно объединяются в макромолекулярные комплексы, илидаже в особые структуры, называемые органоидами клетки (по аналогии сорганами сложного организма). Типичными органоидами являются рибосомы -элементарные структуры, ведущие синтез белка, миофибриллы - сократимые нити вмышечных клетках, митохондрии - производители клеточной энергии, хромосомы -хранители ДНК, то есть генов.Макромолекулы и их комплексы, гены, клеточные органоиды отвечают за отдельныесвойства жизни - наследственность, синтезы, движение, энергетический обмен идр., но и эти свойства могут проявляться только в системе целостной клетки.Даже вирусы, которые считаются внеклеточными формами жизни, вне клеткипредставляют фактически макромолекулярные кристаллы, не способные размножаться,синтезировать белки, усваивать энергию. Поэтому некоторые ученые вообще несчитают вирусы живыми образованиями.Таким образом, отдельные молекулярно-генетические структуры не обеспечиваюттого критического уровня сложности, который можно было бы назвать полноценнойжизнью.