Чем «биологические» связи отличаются от химических?

Попытка определить структуру белка с помощью
ультрафиолетовой спектроскопии напоминает мне
определение структуры пианино по грохоту его падения
с длинной лестницы.

Френсис Крик (Francis Crick), один их первооткрывателей структуры ДНК.

Живые существа состоят из тех же атомов, что и неживые. Почему и как атомы в живом организме образуют сложные молекулы, которые не встречаются в неживой части природы?

Всё дело в связях, которые способны образовывать атомы в живом организме. Простая аналогия. Возьмите кубики детского конструктора, например Lego, и попробуйте сделать модель экскаватора или робота. Чем сложнее модель, тем больше вам понадобится типов кубиков, сочленений, шестеренок и ремней. В химии связью

называют взаимодействие электронов атомов и ядер атомов, приводящее к образованию молекул, макромолекул и кристаллов. Таблица типов химических связей, приведенная ниже, весьма приблизительна, поскольку не отражает полностью все аспекты взаимодействия электронов и ядер, которые определяются сложными уравнениями квантовой механики. Полная классификация химических связей до сих пор не построена и является одной из важнейших нерешенных проблем современной физики, химии и даже... биологии.

 

 

Химические связи между:
отдельными атомами	группами атомов и частями молекул
Ковалентные Полярные ковалентные Ионные Координационные	Ароматические Металлические Водородные Дипольные

Вот краткая характеристика некоторых типов связей. При образовании ковалентной связи один или несколько электронов «размазываются» между двумя атомами, а при образовании ионной — один или несколько электронов приближаются к одному из атомов за счёт электростатического притяжения с образованием взаимно притягивающихся ионов. Металлическая связь наблюдается в кристаллах, где, образно выражаясь, ионный каркас погружен в «море электронов». В живом мире наиболее важную роль играет очень слабая (по сравнению с ионной и ковалентной связью) водородная связь. Она образуется между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы.

 

Богатство живого мира основано на многообразии биологических молекул, которые состоят из повторяющихся фрагментов (мономеров) и хитроумных связей между ними. Молекула, состоящая из повторяющихся мономеров, соединенных химическими связями, которые образуют структурные единицы более крупной молекулы, называется полимером. Хотя большинство полимеров являются органическими, некоторые неорганические полимеры хорошо известны в быту, например силиконы. т.е. кислородсодержащие высокомолекулярные кремнийорганические соединения. Таким образом, любую конструкцию из куби­ков Lego, например робота, можно назвать «игрушечным полимером», состоящим из «кубиков-мономеров».

Одним из наиболее распространенных органических полимеров в живых организмах является белок, который служит поли­мером аминокислот. В настоящее время большие биологические молекулы, как правило, полимеры или содержащие полимеры, называют макромолекулами.

 

Пример макромолекулы белка

 

Как природа быстро и безошибочно (практически) генерирует и собирает столь сложные молекулы?

Как создается белок?

Как работает рибосома?

Рибосома — это одна из наиболее важных составных частей (органелл) клетки, которая, по сути, является фабрикой белка

.

 

Расположение рибосом на грубом эндоплазматическом ретикулуме (т.е. на сетке внутри цитоплазмы).

Внутри ядра клетки гены (ДНК) транскрибируются (переписываются) в РНК, которая затем преобразуется в информационную (или матричную) РНК (мРНК или mRNA). Потом мРНК попадает в цитоплазму, где рибосомами и транспортными РНК (тРНК или tRNA), несущими аминокислоты, она транслируется в белок. Каждый набор из трёх баз, кодон,

в тРНК обозначает аминокислоту в составе генерируемого белка.

Схема синтеза белка.

 

Природа с помощью рибосомы должна с удивительной точ­ностью подогнать элементы тРНК-кодон-мРНК, чтобы производить белок. Как такой сложной макромолекуле, как рибосома, удаётся создавать белок со столь поразительно высокой точнос­тью?

Многие компоненты клетки являются сложными наборами РНК и белков. Рибосома также является чудовищно сложной комбинацией мРНК и около 50-ти белков. Потому изучение её структуры и поведения представляет собой чрезвычайно слож­ную задачу.

 

 

Общий вид самой крупной модели рибосомы, созданной в Национальной лаборатории Лос-Аламос (США).

Рибосомы имеют фундаментально важное значение для рас­крытия загадки происхождения и эволюции живых организмов. Они считаются одними из наиболее древних свидетельств на­чального этапа жизни живых существ, которые доступны нам сегодня для изучения. Если сравнить генетический код рибосом в людях и бактериях, то можно заметить, что они очень подоб­ны. Большая часть ядра рибосомы идентична для всех живых организмов, генетический код которых расшифрован до насто­ящего времени.

Основные этапы изучения рибосом.

1900 г.— Джордж Палладе (George Palade) открыл новые органеллы (впоследствии названные рибосомами) с помощью электронного микроскопа.

1958 г.— Ричард Робертс (Richard Roberts) предложил на­звать новую органеллу рибосомой.

1974 г. — Альбер Клод (Albert Claude), Кристиан де Дюв (Christian de Duve), Джордж Паладе получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине «За открытия, касающиеся структурной и функциональной организации клетки».

2000 г. — полностью расшифрована атомная структура рибо­сомы 50S из клетки архея.

LifePlanet.org