Краткое содержание главы
Большая часть сухого вещества живых организмов состоит из углеродсодержащих органических соединений, в которых атомы углерода ковалентно связаны с другими атомами углерода, а также с атомами водорода, кислорода и азота. Углерод был отобран в ходе биологической эволюции, по-видимому, из-за наличия у него целого рада благоприятных свойств. К их числу относится способность углеродных атомов соединяться друг с другом при помощи одинарных и двойных связей, что делает возможным образование самых разнообразных (линейных, разветвленных и циклических) скелетных структур, к которым присоединяются различные функциональные группы. Органические биомолекулы имеют характерные трехмерные формы, или конформации. Многие биомолекулы существуют в асимметрических, или хиральных, формах, называемых энантиомерами.
Большая часть органического вещества в живых клетках состоит из макромолекул четырех основных типов: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и ансамблей липидных молекул. Все макромолекулярные системы образуются из небольших, ковалентно связанных друг с другом молекул, играющих роль строительных блоков; число типов таких молекул относительно невелико. Молекулы белков представляют собой цепи, построенные из аминокислот двадцати типов; нуклеиновые кислоты - это цепи, состоящие из нуклеотидных единиц четырех типов, а полисахариды - цепи простых повторяющихся остатков сахаров.
Нуклеиновые кислоты и белки называются информационными макромолекулами; так как характерные последовательности их строительных блоков отражают генетическую индивидуальность различных видов организмов. Полисахариды, напротив, не являются информационными молекулами, поскольку они состоят из одинаковых повторяющихся единиц.
В молекулярной организации клеток существует структурная иерархия. Клетки содержат органеллы, такие, как ядро и митохондрии, которые в свою очередь содержат надмолекулярные структуры, например мембраны и рибосомы, а эти последние представляют собой группу объединенных между собой макромолекул, связанных друг с другом с помощью многочисленных относительно слабых межмолекулярных связей. В макромолекулах отдельные строительные блоки соединены друг с другом ковалентными связями.
Типичные биомолекулы, используемые в качестве строительных блоков, возникли самопроизвольно на ранних этапах истории Земли из атмосферных газов и воды под воздействием энергии. Эти процессы, в совокупности называемые химической эволюцией, можно воспроизвести в лабораторных условиях. Современные биомолекулы (строительные блоки), по-видимому, были отобраны на ранних этапах биологической эволюции благодаря тому, что они оказались лучше других приспособленными для выполнения биологических функций. Число таких биомолекул относительно невелико, однако они обладают весьма разнообразными свойствами и каждая из них может выполнять в клетках самые разные функции.
