Биомолекулы

 

Министерство образования и  науки, молодежи и спорта Украины

  Восточноукраинский национальный  университет им. В. Даля

                 Технологический институт (г.Северодонецк)

 Кафетра: ТНВЭ

Дисциплина: Биология

 

                                             

                                             Реферат

 На тему: Биомолекулы

 

Выполнила:

Студентка группы ПЭО-11д                                 Малинская М.В 

 

 Преподаватель:

Доц.к.б.н                                                                   Быкова С.П.                                                    

 

 

 

 

                                        Северодонецк 2011

 

 

                           Содержание

Введение

  1. Классификация……………………………………………….
  2. Нуклеозиды и нуклеотиды…………………………….
  3. Сахара…………………………………………………………….
  4. Лигнин……………………………………………………………
  5. Липиды………………………………………………………….
  6. Аминокислоты………………………………………………
  7. Витамины……………………………………………………..

 Список литературы……………………………………….

 

                                    Введение

Биомолекулы — это органические вещества, которые синтезируются живыми организмами. В состав биомолекул включают белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, а также более мелкие компоненты обмена веществ. Биомолекулы состоят из атомов углерода, водорода, азота, кислорода, а также фосфора и серы. Другие атомы входят в состав биологически значимых веществ значительно реже.

Актуальность темы:

Большие белковые молекулы, образования  и волокна играют важную роль в  жизнедеятельности организма. Нити фибрина, образуя сложную ветвистую  структуру, формируют сгусток и  останавливают кровотечение. Различные  патологии, влияющие на механические свойства фибрина, способны нарушить его функцию  и привести как к образованию  тромба и возможному инсульту или  инфаркту, так и к повышеному кровотечению. Капсиды животных и растительных вирусов способны выдерживать колоссальное давление со стороны упакованного генетического  материала. Их физические свойства, а  также переходы между стабильным и нестабильным состояниями определяют жизненный цикл вирусов, в том  числе созревание вируса и заражение  клеток. Современные эксперименты по изучению одиночных молекул такие  как атомно-силовая микроскопия  и оптические пинцеты широко используются для изучения механических свойств  белковых волокони капсул вирусов.

 

 

  1. Классификация

Среди биомолекул выделяют:

  • Малые молекулы:
    • Липиды (жиры), фосфолипиды, гликолипиды, стеролы, глицеролипиды
    • Витамины
    • Гормоны, нейромедиаторы
    • Метаболиты

 

  • Мономеры, олигомеры и полимеры

 

Мономеры

Олигомеры

Биополимеры

Аминокислоты

Олигопептиды

Полипептиды, белки

Моносахариды

Олигосахариды

Полисахариды (крахмал, целлюлоза)

Нуклеотиды

Олигонуклеотиды

Полинуклеотиды, (ДНК, РНК)


 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Нуклеозиды и нуклеотиды

Нуклеозиды — это гликозиламины, содержащие азотистое основание, связанное с сахаром (рибозой илидезоксирибозой).

Нуклеозиды могут быть фосфорилированы киназами клетки по первичной спиртовой группе сахара, при этом образуются соответствующие нуклеотиды.

Азотистое основание

Нуклеозид

Дезоксинуклеозид

 
Аденин

 
Аденозин 
A

 
Дезоксиаденозин 
dA

 
Гуанин

 
Гуанозин 
G

 
Дезоксигуанозин 
dG

 
Тимин

 
5-Метилуридин 
m5U

 
Дезокситимидин 
dT

 
Урацил

 
Уридин 
U

 
Дезоксиуридин 
dU

 
Цитозин

 
Цитидин 
C

 
Дезоксицитидин 
dC





 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нуклеоти́ды — фосфорные эфиры нуклеозидов, нуклеозидфосфаты. Свободные нуклеотиды, в частности АТФ, цАМФ, АДФ, играют важную роль в энергетических и информационных внутриклеточных процессах, а также являются составляющими частями нуклеиновых кислот и многих коферментов.

Строение нуклеотидов


Нуклеотиды являются сложными эфирами нуклеозидов и фосфорных кислот. Нуклеозиды, в свою очередь, являются N-гликозидами, содержащими гетероциклический фрагмент, связанный через атом азота с C-1 атомом остатка сахара.

Строение нуклеотидов

В природе наиболее распространены нуклеотиды, являющиеся β-N-гликозидами пуринов илипиримидинов и пентоз — D-рибозы или D-2-рибозы. В зависимости от структуры пентозы различают рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды, которые являются мономерами молекулсложных биологических полимеров (полинуклеотидов) — соответственно РНК или ДНК.[1]

Фосфатный остаток в нуклеотидах  обычно образует сложноэфирную связь  с 2'-, 3'- или 5'-гидроксильными группами рибонуклеозидов, в случае 2'-дезоксинуклеозидов этерифицируются 3'- или 5'-гидроксильные  группы.

Большинство нуклеотидов  являются моноэфирами ортофосфорной  кислоты, однако известны и диэфиры  нуклеотидов, в которых этерифицированы  два гидроксильных остатка — например, циклические нуклеотиды циклоаденин- и циклогуанин монофосфаты (цАМФ и цГМФ). Наряду с нуклеотидами — эфирами ортофосфорной кислоты (монофосфатами) в природе также распространены и моно- и диэфиры пирофосфорной кислоты (дифосфаты, например, аденозиндифосфат) и моноэфиры триполифосфорной кислоты (трифосфаты, например,аденозинтрифосфат).

 

 


Буквенные коды для  обозначения нуклеотидов

Код

Означает

Комплементарная пара

A

A

T в ДНК; 
U в РНК

C

C

G

G

G

C

T 
или U

T в ДНК; 
U в РНК

A

M

A 
или C

K

R

A 
или G

Y

W

A 
или T

W

S

C 
или G

S

Y

C 
или T

R

K

G 
или T

M

V

A 
или C 
или G

B

H

A 
или C 
или T

D

D

A 
или G 
или T

H

B

C 
или G 
или T

V

X 
или N

A 
или C 
или G 
или T (U)

любой





Номенклатура нуклеотидов

Соединения, состоящие из двух нуклеотидовых молекул, называются динуклеотидами, из трёх — тринуклеотидами, из небольшого числа — олигонуклеотидами, а из многих — полинуклеотидами, или нуклеиновыми кислотами.

Названия нуклеотидов  представляют собой аббревиатуры в  виде стандартных трёх- или четырёхбуквенных кодов.

Если аббревиатура начинается со строчной буквы «д» (англ. d), значит подразумевается дезоксирибонуклеотид; отсутствие буквы «д» означает рибонуклеотид. Если аббревиатура начинается со строчной буквы «ц» (англ. c), значит речь идёт о циклической форме нуклеотида (например, цАМФ).

Первая прописная буква  аббревиатуры указывает на конкретное азотистое основание или группу возможных нуклеиновых оснований, вторая буква — на количество остатков фосфорной кислоты в структуре (М — моно-, Д — ди-, Т — три-), а третья прописная буква — всегда буква Ф («-фосфат»; англ. P).

Латинские и русские коды для нуклеиновых оснований:

  • A — А: Аденин;
  • G — Г: Гуанин;
  • C — Ц: Цитозин;
  • T — Т: Тимин (5-метилурацил), не встречается в РНК, занимает место урацила в ДНК;
  • U — У: Урацил, не встречается в ДНК, занимает место тимина в РНК.

Общепринятые буквенные  коды для обозначения нуклеотидных оснований соответствуют номенклатуре, принятойМеждународным обществом теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry, сокращённо —англ. IUPAC, рус. ИЮПАК) и Международным обществом биохимии и молекулярной биологии (International Union of Biochemistry and Molecular Biology, сокращённо — англ. IUBMB). Если при секвенировании последовательности ДНК или РНК возникает сомнение в точности определения того или иного нуклеотида, помимо пяти основных (A, C, T, G, U), используют другие буквы латинского алфавита в зависимости от того, какие наиболее вероятные нуклеотиды могут находиться в данной позиции последовательности.

Длину секвенированных участков ДНК (гена, сайта, хромосомы) или всего генома указывают в парах нуклеотидов (пн), или парах оснований (англ. base pairs, сокращённо bp), подразумевая под этим элементарную единицу двухцепочечной молекулы нуклеиновой кислоты, сложенную из двух спаренных комплементарных оснований.

 

3. Выступают в роли коферментов (ФАД, ФМН, НАД+, НАДФ+)

4. Циклические мононуклеотиды  являются вторичными посредниками  при действии гормонов и других сигналов(цАМФ, цГМФ).

5. Аллостерические регуляторы  активности ферментов.

6. Являются мономерами  в составе нуклеиновых кислот, связанные 3'-5'- фосфодиэфирными связями.

История нуклеотидов

В домолекулярной генетике для обозначения наименьшего  элемента в структуре ДНК, который может быть подвержен спонтанной или индуцированной мутации, применялся особый термин рекон. В настоящее время показано, что таким наименьшим элементом является один нуклеотид (или одно азотистое основание в составе нуклеотида), поэтому данный термин более не употребляется. Для определения понятия единица мутации применялся термин мутон. В настоящее время показано, что фенотипически мутация может проявиться даже при замене одного нуклеотида (или азотистого основания в составе нуклеотида), таким образом, термин мутон соответствует одному нуклеотиду.

  1. Сахара

Моносахариды — простейшие углеводы, обычно содержат альдегидную или кето-группу. Наличие в структуре альдегидной группы обозначается приставкой "альдо-", а кето-группы - "кето-". Примерами моносахаридов являются гексозы — глюкоза, фруктоза, галактоза и пентозы — рибоза и дезоксирибоза.

Дисахариды образуются при соединении двух молекул простых сахаров, при этом отщепляется одна молекула воды. Дисахариды могут быть гидролизованы до соответствующих моносахаридов разбавленными растворами кислот или соответствующими ферментами.Представителями дисахаридов являются сахароза, мальтоза илактоза.

Полисахариды являются сложными сахарами, полимерами моносахаридов. Представителями полисахаридов является крахмал, целлюлоза и гликоген. Молекулы полисахаридов обычно имеют разветвленную структуру. Как правило, полисахариды нерастворимы или малорастворимы в воде, однако может происходить гидратация ихгидроксильных групп, в таком случае при нагревании в водной среде полисахарид образует коллоид. Более короткие полисахариды, состоящие из 2-10 мономеров, называют олигосахаридами.

Моносахариды  состоят они из одной молекулы и представляют собой твердые  кристаллические вещества, растворимые  в воде, сладкие на вкус. В зависимости  от числа углеродных атомов, входящих в молекулу углевода, различают триозы - моносахариды, содержащие 3 атома углерода; тетрозы - 4 атома углерода; пентозы - 5 атомов углерода; гексозы - 6 атомов углерода. Из триоз в живых организмах важное значение имеют, например,глицерин и его производные (молочная кислота, пировиноградная кислота). Из тетроз в процессах обмена наиболее важна эритроза . Этот сахар - один из промежуточных продуктов фотосинтеза. Уже на уровне тетроз происходит образование кольцевых молекул углеводов :

Пентозы широко представлены в животном и  растительном мире. Эта группа содержит такие важные вещества, как рибоза и дезоксирибоза - сахара, входящие в состав мономеров нуклеиновых кислот РНК и ДНК . В дезоксирибозе около одного из атомов углерода отсутствует кислород, отсюда и название этого углевода. Из гексоз наиболее широко распространены глюкоза , фруктоза и галактоза . Их общая формула С6Н12О6: Глюкоза - виноградный сахар, чрезвычайно широко распро страненный в природе. В свободном состоянии глюкоза встречается как в растениях, так и в животных организмах. Она входит в состав важнейших ди- и полисахаридов. Глюкоза - первичный источник энергии для клеток.

  1. Лигнин

Лигнин (от лат. lignum — дерево, древесина) — вещество, характеризующее одеревеневшие стенки растительных клеток. Сложное полимерное соединение, содержащееся в клетках сосудистых растений и некоторых водорослях.

Одеревеневшие клеточные оболочки обладают ультраструктурой, которую можно сравнить со структурой железобетона: микрофибриллы целлюлозы по своим свойствам соответствуют арматуре, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие, — бетону

        Рис.    Фрагмент молекулы лигнина

Одеревеневшие клеточные  оболочки обладают ультраструктурой, которую можно сравнить со структурой железобетона: микрофибриллы целлюлозы по своим свойствам соответствуют арматуре, а лигнин, обладающий высокой прочностью на сжатие, — бетону

С химической точки зрения лигнин является ароматической частью древесины. Древесина лиственных пород содержит 18-24 % лигнина, хвойных — 27-30 %. В анализе древесины лигнин рассматривают как негидролизуемую часть древесины.

Лигнин в отличие от углеводов не является индивидуальным веществом, а представляет собой  смесь ароматических полимеров  родственного строения. Именно поэтому  невозможно написать его структурную  формулу. В то же время известно, из каких структурных единиц он состоит  и какими типами связей эти единицы  объединены в макромолекулу. Мономерные звенья макромолекулы лигнина называют фенилпропановыми единицами (ФПЕ), поскольку  эти структурные единицы являются производными фенилпропана. Хвойный  лигнин состоит практически целиком  из гваяцилпропановых структурных  единиц. В состав лиственного лигнина  кроме гваяцилпропановых единиц входят в большом количестве сирингилпропановые единицы. В состав некоторых лигнинов, главным образом травянистых  растений, входят единицы, не содержащие метоксильных групп - гидроксифенилпропановые  единицы.

Лигнин — ценное химическое сырьё, используемое во многих производствах и в медицине.

 

Приминение лигнина

Сульфатный лигнин ограниченно  применяется в производстве полимерных материалов, фенолформальдегидных смол, и как компонент клеящих композиций в производствеДСП, картона, фанеры и др. Гидролизный лигнин служит котельным топливом в лесохимических производствах, а также сырьем для получения гранулированного активного угля, пористого кирпича, удобрений, уксусной и щавелевой кислот, наполнителей.

Сравнительно недавно лигнин был  успешно использован в производстве полиуретановой пены.

В 1998 году в Германии фирмой «Текнаро»  был разработан процесс получения  Арбоформа — материала, названного «жидкой древесиной». В 2000 г. под Карлсруэ был открыт завод по производству биопластика, сырьем для которого служит лигнин, волокна льна или конопли и некоторые добавки, также растительного происхождения. По своей внешней форме арбоформ в застывшем состоянии похож на пластик, но имеет свойства полированной древесины. Достоинством «жидкой древесины» является возможность её многократной переработки путём переплавки. Результаты анализа арбоформа после десяти циклов показали, что его параметры и свойства остались прежними.

Активированный путем щелочной обработки с последующей отмывкой и нейтрализацией лигнин используется для сбора разливов нефти и  нефтепродуктов с водных и твердых  поверхностей.

В медицине гидролизный лигнин зарегистрирован  как международное непатентованное название и используется в качестве лекарственного средства(Полифан, Полифепан, Полифепана гранулы, Полифепана паста, БАД Полифепан плюс, Лигносорб, Энтегнин, Фильтрум-СТИ, Лактофильтрум) Энтеросорбент на основе природного полимера растительного происхождения лигнина был разработан в Германии Г. Шоллером, Л. Мейером и Р.Брауном в 1943 году под названием «пролизан». Лигнин успешно применялся как против диарей различного происхождения, а детям раннего возраста вводился клизмой. В 1971 году в Ленинграде создали «медицинский лигнин», который позднее был переименован в Полифепан.[14]. Испытания, проводившиеся на лягушках и кроликах не выявили никаких признаков токсического действия препарата. П. И. Кашкин и О. Д. Васильев в том же году исследовали адсорбирующую способность лигнина и показали, что 1 г препарата поглощает и удерживает в своей структуре 7 300 000 бактерий. Очень высоким оказалось также и поглощение лигнином сальмонелл, холероподобного вибриона, желтого стафилококка и некоторых грибов.

Гидролизный лигнин также используется в ветеринарии для тех же целей, что и у человека.

Энтеросорбенты на основе лигнина  оказывают энтеросорбирующее, дезинтоксикационное, противодиарейное, антиоксидантное, гиполипидемическое и комплексообразующее действие. Связывает различные микроорганизмы, продукты их жизнедеятельности, токсины  экзогенной и эндогенной природы, аллергены, ксенобиотики, тяжелые металлы, радиоактивные  изотопы, аммиак, двухвалентные катионы  и способствует их выведению через  ЖКТ.

 


Области применения энтерособрентов  на основе гидролизного лигнина

Гастроэнтерология:

  • дисбактериоз кишечника
  • функциональная кишечная диспепсия
  • панкреатит
  • хронический гепатит
  • хронический энтероколит
  • неспецифический язвенный колит
  • цирроз печени
  • компенсирует недостаток естественных пищевых волокон в пище человека, положительно влияя на микрофлору толстого кишечника и на неспецифический иммунитет

Инфекционные:

  • острые кишечные инфекции, в том числе у новорожденных и беременных
  • дезинтерия
  • вирусный гепатит
  • грипп, ОРВИ и другие простудные заболевания
  • сальмонеллез, холера

Нефрология:

  • хронический пиелонефрит
  • почечная недостаточность

Хирургия:

  • рак толстой кишки (подготовка к операции)
  • травматические, гнойные и ожоговые раны
  • трофические язвы
  • послеоперационные воспалительные осложнения, сепсис

Аллергические:

  • лекарственные и пищевые аллергии
  • токсикодермия, аллергодерматозы, нейродерматит
  • отек Квинке
  • бронхиальная астма, аллергический бронхит

Токсикология:

  • токсикоз у беременных
  • алкогольные интоксикации (в т.ч. похмельный синдром)
  • пищевые и медикаментозные отравления(радионуклиды, соли тяжелых металлов и др. вредные вещества)

Эндокринология:

  • сахарный диабет
  • лечение и профилактика заболеваний, связанных с развитием атеросклероза (снижает уровень холестерина, липопротеинов низкой плотности и триглицеридов)

Онкология:

  • на фоне химио- и лучевой терапии (исчезновение диспептического синдрома, снижение тошноты и анорексии)

Диетология:

  • нарушение обмена веществ, ожирение.

Применение у спортсменов:

  • повышение и восстановления физической работоспособности.

Детоксикации при радиационных поражениях(лигниновые сорбенты успешно  применялись в зоне чернобыльской  аварии).

  1. Липиды

Липи́ды (от греч. λίπος, lípos — жир) — широкая группа органических соединений, включающая жирные кислоты, а также их производные, как по радикалу, так и покарбоксильной группе.

Используемое ранее определение  липидов, как группы органических соединений, хорошо растворимых в неполярных органических растворителях (бензол, ацетон, хлороформ) и практически нерастворимых в воде, является слишком расплывчатым. Во-первых, такое определение вместо четкой характеристики класса химических соединений говорит лишь о физических свойствах. Во-вторых, в настоящее время известно достаточное количество соединений, нерастворимых в неполярных растворителях или же, наоборот, хорошо растворимых в воде, которые, тем не менее, относят к липидам. В современной органической химии определение термина «липиды» основано на биосинтетическом родстве данных соединений — к липидам относят жирные кислоты и их производные[1]. В то же время в биохимии и других разделах биологии к липидам по-прежнему принято относить и гидрофобные или амфифильные вещества другой химической природы[2]. Это определение позволяет включать сюда холестерин, который вряд ли можно считать производным жирной кислоты.

 

  1. Аминокислоты

Аминокисло́ты (аминокарбо́новые кисло́ты) — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.

Аминокислоты могут рассматриваться  как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомовводорода заменены на аминные группы.

Общие химические свойства:

Все аминокислоты амфотерные соединения, они могут проявлять как кислотные свойства, обусловленные наличием в их молекулах карбоксильной группы  —COOH, так иосновные свойства, обусловленные аминогруппой  —NH2. Аминокислоты взаимодействуют с кислотами и щелочами:

NH2 —CH2 —COOH + HCl → HCl • NH2 —CH2 —COOH (хлороводородная соль глицина)

NH2 —CH2 —COOH + NaOH → H2O + NH2 —CH2 —COONa (натриевая соль глицина)

Растворы аминокислот в воде благодаря этому обладают свойствами буферных растворов, т.е. находятся в состоянии внутренних солей.

NH2 —CH2COOH   N+H3 —CH2COO-

Аминокислоты обычно могут  вступать во все реакции, характерные  для карбоновых кислот и аминов.

Этерификация:

NH2 —CH2 —COOH + CH3OH → H2O + NH2 —CH2 —COOCH3 (метиловый эфир глицина)

Важной особенностью аминокислот  является их способность к поликонденсации, приводящей к образованию полиамидов, в том числе пептидов, белков, нейлона, капрона.

Реакция образования пептидов:

HOOC —CH2 —NH —H + HOOC —CH2 —NH2 → HOOC —CH2 —NH —CO —CH2 —NH2 + H2O

Изоэлектрической  точкой аминокислоты называют значение pH, при котором максимальная доля молекул аминокислоты обладает нулевым зарядом. При таком pH аминокислота наименее подвижна в электрическом поле, и данное свойство можно использовать для разделения аминокислот, а также белков и пептидов.

Цвиттер-ионом называют молекулу аминокислоты, в которой аминогруппа представлена в виде -NH3+, а карбоксигруппа — в виде -COO−. Такая молекула обладает значительным дипольным моментом при нулевом суммарном заряде. Именно из таких молекул построены кристаллы большинства аминокислот.

Некоторые аминокислоты имеют  несколько аминогрупп и карбоксильных  групп. Для этих аминокислот трудно говорить о каком-то конкретном цвиттер-ионе.

  1. Витамины

Витами́ны — группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы. Это сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи. Витамины содержатся в пище в очень малых количествах, и поэтому относятся к микронутриентам.

Витамины (от лат. vita -«жизнь») — вещества, которые требуются организму для нормальной жизнедеятельности.

Общие сведения

Витамины участвуют во множестве  биохимических реакций, выполняя каталитическую функцию в составе активных центров  большого количества разнообразных ферментов либо выступая информационными регуляторными посредниками, выполняя сигнальные функции экзогенных прогормонов и гормонов.

Они не являются для организма поставщиком  энергии и не имеют существенного  пластического значения. Однако витаминам  отводится важнейшая роль в обмене веществ.

Биомолекулы 📙 Реферат → 🆔 39277

Биомолекулы 📙 Реферат → 🆔 39277

Биомолекулы