Введение в молекулярную биологию Сегодня мы начинаем курс по молекулярной биологии, который будет посвящен одной конкретной области изучения. Молекулярная биология - это наука, которая исследует взаимодействия между молекулами и то, как они способствуют биологическим эффектам. Молекулы могут быть простыми или сложными, состоящими из различных типов атомов. Связи между атомами определяют их стабильность и функциональность.
Ковалентные связи в живых системах "Органические" молекулы, которые составляют основу живых организмов, в основном состоят из атомов углерода, связанных с другими элементами ковалентными связями. Ковалентные связи предполагают совместное использование электронов между атомами и могут быть как неполярными, так и полярными в зависимости от распределения электронов. Полярные ковалентные связи возникают в результате неравного распределения электронов и допускают взаимодействие с другими молекулами.
Межмолекулярные взаимодействия Когда атомы сближаются друг с другом, они могут взаимодействовать с помощью различных типов сил. Один тип называется ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, которые представляют собой слабое притяжение между электронными облаками атомов. Эти взаимодействия играют определенную роль в образовании компактных структур в молекулах и могут быть полярными или неполярными. Гидрофобные взаимодействия - это особый тип ван-дер-Ваальсова взаимодействия, при котором неполярные молекулы избегают воды, взаимодействуя друг с другом.
Важность в биологических системах "Гидрофобные" взаимодействия играют значительную роль в биологических процессах, таких как сворачивание белков и формирование клеточных мембран. Они способствуют стабильности и структуре биомолекул, не требуя больших молекулярных размеров или ковалентных связей. Полимеры, состоящие из повторяющихся звеньев, являются важными компонентами, в изобилии содержащимися в живых организмах.
Структура полимера и ее вариации Существуют простые формулы, описывающие расположение полимеров, но существует широкий спектр возможностей для создания различных структур. Полимеры могут иметь разветвленные и компактные конфигурации с группами, разбросанными в пространстве. Эти разветвленные полимеры широко используются в качестве запасных материалов, таких как гликоген у животных и крахмал у растений.
Создание вариантов полимеров "Димерные" варианты могут быть созданы путем комбинирования двух типов мономеров, в результате чего получаются четыре возможные комбинации. Добавляя модификации к каждому варианту, можно получить еще больше вариаций. Количество вариантов полимера увеличивается экспоненциально с увеличением длины и количества типов мономеров.
Сложность и функциональность Белки являются одним из примеров, когда существует огромное разнообразие из-за специфичности их последовательностей. Для создания белков требуются специальные ферменты, которые распознают определенные аминокислоты в точных положениях вдоль цепи. Этот процесс включает в себя множество ферментативных реакций, координируемых сложными системами.
Белки как основа жизни Считается, что все процессы в живых организмах управляются белками, которые являются основным компонентом живой материи. В конце 19 века Энгельс сформулировал жизнь как форму существования белковых тел. Белки играют решающую роль в различных процессах, и их разрушение приводит к прекращению жизнедеятельности.
Роль и функции белков "Белковые тела" могут осуществлять специфические реакции, такие как алкогольная ферментация или гликолиз. Они участвуют во множестве различных процессов и вносят свой вклад в развитие. Белки известны с древних времен, и они являются одним из трех основных компонентов, содержащихся в живых организмах наряду с жирами и углеводами.
Открытие фосфора Фосфор изначально считался мистическим элементом из-за его способности создавать светящиеся и токсичные соединения. Позже было обнаружено, что все живые организмы содержат фосфор в своих клетках, хотя его назначение было неясным.
Фосфор в биологических системах "Фосфолипиды" являются основным источником фосфора в клеточных мембранах. В то время как белки и углеводы содержат мало фосфора, в некоторых конкретных случаях, таких как молочные белки или запасы семян растений, его количество может быть выше.
Нуклеиновые кислоты: Роль фосфора Дальнейшие исследования показали, что нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК, содержат значительное количество фосфора. Было обнаружено, что эти молекулы являются важными компонентами для различных клеточных процессов.
Структура нуклеотидов Нуклеотиды являются строительными блоками нуклеиновых кислот, таких как ДНК и РНК. Они состоят из молекулы сахара (рибозы или дезоксирибозы), фосфатной группы и азотистого основания (аденин, гуанин, цитозин, тимин/урацил). Сахар соединен с азотистым основанием гликозидными связями. Существует два типа оснований: пиримидины (цитозин/тимин/урацил) с шестичленными кольцами и пурины (аденин/гуанин) со слитыми кольцами.
Аденозин "Аденозин" является примером нуклеотида, который содержит аденин в качестве своего азотистого основания. Он состоит из сахара рибозы/дезоксирибозы, присоединенного к аденину посредством гликозидной связи. Аденозидмонофосфат может быть дополнительно модифицирован путем добавления дополнительных фосфатных групп в различных положениях.
Структура нуклеотидов Нуклеотиды состоят из сахара, фосфатной группы и азотистого основания. Количество фосфатных групп определяет тип: монофосфат (1), дифосфат (2) или трифосфат (3). Эти нуклеотидные цепочки образуют полимеры, каждая буква которых представляет собой нуклеотид.
Функция свободных нуклеотидов "Свободные" нуклеотиды играют решающую роль в клетках, обеспечивая энергию для биохимических реакций за счет присоединения фосфатов к их пятому положению. Аденозинмонофосфат является примером, в котором присоединен один фосфат, в то время как аденозинтрифосфаты содержат три присоединенных фосфата.
Синтез и разрушение Нуклеиновые кислоты синтезируются с использованием цепочечной структуры, образующейся путем соединения отдельных нуклеотидов посредством связей между сахарами и фосфатами. ДНК содержит дезоксирибозный сахар, в то время как РНК содержит рибозный сахар вместе с урацилом вместо тимина в качестве одного азотистого основания. Оба типа подвергаются гидролизу при нагревании, в результате чего образуются свободные пурины или пиримидины в зависимости от температурных условий.
Нестабильность сложноэфирных связей Сложноэфирные связи, образованные присутствием гидроксильных групп, нестабильны и могут легко разрушаться. Эта нестабильность вызвана образованием трех эфирных связей, что приводит к разрыву цепи в щелочных условиях.
ДНК и РНК: происхождение и функции "Было обнаружено, что нуклеиновые кислоты присутствуют в различных организмах, причем ДНК преимущественно извлекалась из животных источников, в то время как РНК была получена из дрожжей и растений. Вилочковая железа играет решающую роль в развитии иммунной системы на эмбриональных стадиях."
Структура и анализ нуклеиновых кислот "Исследователи разработали специальные методы окрашивания для анализа ДНК или РНК. Окрашивание хромосом показало, что ДНК в основном расположена внутри ядра, в то время как большая часть РНК находится в цитоплазме. Соотношение нуклеотидов незначительно варьируется у разных видов, но остается неизменным внутри отдельных клеток."