Беседы об информатике

Аминокислоты обладают интересным свойством соединяться друг с другом, причем соединяться совершенно определенным образом с помощью пептидных (белковых) связей. Объединяются пептидными связями самые разные аминокислоты и в самых различных сочетаниях. Но поскольку пептидные связи образуются из «крайних» атомных групп, то получающиеся сложные молекулы похожи на нити. Такие нити называют полипептидами; от греческого слова «поли», что значит «много». Нити, состоящие из десятков и сотен аминокислот, образуют основу всех белков, а белки являются одним из четырех основных органических веществ живой материи (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры).

Молекулы белков содержат сотни и тысячи атомов, поэтому их молекулярные веса измеряются десятками, сотнями тысяч и даже миллионами. Молекула белка представляет собой сложное и изящное архитектурное сооружение. Полипептидная нить еще не молекула белка, только скелет, первичная структура.

Полипептидные нити не натянуты, как струны, а скручиваются — чаще всего в спирали. Спирали удерживаются в скрученном состоянии с помощью дополнительных связей — сшивок. В белках много атомов водорода и кислорода, которые, взаимодействуя между собой, образуют водородные связи. Эти связи и «сшивают» молекулу полипептида в разных местах, придавая ей вид спирали. Спирали получили название вторичной структуры.

Это еще не все. Сшивки между полипептидными нитями образуются не только с помощью водородных связей, но и с помощью атомов серы, входящих в состав одной из аминокислот, — дисульфидные связи.

Хорошо знакомый нам белок инсулин — гормон поджелудочной железы животных и человека — состоит из двух полипептидных нитей. Одна из них содержит 21, а вторая 30 аминокислот. Эти нити связаны друг с другом дисульфидными связями, то есть сшивками между атомами серы.

Спирали из одной или нескольких полипептидных нитей обладают удивительным свойством свертываться в клубки (глобулы) шарообразной или эллипсоидальной формы. Пространственно трехмерная форма белковых молекул называется третичной структурой белка.

Во многих музеях демонстрируются модели белковых молекул, составленные из проволочек и шариков. Они напоминают абстрактные скульптуры. Так или иначе, но и сама белковая молекула и ее модель представляет собой чрезвычайно сложное (сколько там атомов!) и подчас весьма изысканное сооружение. (Подобное сооружение со всеми его мельчайшими подробностями представляет собой молекулу конкретного белка. Даже если бы хоть одна аминокислота изменила пространственное расположение, получился бы совсем другой белок, с иными свойствами.

А теперь хотите узнать нечто любопытное? Полипептидные нити образуются из молекул отдельных аминокислот с помощью пептидных связей — это ясно. Но если составить раствор из аминокислот, взятых в любых пропорциях, никакого белка не получится. В растворе могут содержаться все 20 видов аминокислот или какая-то их часть, но такой раствор сколь угодно долго остается просто раствором несоединившихся друг с другом аминокислот!

Поэтому наш рассказ должен быть продолжен.

Чертеж жизни

Чтобы довести пример до конца, придется познакомиться еще с одной группой химических соединений — нуклеотидами. Молекулы нуклеотидов состоят из трех более мелких молекул: углевода (сахар), фосфорной кислоты и органического основания, прочно соединенных в единое целое. Структура молекулы нуклеотида показана на рисунке 1. Здесь 1 — фосфорная кислота, 2 — сахар, 3 — органическое основание. Черточки обозначают химические связи, соединяющие отдельные части молекулы.

Рис. 1.

Нуклеотиды различают по составу сахара и органических оснований. Химики условились разделять нуклеотиды (их называют также нуклеиновыми кислотами) на две группы по виду содержащегося в них сахара. Первая группа получила название рибонуклеиновой кислоты (РНК). В состав РНК входит пятиуглеродный сахар — рибоза. Вторая группа — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). В состав ДНК входит другой сахар — дезоксирибоза. Это тоже пятиуглеродный сахар, но содержащий на один атом кислорода меньше по сравнению с рибозой.

Нуклеотиды различают также по виду органических оснований. Всего имеется пять разновидностей органических оснований и соответственно пять разновидностей нуклеотидов. В состав ДНК входят четыре основания: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц). В состав РНК могут входить аденин (А), гуанин (Г), урацил (У), цитозин (Ц). Таким образом, кроме вида сахара, ДНК отличается от РНК еще и тем, что ДНК содержит в своем составе тимин и не содержит урацила, а РНК, наоборот, содержит урацил и не содержит тимина.