Строение биополимеров

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).