Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 1. ХІМІЧНИЙ СКЛАД КЛІТИНИ ТА БІОЛОГІЧНІ МОЛЕКУЛИ

§ 5. ОРГАНІЧНІ МОЛЕКУЛИ ЖИВОГО. БІОПОЛІМЕРИ

Де Карбон, там різноманітність речовин, де Карбон, там найрізноманітніші за молекулярною архітектурою конструкції.

Енциклопедія юного хіміка

Основні поняття й ключові терміни: ОРГАНІЧНІ МОЛЕКУЛИ ЖИВОГО. Малі біомолекули. БІОПОЛІМЕРИ.

Пригадайте! Що таке молекулярний склад живого?

Новини науки

У листопаді 2014 р. на комету Чурюмова -Герасименко (її відкрив у 1969 р. український науковець Клим Чурюмов у результаті вивчення фотопластинок, знятих Світланою Герасименко) з космічного апарату «Розетта» вперше здійснив посадку модуль «Філи». Він взяв зразки ґрунту, в яких було виявлено шістнадцять органічних сполук, з яких чотири було помічено на кометах уперше. Це ацетамід CH3CONH2, ацетон (CH3)2CO, метилізоцианат CH3NCO і пропіональдегід CH3CH2CHO.

Ці сполуки, згідно з гіпотезою науковців, могли бути вихідними сполуками для виникнення біомолекул. Що таке біомолекули?

ЗМІСТ

Які основні особливості біомолекул?

ОРГАНІЧНІ МОЛЕКУЛИ ЖИВОГО, або БІОМОЛЕКУЛИ, - це речовини, що мають скелети з ковалентно зв’язаних атомів Карбону і синтезуються клітинами організмів. Біомолекули належать до органічних сполук. Їх вивчають біохімія та молекулярна біологія. Вміст біомолекул у клітинах становить близько 30 %. Основною причиною їхньої різноманітності є властивості Карбону, серед яких виокремлюють здатність атомів сполучатись між собою з утворенням карбонових скелетів. Завдяки ковалентним зв’язкам біомолекули достатньо міцні, стійкі до нагрівання, дії світла, впливу агресивного хімічного середовища. Карбоновий каркас є рухливим, і тому ланцюги здатні вигинатися, скручуватися, можуть бути відкритими (лінійна форма) і замикатися в кільця (циклічна форма).

Біомолекулам властиві міцні ковалентні (наприклад, дисульфідний, пептидний) і слабкі нековалентні (наприклад, водневий, йонний) хімічні зв’язки. Ці зв’язки визначають існування біомолекул та їх короткочасну взаємодію між собою. Завдяки енергії своїх зв’язків біомолекули мають високу енергоємкість і здатність до окиснення з виділенням великої кількості теплоти. Кінцевими продуктами цього окиснення є СО2, Н2О, NH3, що видаляються з клітин.

Основні особливості біомолекул

1. Наявність міцних ковалентних зв'язків, що зумовлюють тривале існування молекул

2. Наявність слабких нековалентних зв'язків, що визначають структуру і взаємодію молекул

3. Висока енергоємкість

4. Змінна активність

Хімічна активність біомолекул може змінюватись, що є суттєвим для виконання ними своїх функцій в різних умовах. На активність молекул у клітинах впливають йони металів (наприклад, йони Магнію, Феруму), деякі неорганічні сполуки (наприклад, кисень, вуглекислий газ), біологічно активні речовини (вітаміни, гормони та ін.).

Біомолекули мають відносно велику молекулярну масу, яка вимірюється в дальтонах (1 дальтон дорівнює 1/12 атомної маси Карбону). Так, у деяких нуклеїнових кислот вона досягає кількох мільярдів. За молекулярною масою біомолекули умовно поділяють на малі біомолекули (жирні кислоти, моносахариди, амінокислоти) і макробіомолекули (білки, полісахариди, нуклеїнові кислоти).

Отже, біомолекули є органічними сполуками, що синтезуються в клітинах живих організмів і мають ряд особливостей будови й функціонування.

Які особливості та значення малих біомолекул у клітинах?

Малі біомолекули - це молекули з відносно невеликою молекулярною масою від 100 до 1000 а. о. м, що містять до 30 атомів Карбону. На частку малих молекул припадає до 5 % від маси клітини. У малих біомолекулах містяться характеристичні (функціональні) групи (наприклад, СООН, ОН, NH2, СН3), властивості яких і визначають їхню поведінку. Так, аміногрупа NH2 визначає лужні властивості амінокислот, а карбоксильна група СООН - кислотні. До малих біомолекул належать жирні кислоти, мономерні біомолекули (моносахариди, амінокислоти й нуклеотиди) (іл. 7), біорегуляторні молекули (гормони, нейромедіатори, вітаміни, алкалоїди), енергетичні біомолекули (АТФ, ГТФ).

Малі біомолекули містяться у вільному стані в цитоплазмі клітини і завдяки дифузії можуть швидко переміщуватися, що робить їх незамінними в процесах передачі інформації та саморегуляції клітин й організму. Так, гормони здійснюють гуморальну регуляцію процесів, нейромедіатори - передають інформацію між нейронами.

Малі біомолекули досить часто виконують роль простих сполук, з яких утворюються складні, тобто є мономерами. Наприклад, з амінокислот утворюються білки, з моносахаридів - полісахариди, а з нуклеотидів - нуклеїнові кислоти.

Малі біомолекули не лише беруть участь у побудові макромолекул, а й можуть розпадатися з вивільненням енергії. Так, під час розщеплення 1 г глюкози вивільняється 17,6 кДж, а під час гідролізу 1 моль АТФ до АДФ - близько 40 кДж.

Іл. 7. Приклади малих біомолекул, що є мономерами: 1 - моносахарид рибоза; 2 - амінокислота аланін; 3 - аденіновий нуклеотид

Отже, основними функціями малих молекул у клітинах є: будівельна (участь мономерів у реакціях синтезу складніших молекул), енергетична (розпад з вивільненням енергії), регуляторна (участь у регуляції процесів життєдіяльності клітин та організму) та інформаційна (міжклітинна передача інформації).

Яке значення біологічних макромолекул, або біополімерів?

БІОПОЛІМЕРИ - це вис око молекулярні органічні сполуки, що складаються з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою мономерів й утворюються в клітинах. До біополімерів належать білки, полісахариди і нуклеїнові кислоти (іл. 8). На їх частку припадає близько 25 % від маси клітини. Унікальною властивістю макромолекул є те, що їхні мономери утворюють певну структуру (конформацію), яка й визначає їхні властивості та функції.

Біополімери (від грец. біос - життя, полі - численний, мерос - частина) мають велику молекулярну масу (зазвичай від 10 000 до 1 млн), тому розташовуються в ядрі чи цитоплазмі у прикріпленому стані або переміщуються дуже повільно. З них будуються хромосоми, клітинні стінки рослин, грибів й прокаріотів, рибосоми тощо (будівельна функція). Розпад макромолекул здійснюється внаслідок руйнування ковалентних зв’язків під час реакцій гідролізу з виділенням великої кількості енергії (енергетична функція).

Поєднання макромолекул та їх взаємодія відбуваються на основі відповідності поверхні просторової структури. Ця інформаційна особливість має назву структурної комплементарності. Так, комплекси фермент/субстрат забезпечують клітинну регуляцію процесів життя (регуляторна функція), білкові комплекси антиген/антитіло є основою гуморального імунітету (захисна функція). Комплементарність нуклеотидів у побудові ДНК забезпечує їхню унікальну здатність до самоподвоєння й передачі спадкової інформації наступному поколінню (інформаційна функція). Розгалуженість структури, велика кількість мономерів, інертність молекул сприяє тому, що полісахаридні макромолекули відкладаються в клітинах про запас (наприклад, крохмаль у рослин, глікоген - у тварин, грибів, архей) (запаслива функція).

Іл. 8. ДНК є біополімером, що побудований з нуклеотидів

Отже, макромолекули мають ряд особливостей, що зумовлюють виконання таких функцій, як будівельна, енергетична, регуляторна, захисна, інформаційна та запаслива.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею

За допомогою таблиці порівняйте малі молекули й макромолекули.

Ознака

Малі молекули

Макромолекули

Вміст

Молекулярна маса

Особливості будови молекул

Властивості

Основні групи

Функції

Біологія + Геометрія

Спільним елементом просторової структури макромолекул є право- або ліво закручена спіраль. Ця фігура проявляється і в побудові галактик, коловоротів і смерчів, черепашок молюсків, малюнків на пальцях людини, в розташуванні листків, квітів й насіння рослин тощо. Оцініть значення спіралі для просторової організації біологічних макромолекул біополімерів.

Біологія + Хімія

У Періодичній системі елементів Д. І. Менделеєва Карбон і Силіцій знаходяться в одній групі, але за поширенням в природі вони дуже відрізняються. Порівняйте будову цих елементів і запропонуйте пояснення, завдяки чому Карбон переважає в живій природі, а Силіцій - в неживій?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке біомолекули? 2. Назвіть біомолекули клітини. 3. Що таке малі біомолекули? 4. Назвіть основні групи малих біомолекул. 5. Що таке біополімери? 6. Назвіть групи біополімерів клітин.

7 - 9

7. Які основні особливості біомолекул? 8. Назвіть особливості та значення малих біомолекул у клітинах. 9. Яке значення біологічних макромолекул, або біополімерів?

10 - 12

10. Чим органічні речовини відрізняються від неорганічних?





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити