Строение биополимеров
Для
того, чтобы выяснить, как устроены молекулы, образующие клетки, какова
структура молекул, где они находятся в клетке, мы сначала вспомним строение
клетки. Вспомнив, из чего состоит живая клетка, и какие функции выполняют те
или иные органеллы, мы сможем заполнить следующую табличку. Оказывается, можно
провести интересную аналогию с элементами, выполняющими схожие функции у живых
организмов и государств. Выделим следующие функции:
защиты
(внешнюю и внутреннюю);
транспортную
(веществ и информации);
обеспечение
клетки энергией и веществами;
хранение
и передача информации.
За
внешнюю защиту у клеток отвечает клеточная мембрана; у организмов – кожа,
когти, перья, шерсть; у государств – погранвойска. Внутреннюю защиту клеткам
обеспечивает система рестрикции- модификации. Для примера приведем
бактериальную клетку. У нее есть специальные ферменты – рестриктазы (в пер. с
англ. «ограничивать»), которые разрезают чужеродную ДНК. На собственных ДНК
есть специальные химические метки, чтобы рестриктазы смогли их распознать. У
организмов в качестве внутренней защиты существует иммунная система, а у
государства – МВД, ФСК.
Структурные
и функциональные аналогии в строении различных систем
ФУНКЦИЯ
КЛЕТОЧНАЯ ОРГАНЕЛЛА ИЛИ СИСТЕМА
ОРГАН ИЛИ СИСТЕМА ОРГАНОВ
КАСТЫ
ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ
Защита
– внешняя
клеточная мембрана
кожа, шерсть, когти, перья
кшатрии (воины)
погранвойска
– внутренняя
система рестрикции-модификации*
иммунная система
МВД, ФСК
Обеспечение
– энергией
митохондрии, хлоропласты;
Пищеварительная + дыхательная системы
шудры (ремесленники)
Газпром, АЭС
– веществами
Трансмембранные каналы, лизосомы
Пищеварительная система
с/х, горнодоб. промышленность
Информация
хранение и воспроизведение
ядро, ДНК
мозг, центр. нервная система
брахманы (жрецы)
культура, искусство; школа
Транспорт
– вещества
эндоплазматическая сеть
Пищеварительный тракт, кровь
вайшьи (торговцы)
нефтепровод, транспорт
– информации
РНК
нервы, гормоны
почта, телефон, ИНТЕРНЕТ
Обеспечением
энергией в животных клетках занимаются митохондрии, а в растительных –
хлоропласты, в организмах – пищеварительная и дыхательная системы, в государстве
же – организации типа Газпрома и АЭС. Обеспечение клетки веществами идет
благодаря трансмембранным каналам, лизосомам, в организме – пищеварительной
системе, а в государстве – сельскохозяйственной и др. промышленности.
Хранение
и воспроизведение информации на клеточном уровне идет в ядре посредством ДНК, в
организме эту функцию имеет мозг, центральная нервная система, в стране –
школы, библиотеки, культура, искусство.
Транспортируются
вещества в клетке благодаря эндоплазматической сети, в организме – желудочно-кишечному
тракту, дыхательной системе, крови; в стране – нефте- и газопроводам,
транспорту. Что же касается передачи информации, то в клетке этим занимается
матричная РНК; в организме – нервы и гормоны (нервно-гуморальная система).
Причем хочется отметить, что нервную систему можно сравнить с адресной
доставкой (человек может получить письмо лично, и никто больше об этом не
узнает), то есть по нервам можно доставить информацию очень точно к
определенной мышце или определенному органу. А гормональную систему можно
сравнить со СМИ, то есть она работает как система всеобщего оповещения. В
государстве за информацию отвечают почта, телефонная сеть, Интернет и др.
Мы
провели аналогию с хорошо известными вам системами (организм и государство),
чтобы иметь более абстрактное представление о строении клетки.
В
таблице добавлены индийские касты. Касты возникли, как структуры, фиксирующие
функциональные особенности разных слоев населения. Кшатрии (воины) выполняют
функции защиты; шудры (торговцы и ремесленники) – обеспечения питанием и
энергией; брахманы (жрецы) – хранения и воспроизведения информации, вайшьи
(торговцы) – транспорт вещества и информации.
Далее
мы переходим к изучению веществ, из которых состоит клетка, и будем говорить о
связи структур и функций этих веществ.
Основные
атомы, составляющие живую клетку – это углерод, водород, кислород, азот и
фосфор. Конечно, в полимерах присутствуют и другие вещества (например, сера),
но сейчас мы рассмотрим комбинации этих пяти элементов. Как вы знаете,
образование биополимеров возможно благодаря тому, что углерод четырехвалентен,
способен образовывать 4 связи, и атомы углерода, связываясь друг с другом,
могут образовывать длинные цепочки, состоящие из десятков атомов. Мы расскажем
о четырех видах биополимеров: белках, нуклеиновых кислотах, липидах и
углеводах; как они устроены и чем занимаются.
Список литературы
А.В.Макеев.
Основы биологии, лекция 1: Атомный и молекулярный состав живых организмов, стр.
5-30
Н.Грин,
У.Стаут, Д.Тейлор. Биология, том. 1, глава 5: Химические компоненты живого
(стр. 151-194)
Д.Месслер.
Биохимия, том. 1, глава 2: Молекулы, из которых мы состоим (стр. 67-199).
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://bio.fizteh.ru