И.В.Березин
Ю.В.Савин
основы
(Общебиологическое введение.
Статическая биохимия)
Допущено Государственным комитетом СССР
по народному образованию в качестве
учебного пособия для студентов химических
специальностей университетов.
Издательство
Московского университета
1990

ББК 28.072
Б 48
УДК 577.1
Рецензенты:
кафедра биохимии химического факультета Донецкого
государственного университета (заведующий кафедрой
доктор химических наук, профессор А. Г. Г ершиков),
доктор биологических наук, профессор В. А. Сакс
Березин И. В., Савин Ю. В.
Б 48 Основы биохимии: Учеб. пособие. — М.: Изд-во МГУ,
1990. —254 с: ил.
ISBN 5—211—0047—8.
Учебное пособие представляет собой достаточно полный курс
биохимии для студентов химических факультетов университетов, выбравших
своей специализацией химическую энзимологию. Первая часть пособия
знакомит с биологическими понятиями, структурой и функциями клетки
и ее субклеточных образований, а также тканей и органов. Вторая часть
вводит студентов в современную биохимию. Она посвящена описанию
структуры и функций основных компонентов живой материи — белков,
нуклеотидов и нуклеиновых кислот, липндов, углеводов.
Б ""0000000 (4309000000)-180 ББК 28.072
077(02)—90
ISBN 5—211—00407—8 © Березин И. В., Савин Ю. В.,
1990 г.

Предисловие
Последние три-четыре десятилетия характеризуются
стремительным развитием биохимических исследований. Благодаря
совершенствованию физических, химических и физико-химических методов
выделения, очистки, анализа и изучения веществ живой природы на
базе классической биохимии за это время возникли новые научные
направления: молекулярная биология, биоорганическая и
бионеорганическая химия, биофизхимия, физическая биохимия,
физико-химическая биология, химическая энзимология и другие, более узкие.
На основе их фундаментальных достижений получила признание
как прикладное направление биотехнология.
В связи с тем что в современных биохимических исследованиях
широко используются физические и химические методы и подходы,
компьютерная техника и математическое моделирование, возрастает
необходимость в специалистах-биохимиках с глубокими знаниями по
химии, физике и математике. Эта тенденция стала заметна, в
общем, давно. О необходимости определенной переориентации в
подготовке специалистов-биохимиков высказались еще 20 лет назад
академик А. А. Баев и проф. А. М. Варшавский. В предисловии к
знаменитому переводному учебнику «Основы биохимии» Г. Малера
и Ю. Кордеса они писали: «К сожалению, по традиции
биологическую химию у нас до сих пор относят к разряду
биологических дисциплин и поэтому готовят специалистов-биохимиков в
медицинских институтах и на биологических факультетах. Между тем
биохимия в ее современном виде уже давно является по существу
разделом химии. Безусловно, меньшим злом для биохимика была бы
недостаточно хорошая подготовка по ботанике и зоологии, чем
слабое знание математики, физики и химии».
Необходимость преподавания биохимии как
общеобразовательного и специального предмета на химических факультетах,
кажется, уже не оспаривается (отметим, кстати, что подготовка
специалистов по биофизике и на биологических и на физических факуль-
3

тетах университетов никогда не считалась ненужным
дублированием). Уже второй десяток лет химический факультет МГУ (кафедра
химической энзимологии) готовит специалистов по
ферментативному катализу, т. е. в одной из главных областей биохимии. Хотя
уровень их специальных знаний, судя по отзывам, оценивается весьма
высоко, постоянно ощущалась необходимость расширить их
общеобразовательную подготовку по биохимии в целом, сделать ее более
системной. Для этого несколько лет назад был введен курс лекций
объемом 54 часа. Он читается студентам IV курса после
завершения ими общей химической, физической и математической
подготовки, но до того, как они начнут слушать спецкурсы. Цель этого
вводного курса — помочь студентам получить в определенном
смысле «начальное», но широкое базовое образование по всем
аспектам современной биохимии, что дало бы им возможность в
дальнейшем легко адаптироваться в любом более узком научном
направлении биохимического или даже медико-биологического
профиля. Особенность этого курса лекций в том, что он рассчитан на
студентов не биологических или медицинских, а химических и
других факультетов. Кроме того, для его восприятия не требуется
предварительно хорошая подготовка по химии, физике или
математике, равно как и по биологии. Активным сторонником такого
подхода выступает биохимик, ученый и педагог А. Ленинджер. Он
считает, что наступило время, когда вводный курс биохимии
должен быть включен в программу не только биологических и
медицинских, но и химических, физических и других факультетов
высших учебных заведений. А. Ленинджер обосновывает свою точку
зрения положением, которое занимает сегодняшняя биохимия в
современном естествознании, и той ролью, которую она играет в
становлении мировоззрения любого образованного человека,
независимо от рода его деятельности, и в понимании им важности бережного
отношения к живой природе и здоровью людей.
Предлагаемая читателям книга содержит материал лишь первой
половины того вводного курса лекций по биохимии, о котором речь
шла выше. В нее вошли общебиологическое введение в биохимию
и статическая биохимия.
Общебиологическое введение знакомит со строением и
разнообразием живой природы на уровне клетки, тканей, органов,
организмов. Здесь собран и систематизирован материал, который
обычно мало известен студентам небиологических специальностей,
но который непременно понадобится будущим биохимикам.
Статическая биохимия знакомит со строением и свойствами
основных веществ живой природы на молекулярном уровне. Везде,
где это важно, упоминается их функциональное назначение. Здесь
собран и систематизирован материал, который в общих курсах
даже на химических факультетах дается в весьма отрывочном виде.
Хорошее знание строения и свойств основных химических
компонентов живой природы, несомненно, облегчит в дальнейшем
освоение разделов биохимии, посвященных протеканию биологических
процессов.
4

Общебиологическое введение и статическая биохимия, таким
образом, могут рассматриваться как базовая «азбука», т. е. основа
для тех, кто собирается овладеть «языком» биохимии. В
дальнейшем предполагается издать и материал по второй половине курса
лекций, в который войдут главы по динамической биохимии и
молекулярной биологии с возможным включением материала по
функциональной биохимии.
По форме учебное пособие представляет собой конспект лекций.
Это означает, что основная информация размещена на рисунках, а
текст часто идет как сжатый комментарий к ним. Авторы
надеются, что представленное учебное пособие окажется полезным
студентам химических и других факультетов, а также выпускникам этих
факультетов, имеющим научные интересы в той или иной области,
расположенной на стыке химии, физики и биологии.
В заключение хотелось бы поблагодарить профессоров Н. Н.
Угарову, Л. К. Яцимирского, С. Д. Варфоломеева, доктора
биологических наук А. М. Егорова, а также заведующую редакцией
Издательства МГУ Н. М. Глазкову за помощь, оказанную при работе
с рукописью и позволившую завершить ее, несмотря на
неожиданную и тяжелую утрату — кончину Ильи Васильевича Березина.
Хотелось бы также выразить признательность К. И. Саутиевой и
В. В. Зайцеву за тщательную техническую подготовку рукописи к
печати.
Ю. В. САВИН

Введение
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ БИОХИМИИ
§ 1.
Предмет биохимии
Всякая наука определяется объектом, методами и целями
изучения. Что с этой точки зрения представляет собой биохимия?
Само ее название говорит лишь о том, что она каким-то образом
связана как с биологией, так и с химией. Каким же?
Химия — это наука, которая изучает состав, строение,
свойства и превращения веществ природы с целью их получения и
синтеза новых веществ в интересах человека.
Биология—это наука, которая изучает многообразие
организмов живой природы, их строение и функционирование,
взаимоотношения со средой обитания с целью лучшего познания
человека и определения его места в живом мире.
В связи с тем что в определении биологии использован
термин «живая природа», необходимо уточнить, чем она отличается
от остальной, т. е. неживой, природы.
Отличительные признаки живой природы:
1) сложность строения при весьма небольшом разнообразии
простых составных компонентов;
2) высокая степень внутренней организации со строго
определенной функцией у каждой составной части;
3) способность поддерживать живое состояние за счет
извлечения энергии и материи из окружающей среды;
4) способность воспроизводить себя неопределенно долго.
Исходя из определения химии и биологии, становится
понятным, как с ними связана биохимия. Биохимия — это химия,
потому что она изучает состав, строение, свойства и превращения
веществ, а биологической она становится, во-первых, потому, что
изучает не всякие вещества, а лишь те, которые встречаются и
претерпевают различные превращения в живой природе, и, во-
вторых, потому, что это изучение направлено на понимание
функционирования живых объектов.
6

Итак, биохимия — это наука, которая изучает состав,
строение и свойства веществ живой природы, а также их превращения
в процессе жизнедеятельности живых объектов с целью
познания молекулярных основ жизни. Решение этой последней задачи
влечет за собой прогресс в областях знаний, затрагивающих
здравоохранение и условия жизни человека, а в итоге дает
возможность получить ответ на кардинальный вопрос
естествознания о происхождении жизни.
§ 2.
Современная биохимия — качественно
и количественно новый этап
в развитии биохимии
Развитие всякой науки происходит скачкообразно. Период
количественного накопления фактов завершается на определенном
этапе открытием ряда общих закономерностей и созданием
обобщающих теорий, которые становятся качественно новой базой
для нового количественного накопления фактов.
Например, в развитии химии известны три периода.
Алхимия— донаучный период накопления экспериментальных данных
с древних времен до XVIII в. Новая химия возникла в середине
XVIII в. с открытием первых количественных законов и
утверждением атомистической теории в работах Ломоносова, Лавуазье,
Дальтона. Современная химия началась с открытия Д. И.
Менделеевым периодического закона, который систематизировал
накопленные в предыдущем периоде знания и позволил с
качественно новой точки зрения не только объяснить
экспериментальные данные, но и предвидеть новые,
В развитии биохимии также можно выделить три периода.
Донаучная биохимия — период накопления практических
знаний (выпечка хлеба, приготовление сыра, вина, пива, выделка
кож и т. д.) с древних времен до середины XIX в.
Биохимия классическая выделяется как самостоятельная
наука из физиологии во второй половине XIX в. Ее возникновение
связано с понятным желанием объяснить физиологические
процессы с помощью химических реакций. Но как биохимики могли
приступить к решению этой химической задачи, если много
десятков лет им пришлось работать не с чистыми веществами, а
с суспензиями тканей, тканевыми жидкостями и т. д.? По этой
причине классическую биохимию справедливо не относят к
химическим наукам.
Современная биохимия возникла на базе классической во
второй половине XIX в. с переходом биохимических исследований
на качественно новый уровень — молекулярный. Это стало
возможным благодаря совершенствованию к этому времени
химических, физических и физико-химических методов выделения,
очистки, анализа и изучения веществ живой природы.
Качественно новый уровень исследований повлек за собой количествен-
7

ное расширение биохимических направлений. Так, на базе
классической биохимии возникли молекулярная биология,
биоорганическая и бионеорганическая химия, биофизхимия и физическая
биохимия, физико-химическая биология, химическая энзимология
и другие, которые отличаются друг от друга лишь
исследовательскими методами и подходами, выбором конкретных
биологических объектов, а преследуют все ту же цель биохимии —
познание химических основ процессов жизнедеятельности.
Качественно новый уровень исследования — молекулярный, т. е.
химический, позволяет отнести современную биохимию к химическим
наукам.

Часть 1
ОБЩЕБИОЛОГИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
§ 1.
Классификация живых объектов
по характеру взаимодействия
с окружающей средой
Как видно из приведенного выше определения живого,
функционирование живых объектов обеспечивается поступлением из*
внешней среды, во-первых, материи, из атомов которой (С, Н,
N, S, Р и др.) они синтезируют свои собственные структуры, и,
во-вторых, энергии, за счет которой и протекает биосинтез.
В связи с этим все живые организмы принято делить (рис. 1.1)
1) по виду используемой материи на:
литотрофы (автотрофы), которые потребляют простые
неорганические соединения, такие, как С02, H20, N2, NH3,
H2S, Н2Р04~ и др., и органотрофы (гетеротрофы), которые
потребляют различные органические соединения;
2) по виду используемой энергии на:
фототрофы, использующие энергию света, и хемотрофы,
использующие энергию химических связей материи,
которая поступает из внешней среды;
3) по отношению к атмосферному кислороду на:
аэробы, которые используют кислород в качестве
окислителя, в его отсутствие они гибнут; анаэробы
факультативные, которые могут использовать кислород в качестве
окислителя и не погибают в его отсутствие; анаэробы облигат-
ные, для которых кислород является метаболическим ядом.
У фотолитотрофов, например у зеленых растений, водорослей,
цианобактерий, в процессе фотосинтеза выделяется кислород:
яН20 + пС02 S- (СН20)п + Ю2. (1.1)
У других фотолитотрофных, а именно у пурпурных серных
бактерий, фотосинтез идет без выделения кислорода:
hv
2nHaS + nCOa -> (CH30)n + 2nS + nH20. (1.2)
9

Рис. 1.1. Классификация живых объектов по характеру взаимодействия с
окружающей средой
Хемолитотрофы — это некоторые виды бактерий, например
нитрифицирующие (азробы), которые ассимилируют С02 за счет
энергии реакции окисления кислородом:
2NH4++502^2N03-+4H20, (1.3)
или денитрифицирующие (анаэробы), ассимилирующие СО2 за
счет энергии окисления нитратом:
10S + 12NO3-+4H2O-^10SO42-+6N2 + 8H+. (1.4)
Органотрофы (гетеротрофы) подразделяются на фото- и
хемоорганотрофы.
Фотоорганотрофы, например несерные пурпурные бактерии, в
качестве источника углерода нуждаются помимо С02 еще и в
простых органических соединениях, таких, как этиловый или изо-
пропиловый спирты и др.:
kv
яСН3СН2ОН + пС02 -> (СН20)п + пСН3СООН. (1.5)
Хемоорганотрофы являются основными представителями органо-
трофов (гетеротрофов). Они питаются за счет литотрофов (авто-
трофов) или других органотрофов (гетеротрофов). По типу пи-
10

тания хемоорганотрофы в свою очередь подразделяют на сапро-
фиты — организмы, питающиеся остатками других организмов
или продуктами их жизнедеятельности (большинство грибов и
многие типы бактерий); паразиты — живут на поверхности или
внутри других организмов, питаясь за счет их (некоторые грибы,
многие типы бактерий, некоторые растения и животные); голо-
зойные организмы — это большинство животных, которые
отыскивают и поедают другие организмы.

Раздел А
КЛЕТКА
Клетка — наименьшая структурная и функциональная
единица живой материи. Клетка, как и всякая живая материя, состоит
из молекул различных веществ, которые взаимодействуют по
законам химии и физики, однако только в составе клетки это
взаимодействие приводит к проявлению признаков живой материи.
Наименьший размер клетки ограничен размерами составляющих
ее молекул, наибольший размер определяется законами
диффузии веществ извне и внутри клетки. Так как с ростом клетки ее
поверхность увеличивается пропорционально квадрату радиуса, а
объем — пропорционально кубу радиуса, то, начиная с какого-то
размера, клетка будет испытывать недостаток питательных
веществ и станет нежизнеспособной.
На основании особенностей структуры и функционирования
все клетки делят на прокариотические («доядерные») и эукарио-
тические (с хорошо сформированным ядром). Прокариотические
клетки представлены в природе организмами, называемыми
прокариотами, эукариотические — эукариотами.
Глава 1
ПРОКАРИОТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ
§ 1.
Распространенность,
формы, размеры
Прокариотические клетки представлены в живой природе
только бактериями — большинством микроорганизмов, на долю
которых приходится три четверти живой материи на Земле.
Встречаются бактерии разной формы: палочковидные — бациллы
(bacillus); шаровидные — кокки (coccus), причем если они
составлены из одной или двух клеток, то называются соответственно
гонококками и диплококками, если собраны в нить, то это
стрептококки, если имеют вид гроздьев — стафилококки; бактерии
в виде запятой — вибрионы (vibrio), например холерный вибрион;
в виде слабозакрученной спирали — спириллы (spirillum); в
виде сильнозакрученной спирали — спирохеты (spirochaetales).
Обычные размеры бактерий — единицы и десятки
микрометров, но бывают бактерии длиной до сотен микрометров, например
спирохеты (до 500 мкм), к которым относится возбудитель
сифилиса.
12

§ 2.
Строение
Строение прокариотической клетки отражено на рис. 1.2.
Снаружи клетка покрыта оболочкой, отделяющей содержимое
клетки от внешней среды. Клеточная оболочка обладает
способностью пропускать внутрь необходимые питательные вещества, а
пиль
меточная оболочка
и Ьнешняя мембрана
у граматрицательных/
бактерий
мезосома
цитоплазма
плазматическая
„мембрана—
клеточная оболочка
у грампаложительных
бактерий
пиль
ядерное
тельце
полисома
рибосома
мембранные структуры
с хлорофиллом, имеющиеся
у цианобактерий
клеточная
стенка
зерна запасных
беществ
плазмида
Рис. 1.2. Строение прокариотической клетки
наружу — продукты жизнедеятельности клетки. Все бактерии по
способности окрашиваться или не окрашиваться по Граму (при
последовательном использовании красителя кристаллического
фиолетового, йода и сафранина) делятся на грамположительные
и грамотрицательные соответственно. Это деление связано с
двумя видами построения клеточных оболочек. У грамположитель-
13

ных она состоит из плазматической мембраны, состоящей из ли-
пидов и белков, и расположенной поверх ее жесткой толстой
клеточной стенки, структурная основа которой — полисахариды,
сшитые короткими пептидами. У грамотрицательных бактерий
плазматическая мембрана покрыта тонкой полисахаридной
клеточной стенкой, которая в свою очередь защищена наружной
мембраной из липидов, белков и липополисахаридов.
Плазматическая мембрана у всех клеток имеет практически одинаковую
толщину и одинаковое строение (см. разд. «Липиды»). Ее
особенность в том, что она содержит большое число связанных с
ней ферментов, обеспечивающих снабжение клетки химической
энергией в виде АТФ за счет поступающих извне питательных
веществ или света; направленный транспорт веществ через
мембрану за счет энергии АТФ; синтез клеточной стенки.
Клеточная стенка поддерживает форму бактерий и
предохраняет их от осмотического разрыва.
Протопласты и сферопласты — это соответственно грамполо-
жительные и грамотрицательные бактерии, искусственно
лишенные клеточных стенок и сохраняемые в гипертонической среде
для сохранения их целостности.
Мезосомы — многослойные структуры, образованные
складками плазматической мембраны. Они имеются не у всех
бактерий. Мембраносвязанные ферменты мезосом участвуют во многих
обменных реакциях, в частности в репликации ДНК.
Цитоплазма — внутренняя среда клетки, где протекает
большинство обменных процессов.
Цитозоль — жидкая часть цитоплазмы.
Рибосомы — гранулы с максимальным диаметром около
20 нм, состоящие из РНК и белков. На рибосомах протекают
реакции синтеза клеточных белков.
Полисомы, или полирибосомы, представляют собой нить
информационной РНК, с нанизанными на нее в виде бусин
рибосомами.
Ядерное тельце (нуклеоид) — плотно упакованная кольцевая
двухцепочечная ДНК- Эта единственная «хромосома» несет в себе
основную генетическую информацию клетки. Она не отделена
мембраной от цитоплазмы.
Плазмиды — внехромосомные кольцевые ДНК очень
небольшого размера, находящиеся в цитоплазме. В них закодирована
важная информация, определяющая жизнедеятельность клетки в
определенных условиях, в частности структура ферментов,
обезвреживающих некоторые антибиотики.
Эписомы — это плазмиды, способные в определенных
условиях встраиваться в хромосомную ДНК. Эписомы, способные
покидать хромосомы, захватывая с собой части хромосомной ДНК,
называют фактором пола (фактором F).
Пили (фимбрии) — тонкие прямые и полые волоски,
покрывающие клеточную оболочку. Через половые пили (F-пили)
происходит перенос ДНК от одной бактерии к другой.
14

Жгутики (флагеллы) — длинные нити, более толстые, чем
пили, часто собранные в пучки. Их вращение заставляет
бактерию 'поворачиваться в обратном направлении и продвигаться
вперед. Вращение жгутиков бактерий обеспечивается своеобразным
«протонным мотором», находящимся в плазматической мембране.
Различные гранулы, содержащие запасенные вещества, могут
также находиться в цитоплазме бактерий. Это могут быть гранулы
поли-р-оксимасляной кислоты, гликогена, полиметафосфата,
белка, капельки жира.
Вакуоли — капельки изолированной водной фазы с
растворенными веществами.
Таким образом, в прокариотической клетке существует
примитивное разделение функций: клеточная стенка
выполняет защитную функцию, мембрана обеспечивает поступление
питательных веществ и извлечение из них химической энергии,
полирибосомы синтезируют белки, нуклеоид и плазмиды хранят
и передают генетическую информацию и т. д.
§ 3.
Размножение
Размножение бактерий происходит обычно путем простого
деления клетки пополам. Перед делением количество ДНК в
ядерном тельце удваивается, и затем клетка делится так, что
дочерние клетки получают ДНК, идентичную родительской до
удваивания. В определенных условиях некоторые виды бактерий
способны размножаться и путем конъюгации, в процессе
которой происходит либо слияние двух клеток, либо перенос одной
из цепей ДНК через пиль одной бактерии в другую. Затем в
клетке происходит обмен генетическим материалом, и после
деления дочерние клетки получают ДНК, которая несет
информацию, полученную от двух клеток.
§ 4.
Многообразие
Многообразие прокариотических клеток определяется
многообразием бактерий, которых насчитывается около 3000 видов.
Все бактерии принято делить на 20 групп. Классификация их
основана одновременно на многих признаках: форме, способности
окрашиваться по Граму, способе питания, способности к
спорообразованию, выделению определенных продуктов, отношению к
кислороду и др.
Особо отметим четыре группы бактерий.
Цианобактерии, которые также называют синезелеными
водорослями, — единственные фотосинтезирующие бактерии,
способные выделять молекулярный кислород.
15

Риккетсии — примитивные бактерии с очень ограниченными
потребностями в питательных веществах, способные жить и
размножаться лишь внутри клеток-хозяев.
Микоплазмы — отличающиеся наименьшими размерами
(диаметр около 300 нм) и отсутствием жесткой клеточной стенки.
Меняя форму, они способны проникать через отверстия с
размером меньше, чем их собственный. Могут жить только как
паразиты в других организмах.
Спорообразующие бактерии при неблагоприятных внешних
условиях образуют внутри себя спору — микроклетку с
необходимым запасом питательных веществ и генетического материала,
для которой характерны крепкая защитная оболочка и почти
полное отсутствие воды. После разрушения клетки спора может
находиться в неблагоприятных условиях неопределенно долго.
Однако при попадании в благоприятную среду она вновь
превращается в нормальную бактерию.
В последнее время стало общепринятым выделять метаноген-
ные бактерии (выделяют в процессе жизнедеятельности метан),
галобактерии (живут в средах с достаточно высокой
концентрацией солей), термоацидофилы (живут в кислой среде и при весьма
высоких температурах) в особую группу архебактерий. Это
выделение связано с особенностями их молекулярного строения и
биохимического функционирования. Все другие бактерии
называют истинными, или эубактериями.
Глава 2
ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ
§ 1.
Распространенность,
формы, размеры
К эукариотическим клеткам относятся клетки всех
организмов, кроме бактерий: простейших одноклеточных
микроорганизмов, грибов, водорослей, растений и животных. По сравнению с
прокариотами эукариоты более многочисленны, и число их видов
исчисляется миллионами.
Эукариотические клетки очень разнообразны по форме и
размерам. Некоторые из них огромны, например яйцеклетка курицы
(желток) или очень длинны, например некоторые нервные клетки
с отростками (аксонами) у кальмара, достигающими нескольких
метров. В целом же эукариотические клетки значительно больше
и сложнее, чем прокариотические. Они чаще всего имеют диаметр,
измеряемый десятками микрометров, и объем в несколько тысяч
раз больший, чем прокариотические.
16

§ 2.
Строение
Эукариотические клетки отличаются хорошо оформленным
ядром и большим количеством субклеточных органелл, некоторые
клетки многоядерные. На рис. 1.3 представлена «обобщенная»
эукариотическая клетка. Рассмотрим ее субклеточные структуры,
начиная от центра к периферии.
Ядро отделено от остального содержимого клетки ядерной
оболочкой, которая состоит из внешней и внутренней мембран и
перинуклеарного пространства между ними шириной 20—40 нм.
Строение ядерных мембран аналогично строению плазматической
мембраны. Ядерная оболочка имеет многочисленные поры
(диаметром до 100 нм). Хроматин — содержимое ядра, назван так за
способность окрашиваться определенными красителями. Он
представляет собой смесь ДНК (35%), РНК (5%) и белков (60%).
В период, когда клетка не делится, хроматин распределен
равномерно в ядерном соке (нуклеоплазме) и состоит из видимой
только в электронный микроскоп сети хроматиновых нитей. В начале
деления клетки хроматиновые нити путем закручивания в
суперспирали образуют плотные образования — хромосомы, видимые
в обычный микроскоп. На рис. 1.4 показан хромосомный набор
человека. Ядро — место синтеза ДНК и РНК.
Ядрышко — более плотная, чем хроматин, и лучше
окрашивающаяся структура в ядре. Во время деления клетки ядрышко
исчезает. Оно содержит большую часть ядерной РНК. Это место
образования рибосом. В ядре может быть несколько ядрышек.
Цитоплазма эукариот имеет более тонкую структуру, чем про-
кариотическая. Помимо жидкой фазы — цитозоля — у нее есть
цитоскелет, который представляет собой густую сеть микронитей,
миофиламентов и микротрубочек. Он обеспечивает сохранение
формы клеток, особенно у животных, имеющих довольно мягкие
оболочки, а также относительно фиксированное положение
многочисленных субклеточных образований (органелл).
Эндоплазматический ретикулум (ЭР) — это сложная
разветвленная трехмерная сеть каналов и полостей, пронизывающая всю
цитоплазму. Стенки каналов и полостей (цистерны) имеют
мембранное строение, сходное с плазматической мембраной.
Шероховатый ЭР отличается от гладкого ЭР наличием рибосом на
наружной стороне мембран, образующих каналы и цистерны.
Основная функция первого — синтез белков. Углеводы и липиды
синтезируются на наружной стороне мембран гладкого ЭР.
Синтезированные белки, углеводы и липиды проникают через
мембраны ЭР на их внутреннюю сторону и по каналом ЭР
доставляются к местам назначения. Цистерны играют роль накопителей
синтезированных веществ.
Рибосомы эукариотических клеток несколько крупнее, чем про-
кариотических. Они состоят из комплексов РНК с белками и,
так же как в прокариотических клетках, не имеют мембраны.
17

Рис. 1.3. Строение эукариотическои клетки

Комплекс Гольджи представляет собой стопку образованных
из одинарных мембран плоских полостей и трубочек. По краям
можно видеть отдельные пузырьки, оторвавшиеся от основного
тельца. Комплекс Гольджи обычно находится где-либо неподале-
(()(К (1К 0
1 1 3 Ч 5 В
\\ \\ (1 П (С И
7 8 9 10 11 1Z
If ft H И и и
13 It 15 IS 17 18
\\ IS ft* Д4 \%
19 20 21 22 XY
А
(Пнин?»
11 3 ¥ 5 6
«Й и а»и
7 8 9 10 11 1Z
« Л A f| И *<
13 14 15 IS 17 18
1% U Д* $t II»
19 20 21 22 XX Y
В
0 fl u н и »
/ Z J * 5 6
II П U II It ft
7 8 9 /0 11 IZ
дд о II л t< «>
re
13 14 15 16 /7
It *I *' '# J*
19 20 21 22 XX
Б
спгтл
/ Z 3 4 5 5
■X W Htf 11(1
7 5 5 /0 11 IZ
II 41IIU U U
/J /4 15 16 17 18
ffl tt A» + '
19 20 21 22 X
Г
Рис. 1.4. Хромосомный набор человека: мужской (А), женский (Б),
генетические аномалии (В, Г)
ку от ядра, но в некоторых клетках, например в нервных, он
целиком его окружает. В растительных клетках он называется дик-
тиосомой. Синтезированные в ЭР соединения сначала поступают
в комплекс Гольджи, накапливаются там, модифицируются, а
затем в виде пузырьков транспортируются к местам назначения в
клетке или же выводятся вне ее (экзоцитоз). На мембранах ком-
19

плекса Гольджи синтезируются также собственные липиды и
углеводы. Комплекс Гольджи отсутствует в эритроцитах и
сперматозоидах.
Лизосомы — окруженные одинарной мембраной небольшие
пузырьки, которые содержат ферменты, расщепляющие белки,
липиды, углеводы, уже ненужные клетке или чужеродные.
Микротельца — органеллы, похожие на лизосомы, но часто
отличающиеся от последних наличием внутри темного пятна,
представляющего собой кристаллы белка. Пероксисомы — это
микротельца животных и растительных клеток, содержащие
группу ферментов, в результате действия которых образуется или
используется перекись водорода. Глиоксисомы — это микротельца
растительных клеток, содержащие группу ферментов глиоксилат-
ного цикла, которые позволяют синтезировать углеводы из
жирных кислот липидов.
Вакуоли — это пузырьки с одинарной мембраной. Они
содержат различные продукты метаболизма. В клетках молодых
растений они невелики по размерам, но с возрастом их размеры
значительно увеличиваются. В клетках животных они
встречаются редко.
Гранулы — запасы питательных веществ. Они содержат в
твердом виде белки, полисахариды (гликоген, крахмал), липиды.
Капельки жира — это способ запасания жидких липидов.
Митохондрии — довольно большие органеллы с двойной
мембраной и сложной внутренней структурой, представляющей
собой многочисленные складки (кристы) внутренней мембраны.
Митохондрии содержат ферменты, способные превращать с
помощью окислителя (02) химическую энергию связей питательных
веществ в универсальный энергоноситель АТФ (см. раздел «Нук-
леотиды»). Митохондрии содержат также небольшую кольцевую
ДНК и рибосомы, похожие на бактериальные. При делении
клетки митохондрии также делятся.
Пластиды — органеллы растительных клеток, значительно
большие, чем митохондрии, но, как и последние, имеющие
внешнюю и внутреннюю мембраны. При делении клетки они тоже
делятся. Пластиды бывают трех видов: хлоропласты, хромопласты
и лейкопласты. Все три вида способны трансформироваться друг
в друга. Хлоропласты — это пластиды, содержащие в качестве
основного пигмента хлорофилл и способные к фотосинтезу.
В хлоропластах внутренняя мембрана образует во всем
пространстве органеллы дискообразные тилакоидные пузырьки,
объединенные в граны. Хлоропласты находятся в клетках зеленых частей
растений. Подобно митохондриям, они содержат ДНК-
Хромопласты в отличие от хлоропластов содержат помимо хлорофилла
и другие пигменты из группы каротиноидов (см. раздел
«Липиды»). Присутствием хлоропластов объясняется желтая,
оранжевая, красная окраска цветов, плодов и осенних листьев.
Лейкопласты — бесцветные пластиды, в которых растительные
клетки запасают крахмал и масла.
20

Важную роль в организации деления хромосом играет
клеточный центр. У животных клеток он представлен двумя
маленькими тельцами — центриолями.
Клеточная оболочка отделяет содержимое эукариотической
клетки от окружающей среды. У растительных клеток она
состоит из плазматической мембраны, защищенной снаружи жесткой
клеточной стенкой. У животных клеток клеточная оболочка
состоит из мягкой плазматической мембраны.
Клеточная стенка растительных клеток создает форму
клетки и выполняет защитную функцию. Ее структурной основой
являются нити целлюлозы, сцементированные смесью
полисахаридов, белков и сложноразветвленного полимера лигнина,
содержащего в своих цепях ароматические остатки (см. раздел
«Углеводы»).
Плазматическая мембрана регулирует обмен содержимого
клетки с внешней средой. У всех клеток она состоит из липидов
и белков. Плазматическая мембрана иногда образует складки,
уходящие глубоко внутрь клетки, вплоть до ядерной мембраны,
соединяясь с последней. Способность некоторых одноклеточных
микроорганизмов, например амёб, а также определенных клеток
животных, например лейкоцитов, поглощать довольно крупные
частицы питательных веществ, твердые (фагоцитоз) или жидкие
(пиноцитоз), обусловлена свойствами плазматической
мембраны. Это происходит следующим образом: мембрана с
«прилипшей» частицей образует впадину, края которой затем смыкаются.
Микросомы — небольшие (диаметром около 100 нм)
пузырьки, образованные из мембран ЭР и (или) плазматической
мембраны. На их внешней стороне могут находиться рибосомы.
Микросомы образуются после разрушения клеток и выделяются путем
центрифугирования. В живых клетках не обнаруживаются.
Микроворсинки — это мелкие тонкие выросты плазматической
мембраны животных клеток, значительно увеличивающие их
поверхность.
Реснички — образования длиннее и толще, чем микрбворсин-
ки. Внутреннее устройство их таково, что они способны к
вращательному движению за счет потребления энергии АТФ. Их
функция — передвигать вещества вдоль клетки или обеспечивать
движение последней.
Такое же строение имеют жгутики, но они в несколько раз
длиннее. Вращаясь, жгутики обеспечивают одиночным клеткам
быстрое продвижение.
§ 3.
Образование многоклеточных структур
Эукариотические клетки отличаются от прокариотических тем,
что, взаимодействуя друг с другом, способны образовывать
сложные многоклеточные структуры — ткани, органы, организмы.
21

Удержание эукариотических клеток вместе достигается
различными способами.
В отсутствие прямого контакта это происходит 1) за счет
склеивающего действия межклеточного вещества, в состав
которого входят белки. Поэтому при разрушении белков, например
ферментативным путем, клетки разъединяются.
Полупрямой контакт возникает путем 2) образования десмо-
сом (перегородчатых соединений) — правильно расположенных
многочисленных мембранных перегородок между неплотно
прилегающими плазматическими мембранами соседних клеток;
3) с помощью коротких или длинных гибких клеточных
отростков (нитей), через которые клетки могут обмениваться
содержимым цитоплазмы.
Прямой контакт достигается за счет образования плотных
соединений, что может быть связано с 4) зацеплением клеточных
оболочек путем их взаимопроникающих впячиваний-выпячива-
ний; 5) простым слиянием плазматических мембран в местах
контакта; 6) образованием щелевых контактов, т. е. достаточно
крупных пор в соприкасающихся клеточных оболочках, 7)
образованием плазмодесм — мембранных трубочек, пронизывающих
жесткие стенки растительных клеток и обеспечивающих обмен
цитоплазмой между ними.
Особые формы объединения эукариотических клеток в
многоклеточных организмах — это синцитии и симпласты, когда
клетки частично или полностью сливаются. Синцитии (или сокле-
тия) — это такое объединение клеток в единое целое, когда они
соединяются между собой через плазматические отростки (нити)
или щелевые контакты, что позволяет им достаточно свободно
обмениваться содержимым цитоплазмы, при этом их ядра
сохраняют свою функциональную самостоятельность. В симпластах
границы между отдельными клетками практически исчезают, и
образуется единая структура (или огромная клетка), в которой
множество ядер расположены в общей цитоплазме.
§ 4.
Размножение
По типу размножения эукариотические клетки можно
разделить на две группы. К первой относятся все клетки, кроме тех,
которые ответственны за размножение организма в целом. У
растений они называются вегетативными, у животных —
соматическими. Они образуются путем митоза — процесса,
при котором дочерняя клетка получает столько же
генетического материала, сколько его было у родительской клетки. Иногда
размножение клеток происходит простым делением (амитоз).
Вторую группу составляют специализированные клетки,
ответственные за размножение организма в целом. Это — половые
клетки. Они образуются путем мейоза — процесса, при ко-
22

Рис. 1.5. Митоз: интерфаза (Л),
профаза (Б), метафаза (В),
анафаза (Г), телофаза (Д)
Д 4-

тором дочерняя клетка получает вдвое меньше генетического
материала, чем было у родительской клетки.
Митоз. Это непрерывный процесс, который условно можно
разделить на четыре стадии (рис. 1.5): профаза, метафаза,
анафаза, телофаза; В большинстве клеток митоз происходит в
течение 0,5—3 ч, а подготовка к нему (интерфаза) занимает более
продолжительное время (10—30 ч).
Интерфаза. Удваивается генетический материал за счет
репликации ДНК. Синтезируются белки, которые участвуют в
клеточном делении. Синтезируется АТФ, без запаса которой
деление клетки невозможно. Увеличивается число некоторых
субклеточных структур, например митохондрий, хлоропластов.
Профаза. Ядро увеличивается в размерах. Нити хроматина,
каждая из которых претерпела в интерфазе репликацию,
образуют суперспирали и превращаются в видимые в обычный
микроскоп хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух сцепленных
друг с другом (результат репликации) хроматид. Место
сцепления называют центромерой. Затем в клетке возникают полюсау
которые как бы управляют дальнейшим делением. В животных
клетках центриоль делится, и дочерние центриоли расходятся к
полюсам клетки. В растительных клетках полюса возникают без
центриолей. Затем в направлении от полюсов к экватору
протягиваются микротрубочки (15 нм) — нити веретена деления, часть
которых присоединяется к центромерам хромосом. Ядерная
оболочка и ядрышко исчезают.
Метафаза. Хромосомы выстраиваются вдоль экватора. Эта
стадия протекает быстрее, чем профаза.
Анафаза. Хромосомы в центромерах разделяются на хро-
матиды, которые расходятся к противоположным полюсам.
Телофаза. Вокруг собравшихся у полюсов хроматид
(теперь уже называемых дочерними хромосомами) образуется
ядерная оболочка. Животная клетка делится пополам. В
растительной клетке посередине образуется плазматическая мембрана,
которая разделяет родительскую клетку на две дочерние. Во вновь
образованных клетках хроматиды (дочерние хромосомы)
превращаются в хроматин, и возникает ядрышко.
Амитоз. Это процесс размножения клеток путем простого
деления, когда не наблюдается образования хромосом, митотическо-
го веретена, а ядерная оболочка и ядрышко не исчезают. При
амитозе происходит простое деление ядра пополам, затем
делится цитоплазма. Амитоз часто не заканчивается полным делением
клетки, а образуется двуядерная клетка. Он обнаружен в
растительных и животных клетках, а также в клетках более простых
организмов. Амитоз можно считать нетипичным способом
размножения, так как дочерние клетки в дальнейшем теряют
жизнеспособность и более не делятся.
Мейоз — процесс образования мужских и женских половых
клеток (рис. 1.6). Он включает в себя два деления, в каждом из
24

Рис. 1.6. Мейоз. Первое деление: профаза (А), метафаза (5), анафаза
и телофаза (В). Второе деление: профаза и метафаза (Г), анафаза
(Д), телофаза (Е)

которых можно также выделить профазу, метафазу, анафазу и
телофазу.
Интерфаза. Протекают те же процессы, что и при митозе,
т. е. репликация ДНК, синтез необходимых белков и АТФ.
Первое деление
Профаза. Из хроматина формируются хромосомы, так же
как при митозе, но в отличие от него хромосомы разбиваются на
пары, так как эукариотические клетки, кроме половых, обычно
содержат четное число хромосом. Входящие в такие пары
хромосомы называются гомологичными. Они несут сходную
генетическую информацию, например цвет глаз, форма цветка и т. д.
Кроме того, они, за исключением образующих только одну пару
половых хромосом, тождественны по внешним признакам (форме,
строению), поэтому и в клетках, претерпевающих митоз, все
хромосомы можно разбить на пары гомологичных. Если клетка
содержит пары гомологичных хромосом, она имеет диплоидный
набор хромосом. Если клетка содержит по одной гомологичной
хромосоме из каждой пары, она имеет гаплоидный набор
хромосом. Гомологичные хромосомы в парах тесно сближаются,
переплетаются хроматидами, образуя тетрады.
Между ними происходит кроссинговер (или конъюганция), во
время которого хроматида одной гомологичной хромосомы
обменивается на некоторых участках генетическим материалом (т. е.
ДНК) с хроматидой другой гомологичной хромосомы.
Поскольку одна гомологичная хромосома несет информацию от отца, а
другая — от матери, после кроссинговера каждая из хроматид
в тетраде несет генетическую информацию от обоих родителей.
Одновременно образуются полюса клетки и веретено деления.
Метафаза. Конъюгировавшие гомологичные хромосомы
попарно (тетрадами) выстраиваются вдоль экватора.
Анафаза. Конъюгировавшие гомологичные хромосомы
разделяются и расходятся к полюсам. Каждая из гомологичных
хромосом по-прежнему состоит из двух хроматид. •
Телофаза не доходит до конца, так как хромосомы не
превращаются в хроматин и ядрышко не возникает. Вместо этого
возникающие новые клетки сразу переходят ко второму делению.
Второе деление
Профаза. В каждой из двух образующихся клеток снова
возникают полюса (под углом 90° по отношению к предыдущим),
и между ними снова образуется веретено деления.
Метафаза. Хромосомы выстраиваются вдоль нового
экватора (перпендикулярного экватору предыдущего деления).
Анафаза. Как и при митозе, каждая хромосома делится на
хроматиды, которые и расходятся к полюсам.
Телофаза. Вокруг каждой группы хроматид (теперь уже
называемых дочерними хромосомами) образуется ядерная
оболочка. Клетка окончательно делится. В образующихся новых
четырех клетках хромосомы превращаются в хроматин, возникают
ядрышки.
26

Таким образом, при митозе в результате одного деления
каждая из двух дочерних клеток имеет столько же
хромосом, сколько и родительская, а при мейозе в результате двух
последовательных делений каждая из четырех
дочерних клеток имеет вдвое меньше хромосом, чем
родительская.
В родительской клетке в обоих случаях перед делением
имеется диплоидный набор двойных хромосом, в дочерних клетках
после деления имеются одинарные хромосомы, но после митоза
они представляют собой диплоидный набор, а после мейоза —
гаплоидный.
Способы размножения
эукариотических организмов
По способам размножения эукариоты можно разделить на
три группы.
Первую группу составляют организмы, которые
размножаются бесполым путем, т. е. делением, или почкованием, когда одна
или несколько обычных клеток, отделившихся предварительно от
родителя и содержащих диплоидный или гаплоидный набор
хромосом, путем митотического деления образуют новый организм.
Этот тип размножения присущ лишь некоторым простым
одноклеточным, например амёбам.
Ко второй группе относятся организмы, которые
размножаются половым путем с помощью специальных половых клеток,
содержащих гаплоидный набор хромосом. При слиянии двух таких
клеток происходит оплодотворение и образуется
диплоидная зигота, которая дает начало новому организму. Этот тип
размножения характерен для высших животных и растений.
Существуют также организмы, которые способны
размножаться как бесполым, так и половым путем. В эту группу попадают
многие примитивные организмы, низшие животные, а также
многие высшие растения. Последние способны размножаться,
например, черенками, прививками, клубнями.
§ 5.
Многообразие
Многообразие эукариотических клеток определяется,
во-первых, многообразием эукариотических организмов, представленных
миллионами видов, и, во-вторых, дифференцированием клеток на
специализированные ткани у достаточно развитых организмов.
С давних пор живой мир делили на растения и животных.
Различия между растениями
и животными
1. Способ питания: в основном фотолитотрофный — у растений
и хемоорганотрофный — у животных.
27

2. Подвижность: растения неподвижны или пассивно
переносятся вместе со средой обитания, животные способны
активно передвигаться (редкими исключениями являются
некоторые низшие животные, например оболочники, ведущие
неподвижный образ жизни во взрослом состоянии).
Специализация меток с дифференцированием
на ткани и органы
Специализация клеток с оЬразобанием
некоторых тканей
Начальная [примитивная) специализация
клеток
Рис. 1.7. Принципы классификации живых организмов
3. Наличие целлюлозной клеточной стенки у растений и
отсутствие ее у животных клеток (исключением являются
также оболочники).
4. Форма запасания полисахаридов: крахмал — у растений и
гликоген — у животных.

5. Способность к постоянному росту (увеличению размеров иг
объема). Растения растут, постоянно увеличиваясь в
течение всей жизни. Животные, за некоторым исключением,
растут до определенных размеров, затем происходит лишь
замена старых клеток новыми.
С тех пор как мир микроорганизмов стал доступен для
изучения, многие из его представителей можно было отнести и к
растениям и к животным. В настоящее время эукариотические
организмы принято делить на три царства (рис. 1.7): Protista (про-
тисты), Metaphyta (растения) и Metazoa (животные). Каждое
царство делится на типы организмов и далее подтипы, классы,
подклассы, порядки (отряды), семейства, роды, виды. Протисты
бывают одноклеточными и многоклеточными, а растения и
животные — только многоклеточными. Принципиальное отличие
протистов от растений и животных выражается в отсутствии у
первых ароморфозного признака — образования тканей
и органов.
Ткань — объединение специализированных клеток,
одинаковых по строению и выполняемым функциям.
Орган — это часть растительного или животного организма,
выполняющая определенную функцию; может состоять из разных
тканей. Возникновение органов — результат дальнейшей
специализации клеток.
«Разделение труда между клетками» в связи с образованием-
ими тканей и органов позволяет клеткам функционировать более-
эффективно, но одновременно усиливает зависимость одного их
вида от другого.

Раздел Б
ЭУКДРИОТИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ.
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ
И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Глава 3
ПРОТИСТЫ
К этому царству принадлежат примитивные одноклеточные и
многоклеточные организмы, которые часто имеют признаки как
растений, так и животных (рис. 1.8). У многоклеточных
протестов все клетки одинаковы, а если и различаются, то не
группируются с образованием тканей. Начальная
специализация если и существует, то на уровне отдельных клеток.
§ 1.
Одноклеточные
простейшие организмы
Одноклеточные протисты перечислены здесь в порядке
убывания животных признаков и возрастания растительных.
Саркодовые — это амёбы, которые не имеют жесткой
оболочки, передвигаются с помощью выпячиваний плазматической
мембраны (ложноножек) и перетекания цитоплазмы из одной части
клетки в другую, а питаются путем фагоцитоза. Похоже ведут
себя лейкоциты животных и человека; фораминиферы — тоже
амёбы, которые имеют дырчатую наружную раковину.
Споровики, представителем которых является Plasmodium —
паразитирующий организм, вызывающий малярию,
передвигающийся с током крови.
Инфузории интересны тем, что передвигаются за счет биения
многочисленных ресничек на поверхности клеток. Имеют
примитивный рот, глотку, анальную пору.
Жгутиковые — большая группа простейших, представители
которой обладают признаками и растений и животных. Все они
активно передвигаются с помощью одного, двух или более
жгутиков. Среди жгутиковых выделяют гемо- и динофлагелляты, а
также эвгленовые и хламидомонады.
Гемофлагелляты — микроорганизмы, у которых легко
обнаружить признаки животных. Например, одножгутиковые три-
паносомы предпочитают в качестве среды обитания нервную
ткань. Они являются возбудителем сонной болезни. В кишечнике
термитов обитают трихонимфы, являющиеся носителями
бактерий, способных превращать целлюлозу в глюкозу.
Бактерии-паразиты обеспечивают питанием не только себя, но и трихонимф,
позволяя термитам питаться древесиной.
30

Динофлагелляты входят в состав морского планктона. Они
обладают жестким панцирем и двумя жгутиками, но, подобно
растениям, содержат хлорофилл. Другой пигмент — фукоксан-
тин — придает им красный цвет. Наличие хлорофилла и фуко-
ксантина дает этим организмам возможность вести фотолито-
трофный образ жизни. Однако среди динофлагеллят
встречаются и формы без пигментов с хемоорганотрофным питанием.
(1ропг
Многоклеточные
ашзащш" ^ начальной специализацией клеток
Одноклеточные
зеленые ЬоЗоросли
С признаками
растений
Красные
Ьодоросли
Бурые
дадарасли
Харабые
Ульба
Одогониум >.
Хлорелла
Диатотбые
Промежуточные
Лишайники <
Вольоакс
2
а
V.
И
..
Несодершенные
грибы
Вазидио-
мицеты
Аска-
мицеты
Фика-
мицеты
Пикса-
мицеты
Дрожжи
(одноклеточные)
С признаками
жиботнви
Губки
Месозоа
ЖГУТИКО^ВЫЕ

Хламидомонада
Динасрлогел-
ляты
Збгленобые
Плазмодий
Гемофлагел-
ляты
Ингрузарии
Амебы
Рис. 1.8. Классификация протнстов
Эвгленовые, обладая хлоропластами, способны к фотосинтезу,
который, однако, не обеспечивает клетки всем необходимым, и
поэтому культивирование эвгленовых возможно лишь при
наличии в питательной среде аминокислот. В темноте они ведут образ
жизни животного, заглатывая пищевые частички — детрит. С по-
ЗГ

мощью жгутика эвгленовые передвигаются в хорошо освещенные
места, которые они способны обнаруживать благодаря наличию
особого органа — глазного пятна (стигмы), содержащего
светочувствительный пигмент астаксантин. Фотосинтез не является для
них необходимым: если их искусственно лишить хлоропластов, то
они продолжают существовать как животные. Целлюлозной стенки
эвгленовые не имеют. Запасные вещества у них откладываются в
виде полисахарида парамила, отличного как от крахмала, так и
от гликогена.
Хламидомонады во многом похожи на эвгленовые. Они
также имеют животные признаки: светочувствительное глазное
пятно и два жгутика, обеспечивающие передвижение. Из
растительных признаков им свойственны: единственный хлоропласт,
обеспечивающий фотосинтез необходимых веществ, крепкая
целлюлозная клеточная стенка, запасание веществ в виде крахмала.
Диатомей больше похожи на растения, чем на животных.
Называемые часто диатомовыми водорослями, они вместе с ди-
нофлагеллятами, являясь основной составной частью морского
планктона, синтезируют около 75% всех органических веществ
в мире. Клетка диатомей покрыта жесткой клеточной стенкой из
оксида кремния (IV). Запасные вещества диатомей откладывают
не в виде гликогена или крахмала, а в виде капелек масла.
Ископаемые отложения остатков клеточных стенок известны как
инфузорная (диатомовая) земля, а отложения капелек масел
древних диатомей, возможно, трансформировались в залежи
нефти.
Зеленые водоросли (Chlorophyta), к которым относится
известная хлорелла, уже имеют все признаки растений: хлоропласты,
жесткую целлюлозную стенку, накопление крахмала. Признаки
животных клеток отсутствуют. «Цветение» воды в прудах
обусловлено в основном скоплением зеленых водорослей.
Дрожжи — это грибы. Они обладают практически всеми
признаками растений, кроме наличия хлорофилла. Существуют как
одноклеточные сапрофиты на средах с достаточно высоким
содержанием сахаров.
§ 2.
Многоклеточные протисты
Среди многоклеточных протистов есть организмы без
специализации клеток или с начальной специализацией на уровне
отдельных клеток.
Примером организмов с некоторыми признаками
животных, у которых практически отсутствует
специализация клеток, могут служить паразитирующие в моллюсках
мельчайшие червячки типа Mesozoa, состоящие всего из 25
клеток.
Губки (Porifera) — организмы с некоторыми признаками
животных и начальной специализацией клеток.
Одиночные губки состоят из миллионов клеток, имеют размер 2—Зсм,
32

по часто образуют колонии, достигающие размеров метра и более.
Губка представляет собой полый мешочек, прикрепленный
нижней частью к чему-либо па дне водоема. Она непрерывно
процеживает воду, извлекая из нее питательные вещества и кислород.
Тело губки состоит из разных клеток: эпидермальные клетки
(пинакоциты) обеспечивают защиту извне, пороциты задерживают
питательные вещества, хоаноциты с помощью своих жгутиков
создают ток воды, мезенхимные клетки обеспечивают опорную
функцию, образуя скелет губки из СаС03, Si02 или белка
спонгина. В отличие от перечисленных выше неподвижных клеток
амёбоциты передвигаются как амёбы в желеобразном веществе,
соединяющем все остальные клетки в единый организм.
Амёбоциты отбирают часть пищи у пороцитов, выделяют желеобразное
вещество и материал скелета. Губка размножается почкованием.
Организмы преимущественно с растительными
признаками и отсутствием специализации клеток — это
некоторые виды зеленых водорослей, например нитчатая
спирогира, все клетки которой одинаковы.
Организмы преимущественно с растительными
признаками и начальной специализацией клеток — это
многие виды зеленых водорослей, например нитчатые — Ulotrix,
■Oedogonium или плоские—как морской салат (Ulva). У них есть
специализированные половые клетки. У наиболее развитых
водорослей — зеленых харовых, бурых и красных — наблюдается
некоторая специализация клеток по выполняемым функциям: одни
клетки образуют пластинки, другие — черешки, третьи —
ризоиды, т. е. псевдоорганы: соответственно листья, стебли, корни.
Особое место среди многоклеточных низших организмов
с начальной специализацией клеток занимают грибы
и лишайники.
Грибы по многим признакам напоминают водоросли, но у них
отсутствует полностью хлорофилл. Кроме уже упомянутых
дрожжей, а также некоторых паразитов грибы — это многоклеточные
организмы. Они развиваются во влажных, плохо освещенных
местах: сапрофиты — в почве на органических остатках, паразиты —
на растениях и животных. Многоклеточные грибы растут в виде
разветвленных и переплетающихся трубочек [гиф), скопление
которых называется мицелием. Гифы состоят из трубчатых
многоядерных клеток. По способу размножения грибы принято делить
на четыре класса: фикомицеты, аскомицеты, базидиомпцеты и
несовершенные грибы.
Фикомицеты (Phycomycetes) — это простые плесени, например
.хлебная.
Аскомицеты (Ascomyceies) растут, например, на сыре, варенье.
К ним относится грибок, вырабатывающий пенициллин, а также
съедобные грибы, у которых «плодовое тело» образуется под
поверхностью земли: трюфеля, сморчки, строчки.
Базидиомицеты (Basidiomycetes) — это съедобные и
несъедобные грибы с «плодовым телом» на поверхности земли.
2 Зак. G8
33

Несовершенные грибы (Fungi imperfecti) представлены в
основном различными паразитами растений и животных.
Лишайники представляют собой симбиоз водоросли и гриба,
причем водоросль может быть и прокариотом (синезеленая).
Каждый из симбионтов может быть выращен отдельно, но вместе они
приобретают способность жить в более неблагоприятных
условиях.
§ 3.
Протисты одноклеточно-многоклеточные,
с признаками растений и животных
Организмы, у которых отсутствует клеточная
специализация, — это, например, миксомицеты (слизевики).
В определенный период жизни они представляют собой слизь,
состоящую из множества амебоидных клеток. Клетки сливаются и
разрастаются, образуя большие многоядерные клетки, т. е.
превращаются в симпласты. На этой стадии миксомицеты подвижны
и больше походят на животных. В определенный момент все
амебоидные клетки, большие и малые, собираются вместе в плотное
«плодовое тело», как у грибов, в котором образуются споры,
дающие в благоприятных условиях начало новым амебоидным
клеткам. В этот период миксомицеты больше похожи на растения без
хлорофилла. Миксомицеты паразитируют на сырых растениях или
ведут сапрофитный образ жизни на их остатках. Клетки миксоми-
цетов отличаются лишь размером.
Начальную специализацию клеток можно видеть у
колониального микроорганизма вольвокса (Volvox), который
относят и к жгутиковым и к водорослям. Он же является типичным
примером синцития. Этот водный фотосинтезирующий
микроорганизм имеет вид небольших зеленых шариков, состоящих из
десятков тысяч клеток. Клетки соединены друг с другом тонкими
нитями. У каждой клетки имеются два жгутика, направленные
наружу. За счет их направленного движения шарик-колония может
двигаться. Клетки, расположенные спереди, обладают более
развитой светочувствительной стигмой; клетки, расположенные
сзади, обеспечивают размножение колонии.
§ 4.
Особенности размножения протистов
Одноклеточные протисты
Для большинства одноклеточных протистов
характерна смешанная форма р аз м ножен и я, т. с. как
простым делением, так и половым путем. Например, у зеленой
водоросли Chlamydomonas (рис. 1.9) гаплоидная клетка может мито-
тически разделяться на гаплоидные зооспоры (от 2 до 8) или
на более мелкие гаплоидные гаметы (от 8 до 32). Две гаметы.
34

N3
гаплоидная
метка
гаплоидный зооспоры (2-
Рис. 1.9. Цикл размножения Chlamydomonas
п п
бвгетативные
метки
гаплоидное
растение
гаплоидная
клетка
Рис. 1.10. Цикл размножения Ulotrix

сливаясь, образуют диплоидную зиготу, которая затем делится
путем мейоза на четыре новые гаплоидные клетки. Гаметы,
образующие зиготу, внешне идентичны. Такая форма полового
размножения называется изогамией.
Некоторые из этих организмов размножаются бесполым
путем — простым делением, например амёбы, зеленые
водоросли Protococcus.
Многоклеточные протисты
Меньшая часть таких организмов, имеющих признаки
животных, размножается бесполым путем — почкованием (губки).
Для большинства многоклеточных протистов с признаками
растений характерна смешанная форма размножения: с
помощью и зооспор и гамет, причем возможны как изогамия
(например, у зеленой нитчатой водоросли Ulotrix, рис. 1.10), так и
гетерогамия, когда сливающиеся гаметы разные:
относительно большая яйцеклетка и маленький сперматозоид
(например, у зеленой водоросли Oedogonium, рис. 1.11). При этом виде
размножения сам организм существует в гаплоидной форме, а
диплоидной является только зигота.
Другой вид смешанного размножения характеризуется сменой
гаплоидного и диплоидного поколений, например, у зеленой
водоросли Ulva (морской салат). У бурых и красных водорослей
(рис. 1.12) гаплоидная форма организма — гаметофит —
продуцирует гаметы, слиянием которых образуется диплоидная зигота,
а далее, в отличие от первого вида смешанного размножения,
зигота митотическим делением разрастается в диплоидный
организм — спорофит, который затем размножается бесполым
путем — гаплоидными спорами. Из каждой споры путем митоза
вырастает гаметофит. У одних многоклеточных протистов спорофит
и гаметофит внешне ничем не отличаются, у других они
различаются формой, размерами, а также продолжительностью жизни.
Одноклеточно-многоклеточные протисты
У одних организмов этой группы, например у миксрмицетов,
форма размножения смешанная — через гаметы и споры; у
других, как у некоторых видов вольвокса, имеет место половое
размножение, причем гетерогамные гаметы продуцируются не
обычными вегетативными клетками, как у упомянутого выше
Oedogonium, а специализированными половыми органами анте-
ридиями, продуцирующими сперматозоиды, и оогониями,
продуцирующими яйцеклетки.
Протисты с преимущественно растительными
признаками обладают более развитой формой размножения, чем
организмы с преимущественно животными признаками.
36

In
антеридии
СПерНОтТХтаз' оплодотворение
^~\яйцекпетка
вегетативные
метки
гаплоидного
растения
диппоидная
зигота
гаплоидные
зооспоры
гаплоидная
клетка
Рис. 1.11. Цикл размножения Oedogoniutn
оплодотворение
растение
гаметофит
митоз
диплоидная зигота
растение
споросрит
меиоз
О
гаплоидные
зооспоры
Рис. 1.12. Цикл размножения Ulva

Глава 4
РАСТЕНИЯ
Это многоклеточные организмы, которые характеризуются фо-
толитотрофным способом питания, неподвижностью, наличием
целлюлозной клеточной оболочки, запасанием полисахаридов в
виде крахмала, способностью к постоянному росту в течение всей
жизни.
§ 1.
Ткани наиболее развитых растений
Дифференцирование клеток у растений приводит к
образованию нескольких типов тканей (рис. 1.13).
Меристематическая ткань обеспечивает длительный рост
растения. В кончиках корней и стеблей находятся клетки
верхушечной меристемы, благодаря которой осуществляется апикальный
' Л £ Ж
Рис. 1.13. Ткани растений: меристема (А), покровная (Б), паренхима (В),
колленхима (Г), склеренхима (Д), трахеидная клетка ксилемы (£), ситовидная
клетка (трубка) флоэмы (Ж)
(верхушечный) рост этих органов. Рост вширь ствола, стебля или
корня (вторичный рост) обеспечивает боковая меристема (слой
камбия). Клетки меристемы небольшие по размеру, имеют
довольно крупные ядра и тонкие стенки, вакуоли в них отсутствуют.
Покровная ткань предохраняет находящиеся под ней другие
ткани от повреждений и высыхания. Она представлена
эпидермисом листьев и пробковым слоем стволов, стеблей и корней. Для
клеток покровной ткани характерны толстые стенки; они
вырабатывают гидрофобные вещества, которые либо выделяются нару-
38

жу, покрывая листья (воск), либо входят в состав клеточных
стенок (суберин пробки).
Основная ткань составляет большую часть растения. Ее
назначение — синтез и запасание питательных веществ. Основная
ткань включает паренхиму.
Паренхима — это мягкие ткани листьев, коры, стеблей,
корней, цветков, плодов. Каждая клетка паренхимы содержит
крупную вакуоль, в которой могут накапливаться запасные белки,
жиры, таннины и другие вещества. Вакуоль нередко занимает
основной объем клетки. Разновидность паренхимы — хлоренхима
(зеленая паренхима), в клетках которой содержатся хлоропласты
с хлорофиллом и протекает фотосинтез.
Некоторые клетки растения входят в состав специальных
желёзок, которые продуцируют смолу, латекс, слизи, камеди и
другие вещества. Иногда эти клетки относят к специальной
выделительной ткани.
Клетки механической ткани выполняют опорную функцию.
Различают колленхиму и склеренхиму. Колленхима — это
упругая ткань черешков листьев, цветков, плодов, стеблей. Основное
отличие ее клеток от клеток паренхимы — наличие угловых
утолщений клеточных стенок, что и обеспечивает упругость и
эластичность органов растения, в основном стеблей. Склеренхима — это
жесткая ткань растения, обеспечивающая его стеблю и корням
механическую прочность. Почти все пространство склеренхимных
клеток занимает утолщенная жесткая клеточная стенка. Склерен-
химные клетки мертвы. Они часто образуют длинные волокна,
пронизывающие тело растения. Из подобных клеток
(каменистых) состоит скорлупа орехов и плодовых косточек.
Проводящая ткань обеспечивает доставку воды и
растворенных в ней солей от корней ко всем другим клеткам, а
синтезированных питательных веществ — к местам их запасания. Она
выполняет также опорную функцию. Проводящая ткань бывает
двух видов: ксилема (древесина) и флоэма (луб).
Ксилема образуется в глубине стебля из длинных тонких
клеток — трахеид, которые, соединяясь концами, превращаются в
достигающие нескольких метров в длину тонкие трубки —
сосуды. После отмирания трахеид и отвердения клеточных стенок (в
результате отложения в них лигнина) в растении образуются
пучки трубок, по которым вода и растворенные в ней соли
поступают по стеблю от корней в листья.
Флоэма также представляет собой находящиеся под
поверхностью стебля пучки трубок, образующиеся, как и в ксилеме, из
состыкованных концами клеток, которые, в отличие от клеток
ксилемы, не отмирают, а перегородки между ними не исчезают
и имеют множество отверстий. По таким ситовидным трубкам
флоэмы образующиеся в листьях питательные вещества
поступают в стебель, корни, а весной, наоборот, из корней, стебля — в
прорастающие почки.
39

§ 2-
Органы растений
Лист. Основная функция листьев — фотосинтез. Листья
некоторых растений выполняют также функцию запасания воды
(кактусы) или питательных веществ (капуста). Поверхность листа —
это защитная ткань — эпидермис, — под которой расположена
основная и проводящая ткани.
Корень. Корни растений обеспечивают всасывание из почвы
воды с растворенными в ней солями. Они выполняют также
опорную функцию, удерживая растение в почве. У некоторых
растений в корнях, образующих корнеплоды (морковь, свекла),
происходит запасание питательных веществ. В корне присутствуют
все виды тканей.
Стебель — осевая часть побега растений. Главная функция
стебля — вынос и наилучшее по отношению к свету
расположение листьев. Он обеспечивает также связь между корнями и
листьями, а у некоторых растений служит местом запасания
питательных веществ (клубни картофеля). В структуре стебля
имеются все ткани, особенно хорошо развиты проводящие.
Цветки, шишки, спорангии, антеридии и архегонии — это
органы размножения растений.
Цветки и шишки встречаются у высших растений (например,
у яблони, сосны), которые размножаются семенами и
самостоятельно существуют только как диплоидные спорофиты.
У низших растений, которые могут существовать как в виде
гаплоидного гаметофита, так и в виде диплоидного спорофита,
самостоятельного (папоротники) или паразитирующего на гаме-
тофите (мхи), встречаются: у гаметофитов — антеридии, дающие
сперматозоиды, и архегонии, дающие яйцеклетки; у
спорофитов — спорангии, дающие бесполые гаплоидные споры, из
которых вырастают гаметофиты.
§ 3.
Особенности размножения растений
Растения, как и протисты, могут размножаться как половым,
так и бесполым путем.
Половое размножение присуще всем растениям. Оно
связано с образованием в результате оплодотворения диплоидной
зиготы — первой клетки нового организма (рис. 1.14—1.17).
Высшие растения, т. е. голосеменные и цветковые, представляют
собой диплоидный спорофит. В их органах размножения —
мужских шишках (у голосеменных, рис. 1.16) или цветках
(цветковые, рис. 1.17) — образуется пыльца, которая с помощью
насекомых или ветра попадает на другие — женские шишки или
цветки, прорастает, достигает яйцеклетки, находящейся в теле
самого спорофита. После оплодотворения постепенно происходит
образование семени, в котором из диплоидной зиготы развивается
40

оплодотворение
орхегонии
с яйцеклеткой
антеридий
со
сперматозоидами
гаплоидный гаметацзит
диплоидный
спороцзит
п
О
гаплоидные
споры
Рис. 1.15. Цикл размножения папоротников
Рис. 1.14, Цикл размножения мхов
гаплоидные Q споры
диплоидный споросрит
оплодотворение
орхегонии
с яйцеклеткой
антеридий
со
сперматозоидами
п
О
гаплоидные
споры
гаплоидный гаметофит
гаплоидный гаметосрит
гаметосрит

мужские . шишки
женская
шишка
оплодотворение
яйцеклетки
женского гаметофита
с оброзобонием зоро -
дыша спорофита 2п
п
пыльца -
4 -клеточный
мужской
гометофит
зародыш 2п+эндосперм из клеток
женского гаметофито-п
и клеток материнского спорофита - 2п
Рис. 1.16. Цикл размножения голосеменных растений
мужской гаметофит
пыльца
п
женский
гаметофит
оплодотборение
^яйцеклетки с образобанием
2п зародыша спорофита 2п,
цбеток окруженного плодом
спорофита
семя;
зародыш 2п +
эндосперм Зп
Рис. 1.17. Цикл размножения цветковых растений

зародыш. Семя, попадая в благоприятные условия, вырастает в
новый спорофит.
Бесполое размножение у растений существует наряду
с половым в двух разновидностях: спорообразование и
вегетативное размножение.
Спорообразование имеет место у низших растений,
таких, как мхи (рис. 1.14), хвощи, папоротники (рис. 1.15).
Диплоидный спорофит таких растений, в отличие от голосеменных и
цветковых, образует бесполые гаплоидные споры, из которых в
благоприятных условиях вырастают гаплоидные растения — га-
метофиты. Далее размножение протекает половым путем. Гаме-
тофит продуцирует гаметы — сперматозоиды и яйцеклетки. Для
оплодотворения необходима водная среда, так как подвижный
сперматозоид должен подплывать к яйцеклетке, находящейся в
теле гаметофита. Из образовавшейся зиготы вырастает новый
спорофит.
Вегетативное размножение встречается как у
низших растений, так и у высших. У некоторых мхов и их
разновидностей, например печёночников, гаметофит способен
размножаться почкованием, когда часть его тела в виде «выводковой
корзиночки» отделяется и образует самостоятельное растение.
Вегетативное размножение с помощью горизонтального стебля,
располагающегося на поверхности или под поверхностью земли
и образующего все новые растения, встречается как у низших,
так и у высших растений. У мхов такой горизонтальный «стебель»
называется протонемой. У высших растений наземная форма
горизонтального ползучего стебля представляет собой усы (как у
земляники), а подземная называется корневищем (клубни
картофеля — это утолщенное корневище). Вегетативное размножение
черенками и прививками используют при выращивании многих
культурных растений.
§ 4.
Основные принципы
классификации растений
В связи с тем что эволюция растений происходила не по
прямой, а на схеме имеет вид разветвленного дерева, трудно
расположить все растения по возрастанию сложности строения на
одной линии. Основным правилом, позволяющим объединить
растения в группы, является общность их строения,
развития, размножения. Признаком, который позволяет
выделить две группы растений, одну из которых составляют
наименее развитые, принято считать наличие проводящих
сосудистых тканей (рис. 1.18). У мхов, печёночников и
роголистников, относящихся к типу Bryophyta (мохообразные),
проводящие ткани отсутствуют. Эти небольшие простые растения
удерживаются в почве тонкими корнеподобными волосками
(ризоидами). Стебли у них или отсутствуют, или развиты слабо. Эти
43

нет сосудистой ткани есть сосудистая ткань
i
Cj SJ-
if
С*
О 0)
cu с;
гаметосрит существует самостоятельно
спорофит - единстд. форма
существования растения
спорофит развит спорофит раздит
хуже гамвтофита луише гаметофита
спорофит дает
диплоидные семена
cnopoipum дает гаплоидные споры
SPERMATOPHYTA
(-.
а:
о.
о
<=|
ее
BRYQPHYTA
покрытосеменные
цдеткодые
голосеменные
хбойные и другие бечнозеленые
папоротники
хбощи
плаунообразные
псилосриты
мхи
роголистники
печеночники
Рис. 1.18. Принципы классификации растений
растения имеют много общего с многоклеточными водорослями.
Две выделенные группы растений отличаются также тем, что
каждая из них преимущественно существует в
гаплоидной или диплоидной форме. Двойной набор хромосом
способствует выживанию вида, поэтому лучшее развитие
получили растения, предпочитающие диплоидную форму
существования. У менее развитых мохообразных растений лучше развит га-
метофит (гаплоидная форма существования), на котором обычно
паразитирует спорофит, а у более развитых сосудистых растений,
напротив, лучше развит спорофит.
44

Сосудистые растения можно разделить в свою очередь на две
группы', использовав в качестве критерия важный
эволюционный признак, связанный с ароморфозом, — наличие
или отсутствие самостоятельной существующей
формы гаметофита. С этим различием связан переход от
смешанной формы размножения (полового — с
помощью сперматозоида и яйцеклетки и бесполого — спорами)
к чисто половому пути — с помощью пыльцы и яйцеклетки,
находящейся в самом растении — спорофите. Как только такой
переход состоялся, отпала необходимость в водной среде для
оплодотворения, а значит, растения перестали зависеть от обилия
влаги и окончательно «вышли на сушу». Поэтому объединение
папоротников в одну группу с семенными растениями на основании
только сходства строения и развитости тканей и органов не вполне
правомерно из-за принципиальной несхожести путей размножения
этих двух групп растений.
Глава 5
ЖИВОТНЫЕ. ЧЕЛОВЕК
Это многоклеточные организмы с хемоорганотрофным
способом питания, подвижностью (большинство видов), отсутствием
целлюлозной клеточной стенки, запасанием полисахаридов в виде
гликогена и неспособность к постоянному росту (увеличению
размеров) до конца жизни.
§ 1.
Ткани высших животных
Дифференцирование клеток у животных приводит к
образованию тканей, которые по структурно-функциональному
признаку, а также по происхождению (см. с. 77) можно
разделить на несколько типов.
Эпителиальная ткань образована клетками наружного слоя
(эпидермиса) кожи, а также клетками, выстилающими изнутри
пищеварительный тракт, дыхательные и мочеполовые пути,
железы внешней и внутренней секреции.
Функции эпителиальной ткани: 1) защита от
проникновения инфекции, от механических и химических
повреждений прилегающих тканей; 2) всасывание воды и питательных
веществ; 3) секреция различных веществ железами.
Клетки эпителиальной ткани плотно прилегают друг к другу.
В зависимости от их формы и выполняемых функций их
подразделяют на несколько видов, которые можно свести к двум
основным: плоскому и цилиндрическому эпителию (рис. I. 19 А, Б).
Эпителиальная ткань эволюционно старше всех остальных тканей.
Особый вид эпителиальной ткани представляет собой
репродуктивная ткань. Она состоит из двух разновидностей клеток.
К первой относятся половые клетки — сперматозоид (рис. 1.19 В)
45

и яйцеклетка (рис. 1.19 Г), ко второй — соматические клетки
семенников и яичников. Половые клетки имеют гаплоидный набор
хромосом, соматические — диплоидный. Процесс образования
сперматозоидов из сперматогониев, т. е. клеток семенников,
называется сперматогенез. Превращение овогониев, т. е.
клеток яичников, в яйцеклетки носит название овогенез.
Превращение сперматогониев и овогониев в половые клетки (рис. 1.20>
Рис. 1.19. Основные виды эпителиальной ткани — плоская (Л) и
цилиндрическая (Б), а также клетки особого вида эпителиальной ткани —
репродуктивной: сперматозоид (В) и яйцеклетка (Г)
происходит путем мейоза через последовательное образование
сперматоцитов или овоцитов сначала первого порядка, далее —
второго порядка и затем — сперматид или овотид.
Существенное различие между
сперматогенезом и овогенезом заключается в том, что сперматоциты
первого и второго порядков при делении образуют одинаковые
клетки, а овоциты первого и второго порядков при делении
образуют разные клетки. Овоцит первого порядка делится
46

на две неравные части: более крупный овоцит второго
порядка и маленький первый полоцит (полярное тельце). При таком
делении весь запас питательных веществ, находящийся в
цитоплазме, переходит в овоцит второго порядка, а первый полоцит
состоит практически только из ядра. Овоцит второго
порядка также делится на две неравные части: более
крупную овотиду и маленький второй полоцит, также почти лишенный
СПЕРМАТОГОНИИ
® ®
i i
сперматоциты 1-го порядка
\
®
овогонии
® ®
I I
одоциты 1-го порядка
\ \
МЕИОЗ
сперматоциты 2-го порядка
® ® ® ®
' Л Л
сперматиды
®®®® ®®®®
!\
обоциты
2-го порядка
\ i \
первое j ,—-х ,—>. 1 первое
попярное* ( ф Не) ^полярно?
тепьце
е
овотиды
i тельце
•( • л • )•••
Ч_У \^_у Вторые
I I полярные
яицекпетки тепьца
I I
Рис. 1.20. Сперматогенез и овогенез
цитоплазмы; первый полоцит в это время может разделиться на
два одинаковых вторых полоцита. Все полоциты вскоре
дегенерируют и исчезают.
Соединительная ткань — это система клеток, образующих
внутренний основной слой кожи, сухожилия, связки, хрящи, кости,
костный мозг, жировой слой под кожей и жировую подложку
органов, а также жидкие ткани, такие, как кровь и лимфа.
Функции соединительной ткани: 1) связующая —
скрепляет в одно целое другие ткани, а также обеспечивает обмен
4Т

веществ между ними; 2) опорная — образует скелет, обеспечивает
определенное взаиморасположение внутренних органов, сохраняет
форму тела; 3) защитная — предохраняет расположенные под
ним ткани и органы от переохлаждения и механического
повреждения; клетки соединительной ткани закрывают рану,
образовавшуюся в результате механического повреждения, препятствуют
попаданию в организм инфекции, чужеродных тел и токсинов, а
также удаляют их из организма; 4) трофическая — запасает
питательные вещества (жиры).
Особенность соединительной ткани в том, что ее
клетки обычно располагаются на некотором расстоянии друг от
друга, находясь в основном веществе (рис. 1.21), однако это не
мешает им образовывать в ряде случаев синцитии. Основное
вещество, выделяемое клетками, обеспечивает соединительной ткани
выполнение многих ее функций.
В зависимости от строения и состава основного вещества и
выполняемых функций различают несколько видов
соединительной ткани: волокнистую, хрящевую и костную,
ретикулярную, жировую, а также кровь и лимфу.
Волокнистая ткань встречается по всему организму, соединяя
различные ткани и органы. К ней относится, например,
внутренний слой кожи (именно он остается после процесса дубления и
выделки), она образует сухожилия и связки. Основное вещество
волокнистой ткани представляет собой густую сеть идущих в
разных направлениях белковых волокон. В зависимости от плотности
основного вещества и количества клеток в единице объема она
подразделяется на рыхлую и плотную (фиброзную).
Существует несколько типов клеток соединительной ткани:
фибробласты, гистиоциты, тучные и эндотелиальные клетки.
Фибробласты — основные клетки соединительной ткани; они
образуют волокна и межклеточное основное вещество, играют
главную роль в рубцевании ран.
Гистиоциты — подвижные клетки, обладающие способностью
к поглощению и разрушению чужеродных клеток и частиц,
например бактерий, вирусов.
Тучные клетки (мастоциты) — особая категория клеток
соединительной ткани, присутствующих во многих органах: печени,
селезенке, легких, стенках кровеносных сосудов, в мозгу и др.
Особенность их в том, что они секретируют в кровь и тканевую
жидкость физиологически активные вещества, влияющие,
например, на свертываемость и давление крови, воспалительные,
аллергические, иммунные реакции.
Эндотелиальные клетки — из одного слоя этих клеток
образованы стенки кровеносных и лимфатических капилляров; из них
состоит также внутренняя выстилка более крупных кровеносных
сосудов и сердца.
Хрящевая и костная ткани. Скелет очень молодых
позвоночных животных состоит из эластичной хрящевой ткани, которая
с возрастом заменяется на более жесткую костную, но у некого-
48

Рис. 1.21. Соединительная ткань:
волокнистая (А) и костная (Б).
1 — белковые волокна; 2 — основное вещество; 3 — фпбробласт; 4 — гистиоцит; 5 — тучная клетка; 6
лимфоцит; 7 — гаверсов канал; 8 — остебласт (костная клетка)

рых низших позвоночных, например у акулы, скелет остается
хрящевым; у человека хрящевая ткань осталась в кончике носа,
ушной раковине, из нее построены трахея, бронхи, гортань и др.
Костная ткань отличается от хрящевой большей жесткостью (из-
за отложения в основном веществе нерастворимых солей кальция)
и более плотной структурой.
Ретикулярная, или сетчатая, ткань является основой красного
костного мозга, а также селезенки, лимфатических узлов и
некоторых образований, например миндалин. Полипотентные
стволовые клетки красного костного мозга играют главную роль в
кроветворении, они дают начало лимфоидным и миелоидным
стволовым клеткам. Первые являются предшественниками лимфоцитов,
вторые — эритроцитов, мегакариоцитов, макрофагов и грануло-
цитов (см. разд. «Кровь»).
Жировая ткань выполняет роль как защитной прокладки
(подкожный жировой слой, ложе для внутренних органов), так и
хранилища высококалорийного «топлива». Ее клетки (адипоциты)
почти целиком заполнены жиром. Они являются основой желтого
костного мозга, который с возрастом замещает красный в костных
полостях.
Кровь и лимфа — это особый вид соединительной ткани. Они
выполняют в основном связующую (транспортную) и защитную
функции. Кровь и лимфа циркулируют в организме и вместе
с тканевой жидкостью играют важную роль в го мео стазе, т. е.
в поддержании постоянства внутренней среды организма, а
именно: состава и концентраций веществ, температуры, рН (кислотно-
щелочного равновесия), ионной силы (водно-солевого
равновесия). Кровь переносит кислород (от органов дыхания ко всем
тканям), углекислый газ (от тканей к органам дыхания),
питательные вещества (из органов пищеварения к нуждающимся
в них тканям) и продукты жизнедеятельности тканей (к органам
выделения).
Защитная функция крови и лимфы состоит в их
способности идентифицировать и нейтрализовать проникшие в
организм чужеродные клетки, вирусы, вредные вещества, а также
трансформированные собственные клетки.
Кровь состоит из форменных клеточных элементов (рис. 1.22) —
эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и межклеточного вещества,
называемого плазмой.
Эритроциты — это красные кровяные тельца. У
млекопитающих в процессе созревания эритроциты теряют ядро. Эритроциты
теплокровных животных содержат красный железосодержащий
пигмент гемоглобин, который является переносчиком
кислорода и углекислого газа. Они продуцируются клетками
костного мозга и циркулируют в крови около 125 дней, затем
разрушаются лейкоцитами в селезенке и печени. В 1 мм3 крови
здорового человека содержится 4—5 млн эритроцитов.
Лейкоциты — клетки, большие по размеру, чем эритроциты;
они имеют ядро и способны к пролиферации, т. е. размноже-
50

ншо путем митоза. Благодаря способности значительно менять*
свою форму и двигаться подобно амёбе лейкоциты могут плыть
против тока крови, проскальзывать между клетками кровеносных
капилляров и тканей. Главная функция лейкоцитов —
фагоцитоз, т. е. уничтожение инфицированных, больных,
старых, переродившихся (опухолевых) клеток, вирусов, инородных
макромолекулярных веществ, а также выработка защитных,
белков — антител.
Рис. 1.22. Форменные элементы крови:
1 — эритроциты; 2 — лимфоциты; 3 — моноциты; 4 — нейтрофилы: 5 — эози-
нофилы; 6 — базофилы; 7 — тромбоциты
По форме, строению и особенностям функционирования
лейкоциты принято делить на лимфоциты, моноциты (вид макрофагов)
и гранулоциты (или полиморфно-ядерные лейкоциты).
Лимфоциты в свою очередь подразделяют на несколько типов:
В, Т, NK, L, К и нулевые. Среди гранулоцитов встречаются
нейтрофилы, эозинофилы и базофилы. Все лейкоциты происходят из
клеток красного костного мозга. Большинство лейкоцитов живет
недолго — от нескольких часов до нескольких диен, но некоторые
виды (клетки иммунной памяти) живут в организме до десяти лет.
51

В 1 мм3 крови здорового человека содержится 5—8 тыс.
лейкоцитов. Количественное соотношение разных форм лейкоцитов
(лейкоцитарная формула) также довольно постоянно, и лишь
при заболеваниях и различных физиологических состояниях оно
меняется определенным образом.
Тромбоциты {кровяные пластинки) — это небольшие (в
несколько раз меньше, чем эритроциты), безъядерные клетки,
происходящие из цитоплазмы огромных мегакариоцитов красного
костного мозга. Функция тромбоцитов — восстановление
целостности поврежденного кровеносного сосуда и инициирование
гемостаза (свертывания крови) в месте повреждения.
Сначала они «заклеивают» своими телами повреждение, затем на этом
месте образуется тромб из свернувшейся крови. Тромбоциты
живут несколько дней и разрушаются в селезенке и печени. В 1 мм3
крови у здорового человека 200—400 тыс. тромбоцитов.
Плазма крови — это прозрачная желтоватая жидкость
(содержит 90% воды), остающаяся после отделения клеток крови.
Белки плазмы выполняют в основном защитную и транспортную
функцию. В плазме растворены также органические и
минеральные вещества. Именно плазма играет главную роль в гомеостазе
и гемостазе.
Сыворотка крови — это светло-желтая жидкость, отличается
от плазмы тем, что из нее удален белок фибрин. Функция
фибрина крови — образование кровяного сгустка (тромба), лежащее
в основе процесса свертывания крови. Сыворотка образуется
самопроизвольно, когда сгусток свернувшейся крови через
некоторое время сжимается и выдавливает из себя сыворотку.
Лимфа — бесцветная жидкость лимфатических капилляров и
сосудов. Она лишена эритроцитов, но содержит лейкоциты.
Состав ее жидкой части сходен с составом плазмы. Так же как кровь,
при вытекании из сосудов лимфа свертывается, но более
медленно.
Функции лимфы: 1) способствует обмену веществами
между тканями и кровью; 2) с помощью лейкоцитов уничтожает
бактерии, вирусы, опухолевые клетки и чужеродные макромоле-
кулярные вещества (фагоцитоз); 3) обеспечивает всасывание ли-
пидов из кишечника и перенос их в кровь.
Тканевая жидкость является промежуточным продуктом при
превращении крови, а точнее плазмы, в лимфу. Она входит в
состав межклеточного вещества различных тканей.
Кровь разных людей содержит эритроциты с поверхностью
определенного типа, который зависит от наличия на ней
углеводных соединений (агглютиногенов) типа А или В, или А и В,
у некоторых лиц агглютиногены отсутствуют. В зависимости от
этого выделяют четыре группы крови: I, II, III, IV или 0, А, В, АВ
соответственно. Плазма крови каждой группы, кроме четвертой,
содержит белковые вещества (агглютинины), способные склеивать
и осаждать эритроциты (вызывать агглютинацию) других групп
крови в соответствии с табл. 1.1. Для каждой расы и нации ха-
52

Таблица 1.1
Группы крови и правила ее переливания
Название
группы крови
Тип агглюти-
ногенов на
поверхности
эритроцитов
Тип
агглютининов плазмы
крови
Группа крови
реципиентов
Группа крови
доноров
I, ИЛИ О
II, или А
III, или В
IV, или АВ
а и b
b
а
I II III IV
II IV
III IV
IV
I
I II
I III
I II III IV
рактерно определенное статистическое соотношение групп крови.
У разных людей кровь отличается еще наличием или
отсутствием резус (Rh)-фактора (углеводное соединение на поверхности
эритроцитов), а также других признаков, играющих
существенную роль при массированном переливании крови или
трансплантации тканей.
Группы крови и резус-фактор должны учитываться при
переливании крови от одного человека другому.
Мышечная ткань — это совокупность мышечных клеток.
Различают три вида мышечной ткани (рис. 1.23):
поперечнополосатую, гладкую и сердечную. Мышечные клетки имеют удлиненную
-форму и образуют волокна (миофибриллы). К поперечнополосатой
'Рис. 1.23. Мышечная ткань: гладких мышц (А), скелетных мышц (Б) и
сердца (В)
53

мышечной ткани относятся скелетные мышцы. Сердечная мышца
(миокард) также имеет поперечную исчерченность волокон, но
отличается от скелетных мышц способом соединения мышечных
волокон. Первые представляют собой симпласты, вторые
образуют синцитии. Структура мышечной ткани определяется
сократительной функцией мышц.
Рис. 1.24. Клетка нервной ткани — нейрон (А):
1 — тело некрона; 2 — дендриты; 3 — аксон; 4 — миелиновая
оболочка; 5 — неврилемма (шванновская клетка),
Образование миелиновой оболочки аксона клеткой неврилеммы (Б)
Нервная ткань представлена клетками различных отделов
нервной системы: головного и спинного мозга, нервных узлов
(ганглиев), нервных волокон. Различают два вида нервных
клеток: нейроны и нейроглию.
Нейроны (рис. 1.24) — это главные клетки нервной ткани,
функция которых связана с возникновением, восприятием и
передачей сигнальных импульсов. Особенность строения нейронов —
наличие у них отростков: более длинных (иногда до 1 м и бо-
54

лее) —• аксонов и коротких —• дендритов. Аксоны и дендриты
представляют собой выросты тела клеток и состоят из
цитоплазмы, покрытой, как обычно, клеточной мембраной. Аксоны и денп,-
риты нейронов «белого вещества» головного и спинного мозга
(т. е. центральной нервной системы), а также аксоны, дендриты
и сами тела нейронов, связывающих головной и спинной мозг
с различными органами и тканями организма (т. е.
периферической нервной системы), покрыты дополнительно миелиновой
оболочкой гидрофобного характера. Будучи хорошим изолятором,
она, видимо, способствует лучшей проводимости сигнала.
Аксоны передают импульс из тела своего нейрона
непосредственно соседнему нейрону или его дендритам, а дендриты
воспринимают сигнал и передают его в тело своего нейрона. Между
передающим импульс аксоном и воспринимающим этот импульс
нейроном или его дендритом непосредственного контакта нет,
они разделены небольшой щелью, называемой синапсом.
Передача импульса через синапс осуществляется за счет специальных
веществ-переносчиков, называемых нейромедиаторами, и только
в одном направлении — от аксонов одного нейрона в тело
соседнего нейрона или его дендритам. Органы нервной системы
состоят из множества взаимодействующих друг с другом нейронов,
причем каждый нейрон связан одновременно с сотнями, тысячами
или десятками тысяч других нейронов.
Нейроглия — это вспомогательные клетки нервной ткани. Они
заполняют промежутки между нейронами, а также между
нейронами и кровеносными сосудами мозга, выполняя опорную,
защитную и трофическую функции. Определенные клетки нейроглии,
называемые неврилеммой, или шванновскими клетками (см.
рис. 1.24), синтезируют миелиновую оболочку аксонов, дендритов
и самой поверхности некоторых нейронов.
§ 2.
Органы высших животных
и человека
Органы у животных более многочисленны, чем у растений. Их
принято объединять в системы. У высших животных и человека
имеется 11 систем органов.
Система органов кровообращения
Система органов кровообращения (сердечно-сосудистая)
выполняет связующую (транспортную) и защитную
функции. Она обеспечивает транспорт кислорода и обмен веществами
между органами, доставляя им питание и химическую энергию и
удаляя из них продукты жизнедеятельности. Благодаря
сердечнососудистой системе осуществляется защитная функция крови и
лимфы. В составе сердечно-сосудистой системы выделяют крове-
55

носную и лимфатическую системы. Она включает сердце,
кровеносные и лимфатические сосуды, кровь, лимфу, тканевую
жидкость. К ней можно отнести и кроветворные органы — красный
костный мозг, селезенку, печень (она является также органом
пищеварительной системы), тимус — орган эндокринной системы,
который играет важную роль в выполнении защитной функции
крови (с. 68).
Сердце (рис. 1.25) представляет собой мышечный насос,
обеспечивающий движение крови по сосудам. Кроме сократительного-
миокарда (сердечной мышечной ткани), в нем имеется особая,
мышечная ткань, сохранившая свойства эмбриональной и
образующая проводящую систему сердца. В ней возникают
электрические импульсы, вызывающие ритмические сокращения сердца.
Сердце окружено сумкой из соединительной ткани,
заполненной жидкостью. Эта сумка называется перикардом. Перикард
изнутри и миокард снаружи покрыты гладкими эндотелиальны-
ми клетками для уменьшения трения, возникающего при
сокращении.
Кровеносные сосуды по выполняемым функциям и строению
стенок делятся на артерии, вены и капилляры. Артерии несут
кровь от сердца к органам и тканям. От сердца отходят:
легочная артерия, по которой кровь направляется в легкие, и аорта.
(главная и самая крупная артерия), которая недалеко от сердца
разветвляется на другие артерии. Артерии в свою очередь
разветвляются на более мелкие сосуды — артериолы — и затем на
множество капилляров. Стенки артерий и артериол состоят из-
трех слоев (см. рис. 1.25): наружного, прочного и упругого,
состоящего из соединительной ткани, среднего, который представляет
собой гладкую мышечную ткань, и внутреннего, также из
соединительной ткани, покрытого изнутри слоем гладких плоских эндо-
телиальных клеток. В большинстве артерий соединительная ткань
внутреннего слоя образует прочную, но эластичную мембрану.
Вены несут кровь из органов и тканей к сердцу. В органах
и тканях кровь из капилляров артериальной системы попадает
в венозные капилляры, которые собираются в более крупные ве-
нулы, а затем в еще более крупные вены. К сердцу кровь
возвращается через верхнюю (от легких) и нижнюю (от других органов)
полые вены. Таким образом, артериальное и венозное русла
соединяются через капиллярную сеть. Через стенки капилляров,
состоящие только из клеток эндотелия, происходит обмен веществ
между кровью и тканевой жидкостью. Стенки вен и венул состоят
из тех же трех слоев, что и стенки артерий и артериол, но они
заметно тоньше. У большинства вен соединительная ткань
внутреннего слоя не образует эластичной мембраны. Главное отличие
вен от артерий — наличие клапанов, расположенных через
определенные промежутки и пропускающих кровь только в одном
направлении. Особую роль в кровеносной системе играет воротная
вена печени. Она направляет кровь из селезенки и органов
пищеварения (желудка, поджелудочной железы, кишечника) в печень.
56

з ч
Рис. 1.26. Дыхательная система
(А):
1 — трахея; 2 — бронхи; 3 —
бронхиолы; 4 — легкое.
Разветвление бронхиол (Б); 1 —
бронхиолы; 2 — альвеолярные ходы;
3 — альвеолярные мешки; 4 —
альвеолы
Рис. 1.27. Пищеварительная система:
/ — рот; 2 — глотка; 3 — пищевод;
4 — желудок; 5 — двенадцатиперстная
кишка (дуодена); 6 — тонкий
кишечник; 7 — толстый кишечник; 8 —
прямая кишка; 9 — поджелудочная
железа; 10 — печень; // — желчный
пузырь
_ Рис. 1.25. Сердце (А):
I правое предсердие; 2 — левое предсердие; 3 — правый желудочек; 4 — левый желудочек: 5 — нижняя полая вена;
— верхняя полая пена; 7 — легочная вена; 8 — легочная артерия; 9 — аорта. Строение артерий (Б): 1 — внешний
соединительнотканный слой; 2 — средний мышечный слон; 3 — внутренний соединительнотканный слой; 4 — эндотелн-
альная выстилка внутреппого слоя; 5 — просвет артерии

Отсюда кровь направляется по печеночной н далее по нижней
полой вене в сердце.
Лимфатические сосуды — это и мелкие капилляры, и более
крупные сосуды. Стенки лимфатических капилляров также
состоят из клеток эндотелия и проницаемы для веществ тканевой
жидкости. Принципиальное отличие лимфатических капилляров
от кровеносных в том, что лимфатические капилляры и ме ют-
начал о. Они, как и кровеносные капилляры, абсорбируют
вещества из тканевой жидкости. Далее, лимфатические капилляры
сливаются в более крупные сосуды, а те в свою очередь — в еще
более крупные. Самый крупный из них — грудной
лимфатический проток — впадает в левую плечевую вену, и таким образом
лимфатическая сеть соединяется с кровеносной.
Итак, из тканей жидкость и все растворенные в ней вещества
возвращаются в кровь как через кровеносные капилляры, так и
через лимфатические. В крупных лимфатических сосудах, так же
как в венах, через определенные промежутки расположены
клапаны, пропускающие лимфу только в одну сторону. В местах
слияния лимфатических сосудов находятся лимфатические узлы —
своеобразные фильтры, представляющие собой разрастания
клеток с множеством узких и извилистых протоков. В лимфатических,
узлах размножаются лимфоциты, идет образование антител,
задерживаются и уничтожаются бактерии, переродившиеся клетки
(раковые), прочие инородные тела.
Кроветворные органы непрерывно обновляют кровь. Красный:
костный мозг, находящийся в полостях костей, продуцирует
форменные элементы крови: эритроциты, лейкоциты, тромбоциты.
Селезенка служит резервуаром крови. Кроме того, определенные
ее клетки фагоцитируют «старые» эритроциты и тромбоциты.
Печень является еще более крупным депо крови, которое может
запасать до 20% всей крови. Когда наступает необходимость, эта
кровь дополнительно поступает в сосуды. Так же как селезенка,
печень (с помощью купферовских клеток) выполняет санитарную
функцию. Кроме того, она обеспечивает кровь многими
составляющими ее компонентами.
Дыхательная система
Дыхательная система обеспечивает организм кислородом и
освобождает его от углекислого газа.
Она состоит из носовой полости, гортани, трахеи,
разветвляющейся на правый и левый бронхи, которые далее ветвятся на
бронхиолы. Последние заканчиваются несколькими
альвеолярными мешками, в стенках которых находятся выпуклости,
называемые альвеолами (рис. 1.26).
Стенки бронхов и трахеи состоят из трех слоев: внутреннего —
из слизистого эпителия; среднего — из гладкой мышечной ткани
и хрящевых колец и внешнего ■— из соединительной ткани.
Клетки эпителия содержат реснички, биение которых выносит обратно
58

в гортань проникших с воздухом в легкие бактерий, а также
частички пыли и др. По мере разветвления бронхов внешний и
средний слои их стенок исчезают, а ресничный эпителий
заменяется на обычный плоский.
Обмен газов в легких между воздухом и кровью происходит
путем диффузии через стенки альвеол, состоящие только из слоя
эпителиальных клеток, и эндотелий кровеносных капилляров,
густо покрывающих альвеолы. Упругость легких обеспечивается тем,
что между альвеолами находится разделяющая и
поддерживающая их эластичная волокнистая соединительная ткань. Легкие
пронизаны также многочисленными нервами, как
чувствительными, так и нервами, регулирующими процесс вдоха-выдоха.
Пищеварительная система
Система органов пищеварения предназначена для извлечения
необходимых организму веществ и энергии из продуктов питания.
Она состоит из (рис. 1.27) ротовой полости, глотки, пищевода,
желудка, кишечника (двенадцатиперстная кишка, тонкая, толстая и
прямая кишки), печени с желчным пузырем и поджелудочной
железы.
В ротовой полости пища предварительно измельчается и
смачивается слюной, выделяемой слюнными железами. В слюне
содержатся некоторые ферменты, частично расщепляющие
углеводы, и слизь, которая делает пищевой комок легкопроглатывае-
мым. Через глотку, пищевод пища попадает в желудок. Стенки
желудка довольно толстые, состоят из трех слоев: внутреннего
слизистого складчатого, представленного клетками эпителия,
затем среднего — мышечного и внешнего — из волокнистой
соединительной ткани. Клетки слизистого эпителия выделяют
кислый (рН 1,5—2) богатый ферментами желудочный сок, с
помощью которого начинается переваривание белков. Сокращение
и расслабление гладких мышц среднего слоя стенок желудка
обеспечивает передвижение и перемешивание пищевого химуса.
Внешняя поверхность всех отделов пищеварительной трубки
дополнительно покрыта прочной и скользкой серозной пленкой —
брюшиной. Стенки желудка пронизаны нервами, кровеносными и
лимфатическими сосудами. Аналогичное трехслойное строение имеют
стенки кишечника, который начинается относительно короткой
(около 25 см) двенадцатиперстной кишкой. Сюда поступают по
протокам желчь из печени и панкреатический сок из
поджелудочной железы. Сами клетки слизистого эпителия
двенадцатиперстной кишки выделяют кишечный сок. Совместным действием
всех трех компонентов, имеющих рН 7—8, в двенадцатиперстной
и тонких кишках происходит окончательное расщепление белков,
жиров и углеводов. В топком кишечнике происходит также
всасывание продуктов переваривания. Продукты переваривания
белков и углеводов всасываются в кровеносные капилляры кишечных
стенок и затем по воротной вене направляются в печень. Продук-
59

ты переваривания жиров всасываются клетками слизистого
эпителия тонкой кишки, в которых из этих продуктов вновь
синтезируются жиры. Последние всасываются лимфатическими
капиллярами и далее по лимфатическим сосудам поступают в кровь левой
плечевой вены. В толстом кишечнике всасывается вода. Здесь же
находится множество полезных бактерий, которые утилизируют
остатки пиши, например расщепляют клетчатку, и синтезируют
некоторые вещества, необходимые организму. Содержимое тол-
того кишечника постепенно переходит в полутвердое состояние
и проталкивается в прямую кишку, откуда выводится в виде
экскрементов. Экскременты представляют собой непереваренные
остатки пиши, не всосавшиеся или ненужные организму вещества,
а также большое количество бактерий и продуктов их
жизнедеятельности. Печень помимо синтеза желчи, которая
концентрируется в желчном пузыре, осуществляет многочисленные
превращения одних веществ в другие и тем самым обеспечивает
постоянство состава веществ, их соотношения в различных тканях и
органах.
Выделительная система
Выделительная система обеспечивает удаление из организма
продуктов его жизнедеятельности.
Она включает в себя в первую очередь почки с мочевыводя-
щими путями, которые выводят из организма большую часть
«отходов». Выделительными функциями обладают также органы
дыхательной системы (выделяют углекислый газ), пищеварительной
системы (выделяют «отходы» с экскрементами), покровной
системы (через кожу с потом выделяется 5—10% продуктов
жизнедеятельности, в основном тех же, что и с мочой). Почки помимо
выделительной функции играют важную роль в гомеостазе, т. е.
поддержании постоянным состава внутренней среды организма,
в том числе крови.
Почки — это парный орган (рис. 1.28). Каждая почка состоит
из большого числа функциональных единиц — нефронов. Их
строение показано на рисунке. Почечная артерия разветвляется
в почке на артериолы, которые в свою очередь в нефроне
разветвляются на шаровидный пучок капилляров —■ почечный клубочек.
Входит в него афферентная артериола, а выходит эфферентная.
Почечный клубочек располагается в мешке с двойными
стенками—■ боуменовои капсуле, от которой отходит сосуд-трубочка,
называемый почечным канальцем. Стенки почечного канальца
состоят из одного слоя эпителиальных клеток. Эфферентная артерия,
выйдя из почечного клубочка, сильно разветвляется па
капилляры, плотно и густой сетью охватывающие начало почечного
канальца (проксимальный каналец) и его конец (дистальный
каналец). Проксимальный и дистальный концы почечного
канальца, охваченные множеством капилляров, вместе с самим почечным
клубочком, находящимся в боуменовои капсуле, составляют ту
часть нефрона, которая располагается в корковом слое почки.
60

Рис. 1.28. Выделительная система.
Почки (А): 1 — левая почка; 2 — корковое вещество правой почки; 3 — мозговое вещество правой
почки; 4 — почечные лоханки; 5 — мочеточники; 6 — мочевой пузырь; 7 — мочеиспускательный
канал.
Нефрон (Б): 1 — почечный клубочек; 2 —буомснова капсула; 3 — приносящая (афферентная) арте-
риола; 4 — выносящая (эфферентная) артериола; 5 — почечные канальцы; 6 — петля Генле; 7 —.
капиллярная сеть; 8 — веиула; 9 — собирательная трубочка; 10 — вклад других нефронон

Средняя часть почечного канальца, называемая петлей Генлг, у
большинства нефронов находится в мозговом веществе почки и
также охвачена множеством капилляров, которые, сливаясь
вместе, образуют венулу. Венулы далее соединяются в почечную вену.
Днстальная часть почечного канальца переходит в собирательную
трубочку, через которую моча попадает в небольшую полость
в почке — почечную лоханку. Далее из почечной лоханки по
мочеточнику она попадает в мочевой пузырь, из которого выводится
из организма через мочеиспускательный канал.
Образование мочи в каждом нефроне начинается с
фильтрации крови в почечном клубочке через внутреннюю стенку бо-
уменовой капсулы в проксимальную часть почечного канальца.
Фильтрация происходит за счет перепада давления крови на
входе и выходе почечного клубочка, обусловленного тем, что
эфферентная артериола имеет меньший диаметр, чем афферентная.
В образующийся фильтрат из крови переходят только
низкомолекулярные вещества, соли и вода.
Образование мочи из фильтрата происходит в почечных
канальцах, во-первых, за счет реабсорбции нужных организму
веществ (глюкозы, аминокислот, воды и др.) в кровеносные
капилляры, охватывающие почечные канальцы, и, во-вторых, за счет
секреции дополнительного количества низкомолекулярных
«отходов» из кровеносных капилляров в почечные канальцы. В
отличие от фильтрации реабсорбция и секреция протекают против
градиента концентрации и, значит, требуют затраты энергии.
Процессы переноса вещества, протекающие с затратой энергии, как
в данном случае, примято называть активными. Точные
измерения показывают, что работа, производимая почкой (на единицу
ее .массы), даже больше, чем работа, выполняемая сердечной
мышцей. Почки за счет активно протекающих реабсорбции и
секреции играют не менее значительную роль в гомеостазе, чем
печень.
Нервная система
Нервная система регулирует и координирует
функционирование всех других систем организма при его взаимодействии с
внешней средой. Она состоит из головного и спинного мозга, нервных
узлов (ганглиев) и нервов.
Структурно нервная система подразделяется на центральную,
включающую головной и спинной мозг, и периферическую,
которая состоит из ганглиев н пучков нервных волокон (нервов),
связывающих головной и спинной мозг со всеми остальными
органами и тканями тела.
Функционально нервная система делится на соматическую,
контролирующую сокращение-расслабление скелетных мышц и
движение тела, и автономную, или вегетативную,
контролирующую деятельность гладких мышц, сердца и других внутренних
органов.
62

Центральная нервная система.
Представлена множеством отделов.
Головной мозг
Головной мозг очень сложное образование (рис. 1.29).
Основную массу его занимают большие полушария — парная
структура, состоящая из серого и белого вещества. Серое вещество моз-
Рис. 1.29. Головной мозг:
/ — большие полушария; 2 — мозолистое тело; 3 — таламус; 4 —
гипоталамус; 5 — эпиталамус; 6 — средний мозг; 7 — мозжечок; 8 — варолиев мост;
9 — продолговатый мозг; 10 — первый и второй мозговые желудочки; // —
третий мозговой желудочек; 12 — четвертый мозговой желудочек; 13 —
гипофиз; 14 — шишковидная железа (эпифиз); 15, 16, 17 — мягкая, паутинная и
твердая мозговые оболочки соответственно .
га представляет собой скопление тел нейронов и их отростков, не
имеющих миелиновой оболочки. У высших животных и человека
серое вещество мозга в виде тонкого слоя с многочисленными
складками образует кору больших полушарий. С ее
функционированием связаны самые сложные формы нервной деятельности:
обучение, память, анализ восприятия, твсрчество, т. е.
умственная деятельность. Под корой находится белое вещество мозга,
состоящее в основном из покрытых миелиновой оболочкой
отростков нейронов, соединяющих кору больших полушарий с другими
отделами мозга. Отдельные массы серого вещества,
расположенные внутри больших полушарий, образуют подкорковые нервные
63

узлы, или базальные ганглии, называемые еще нервными
центрами, которые являются промежуточными пунктами сбора,
предварительной обработки и передачи нервных импульсов дальше
в другие нервные центры, в кору больших полушарий или,
напротив, из коры в управляемые органы. Большие полушария вместе
с базальными ганглиями называют конечным мозгом.
Стволовая (базальная) часть головного мозга связывает
конечный мозг со спинным. Она ответственна за рефлекторное
управление эмоциями, инстинктами, движением мышц и состоит из
промежуточного, среднего, продолговатого и заднего мозга. В ней
расположены нервные центры вегетативной нервной системы.
Промежуточный мозг содержит различные нервные центры,
в том числе центры вегетативной нервной системы. Наиболее
крупными нервными центрами промежуточного мозга являются
таламус, интегрирующий все виды чувствительных импульсов
(температурных, болевых и др.), которые поступают в мозг, и
гипоталамус, являющийся связующим звеном между нервной и
эндокринной системами. Здесь же расположены и две важные
эндокринные железы: гипофиз и эпифиз (шишковидная железа).
Гипоталамус регулирует уровень возбудимости центральной
нервной системы в целом. Он играет важную роль в регуляции
температуры тела. Так как гипоталамус тесно связан с одной из
самых важных эндокринных желез — гипофизом, то через
гипофиз и осуществляется регуляторное действие нервной системы на
многие обменные процессы, на деятельность эндокринной,
сердечно-сосудистой, пищеварительной, выделительной систем.
Средний мозг связывает промежуточный мозг с
продолговатым. Он содержит нервные центры, регулирующие деятельность
некоторых мышц, например глаз, ушей у животных, а также
тонус скелетных мышц.
Продолговатый мозг содержит нервные центры вегетативной
нервной системы, регулирующие деятельность многих внутренних
органов (сердца, легких, пищеварительной системы и др.). Кроме
того, здесь расположены также нервные центры, воспринимающие
импульсы от вкусовых и слуховых рецепторов, органов
равновесия.
Задний мозг включает мозжечок и варолиев мост. Мозжечок
расположен в задней затылочной части головного мозга, за
продолговатым и частично за средним мозгом. Он состоит из двух
полушарий, связь между которыми обеспечивается через
варолиев мост, охватывающий дугой стык продолговатого и среднего
мозга. Кора полушарий мозжечка имеет множество складок.
Нервные центры мозжечка обеспечивают согласованность
действий разных мышц.
Спинной мозг
Спинной мозг (рис. 1.30) расположен в канале позвоночного
столба и имеет вид трубки. Он играет основную роль в осуществ-
.лении большинства рефлексов, участвует в проведении импульсов
64

от органов и тканей в головной мозг и наоборот. Спинной мозг
состоит из находящегося внутри серого вещества, на срезе
имеющего форму бабочки и представляющего собой скопление тел
нейронов. Снаружи находится белое вещество, состоящее в
основном из пучков аксонов и дендритов, заключенных в миелиновые
оболочки.
Рис. 1.30. Спинной мозг;
1 — белое вещество; 2 — серое вещество; 3 — центральный канал; 4 — задние
корешки; 5 — передние корешки; 6 — ганглии задних корешков с
чувствительными нейронами; 7 — гаиглии симпатической нервной системы с двигательными
нейронами; 8 — вставочный нейрон рефлекторной дуги; 9, 10, 11 — мягкая,
паутинная и твердая мозговые оболочки; 12, 13 — дорсальная и вентральная
ветви, иннервирующие кожу, мышцы задней и передней частей тела
соответственно; 14 — вегетативные ветви, иннервирующие внутренние органы
Общность структуры головного и спинного
мозга. Вдоль всего спинного мозга, внутри него, проходит
центральный канал, заполненный спинномозговой
(цереброспинальной) жидкостью, близкой по составу плазме крови. Переходя
в стволовую часть головного мозга, этот канал расширяется
четыре раза. Образованные в результате расширения четыре
полости называются мозговыми желудочками. Первый и второй
находятся в больших полушариях, третий — в промежуточном мозгу,
четвертый — в продолговатом. Они густо оплетены кровеносными
капиллярами. Как спинной, так и головной мозг покрыты тремя
оболочками: внутренней мягкой — из клеток нейроглии, средней
паутинной — из рыхлой соединительной ткани и внешней
относительно твердой — из плотной соединительной ткани. Пространство
между оболочками заполнено спинномозговой жидкостью.
3 Зак. 68
65

Периферическая нервная система
Периферическая нервная система — это нервы, связывающие
головной и спинной мозг со всеми органами и тканями. Они
представляют собой в основном пучки аксонов и дендритов. Нервные
сплетения — это скопления таких пучков. Тела нейронов
периферической нервной системы находятся или в головном и спинном
мозгу, или вне их, образуя в последнем случае нервные узлы
{ганглии). Нервный импульс поступает в головной или
спинной мозг через чувствительные {афферентные) нейроны, а
выходит из него через двигательные {эфферентные) нейроны.
Соединение между чувствительным и двигательным нейронами
обеспечивается вставочным нейроном. Все вместе они образуют
функциональную единицу — рефлекторную дугу.
Чувствительные волокна входят в спинной мозг через задние корешки, а
двигательные выходят через передние (см. рис. 1.30). Задние и
передние корешки вскоре сливаются в один пучок, который затем вновь
делится на три ветви. Первые две иннервируют кожу и мышцы, а
третья — внутренние органы и, значит, относится к вегетативной
нервной системе.
Вегетативная нервная система
Вегетативная нервная система, в отличие от соматической,
автономна, т. е. она не подвержена волевому контролю.
Вегетативная нервная система подразделяется на симпатическую и
парасимпатическую системы. Большинство внутренних органов
получают двойную иннервацию со стороны как симпатической, так и
парасимпатической нервной системы. В некоторых органах
имеются нервы только одной из систем. Действие двух систем на
органы с двойной иннервацией противоположно; если импульсы
симпатической системы «усиливают» деятельность органа, то
импульсы парасимпатической эту деятельность «ослабляют» и па-
оборот. Нормальное функционирование внутренних органов в
высшей степени зависит от согласованного действия
симпатической и парасимпатической систем.
Структурно-функционально в нервной системе выделяются
пирамидный тракт и экстрапирамидная система, сенсорные структуры,
лимбическая система, ретикулярная формация.
Пирамидный тракт {система) — совокупность нервных узлов
и эфферентных нервных пучков в головном и спинном мозгу, по
которым импульсы, управляющие движением мышц, направляются
из коры больших полушарий через нейроны спинного мозга в
двигательные нервы, выходящие из мозга в составе передних
корешков.
Экстрапирамидная система — совокупность подкорковых
нервных центров больших полушарий и стволовой части головного
66

мозга, участвующих в управлении движением мышц, регуляции их
тонуса, в эмоциональных проявлениях типа смеха, плача и др.
Сенсорные структуры: нервные окончания, афферентные
волокна, чувствительные нейроны, специальные проекционные зоны
в различных отделах центральной нервной системы, отвечающие
за восприятие, проведение и обработку сигналов, поступающих от
рецепторов практически из всех тканей и органов тела.
Лимбическая система — совокупность отделов головного
мозга, расположенных в коре, подкорковом слое и внутри больших
полушарий и ответственных за инстинктивное поведение,
эмоциональное состояние. Лимбическая система участвует в деятельности
вегетативной нервной системы, в формировании определенных
видов памяти.
Ретикулярная {сетчатая) формация — совокупность
центральных структур головного мозга, деятельность которых связана
с регуляцией уровня возбудимости центральной нервной системы,
особенно коры больших полушарий. Ретикулярная формация,
в частности, регулирует переход сон-бодрствование.
Система эндокринных и экзокринных желез
Эндокринные железы — это железы внутренней секреции,
выделяющие в кровь вещества различного строения, называемые
гормонами, которые способны в крайне малых концентрациях
целенаправленно влиять на деятельность других органов и тканей
организма. Эндокринная система наряду с нервной играет
важную роль в регулировании функциональной активности всех
других систем организма. В отличие от нервной регуляции
эндокринные железы осуществляют гуморальную регуляцию.
Функционирование самих эндокринных желез также регулируется
как нервной системой, так и гуморально, т. е. гормоны одних
эндокринных желез влияют на деятельность других желез и
наоборот, по принципу «обратной связи», который часто
встречается в живой природе. Кроме того, среди гормонов, секретируе-
мых разными железами, нередко встречаются одинаковые, так
что в некоторых случаях функции одной железы могут частично
переходить к другой. Таким образом, ясно, что
функционирование эндокринных желез тесно взаимосвязано. В состав
эндокринной системы входят (рис. 1.31): гипофиз, эпифиз, щитовидная и
паращитовидные железы, тимус, надпочечники, поджелудочная
железа, половые железы, а также клетки слизистой оболочки
пищеварительной трубки и сердца.
Гипофиз. Он находится в нижней части промежуточного мозга,
под гипоталамусом. Состоит из передней и задней долей, которые
имеют разное эмбриональное происхождение. Гормоны
передней доли (аденогипофиза) регулируют функционирование
многих других желез внутренней секреции: щитовидной, падпо-
у
67

чечников, эндокринных клеток поджелудочной железы (островков
Лангерганса), семенников, яичников, а также желез внешней
секреции — молочных желез. Гормоны задней доли (ней-
рогппофиза) влияют на сокращение гладкой мускулатуры,
молочных желез, вызывают
сужение кровеносных
капилляров, усиливают всасывание
воды кровеносными
капиллярами из почечных канальцев.
Эпифиз (шишковидная
железа) находится в
промежуточном мозгу. Его гормоны
оказывают тормозящее
действие на функционирование
половых желез и коры
надпочечников.
Щитовидная железа
расположена в области шеи. Ее
гормоны регулируют
интенсивность обменных реакций в
организме.
Паращитовидные железы
(их четыре) находятся на
задней поверхности щитовидной
железы, иногда в самой
ткани железы. Гормоны этих
желез регулируют обмен
фосфора и кальция.
Тимус (вилочковая, или
зобная, железа) состоит и?
двух долей, охватывающих
справа и слева трахею. Он
хорошо развит у
новорожденного и растет до наступления
половой зрелости, затем
претерпевает инволюцию, которая
в некоторых случаях доходит
до атрофии. Тимус играет
важную роль в формировании
иммунитета, от его
функционирования зависит
созревание определенного вида
лимфоцитов. Гормоны тимуса
существенным образом влияют
Рис. 1.31. Эндокринная система:
/ — гипоталамус; 2 — гипофиз; 3 —
эпифиз (шишковидная железа); 4 —
щитовидная железа; 5 —
паращитовидные железы; 6 — тимус (вилочковая
железа); 7 — желудок; 8 — печень;
9 — двенадцатиперстная кишка; № —
поджелудочная железа; // —
надпочечники; 12 — почки; 13 — яичники; 14 —
семенники (у мужчин)
на развитие организма.
Надпочечники — парные железы. Каждая расположена но
верхней части почки. Состоят из двух самостоятельных частей:
внутренней — темно-бурого мозгового вещества и внешней —
светлой желто-розовой коры. Мозговое вещество надпочечников:
68

состоит из хромаффинных клеток, представляющих собой особую
разновидность нервной ткани. Его гормональная деятельность
управляется симпатической нервной системой. Гормоны мозгового
вещества надпочечников (адреналин и норадреналин) играют
важную роль в мобилизации организма при стрессовых нагруз-
ках — наивысших физических и психических напряжениях, в
моменты опасности, тревоги, т. е. при чрезвычайных обстоятельствах.
Кора надпочечников секретирует различные гормоны, относящиеся
к классу стероидов и влияющие на многие обменные процессы,
водно-солевое равновесие в организме, количество лимфоцитов
в крови. От нормального функционирования коры надпочечников
зависит сопротивляемость организма стрессовым ситуациям,
инфекциям, адекватность воспалительных и аллергических
реакций.
Поджелудочная железа состоит из клеток двух типов:
эндокринных и экзокринных. Эндокринные клетки располагаются
в ткани поджелудочной железы группами, которые называют
островками Лангерганса. Они выделяют различные гормоны,
регулирующие в основном углеводный и в некоторой степени липид-
ный обмен.
Половые железы — семенники (у мужчин) и яичники (у
женщин) — выделяют в кровь мужские и женские половые гормоны
так, что первые преобладают у мужчин, а вторые — у женщин.
Это соотношение обусловливает признаки пола, выраженные во
внешности и поведении.
Временной железой у женщин являются желтое тело и
плацента, гормоны которых обеспечивают нормальное протекание
беременности.
Клетки слизистой желудка и кишечника также секретируют
в кровь ряд гормонов, регулирующих местное (на уровне
конкретного отдела) пищеварение.
Почки помимо выделительной функции выполняют роль
эндокринной железы, выделяя в кровь гормоны, регулирующие эриг-
ропоэз (созревание эритроцитов).
Сердце, как показали недавние исследования, является
важной эндокринной железой, выделяя в кровь гормон, участвующий
в регуляции обмена, давления крови и водно-солевого баланса.
Экзокринные железы — это железы, выделяющие секрет не
в кровь, а по протокам либо наружу, либо в другие внутренние
органы. К ним относятся: потовые и сальные железы кожи,
слюнные и молочные железы. Экзокринные клетки поджелудочной
железы, называемые ацинарными, продуцируют пищеварительные
ферменты, поступающие в кишечник с панкреатическим соком.
Печень как экзокринная железа выделяет желчь, поступающую
по протокам в двенадцатиперстную кишку. Предстательная железа,
семенные пузырьки и куперовы железы имеются только у мужчин
и располагаются под мочевым пузырем. Секрет, который они
выделяют в половые протоки, обеспечивает жизнедеятельность
сперматозоидов в семенной жидкости.
69

Покровная система
Представлена кожей, которая является внешней оболочкой
организма. Ее основное назначение — защита организма от
воздействия внешней среды и поддержание постоянства внутренней.
Другими словами, кожа защищает от незначительных
механических и химических воздействий, от губительного действия ультра-
Рис. 1.32. Кожа:
/ — эпидермис; 2 — верхний слой дермы из плотной волокнистой
соединительной ткани; 3 — нижний слой дермы из рыхлой соединительной ткани; 4 —
жировая ткань; 5 — мышечная ткань; 6 — волос; 7 — мышца, поднимающая
волос; 8 — сальная железа; 9 — потовая железа; 10 — нервные окончания
волосяного фолликула; 11, 12, 13 — тактильные рецепторы разной
чувствительности; 14 — свободные нервные окончания (болевые); 15, 16 — рецепторы
тепла и холода соответственно
фиолетового излучения, от проникновения микробов, от перегрева
и потери тепла. Экзокринные железы кожи, потовые и сальные, а
также молочные, образованные из той же ткани, что и кожа,
являются органами выделительной системы. Кожа состоит
(рис. 1.32) из очень тонкого внешнего слоя эпидермиса, не
имеющего кровеносных капилляров, и расположенного ниже, более
толстого слоя — дермы, который пронизывают многочисленные
70

кровеносные и лимфатические капилляры, а также нервные
волокна. Эпидермис состоит из эпителиальных клеток, а дерма • -
из клеток волокнистой соединительной ткани и жировых клеток.
Верхний слой дермы представляет собой очень густое
переплетение белковых волокон, которые образованы клетками
соединительной ткани — фиб'робластами. Этот слой обеспечивает
механическую прочность и эластичность кожи.
Скелетная система
Кости и их соединения образуют вместе скелет — вместилище
для жизненно важных органов, хранилище минеральных
соединении. Скелет выполняет опорную, а также архитектурную
функцию, создавая форму тела. Жесткие кости скелета выполняют
также защитную функцию для внутренних органов. Скелет человека
состоит из более чем 200 костей, а также множества хрящей,
связок и сухожилий. Скелет у человека и других развитых животных
находится внутри организма, а у других, более примитивных
животных (раки, крабы, улитки, некоторые насекомые) скелет
является внешним образованием.
Хрящи — полутвердые образования соединительной ткани. Они
находятся там, где необходима упругая плотная ткань: суставная
поверхность костей, гортань, трахея, бронхи, полужесткие
соединения ребер с грудиной и др. Из них построены также ушные
раковины и кончик носа.
Связки — эластичные образования соединительной ткани. Они
соединяют кости между собой.
Сустав — место подвижного соединения двух костей, обычно
заключен в суставную сумку, образованную связками. Внутренняя
ее часть — суставная полость, заполнена синовиальной
жидкостью, которая по составу близка лимфе, но содержит еще
слизистые вещества, выполняющие роль смазки.
Сухожилия — это нерастяжимые полужесткие образования
соединительной ткани, способные выдерживать большие нагрузки на
разрыв. Они соединяют мышцы с костями.
Мышечная система
Мышечная система, представленная многочисленными
мышцами тела, вместе со скелетом образует форму тела и обеспечивает
как движение его частей, так и движение всего организма в
целом.
Мышцы человека и млекопитающих подразделяются на три
вида: скелетные, сердечную и гладкие. Скелетные обеспечивают
движение тела или его частей; сердечная мышца (миокард)
обусловливает работу сердца, как нагнетающего насоса; гладкие
мышцы, составляющие основу стенок внутренних органов и сосудов,
обеспечивают тонус и просвет сосудов, а также полых органов.
71

Работа мышц регулируется нервно-гуморальным путем, т. е.
за счет нервной системы и физиологически активных веществ, в
том числе гормонов. Волевое управление возможно только
скелетными мышцами.
Органы восприятия (чувств)
Принято считать, что высшие животные и человек обладают
пятью видами чувств: зрения, слуха, осязания, обоняния, вкуса,- —
благодаря которым происходит восприятие внешней среды. Для
жизнедеятельности организма помимо информации из внешней
среды очень важны сигналы, идущие из внутренней среды
(восприятие внутреннего состояния), хотя ощущения, возникающие
при этом, трудно точно охарактеризовать и определить. Животные
и человек обладают еще чувством равновесия (гравитации),
которое обусловлено функционированием как самостоятельного
органа, так и органов других чувств, в том числе и тех, которые
воспринимают внутреннее состояние организма.
Функционирование органов чувств всех видов основано на
способности их клеток-рецепторов к раздражению и затем
передаче в центральную нервную систему генерированного нервного
импульса.
Орган зрения — глаз. Его клетки-рецепторы колбочки и
палочки реагируют на свет. Первые ответственны за зрение при
ярком свете, за восприятие цветности, формы и деталей
предметов, вторые — за зрение при слабом освещении и ночное видение.
Орган слуха состоит из внешнего, среднего и внутреннего
уха. Во внутреннем ухе находятся слуховые рецепторы — волос-
ковые клетки, которые воспринимают звуковые сигналы.
Органы осязания находятся во внутреннем слое кожи (см.
рис. 1.32). Они представляют собой различные виды окончаний
отростков чувствительного нейрона: или свободно разветвленные
(отвечают за болевые ощущения) или усложненные специальными
образованиями, например в виде капсулы (отвечают за
тактильные ощущения, а также за восприятие холода, тепла). Считается,
что превышение определенного уровня раздражения тактильных и
температурных рецепторов также вызывает болевые
ощущения.
Органы обоняния. Обонятельные клетки-рецепторы
расположены среди клеток эпителия верхних носовых ходов, куда воздух
попадает только путем диффузии.
Органы вкуса. Вкусовые рецепторные клетки находятся во
вкусовых почках, которые располагаются в основном на языке и
частично на мягком нёбе, задней стеике глотки, миндалине,
надгортаннике, а в раннем детстве — и на губах.
Органы равновесия (гравитации) — это вестибулярный
аппарат, который анатомически расположен во внутреннем ухе, а
также многочисленные кинестетические рецепторы (проприоцеп-
торы), находящиеся в мышцах, связках, суставных сумках, в об-
72

разованиях соединительной ткани и реагирующие на
растяжение— сжатие. В возникновении чувства равновесия принимают
участие также органы зрения и тактильные рецепторы кожи.
Рецепторы органов восприятия внешней среды (зрения, слуха,
осязания, обоняния, вкуса) называются экстероцепторами.
Рецепторы, воспринимающие внутреннее состояние организма,
называются интероцепторами, или рецепторами висцеральной
чувствительности. Они находятся во внутренних органах, кровеносных
сосудах. С их сигналами целиком или частично связаны чувства
жажды, сытости, тошноты, рвоты, головокружения, потребность
в мочеиспускании, дефекации и др. К ним относятся также
клетки—рецепторы вестибулярного аппарата и проприоцепторы.
Раздражение рецепторов органов чувств достигается механическим
способом (тактильные, слуховые, вестибулярные, проприоцепторы
и частично интероцепторы), химическим способом (обонятельные,
вкусовые, болевые, часть интероцепторов), физико-химическим
(фотохимическим) способом (зрительные).
Органы размножения
Органы размножения (половые) обеспечивают
воспроизведение потомства. Они подразделяются на внутренние и копулятив-
ные.
Внутренние половые органы у мужских особей — это
семенники и вспомогательные половые железы: предстательная, купе-
ровы железы, семенные пузырьки. Семенники помимо синтеза
половых гормонов продуцируют мужские половые клетки —
сперматозоиды, а вспомогательные половые железы образуют секрет,
обеспечивающий жизнеспособность сперматозоидов.
Внутренние половые органы женских особей — это яичники,
яйцеводы {фаллопиевы трубы), матка, а также плацента. В
яичниках помимо половых гормонов образуются яйцеклетки, которые
оплодотворяются сперматозоидами в фаллопиевой трубе. В матке
происходит развитие эмбриона и вынашивание плода. Плацента—
временный орган, возникающий при беременности из внутреннего
слоя матки. Она представляет собой губчатую мембрану, которая
отделяет кровь плода от крови матери, но через которую тем не
менее плод получает питательные вещества и кислород из
материнского организма, отдавая углекислоту и продукты своего
метаболизма. Плацента является одновременно эндокринной
железой, гормон которой регулирует протекание беременности.
Копулятивные (внешние) половые органы обеспечивают
встречу между сперматозоидами и яйцеклеткой.
Ретикуло-эндотелиальная (макрофагическая)
система
В отличие от других систем органов человека и высших
животных ретикуло-эндотелиальная система представляет собой не
совокупность органов, построенных часто из нескольких видов
7$

тканей и объединенных одной или несколькими одинаковыми
функциями в организме, а совокупность клеток с одинаковыми
функциями, находящихся в разных тканях и органах. Основная
функция клеток ретикуло-эндотелиальной системы — защита
организма от бактерий, вирусов и частиц, проникших в организм
или образовавшихся в нем в результате жизнедеятельности
проникших микроорганизмов либо из-за нарушения собственного
метаболизма. Защита осуществляется путем фагоцитоза.
К клеткам ретикуло-эндотелиальной системы относятся:
моноциты и гранулоциты (нейтрофилы) крови, макрофагические клетки
различных тканей и органов: гистиоциты соединительной ткани,
остеокласты костной ткани, купферовские звездчатые клетки
печени; в других органах и тканях (селезенке, легких, костном мозгу,
лимфатических узлах) макрофаги не имеют специальных
названий. Способностью к фагоцитозу обладают клетки иейроглии.
Сами моноциты иногда также называют макрофагами, а нейтро-
фильные гранулоциты — микрофагами. На самом деле, моноциты
превращаются в макрофаги после проникновения из крови в
другие ткани.
§ 3.
Особенности размножения животных
Половое размножение
Этот вид размножения характерен для большинства животных.
Он связан с оплодотворением, т. е. слиянием мужской и
женской половых клеток, в результате чего образуется зигота.
Зигота развивается в эмбрион и затем в плод. При таком способе
размножения мужские и женские половые клетки образуются
путем мейоза в половых органах соответственно мужских и
женских особей.
Гермафродитизм — особый вид полового размножения,
когда одна и та же особь является и мужской и женской либо
одновременно, либо в разное время. Примером первого случая
могут служить некоторые ленточные черви, способные к
самооплодотворению, или дождевые черви, способные оплодотворять
друг друга. Примером второго случая являются устрицы, у
которых одна и та же особь через некоторое время меняет свой
пол.
Партеногенез — довольно редкая разновидность полового
(но однополого) размножения, наблюдаемая у некоторых
насекомых и мелких ракообразных. Он характеризуется тем, что
взрослый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки,
причем вырастают всегда либо самцы, либо самки. Пример партено-
генетического потомства — трутни у пчел, гаплоидные самцы.
Искусственное партеногенетическое потомство было получено и
у животных, стоящих на более высокой ступени развития, — у
лягушек и кроликов, но оно оказалось гораздо менее
жизнеспособным.
74

Бесполое размножение
Бесполое размножение осуществляется без участия
специальных половых клеток. Встречается у беспозвоночных животных,
причем иногда существует наряду с половым, например у
кишечнополостных (гидр, медуз, гидроидных и коралловых полипов).
У них образование дочерних особей происходит путем
почкования, т. е. новый организм того же пола развивается из группы
клеток (почки), отделившейся от родительского организма.
Некоторые беспозвоночные, например плоские черви, морские звезды
и др., могут восстанавливать (регенерировать) весь
организм из небольшой его части.
Онтогенез
Онтогенез — это индивидуальное развитие особи от момента
зарождения (оплодотворение яйцеклетки) до конца жизни.
Оплодотворенная яйцеклетка (зигота) развивается в эмбрион путем
Рис. 1.33. Развитие эмбриона у низших животных:
А — деление яйца; Б — бластула; В — начало образования гаструлы; Г —
гаструла; Д — возникновение мезодермы: Е — начало образования внутренних
органов.
/ — эктодерма; 2 — энтодерма; 3 — мезодерма; 4 — полость первичной
кишки, 5 — зачаток хорды; 6 — нервная трубка; 7 — зачаток внутренних органов
митотического деления (дробления), которое протекает через
стадии бластулы и гаструлы (рис. 1.33). Бластула — шарообразный
зародыш с полостью (бластоцелем) внутри. Стенка бластулы
75

представляет собой слой клеток, называемый эктодермой. Гаст-
рула образуется из бластулы. У низших животных это происходит
путем инвагинации (впячивания внутрь) определенного участка
Рис. 1.34. Развитие эмбриона у человека:
А — поздняя бластула в момент имплантации эмбриона в стенку матки,
приблизительно на 8—10-й день развития; Б — гаструла через две недели; В —>
эмбрион на 20-й день развития; Г — эмбрион на 25-й день развития; Д —
эмбрион через месяц.
/ — оболочка хориона; 2 — плотный клеточный шарик; 3 — внеэмбриональная
полость; 4 — желточный мешок; 5 — образование амниотической полости; 6 —
зародышевая пластинка; 7 — эктодерма; 8 — мезодерма; 9 — энтодерма; 10 —
оболочка амниона; // — полость первичной кишки; 12 — аллантоис; 13 —
развивающийся эмбрион; 14, 15 — верхняя (головная) и нижняя части будущего
плода; 16 — пупочный канатик
эктодермы до полного исчезновения бластоцеля. Образовавшаяся
новая полость — гастроцель — открывается наружу бластопором
именно там, где произошла инвагинация. Клетки внутреннего
-слоя гаструлы образуют энтодерму.
76

Эмбрионы самых примитивных животных, таких как
кишечнополостные, состоят только из эктодермы и энтодермы. У
эмбрионов всех других животных возникает различным путем третий
■слой клеток — мезодерма, — локализующийся между эктодермой
и энтодермой.
Человеческий эмбрион (рис. 1.34), после стадии бластулы
называемый бластоцистом, дифференцируется в полый шар,
оболочка которого именуется хорион, и плотный шарик значительно
меньшего размера, прикрепленный изнутри к хориону.
Приблизительно на десятый день после оплодотворения эмбрион
прикрепляется к стенке матки — происходит имплантация. На стадии
гаструлы клетки плотного внутреннего шарика образуют две
полости: амниотическую, окруженную эктодермой, и желточный
мешок, выстланный энтодермой. Между ними располагаются
клетки зародышевого диска. Далее развитие идет таким образом,
что амниотическая полость постепенно охватывает также
растущий зародышевый диск, который в свою очередь охватывает
часть желточного мешка, формируя из другой его части длинную
тонкую трубку. Из нее затем образуется пупочный канатик,
соединяющий плод с хорионом, который в этом же месте с внешней
■стороны образует с тканью стенки матки плаценту.
Таблица 1.2
Эмбриональное происхождение некоторых органов
и тканей человека
Эктодерма
Верхний слой кожи
(эпидермис) и его производные,
такие как кожные
(потовые, сальные) железы, ре-
цепторные структуры,
волосы
Нервная система, органы
зрения, слуха
Эпителий ротовой и носовой
полостей; рецепторные
клетки органов обоняния
и вкуса
Мозговой слой
надпочечников
Мезодерма
Внутренний слой (дерма)
кожи
Органы скелетной и
мышечной систем
Соединительная ткань и ее
образования, такие, как
кровь, кровеносные
сосуды
Почки и кора
надпочечников, внутренние половые
органы
Энтодерма
Эпителий внутренней
поверхности органов
пищеварительной и дыхательной
систем
Печень и поджелудочная
железа
Эпителий внутренней
поверхности органов
мочеполовой системы
Щитовидная и паращито-
видная железы
Зародышевые листки — это три типа зародышевой ткани:
эктодерма, мезодерма и энтодерма. Из них в процессе развития
плода формируются различные органы (табл. 1.2). Некоторые из
органов происходят из одного и того же типа ткани, в образовании
других принимают участие разные ткани.
77

§ 4.
Основные принципы
классификации животных
Как и в случае растений, основным правилом, позволяющим'
объединить животных в группы, является общность их
строения, развития и размножения (рис. 1.35).
Признаком, по которому всех животных делят на две большие
группы: беспозвоночные и хордовые, является наличие в
теле животного так называемой хорды —
полужесткого или вполне гибкого образования из хрящевой или костной-
ткани, идущего вдоль тела и выполняющего опорную функцию.
Беспозвоночные в свою очередь подразделяются на низших к
высших. Низшие беспозвоночные имеют отдельные, еще
несовершенные органы, которые можно условно объединить в системы.
Высшие беспозвоночные отличаются более высоким уровнем
развития большинства систем, таких, как пищеварительная,
кровеносная, нервная, мышечная, дыхательная, выделительная,
половая, а также систем органов чувств и органов размножения.
Хордовые подразделяются на организмы с примитивной
хордой и позвоночные. Первые либо имеют недостаточно развитую-
хорду, либо она имеется только у личиночной формы, а у
взрослого организма исчезает; они эволюционно являются связующим
звеном между беспозвоночными и позвоночными. Хорда
последних представляет собой хрящевой (у миног, акул, скатов) или
костный (у большинства животных) позвоночник.
Общие замечания
о классификации животных
Наиболее примитивные животные — это кишечнополостные■;.
У них уже имеются все виды тканей, хотя органы весьма
просты: пищеварительная полость с одним входом—выходом,
щупальца, несложные половые органы (гонады). Мезодермы у них
еще нет.
У плоских свободноживущих червей обнаруживается
мезодерма, появляются другие органы: органы чувств, мышечная
глотка, выделительная система из специализированных клеток.
У плоских паразитирующих червей, таких, как ленточные
глисты, в силу специфики условий обитания хорошо развиты лишь
органы размножения, а пищеварительная полость, рот
отсутствуют, так как питательные вещества просто всасываются
поверхностью тела.
У немертин, круглых червей и других близких видов
появляются системы органов. Имеется обычная пищеварительная
система с раздельным входом—выходом, развиваются нервная и
мышечная системы, у немертин — кровеносная с гемоглобином.
Совершенствование мезодермы приводит к образованию целома,
т. е. полости, заключенной между двумя «трубками» — эктодер-
78

ХОРДОВЫЕ
БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ
ПОЗВОНОЧНЫЕ
Организмы с
примитивной хордой
си о
У «п
с о
<о с:
CU
низшие
беспозвоночные
ТЕПЛОКРОВНЫЕ}
плацентарные,
МЛЕКОПИТАЮЩИЕ сумчатые,
клоачные
ПТИЦЫ
крокодилы,
ПРЕСНЫ К А Ю1Д И ЕС Я змеи, черепахи,
ящерицы
саламандры,
ЗЕМНОВОДНЫЕ жабы,
лягушки
РЫБЫ
КРУГЛОРОТЫЕ 7инаигиЬ''
БЕСЧЕРЕПНЫЕ ланцетник
ЛИЧИНОЧНОХОРДОВЫЕ оболочники
ПОЛУХОРДОВЫЕ баланоглосг
насекомые,
ЧЛЕНИСТОНОГИЕ многоножки,
роки, пауки
кальмары, осьминоги,
МОЛЛЮСКИ устрицы, улитки,
слизни
КОЛЬЧАТЫЕ ЧЕРВИ Ztl,e хр6и
ИГЛОКОЖИЕ "ZZI ££*
немертины,
КРУГЛЫЕ ЧЕРВИ аскариды, '
трихины и др.
ленточные глисты,
ПЛОСКИЕ ЧЕРВИ шистосама,
планории
КИШЕЧНОПОЛОСТНЫЕ SS''
гидры
Рис, 1,35.
Принципы классификации животных

моллюски
членистоногие
кольчатые черви
немергпины
плоские черви
млекопитающие
птицы

пресмыкающиеся
рыбе/
ланцетник
палухардобые
цветковые
папоротники
кишечнополостные
плауны
псилофиты
РАСТЕНИЯ
водоросли
ЖИВОТНЫЕ
губки ?
амебь
ПРОТИСТЫ
БАКТЕРИИ
ш
Рис. 1.36.
Эволюционное древо
живого мира

мой (внешней поверхностью) и энтодермой (пищеварительным-
каналом) и заполненной внутренними органами с омывающей их
жидкостью.
У высших беспозвоночных системы органов претерпевают
дальнейшее совершенствование, возникают органы дыхания,
эндокринные «железы», внешний скелет. Считается, что
эволюция происходила от общего кишечнополостного предка двумя
ветвями. Одна из них — это плоские, круглые, кольчатые
черви, моллюски и членистоногие, а другая шла через
иглокожих к хордовым. Более дальний предок обеих ветвей животных
вместе с предком растений и грибов происходит от древнейших:
представителей протистов, а те, видимо, от прокариот (рис. 1.36) „.

Раздел В
КЛЕТКИ, ТКАНИ, ОРГАНЫ
В ИСКУССТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Глава 6
ОСОБЕННОСТИ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
ЖИВОЙ МАТЕРИИ
§ 1.
Возможности культивирования клеток,
тканей, органов in vitro
и возникающие при этом проблемы
В настоящее время поддержание жизнедеятельности живой
материи in vitro в течение длительного времени представляет
собой проблему, успешно решенную для многих конкретных
случаев.
Получение биомассы из одноклеточных прокариотических и
эукариотических организмов широко используется как в
лабораторных, так и в промышленных условиях.
Несколько более трудным технически, но также вполне
преодолимым, является культивирование in vitro растительных и
животных тканей. Примером первого случая может служить
успешное культивирование культуры ткани корня женьшеня или
получение целого растения моркови из клеток флоэмы. Пример
второго случая — культивирование эпителиальной ткани почек
обезьян для получения вакцины против вируса полиомиелита.
Техника культивирования тканей в настоящее время позволяет
поддерживать их жизнедеятельность очень долго (десятки лет).
Еще более сложным является поддержание в течение
определенного времени жизнедеятельности органов,
изолированных от организма. Здесь надо в первую очередь
решать проблемы обеспечения тканей и органов питанием.
Что касается растений, то достаточно поместить срезы веток
в воду, поскольку поступление питательного раствора (воды и
растворенных в ней минеральных веществ) в органы растения
обеспечивается в основном за счет осмотических сил. Отдельные
органы животных в условиях стерильности и пониженной
температуры удается сохранять жизнеспособными в течение многих
часов и даже суток. Длительность поддержания
жизнедеятельности изолированных органов животных зависит не только от
обеспеченности их клеток питанием, но и от того, насколько хорошо
обеспечено удаление из органов продуктов их
жизнедеятельности.
.82

§ 2.
Особенности
культивирования растительных
и животных клеток
Выявляются две особенности выращивания
определенных клеток или образцов тканей организма изолированно от
других тканей и органов.
Первая особенность — слабый рост или даже
полное его отсутствие связано с тем, что развитие, т. е.
пролиферация и дифференцирование, клеток
определенного вида в организме обычно регулируется не только
веществами, которые они сами вырабатывают, но также продуктами
деятельности клеток других тканей и органов. Например,
пролиферация миелоидных стволовых клеток (предшественников
эритроцитов, тромбоцитов, макрофагов и тучных клеток) происходит
под действием белковых факторов роста, выделяемых фибробла-
стами соединительной ткани.
Неплохо размножаются в искусственных условиях лишь
эмбриональные и раковые клетки. Рост первых обусловлен, видимо,
тем, что и в природных условиях их развитие до определенного
этапа идет за счет внутренних резервов, когда они не
нуждаются в притоке питательных веществ и регуляторов роста извне.
Вторые клетки сами по себе отличаются безудержным ростом,
который сохраняется и в условиях in vitro. Считается, что с
превращением нормальной клетки в раковую осуществляется
перестройка ядерного материала, при которой клетки утрачивают
способность своевременно заканчивать рост после
определенного числа делений. Другими словами, раковые клетки остаются
неопределенно долго в стадии пролиферации и не переходят в
конечную стадию дифференцирования. У них также отсутствует
контактное торможение, под влиянием которого деление
нормальной клетки прекращается, если она начинает
контактировать с себе подобными.
Поддерживать в культуре нервные клетки труднее всего,
особенно если они взяты у взрослых организмов. Однако можно
индуцировать рост их нервных отростков. Это делается с помощью
белковых факторов роста нервов, которые синтезируются
многими тканями, но выделяются обычно из подчелюстных слюнных
желез, из некоторых видов раковых клеток, из змеиного яда.
Вторая особенность — быстрая утрата способности
к дифференцированию. Клетки какой-либо ткани при
выращивании в культуре трансформируются в клетки одного из
трех видов: эпителиоциты, фпбробласты, амёбоциты. Эпителио-
циты образуются при культивировании эпителиальных тканей как
эктодермального, так и энтодермального происхождения.
Фпбробласты (механоциты) получаются из культуры мышечной ткани
и различных видов соединительной ткани. Амёбоциты, как и фиб-
5.5

робласты, имеют мезодермальное происхождение. Они возникают
в культуре макрофагов и микрофагов.
Не трансформируются в культуре нервные клетки и
лимфоциты.
§ 3.
Клонирование —
метод получения культуры
генетически идентичных клеток
Клон — колония клеток, полученных делением из одной-един-
ственной клетки. Клонирование — техника выращивания
клона клеток; применяется, когда необходимо получить культуру
генетически идентичных клеток.
§ 4.
Получение гибридом —
способ выращивания культуры клеток
с заданными свойствами
Гибридома — клетка, полученная слиянием двух клеток
совершенно разного происхождения, например мыши и человека.
Слияние клеток в культуре достигается путем воздействия
на клеточные оболочки химическими или физическими методами
(электрослияние). Метод гибридом применяется в том
случае, когда необходимо в одной клетке объединить свойства двух
клеток разного происхождения, как например свойство
производить защитные белковые антитела у лимфоцитов и свойство
хорошо расти в культуре (раковые клетки).

Часть II
СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ
Раздел А
БЕЛКИ —
ОСНОВНОЙ МАТЕРИАЛ КЛЕТКИ
Белки составляют до половины и более сухой массы животной
клетки.
Глава 7
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
И ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКОВ
Состав белков по химическим элементам: С, О, Н, N,
иногда S. В белках встречаются также элементы Fe, Cu, Zn и
др. Но не химические элементы являются «буквами алфавита»,
из которых складывается все многообразие «слов» — молекул
белков. Такими структурными элементами белков природа
выбрала простые соединения — а-аминокислоты.
§ 1.
Структурные элементы белков —
аминокислоты
Все белки состоят в основном из 20 а-аминокислот (строго
говоря, одна из них, пролин, — а-аминокислота). Аминокислоты
принято делить на три группы в зависимости от состояния
аминокислоты при нейтральных рН (рнс 11.1). Кроме перечисленных
в рис. II.1 обычных аминокислот в белках встречаются:
«необычные» аминокислоты — производные обычных аминокислот
(рис. II.2) и простетические группы, которые по составу и
структуре могут быть очень простыми, например атом металла,
фосфатные группы, и довольно сложными, например липиды
полисахариды, нуклеиновые кислоты.
85

„Заряженные" аминокислоты:
(5,8) СГС-СИ2— СН—СОО (2,0)
NH,"
(9,7)
аспорагиновая кислота fAsp^)
(10,5) ЫНз-СН2-СН2-СН2-СН2-СН-СОО_ (2,2)
I +
NHj
(9,0)
лизин (Lys, к)
(4,2) O0C-CHz-CH2-CH.-COO (2,2)
I +
NH3
(9,7)
глутапинобая кислота (6lut E)
NHZ-C-NH-CH2-CH2-CH2-CH-CDD_(2,2)
II + I + K
NH2 NH3
('2,5) (9,0)
аргинин (Агд, я)
HC=C —CH,-CH-C00 (1,8)
+ / \ I +
HN NH NH3
(6,0) ^CHX (g)2) гистидин (His,H)
Рис II.1. Аминокислоты белков при рН 7. В скобках: численные значения рК.
(депротонизации) соответствующих групп и условные обозначения.
§ 2.
Простые и сложные белки
По составу белки делят на простые и сложные. Простые
белки состоят только из аминокислотных остатков. Сложные
белки отличаются от простых наличием простетической группы.
Таблица II.1
Простетшеские группы различных
сложных белков
Название сложных
белков
Металлопротеины
Гемопротеины
Фосфопротеины
Гликопротеины
Протеогликаны
Липопротеины
Нуклеопротеины
Простетическая группа
Атомы металлов
Железопротопорфирин
Фосфатные группы
Олигосахариды, простые сахара
Полисахариды
Липиды
ДНК или РНК
Сложный белок, утративший простетическую группу, называют
апобелком. Сложные белки подразделяют на классы (табл. П.1)
в зависимости от состава и структуры простетической группы.
86

. Полярные аминокислоты
tt-CH-COO" (2,3)
I ♦
NHj
(9.6)
глицин (Gly, в)
.{13,5) но-снг-сн-соо"(2,г)
NHj
(9,2)
серим (Ser, 5)
NH,-С-СН,-CH-CDD (2,0)
II I +
D NHj
(8,8)
аспарагин (Asn, NJ
CH,-CH-CH-COD~ (2,3)
1 I +
DH NHi
(13,5) (9,7)
треонин (Thr, T)
(10,5) HO — ^^ — СНг— СН- CDD""(2,2)
NH,-C-
II
D
iv)
Chf
-CH,-CH-C00 (2,2)
1 +
NH3
(9,1)
глутапин (Gin, Q )
HS-
CH2-CH-CD0"(l,8)
1 +
NH3
(10,5)
/>..„ r)
NH,
(9,1)
Тирозин (Туг, У)
Гидрадюбные аминокислоты:
СН3- CH-CDD (2,Д)
NHj
(9,7)
апамим (Ala, A)
СН,
СН-СН,-CH-CDD (2,д)
/ I +
СН3 NH3
(9,6)
лейцин (Leu, L)
СН,-СН-С00 2,0 )
/ \ + '
СН2 NHZ (10,6)
\ /
сн2
пропин (Рга, р)
^3-снг- сн-соо" (i,a)
I +
NHj
(9,0
фенилаланин (Phe) f)
ch,
СН-CH-CDD (2,3)
/ I + -
i5 NH3
(9,6)
Ьапин (Vol, V)
сн,-сн,-сн-сн-соо (гм)
I I +
CH3 NH3
(9,7)
изолейцин (lie, I)
CH3- S-CH2- CHZ- CH- CDD~(2,3)
I +
NHj
метионин
(Яг)
(Met, M)
,CH2- CH-CDD (2,6)
NH,
NH ^
триптаран (Trp, w)
87

НОч
nch-ch-coo
/ \ ,
СН2 NH,
\„ /
СН,
СН,-СН—COD
/ \ +
НО-СН NH,
\ /
сн2
3 -гивроксипролин
CHj-NH-CHz-CH2-CH2-CH2-CH-CO0
NH3
U-гидроксипролин
"оос
~оос
H3N~ CH2-CH-CH2-CHz-CH-C00"
ОН NH*
5 -гидроксилизин
B-N-петиллизин
\
СН-СН,-СН"-СОО
/ I +
NH,
р-карооксиглутонинобоя кислота
hTn
...■-■'сн-
оос ..■
<
Ч У СОО :
,\/ .■■■■■
■ СН •;
ч ■:
-(СНг)2-ЛЧсН
+
N1 :
. СН :'
х\ "■■■-•,
Н3" '•.LUU
деспозин
г)г~
tint
-сн'-
■••.. соо~;
..-■'^сн '•
- •• оос ■■■ 6V4rH>, NH+
. N1 .•••.1Снг)з '^NH3
i 1 '.■■.'-■■.. "сн'-
'№*)•*: '■•••^СОСГ
;. СН :
+ А '■---.
HjN \ СОО .:
иэодесмозин
Рис. II.2. Некоторые «необычные» аминокислоты белков
§ з.
Свойства аминокислот
Из данных табл. П.2 видно, что при нейтральных значениях
рН аминокислоты находятся в состоянии цвиттериона, т. е. ами-
но- и иминогруппы заряжены положительно, а карбоксильные
группы — отрицательно. Отсюда понятно, почему молекулы
аминокислот имеют большие дипольные моменты, а их растворы —
высокие диэлектрические постоянные. Относительно высокие
температуры плавления аминокислот свидетельствуют о том, что их.
кристаллы обладают ионной решеткой.
Ароматические аминокислоты поглощают
ультрафиолет, причем лучше всех — триптофан (280 нм), несколько
хуже — тирозин (280 нм) и еще слабее — фенилаланин (260 нм).
Все аминокислоты, за исключением глицина, обладают одним
хиральньш центром (асимметричным атомом углерода). Две ами-
88

Таблица II.2
рКа различных аминокислотных групп
Ионизируемая группа аминокислоты
РКЯ
а-Карбоксильная группа
Р- и ^-Карбоксильные группы аспарагиновой и глутами-
новой кислот
Имидазол гистидина
SH-группа цистеина
а-Аминогруппы
8-Аминогруппа лизина
Фенольная гидроксильная группа
Гуанидиновая группа аргинина
)—10
10,5
10,5
12,5
иокислоты — треонин и изолейцин — имеют еще и второй хираль-
ный центр. Чтобы различать стереоизомеры, условились за
эталон конфигурации считать L- и D-глицеральдегид (рис. П.З).
сно
сно
снгон
носн, {*==-/-/—-^
Рис. П.З. L-Глицеральдегид (слева) и D-глицеральдегид (справа)
В соответствии с этим аминокислоты также имеют L- и D-сте-
реоизомеры (рис. II.4). Соответствующие проекционные формулы
H2N-
СООН
I
-С—Н
!
сн3
L-аланин
Н—С
f
соон
ш2
сн3
D-аланин
Эти формулы отражают на плоскости то, что видит наблюдат гль,
рассматривающий стереоизомеры в направлении, указанно**
стрелками на рис. II.4. DL-система обозначения стереоизоме^ов
является общепринятой для аминокислот и Сахаров. Более общая
RS-система в большинстве случаев совпадает с £>£-системой (осо-
89

COOh
COOH
Рис. 11.4. L-Алании (слева) и D-аланин (справа)
бенно для аминокислот и Сахаров). Все природные белки и
пептиды, синтезируемые обычно на рибосомах, состоят из L-амино-
кислот.
§ 4.
Основа структуры белков —
полипептидная цепь
Аминокислоты с помощью пептидной связи образуют
полимерные цепочки:
о о о; о
у II II и
NH9—С—С—NH—СНо—С—NH—СН—С—NH—СН —С—ОН
СН2 СН3 СН2
I I
он /\
I
\/
I
он
При сокращенной записн последовательности аминокислотных
остатков слева пишут N-конец, а справа — С-конец.
Пептидная связь характеризуется высокой степенью
стабилизации за счет резонанса:
О
О"
С—N— <^> — C=N-
90

Это приводит к тому, что: 1) имипогруппа не способна
присоединять или отдавать протон в области рН от 0 до 14; 2) связь,
не будучи чисто одинарной, является «жесткой», т. е. невозможно
свободное вращение вокруг нее.
Пространственно атомы пептидной связи расположены почти
в одной плоскости, причем атомы, связанные с азотом, образуют
лирамиду с тупой вершиной — азотом (рис. II.5). Атомы кисло-
Рис. II.5. Пространственное расположение атомов в пептидной связи
рода и водорода чаще всего находятся в гране-положении, но
встречается и несколько менее стабильная г^мс-пептидная связь
(с участием пролина).
За счет пептидной связи в организме образуются как простые
пептиды (ди-, три-, олиго-), так и полипептиды, т. е. белки, у
которых число аминокислотных остатков бывает от пяти десятков
до нескольких тысяч. Молекула белка может состоять из одной
или нескольких полипептидных цепей. Отдельная полипептидная
цепь содержит от нескольких десятков до нескольких сотен
аминокислотных остатков. Пептидные цепочки не разветвляются, но
могут быть ковалентно сшиты внутри себя или между собой за
счет образования дисульфидной связи между пространственно
сближенными SH-группами цистеинов:
I I I
NH NH NH NH
J. II I
С—СН2—SH HS—СН2—С -> С—СН2—S—S—СН2—С
г, I II- I
о=с с=о о=с с=о
I II I
остатки цистеина, остаток цистеина
или полуцистины
Последовательность аминокислотных
остатков в полипептидной цепочке с учетом «цистино-
вых связок» составляет первичную структуру
белков. Обратим внимание на то, что она держится на к о в а-
лентных связях.
91

Г л а в а 8
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ БЕЛКОВ
По пространственному строению белки делят
на глобулярные и фибриллярные.
Глобулярные белки состоят из одной полипептидной цепи или
нескольких, плотно свернутых за счет нековалентных, а часто и
ковалентных связей в компактную частицу, называемую
глобулой. Они обычно хорошо растворимы в воде. Ферменты,
антитела, многие гормоны, а также белки-переносчики, например мио-
глобин, гемоглобин (переносчики кислорода), сывороточный
альбумин (переносчик жирных кислот) — все это глобулярные
белки.
Фибриллярные белки состоят из вытянутых или спирализован-
ных полипептидных цепей, расположенных параллельно и
удерживаемых вместе в основном за счет многочисленных
нековалентных, а иногда и ковалентных связей. Полипептидные цепи
объединены в волокна (фибриллы). Такие белки не растворимы в
воде. Из них построены, например волосы, ногти, перья
(кератины), сухожилия (коллаген), связки (эластин), шелк, паутина
(фиброин).
Очевидны различия как между структурой глобулярных и
фибриллярных белков, так и между их свойствами
(растворимость и др.).
§ 1-
Первичная структура определяет
пространственное строение белка
Закономерность, отраженную в заголовке, экспериментально
подтвердил К. Анфинсен. Он разрушил нативную трехмерную
структуру белка рибонуклеазы (провел денатурацию),
добавив в раствор белка мочевину и р-меркаптоэтанол. Затем, удалив
диализом денатурирующие агенты, вновь получил активный
белок (провел ренатурацию). Таким образом, полипептидная
цепь свертывается в «нативную» структуру самопроизвольно, по
причинам, связанным со строением самой полипептидной цепи.
Причин, по которым данная полипептидная цепь принимает
единственную трехмерную структуру — нативную конформациюг
несколько. В полипептидной цепочке (рис. П.6) мы наблюдаем
Рис. II.6. Чередование «жесткой» пептидной связи и одинарных связен в
полипептидной цепочке
92

повторное чередование связей: пептидная — две одинарные.
Теоретически допустимо свободное вращение плоскостей, в которых
лежат «жесткие» пептидные связи, вокруг одинарных связей.
Отклонения их от плоскостей рисунка определяется углами ср и ip.
Однако реально на возможные значения ср и г|з накладывается
целый ряд ограничений.
Ограничения, связанные с взаимодействиями в самой цепи
1. Стер и чес кие препятствия. Одновременное
свободное вращение вокруг разных одинарных связей невозможно, в
чем можно убедиться, использовав молекулярные модели.
Наибольшим числом степеней свободы обладает полиглицин.
Увеличение размеров боковых групп R уменьшает возможность
свободного вращения вокруг одинарных связей.
2. Дипольные взаимодействия. Плоскость пептид-
нон связи представляет собой диполь, который, конечно,
предпочитает расположиться относительно других диполей
определенным образом, особенно если это расположение закрепляется
образованием связей, например водородных.
3. Взаимодействие боковых групп R.
Положительный и отрицательный заряды или гидрофобность соседних
боковых групп препятствуют или способствуют определенному
пространственному расположению пептидных плоскостей.
Ограничения, связанные с взаимодействиями цепи
с окружающей средой
(с растворителем или другими соседними цепями):
1) образование водородных связей;
2) гидрофобные взаимодействия;
3) ионные взаимодействия;
4) образование цистиновых мостиков.
Все эти ограничения приводят к тому, что полипептидная цепь
принимает то л ько одну нативную конформацию.
Уровни пространственного строения белков
Пространственное строение белков может быть:
неупорядоченным, т. е. статистический клубок, как у денатурированного белка,.
и упорядоченным, как у нативного белка. В последнем случае
принято рассматривать:
1) вторичную структуру — пространственную организацию
соседних по цепи аминокислотных остатков;
2) третичную структуру — пространственную организацию,
удаленных по цепи аминокислотных остатков;
3) четвертичную структуру — пространственное расположение
в единой молекуле отдельных полипептидных цепей, каждая из
которых свернута в свою глобулу. Такие глобулы называют про-
93

номерами, или субъединицами. Связь между ними в молекуле
белка обеспечивается нековалентными силами. Белки,
молекулы которых состоят из нескольких субъединиц (протоме-
ров), называют олигомерными.
Третичную и четвертичную структуры принято относить к
глобулярным белкам. У фибриллярных белков граница между
уровнями пространственного строения в определенной степени
условна.
§ 2.
Вторичная структура белков
Первую успешную попытку построить для полипептидной
цепи регулярную вторичную структуру сделали Полинг и Кори в
1951 г. На основании сравнения возможных вариантов
пространственного расположения молекулярных моделей полипептидов
они пришли к выводу о существовании их в двух формах: а-спи-
рали и |3-складчатого слоя, что и было экспериментально
подтверждено через несколько лет. Затем были обнаружены в
глобулярных белках короткие отрезки других спиралей, которые
были названы соответственно Зю-, я- и сш-спираль.
Типы вторичных структур
Правая а-спираль — наиболее распространенная в белках
спиральная структура полипептидных цепей из ^-аминокислот
(рис. П.7). Пространственное расположение в ней
аминокислотных остатков обусловливает максимально стабильную структуру.
Стабилизация достигается за счет того, что витки спирали
«сшиты» водородными связями, а также взаимодействием диполей.
Число водородных связей максимально. Их направленность
почти параллельна продольной оси а-спирали. На виток приходится
3,6 аминокислотного остатка, а все диполи пептидных связей
направлены вниз. Число атомов в цикле, образуемом водородной
связью, равно 13. Водородная связь возникает между СО-группой
n-го остатка и NH-группой (п + 4)-го остатка (рис. П.8), т. е.
взаимодействие сближенных и направленных в одну сторону
диполей пептидных связей имеет место через каждые два диполя.
310-Спираль (рис. II.9) — это правая, более закрученная, чем
а-спираль. Приятое обозначение Зю связано с тем, что спираль
характеризуется тремя остатками на виток и 10 атомами в
цикле, образованном водородной связью. Последняя возникает
между СО-группой n-го остатка и NH-группой (п + 3)-го остатка
(рис. 11.10), т. е. в данной спирали диполи сближены и
взаимодействуют между собой через один.
л-Спираль (рис. 11.11) — для нее характерно 4,4-аминокислот-
ных остатка на виток и диаметр больший, чем у а-спирали. При
образовании водородной связи возникает цикл из 16 атомов
(рис. 11.12). Таким образом, я-спираль может быть обозначена
94

Рис. 11.7. Схема правой а-спирали. Пунктирными
линиями обозначены водородные связи,
стрелками — диполи пептидных связей. Точками
обозначены аминокислотные остатки, находящиеся на
невидимой стороне цилиндра
00 О,
11 , »,
N-C-C+ N-C — С + N-C
НО Н 1 Hi
меппЛ'5' 0бРазование водородных связей в а-спирали. Для наглядности
пронумерованы диполи пептидных связей (вверху) и аминокислотные остатки (внизу)

Рис. 11.9. Схема правой Зю-спирали. Водородные
связи обозначены пунктирными линиями, диполи
пептидных связей — стрелками. Точками
обозначены аминокислотные остатки, находящиеся на
невидимой стороне цилиндра
Рис. 11.10. Образование водородных связей в Зю-спирали

Рис. П.И. Схема правой л-спирали. Водородные
связи обозначены пунктирными линиями,
диполи — стрелками. Точками обозначены
аминокислотные остатки, находящиеся на невидимой
стороне цилиндра
Y,
Я'
ч
В'
о5
II
N
I
Н о
С-С 4-N-C-C^ N-C-C | N-^-C-j: N~C\CJN-C\C JN-C-CJ
H 1
N H
41
^1
Рис. 11.12. Образование водородных связей в л-спирали
4 Зак. 68

Рис. 11.13. Схема правой ац-спирали. Пунктиром
обозначены водородные связи, стрелками —
диполи пептидных связей. Точки —
аминокислотные остатки на невидимой стороне цилиндра
N-C-C \
II
О о
6 Н 7
xC-ci N-C-C
II ' II
v06 Q
Рис. 11.14. Образование водородных связей а,,-спирали

как 4,4к<-спираль1. Водородную связь дают СО-группа п-го
остатка с NH-группой (л+ 5)-го остатка, а сближаются и
притягиваются диполи друг к другу через три, т. с. 1-й к 5-му, 2-й к 6-му
и т. д.
ап-Спираль (рис. 11.13) имеет 4 остатка
па виток в цикле с водородной связью 14
атомов (рис. 11.14). Водородная связь образуется
между NH-группой п-го остатка и СО-груп-
пой (л+3)-го остатка, а диполи
взаимодействуют друг с другом через три.
Сравнивая ац-спираль с уже
перечисленными, можно увидеть характерные отличия: -
1) все диполи направлены вверх;
2) водородные связи образуются между
началом (NH-группой) п-го остатка и
концом (СО-группой {п + 3)-го
остатка 2.
Спираль коллагена (рис. 11.15) встречается
только в коллагенах — самых
распространенных белках человека и высших животных.
Они являются основой сухожилий, хрящей,
кожи, костей и др. Полипептидная цепь
коллагена образует ломаную левозакрученную и
довольно растянутую спираль с тремя
аминокислотными остатками на виток. Внутрице-
почечных водородных связей в спирали нет.
Стабилизация достигается за счет
межцепочечных ковалентных связей, а также
водородных связей и гидрофобных
взаимодействий (см. с. 121). Полипептидная цепь
содержит примерно 1000 остатков, м. м. 100 000.
Рис. 11.15. Схема спирали коллагена. Кружочками
обозначены аминокислотные остатки, образующие
левую спираль, которая в свою очередь закручивается в
правую суперспираль
'- а-Спираль также можно обозначить как 3,6ц-спираль. В настоящее время
рекомендовано обозначать спирали по целому числу остатков, содержащихся
в целом, числе витков. Например, а-ашраль, 3^-спираль и л-спираль надо бы
соответственно называть 18ъ-спираль, З^-спираль и 22ъ-спираль.
2 У а-, Зю-, л-ашралей водородные связи образуются между концом (NH-
группой) п-го остатка и началом (СО-группой) соответствующего остатка
(вперед по цепи).
4*
99

Особенности состава коллагенов:
1) треть состава — глицин;
2) пятая часть — пролин, а также его гидроксипроизводные;
3) остальные аминокислоты имеются в небольших
количествах и в неполном наборе;
4) наличие редкой аминокислоты 5-гидроксилизина.
Точная структура спирали эластина — основного белка
связок костей — неизвестна. Она содержит около 800 остатков;
м. м. 72 000.
Особенности состава цепи эластина:
1) треть состава — глицин;
2) много пролина (восьмая часть), но мало гидроксипроли-
нов;
3) половина состава — гидрофобные алифатические
аминокислоты Ala, Vat, Leu;
4) остальные аминокислоты содержатся в небольших
количествах и в неполном наборе;
5) часто встречаются повторяющиеся последовательности,
такие, как Pro-Gly-Val-Gly-Val, Lys-Ala-Ala-Lys.
N - концы
С-концы
Рис. 11.16. Параллельный ^-складчатый слой. N-концы
цепей — вверху, С-концы цепей — внизу
100

^-Складчатый слой образуется из довольно вытянутых
полипептидных цепей. Бывает двух видов:
1) параллельный — если направление полипептидных цепей
одинаково (рис. 11.16);
2) антипараллельпый — если полипептидные цепи
направлены навстречу друг другу (рис. 11.17).
N - конец
Рис. 11.17. Антипараллельный (3-складчатый слой. Одна цепь.
Ее N-конец — слева вверху, С-конец — справа внизу. Цепь
поворачивает, образуя два (3-изгиба
Стабилизация ^-складчатых слоев достигается за счет
образования межцепочечных водородных связей, в
которых принимают участие все пептидные связи.
Особенности Р-складчатых слоев:
1) цепи вытянуты, но не полностью, поэтому образуется не
плоскость, а «гофрированная» структура;
2) водородные связи лежат в плоскостях складок;
3) ^-группы располагаются рядами, поочередно выше и ниже
плоскости рисунка;
101

4) антипараллельный р-складчатый слой может быть
образован одной полнпептидной цепью, которая, поворачивая,
образует (3-изгибы.
Вторичная структура определяется первич-
н о и. Об этом свидетельствуют данные рентгеноструктурного
анализа синтетических полипептидов, а также белков с
известной аминокислотной последовательностью. На основании этих
данных 20 аминокислот в соответствии с их склонностью к
образованию спиралей или (3-структур можно достаточно строго раз-
Таблица П.З
Склонность L-аминокислот белков к образованию спиралей
и ^-структур
Активно образуют
Склонны к образованию
Слабо образуют
Безразличны к данной
структуре
Противодействуют
образованию
Разрушают
Спирали
Glu, Ala, Leu
His, Gin, Val, Phe, Trp, Mel
Lys, He
Asp, Arg, Ser, Thr, Cys
Asn, Tyr
Gly, Pro
(5-Структуры
Val, He, Met
Thr, Tyr, Cus, Gin, Leu, Trp,
Phe
Ala
Asp, Arg, Gly
His, Lys, Ser, Asn, Pro
Glu
делить на несколько групп (табл. П.З). Использование этих
данных для теоретического предсказания вторичной структуры в
ряде случаев дало неплохие результаты.
§ 3.
Третичная структура
глобулярных белков
Анализ данных по пространственному строению белков с
известной структурой позволяет сделать вывод о том, что
глобулярные белки по третичной структуре можно разделить на пять
групп.
Типы построения глобул
а-Белки — белки с большим количеством спиральных
структур, например миоглобин — кислородсвязывающий белок мышц.
Запасенный кислород он высвобождает по мере необходимости
для поддержания метаболизма. Его выделяют обычно из мышц
ныряющих животных — китов, тюленей. Миоглобин был первым
глобулярным белком, у которого методом рентгеноструктурного
анализа была выяснена третичная структура (рис. 11.18).
Молекула миоглобина состоит из одной полипептидной цепи со 153
остатками, его молекулярная масса 16 700.
102

-о
/
н2с^
о*/
ч
сн,
с
,сн2
сн,
С J^\ С
cHrqfY УУснз
^C-N4 „N-C
C-N N=C4
CH—С ^r rv -C~CHt
* 4* \ * 4C*
His-93
HN-
CH
I
HN
дистапьный
гистидин-6Ц-
His-64
сн.
I
сн.
CH
I
сн
tH,
/CHZ ^ ^
проксимальный
гистидин-93
\
//
CH
C-CH2-
плоскость гена
В
Рыс. //./<§. Миоглобин:
А — схема третичной структуры миоглобина; заштрихованная часть — гем,
темное пятно в нем — атом Fe; Б — структура тема (Fe-протопорфирин IX); В —
оксимиоглобин
Особенности структуры миоглобина:
1) около 75% его полипептидной цепи находится в виде
а-спирали, имеется несколько спиральных участков;
2) между спиральными участками находятся аминокислотные
участки, нарушающие а-спираль, — Pro, «заряженные» —
Asp, Lys, Arg, а также способные образовывать
водородные связи с карбоксильными группами Ser, Thr, Туг;
3) внутри молекулы спрятаны гидрофобные остатки, снаружи
располагаются полярные и «заряженные» остатки;
4) внутри молекулы могут поместиться лишь четыре
молекулы воды;
5) простетическая группа гем связана с апобелком некова-
лентно.
103

Рис. 11.19. Схема третичной структуры
субъединичной глобулы конканавалина
А, состоящей из антипараллельных |3-
слоев. Заметно скручивание р-слоев в
виде пропеллера
Рис. 11.20. Схема третичной
структуры субъединичной глобулы су-
перокспддисмутазы из
эритроцитов быка
Рис. 11.21. Схема третичной структуры
глобулы флаводоксина. Параллельный |3-
слой, над которым расположены 2 а-спи-
рали, а под ним — 3. Между двумя р-
участками находится нековалентно
связанный флавинмононуклеотид (ФМН) (см
рис. 11.19)

§-Белки — их глобулы состоят из двух и более р-складчатых
слоев. Такие белки довольно редки. В качестве примера можно
привести олигомерный белок растительного происхождения
конканавалин А. Молекула его состоит из 4 субъединиц, каждая
представляет собой полипептид из 237 остатков с молекулярной
массой 27 500 (рис. 11.19). Конканавалин А относится к группе
белков, объединяемых общим названием лектины. Эти белки
отличаются способностью специфично взаимодействовать с поверх-
Рис. 11.22. Схема третичной структуры фосфоглицераткиназы.
Участки а-спиралей находятся снизу и сверху (5-слоев
ностью клеток, вызывая, например, склеивание
(агглютинацию) последних. Сам конканавалин А агглютинирует раковые
клетки, а также способен вызывать пролиферацию лимфоцитов.
Другим примером р-белка является супероксиддисмутаза
(СОД) эритроцитов быка. Молекула ее состоит из 2 субъединиц,
каждая из которых представляет собой полипептид из 151
остатка, с одним цистиновым мостиком. Структура субъединицы СОД
также основана на антипараллельном р-слое (рис. 11.20),
однако в данном случае он свернут в виде бочонка.
а/р-Белки — полипептидная цепь состоит из чередующихся
а-спиралей и вытянутых р-участков цепи, сгруппированных в один
р-слой, как например в бактериальном флаводоксине или фосфо-
105

глицераткиназе. Молекула флаводоксина содержит 138 остатков.
Пять участков цепи образуют параллельный р-слой, скрученный
в виде пропеллера, с каждой стороны которого расположены
а-спирали (рис. 11.21). Молекула фосфоглицераткиназы состоит
из 355 остатков и представляет собой два р-слоя с
многочисленными спиралями с обеих сторон (рис. 11.22).
Рис. 11.23. Схема третичной структуры молекулы термолизина.
{З-Складчатый слой состоит из 10 параллельных и
антипараллельных цепей. Видны 7 спиральных участков
(а + $)-Белки — полипептидную цепь можно разделить на
участки, целиком состоящие из спиралей, и на участки, имеющие
форму ^-складчатого слоя. Такая структура существует в
молекуле термолизина (рис. 11.23), полипептидная цепь которого имеет
316 остатков.
106

(без а, р)-Белки практически не имеют спиральных и
складчатых структур. Примером может служить ферредоксин из Рер-
tococcus aerogenes (рис. 11.24). У таких белков на первый взгляд
полипептидная цепь свертывается в глобулу в виде
беспорядочного клубка, однако это не так. При сворачивании глобулы
действуют те же силы, что и в других белках.
Домены
Молекулярные глобулы (или субъединичные глобулы) иногда
состоят из ясно различимых долей, как это видно на примерах
фосфоглицераткиназы (см. рис. 11.22) и термолизина (см. рис.
11.23). Такие доли, связанные между собой ковалентно, принято
называть доменами. Домены — особенность третичной структуры
некоторых глобулярных белков.
Сравнение третичных структур ряда белков привело к
интересным выводам. Во-первых, белки с близкой функцией, но с
разными первичной, вторичной, третичной и четвертичной структу-
Рис. 11.24. Схема третичной структуры белка ферродоксина из Peptococcus
aerogenes. Темные кружочки — атомы железа, светлые кружочки — атомы серы
Рис. 11.25. Схема третичной структуры вариабельного домена тяжелой цепи
иммуноглобулина G
рами часто содержат сходные домены. Например, многие дегид-
рогеназы, для функционирования которых необходим никотин-
амидадениндинуклеотид (НАД) (см. рис. 11.18), имеют в своем
составе НАД-связывающий домен. Во-вторых, белки с разными
функциями и разным строением иногда также содержат
структурно подобные домены. Например, один из доменов (вариабельный)
тяжелой цепи иммуноглобулина G (рис. 11.25) по
пространственному строению удивительно напоминает субъединичную
глобулу супероксиддисмутазы из эритроцитов быка (см.
рис. 11.20).
107

Природа сил, стабилизирующих третичную
структуру белков
Основную роль в стабилизации, видимо, играют гидрофобные
взаимодействия боковых групп аминокислотных остатков,
которые, стремясь избежать термодинамически невыгодного контакта
с молекулами воды, группируются вместе внутри глобулы. Не
меньшую роль играют водородные связи. Они возникают как
между боковыми группами аминокислотных остатков, так и между
NH- и СО-группами пептидных связей. Существенно также
электростатическое притяжение противоположных зарядов боковых
групп, например СОО~ и К!Нз+. Наиболее прочные связи, хотя и
существующие далеко не во всех белках, представляют собой ко-
валентные цистиновые мостики.
Воздействия,
вызывающие денатурацию белка
Ослабление одного из перечисленных выше взаимодействий
(или нескольких), а также разрыв S—S-мостиков могут
привести к разворачиванию полипептидной цепи, т. е. к нарушению на-
тивной третичной структуры белка — денатурации. Денатурацию
вызывают:
1) экстремальные значения рН, нарушающие
электростатические взаимодействия и разрушающие водородные связи;
2) температура, разрывающая прежде всего слабые некова-
лентные связи;
3) высокие концентрации солей также нарушают
электростатические взаимодействия и разрушают водородные
связи;
4) мочевина, гуанидин, органические растворители,
разрывающие гидрофобные, а также водородные связи;
5) сульфгидрильные соединения, такие, как р-меркаптоэтанол,
другие восстановители, например NaBH4, а также
окислители, например надмуравьиная кислота, разрывающие
цистиновые мостики (последние не всегда доступны, если
спрятаны внутри глобулы).
Денатурация может быть необратимой или обратимой.
Необратимость часто можно объяснить кинетическими
причинами.
Образование нативной структуры
Образование нативной структуры — кооперативный процесс.
Само образование а-спирали термодинамически
выгодно, если образуется достаточно много витков, «сшитых»
водородными связями. При образовании одного витка
необходимо преодолеть довольно высокий энтропийный барьер,
связанный с тем, что одна водородная «сшивка» влечет за собой
потерю свободы вращения шести связей, однако каждая последую-
108

щая соседняя «сшивка» лишает свободы вращения уже только
две связи (рис. 11.26). Таким образом, в уравнении AG=A#—
— TAS при образовании u-спирали отрицательное значение AS с
избытком компенсируется тоже отрицательным значением Л#
образования водородных связей, и чем больше их будет, тем
термодинамически выгодней будет образование а-спирали.
Немаловажный вклад в стабилизацию спиралей (а точнее, в
отрицательное значение ЛЯ) вносят и диполь-дипольные
взаимодействия (см. рис. 11.7, II.9, 11.11, 11.13). Подсчитано, что
наиболее полно они начинают проявляться в спирали из десяти
остатков.
н он он он он он о
I II I II I II I II I II I II
— N-C-C-N-C-C-N-C-C —N-C-C-N-C-C-N-C-C-
Н ОН ОН Q
I II
—N-C-C-N-C-C-N-C-C
н он он
l II l II l
N-C-C-N-C-C-N-C-
о
м
С-
м м
♦ t
Рис. 11.26. Образование одной водородной связи в а-спирали ведет к потере
свободы вращения шести связей (указаны стрелками), оказавшихся внутри витка,
а при образовании второй водородной связи — только двух связей
Переход клубок-спираль происходит так:
сначала на участке полипептидной цепи, называемом центром спн-
рализации, возникает один виток с одной водородной связью —
затравкой. Это с большой вероятностью происходит там, где
четыре соседних остатка относятся к категории «активно
способствующих образованию спирали». Затем от
первоначального витка спирализация происходит с ускорением в обе
стороны по цепи, пока не встретятся остатки, «препятствующие
образованию спирали».
Образование (3-слоев аналогично спирализации с той
принципиальной разницей, что водородные связи возникают между
полипептидными цепями. Роль «затравки» выполняют участки
цепи, состоящие из трех остатков, «активно способствующих
образованию р-слоя».
Образование нативной конформации белка происходит путем
ассоциации а-спиралей и р-структур. Расчет показывает, что об-
№

разозание нативной конформации простым перебором всех
вариантов с закреплением наиболее энергетически выгодного просто
нереально, так как требует много миллиардов лет. Высказана
убедительная гипотеза, что это происходит следующим образом:
возникающие далее на короткое время небольшие участки (10—
15 остатков) спиралей и р-структур при сближении в результате
диффузии стабилизируются путем образования ассоциатов,
которые называют «единицами скручивания». Дальнейшее
образование нативной структуры происходит с ускорением.
В белках, бедных спиралями и ^-структурами, видимо, не
меньшую стабилизирующую роль игоают другие участки цепи, а
также другие причины, например комплексообразование с
ионами металлов. Такой процесс, когда каждый последующий шаг
облегчается и ускоряется, называется кооперативным.
Только за счет кооперативности ренатурация белка в подходящих
условиях может происходить достаточно быстро.
§ 4.
Четвертичная структура
глобулярных белков
У многих белков молекула состоит более чем
из одной глобулы.
Гемоглобин — пример аллостерическога
белка
Структура гемоглобина. Молекула гемоглобина позвоночных
состоит из четырех субъединичных глобул (протомеров).
Например, гемоглобин А (основной гемоглобин человека) состоит из
двух идентичных субъединиц а (по 141 остатку) и двух
идентичных единиц р (по 146 остаткам). Его субъединичная формула —
«2^23, м. м. 64 500. Четыре протомера располагаются в виде
тетраэдра (рис. 11.27). Постоянная связь между ними
обеспечивается гидрофобными взаимодействиями. Каждый а-протомер имеет
хороший контакт с обоими р-протомерами. Между идентичными
протомерами контакт слабее. Молекула гемоглобина легко
диссоциирует на две сф-половинки. Далее диссоциация идет в
более жестких условиях. Из этого можно сделать вывод, что
взаимодействия между а и Р'и между а' и р существенно более
слабые, чем взаимодействия между а и р, а также между а' и р'.
Каждый протомер содержит гем, находящийся в гидрофобной
«нише», что защищает его от окисления в ферриформу.
8 У человека, кроме того, обнаружены: гемоглобин Л2(а2б2) — 2% от общего
количества; гемоглобин а2е2 — в зародыше человека; гемоглобин F(a2Y2) —
гемоглобин плода человека, а также в небольших количествах другие гемо-
глобины. Как видно, протомеры а являются общими для всех гемоглобинов
человека. Протомеры р, б, у. е по первичной структуре имеют мало отличий, а.
их третичные структуры практически одинаковы.
НО

Гемогруппы располагаются с внешней стороны протомеров.
Расстояния между ними довольно велики — 2,5 им. Молекула
гемоглобина существует в двух формах: «напряженной» (Т) и
«релаксированной» (R). Первая характерна для дезоксигемогло-
Рис. 11.27. Схема четвертичной структуры молекулы гемоглобина.
Заштрихованные области — места контактов а- и р-протомеров, зачерненные области —
места расположения гемов, жирными линиями показаны «солевые мостики»,
существующие в дезоксигемоглобине. В центре тетраэдра имеется небольшая
полость
бина, вторая — для оксигемоглобина. Г-форма более «жесткая»,
в отличие от ^-формы она имеет восемь солевых мостиков:
1) четыре солевых мостика между а-протомерами;
2) два солевых мостика между разными протомерами, а
именно между аир'и между а' и Р;
3) по одному солевому мостику внутри каждого р-протомера.
В образовании четырех солевых мостиков участвуют С-конце-
вые карбоксильные группы и боковые аминогруппы четырех ли-
зинов, находящихся внутри а-цепей. В образовании других
четырех солевых мостиков участвуют боковые карбоксильные груп-
Ш

пы четырех аспарагиновых кислот, с одной стороны, и боковые
группы двух аргининов и двух гистидинов — с другой.
При оксигенерировании солевые мостики разрушаются и
J-форма переходит в более компактную ^-форму. При этом
одна ар-половинка относительно другой поворачивается на 15°
и сдвигается на 0,08 нм. Это не влечет за собой практически
никаких структурных изменений глобул в местах контактов
протомеров о и р, а также а' и Р'. Зато в местах контактов
протомеров а и Р', а также а' и Р структура глобул настолько
изменяется, что некоторые атомы в этих местах передвигаются на
расстояния до 0,6 нм.
Протомеры гемоглобина по структуре и функции сходны с
глобулой миоглобина. Сравнение а- и р-протомеров
гемоглобина, а также миоглобина у одного вида позвоночных
показывает, что:
1) первичные структуры а- и р-протомеров весьма различны:
30—40% мест в полипептидных цепях занято одними и
теми же остатками, называемыми в таких случаях
инвариантными, или консервативными;
2) по первичной структуре а- и р-цепи гемоглобина еще
больше отличаются от единственной цепи миоглобина: 20%
инвариантных остатков;
3) третичные структуры а- и р-протомеров гемоглобина
практически одинаковы;
4) третичная структура миоглобина мало отличается от
третичных структур а-, р-протомеров гемоглобина.
Сравнение гбмоглобинов и миоглобина у разных видов
животных и человека показывает, что по первичной
структуре различия значительны
(имеется всего 9 инвариантных остатков)„
а в третичных структурах
обнаруживается удивительное сходство,,
которое можно объяснить лишь
общностью выполняемых функций.
Функциональные особенности
гемоглобина обусловлены его чет-
6 венах
в артериях
О 20 U0 60 80 100
Парциальное додление 02мм.рт.ст.
Рис. 11.28. Кривые насыщения кислородом
миоглобина (1) и гемоглобина (2).
Парциальное давление кислорода в артериях
90—100 мм рт. ст., в венах — 10—40 мм.
рт. ст.
вертичной структурой. Функциональное назначение
гемоглобина такое же, как и миоглобина, — обратимо связывать
молекулярный кислород. И хотя каждый из протомеров гемоглобина
связывает кислород точно так же, как миоглобин, в
функционировании молекулы гемоглобина обнаруживаются существенные
112

отличия: во-первых, кислород связывается молекулой
гемоглобина кооперативно, т. е. связывание одной молекулы 02
облегчает связывание последующей (рис. 11.28), что приводит к
более эффективному транспорту кислорода. Такая кооперативность.
называется положительной в отличие от отрицательной, когда
связывание одной молекулы затрудняет связывание
последующей. Во-вторых, молекула гемоглобина способна воспринимать
«информацию» из окружающей среды и, как следствие этого,
изменять сродство к кислороду, например протоны, молекулы
С02 (концентрация которых повышена в работающих мышцах),
присоединяясь к гемоглобину в местах, достаточно удаленных от
гемов, ослабляют его связь с кислородом (эффект Бора).
Аналогичным образом действует органический фосфат 2,3-дифосфогли-
церат (ДФГ):
О О"
\/
о~ с о~
I I I
0 = Р—О—СН—СН,—О — Р=0
I " I
о- о-
Повышение его концентрации в эритроцитах происходит при
различных случаях нехватки кислорода, например при подъеме
человека на высоту.
Перечисленные особенности гемоглобина обусловлены его
четвертичной структурой, так как они отсутствуют у протомеров, у
сф-субъединиц и гемоглобина fU (гемоглобина Н). Белки,
сродство которых к функционально необходимому веществу
(субстрату) регулируется присоединением различных эффекторов в
других местах молекулы белка, называются аллостерическими.
Механизм влияния аллостерических
регуляторов
на примере гемоглобина
Он объясняется конформационными изменениями внутри
молекулы белка. Молекула 02, присоединяясь к атому Fe гемовой
группы, перемещает его в плоскость гема (рис. 11.29). За
атомом Fe тянется проксимальный гистидин, который в свою
очередь вызывает через другие атомы конформационные изменения
в области контактов протомеров. Таким образом, информация о
присоединении молекулы 02 гемом одного протомера передается
другому протомеру через их контакт. Конформационная
перестройка влечет за собой разрушение солевых мостиков,
стабилизацию #-формы и, значит, усиление сродства гемоглобина к
кислороду.
Протоны обратимо присоединяются к боковым группам гнс-
тидинов на С-концах р-протомеров и к а-аминогруппам на N-koh-
11S

цах а-протомеров, а также, возможно, к боковым группам двух
других гистидинов внутри а-протомеров.
Молекулы С02 обратимо присоединяются к а-аминогруппам
N-концов а- и р-протомеров.
ДФГ обратимо присоединяется за счет электростатического
взаимодействия к положительно заряженным N-концам р-прото-
меров и тем самым скрепляет последние.
проксимальный
гистидин
Т \
у
сн,
/
./
•сн
I I
I I
проксимальный
гистидин
V
"n (7Г)+ог —
^.СН
/
./
•сн
А
/
СН,
I I
I I
I I
I I
плоскость
гема
V
> ©
Л
смещение
l i
i l
плоскость
гена
Рис. 11.29. Смещение проксимального гистидина при оксигенировании дезоксиге-
моглобина
Протоны, С02 или ДФГ присоединяются лишь к 7-конформа-
нии (дезоксигемоглобину), дополнительно стабилизируя ее. При
оксигенировании даже одного протомера конформационные
изменения передаются на другие протомеры, и сродство как
первого оксигенированного протомера, так и молекулы
гемоглобина в целом к Н+, С02 и ДФГ снижается.
Другие белки
со сложной четвертичной структурой
Белки, четвертичная структура которых складывается из
нескольких субъединиц или десятков субъединиц, принято называть
олигомерными. Белковые структуры, состоящие из сотен или
даже тысяч субъединиц, будем называть полимерными белковыми
114

в в г
Рис. 11.30. Формы и размеры некоторых вирусов:
А — сферическая оболочка вируса оспы; Б — аденовирус, вызывающий обычную
простуду, его оболочка состоит из 252 субъединиц; В — головастикоподобный
бактериофаг Т4; Г — палочка вируса табачной мозаики (ВТМ), его оболочка
состоит из 2200 субъединиц
образованиями (ПБО). Разделение белков на олигомеры и ПБО
довольно условно.
Наиболее простой случай олигомеров, когда молекула белка
состоит из двух идентичных протомеров. Однако встречаются
олигомеры с числом субъединиц до нескольких десятков, причем
одновременно в молекуле присутствуют как одинаковые, так и
115

разные протомеры, например РНК-полимераза (м. м. 400 000)
агРР'сг или огромный пируватдегидрогеназный комплекс (м. м.
4 600 000) ^24(Ps) 12(/г) 12- Олигомеры могут иметь разную
симметрию, но они всегда компактны.
Полимерные белковые образования можно условно разделить
на два типа, исходя из соотношения их длины и диаметра (или
ширины).
А Б В Г д в
Рис. 11.31. Субъединичная структура некоторых сложных белков с торца
(вверху) и сбоку (внизу):
А — актина F из мышц; Б — пиля прокариот; В — жгутика прокариот;
Г — белковой оболочки вируса табачной мозаики; Д — микротрубочек; Е —
дезоксигемоглобина S
1. Полимерные белковые образования, длина которых
сопоставима с их диаметром. Это, например, белковые
оболочки вирусов, имеющих сферическую форму, как у вируса
оспы; или близкую к ней форму многогранника-иносаэдра,
как у вируса, вызывающего острое респираторное
заболевание; или форму головастика в виде
головки-многогранника с довольно коротким цилиндрическим отростком, как у
бактериофага Т4 (рис. 11.30).
2. Полимерные белковые образования, длина которых много
больше их диаметра, например актин F из мышечной
ткани, составляющий около 25% от общего количества ее
белков. Он представляет собой спираль (рис. 11.31, А) длиной
1000 нм и диаметром 7 нм, скрученную из двух нитей,
каждая из которых является цепочкой из связанных некова-
Л6

лентно субъединиц глобулярного актина G (м. м. 46 000,
диаметр 2,4 нм, одна полипептидная цепь из 376
аминокислотных остатков). К этой группе белковых образований
относятся также: пили и жгутики бактерий (рис. 11.31, Б,
В); белковая оболочка вируса табачной мозаики, который
имеет форму длинных палочек (рис. 11.31, Г);
микротрубочки (рис. 11.31, Д) — составная часть цитоскелета, а
также ресничек и жгутиков эукариот; волокна дезоксигемогло-
бина S (рис. 11.31, Е), являющегося причиной
наследственного заболевания серповидноклеточной анемии.
Общий принцип построения таких
комплексов — спирализация, причем это могут быть одинарная
спираль (пили бактерий, вирус табачной мозаики); двойная
(актин F) или многоцепочечные спирали (жгутики прокариот,
микротрубочки, волокна дезоксигемоглобина 5).
Особая роль четвертичной структуры
Белки с четвертичной структурой появились в результате
эволюции в связи с тем, что:
1) они лучше приспособлены к выполнению своих функций
из-за чувствительности к регуляториому действию среды;
2) при их биосинтезе экономится генетический материал и
уменьшается вероятность ошибок.
§ 5.
Общие закономерности
пространственного строения
глобулярных белков
При сворачивании полипептидных цепей в глобулы, а также
я:ри образовании последними олигомерных или полимерных
структур можно отметить несколько общих закономерностей.
1. Образование третичной или четвертичной структур
происходит так, что внутри молекулы группируются гидрофобные
остатки, а снаружи — полярные и «заряженные». Этим
объясняется растворимость глобулярных белков в воде или
водных растворах солей, а также стабильность в этих
растворах четвертичных структур.
2. Третичные и четвертичные структуры очень компактны.
Внутрь их лишь в некоторых случаях могут проникать
отдельные ионы или молекулы воды.
3. Нативный белок имеет обычно одну или, в некоторых
случаях, несколько конформаций. Такая нативная конформа-
дия довольно устойчива при физиологических условиях, но
не является совершенно жесткой. Ее элементы (атомы,
группы атомов, домены, субъединицы) сохраняют в
небольшой степени свободу перемещения в пространстве. В
процессе функционирования нативная структура многих белков
как бы «дышит».
117

§ 6.
Пространственное строение
фибриллярных белков
Принципиальное отличие фибриллярных белков от
глобулярных в том, что их полипептидные цепи не сворачиваются в
глобулы, а, оставаясь вытянутыми в виде линейных цепей или
спиралей, группируются в протяженные волокна (фибриллы). Как и
в глобулярных белках, основой пространственного строения
фибрилл служат вторичные структуры: а-спираль, р-складчатый
слой, другие спирали.
а-Кератины
а-Кератины являются основой волос, шерсти, перьев, ногтейу
когтей, рогов, копыт, панциря черепахи. Вторичная структура —
правая а-спираль. Строение а-кератина волоса показано на
рис. 11.32. Синтезируемый а-кератин образует фибриллы, которые
заполняют всю клетку. Считается, что в пространстве
междуфибриллами находятся молекулы белка с более высоким
содержанием цистина. Затем клетки отмирают, а их стенки
превращаются в волосяной чехол — кутикулу. Аналогичные процессы
происходят при образовании а-кератина других белков.
Особенности а-кератина
1. Полипептидные цепи (в виде а-спирали) параллельны и
направлены в одну сторону.
2. Полипептидные цепи соседних фибрилл сшиты
поперечными ковалентными дисульфидными связями цистиновых
остатков. В результате этого волокна прочно связаны в
одно целое. Чем выше содержание цистина в а-кератине, тем
крепче и жестче его структура (в панцире черепахи 18%
цистина).
3. Полипептидные цепи содержат относительно большое
количество аминокислот с гидрофобными боковыми группами,,
которые располагаются на наружной стороне а-спиралей,.
суперспиралей и самих фибрилл.
4. Гибкие а-кератины, имеющие небольшую долю цистинов
(волосы, шерстяные нити), при обработке паром .при
высокой температуре могут быть растянуты вдвое. При
такой обработке разрываются внутрицепочечные водородные
связи; а-спирали распрямляются и образуется р-конформа-
ция, подобная той, которой обладают р-кератины (см.
ниже). Вторичная структура р-конформации а-кератинов —-
параллельный (3-складчатый слой. После снятия
растягивающей нагрузки и охлаждения а-кератин волоса или
шерсти из р-конформации возвращается в исходную а-спираль-
ную конформацию. Это связано с тем, что в составе
а-кератина относительно много аминокислотных остатков с до-
118

пакращидрилла
— кутикула
микрсхрибриллы
пратосрибриллы
три а - спиральные
молекулы
Рис. 11.32. Строение а-кератина волоса. Три а-спираль-
ные полипептидные цепи скручены в суперспираль —
протофибриллу. 11 таких параллельно расположенных
протофибрилл образуют микрофйбриллу, из которых в
свою очередь складываются макрофибриллы
вольно объемными боковыми группами. Взаимодействие
этих групп дестабилизирует параллельный ^-складчатый
слой, и (3-конформация а-кератннл о'с-^ьгрпет" »г:-■•<■,--._
ной.
119

р-Кератины
^-Кератины — белки, из которых построены нити шелка и
паутины (фиброин). Вторичная структура — антипараллельны»
Р-складчатый слой.
Особенности р-кератинов
1. Межцепочечные ковалентные дисульфидные связи
отсутствуют.
2. Полипептидные цепи содержат много аминокислот, у
которых боковые группы имеют небольшие размеры, таких, как
глицин и аланин, что, конечно, стабилизирует (3-слой.
Например, цепь фиброина шелка состоит в основном из
повторов (—Gly—Ser—Gly—Ala—Gly—Ala—), причем по
одну сторону р-слоя оказываются боковые группы глицина, а
по другую — серина и аланина.
3. Нити р-кератинов более гибкие, чем у а-кератинов,
растяжению практически не поддаются.
Коллагены
На долю коллагенов приходится третья часть всех белков
позвоночных. Сухожилия, которыми мышцы прикрепляются к
костям, состоят в основном из волокон коллагена, которые,
переплетаясь крест-накрест, образуют нерастяжимую и очень прочную
на разрыв структуру. Аналогичные структуры являются основой
кожи, хрящей, вообще соединительной ткани, органического мат-
рикса костей и зубов.
Вторичная структура коллагенов представляет собой левую-
спираль, которая встречается только в этих белках. Из трех
таких спиралей (рис. 11.33), свитых в правую суперспираль, и
состоит субъединица коллагена, называемая тропоколлагеном. Ее-
длина около 300 нм, диаметр 1,5 нм, м. м. 300 000. В некоторых
коллагенах все три цепи идентичны, в других — две идентичны,
а третья несколько отличается от них. Тропоколлагены,
составленные «голова к хвосту», образуют нити фибрилл. Волокна
коллагена состоят из параллельно расположенных фибрилл, причем
тропоколлагены одной фибриллы смещены на четверть длины
относительно тропоколлагенов другой, соседней фибриллы.
Пространство между тропоколлагеновыми нитями заполнено олигоса-
харидами, присоединенными ковалентно через гидроксильные
группы 5-гидроксилизинов. Поверхность фибрилл покрыта глико-
протеинами и протеогликанами (см. разд. «Углеводы») с целью
защиты коллагенов от действия ферментов.
Особенности коллагенов
1. Ковалентные лизиновые сшивки (рис. 11.34) прочно
связывают между собой полипептидные спирали как внутри
тропоколлагенов, так и между фибриллами. Число таких сши-
120

вок практически равно нулю в коллагенах зародышей, но
с возрастом постоянно увеличивается. Межцепочечные
водородные связи, а также гидрофобные взаимодействия
аминокислотных боковых групп, находящихся снаружи тропо-
коллагенов, способствуют стабилизации не только самих
тропоколлагенов, но и волокон коллагена в целом.
v
у
V
У
"V
У
У
I
у
.у —
У
У
У
I
V
v
У
Y-
£
V "
Si CD
1
is
§1
T
У
-~ ail
1
- N- конец
(головд тропаколлагена)
_ субъединица
тропоноллагена
С - конец
-(хвост тропоноллагена)
Рис. 11.33. Структура коллагена.
Справа — расположение субъединиц тропоколлагена в фибриллах, слева —
структура субъединицы из трех спирален коллагена с ковалентными сшивками
между ними
2. Коллагеновые волокна практически не растягиваются, что
объясняется, во-первых, структурой самой спирали
коллагена, уже достаточно растянутой и жесткой из-за
присутствия в ней значительного количества пролина и его
производных, и, во-вторых, наличием внутри коллагеновых
волокон и между ними большого числа ковалентных сшивок и
нековалентных взаимодействий.
Эластины
Эластины — основной компонент связок, соединяющих кости
между собой. Они являются основой стенок кровеносных сосу-
121

1)
дов, в качестве второго белкового компонента входят в состав
соединительной ткани.
Вторичная структура эластинов — спираль, характерная
только для этого белка. Она образует глобулярные субъединицы
называемые тропоэластином, или а-эластином, с диаметром 3 нм и
м. м. 74 000, с числом аминокислотных остатков около 800. Как
свернута спираль в глобуле, пока неясно. Однако известно, что
в составе полипептидных цепей преобладают гидрофобные ами-
CH-CHf-CH^CHr-CH-NHj J££a'* СН- СН2- СН2~ СНг- <
о=с о=с н
\ocrnamoK лизина \ альдегидное произдоднае лизина
Hi/ 0ч N
CH-CH2-CH2-CH2-CH2-NH3 + С- СН2- СНг- СН2— С\
сн
о=с н i=o
остаток лизина альдегидное праиздодное лизина
HN
\
NH
через Шисртодо \ /
—оснобание сн - сн2- сн2- сн2-сн2- nh-ch2- сн2- сн2- снг-сн
0=С лизилнорлвйцин С=0
2) Н( / \ >
сн-сн,- сн,— сн,— с + с—сн,- сн,— сн,—сн *-
*■ 1 \ / l z \
н н с=о
альдегидные производные лизина
HN NH
»- СН — СН2— СН2— СН2— СН = С — СН2— СН2 — СН
0 = С ^С С=0
ольдальноя сшивка О Н
Рис. 11.34. Два типа ковалентных лизиновых сшивок в коллагене и эластине
нокислотные остатки, в основном алифатические.
Предварительные данные позволяют считать, что спираль в глобуле
располагается так, что эти гидрофобные боковые группы оказываются
направленными внутрь. Нативная структура эластинов (рис.
11.35) образуется из глобул тропоэластинов, сшитых в одно целое
как лизиновыми связками (см. рис. 11.34), так и особыми
связками, основанными на десмозине и изодесмозине (см. рис. П.2)
и обнаруженными только в эластинах. Как и в коллагенах,
сшивки отсутствуют в эластинах зародышей, их мало у молодых
организмов, но число их быстро увеличивается с возрастом.
Особенность эластинов заключена в их способности
растягиваться в несколько раз во всех направлениях и
возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузки, сохраняя
122

Рис. 11.35. Структура эластина:
А — лизиновые сшивки; Б — десмозиновые и изодесмозиновые сшивки; В
глобулы тропоэластина

при этом высокую прочность на разрыв. Это свойство
объясняется тем, что при растяжении разрушаются гидрофобные
взаимодействия внутри тропоэластинов, нарушается их микросреда.
Однако этот процесс полностью обратим. Высокая прочность на
разрыв в растянутом состоянии связана с наличием ковалентных
сшивок.
Миозины
Миозины — главные белки мышечных тканей (до 60% от
общего количества белков).
С-концы тяже пых
Рис. 11.36. Схематическое изображение
молекулы миозина:
А — глобулярные субфрагменты,
обозначаемые S4; Б, В — легкие цепи
(м. м. 18000), свернутые в собственные
глобулы, нековалентно присоединенные
к субфрагментам Si; Г — места
гидролиза молекулы папаином; Д — место
гидролиза молекулы трипсином; Е —
фибриллярный субфрагмент S2; Ж —
легкий меромиозин (ЛММ)
Рис. 11.37. Схема строения толстой
нити мышечной ткани позвоночных:
А — ступенчатая упаковка молекул
миозина; Б — спиральное расположение
выступающих частей молекулы миозина
Молекула миозина из поперечнополосатых мышц (м. м.
470 000) длиной 150 нм имеет сложную форму (рис. 11.36). Она
представляет собой длинный стержень, на одном из концов кото-
124

рою находятся две несколько вытянутые глобулы, обладающие
ферментативной активностью по отношению к аденозинтрифос-
фату (ЛТФ). Молекула состоит из двух идентичных тяжелых
цепей и двух пар легких цепей. Тяжелые цепи (м. м. по
200 000) в форме а-спиралей, скрученные в суперспираль,
образуют стержень молекулы и заканчиваются в концевых глобулах.
Это самые длинные из известных полппептидных цепей. Они
содержат по 1800 аминокислотных остатков. В каждой концевой
глобуле находятся еще две легкие цепи (м. м. по 18 000),
свернутые в свои собственные глобулы, которые связаны нековалент-
но с основной. При обработке ферментами, расщепляющими
полипептидные цепи в определенных местах (см. рис. 11.36),
получаются субфрагменты. Трипсин делит молекулу на легкий меро-
миозин (ЛММ) и тяжелый меромиозин (ТММ). Последний под
действием папаина или при более длительной обработке
трипсином дает два субфрагмента 5, и субфрагмент 52. Хотя в целом
молекула миозина жесткая, в местах расщепления находятся
гибкие шарнирные участки. Вполне можно считать, что эти
шарнирные участки связывают между собой в молекуле четыре домена:
25,, 52 и ЛММ.
В результате нековалентного взаимодействия 300—400
молекул миозина образуется толстая нить мышечной ткани, которая
при диаметре 16 нм имеет длину 1500 нм. В сечении ее можно
насчитать два-три десятка молекул. Укладка молекул миозина
в толстых нитях такова (рис. 11.37), что в середине они
стыкуются «хвост к хвосту», образуя зону в 150 нм, а далее к обоим
концам толстой нити они уже стыкуются «голова к хвосту», причем
ТММ-части молекул выступает наружу. Стыковка молекул к
тому же ступенчатая, как в коллагене. В результате этого
выступающие части располагаются на толстой нити по спирали.
Соединение «хвост к хвосту» в области, где головки отсутствуют,
обеспечивается так называемым М-белком.
Особенности миозина:
1) молекула состоит из нескольких жестких частей,
соединенных шарнирами;
2) наличие ферментативной активности, которая
сосредоточена в головке (субфрагментах Si);
3) полипептидные цепи головки содержат цистеин (SH-груп-
пы).
Тропомиозины
Тропомиозины — фибриллярные белки мышечной ткани (всего
5% от общего количества белков). Исходя из аналогии с
коллагеном и эластином, можно подумать, что тропомиозин — это суб-
фрапмент миозина, но это неверно. Тропомиозин —
самостоятельный белок со своей собственной функцией, но его молекулярная
125

структура очень похожа на строение молекулы миозина, а
точнее, на строение ее хвоста.
Молекула тропомпозина довольно жесткая и имеет форму
палочки длиной 41 нм и диаметром 2 нм. Она представляет
собой суперспнраль из двух очень близких по составу полипептид-
тропамиозин актин тропанин
Рис. 11.38. Схема строения тонкой нити мышечной ткани позвоночных. Каждая
нить тропомиозинов находится почти в желобке между нитями актина F
таким образом, что контакт имеет лишь с одной из них. Каждая молекула тро-
помиозина покрывает по длине семь субъединиц актина G. В местах стыка
молекул тропомиозина находится белок тропонин, состоящий из трех глобулярных
субъединиц и играющий важную регуляторную роль
ных цепей, каждая из которых имеет форму а-спирали и м. м.
70 000. Две нити из состыкованных концами молекул
тропомиозина, свитые вместе с двойной спиралью актина F, образуют
тонкую нить мышечной ткани (рис. 11.38).
Фибрины
Фибрины — белки кровяного сгустка (тромба).
Молекула фибрина (м. м. 340 000) состоит из шести
полипептидных цепей трех типов, соединенных между собой дисульфид-
ными мостиками. Ее субъединичная формула — (сфуЬ- Она име_
ет форму палочки с двумя глобулярными образованиями на
концах и одним в середине (рис. 11.39). Упаковка полипептидных
цепей в молекуле неизвестна. В некоторых местах к ним по
остаткам аспарагина присоединены олигосахариды. При
физиологических условиях молекулы фибрина агрегируют с образованием
протяженных фибрилл, в которых они укладываются
параллельными рядами со сдвигом на полмолекулы (рис. 11.39). Из таких
фибрилл, имеющих разное направление, возникает мягкий
сгусток. Он состоит из растворимого фибрина, поскольку из
образовавшегося сгустка фибрилл можно вновь получить раствор
мономера, сдвигая рН среды в кислую (<4,5) или щелочную (>9)
область. Фибрин мягкого сгустка растворяется также в 1 М
мочевине. Однако через некоторое время такая солюбилизация
становится невозможной, так как из мягкого образуется твердый
сгусток. Превращение связано с возникновением ферментативным
путем ковалентных сшивок (рис. 11.39, В) между боковыми
группами глутамина и лизина соседних молекул.
126

о
33:
О
=о V ООт
^_
Хс=
=Ct
оо
X
юо
—п-=
5
оо^
=0=
33=
юо
Б
X
^^
7
оо
—о—-
оо
j-CH2-CH2-C-NH2+NH3-CH2-CH2-CH2-CH2—I
гпутамин Q л/«//н »
фермент
О
о
=Сс
j-CH2-CH2-C-NH-CH2-CHrCH2-CH2—} + NHk
в
Рггс. Я.<?9. Структура фибрина:
А — форма молекулы фибрина; Б — укладка мономеров в фибрилле; показаны
поперечные ковалентные сшивки внутри фибриллы и потенциальные сшивки с
соседними фибриллами при образовании твердого сгустка; В — образование ко-
валентной сшивки
§ 7.
Общие замечания о строении
и свойствах фибриллярных белков
Высокая прочность на разрыв, а также нерастворимость
многих из них в воде объясняются в первую очередь их
структурой — наличием ковалентных связей, сшивающих как
полипептидные цепи внутри фибрилл (коллаген), так и сами фибриллы
в одно целое (а-кератин, коллаген и эластин взрослых животных,,
фибрин твердого кровяного сгустка).
Фибриллярные белки, у которых нет
ковалентных сшивок, можно растворить:
1) в солевых растворах (миозин мышц, коллаген и эластин
эмбрионов или очень молодых животных);
2) в горячей воде (тропомиозин);
3) сдвигая рН (фибрин мягкого кровяного сгустка);
4) добавляя мочевину (фибрин мягкого кровяного сгустка).
Фибриллярные белки, являющиеся на самом деле
полимерами глобулярных, хорошо растворимы даже в дистиллированной
воде (актин F).
Способность к обратимому растяжению некоторых из них
обусловлена наличием в структуре спирален, не сшитых внутри кова-
лентными связями, а скрепленных лишь слабыми силами,
такими, как водородные связи (а-кератин) или гидрофобные
взаимодействия (эластин).
127

Глава 9
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ МНОГООБРАЗИЕ БЕЛКОВ
И ИХ ОСОБЕННОСТЬ
§ 1-
Функциональная
классификация белков
По выполняемым функциям белки принято делить на
несколько классов.
Ферменты — наиболее многочисленная группа (их около
2000). Обычно это глобулярные белки, но известны и
фибриллярные (миозин). Они обладают каталитической активностью. С их
помощью в живых организмах протекают химические реакции.
Гормоны — эндогенные регуляторные белки организма,
например инсулин (регулирует обмен глюкозы), соматотропин
(гормон роста) и другие, в крайне небольших количествах способны
влиять на протекание и направление обменных процессов в
организме.
Токсины — экзогенные белки, например холерный и
дифтерийный токсины, ботулин (продукт жизнедеятельности анаэробных
бактерий Clostridiym botulinum), рицин (из семян клещевины),
змеиные яды. Они также в очень малых количествах сильно
влияют на обменные процессы.
Структурные белки входят в состав оболочек вирусов;
клеточных оболочек, кожи. Это — главный компонент соединительной
ткани,сухожилий, хрящей, связок, волос, шерсти, панциря
черепахи; основа костей. Благодаря им организм скреплен в одно
целое.
Транспортные белки переносят молекулы и ионы или между
органами, или через мембрану клетки. Например, гемоглобин
переносит 02, С02, Н+; сывороточный альбумин — жирные
кислоты; р-липопротеины — липиды.
Запасные белки — белки семян (глидин в пшенице, зеин в
кукурузе), яичный альбумин, казеин молока. Необходимы для
развития организма на ранних стадиях.
Двигательные белки — это белки мышц (миозин и актин), ту-
булин ресничек и жгутиков и других обеспечивают возможность
двигаться организму и (или) его частям.
Защитные белки предохраняют организм от разрушения извне
или способствуют его выживанию при повреждении. Вот
несколько примеров:
1) токсины, вырабатываемые растениями, защищают
последние от поедания животными, а токсины насекомых (пчела)
или некоторых позвоночных (жаба, ядовитые рыбы)
защищают их от нападения врагов;
2) структурные белки, входя в состав оболочек вирусов,
клеток и организмов (т. е. кожи, шерсти, панциря),
выполняли

ют еще и функцию защиты от неблагоприятного
воздействия внешней среды или находящихся в ней организмов;
3) при повреждении кровеносных сосудов включается
защитная система свертывания крови и образования кровяного
сгустка. В этом процессе участвует большая группа
белков;
4) высшие позвоночные в ответ на проникновение в их
организм чужеродных белков, других высокомолекулярных
соединений, вирусов, клеток, называемых антигенами,
способны синтезировать через несколько дней специальные
белки иммунной защиты, называемые антителами, которые
с высокой специфичностью связываются с антигенами и
нейтрализуют их;
■5) кроме антител некоторые клетки высших позвоночных в
ответ на проникновение какого-либо вида вирусов в
организм способны в течение суток или двух синтезировать
специальные белки, называемые интерферонами, которые,
связываясь со здоровыми клетками, защищают их от
заражения этим же или любым другим видом вирусов.
Белки со специальными функциями, например рецепторные
белки, обеспечивающие передачу импульсов между нервными
клетками или восприятие света; белки, предохраняющие кровь
рыб, обитающих в холодных морях, от замерзания, и др.
§ 2.
Видоспецифичность —
особенность белков
Гомологичные белки, т. е. белки, которые выполняют
одинаковые функции у организмов, принадлежащих к разным видам,
различаются в иммунологическом отношении. Это
означает, что такие белки при введении в кровь какого-либо
позвоночного животного (или акулы) вызывают у него
образование антител с различной структурой, причем различий тем
больше, чем дальше родство видов.
Гомологичные белки разных организмов одного и того же
вида также могут различаться в иммунологическом отношении.
5 Зак. 68

Раздел Б
УГЛЕВОДЫ И КЛЕТОЧНЫЕ СТЕНКИ
§ 1.
Общая характеристика, функции
и классификация углеводов
Углеводы — это полиоксиальдегиды (альдозы) и полиоксике-
тоны (кетозы), а также их производные. Название «углеводы»
связано с тем, что у многих из них состав может быть выражен
формулой (СН20),г, где я>3. Углеводы — это основные по
сухой массе компоненты растительных клеток, но их
функциональная значимость велика и в бактериальных и в животных клетках.
Функции углеводов можно разделить на три группы:
1) функции, связанные со способностью быть носителями'
и хранителями как химической энергии, так
и атомов углерода; при окислении 1 г углеводов
может выделиться около 4 ккал энергии, которая
используется в различных процессах метаболизма, а атомы
углерода необходимы организму для биосинтеза не только
самих углеводов, но и белков, нуклеиновых кислот, липидов;
2) функции, связанные со структурной ролью
углеводов; являясь важными компонентами стенок
бактериальных и растительных клеток, а также оболочек животных
клеток, они помимо опорной функции выполняют
одновременно и многие другие; так, они являются
антигенными детерминантами клеток и многих соединений,
т. е. наличие углеводных меток на поверхности клеток
или макромолекул позволяет организму отличать свои
клетки и макромолекулы от чужих; углеводные
компоненты на поверхности белка часто обеспечивают
защиту последнего от разрушающего действия внешней среды
или ферментов; кроме того, углеводные компоненты
клеточных стенок и оболочек служат также
рецепторами для специфического связывания различных
регуляторов метаболизма, таких, как гормоны и токсины, а
также медиаторов при передаче нервных импульсов;
3) другие функции: предохраняют кровь от свертывания, а у
некоторых рыб — от замерзания; обусловливают
слизистую консистенцию веществ, которые покрывают
эпителиальные ткани дыхательных и пищеварительных путей, а
также выполняют роль смазки в суставах и других местах;
являются антибиотиками, различными физиологически
активными веществами; витамин С относится к углеводам.
Классификация углеводов связана с их делением на
простые и сложные сахара.
130

Простые сахара — это моносахариды и их производные,
сложные сахара — это олигосахариды и полисахариды вместе с
производными.
Моносахариды — альдозы и кетозы, молекулы которых
содержат от 3 до 7 атомов углерода. Иногда к ним относят также
альдозы и кетозы с 8 и 9 атомами углерода, называемыми
высшими сахарами.
Олигосахариды можно рассматривать как результат
поликонденсации 2—10 молекул моносахаридов или их производных.
Полисахариды (гликаны) — это результат поликонденсации
большого числа молекул моносахаридов или их производных.
Среди них различают гомополисахариды, состоящие из остатков
одного моносахарида, и гетерополисахариды, у которых
чередуются остатки разных моносахаридов (обычно не более четырех),
так что повторяющееся звено представляет собой остаток
небольшого олигосахарида. Молекулярная масса гликанов может
достигать сотен миллионов.
Глава 10
МОНОСАХАРИДЫ И ОЛИГОСАХАРИДЫ —
РАСТВОРИМЫЕ САХАРА
§ 1.
Моносахариды
Моносахариды подразделяют по числу атомов углерода в
составе молекулы на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т. д.
Вместо приставки «кето» можно использовать суффикс «ул»,
например вместо «кетопентоза» — «пентулоза». Нумерация атомов
углерода начинается с того конца, где расположена альдегидная
или карбонильная группа (кетогруппа). Для наиболее
распространенных моносахаридов широко используются тривиальные
названия, например фруктоза. Самые простые моносахариды —
это триозы:
но но
\s \/
с с
I I
неон носн
I I
сн2он сн2он
D-глицеральдегид 1-глицеральдегид
На рисунке 11.40 показаны наиболее распространенные в
живой природе альдозы и кетозы. Моносахариды изображены с
помощью проекционных формул Фишера.
Стереоизомерия — свойство всех моносахаридов, за
исключением диоксиацетона. Для углеводов общепринятой является
СН2ОН
I
с=о
I
СН2ОН
диоксиацетон
5*
131

f ?»■* ч ?
HCDH С=0 НОСН НСОН
I I I I
НОСН НОСН НОСН НОСН
I I I I
НСОН НСОН НСОН НОСН
III'
НСОН НСОН НСОН НСОН
I I I I
снгон сн2он сн2он сн2он
В-глюкоза В-фруктоза В-манноза В-галактоза
но но но
V снгон V Y сн2он
I I I I '
нсон с=*о нсон нсон с=о
! I I I •
нсон нсон носн носн насн
нсон нсон носн нсон нсон
сн2он сн2ин сн2он сн2он сн2он
Ъ-ри5оза Q-рибулоза 1-арабиноза В-ксилаза В-ксипулоза
Рис. 11.40. Наиболее распространенные гексозы и пентозы

DI-система стереоизомерии, которая берет за основу конформа-
ции D- и L-глицеральдегида. Принадлежность моносахаридов к
D- или L-ряду определяется по расположению гидроксильнои
группы у хирального (асимметрического) атома углерода с
наибольшим порядковым номером. Она обусловлена конформацией
молекулы и не связана со способностью раствора данной формы
моносахарида поворачивать плоскость поляризации плоскополя-
ризованного света в ту или иную сторону, т. е. вправо или влево.
Энантиомеры — это D- и L-стереоизомеры.
Диастереоизомеры — это стереоизомеры, не являющиеся
энантиомерами, например D-глюкоза — диастереоизомер по
отношению к любой альдогексозе (в D- или L-форме), кроме
L-глюкозы.
Эпимеры — пары диастереоизомеров, которые имеют
различное расположение гидроксильных групп у атома углерода с
одним порядковым номером, например D-глюкоза и D-манноза —
эпимеры по атому С2, D-глюкоза и D-галактоза — эпимеры по
атому С4.
Циклические структуры моносахаридов — это основные
формы существования пентоз, гексоз и гептоз в водных растворах.
Аномеры — пары стереоизомеров, обозначаемых а- и |3-,
образование которых связано с существованием моносахаридов в
циклической форме внутримолекулярных полуацеталей или полу-
кеталей. Явление взаимопревращения двух аномеров через
образование промежуточной линейной формы (альдегидной или ке-
тонной) называется мутаротацией. Этот процесс отражается на
изменении угла вращения плоскости поляризации плоскополяри-
зованного света при пропускании последнего через растворы
аномеров. Мутаротация ускоряется с увеличением рН среды.
Циклические структуры моносахаридов принято выражать
проекционными формулами Хеуорса. Циклизация пентоз, гексоз и
других обычно сводится к образованию либо пиранозной формы,
т. е. шестичленного цикла, напоминающего структуру пирана
(рис. П.41), либо фуранозной формы, т. е. пятичленного цикла,
напоминающего структуру фурана (рис. 11.42). Пиранозные
формы пентоз и гексоз, как правило, более устойчивы в растворах,
а их фуранозные формы встречаются в составе олигосахаридов.
Конформационные формулы, в отличие от формул Хеуорса,
дают представление о пространственном расположении атомов
цикла.
Пиранозная форма пентоз и гексоз имеет три конформации
(рис. 11.43): «кресло», «лодка» и «скрученная» («твист»).
Наиболее устойчива конформация «кресло», которая в свою очередь
имеет две конформационные разновидности: «О» и «1С» (рис.
П.44). Первая характерна для моносахаридов D-ряда, вторая —
для L-ряда. Структуры «лодка» и «скрученная» более подвижны.
Они имеют несколько конформационных разновидностей. Переход
«кресло» — «лодка» связан с изменением энергии на 5—
6 ккал-моль.
133

a -D - глюкопираноза
(a-D-Glc p)
0 CH20H
OH H
a-D- фруктопираноза
(a-D-Fru p)
альдегидная
форма В- глюкозы
СН20Н
12
c=o
1зХ
HDCH \
l« \
HCOH I
15
HCOH /
CH20H
кетоформа
D - фруктозы
j3 - D - глюкопираноза
(fi-B-Glc p)
CH20H
fi -В -фруктопираноза
(fi-B-Fru p)
OH OH
<x-B- ридопираноза
(a-D-Ri6 p)
альдегидная
формо В-рибозы
fi-B- рибопираноза
(j3-B~Rib p)
Рис. 11.41. Циклизация D-глюКозы, D-фруктозы и D-рибозы с образованием пи-
ранозных аномеров, изображенных с помощью формул Хеуорса

a-D- глюкофураназа >
(a-.D.-'GlB f)
12 N
HCOH \
13
HOCH /
HCOH _
HCOH
CH20H
альдегидная
форма D - гл/ояаЗй/
б
ЕНЛН
is
неон л. an
^ *D - гпюкащрвпшв
CH20H
a-D- фруктбфураноза
(a-D-Fru f)
Й0Н,С
a -D- рибофураназа
(a-D-Rie f)
СНг'0Н
\г
С=^0
«Л
HOCH \
и \
неон ;
HCOH
le
CH20H
квтоформа
Фруктозы
w
HCOH v■
HCOH / -—
II/
HCOH
Is
CH20H
альдегидная
форма д~ри6озы
СГМИ*
уЗ -В - фруктофураноза.
(уЗ-B-Fru f)
H0H,G
j3 -D - рибофуранозэ
(J3-D-R16 <?)
Рис. //.42. Циклизация D-глюкозы, D-фруктозы и D-рибозы с образованием фу-
ранозных аномеров, изображенных с помощью формул Хеуорса

' 5 | 2
„кресло- „лодка" укрученная"
Рис. 11.43. Конформационные формы пиранозного кольца пентоз и гексоз
конфармация„С1
[нормальная)
СН70Н
н консрормация JC
им (альтврнатибная)
Рис, 11.44. Разновидность конформации «кресло;
Н0Н2С
(О
Н0Н,С
1(2)~~СИг°Н
Рис. 11.45. Конформационные формы фуранозного кольца пентоз и гексоз

Фуранозная структура пентоз и гексоз может существовать
либо в форме «конверт», либо в «скрученной» («твист») форме
(рис. 11.45). Более устойчивой является конформация «конверт».
Обе конформации имеют несколько разновидностей, что связано
3-эндо
экза
2-экзо
2-эндо
2-эндо^З-экзо
Рис. 11.46. Разновидность конформации «конверт
(Д, Е)
2-экзо-З-эндо
(А—Г) и «скрученная»
с различным расположением атомов С2 и С3 относительно
атома С5 (рис. 11.46).
Значительное влияние на стабильность конформации
оказывает пространственное расположение
заместителей при углеродных атомах цикла. Экваториальное рас-
137

HCPH *e
'I и
HOCH ч
i ч .
«сон /
1 /
неон
V
сн2он
Ь-глкжондддд кислота
сн2он
= Q *■ Иг0
<5vj] - глюконолдцгпду
сн,он
а-В^г/жжозо
V
'I
неон
I
носн _г=
неон
I
неон
ен2он
альдегидная
форма глюкозы
СН20Н
СООН
HQ^s*«af ОН
ОН
СООН
I
неон
I
W0CH
\
неон
1
неон
I
соон
«-D - глюмуроноддд
кислота
Ю - глюхаробая кислота
(сахарная кислота)
Рис. 11.47. Сахарные кислоты — продукты окисления D-глюкозы

v
I.
неон
!з
носн
и
неон
неон
\е
соон
сн2он
неон
I»
носн
I.
неон
15
неон
|б
соон
соон
носн
1з
носн
I.
неон
15
носн
|6
снгон
СН20Н
носн
но он
сн2он
D - глюкуронобая
кислота
L-гулоновая
кислота
L - аскорбиновая
кислота
Рцс. 11.48, L-Аскорбиновая кислота (витамин С)

положение предпочтительнее аксиального. Заместители при
всех атомах у р-глюкозы расположены экваториально, а у а-глю-
козы гидроксильная группа аномерного атома С1 расположена
аксиально, остальные заместители — экваториально.
§ 2.
Биологически важные
производные моносахаридов
Сахарные кислоты получаются окислением моносахаридов по
альдегидной или гидроксильной группе у атома С6. В
зависимости от того, какие группы окислены, получаются альдоновые, уро-
новые и альдаровые кислоты. Так, в случае окисления глюкозы
CHzOH
ПСОН
СН20Н
НСОН
СН20Н
носн
HDCH
НОСН
носн
неон
I
НСОН
СН20Н
TJ - глюцит
(сорбит)
НОСН
1
1
НСОН
1
1
CHz0H
D - галактит
(дульцит)
НСОН
1
1
НСОН
1
1
СН2ОН
В-паннит
сн2дн
I
НСОН
I
НСОН
I
НСОН
I
СН2ОН
В - рибит
СН20Н
1
1
НСОН
1
носн
1
НСОН
1
сн2он
В-ксилит
((
но
он он
1 1
он
W
он
миоинозит
он
140
Рис. 11.49. Сахароспирты

(рис. 11.47) — это D-глюконовая кислота, более устойчивая в
форме б-лактона, D-глюкуроновая кислота и D-глюкаровая
(сахарная) кислота. Первая в качестве промежуточного продукта
играет важную роль в метаболизме живых организмов, вторая
СНг0-Р0з~ СНгОН
>
| ОН
он
а - D - глюкозо - 6 - фоарат J3 - D - гпюкоза - 2 - сульфат
CHz0H
НО '
0СН3
ОН
а - метил - В - галактозид
СН,0
НО ^Vg
данилин -J5-B- глюказид
Рис. 11.50. Эфиры моносахаридов: фосфат и сульфат (вверху) и гликознды
(внизу)
входит в состав многих биологически важных соединений, третья
встречается редко.
Аскорбиновая кислота (витамин С) относится к сахарным
кислотам. В организме животных, кроме обезьян, морских свинок
и человека, она получается из глюкозы через /}-глюкуроновук»
кислоту (рис. 11.48).
141

Сахароспирты — это продукты восстановления моносахаридов
по альдегидной или кетонной группе. Наиболее известны сорбит,
дульцит, маннит, рибит, ксилит и миоинозит (показаны на
рис. 11.49).
нон,с
но
2 - двзокси - а - □ - рибоза
(a-B-ZdHiO)
L-рамноза
(L-Rha)
L - сруноза 2,6 - дидезокси -В- апьтроза
( l - Fu с ) (D - дигитоксоза )
Рис. 11.51. Наиболее известные дезоксисахара
Эфиры моносахаридов могут образовываться двумя путямит
либо по типу сложного эфира, либо по типу простого эфира.
В первом случае это — продукты реакции гидроксильных групп
моносахаридов с кислотами фосфорной, серной, уксусной и
другими, например а-.О-глюкозо-6-фосфат или р-.О-глюкозо-2-сульфат
(рис. 11.50). Во втором случае это — продукты реакции
гидроксильных групп моносахаридов с гидроксильными группами
различных природных соединений, например спиртов, фенолов.
Несахарную часть таких эфиров называют агликоном, сами
эфиры — гликозидами (рис. 11.50), а связь, которая их образует, —
О-гликозидной.
Дезоксисахара (рис. 11.51) играют важную роль как
компоненты антигенных детерминант клеточных поверхностей; они
входят в состав многих биологически важных соединений,
антибиотиков; 2-дезокси-£>-рибоза — компонент ДНК.
142

CH2OH
J3-D- глнжозомин
(j5-D-GlcN)
СН,ОН
Р - D - маннозамин
(jB-D-ManN)
СНгОН
а-□-галактозамин
(a-D-GalN)
С/У, О//
.НС—Oj-CH
сн, неон
I ^-
нсон
I
сн?.он
Анион N-ацетилмурамадай киспоты (Mur NAc)
<?//
О
^/NH
/-1
сн»
снгон
Анион N - ацетипнейраминобой
(сиалодой) кислаты
(ПАН или 5А)
Рис. 11.52.
Наиболее известные аминосахара
и их производные

Аминосахара и их производные (рис. 11.52) входят в
структуру многих природных гликанов. Особенно часто они встречаются
в полисахаридах, выполняющих структурные функции.
СН70Н
СН20Н
ОН
J5 - мальтоза
a-D-Glc p(l*u)j3-D-Glc P
СН20Н
-О
СН20Н
ОН
ОН
чо. /он
но
он он
)Ъ - цвллобиоза
;3-I)-Glc p(t*4)/3-D-Glc p
СН20Н
-о
он
но
,сн2
о ) о
V /он
он но
он
он
a - азомальтоза
a-D-Glc p(l*6) a-D-Glc p
СН,0Н Р^г
он
он
НО | НО
ОН
он
ji - гентиобиоэа
j3-D-Glc p(l*6)y3-D-Glc p
СН20Н
' СН20Н
6
СН20Н
ОН
'ОН
НО
он
-Q-J Ч0_
нон?р
он.
он
сахароза
a-D-Glc p(l^2)y3-D-Fru f
трегалоза
a-D-Glc p (1*1) a-D-Glc p^
Рис. 11.53. Наиболее известные дисахариды
§ 4-
Олигосахариды
По количеству моносахаридных остатков олигосахариды
подразделяют на дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т. д.
По наличию или отсутствию аномерного атома углерода их отно-
144

сят к редуцирующим или нередуцирующим соответственно.
Наиболее часто встречающиеся дисахариды с их названиями и
принятыми обозначениями показаны на рис. 11.53. Трисахариды (ра-
финоза — соединение галактозы, глюкозы, фруктозы)
встречаются реже. Дисахариды и трисахариды являются обычно транспор-
CH2NH
Рис. 11.54.
Антибиотики-углеводы
CH2NH2
\w
но
Стрептомицин А
Нвомицин В
ной, или запасной, формой Сахаров. Олигосахариды более
высокого порядка в свободной форме встречаются довольно редко.
У растений и некоторых насекомых они выполняют, например,
функцию антифризов. Для олнгосахаридов высокого порядка
более обычным является существование в соединениях с белками
(гликопротеины) или с липидами (гликолипиды). К олигосаха-
ридам и их производным относятся некоторые антибиотики
(рис. 11.54).
Глава 11
ПОЛИСАХАРИДЫ 1ГЛИКАНЫ) —
ОСНОВНЫЕ УГЛЕВОДЫ
ЖИВОЙ ПРИРОДЫ
Цепи этих природных полимеров отличаются от цепей других
природных полимеров белков и нуклеиновых кислот тем, что
могут иметь множество разветвлений.
145

§ 5.
Запасные полисахариды
Запасные полисахариды — это всегда гомополисахариды и
почти всегда внутриклеточные вещества.
Крахмал — основной запасной полисахарид растений,
откладывается в клетке в виде зерен. Известны две его формы: а-ами-
лоза и амилопектин, которые встречаются в растениях как
отдельно, так и в виде смесей.
а-Амилоза (молекулярная масса от нескольких тысяч до
500 тыс.) состоит из линейных цепочек сотен и даже тысяч
молекул а-£>-глюкопиранозы, соединенных гликозидными связями
а(1->4). Амилопектин отличается от а-амилозы тем, что его
цепи имеют множество ответвлений, которые встречаются в
среднем через каждые 20—30 остатков. Ответвления возникают за
счет образования дополнительных гликозидных связей а (1->6)
(рис. 11.55), так что молекула амилопектина представляет собой
весьма разветвленную структуру, у которой только одна ветвь
имеет остаток а-£>-глюкозы с редуцирующим аномерным атомом
С1. Молекулярная масса амилопектина достигает десятков
миллионов.
Гликоген — запасной полисахарид животных клеток, но
встречается в грибах и даже в некоторых растениях. У животных он
обычно присутствует в клетках печени и мышцах. Структура его
аналогична структуре амилопектина с той разницей, что
ответвления встречаются чаще, через каждые 8—12 остатков a-D-тлю-
козы. Молекулярная масса гликогена достигает 100 млн.
Декстрины — остатки амилопектинов или гликогенов,
представляющие собой их разветвленные «сердцевины», оставшиеся
после удаления всех линейных ответвлений путем
избирательного гидролиза связей а (1->4), начиная с конца ветви и до
разветвления. Таким образом, декстрины — это искусственный
продукт.
Декстраны — запасные полисахариды бактерий, дрожжей. Это
поли-£>-глюкопираноза, цепи которой образуются за счет связей
а(1->6), а многочисленные ответвления — за счет связей а (1->
->-2), а (1-»-3) и а (1^4). Молекулярная масса декстранов —
сотни миллионов. Высокомолекулярные декстраны
аналогично белкам обладают антигенными
свойствами.
Другие запасные полисахариды (см. рис. 11.55), более редкие,
также встречаются в живой природе. Это, например, поли-Р-£>-
фруктофураноза (инулин артишоков), поли-а-£>-галактопираноза
(у некоторых растений), поли-р-Я-галактофураноза (у некоторых
грибов).
146

СН20Н
в
носн2 он
он 9Н*
он он
поли -а-В- глюкопираноза
СН20Н СН20Н
СНг0Н
поли -а-В- галактопираноза
СН,0Н
СН20Н
5
СН,0Н
носн2 о о -.0 нс!0 0 не* о нс1^
он снгон но но но
сн2он но
поли-fi-'D-
фрукто/рираноза
НО
поли-fi-B-
галактофураноза
Рис. 11.55. Запасные полисахариды

§ 6.
Структурные полисахариды
Условно их можно разделить на основные и вспомогательные.
Первые являются основным «арматурным» материалом в
клеточных стенках (растений, водорослей, грибов и даже одного вида
низших животных) или во внеклеточном образовании, таком, как
внешний скелет у многих членистоногих. Вторые выполняют
вспомогательную роль, «цементируя» основной «арматурный»
материал в единое целое.
Основные структурные полисахариды
Целлюлоза обычна для всех растений, но встречается и у
бактерий, грибов, низших животных (оболочников). Представляет
собой линейный гомополисахарид из р-£>-гликопиранозы,
молекулы которой соединены связями р (1^-4) (рис. 11.56). Число
остатков D-глюкозы в молекуле полимера от нескольких тысяч до
10 тыс., а молекулярная масса, видимо, достигает 1—2 млн.
Хитин встречается в животном мире, но его немало и в
грибах. Это — гомополисахарид N-ацетилглюкозамина, молекулы
которого образуют линейные цепи, аналогичные целлюлозным
(рис. 11.56). В природе они всегда связаны с белками, липидами
и другими компонентами, поэтому выделить хитин в чистом
виде довольно трудно. Именно хитин обеспечивает жесткость
внешнего скелета многих представителей членистоногих.
Другие основные структурные полисахариды встречаются в
водорослях и грибах. Чаще всего это гомополисахариды из
£>-маннозы, D-галактозы и D-ксилозы, причем они могут иметь
как разветвленные цепи, так и линейные. Примеры того и
другого типа даны на рис. 11.56.
Вспомогательные структурные полисахариды
растений
Гемицеллюлоза — общее название различных сильно
разветвленных полисахаридов (рис. 11.57), состоящих из цепей ксилана,
арабана, галактана, маннана, причем каждая цепь через
определенное число звеньев может еще включать D-ксилозу, D-глюко-
зу, D-галактозу, D-маннозу, L-арабинозу, L-фукозу, иногда
производные глюкуроновой кислоты.
Пектины — гораздо менее разветвленные по сравнению с ге-
мицеллюлозой полисахариды (рис. 11.57). Известны в виде
протопектина и собственно пектина (растворимого). Протопектин не
только входит в структуру клеточных стенок, но и является
главным компонентом межклеточного вещества, особенно плодов и
овощей. Его цепи состоят из поли-£>-галактуроновой кислоты,
карбоксильные группы которой в той или иной степени этерифици-
рованы метанолом. Цепи включают также еще и некоторое число
148

CH2OH
\
сн2о
СН2ОН
о <он
ho/nhcch3 ho/nhcch, ho/nhcch3
/ II 3 / II э / II
целлюлоза I хитин
Н0Н2С
маннан дрожжей
НО | НО I НО [
ОН ОН ОН
уз(1-*-з) ксилон водорослей
Рис 11.56. Основные структурные полисахариды

L-Ara
L-Ara
D-Gal
fD-XylYD-XylYD-Xylj^
Xyl
>0-
[methy[-D|
4GICUA,
[metfiyl-B]
^GlcUA,
D-Man
D-Man
D-XylYD-XylYD-GlcYD-XylYD-XylYD-XylYD-XylYD-XylYD^ylYD-Xyl]
V.
Модель
гвпицеллюлозы
L-Fuc
[D-Gal
r
■D-Gal
^thyK^ethyK/rethyb
D-Gal
^methyls
/ i"ui4L w iiicuryL w Hicuiyu \l \/IIIKllly,-\/ V '"CUiyi \/ \/ , \/IIICLIiyi\
ester-D Yester-D jester-DI L-Rha tester-DI D-Gal tester-DX L-Ara I L- JRria lester-D
\GalUAAGalUAAGalUAA AGalUAA AguIUaA. J\ AGalUA '
L-Ara
i L-Rha
fl
L-Ara
'Модель пектина
Рис. 11.57. Вспомогательные структурные полисахариды растений

остатков других моносахаридов, таких, как D-галактоза, L-apa-
биноза, L-рамноза. Цепи имеют ответвления обычно из D-галак-
тозы и L-арабинозы, с помощью которых протопектины
соединяются с другими полисахаридами, как основными, так и
вспомогательными. Обрыв этих связей (в слабокислой среде) превращает
протопектин в растворимый пектин, присутствующий обычно в
соке плодов и овощей.
Вспомогательные структурные полисахариды
водорослей
В связи с тем, что клеточные стенки водорослей
подвергаются значительно меньшим по сравнению с клеточными стенками
растений нагрузкам, роль и доля основных структурных
полисахаридов в водорослях незначительны. Вспомогательные структур-
сн,он
СН2ОН
0S0
сн,он
сн?он
CH,0S0,
OS О
он он
Агарапектин
СН,0Н
0. 1-0-
0S0,
снго
снго _ сн2он сн,о
/ 0,50 ■
о г-о-, уч— о
Карагвнан
Рис. 11.58. Вспомогательные полисахариды водорослей
151

ные полисахариды в водорослях являются основой
межклеточного вещества.
Агар-агар (рис. 11.58) состоит из двух компонентов: агарозы;
и агаропектина и добывается из красных морских водорослей.
Агароза образована из цепей, повторяющимся звеном которых
является дисахарид из р-£>-галактозы и 3,6-ангидро-а-/.-галакто-
зы. Связь в дисахариде — р(1-И), связь между дисахаридами —
а(1->3). Некоторые из гидроксильных групп могут быть этери-
фицированы серной кислотой. Агаропектин образован из цепей
поли-р-Л-галактозы, у которой гидроксильные группы частично
этерифицированы серной кислотой.
Карагенан (рис. 11.58) добывается, как и агар-агар, из
красных водорослей и весьма его напоминает. Цепи образованы из:
дисахарида р-Л-галактозы и 3,б-ангидро-а-Л-галактозы. Связь в
дисахариде — Р(1^-4), связь между дисахаридами — а(1->-3).
Гидроксильные группы частично этерифицированы серной
кислотой.
Альгин, присутствующий в бурых и других морских
водорослях, — это кислый гомополисахарид .D-маннуроновой кислоты.
§ 7.
Полисахариды
с разными функциями
В эту группу попадают все полисахариды, не относящиеся к
запасным или структурным. Они выполняют функции, находясь
вне клетки: либо связанные с ее поверхностью, либо в свободном
виде как внеклеточные вещества.
Гликозаминогликаны
Гликозаминогликаны (мукополисахариды) — группа гетеро-
полисахаридов, общей чертой которых является наличие в их
составе остатков аминосахаров, а также кислых групп —
карбоксильных или сульфатных: они составляют основу межклеточного
вещества животных тканей, особенно соединительной.
Большинство из них обычно связано с белками.
Гиалуроновая кислота (рис. 11.59) — наиболее
распространенный гликозаминогликан. Этот гетерополисахарид состоит из
линейных цепей, повторяющимся звеном которых является
дисахарид из р-/)-Й-ацетилглюкозамина и p-D-глюкуроновой кислоты.
Связь в дисахариде — р(1-Иг), связь между дисахаридами —
Р(1-^3). Гиалуроновая кислота встречается в связанном и
свободном виде. Особенно ее много в синовиальной жидкости
суставных сумок, где ее вязкие растворы выполняют функцию
защитной смазки. У многих бактерий она входит в состав
клеточной оболочки.
Хонд роит ннсульфат, дерматансульфат и кератансульфат по
структуре (рис. 11.59), локализации в тканях и выполняемым:
152

сн,он
coo
сн,он
coo
?C N n /с
HO
OH HNCCH,
HNCCH,
\\ и
о о
ТиапуроноЬая кислота [j3-D-GlcNAc(l-~4)j3-D-GlcUA (l—з)]п
Хондроитинсулырат (>-D-GalNAc-4-5 (b4)/3-D-GlcUA (l*3)]n
CH20H
но J a
CH20503 /
0 '°
тон
CH20S03 ^0
0,
oh/so;
HNCCH,
Квратансупырат [уЗ-D-Gal (l—4)j3-D-GlcNAc-6-5 (l-o)]n '
Цепь может также бкпючать: NAN,D-Man, L-Fuc, D-Gal-2S, 4S
или 6S, D-GalNAc-6S.
Рис. 11.59. Гликозаминогликаны — внеклеточные полисахариды животных
тканей

функциям напоминают гиалуроновую кислоту, но встречаются
только в связанном с белками виде, в частности в муцинах (см.
с. 159, «Протеогликаны»).
CH2050j COO" СН2050^
HNS05 0503, HNCCHv 050Г
п3- UOUj
II
о
гепарин (и гепарансулырат)
a-D-GLcN(l—4)j3-D-6lcUA(l — 4)a-D-GlcNAc(l-4)a-L-IdUA(l-uj
Рис. U.60. Гепарин и гепарансульфат
Гепарин (рис. 11.60) структурно подобен многим мукополиса-
харидам, но выполняет другие функции. Связанный с белком, он
присутствует на поверхности многих клеток, в частности клеток
крови, где выполняет функцию антикоагулянта. Гепарин
синтезируется и накапливается в тучных клетках. Гепарансульфат
отличается от гепарина лишь тем, что имеет меньше сульфатных
групп и больше N-ацетильных.
Камеди
Это клейкие вещества, которые выделяют растения в местах
повреждения, тоже кислые гетерополисахариды. Их цепи состоят
из остатков /)-галактозы и /)-глюкуроновой кислоты и включают
также некоторое количество L-арабинозы и L-рамнозы.
§ 8.
Уровни структурной
организации полисахаридов
Понятие «уровень структурной организации», т. е. первичная,
вторичная, третичная и четвертичная структуры, вполне
применимо и к таким полимерам, как полисахариды.
Первичная структура
Первичная структура полисахаридов образуется за счет
поликонденсации одного или нескольких (обычно не более
четырех) различных моносахаридов. Она бывает линейной или в
разной степени разветвленной. Линейные цепи характерны
154

для основных структурных гликанов (целлюлоза, хитин, D-kch-
лан некоторых водорослей), а также вспомогательных
структурных гликанов животных тканей (гликозаминогликанов).
Разветвленные цепи характерны для запасных гликанов (амилопектин4,
гликоген, декстран) и вспомогательных структурных гликанов
растительных тканей (гемицеллюлоза, пектин).
Отличие первичной структуры полисахаридов
от первичной структуры белков:
1) цепи полисахаридов состоят из повторяющихся звеньев, а
цепи белков обычно не имеют повторов; те белки
(коллаген, экстенсии), у которых цепи состоят из небольшого
набора аминокислот и имеют повторяющиеся звенья,
обладают определенным сходством с некоторыми гликанами
(например, D-ксиланом водорослей);
2) цепи полисахаридов в отличие от белковых цепей бывают
разветвленными.
Вторичная структура
Вторичная структура полисахаридов и белков возникает в
силу одних закономерностей. В цепях белков чередуются одна
жесткая полипептидная связь и две подвижные одинарные. В цепях
гликанов роль жесткой связи играет моносахаридный цикл, за
которым следует гликозидная связь, представляющая собой две
подвижные одинарные связи, которыми атом кислорода
связывает моносахаридные остатки (рис. 11.61). Таким образом, мож-
0 0 0 0
II II II II
— NH —С С—NH — С С—NH—С—С NH—С С
I I I I
Ri R2 R3 Ru
Рис. 11.61. Сравнение гибкости белковой и полисахаридной цепей
но считать, что при образовании вторичной структуры гибкость
полимерной цепи гликанов и белков определяется одинаковым
числом степеней свободы. Это подтверждается на практике.
Вторичные структуры гликанов весьма напоминают вторичные
структуры белков.
А а-Амилозу можно рассматривать как промежуточный продукт при
образовании амилопектина.
155

Ленточные структуры, похожие на р-слои белков, характерны
для целлюлозы и хитина. Их образование объясняется,
во-первых, тем, что целлюлоза и хитин склонны давать жесткие
линейные цепи, жесткость которых обусловлена экваториальным
расположением гидроксильных групп p-D-глюкозы и наличием из-за
этого водородных связей вдоль цепи (рис. 11.62), а во-вторых,
Рис. 11.62. Образование внутрицепочечных водородных связей в поли-^-О-глю-
козе
тем, что параллельное расположение таких жестких цепей
стабилизировано возникновением многочисленных межцепочечных
водородных связей (рис. П.63). Этими же причинами объясня-
-0
Рис. 11.63. Вторичная структура целлюлозы, напоминающая параллельный р-
слой белков
156

ется плохая растворимость целлюлозы (р-белки тоже плохо
растворимы).
Спиральные структуры образуются многими гликанами:
1) левая одинарная спираль с 6 моносахаридными остатками
на виток характерна для а-амилозы;
2) левая одинарная спираль с 4 остатками на виток — для
гиалуроновой кислоты;
3) левая двойная спираль с 3 остатками на виток каждой
цепи обнаружена у агарозы;
4) левая двойная спираль с параллельным или
антипараллельным ходом цепей и с 6 остатками на виток для
каждой цепи, видимо, также возможна для а-амилозы (и для
линейных участков амилопектина);
5) правая двойная спираль с 3 остатками на виток каждой
цепи лежит в основе структуры карагенана. Особенность
ее в том, что одна из цепей накручивается на другую со
сдвигом на полвитка;
6) правая тройная спираль с параллельным ходом цепей и с
б остатками на виток для каждой цепи обнаружена у
D-ксилана, основного структурного гликана некоторых
водорослей. Она имеет определенное сходство с тройной
суперспиралью коллагена.
Основные спиральные структуры полисахаридов в поперечном;
сечении показаны на рис. 11.64.
Третичная структура
Третичная структура полисахаридов — это, как и в белках,
пространственная укладка слоев, спиралей, а при отсутствии
таковых — пространственное расположение полимерных цепей.
Среди третичных структур гликанов можно выделить несколько
типичных.
1. Жесткие волокна формируются у целлюлозы из свернутых
двухцепочечных лент. Такие волокна, стабилизированные
многочисленными межцепочечными водородными связями, довольно
жестки, нерастяжимы и выдерживают на разрыв громадные
нагрузки, что важно для растительных клеток. Аналогичные
волокна, видимо, составляют основу хитина.
2. Гибкие волокна в клеточных стенках некоторых
водорослей образованы из правых тройных спиралей D-ксилана, со
стабилизацией также за счет межцепочечных водородных связей.
Они очень похожи на фибриллы тропоколлагена. Такие волокна
выдерживают достаточно большие нагрузки на разрыв, но
обладают еще и значительной гибкостью, что более подходит для
клеток водорослей.
3. С ложно разветвленные компактные структуры глобулярной
формы образуют запасные полисахариды, такие, как амилопек-
тин, гликоген, декстраны. Спирали а-амилозы, как одиночные,
157

так и ассоциаты из них, могут входить в состав таких
глобулярных молекул.
4. Сложноразветвленные рыхлые неупорядоченные структуры
характерны для вспомогательных структурных гликанов
растений, таких, как гемицеллюлозы и протопектины. Такое строение
определяется их функцией — «склеивать» волокна основных
•структурных полисахаридов в целую клеточную стенку, а
клетки — в одну ткань.
D-ксилан
tr
Агароза
Гиалуронобая
кислота
Рис. 11.64. Спиральные структуры полисахаридов в
поперечном сечении
5. Пространственно-сетчатые рыхлые структуры, нити
которых состоят из множества спиралей, присущи гельобразующим
кислым полисахаридам, таким, как агар-агар, карагенан, альгин,
растворимые пектины, камеди. Эти структуры весьма близки
предыдущим и отличаются от них лишь наличием большого
количества спиралей. Можно считать, что они «склеивают» не
основные структурные гликаны, а просто определенное количество
воды вместе с растворенными в ней веществами, вследствие чего
возникают полужесткие структуры.
6. Пространственно-неупорядоченные подвижные структуры
можно приписать гиалуроновой кислоте. Они характеризуются
158

тем, что связи между соседними спиралями легко разрушаются и
возникают вновь; поэтому гели гиалуроновои кислоты выполняют
функции не просто межклеточного вещества, но и внеклеточной-
смазки, везде, где имеет место трение тканей.
Четвертичная структура
Четвертичная структура полисахаридов — это не более чемг
следующий после третичной структуры этап пространственной
организации полисахаридов. К проявлению четвертичной
структуры, несомненно, можно отнести:
1) образование кристаллических областей в структуре
целлюлозы, состоящих из упорядоченно уложенных крест-накрест
слоев целлюлозных волокон;
2) образование кристаллических областей в зернах крахмала,,
состоящих, видимо, из упорядоченно и плотно уложенных
глобул амилопектина, включающих и спираль а-амилозы^;
последняя, но в виде более скрученных двойных спиралей
с параллельным или антипараллельным ходом цепей,
видимо, также способна формировать кристаллические области
в составе зерен крахмала.
Глава 12
СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕВОДОВ
С ДРУГИМИ ВЕЩЕСТВАМИ
§ 9.
Молекулярные образования углеводов
с пептидами и белками
Пептидогликаны — структуры из полисахаридных цепей,
«сшитых» короткими пептидами (рис. 11.65).
Протеогликаны — соединения полисахаридов с белками, в
которых основную часть составляют полисахариды. К этим же
соединениям относятся муцины (мукопротеины) из слизевых
секретов пищеварительного тракта. В протеогликанах полисахариды
в большом количестве присоединены гликозидными связями к
развернутой белковой цепи. Предполагается, что такие
протеогликаны могут объединяться в громадные ассоциаты, общей
основой которых является гиалуроновая кислота (рис. 11.66).
Гликопротеины — сложные белки с одной или несколькими
простетическими группами из моносахарида, олигосахарида или
полисахарида (рис. 66,Б). В гликопротеинах доля по массе
углеводной части меньше доли белковой части. Гликопротеины
широко распространены во всех видах организмов, но особенно их
много в животных клетках. К ним относятся ферменты,
антитела, транспортные белки, гормоны, белки-рецепторы и т. д.
159

Рис. 11.65. Пептидогликан клеточных стенок бактерий

Функции углеводной части гликопротеина
разнообразны, но все сводятся к роли метки, которая обеспечивает
опознание данного гликопротеина другими молекулами или
клетками, специфически с ней взаимодействующими. Такое взаимодей-
гиалуронобая
кислота
ц
\
/
хондроитинсульфат
керотансулырат
тптт
тптп
/
связующий
5в/?ок
X
коровый
5елок
5влок
Рис. 11.66. Протеогликан (А) и гликопротеины (Б)
ствие лежит в основе функционирования иммунной системы
высших животных, а также системы защиты растений от
многих заболеваний. Частным, но наглядным примером роли
углеводной метки является ее определяющее влияние на групповую
принадлежность крови (рис. 11.67).
Бесчисленное множество вариантов
углеводных меток в гликопротеинах и (гликолипидах) обусловлено
большим разнообразием их состава и структуры. Если
разнообразие состава связано с участием в построении углеводной
цепи множества изомеров и их производных, то
разнообразие структуры определяется множеством вариантов связей
между моносахаридными остатками с возможностью ответвлений.
Образование гликопротеинов из белков,
синтезированных на рибосомах шероховатого эндоплазматического
ретикулума, происходит с помощью ферментов, находящихся на
мембранах аппарата Гольджи. Считается, что углеводами
метятся (гликозилируются) в основном белки, которые предназначены
функционировать либо в составе клеточной оболочки, либо вне
клетки. Белки, которые клетка синтезирует для себя и которые
6 Зак. 68
161

группа А
группа В
группа О
(И)
гриппа О
(Le°)
группа О
(Le>)
Рис. 11.67. Антигенные детерминанты эритроцитов, определяющие группы кровн
человека

должны функционировать внутри нее (в цитоплазме), остаются
не гликозилированными. Они синтезируются па свободных
рибосомах, не прикрепленных к мембранам эндоплазматического
ретикулума.
§ 10.
Структура клеточных стенок растений,
водорослей, грибов и бактерий
Клеточные стенки растений, особенно древесных,
выдерживают колоссальные нагрузки. Их строение напоминает структуру
железобетона. Основным структурным материалом являются
волокна целлюлозы. Расположенные параллельно друг другу, они
образуют перекрещивающиеся слои. Вспомогательный
структурный материал — гемицеллюлоза, протопектины, гликопротеин
экстенсин, по составу и структуре напоминающий фибриллярный
белок коллаген, и сложноразветвленный полимер лигнин (и. м.
около 10 000), мономером которого является конифериловыи
спирт (рис. IL68).
Рис. 11.68. Конифериловыи спирт —
мономер лигнина. Стрелками
показаны возможные места образования
связей в полимере
осн3
Все компоненты клеточных стенок связаны между собой и с
целлюлозными волокнами в единую структуру. Лигнин
встречается в клеточных стенках только древесных растений, придавая им
ту твердость, которая отличает их от травянистых растений.
Клеточные стенки протистов с растительными признаками,
таких, как водоросли и грибы, должны быть достаточно крепкими,
но в то же время не столь жесткими, как у древесных растений.
Принцип их построения тот же, что и у растений: основные
структурные гликаны сцементированы вспомогательными.
У водорослей основные структурные гликаны — это волокна
из целлюлозы и других гликанов, которые могут быть
сформированы из спиралей, как например волокна D-ксилана. Часто
встречаются волокна из поли-£)-маннозы, а также из поли-£)-глюкозы,
в которой мономеры соединяются связями (1-»-2), (1-»-3).
Вспомогательные структурные гликаны водорослей — это различные
гельобразующие гликаны с кислыми группами, склонные к
образованию спиралей.
У грибов основным структурным гликаном кроме целлюлозы
выступает хитин, а также другие полисахариды, в частности ман-
наны. Вспомогательным структурным материалом в грибах
являются г лико протеины.
\
НС—СН,0Н-
-о-
6*
163

сн
(jhjicVo-
сн,
-о- сн
I
-о- сн
но- сн
(б-aiqVo—|сн
сн,
Глицеролтейхоевая
кислота
РиЬитолтейховбая
кислота
Рис. 11.69. Тейхоевые кислоты

Клеточные стенки бактерий должны быть достаточно
прочными, чтобы обеспечить выживание микроорганизмов в изменчивых
условиях внешней среды. Жесткие клеточные стенки всех
бактерий, кроме мнкоплазм, построены из сплошного пептидогликана,
называемого еще муреином. У грамположительных бактерий он
имеет структуру, изображенную на рис. 11.65, с вариациями в
составе пептидов, которые связаны с видом микроорганизма. У
грамотрицательных бактерий пептидные «сшивки» типа пентаглицино-
вых мостиков отсутствуют, и пептидные отростки полисахаридных
цепей связываются напрямую. Кроме того, муреиновыи мешок
грамположительных бактерий многослойный и в несколько раз
толще, чем у грамотрицательных бактерий. Его слои пронизывают
и скрепляют, присоединяясь к ним за счет фосфодиэфирных
связей, тейхоевые кислоты (рис. 11.69), основа которых — цепь из
остатков либо глицерина (глицеролтейхоевые кислоты), либо ри-
бита (рибитолтейхоевые кислоты), соединенных фосфодиэфирны-
ми связями. Срединные атомы углерода в остатках глицерина или
рибита за счет сложноэфирных связей присоединяют
аминокислоты (чаще всего D-аланин) или за счет гликозидных связей —
различные моносахариды (обычно £>-глюкозу, D-галактозу, их
ацетиламины, L-рамнозу). Внешние концы тейхоевых кислот
выступают из клеточной стенки наружу и определяют антигенную
специфичность микроорганизма. Внутренние концы тейхоевых
кислот часто имеют липидный характер, и тогда они погружены
в липидную же плазматическую мембрану, связывая ее таким
образом с клеточной стенкой. Помимо тейхоевых кислот в
структуре муреинового мешка обнаружены небольшие количества других
полисахаридов, пептидов и белков, которые, видимо, в
определенной степени выполняют те же функции, что и тейхоевые кислоты.

Раздел В
ЛИПИДЫ И БИОМЕМБРАНЫ
Липиды — общее название весьма разнородных веществ,
которые плохо растворяются в воде, но могут быть экстрагированы
из живой ткани органическими растворителями. В отличие от
веществ других классов, т. е. белков, нуклеиновых кислот и
полисахаридов, большинство липидов не являются
полимерами.
По общности строения и по способности к
гидролизу подавляющее большинство липидов можно отнести либо
к омыляемым, либо .к неомыляемым. Омыляемые липиды в
результате гидролиза распадаются на несколько (обычно не более
четырех) структурных компонентов. Неомыляемые липиды, или
изопреноиды, представляют собой либо короткие полимерные цепи
из изопрена, к одному концу или к обоим концам которых иногда
присоединены простые органические молекулы, либо эти
соединения — производные изопрена.
Основные функции липидов:
1) запасание и хранение энергии и атомов углерода (при
окислении 1 г нейтральных жиров выделяется 9 ккал энергии);
2) защитная функция: например, липидный слой кожи
животных защищает их от механического и температурного
воздействий, а липидный покров листьев предотвращает
проникновение бактерий и избыточное испарение воды;
3) главные структурные компоненты клеточных мембран;
4) регуляторы метаболизма — это липидные гормоны,
витамины, а также родственные липидам соединения —
производные некоторых жирных кислот: простагландины и лей-
котриены.
Г л а в а 13
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЛИПИДОВ
И РОДСТВЕННЫЕ ИМ БИОЛОГИЧЕСКИ
АКТИВНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
§ 1.
Омыляемые липиды
Структурные компоненты
Структурные компоненты природных омыляемых липидов
можно условно разбить на пять групп: А, В, С, D, Е.
Компоненты А — это жирные кислоты и алифатические
спирты.
166

о о
\\/
с
о о
\/
с
\ /6- олеиновая (13Ц- °с)
пальмитинобая (бЗГс)
стеариновая (бд,6°с)
инолевая (-5°с)
13 '5
линоленовая (- И °с)
Рис. 11.70. Наиболее распространенные жирные кислоты

о о
^/
с
о о,-
с
юУ-сн3
иг
чв
ю
транс - батвнобая
туберкуластеаринабая лактобациллобая
рицинолебая
Рис. 11.71. Редкие жирные кислоты

Жирные кислоты липидов — это монокарбоновые кислоты
с алифатической цепью. Их обнаружено около 70. Обычно они
имеют линейные цепи с четным числом атомов углерода от 12 до
20. Реже встречаются более короткие или более длинные цепи, а
также жирные кислоты с нечетным числом атомов углерода.
Кроме того, иногда встречаются жирные кислоты, в алифатических
цепях которых находятся заместители, такие, как метиловые, гид-
Н2С-0Н
НС-ОН
Н2С-0Н
глицерин
Н /ОН
с
Н0\ / ЧН
н* Y
"оАчо
sn - глицвро - J - cpocqpam
СН20Н
5 -2
СН,0Р0,
н,с-он
zl +
hc-nhT
НС-ОН
I
сн
II
сн
I
сн,
I 1
сн,
I L
снг
сн,
I 1
сн,
I *■
сн,
I с
сн,
I z
сн2
I t
снг
снг
сн,
I z
сн2
I z
но н
V/ 4
НЧ3/ чн
40f'
18
L - глицеро -3- фосфат
Рис. 11.72. Глицерин и сфингозин
сфингозин
роксильные и карбонильные группы, эпоксигруппы или даже цик-
лопропановые или циклопентановые группировки. Значительное
число жирных кислот липидов, особенно растительного
происхождения, является ненасыщенными карбоновыми кислотами. Они
могут иметь одну или несколько двойных связей, которые чаще
всего имеют г{ис-конфигурацию и крайне редко бывают
сопряженными (обычно они разделены метиленовыми группами).
Температура плавления жирных кислот понижается с увеличением
числа двойных связей в цепи и укорочением самой цели. В
жирных кислотах липидов иногда встречаются и тройные связи.
Наиболее часто встречающиеся жирные кислоты показаны на
рис. 11.70, более редкие — на рис. 11.71.
169

Алифатические спирты как компоненты липидов имеют длину
цепи, сравнимую с длиной цепи жирных кислот или несколько
большую (до 32 углеродных атомов). Они бывают насыщенные и
ненасыщенные, с четным и нечетным числом атомов углерода.
Компоненты В — это глицерин и сфингозин (рис. 11.72). Так
как глицерин в составе липидов обычно имеет вместо гидроксиль-
ных групп различные заместители, его центральный атом
углерода становится хиральным. В таком случае природные соединения
глицерина в соответствии с правилами стереоспецифичес-
кой (sn) нумерации атомов углерода соответствуют L-энантио-
мерам. Сфингозин отличается от глицерина наличием длинного
алифатического хвоста у атома С3 и заменой гидроксильной
группы на аминогруппу у атома С2. Алифатический хвост в сфингози-
не имеет двойную связь в траяс-конфигурации между атомами С4
и С5. Наиболее распространен сфингозин с длиной цепи 18 атомов
углерода, но известны сфингозины с более короткой (16, 17
атомов углерода) и более длинной цепью (19, 20 атомов углерода).
Аминогруппа и гидроксильная группа у хиральных атомов С2 и
С3 соответственно находятся в D-положении, но в пространстве
направлены в разные стороны (см. рис. 11.72). Наряду со сфин-
гозином в природных липидах встречается и дигидросфингозин,
не имеющий двойной связи в алифатическом хвосте.
Компонент С — это ортофосфорная кислота.
Компоненты D — это обычно этаноламин, холин и L-серин,
показанные на рисунке:
йн3 — сна—сн2—он
(/>/tfl=9,5)
этаноламин
сн3
+ 1
СН3 — N—СНа—СН2—ОН
I
СН3
(р/Ся=13)
ХОЛИН
СОО~ (рКа = 2,2)
I
С—СН2—ОН
L-серин
Компоненты Е — это глицерин, инозит, моносахариды и оли-
госахариды.
Классификация
Классификация омыляемых липидов и их названия связаны
с набором структурных компонентов и порядком их соединения
(рис. 11.73). Простые липиды состоят либо из двух компонентов
NH3
(р/Св=9,2)
170

ПРОСТЫЕ ЛИПИДЫ
нейтрапьные жиры
Ai
1!
апкипдиацилглицерины
(нейтральные ппазмалогены)
УЧ
<Ч
г1
боски
СЛОЖНЫЕ ЛИПИДЫ
Б
фосфолипиды
В
в2
[
А,
D
шкснрасдюлипиды
гпикалипиды
Рис. 11.73. Классификация липидов.
Гидрофильные части молекул
обозначены штриховой линией

А, соединенных сложноэфирной связью, либо из компонентов А,
соединенных с компонентом В, который в таком случае может
быть только глицерином. Сложные липиды состоят из более чем
двух компонентов. К ним относятся: фосфолипиды, имеющие
состав ABCD; гликофосфолипиды — АВСЕ или ABCED; гликолипи-
ды с формулой ABE; сфинголипиды — любые липиды,
содержащие в качестве компонента В сфингозин.
Простые липиды, выполняющие главным
образом энергетическую и защитную функции
Воски — это сложные эфиры жирных кислот и алифатических
спиртов. Они образуют защитное покрытие листьев, плодов,
защитную смазку перьев и кожи. Они являются основной формой
энергетических запасов многих микроорганизмов морского
планктона. Наиболее известны пчелиный воск и спермацет кашалотов.
Основой первого является мирицилпальмитат, а второго — цетил-
пальмитат:
О
II
СН3(СН2)14- С-О(СН2)30СН3
мирицилпальмитат
О
II
СН2 (СН2)14- С-0 (СНа)16 СН3
цетилпальмитат
Нейтральные жиры (рис. 11.74) — это сложные эфиры жирных
кислот и глицерина: моноацил-, диацил- и триацилглицерины.
Последние наиболее распространены. В триацилглицеринах могут
содержаться одинаковые жирные кислюты, но чаще они разные,
причем к С2-атому обычно присоединена ненасыщенная жирная
кислота. Триацилглицерины животного происхождения переходят
в жидкое состояние при более высокой температуре, чем
триацилглицерины растительного происхождения. Первые отличаются от
вторых большим содержанием насыщенных жирных кислот.
Простые эфиры диацилглицеринов (рис. 11.74) отличаются от
нейтральных жиров тем, что вместо жирной кислоты к глицерину
в положении С1 присоединен простой эфирной связью
алифатический спирт, который может быть насыщенным или ненасыщенным.
Они присутствуют в живых тканях в крайне малых количествах.
Нейтральные плазмалогены (рис. 11.74) — простые эфиры
диацилглицеринов с ненасыщенным алифатическим спиртом, у
которого двойная связь находится в положении между первым и
вторым атомами углерода, и имеет цис-конфигурацию. Такие 1-а,
{5-алкенил-2,3-диацилглицерины при гидролизе в кислой среде
дают (помимо двух жирных кислот и глицерина) а, {3-ненасыщен-
ный спирт, который претерпевает немедленную перегруппировку
в альдегид (плазмал).
172

сн2-сн —ен2
\ \ \
СНт СН СН?
/ \ \
о=с. о=с
Сгк~ СН СНо
/ \ \
о=с
нейтральные жиры
алкилдиацилглицерины
a,fi - алкенилдиацилглицврины
(нейтральные плазмологены)
Рис. 11.74. Простые липиды на основе глицерина

Некоторые более редкие липиды
с энергетической функцией
Диольные липиды — эфиры некоторых диолов (рис. 11.75)
с компонентами А, т. е. жирными кислотами и алифатическими
спиртами. Встречаются моно- и диацильные производные диолов,
СН,-0Н СН,-0Н СН,-ОН
I I I
CH2-Oh CH —ОН СН2
сн3 сн2- он
сн,—он
I
сн,-он сн,-он v.ch3 сн2
I I I I
сн, сн, сн —он сн2
\ I I
сн3
1 J
сн-
1
1
сн-
1
сн3
• он
-он
сн-он сн2 сн—он сн2
I I
сн3 сн2-он сн3 -сн2—он
Рис. 11.75. Диолы — основа некоторых липидов
простые диэфиры, смешанные алкил-, алкенил- и ацилпроизвод-
ные диолов и другие аналоги глицеринсодержащих липидов.
Диольные липиды обнаружены в небольших количествах в
растительных и животных тканях, в микроорганизмах. Их роль,
видимо, сводится к энергетическому, а возможно, и структурному
резерву.
Поли-^-Э-оксибутират (рис. 11.76) — запасное вещество
многих бактерий, является «нетипичным» липидом. Его молекула
представляет собой 1500 остатков p-D-оксимасляной кислоты,
единственная неразветвленная цепь которой свернута в плотную
правую спираль. Эта спираль в свою очередь, складываясь
многократно, образует в клетке тонкие (5 нм) плоские пластины.
Фосфолипиды — основные структурные компоненты
биомембран. Это сложные липиды, в составе которых присутствуют
четыре типа компонентов: А, В, С, D. В зависимости от природы
компонента В их подразделяют на глицерофосфолипиды и сфин-
гофосфолипиды.
Глицерофосфолипиды — производные фосфатидных кислот
(рис. 11.77), которые представляют собой сложные эфиры
глицерина с двумя жирными кислотами и ортофосфорной. Фосфатидные
кислоты в свободном виде в тканях практически не
обнаруживаются, но соединенные сложноэфирной связью с этаноламином, хо-
лином или L-серином образуют широко распространенные глице-
174

рофосфолиппды: фосфатидилэтаноламин (кефалин), фосфатидил-
холин (лецитин) и фосфатидилсерин соответственно (рис. 11.77),
Простые эфиры глицерофосфолипидов (рис. 11.78) с
насыщенным или ненасыщенным алифатическим спиртом, присоединенным
-О—С=0
I
снг
нс-о-с=о
I I
СН» СН?
I
нс-о-с=о
I I
СН» CHj
I
HC-0-C=G
I I
сн, сн2
I
нс-о-с=о
I I
СН» СНч
I
нс-о-с=о
I I
сн3 сн2
I
соон нс-о-с=о
I 1 -I
СН, снз снг
нс-о-с=о
•г
I
неон
I I '
сн сн3 ен2
нс-о-
D - в - оксинаспяная
киспота СН5
Рис, 11.76. P-ZJ-оксимасляная кислота и поли-P-Z)-
оксибутират
к С'-атому глицерина, встречаются в тканях значительно чаще,
чем простые эфиры диалцилглицеринов.
Фосфатидали (рис. 11.79) — это плазмалогены, но в отличие от
нейтральных плазмалогенов они являются глицерофосфолипи-
дами.
175

о
I -
0=Р-0
I
о
I
СН,— СН СН7
\ \
о=с о=с.
сн,-сн-
„ > >
о=со=с.
+
NH3
сн2
I L
СН,
I L
о
I -
0=Р-0
о
I
СН,
сн3
ch/n-гНз
снг
снг
о
0=(Э-0~
о
I
СНо- СН— СН,
\ \
о=с;о=с
щоаратидная кислота
(кералин)
фосфатидилэтаноламин
NH, CD0
\/
СН
I
СН,
I L
о
I _
0=Р-0
I
о
сн,-сн— сн,
\ \
о=с о=с
(лецитин)
фоаратидилхолин
щосоратидилсврин
Рис. 11.77. Наиболее распространенные глицерофосфолипиды

Сфингофосфолипиды. — производные церамидов (рис. 11.79) v
которые представляют собой сфингозины (или дигидросфингози-
ны), ацилировапные жирной кислотой по аминогруппе. Церамиды
в свободном виде в тканях почти не встречаются, но соединенные
за счет сложноэфирной связи через фосфат с холином образуют
широко распространенные сфинголипиды, которые называются
сфингомиелинами.
§ 2-
Неомыляемые липиды (изопреноиды)
Структурным компонентом изопреноидов является изопрен. Он
выполняет роль мономера, из которого строятся олигомерные или
полимерные цепочки неомыляемых липидов. Обычно остатки
изопрена соединяются в периодическую последовательность «голова
к хвосту», но встречаются и связи «хвост к хвосту»:
1 2 ? 4
СН2=С—СН=СН2
I
сн3
изопрен
2 3 4 1 2 3 4
с=сн—сн2—сн2—с=сн—сн2 —
I !
сн3 сн3
2 3 4 4 3 2 ~ 1
•С=СН—СН2—СН2—СН=С—СН2—
! I
СН3 СН3
Классификация
Классификация неомыляемых липидов основана на
традиционном разделении их на две группы: терпены и стероиды.
Терпены
Это олигомерные и полимерные вещества, молекулы которых
составлены из остатков изопрена. Терпены, молекулы которых
представляют собой соединения из 2, 3, 4, 6, 8 молекул изопрена,
называют соответственно: монотерпены, сесквитерпены, дитерпены,
тритерпены и тетратерпены. Молекулы терпенов могут иметь
линейную или циклическую (даже полициклическую) структуру, а
также структуру, которая имеет одновременно и линейные и
циклические участки. Двойные связи в линейных участках обычно
имеют транс-конфигурацию, однако встречаются и терпены, в
которых одна или больше связей могут иметь г{ыс-конфигурацию.
В молекулах терпенов некоторые углеродные атомы могут нести
на себе гидроксильные, карбонильные и карбоксильные группы,
-сн2-
-СН2
177

+
NH
О
I
0=P-0
CHo CH CHo
0 J3
алкипфосфатиОил-
этаноламин
фосфотидольхолин
Рис. 11.78. Простые эфиры глицерофосфолипидов

сн.
CH3-N-CH3
СН,
сн7
о
I
о=р-о~
I
о
I
сн-сн-сн,
' /
NH
чс=с
он
церамид
арингомиелин
Рис. 11.79. Сфингофосфолипиды

мирцен лимонен а-пинен ментол
(паЬр, лобродишня) (лимон, укроп) (скипидар) (мята)
нерол гераниол цитронеллол цитронеллаль
(роза, герань) (роза, герань) (цитронелла) (эвкалипт, феромон)
Рис. 11.80. Наиболее известные монотерпены

а-дарнезен
( цитронелла)
с
Vой
ОН 1
абсцизодая кислота
(гормон растений)
цингибврвн
(имбирь J
^Ч
'ОН
6, 7-транс-фарнезал
(ландыш, гормон насекомых)
ОСИ,
юбебион канадской
пихты
СГ^ОСНз
юбенильный гормон
насекомых
Рис. 11.81. Важные сесквитерпены

абиетиновая кислота
ретинол (бит а мин А)
а - такофврол (витамин Е)
щиллохинон (витамин Kt)
/ з i з 1 з V j
•он
щитал
Рис. 11.82. Основные дитерпены

скоапен
менахинон - 6 ( витамин К2)
Рис. 11.83. Важные тритерпены

т. е. терпены могут быть спиртами, альдегидами, кетонами,
органическими кислотами.
Монотерпены (рис. 11.80) — это летучие жидкие вещества
с приятным запахом; они — основные компоненты душистых
эфирных масел, получаемых из растительных тканей (цветов,
листьев, плодов). Ряд монотерпенов являются феромонами —
веществами, с помощью которых насекомые передают друг другу
информацию. Так, в частности, некоторые эфирные масла служат
феромонами опасности.
Рис. 11.84. Тетратерпены (каротиноиды)
Се скейтер пены (рис. 11.81) также входят в состав эфирных
масел. Структуру сесквитерпенов имеют некоторые гормоны
насекомых и растений. Так, например, 6,7-транс-фарнезол и юве-
нильный гормон регулируют процесс превращения гусеницы в
бабочку, а авсщзовая кислота участвует в регуляции развития
высших растений, выполняя роль ингибитора роста.
Дитерпены (рис. 11.82) — это, например, смоляные кислоты,
известные как канифоль. Главным ее компонентом является
абиетиновая кислота. Ее натриевая соль известна как хозяйственное
мыло. Витамин А — это моноциклический дитерпен. Фитол — ди-
терпеновый спирт, соединенный сложноэфирной связью с порфи-
риновым ядром хлорофилла. Дитерпеновые цепи входят в состав
витаминов Е и К.\.
Тритерпены (рис. 11.83). Из них наиболее известен сквален,
в относительно большом количестве присутствующий в печени
184

удикинан Q1D
О
пластокинон А
Рис. 11.85. Терпеновые переносчики водорода в окислительно-восстановительных реакциях

акулы, а также в секретах сальных желез кожи человека. Три-
терпеновая цепь входит в состав витамина Яг-
Тетратерпены (рис. 11.84) — это прежде всего различные
цветные пигменты. Одни из них накапливаются в тех частях растений,,
где происходит запасание питательных веществ (например,
томаты, морковь), другие являются участниками процессов
поглощения света у многих фотосинтезирующих организмов.
Терпены с длиной цепи более восьми изопреновых остатков
(рис. 11.85). Убихиноны (коферменты Q) участвуют в
окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в бактериях и
митохондриях. Наиболее распространен убихинон с пентатерпеновой
цепью — кофермент Ql0, но известны также кофермент Q8 и ко-
фермент Q6. Пластохиноны, — аналоги убихинонов, но
встречаются только в хлоропластах растительных клеток. Наиболее
распространен пластохинон А с терпеновой цепью из 9 остатков
изопрена, но известны пластохиноны с 6, 8 и 10 остатками изопрена.
Политерпены, — каучук, гуттаперча. Цепи первого состоят из
остатков изопрена с двойными связями в цас-конфигурации, цепи
второго содержат остатки изопрена с двойными связями в
трансконфигурации.
Стероиды
Стероиды можно рассматривать как полициклические
производные тритерпена сквалена. Цепь последнего складывается так,
что образуется структура стероидного скелета пергидроциклопен-
танфенантрена (рис. 11.86). Последующая ферментативная
модификация этого скелета ведет к образованию различных
стероидов.
Общие черты многих стероидов:
1) жесткость структуры, состоящей из трех конденсированных
«кресел» (рис. 11.87);
2) наличие заместителей ■— гидроксильной или кетонной
группы у атома С3; метильных групп у атомов С4, С10, С13, С14;
3) наличие алифатических «хвостов» различной длины и
структуры, присоединенных к атому С17;
4) присутствие в кольцах А и В одной или нескольких
двойных связей.
Заместители в кольцах, как и сами атомы водорода,
могут быть аксиальными или экваториальными. Независимо от
этого считается, что заместитель (или сам атом водорода) имеет
а-ориентацию, если он расположен в пространстве дальше от
наблюдателя, и р-ориентацию — если расположен ближе к
наблюдателю. В связи с этим стероидные молекулы могут иметь конфор-
мационные разновидности. Так, например, если аксиально
расположенные атом водорода у С5 и метиловая группа у С10 имеют
р-ориентацию, молекула стероида обладает нормальной {цис-) кон-
формацией. Если атом водорода у С5 имеет а-орнемтацию, а
метиловая группа у С10 — р-ориентацию, то молекула стероида об-
186

ладаст алло- (транс-) -копформацией. При написании плоских
структурных молекул принято а-заместители соединять со стероидным
скелетом пунктирной линией, а р-заместители — сплошной.
Классификация стероидов связана с природой и
количеством заместителей, а также наличием в циклах двойных свя-
фвнантре^ пергидроцимопентонфенонтрен
сквдлен ланостерин
7- дегидррхдлестерин холестерин
Рис. 11.86. Структурное родство терпенов и стероидов
зей. Стероидные соединения обнаружены в животных и
растительных клетках, в протистах, особенно в грибах. В прокариотах
стероиды встречаются крайне редко.
Стерины (стеролы) — это стероиды, которые отличаются
наличием экваториально расположенных и имеющих р-ориентацию
гидроксильной группы у атома С3 и углеводородной цепочки из
187

8—10 атомов углерода у атома С17: холестерин, фитостерины, эр~
гостерин.
Холестерин — наиболее известный стерин, широко
распространенный в животных тканях и меньше — в растительных. В
печени животных он синтезируется из ацетата через образование
нескольких десятков промежуточных соединений, среди которых
помимо сквалена следует отметить ланостерин и 7-дегидрохолестг-
рин (см. рис. 11.86). Первый является одним из компонентов
ланолина — жира овечьей шерсти, а второй накапливается в колее,
где под воздействием ультрафиолетового облучения
превращается в витамин D. Сам холестерин в организме животных служит
предшественником многих других стероидов.
Рис. 11.87. Конформация стероидного скелета. Пронумерованы только атомы
углерода
Фитостерины, или стерины растительных тканей (рис. 11.96),
например метиленциклоартенол, кампестерин, ситостерин, стиг-
мастерин, отличаются от стеринов животного происхождения,
таких, как ланостерин или 7-дегидрохолестерин, называемых зоо-
стеринами, наличием дополнительных углеродных атомов в
алифатическом хвосте, присоединенном к С17-атому стероидного
скелета. Пути биосинтеза фитостеринов и зоостеринов на начальных
этапах совпадают (до образования сквалена и его 2,3-эпоксипро-
изводного), а затем расходятся: в животных тканях далее
образуется ланостерин, в растительных — циклоартенол (рис. 11.96).
Эргостерин (рис. 11.96) является микостерином, так как
синтезируется в грибах.
188

Стериды — это сложные эфиры стеринов и высших жирных:
кислот. Так, холестерин присутствует в плазме крови в двух
формах: свободной (35%) и в виде холестерида (65%), содержащего
некоторые жирные кислоты, в основном ненасыщенные. Так как.
циклоаргпенол метилвнциклоартенол
кампестерин ситостерин
стигмастврин зогостврин
Рис. 11,88. Стерины растений (фитостерины) и грибов (микостерин)
обе формы находятся в динамическом равновесии, холестерин,
таким образом, служит переносчиком жирных кислот. Ланостерин
в свободной форме существует как промежуточный продукт в
биосинтезе холестерина, а в жире овечьей шерсти он представлен
№

он
12
хопебая кислота
,сн2-с^°
\
ОН
холилглицин
К. он
NH-CH^c^ у \ хопилтаурин
:Н0'
двзоксихолебая кислота
хенодезоксихолевая кислота-
литохолвбая кислота
Рис. 11.89. Желчные кислоты

в основном в виде сложного эфира миристиновой, арахидоновой
и других более редких высших жирных кислот.
Желчные кислоты (рис. 11.89) — это стероиды, общим
признаком которых является наличие экваториально расположенной и
а-ориентпрованной гидроксилы-юй группы у атома С3 и
экваториально расположенного и (3-ориентированного углеводородного
«хвоста» длиной в пять углеродных атомов с карбоксильной
группой на конце у атома С17. Гидроксильные группы у атомов С7 и
С12 также имеют а-ориентацию, но расположены аксиально. Из
четырех кислот, выделенных из желчи человека, преобладает
холевая кислота, но все четыре синтезируются в печени из
холестерина и накапливаются в желчном пузыре в виде соединений
с глицином или аминосульфокислотой таурином, что обеспечивает
им хорошую растворимость в воде. Структура молекул всех
четырех кислот представляет собой А/В-цис-яоршалъную конформа-
цию.
Функциональное назначение желчных кисло т—
эмульгирование липидов в тонком кишечнике, без чего
невозможно переваривание последних.
Гормоны коры надпочечников человека (рис. 11.90) отличаются
присутствием кетогруппы в положении С3, аксиально
расположенной р-гидроксильной группы у атома С11 и наличием двойной
связи между атомами С4 и С5. Их боковая группа у атома С17 имеет
длину всего в два углеродных атома. Кортикостерон, кортизол
(гидрокортизон) и альдостерон — три основных гормона коры
надпочечников. Кортизол усиливает превращение аминокислот
в гликоген, замедляет синтез белка, а альдостерон является
регулятором водно-солевого равновесия в тканях организма.
Кортикостерон обладает свойствами и того и другого, но
выраженными в меньшей степени. Помимо этого кортизол и его аналоги
(см. рис. 11.90), например кортизон (11-дезоксикортизол) или
синтетический преднизолон, известны своим сильным
противовоспалительным, противоаллергическим и иммунодепрессивным
действием.
Прогестины — это гормоны желтого тела, плаценты, яичников,
а также надпочечников. Основным среди них является
прогестерон. Они обеспечивают нормальное протекание беременности, а
также участвуют в регуляции менструального цикла. Прогестерон
и его синтетические аналоги (рис. 11.91) широко используются
в медицине.
Половые гормоны (рис. 11.92) — мужские андрогены и
женские эстрогены — отличаются отсутствием углеводородного хвоста
в положении С17 и сохранением кетогруппы или гпдроксильной
группы у атома С3, причем эстрогены существенно отличаются от
андрогенов тем, что кольцо А эстрогенов ароматическое, и потому
их гидроксильная группа обладает кислотными свойствами.
Андрогены и эстрогены синтезируются в семенниках, яичниках и
в небольшом количестве как промежуточный продукт в коре
надпочечников. В мужском организме соотношение андрогенов и
19 Р

кортикостврон кортизоп альдостерон
*0Н
-ОН
НО.
>0Н
.-ОН
6а. - метил-А1- кортизоп
кортизон
преднизолон
Рис. 11.90. Гормоны коры надпочечников и некоторые их синтетические аналоги

эстрогенов сильно сдвинуто в сторону первых, в женском —
наоборот. Среди мужских половых гормонов наибольшей
активностью обладает тестостерон, а среди женских — эстрадиол.
Половые гормоны регулируют функционирование репродуктивных
прогестерон
fi-эстрадиап
тестостерон
^^
норэтачодрег о
метандрастенолон
ipeaHuh
фенодилин
Рис. 11.91. Прогестерон и его син- Рис. 11.92. Половые гормоны и некото-
тетические аналоги рые синтетические анаболики
органов. Соотношение половых гормонов определяет проявление
вторичных половых признаков организма. Помимо этого половые
гормоны оказывают специфическое влияние и на другие ткани и
органы. Так, андрогены обладают выраженной анаболической
активностью, т. е. способствуют развитию скелетных мышц и их
7 Зак. 68
193

силы. В животноводстве, а также в спорте используют
синтетические анаболики с пониженной андрогенной активностью (см.
рис. 11.92).
Витамин D — это два стероида, обозначаемые как витамины
Di и D3 (рис. 11.93). Витамин Dx — это артефакт. За него был
ошибочно принят эргостерин дрожжей, который при облучении
эргостерин
эргокальцисрерол
(витамин D2)
Рис. 11.93. Витамин D
ультрафиолетовым светом превращался в витамин £>2 (эргокаль-
циферол). Витамин £)3 (холекальциферол) поступает в организм
человека с пищей или синтезируется в нем также под действием
ультрафиолетового света из 7-дегидрохолестерина,
накапливающегося в коже. Далее витамины D2 и D3 путем гидроксилирования
сначала в печени (по атому С25), затем в почках (по атомам Си
С24) превращаются в активную форму (см. рис. 11.93), которая и
принимает непосредственное участие в регуляции минерализации
костной ткани.
194

соланидин кожуры картофеля
,0
НО ОН конбаллятоксин из ландыша
О
О''
буфотоксин кожи жаб
Рис. 11.94. Примеры стероидов-токсинов

Стероиды-токсины (рис. 11.94) находят применение в
фармакологии как антиаттрактивные вещества. В частности, природные
гликозидные производные некоторых из них (сердечные глико-
зиды) используются как лечебное средство, стимулирующее
работу сердца.
0=Р-0
II
О
дитерпенодый
предшестбенник
экдизон - гормон насекомых
Рис. 11.95. Стероидные гормоны растений и насекомых
Сапонины — вещества, молекулы которых состоят из сахара и
агликона растительного происхождения стероидной структуры.
Стероиды-гормоны растений и насекомых. К первым относятся
гиббереллины (рис. 11.95), которые регулируют форму растения.
Их известно около 40. Они синтезируются из дитерпена через
множество стадий. Ко вторым относятся экдизоны, регулирующие
линьку насекомых. Некоторые растения их также синтезируют,
очевидно, с целью защиты от насекомых.
гидбврвлпин
196

Стероиды-антибиотики встречаются редко. Это, например, фу-
зидиевая кислота (рис. 11.96), которая избирательно угнетает
рост грамположительных стафилококков.
Рис. 11.96. Стероидный антибиотик — фузидиевая кислота
§ 3.
Биологически активные соединения,
родственные липидам, —
производные арахидоновой кислоты
Названные ниже соединения синтезируются в клетках
организма из арахидоновой кислоты, предшественником которой в свою
очередь является линолевая. В организме животных линолевая
кислота не синтезируется и должна поступать с пищей.
Простагландины (рис. 11.97) — это С20-карбоновые кислоты
с циклопентановым кольцом (С8—С12) в цепи. Буквенный индекс
простагландина — А, В, Е, F, С, Н — определяется природой
заместителей в цепи (у атомов С9 и С11), а сопровождающая этот
индекс цифра означает число двойных связей в цепи (одна у
атома С13, две — у С5 и С13, три — у С5, С13 и С17). Все
простагландины имеют гидроксильную группу у атома С15. Простагландины
являются регуляторами (модуляторами) действия гормонов,
причем их физиологические концентрации ничтожны (порядка
10~10 моль/л). Они не вырабатываются в каких-либо эндокринных
железах, а синтезируются клетками самых разных тканей.
Физиологическое действие одного и того же простагландина в разных
тканях может быть различным. Простагландины вызывают
сокращение или расслабление гладкой мускулатуры, оказыва-
197

У ,z
DH
простагпандин Е, (PGE^
0
Oh
r
"v'
HO^c
тромбоксан В2 (TXB2)
Рис. 11.97. Простагландины
простацимин (PGI2)
лейкотриен Ац (LTA ч)
+NH3v О СН2 О О
J\ II i L и и -
CH-CH2-CH2-C-NH-CH-C-NH-CHz-C-0
"оос7
(глутотион)
лейкотриен С4(L Т С 4)
Рис. 11.98. Лейкотриены

ют влияние на давление крови, деятельность сердечной мышцы,
эндокринной системы. Они ответственны за воспалительные и
аллергические реакции организма, влияют на транспорт ионов
через некоторые мембраны, контролируют передачу нервного
импульса через синапс.
Тромбоксаны и простациклины — особая разновидность прос-
тагландинов. Они влияют на свертываемость крови.
Лейкотриены (рис. 11.98) — это С20-карбоновые кислоты,
синтезируемые в лейкоцитах и имеющие общую черту строения —
три сопряженные двойные связи (у атомов С7, С9 и С11).
Физиологическое действие их выражается в сильном сокращении
гладких мышц в некоторых органах, что ведет к сужению их полости,
например сужение кровеносных сосудов в определенных ситуациях
или бронхиол во время приступов астмы. Активной формой лей-
котриенов являются их соединения (через S) с глутатионом или
цистеином.
Глава 14
СОЕДИНЕНИЯ ЛИПИДОВ
С ВЕЩЕСТВАМИ ДРУГИХ КЛАССОВ
И АССОЦИАТЫ ЛИПИДОВ МЕЖДУ СОБОЙ
§ 4.
Молекулярные образования липидов
с сахарами и белками
Гликофосфолипиды (рис. 11.99) — это липиды, молекулы
которых состоят из компонентов А, В, С, Е, причем компонентов В
выступает глицерин, а в качестве компонента Е встречаются
простые углеводы (глицерин, инозит) и сахара. В последнем случае
гликофосфолипиды называют фосфатидилсахарами. Глицерин как
компонент Е в свою очередь может присоединять аминокислоту,
образуя липо аминокислот у, или служить мостиком между двумя
остатками фосфатидных кислот, образуя известный кардиолинин
(рис. 11.108).
Гликолипиды, в отличие от гликофосфолипидов, не содержат
компонент С, т. е. ортофосфата, а компонентом В у них могут
быть или глицерин (гликозилдиацилглицерины) или сфинго- и
дигидросфингозин (гликосфинголипиды).
Гликозилдиацилглицерины (рис. 11.101) — соединения
компонентов А, В, Е, причем компонент В — это глицерин. Они
выделены из растительных тканей и бактерий. В качестве компонента
Е обычно содержат молекулу моносахарида или дисахарнда,
который частично может быть этерифицирован сульфатом.
Гликосфинголипиды (рис. 11.102) — соединения состава ABE,
в которых компонент В — это сфингозин (или дигидросфингозин).
Они представляют собой соединения Сахаров с церамидами:
199

он он
снгон
сн7-сн-сн,
\г \ г
о .о
0=^0=
фосфотидилинозитол
ОН ОН
I I
сн,-сн-сн.
о
I
0=Р-0
I
о
CHj-CH-CH,
фоаротидилглюкоза
(росфатидилглицерин
Рис. 11.99. Гликофосфолипиды

цереброзиды — это соединения церамида с моносахаридом,
обычно с p-D-галактозой или p-D-глюкозой, у которых гидрок-
сильная группа атома С3 может быть этерифицирована
сульфатом;
СН3 О
ОН
I
сн? сн сн?
I
о
I _
0=Р-0
I
о
сн,-сн-сн7
/ /
о. о;
липоапинокислота
(L - аланилфоаратидилглицерин)
кардиалипин
(дифоаратидилглицерин)
Рис. 11.100.
Важные производные фосфатидилглицерина
церамидолигосахариды — это соединения церамида с олигоса-
харидом;
ганглиозиды — это церамидолигосахариды, содержащие в
углеводном хвосте остаток N-ацетил-нейрамшювон кислоты.
Ганглиозиды являются важными компонентами внешней стороны
клеточных мембран. Именно они в значительной степени обеспечивают
специфичность поверхности клеток и восприятие последними снг-
201

налов из окружающей среды, выступая, таким образом, в роли
клеточных антигенов.
Липополисахариды — это весьма сложные полимеры
(рис. 11.103). В основе их лежит повторяющееся звено из двух
N-ацетилглюкозаминов, соединенных гликозидной связью
J3 (1->6), и пирофосфатной группой у аиомерного атома углерода.
Две N-ацильные группы — это остатки 3-/)-оксимиристиновой
СН20Н
СН20503
ОН I
сн2-сн-сн2
\ \
,0 \о
он
сн2-сн-сн,
V \
хинобозилдиацилглицерин
дигалоктозилдиацилглицерин
Рис. 11.101. Гликозилдиацилглицерины
кислоты. Из оставшихся четырех гидроксильных групп дисахарида
три этерифицированы пальмитиновой, лауриновой и З-О-оксимири-
стиновой кислотами (последняя в свою очередь этерифицирована
по гидроксильной группе миристиновой кислотой). Каждое
повторяющееся звено имеет шесть жирнокислотных гидрофобных
хвостов, направленных вниз. Эта часть липополисахарида
обозначается как липид А. Четвертая гидроксильная группа дисахарида
связана с разветвленным гидрофильным олигосахарндом, который
принято называть олигосахаридпым ядром липополисахарида.
Далее от олигосахаридного ядра отходит полисахаридная цепь,
202

Чкт
СН20Н
сн,он
но 1
оч
ОН ГО |
он
сн,он
он
0.
он
он
о
сн-сн-сн,
/
NH
=0
CHzOH
НО J___Q П
СН20Н
но J—0i
сн,он
он н2сон
CH,CNH
сн,он
он
о
он
сн - сн-сн2
NH
галактозил-
цврвЬрозид
лактазилцврвдразид
(цитолипин Н)
ганглиозид Gfl,
'I
Рис. 11.102. Гликосфииголипиды

X
О)
E
x:
о
ш
о
X
<Ъ
u ^
Q
(\j
3
c;
Q
X
С
s
- I
Man-X
I
Rha
Gal
Glc
/ I
GlcNAc Gal
I
Же
Gal/ |
X [паратоза)
Hep
' 0 J*
rfo
/
CH3
HO J——о
о
Гон
X (обе/своза) ОН
СН70Н
J,
\/
KD>0
О
но ^- он
а-В-гептулеза (Нер)
CHz0H
'ОН СОО'
НО/—-о
'он N
2 - кето -3 - деъокси-
онтонат (KDO)
Рис. 11.103. Липополисахарид из клеточной оболочки грамотрицательной
бактерии Salmonella typhimurium (серотипы А и В)

которая строится из повторяющегося несколько десятков раз тет-
расахарида. Именно эти О-боковые цепи обладают антигенными
свойствами, в связи с чем они получили название О-антигенов.
Протеолипиды — это глобулярные белки, имеющие три
характерные особенности:
1) значительное количество гидрофобных аминокислот в
полипептидной цепи;
2) значительное количество жирных кислот, присоединенных
к полипептидной цепи за счет сложноэфирных связей;
3) способность функционировать лишь в липидном окружении.
Протеолипиды — это одна из разновидностей мембранных
белков (ферментов, в частности), широко представленных в природе.
•Они не растворимы в воде, но могут быть солюбилизированы
в органических растворителях.
§ 5.
Особые свойства липидов —
способность к образованию ассоциатов
Липиды не являются полимерами, как белки, нуклеиновые
ашслоты или полисахариды, но обладают способностью
образовывать в природных условиях крупные ассоциаты, подобные мак-
ромолекулярным веществам, что обеспечивается особенностями
их молекулярной структуры. Слабополярные липиды, так же как
нейтральные жиры, воски, выполняющие функцию
энергетических запасов, образуют ассоциаты в виде капелек масла. Амфи-
■фильность (свойство молекул, одна часть которых гидрофильна,
а другая — гидрофобна) структурных липидов обусловливает
образование ими ассоциатов, форма и размеры которых
определяются природой липида, его концентрацией, а также составом и
полярностью среды.
Виды ассоциатов, которые образуют амфифильные вещества
(или иначе вещества с амфипатическими свойствам и),
могут быть следующими (рис. 11.104):
1) мицелла в виде сферы или эллипсоида;
2) монослой на границе двух несмешивающихся растворителей
разной полярности (с разной диэлектрической
проницаемостью) ;
3) бислой, который существует также в виде многослойных
ламеллярных образований, липосом, везикул;
4) структура с гексагональной упаковкой.
Само образование ассоциатов начинается тогда, когда
концентрация амфифильного вещества в растворителе достигает
определенной величины, называемой критической
концентрацией м и ц е л л о о бр азов ан ия (ККМ).
Природные липиды с амфипатическими свойствами, такие, как
фосфолипиды или гликолипиды, предпочитают образовывать ас-
-социаты со структурой бислоя. Образование мицелл возможно, но
при очень низких концентрациях липида (ККМ—Ю-10 моль/л).
205

причем концентрация мицелл крайне мала, а сами мицеллы
весьма велики (агрегационное число достигает значений 2000—3000
молекул липида).
— оргоническш растворитель — — В а 9 а —
6 а 9 Q
- Е - ^Ж^
Рис. 11.104. Виды ассоциатов из молекул амфифильных веществ:
А, Б, В — мицеллы; Г — монослой; Д — бислой; Е — везикула (липосома —
многослойная везикула); Ж — гексагональная упаковка
Вещества с амфипатическими свойствами, такие, как
получаемые искусственно и используемые часто в лаборатории
детергенты (рис. 11.105), предпочтительно образуют ассоциаты со
структурой мицелл, причем ККМ таких детергентов лежит в пределах -
,10-3—10~5 моль/л, а число агрегированных молекул колеблется
от нескольких десятков до полутора сотен или чуть бол
bluest

Склонность фосфолиппдов и гликолипидов к образованию бислоев
обусловлена особенностью гидрофобной части их молекул, а
именно наличием двух жириокислотиых хвостов, что не позволяет
таким молекулам агрегировать в структуры с малым радиусом
кривизны.
б сн3 сн3
сн3 сн3
сн3-с:н-сн2-(:н-^0)-0-(снг-сн2-о)пн
сн3 сн3
в
Рис. 11.105. Типичные лабораторные детергенты:
А — анионный додецилсульфат натрия; Б — катионный бромид цетилтриметил-
аммония; В — нейтральный детергент из группы тритона-Х
Особое положение занимают природные детергенты
стероидной структуры (желчные кислоты, холестерол), что, конечно,
связано с их строением. Они образуют ассоциаты (ККМ=»
~10-3 моль/л) из нескольких молекул и вообще не способны к
образованию бислоев. Но эти детергенты легко встраиваются в
мицеллы или бислои, построенные другими амфифильными
веществами.
§ 6.
Липопротеины и хиломикроны —
ассоциаты липидов и белков
Липопротеины и их разновидность хиломикроны — это
ассоциаты различных липидов с белками, которые в норме
присутствуют в плазме крови. Они представляют собой мицеллярные
сферические образования, поверхность которых состоит из полярных
голов молекул фосфолипидов и тех частей белковых молекул,
которые состоят преимущественно из полярных и «заряженных»
аминокислот. Под гидрофильной поверхностью располагаются
207

гидрофобные части фосфолипидов, белков, а также нейтральные
жиры, холестерол и его эфиры с жирными кислотами.
Липопротеины принято подразделять по плотности на хиломик-
роны и липопротеины, которые бывают очень низкой
плотности (ЛПОНП, или пре-липопротеины), низкой плотности,
(ЛПНП, или (3-липопротеины) и высокой плотности (ЛПВП,
или а-липопротеины). С ростом плотности уменьшается размер
частиц. Плотность линопротеинов увеличивается за счет роста
белковой доли. Так, в хиломикронах белки составляют менее 2%
и вместе с небольшим количеством фосфолипидов (<1%)
образуют оболочку хиломикрона, под которой находятся
триацилглицеролы (более 95%) и незначительное количество холестерола
(<2%). В а-липопротеинах доля белка достигает 50%,
фосфолипидов — 30, а доля триацилглицеролов падает до 3%. Самая,
высокая доля холестерола отмечена в [3-липопротеинах (около»
50%). в пре-липопротеинах и а-липопротеинах она ниже в 2,5—
3 раза. Хиломикроны образуются клетками слизистой кишечника
и обеспечивают доставку триацилглицеролов в печень и жировую*
ткань. Липопротеины образуются клетками печени. ЛПОНП
доставляют синтезированные печенью триацилглицеролы в жировую*
ткань. ЛПНП доставляют холестерол в различные ткани, а ЛПВП
переносят его обратно в печень.
§ 7.
Биомембраны —
сложные надмолекулярные
образования на основе пипидов
Биомембраны — это общее название пленочных образований!
толщиной 6—10 нм, сходного состава и строения, функции
которых сводятся к двум основным:
1) отграничивать клетку от окружающей ее среды или
разделять клетку на отдельные пространства, называемые ком-
партментами, образуя, таким образом, различные клеточные
органеллы;
2) обеспечивать взаимодействие и материальный обмен между
клеткой и внешней средой, а также между органеллами и.
внутриклеточной средой.
Биомембраны представляют собой (рис. 11.106) липидный би-
слой, в который встроены молекулы белков, гликопротеинов, гли-
колипидов. Все компоненты удерживаются вместе за счет некоза-
лентных (в основном гидрофобных) взаимодействий
кооперативного характера. Соотношение липидов и белков в биомембранах
зависит от происхождения последних и колеблется в пределах от
5:1 до 1:4. Молекулы белков могут находиться на поверхности
бислоя с той или другой стороны (поверхностные белки), быть
частично погруженными в гидрофобную часть бислоя или
пронизывать ее (интегральные белки). Гликопротеины и гликолипнды
присутствуют в мембранах в количествах от долей процента до
208

нескольких процентов. Они располагаются всегда на внешней
стороне бислоя так, что их углеводные части выступают из него.
Лнпидпая часть мембран состоит в основном из фосфолипидов
(до 90%), причем внешняя и внутренняя части бислоя отличаются
по составу. Так, достаточно хорошо изученные мембраны
эритроцитов во внешней стороне содержат преимущественно фосфати-
дилхолин и сфингомиелин, а во внутренней — фосфатидилэтанол-
амин и фосфатидилсерин. В бислое могут присутствовать также
в небольших количествах нейтральные жиры в виде три-, ди- и
моноацилглицеринов, а также холестерол и его эфиры, причем
присутствие последнего отмечено в основном в плазматических,
мембранах клеток животных.
Рис. 11.106. Схема плазматической мембраны животной клетки:
А — фосфолипиды; Б — периферические белки; В — интегральные белки; 1 —
полярная часть белковой глобулы; 2 — углеводные части белковой глобулы; 3 —
гликолипид; 4 — ганглиозид; 5 — холестерол; 6 — актин
Биомембраны живых клеток имеют жидкокристаллическую
структуру. Липиды и некоторые белки легко перемещаются
в плоскости биомембраны. Вязкость бислоя сравнима с
вязкостью оливкового масла. Перемещение других белков в
плоскости биомембраны затруднено. Это может быть связано либо с
образованием окружающими молекулу такого белка липидами более
организованной структуры типа кластера, либо с тем, что
молекула белка «заякорена» в прилегающем к биомембране слое ци-
тоскелета, образующем упругую подложку и играющем роль
каркаса мембраны.
Факторы, влияющие на жидкокристаллическое
состояние биомембрап и их функционирование:
1) температура; 2) ионная сила; 3) соотношение длинноцепочеч-
ных и короткоцепочечных углеводородных цепей в составе липн-
209

дов; 4) соотношение насыщенных и ненасыщенных (с цис-конфя-
гурацией) углеводородных цепей в составе липидов; 5) наличие
.холестерола в биомембране.
§ 8.
Особенности строения
наружной мембраны клеточной оболочки
грамотрицательных бактерий
Основное отличие клеточной оболочки грамотрицательных
бактерий от клеточной оболочки грамположительных бактерий —
наличие в ней второй (наружной) мембраны, покрывающей жесткую
клеточную стенку из пептидогликана. Наружная мембрана
отличается от плазматической составом липидов и белков, но главная
ее особенность — наличие липополисахарида на ее внешней
стороне, в то время как внутренняя сторона бислоя состоит, как
обычно, из фосфолипидов и встроенных в нее белков, в частности
белков оболочки, через которые наружная мембрана и
связывается с муреином клеточной стенки.

Раздел Г
НУКЛЕОТИДЫ
И НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Глава 15
НУКЛЕОТИДЫ
Нуклеотиды. — вещества, компонентами которых являются:
азотистое гетероциклическое основание, углевод (обычно пентоза) и
один, два или три остатка фосфорной кислоты. Нуклеозид
получается из нуклеотида путем отщепления остатков фосфорной
кислоты. Все природные нуклеотиды можно условно разделить на
две большие группы:
1) мононуклеотиды — мономерные звенья нуклеиновых кислот;
2) прочие нуклеотиды, играющие не менее важную роль в
метаболизме живого.
§ 1.
Мононуклеотиды —
компоненты нуклеиновых кислот
Встречающиеся в нуклеиновых кислотах нуклеотиды содержат
различные производные двух гетероциклических азотистых
оснований: пиримидина (а точнее, 2-оксипиримидина) и пурина
(рис. II. 107).
Главные пиримидиновые основания (обозначаются первой
буквой, латинской или русской): цитозин (Ц, или С), урацил, тимин.
Главные пуриновые основания: аденин и гуанин.
На примере 2-оксипиримидина показано (рис. П. 107) важное
свойство таких оснований — существование двух таутомерных
форм лактима и лактама. Последняя форма характерна для рН 7.
Лактим-лактамное равновесие существует и у других производных
пиримидина и пурина.
Кроме пяти главных азотистых оснований в нуклеиновых
кислотах встречаются:
минорные пиримидиновые основания (рис. П. 108) —это или
замещенные в положении С5, такие, как 5-метилцитозин (т5С),
5-гидроксиметилцитозин, 5-гидроксиметилурацил, или
«необычные» основания, такие, как дигидроурацил (D или hU) и 4-тио-
урацил (4s, s4l? или 4S);
минорные пуриновые основания (рис. П. 109) —это различные
пуриновые основания, метилированные в положении N1 или С2,
например 1-мешлгуанин (тхС) и 2-метиладенин (tn2A), а также
метилированные или диметилированные по аминогруппе,
находящейся в положении 6 или 2, такие, как 6-метил-(или 6,6-диметил)-
аминопурин (т6А или т26А) и 2-метил-(или 2,2-диметил)-амино-
6-оксипурин (m2G или m22G). В так называемых транспортных ри-
211

н^>
X'
НО
%■
N^
<N
2 6
NH
Г 5
I 2
-N
Л
пиримидин, 2 - онсипиримидин
(в срормв лактима и пактами),
пурин.
NH,
N*^>
°^^
HN
^«\
, 2 6
U NH
HN
О
II
'V4
ч/
сн,
з
NH
цитозин (ц или С)
(2 - оксо -U- амин о -
пиримидин),
уроцил ( У или и)
[2,Ц - диоксопири-
мидин),
тимин (Т)
(5 - метил -2,U- диок-
сапиримидин).
NH,
N^">
N
~NH
HN
"e>s-
H7N' X*
./-
.N
./
NH
аденин (А)
[6 - аминапурин),
гуанин (г или Б)
(2 - амина -6- оксопурин).
Рис. 11.107. Главные пиримидиновые и пуриновые основания

бонуклеиновых кислотах (тРНК) обнаружены нуклеотиды с ги-
поксантином (б-оксипурином), а также с другими производными
б-аминопурина с более сложномодифицированной аминогруппой.
Все рибонуклеиновые кислоты (РНК) в качестве сахара
содержат fi-D-рибозу, а дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)—2-
дезокси-$-й-рибозу.
/СН20Н н^\/СН20Н
о^\'
5-мвтилцитозин
(т5С),
5 - гидрокси - 5- гидроксиметил -
мвтилцитозин, уроцил.
HN
О
II
1 у
дигидроурацил
(Пили hU),
Ц-тиоурацил
(itsU, s^U или 45U)
Рис. 11.108. Минорные пиримидиновые основания
Соединение трех компонентов между собой в мононуклеотиде
обеспечивается за счет связи между №-атомом пиримидинового
основания или №-атомом пуринового основания с С -атомом пенто-
зы5 и за счет образования сложноэфирной связи между
Сг-атомом пентозы и фосфорной кислотой, как это показано на рис. 11.110
для мононуклеотида, образованного цитознном, дезоксирибо-
зой и фосфорной кислотой и называемого 5'-дезоксицитидиловой
кислотой. Ее анион — дезоксицитидин-б'-фосфат, или сокращенно
дЦМФ (dCMP).
Азотистое основание и пентоза относительно друг друга в нук-
леозиде или нуклеотиде могут располагаться по-разному. В общем
•случае принято считать, что если атомы 2 и 3 пиримидинового
* Атомы пентозы, в отличие от атомов азотистого основания, помечают
штрихом.
213

NH2
/
H,C
4=7
N
J*
У
NH
1-метилгуанин
(m'G),
2 - метиладвнин
(m2A)
H3C н(илиСН3)
V
.N
Nf^>r7\
6-метил (или 6,6 диметил)
аминопурин (т 6А или т%А),
Н3Сч ^
I N
H(unuZH3)
2-метил (или 2,2 диметил J
амино -6-оксопурин (тZG или т\Б).
гипоксантин (6-оксопурин)
Рис. 11.109. Минорные пуриновые основания

кольца или атомы I и 2 пуринового кольца находятся по одну сто-
рону относительно гликозидной связи С '—N, а пентозное коль-
цо — по другую, то мы имеем дело с анти-конформером; если
указанные атомы оснований и пентозное кольцо находятся по одну
сторону от гликозидной связи, т. е. основание располагается над
сахаром, то тогда это син-конформер нуклеозида или нуклеотида
{рис. 11.111).
но\/
Р
НО
(ОН
н,о-
но н
5'- дезоксицитидилайая кислота
Рис. 11.110. Образование мононуклеотида
Главные мононуклеотиды, входящие в РНК, перечислены в
табл. II.4, а входящие в ДНК — в табл. П.5.
Обратим внимание на то, что в ДНК обычно нет дУМФ.
Вместо этого присутствует дТМФ, часто неправильно называемый
просто тимидинфосфатом. дУМФ встречается лишь в некоторых
ДНК бактериофагов, а тимидинмонофосфат, содержащий рибозу,
обнаружен в некоторых тРНК- Его называют рибозилтимидинфос-
фатом, или риботимидинфосфатом, чтобы отличать от тимидин-
фосфата ДНК-
Не следует забывать, что перечисленные ранее минорные пири-
мидиновые и пуриновые основания также образуют
мононуклеотиды, которые встречаются в некоторых РНК или ДНК- Отметим
только, что нуклеозид, содержащий гипоксантин и рибозу, — это
215

5'
н2ро4сн2 0
но он
син-ЦМФ
анти-ЦМФ
5'
Н2Р0аСН2 0
син - АМФ
анти - АМФ
Рис. 11.111. СИН- и АНТИ-конформеры мононуклеотидов
Таблица II.4 Таблица II.5
Главные мононуклеотиды РНК Главные мононуклеотиды ДНК
Мононуклеотид
Сокращенное
название
Основание Мононуклеотид
Цитидин-5'-фосфат
У ридин-5' -фосфат
Аденозин-5' -фосфат
Гуанозин-5'-фосфат
ЦМФ (СМР)
УМФ(ШР)
АМФ (AMP)
ГМФ (GMP)
Цитозин
Урацил
Аденин
Гуанин
Сокращенное
игзвание
Основание
Дезоксицити-
дин-5' -фосфат
Дезокситими-
дин-5'-фосфат
Дезоксиадено-
зин-5'-фосфат
Дезоксигуано-
зин-5'-фосфат
дЦМФ (dCMP)
дТМФ (dTMP)
дАМФ (dAMP)
дГМФ (dGMP)
Цитозин
Тимин
Аденин
Гуанин
216

инозин (I), а соответствующий мононуклеотид называется инози-
новой кислотой, или инозинфосфатом (рис. 11.112). Он не имеет
никакого отношения к похожему по названию инозиту или инозит-
фосфату (см. с. 40, 42).
инозин - 5- фосфат
псевдоуридин -5'- фосфат
Рис. 11.112. Редкие мононуклеотиды нуклеиновых кислот
Еще следует отметить необычность связи между азотистым
основанием— урацилом и рибозой в псевдоуридин-5'-фосфате
(псевдоуридин сокращенно обозначают i|)) (рис. 11.112).
§ 2.
Другие важные нуклеотиды
Кроме мононуклеотидов — компонентов нуклеиновых кислот —
в клетке встречаются в свободном виде или как компоненты
других важных соединений различные моно- и динуклеотиды.
3'- и 2'-Мононуклеотиды
Нуклеотиды нуклеиновых кислот, встречающиеся в клетке в
свободной форме как промежуточные продукты распада и
синтеза нуклеиновых кислот, — это обычно 5'-фосфаты нуклеозидов.
Однако путем гидролиза нуклеиновых кислот можно получить 3'-
фосфаты, а в случае гидролиза РНК — еще и 2'-фосфаты нуклео-
изидов. Общепринято не называть номер атома пентозы, если речь
идет о 5'-фосфате нуклеозида; в случае же 2'- и З'-мононуклеоти-
дов упоминание номера атома пентозы обязательно.
Циклическая адениловая кислота (цАМФ)
цАМФ, т. е. аденозин-З'-б'-фосфорная кислота (рис. 11.113),
является важным посредником регуляторного действия гормонов во
многих процессах.
217

5'-Дй- и б'-трифосфаты нуклеозидов
Кроме б'-монофосфатов нуклеозидов в клетке присутствуют 5'-
ди и о'-трифосфаты нуклеозидов (рис. 11.114). Фосфатные группы
их обозначаются а, |3 и у, начиная от сложноэфирной связи. Они
могут последовательно отщепляться в местах, показанных на
рисунке волнистой чертой.
Циклическая аденилодая кислота .= .
/ АМф j Аденозинтрифаарот (А ТФ)
Рис. 11.113. Посредник регуляторного Рис. 11.114. Основной переносчик хи-
действия многих гормонов — цАМФ мической энергии в клетке — АТФ
При нейтральных рН 5'-трифосфаты и 5'-дифосфаты
нуклеозидов, например АТФ и АДФ, представляют собой анионы с
зарядом, равным соответственно 4 и 3, так как только для а-фосфат-
ной группы рКа равно 6,5—7,2; рКа остальных фосфатных групп
лежат в кислой области (рН около 2).
Пирофосфатные группы АТФ и АДФ обладают большим
сродством к двухзарядным катионам металлов (Mg++, Mn++). Именно
в виде комплексов с Mg++ (иногда с Мп++) АТФ и АДФ
принимают участие во многих обменных процессах. Здесь уместно
отметить, что токсичность солей бериллия связана с тем, что катионы
Ве++ также хорошо связываются с АТФ и АДФ, но такие
комплексы являются метаболическими ядами.
Особая роль АТФ в любой живой материи определяется
ее главной функцией — служить основным
переносчиком химической энергии в клетке. В результате к а -
та бол из м а, т. е. ферментативного разрушения белков,
углеводов, жиров, поступивших с пищей, энергия их химических связей
накапливается во всех живых организмах путем фосфорилнрова-
ния АМФ и АДФ до АТФ. Затем за счет обратной реакции (гид-
0 —
г
0
1
р-
II
0
0
1
_0— Р-
II
0
а п
а
1
-а—р—о
II
0
218

ролиза АТФ) запасенная энергия используется живыми
организмами для:
1) биосинтеза необходимых организму сложных молекул
из более простых, т. е. в процессах анаболизма;
2) совершения работы в виде движения или мышечного
сокращения;
3) активного переноса веществ против градиента
концентрации;
4) поддержания температуры тел а у теплокровных
организмов.
Таким образом, уникальность аденилатнои системы (рис. 11.115)
состоит в том, что она является связующим звеном между
процессами катаболизма и анаболизма.
НгР0^
Н2Р207г"
7-8 ккал
%>. N4 7- В ккал
АДФ
з _ \ дыделение ■ энергии ■ затрата J
7-8 ккал
Н2Р04
Н,0
н,а
АТФ
энергетический заряд=
[АТФ] + 0,5[АДФ]
[АТФ]+[АДФ] + [АМФ]
Рис. 11.115. Аденилатная система
Катаболизм направлен на увеличение доли АТФ, анаболизм,
напротив, ее уменьшает. Соотношение компонентов аденилатнои
системы в клетках принято определять «энергетическим
заря д о м»:
энергетический заряд =•
[АТФ] + 0,5 [АДФ]
[АТФ] + [АДФ1 + [АМФ]
Из этой формулы видно, что аденилатная система полностью
«заряжена», и ее заряд равен 1, если все АМФ и АДФ превращены
в АТФ. Наоборот, если присутствует только АМФ, заряд системы
равен нулю. АДФ является «полузаряженной» формой. Обычно
энергетический заряд в клетках имеет величины 0,75—0,90.
219

Изменения стандартной свободной энергии Гиббса ДС(37°о
(штрих означает, что AGQ относится к рН 7, как принято в
биохимии) для превращений компонентов аденилатнои системы при
37°С, |х = 0,2 М и при избытке Mg++ лежат в области 7—8 ккал.
Эти данные получены для стандартных условий (концен-
он он
I I
о — р-о-р-о-сн,
II II
н он о о
но он
уриЗиндифоаратглюкоза
СН,
ОН
ОН
ch3-n-ch2-ch?-o-p-o-p-o-ch2
СН,
о
но он
цитидиндисросфотхолин
Рис. 11.116. Мононуклеотиды — переносчики молекул
трации исходных соединений и продуктов равны по 1 М) с
поправками на температуру и рН, существующими в клетке. Если
же учесть реальные концентрации компонентов в клетке, то AG,
например для реакции гидролиза АТФ, будет более
отрицательной величиной (—12,5 ккал). Для определения возможности
самопроизвольного протекания реакции (при наличии
соответствующего

го катализатора-фермента) в биохимии принято иметь дело с
Аб(25°о"или ДО°(37°С). Так как в реакциях гидролиза соединений
происходит перенос определенной группы на воду, то в таких
случаях Д<3°' называют потенциалом переноса данной
группы.
Помимо АТФ в качестве переносчиков
химической энергии в процессах биосинтеза принимают участие и
другие нуклеотиды:
АТФ, ГТФ — в биосинтезе белков,
АТФ, УТФ — в биосинтезе полисахаридов;
АТФ, ЦТФ — в биосинтезе липидов;
АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ —в биосинтезе РНК;
дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТФ —в биосинтезе ДНК.
Все нуклеозид-б'-трифосфаты легко обмениваются через нук-
леозид-б'-дифосфаты своей у-фосфорной группой с помощью
фермента нуклеоэиддифосфокиназы:
АТФ + УДФ^АДФ + УТФ;
АТФ + ГДФ^АДФ + ГТФ;
АТФ + ЦДФ^АДФ + ЦТФ;
ГТФ + УДФ^ГДФ + УТФ;
АТФ + дЦДФ^АДФ + дЦТФ и т. д.
Отметим, что при биосинтезе нуклеиновых кислот у нуклеозид-5'-
трифосфатов двойная функция: они несут в себе не только энер-
N
NH2
I
X
он он
N'
о он сн3
c-ch-c-ch2-o-p-o-p-o-chz п
очЧ II2 II II
c-chz-ch2-nh сн3 о о
HS-CH2-CH2— NH
р-аланин -D-пантоебая к-та
\
У
р-аминозтантиоп пантотенодая к-та
Кофермент А
Рис. II.117. Переносчик ацильных групп — кофермент А
221

гию, необходимую для протекания биосинтеза, но и сам
строительный материал — мононуклеотиды.
Некоторые нуклеозид-5'-фосфаты выполняют роль
переносчиков молекул. Так, например, глюкоза при синтезе
гликогена переносится с помощью уридиндифосфата, а холин при синтезе
лецитинов переносится с помощью цитидиндифосфата (рис. 11.116).
Сложный нуклеозид-5'-дифосфат, называемый коротко кофер-
ментом А (рис. 11.117), состоящий из последовательно
соединенных З'-фосфат-б'-пирофосфатаденозина, витамина пантотеновой
кислоты и ^-аминоэтантиола, является в процессах метаболизма
переносчиком ацильных групп, которые связываются сложноэфир-
ной связью с его концевой SH-группой.
НАД+ и НАДФ+
Связующим звеном между процессами катаболизма и
анаболизма помимо перечисленных выше нуклеотидов являются два ди-
1^"><0
%?
N
NH,
ОН ОН N
I I
п сн,-о-р—о—р—о—сн, о
н\| |/н
но он
НАД* и НАДФ +
НС
I
НС-
' СН п
h^CH
ч
NH,
НС
-с
сн,
НС\ /СН
.0
NH,
ч
НАД и НАД-Н
Рис. II.118. Посредники окислительно-восстановительных реакций НАД и НАДФ
222

нуклеотида: никотина мидадениндинуклеотид (НАД+) и никотин-
амидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ+) (рис. 11.118). Их
связующая роль определяется способностью существовать в двух
формах: окисленной (ИАД+ и НАДФ+) и восстановленной (НАД-
Н и НАДФ-Н):
НАД+/НАД-Н
F' = —0,320 V;
НАДФ+/НАДФ-Н £"' = —0,324 V
(штрих здесь означает, что Е° найден при рН 7). Водород
переносится скорее всего в форме гидрид-иона (см. рис. 11.118).
Составная часть НАД+ и НАДФ+ — никотинамид или его
предшественник никотиновая кислота (ниацин) — известна еще под
названием витамин PP. При окислении «биологического топлива» в
он он он он
III I
сн,-с— с—с—сн,—о — р—он
2 ! I I II
н н н о
ФМН
он он он он он
Ml I I
сн,-с-с-с-сн2— о—р — о—р—о—ova
III II I!
н н н о о
ФАД
но он
Рис. 11.119. Посредники окислительно-восстановительных реакций ФМН и ФАД
22S

HN
A
-CH,
I
CH,
0
HN
•CH3
o^\^\N/\^\CH
I
CH2
+ 2H
P><a = 8,5 If
HN'
D H
ii I
К
5
I
H
-ob
CH,
CH,
H'
HN'
-CH,
o^N^N^\^^
CH,
CH,
Рис. 11.120. Окислительно-восстановительные переходы в ФМН и ФАД

процессах катаболизма происходит «запасание» водорода в
молекулах НАД-Н и НАДФ-Н. От этих последних водород отнимается
в процессах анаболизма и расходуется на гидрирование при
биосинтезе соединений, жизненно необходимых клетке. НАД+ больше
используется в процессах катаболизма, зато НАДФ-Н шире
вовлекается при анаболических реакциях. Обмен водородом между
двумя переносчиками по схеме
НАД-Н + НАДФ+^НАД++ НАДФ-Н
легко происходит с помощью ферментов — трансгидрогеназ.
Два других важных переносчика водорода—это флавинмоно-
нуклеотид (ФМН) и флавинадешшдинуклеотид (ФАД) (рис. II.
119). Составной частью ФМН и ФАД является рибофлавин,
известный как витамин В2. Он представляет собой соединение
сложного азотистого основания изоаллоксазина и пятиуглеродного
сахара рибита. Обратимый окислительно-восстановительный переход
ФМН^ФМН-Н2или ФАД^ФАД-И2
связан с присоединением — отщеплением двух атомов водорода в
положениях N1 и N5 изоаллоксазина, причем возможно
образование полувосстановленной формы — радикала семихинона (рис. II.
120). Образование восстановленных форм ФМН-Н2 и ФАД-Н2
можно также объяснить присоединением — отщеплением гидрид-
иона и протона в положениях N5 и N1 соответственно.
Глава 16
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
§ 1-
Первичная структура
Образование полимерной цепочки
Мононуклеотиды связываются в полимеры—природные или
•синтетические нуклеиновые кислоты (НК)—путем образования
сложноэфирных связей между З'-углеродом пентозы одного моно-
нуклеотида, фосфатом и б'-углеродом пентозы другого мононук-
леотида (рис. 11.121).
При сокращении записи первичной структуры б'-конец цепи
располагают слева, а З'-конец— справа, например
б'-конец pApCpGpUpm2Aptypm5Cpm22Gps4UpC З'-конец. Число
нуклеотидных звеньев в РНК колеблется от нескольких десятков
в самых коротких РНК до 2-Ю5 в самых длинных. РНК содержат
обычно значительно больше нуклеотидов с минорными
основаниями, чем ДНК. Самые короткие ДНК состоят из нескольких тысяч,
а самые крупные — из 108 звеньев. Длина таких цепочек достигает
нескольких сантиметров.
8 Зак. 68
225

Особенности первичной структуры НК
РНК обычно состоят из одной полимерной цепи, а ДНК,
напротив, в большинстве случаев представляют собой структуру из
двух цепей, связанных нековалентно. Эти цепи всегда антипарал-
лельны, т. е. б'-конец одной цепи соседствует с З'-концом другой.
ОН
5'
о —
р-0 —СН2 основание
О
О—Р —О—СН
основание
\/
N
Рис. 11.121. Образование полимера нуклеиновой
кислоты
Известны, однако, РНК двухцепочечные и ДНК одноцепочечные.
Ковалентные цепи природных полинуклеотидов могут быть строго
линейными; разветвляться или замыкаться в кольцо, причем
кольца могут быть сцепленными (продетыми друг в друга). Некоторые
одноцепочечные нуклеиновые кислоты (или полученные
искусственно полинуклеотиды) могут в некоторых местах замыкаться
226

яа себя, образуя, таким образом, двухцепочечные участки в виде
«шпилек с петлями». Искусственно могут быть получены даже
трехцепочечные полинуклеотиды.
Образование водородных связей между
основаниями — основная причина
объединения цепей полинуклеотидов
Правила Чаргаффа для двухцепочечиых ДНК: мольная
.доля аденина равна мольной доле тимина, а мольная доля гуани-
.на равна мольной доле цитозина, т. е. м. д. А = м. д. Т, а м. д. G =
= м. д. С, или, иначе, (1 — м. д. AT) =м. д. GC. Значения м. д. GC
:колеблются от самого маленького (0,005) до самого большого
(0,75). При подсчете м. д. каждого главного основания
учитываются все его производные минорные основания. Правила
Чаргаффа для двухцепочечиых РНК (некоторых вирусных) выполняются
■с учетом того, что вместо Т надо брать U и его производные.
Выполнение правил Чаргаффа для двухцепочечиых структур ДНК и
РНК позволили Уотсону и Крику объяснить структуру НК
схемой, основанной на комплементарном взаимодействии аденина
с тимином (или урацилом) и гуанина с цитозином за счет
образования водородных связей (рис. II. 122). Расстояния между С1
-атомами пентоз разных цепей равны 1,085 нм в обоих случаях,
причем пара AT соединена двумя водородными связями, а пара GC —
тремя.
Обратим внимание на то, что другие атомы в основаниях
также способны на образование водородных связей. В связи с этим
можно представить взаимодействие оснований по другому пути
(рис. 11.123). Это — схема Хугстена, или имидазольная.
При таком взаимодействии расстояние между С1 атомами
пентоз меньше, чем в случае схемы Уотсона—Крика, и равно 0,88 нм.
Этот тип взаимодействия обнаружен при совместной
кристаллизации метилированных производных аденина и тимина, но в
двойной спирали он не реализуется.
§ 2.
Вторичная структура
ДНК
Клеточная ДНК двухцепочечна. Одноцепочечная ДНК
обнаружена в некоторых вирусах.
Особенность ДНК заключена в следующем: ДНК во
всех клетках одного и того же организма, а также в каждом ви-
рионе данного вида вирусов одинакова по составу и структуре и
ле меняется с возрастом или при изменении условий внешней
среды6. Ее нуклеотидный состав и строение являются характеристи-
* Пока мы исключаем случаи мутаций.
8* 227

н
н
\—н-
..о
н
\\ II5
V
/'
•Н—N3
Н
У
-с
5\
N ZM 7
/ \j 2'
Л. NtffCp _1,085_нм
N
/
в\ "~\г ,7
с-н
V
н
N.
\ 9
//
__N:
''О H-N Н
// V—С
< г 5Vh
г/ Y-—N
\-н о С''
/
Н
/ С
Рис. 11.122. Образование водородных связей
между комплементарными азотистыми основаниями
По Уотсону—Крику (прямая схема)
Н
н
Н\ ^N*. /N^H H. /
I Л /Хн
\з а/ \2 ,/
N -с С Nv
А Т
Н
Н/%^КС^° H\N н
N\^\ /СгЛ н
I1 u L1'
P«r, 11.123. Образование водородных связей
между комплементарными азотистыми основаниями
по Хугстену (прямая схема)

кой данного организма. Это связано с тем, что именно в
последовательности нуклеотидных звеньев ДНК заключена вся
информация, передаваемая организмом от поколения к поколению.
Состав ДНК иногда принято характеризовать соотношением
м. л. (А + Т)
м. д. (С + С) '
Молекула двухцепочечной ДНК, согласно Уотсону и Крику»
представляет собой правую двойную с пи р ал ь.
Направление в цепях а н т ип а р а л л е л ьно. Цепи комплементарны по
азотистым основаниям и удерживаются в первую очередь за счет
образования водородных связей. Нуклеотиды находятся в
антиконформацшл. Таким образом, пары гидрофобных азотистых
оснований располагаются одна над другой внутри спирали, а
гидрофильные сахарофосфатные цепи обвивают эту стопку оснований
снаружи. Второй, не менее значительной, чем водородные связи,
силой, стабилизирующей двойную спираль, является стэюинг-взаи-
модействие находящихся в стопке оснований. Природа стэкинга,
видимо, связана и с взаимодействием индуцированных диполей к-
связей, и с гидрофобным взаимодействием. Хотя надо отметить,
что в отличие от гидрофобного взаимодействия в белках, при стэ-
кинге термодинамические параметры изменяются в обратную
сторону, т. е. АН и AS отрицательны, a AG отрицательно лишь
потому, что энтальпийная компонента весомей.
Двойная спираль ДНК существует в разных формах (рис. II.
124): В, Л, С, Z.
В-форма ДНК выделяется из водных растворов. Ее
характеристики:
1) диаметр спирали 2,1 нм;
2) 10 пар оснований на виток, шаг спирали 3,4 нм;
3) пары оснований перпендикулярны продольной оси спирали;
4) продольная ось спирали пронизывает стопку оснований
посередине;
5) между цепями есть две бороздки: большая и маленькая.
А-форма ДНК может быть получена из водных растворов при
добавлении в последние растворителей с меньшей диэлектрической
проницаемостью, например спирта. Для нее характерны:
1) диаметр спирали 2,5 нм;
2) 11 пар оснований на виток, шаг спирали 2,8 нм;
3) пары оснований наклонены под углом 20° к плоскости,
перпендикулярной продольной оси спирали;
4) они обвивают продольную ось так, что вдоль нее внутри
имеется полость с диаметром 0,8 нм;
5) также есть две бороздки, но большая бороздка шире и
глубже.
Известны еще С-форма, Z-форма ДНК и некоторые другие,
менее изученные.
Для С-формы. характерны:
1) 9,3 пары оснований на виток;
229

2) пары оснований наклонены под углом около 6° к плоскости,
перпендикулярной продольной оси спирали;
3) пары оснований немного наклонены относительно друг
друга.
В - срорма
А -форма
Вид сверху
Рис. 11.124. Две формы ДНК
Z-форма существенно отличается от остальных тем, что:
1) две ее цепочки закручены в левую спираль с 12 парами
оснований на виток;
2) сахарофосфатные цепи представляют собой не плавные
линии, как в В- или С-формах ДНК, а имеют ломаный
зигзагообразный (Z) вид.
РНК
Клеточные РНК одноцепочечны. Двухцепочечные РНК
обнаружены в некоторых вирусах.
230

РНК существует в виде нескольких форм, различающихся по
биологической функции, строению и свойствам.
1. рРНК. — рибосомная РНК составляет 80—90% всей
клеточной РНК. Ее цепь свернута сложным образом в очень компактные
структуры, стабилизированные включением многочисленных
белков. Такие комплексы не растворимы в обычных условиях и могут
быть выделены центрифугированием. Хотя рРНК бактерий,
растений и животных несколько различны, они в каждом случае могут
быть разделены на несколько молекулярных видов, отличающихся
константой седиментации S (табл. II.6). рРНК — это один из
главных компонентов системы полипептидного синтеза.
Таблица H.6
Виды рРНК в прокариотах и эукариотах
Условное название
«Легкая» рРНК.
«Средняя» рРНК
«Тяжелая» рРНК
Бактерии
5S
16S
23S
Растения
и животные
5S, 5,8S
16S, 18S
25S, 28S
Число нуклео-
тидов
100—150
1500—2000
3000—4000
Молекулярная
масса
3-Ю4—5-Ю4]
5- Ю5—6-105
1-106—1,5-10е
2. пре-рРНК—молекулы-предшественники рибосомных РНК-
Каждая из трех молекулярных видов рРНК образуется из более
длинной пре-рРНК. Все они в свою очередь являются продуктами
расщепления единого транскрипта (рибонуклеиновой
комплементарной копии одного из участков одной из цепей ДНК).
3. тРНК — транспортная, или растворимая, РНК. Составляет
до 15% всей клеточной РНК- Ее цепь свернута в глобулу. Она
хорошо растворима в обычных условиях. Функция тРНК — перенос
аминокислот к месту синтеза полипептидной цепочки. Каждой
аминокислоте соответствует одна или несколько тРНК. Всего их
известно около 100. Число нуклеотидов в молекуле тРНК
достигает нескольких десятков. Молекулярная масса около 3-Ю4.
4. пре-тРНК—молекулы-предшественники тРНК- Обычно
включают в себя нуклеотидные последовательности более чем
одной тРНК.
5. мРНК—матричная, или информационная, РНК. Существует
в клетке недолго. Время жизни молекул мРНК от нескольких
минут до нескольких часов или иногда до десятков часов. В каждый
момент она составляет около 3% от всей клеточной РНК- Одноце-
почечные, вытянутые молекулы мРНК представляют собой
полимеры с молекулярной массой от 2,6-104 до 1-Ю6, содержащие от
нескольких десятков до нескольких тысяч нуклеотидов. мРНК —
это комплементарные копии одного из участков одной из двух
цепей ДНК. В чередовании нуклеотидов закодирована
последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Таким образом,
каждому из белков соответствует своя мРНК- Иногда мРНК
несет информацию для двух белков и более.
231

6. гяРНК — гетерогенная ядерная РНК. Это более
высокомолекулярный предшественник мРНК, еще более короткоживущий.
Число нуклеотидных звеньев от 1500 до 3000. Молекулярная масса
от 105 до 2-Ю7. Обнаружена только в клетках эукариот.
7. мяРНК—малая ядерная РНК, также найдена в эукариотах.
Короткие молекулы мяРНК содержат от 65 до 200 нуклеотидов.
Они необходимы для превращения гяРНК в мРНК.
8. Вирусная РНК из-за своих особенностей часто выделяется
в отдельный молекулярный вид. Особенности ее в том, что
она:
1) как и ДНК, является носителем наследственной
информации;
2) в отличие от других РНК может быть и двухцепочечной.
Вирусная РНК, одноцепочечная или двухцепочечная,
неизвестным образом очень компактно упакована в вирусных частицах.
Она содержит несколько тысяч оснований или пар оснований. Ее
молекулярная масса в пределах 106—107.
Вторичная структура к настоящему времени изучена у тРНК и
частично определена у двухцепочечных вирусных РНК-
Структура некоторых тРНК полностью расшифрована. Не
вызывает сомнений предположение, что в общих чертах она
одинакова у всех тРНК. Вторичная структура их известна под
названием «клеверный лист». Она обеспечивается образованием около
50 водородных связей в двух десятках пар комплементарных
оснований (рис. 11.125). Общие черты всех тРНК:
1) способность присоединять аминокислоты к З'-концу через
образование сложноэфирной связи аминокислоты и 2'- или
З'-гидроксильных групп концевого адеиозииа;
2) на конце акцепторного стебля (З'-конец) всегда имеется
последовательность А—С—С;
3) в одних и тех же местах имеет место спаривание оснований
за счет водородных связей;
4) дигидроуридиновая петля (D-петля) бывает разной
величины, но в последовательности оснований имеет много
общего; она содержит в себе участок, ответственный за
связывание фермента, способного сшивать приносимые с помощью
тРНК аминокислоты в полипептидную цепь;
5) псевдоуридиновая петля {\\>-петля) содержит большой
участок, одинаковый для всех тРНК; она ответственна за
связывание с тРНК в процессе синтеза белка;
6) некоторые тРНК имеют петлю разной длины, называемую
вариабельной; она имеет в одних и тех же местах
одинаковые нуклеотиды; существуют различные
предположения о ее функциональной роли;
7) антикодоновая петля содержит триплет нуклеотидов (анти-
кодон), с помощью которого тРНК связывается с
соответствующим триплетом (кодоном) мРНК в процессе
биосинтеза белка; антикодои и кодон комплементарны; перед ан-
тикодоном в петле всегда стоит уридин.
232

Вторичная структура двухцепочечных вирусных РНК была
изучена с помощью рентгеноструктурного анализа. На основании
его данных можно сделать вывод о возможности двух вариантов
структуры:
(D акцепторный
стебель
(D 56 If-пет/?»-
С
дариадельная
петля
антикаданабая
петля
АНТИКОДОН
Рис. 11.125. «Клеверный лист» тРНК
1) двойная правая спираль РНК.-11, для которой характерны
11 пар оснований на виток, а пары оснований наклонены
под углом 13—14° к плоскости, перпендикулярной
продольной оси спирали;
2) двойная правая спираль РНК-Ю, которая имеет 10 пар
оснований на виток, а пары оснований наклонены под углом
10° к плоскости, перпендикулярной продольной оси спирали.
Таким образом, РНК-П весьма похожа на А-форму ДНК, а
РНК-Ю — это что-то промежуточное между А- и В-форма-
ми ДНК, но ближе к А-, чем к В-форме.
Двойная спираль
Существование двойной спирали ДНК—РНК возможно только
в Л-форме. Это связано с тем что Б-форма ДНК содержит дезок-
сирибозу в С2'-эндоконформации, а Л-форма ДНК, РНК-Ю и
233-

РНК-И содержат пентозы в С? - эндоконформации. ДНК
достаточно легко переходит из одной формы в другую; для РНК
переход в форму, сходную с 5-формой ДНК, энергетически невыгоден,
так как из-за наличия гидроксильной группы в положении С2
возникают значительные стерические препятствия при переходе
рибозы из С3', в С2', эндоконформацию.
§ 3.
Третичная структура
Третичную структуру нуклеиновых кислот можно
рассматривать пока только на примере тРНК и суперспирализации
кольцевых двухцепочечных ДНК.
Пространственное строение тРНК
К. настоящему времени полностью установлена третичная
структура для молекулы тРНКРЬе из дрожжей. Она представляет
собой глобулу, вытянутую в форме буквы Г. В основе ее лежит
вторичная структура «клеверный лист», свернутая так, что псев-
доуридиновая и дигидроуридиновая петли оказываются рядом, а
вариабельная петля на самом деле вытягивается в довольно
линейный участок (рис. 11.126). Можно назвать четыре причины
такого пространственного сворачивания:
Ф - петля 5'- конец. 3'- конец
Рис. 11.126. Третичная структура тРНК
234

^7\
'н / р
\ и....,-0 /Г
/ С N
>- С /2 » \
С'' >Т\ о" VH
/ Н \ *\
N-
Ч 8 }? 5
/
//
N=
//
"К
г1
\
N-H-.
/
с1'
/
И—N
ч,»/
с-
/
"\
\
Рис. 11.127. Образование водородных связей при взаимодей.
стэии азотистых оснований по обратной схеме Уотсона--
Крика
N—Н-0 л
\_/
Й<4>\ А \
7N--H—N3 6Г-Н
,е 6
5
</
Ki-ic
н
•
VH
V
/
-N
H/N\r/?\cy0--H-N3 6C-H
N3
^ V-V
.С—-С
у
I а/
н
Рис. 11.128. Образование водородных связей при
взаимодействии азотистых оснований по обратной схеме Хугстена

ук
/Г '\
.N.7 I
.0
с6
з
1С
\
О ^ i
N-
^
/Л
\3.
■х,
N-
<
Н
/
Ч
// 7
.«•••'
..о
/ с''
н
Рис, 11.129. Образование водородных связей между тре
мя азотистыми основаниями
I
Рис. 11.130. Суперспирализация кольцевых двух-
цепочечных ДНК

1) образование водородных связей между основаниями нуклео-
тидов, находящихся в местах «клеверного листа»,
удаленных друг от друга, например, в петлях D и -ф; это
возможно как по схеме Уотсона—Крика, так и по схеме Хугстена,
причем плоскость одного из оснований в обоих случаях
может быть повернута на 180° (рис. II.127; 11.128);
2) образование водородных связей между тремя основаниями;
такие тройные взаимодействия особенно характерны для
мест глобулы, в которых соприкасаются D-, -ф- и
вариабельная петли (рис. 11.129);
3) образование водородных связей между гетероатомами
азота, амино- и оксигруппами оснований, с одной стороны, и
фосфатными группами, гидроксильными группами пентоз
полимерного остова РНК — с другой; возможности таких
водородных связей показаны на последнем рисунке
пунктирными линиями; в целом ряде конкретных случаев они не
аызыаают сомнений-,
4) стэкинг оснований; только несколько оснований в молекуле
тРНКРЬе не участвуют в стэкинге, остальные образуют две
стопки оснований, составляющие два рукава буквы Г.
СуперспирализациЯ кольцевых
двухцепочечных ДНК
Хотя молекулы ДНК могут достигать в длину нескольких
сантиметров, in vivo они обычно упакованы так плотно, что их длина
не превышает нескольких нанометров. Это достигается за счет су-
лерспирализации. Третичная суперспирализация
(райзинг) кольцевых двухцепочечных ДНК показана на
рис. 11.130. Обычно двухцепочечные кольцевые ДНК закручены в
правую суперспираль. Добавление к растворам таких ДНК
полиядерных ароматических соединений, обладающих плоской
структурой (рис. 11.131), ведет к интеркаляции последних, т. е.
встраиванию их в стопку оснований ДНК. Повышение
концентрации интеркалирующих соединений влечет за собой раскручивание
правой суперспирали до полного ее исчезновения, а затем к
закручиванию кольцевой двухцепочечной молекулы ДНК в левую
суперспираль.
§ 4.
Четвертичная структура
О четвертичной структуре нуклеиновых кислот известно мало.
"В некоторых опухолеродных вирусах РНК, видимо, представлена
двумя одинаковыми субъединицами, связь между которыми
обеспечивается скорее всего комплементарным взаимодействием
оснований.
237

хЧ/
прафладин
HN-CH2-CH2-N
/
C2Hg
чс2н5
сн2он
гикантон
Рис. 11.131. Примеры соединений, способных интеркалировать в НК и нарушать
их структуру
§ 5.
«Внешние» факторы,
стабилизирующие вторичную, третичную
и четвертичную структуры НК
Стабилизация вторичной, третичной и четвертичной структур'
нуклеиновых кислот помимо водородных связей между
основаниями и стэкинга последних обеспечивается еще и за счет «гашения»
отрицательных зарядов остатков фосфорной кислоты
положительными зарядами:
1) катионов металлов Na+, K+, Mg++ и др.;
2) алифатических аминов с двумя или более аминогруппами,,
таких, как:
+H3N— (СН2) 4—NH3+ — путресцин,
+H3N— (СН2)5—NH3+ — кадаверин,
+H3N- (СН2) 4—NH2+— (CH2) 3-NH3+ - спермидин,
238

+H3N— (CH2) з— NH2+— (CH2) 4—NH2+ — (CH2) 3—NH3+ —
спермин;
.3) основных белков — гистонов и протаминов (небольших
белков, богатых лизином и аргинином).
Г л а в а 17
НУКЛЕОПРОТЕИНЫ —
НАДМОЛЕКУЛЯРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ
НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ И БЕЛКОВ
§ 1.
Хромосомы клеточных ядер
Ядра клеток содержат вещество хроматин, который состоит из
равных по массе количеств ДНК и основных белков гистонов, а
также небольшого количества кислых белков. Гистоны состоят из
100—200 аминокислотных остатков и имеют молекулярную массу
10 000—20 000. По относительному содержанию лизина и аргинина
.их делят на пять типов: HI, Н2А, Н2В, НЗ и Н4. Удивительно, что
гистоны одного типа из совершенно разных организмов
(например, гороха и быка) практически одинаковы по составу и
структуре. Под электронным микроскопом хроматин имеет вид нитей с
тесно нанизанными бусинами. Каждая бусина — это нуклеосома,
или иначе v-частица. Она (рис. 11.132) представляет собой окта-
Рис. 11.132. Строение хроматина
мер, содержащий по две молекулы гистонов Н2А, Н2В, НЗ и Н4,
обвитый снаружи суперспиралью ДНК со 150 основаниями.
Между нуклеосомами суперспираль ДНК содержит около 50 оснований
и связана лишь с одной молекулой белка HI. Хромосома — это
хроматиновая нить, в свою очередь свернутая в спираль. Таким
способом обеспечивается ультракомпактность упаковки ДНК-
239

§ 2.
Рибосомы
Рибосомы — частицы, обнаруживаемые в клетках, содержащие
РНК и белки, причем последние по массе составляют менее
половины. Рибосома состоит из двух субъединиц — большей и
меньшей, на которые она диссоциирует, если концентрация Mg++
становится ниже 1 мМ. Каждая субъединица — это комплекс одной
или двух молекул РНК и двух-трех десятков молекул белков.
Постепенно увеличивая концентрацию мочевины и LiCl, можно
последовательно выделить все РНК и отделить белки. Большая
субъединица содержит обычно «легкую» и «тяжелую» РНК, а
меньшая — «среднюю» РНК. Схема постепенной диссоциации
рибосом бактерий Е. coli показана на рис. 11.133.
Рибосома (705)
305
а
субъебиницы
50 S
32 S J Л+ РНК (55) +16 белкой-
21 белок+ РНК (l6s) РНК (235) + 18 белкой
Рис. 11.133. Схема диссоциации бактериальной рибосомы
Полисомы (полирибосомы) — это образования в клетке,
состоящие из вытянутой молекулы мРНК, окруженной
глобулярными белками, на которую нанизаны рибосомы.
§ 3.
Информосомы
Информосомы — нуклеопротеины из мРНК и стабилизирующих
и защищающих ее глобулярных белков информатинов.
Информомеры—аналогичные нуклеопротеины из гяРНК и
белков-информатинов.
240

§ 4.
Вирусы
Вирусы — особый интересный случай нуклеопротеинов. Это^
структуры, находящиеся на грани живого и неживого. С одной
стороны, они могут быть выделены в виде чистых кристаллов,
сохраняющих свои свойства бесконечно долго, что характерно для
неживой материи. С другой стороны, им присущи все особенности
живого с той оговоркой, что у них нет собственного
метаболического аппарата. Поэтому способность к самовоспроизведению ви-
рион (вирусная частица) может реализовать, только попав внутрь
клетки какого-либо организма (бактерии, растения, животного) и
использовав ее обменные процессы. Вирусная частица
представляет собой плотно упакованную одноцепочечную или двухцепочеч-
ную молекулу ДНК или РНК, окруженную оболочкой. В одних
случаях оболочка, называемая капсидом, состоит из большого
числа белковых субъединиц — капсомеров. В других случаях она
представляет собой мембрану из липидов и белков (гликопротеи-
нов), в которой белков значительно больше, чем липидов. Состав
и строение поверхности вириона определяют тканевую
специфичность вируса. Инфицирование клетки имеет место, когда внутрь ее
проникает либо целый вирион, либо только его ДНК или РНК.
После этого вирусная ДНК или РНК перестраивает обменные
процессы клетки таким образом, что энергия и сырье окружающей:
среды начинают использоваться для синтеза новых вирусных
частиц.

Рекомендуемая литература
1. Вилли К-, Детье В. Биология. М., 1974.
2. Мецлер Д. Биохимия. М., 1980.
3. У а й т А., X е н д л е р Ф., Смит Э. и др. Основы биохимии. М.,
1981.
4. Страйер Л. Биохимия. М., 1984.
5. Ленинджер А. Основы биохимии. М., 1985.
6. Мусил Я-, Новакова О., Кунц К. Современная биохимия
в схемах. М., 1984.
7. Рис Э., Стерн бе р г М. От клеток к атомам.
Иллюстрированное введение в молекулярную биологию. М., 1988.
8. Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия. М., 1987.
9. Б е р е з о в Т. Т., К о р о в к и н Б. Ф. Биологическая химия. М.,
1983.
10. ФилипповичЮ. Б. Основы биохимии. М., 1986.
11. Анисимов А. А., Леонтьева А. Н.,
Александрова И. Ф. и др. Основы биохимии. М., 1986.

Предметный указатель
Абиетиновая кислота 182, 184
абсцизовая кислота 181, 184
автономная нервная система 62
автотрофы 9
агар-агар 152, 158
агароза 151, 152, 157, 158
агаропектин 152
агглютинация 52
агглютинины 52, 53
агглютиногены 52, 53
агликон 142
аденилатная система 219
аденовирус 115, 116
аденогипофиз 67
аденозиндифосфат (АДФ) 2\8, 2\9
аденозинмонофосфат (АМФ) 218,
219
аденозинтрифосфат (АТФ) 14, 20,
21, 24, 26, 125, 218, 219
адипоциты 50
адреналин 69
акридин 238
аксоны 54, 55, 65
актин F 116, 126—128, 209
актин G 117, 126, 128
акцепторный стебель 232, 233
аллантоис 76
аллостерия 113
альбумин сывороточный 92, 128
альбумин яичный 128
альвеолы 57—59
альгин 152, 158
альдаровые кислоты 140
альдоновые кислоты 140
альдостерон 191, 192
амебоциты 33, 83
амебы 21, 27, 30, 31
а-амилоза 146, 157, 158
амилопектин 146, 155, 157
Р-аминоэтантиол 221, 222
амитоз 22, 24
амнион 76
амниотическая полость 77
амфипатические свойства 205, 206
амфифильность 205
анаболизм 219, 225
анаболики 193, 194
апафаза 23—26
анаэробы 9
андрогены 191, 193
аномеры 133
антеридий 36, 37, 40, 41
антибиотики 145, 197
антигенные детерминанты 130, 142,
162, 202
антигены 129
О-антигены 204, 205
антикоагулянты 154
антикодон 232
антикодоновая петля 232—234"
антиконформер 215
антитела 51, 84, 92, 129, 159
аорта 56
апобелок 86, 104
арахидоновая кислота 197
ароморфозный признак 29
артерии 56
артериолы 56
архебактерии 16
архетоиий 40, 41
аскомицеты 31, 33
L-аскорбиновая кислота 139, 141'
астаксантин 32
афферентная артериола 60, 61
афферентные нейроны 66, 67
ацидофилы 16
ацинарные клетки 69
аэробы 9
Базальная часть головного мозга 64'
базальные ганглии 64
базидиомицеты 31, 33
базофилы 51
бактерии 12, 13, 15, 16, 28, 48, 52..
58—60, 74, 165, 186
бактериофаг Т4 115
бациллы 12
а-белки 102
Р-белки 105
а/Р-белки 105
(а + Р)-белки 106
(без аВ) -белки 107
белки оболочки 210
белковые факторы роста 83
белковые факторы роста нервов 83-^
белое вещество мозга 55, 63, 65
М-белок 125
беспозвоночные 78
бластопор 76
бластоцель 75, 76
бластоцист 77
бластула 75—77
Бора эффект ИЗ
ботулин 128
боуменова капсула 60, 61
бронхи 50
бурые водоросли 31, 33, 36
буфотоксин 195
Вакуоли 15, 18, 20, 39
243

вариабельная петля 232—234
варолиев мост 62, 64
вегетативная ветвь 65
вегетативная нервная система 62, 66,
67
вегетативное размножение 43
вегетативные клетки 22
везикулы 205, 206
венулы 56
вены 56
вентральная ветвь 65
вестибулярный аппарат 72
веретено деления 24, 26
вибрион 12
вилочковая железа 68
виолаксантин 184
вирион 241
вирус оспы 115, 116
вирус табачной мозаики 115—117
вирусы 48, 50—52, 74, 129, 241
висцеральная чувствительность 73
витамин А 182, 184
витамин В-> 225
витамин С 139, 141
витамин D 188, 194
витамин Е 182, 184
витамин Ki 182, 184
витамин К2 183, 186
витамин РР 222, 223
витамин пантотеновая кислота 222
витамины жирорастворимые 166.
182—184
вкусовые почки 72
водоросли 31—37, 163
волокнистая ткань 48, 49
волосковые клетки 72
вольвокс 31, 34, 36
воски 39, 171, 172
вставочный нейрон 66
выводковая корзиночка 43
выделительная ткань 39
высшие растения 40, 42—44
Гаверсов канал 49
галобактерии 16
гаметофит 36, 37, 40—44
гаметы 34—37
ганглии 54, 62, 65
ганглиозид GM\ 203
ганглиозиды 201, 209
гаплоидный набор 26, 27
гастроцель 76
гаструла 75, 76
гем 103
гемицеллюлоза 148, 150, 155> 158
163
гемоглобин 50, 78, 92, 110—114, 128
гемостаз 52
гемофлагелляты 30, 31
гепарансульфат 154
гепарин 154
гераниол 180
гермафродитизм 74
гетерогамия 36
гетерополисахариды 131
гетеротрофы 9
гиалуроновая кислота 152, 153, 157,
158, 159, 161
гиббереллины 196
гибридомы 84
гидрокортизон 191, 192
гикантон 238
гипоксантин 213—215
гипоталамус 63, 64, 67, 68
гипофиз 63, 64, 67, 68
гистиоциты 48, 49, 74
гистоны 239
гифы 33
гладкие мышцы 53, 62, 71
глазное пятно 32
глидин 128
гликаны 131, 145, 157, 158, 163
гликоген 15, 28, 45, 146, 155, 157
гликозид,ы 142
гликозилирование 161
гликолипиды 145, 161, 171, 199, 208,
209
гликопротеины 120, 145, 159, 161,
163, 208
гликосфинголипиды 199, 203
гликофосфолипиды 199, 200
глиоксисомы 20
D-глюкаровая кислота 138, 141
D-глюконовая кислота 138, 141
D-глюкуроновая кислота 138, 141
головной мозг 54, 62, 63
голозойные организмы 11
голосеменные растения 40, 42
Гольджи комплекс (аппарат) 18, 19,
161
гомеостаз 50, 52, 60, 62
гомологичные хромосомы 26
гомополисахариды 131
гонады 78
гоноккок 12
гормон роста 128
гормоны 67, 92, 128, 159, 166
гормоны животных 191—193
гормоны насекомых 181, 184, 196
гормоны растений 181, 184, 196
гортань 50
грамотрицательные бактерии 13, 165,
210
грамположительные бактерии 13, 165,
197
гранулоциты 50, 51, 74
граны в хлоропластах 20
грибы 31, 33, 163
группы крови 52, 53, 161, 162
губки 31, 32
L-гулоновая кислота 139
гуморальная регуляция 67
Двенадцатиперстная кишка 57, 59, 6&
244

двигательная нейроны 65, 66
7-дегидрохолестернн 187, 188, 194
дезоксигемоглобнн 111 —114, 116, 117
11-дезокснкортизол 191, 192
дезоксирибонуклеиновая кислота
(ДНК) 14," 15, 17, 20, 24, 26, 213,
215, 216, 225, 227
А-форма 229, 230
В-форма 229. 230
С-форма 229, 230
Z-форма 230
дезокспхолевая кислота 190
декстраны 146, 155, 157
декстрины 146
дендриты 54, 55, 65
денитрифицирующие бактерии 10
дерма 70, 77
дерматансульфат 152
десмозин 88, 123
десмосомы 18, 22
детергенты 206, 207
детрит 31
диастереоизомеры 133
диатомовые водоросли (диатомеи)
31, 32
дигидросфингозин 170
дигидроурацил 213
дигидроуридиновая петля 232—234
днктиосома 19
динофлагелляты 31
диплоидный набор 26, 27
диплококк 12
дисульфидная связь 91
дифтерийный токсин 128
дифференцирование клеток 28, 38,
45, 83
додецилсульфат иатрия 207
домены 107
дорзальная ветвь 65
дрожжи 31, 32
дульцит 140, 142
дуодена 57
Единицы скручивания ПО
Жгутики прокариот 13, 15, 116, 117
жгутики эукариот 21, 117
жгутиковые 30, 31
желудочный сок 59
желтое тело 69, 191
желточный мешок 76, 77
желчные кислоты 190, 191, 207
желчный пузырь 59, 60, 191
желчь 59, 60, 69, 191
животные 27—29, 45
жировая ткань 50, 70, 208
жировые клетки 50
Задний мозг 64
зародышевые листки 77
зародышевый диск 76, 77
зеаксантин 184
зеин 128
зеленые водоросли 31—33
зигота 27, 35—37, 40, 74, 75
зобная железа 68
зооспоры 34, 35, 37
зоостерины 188
Р-Изгиб 101
изоаллоксазин 225
изогамия 36
изодесмозин 88, 122
иммуноглобулин С 107
имплантация 76, 77
ингибитор роста растений 184
инозин 217
инозиновая кислота 217
инозит (миоинозит) 140, 142, 170,
199, 200
инсулин 128
интегральные белки 208, 209
интероцепторы 73
интерфаза 23, 24, 26
интерфероны 129
инулин 146
информатины 240
информомеры 240
информосомы 240
инфузории 30, 31
Кадаверин 238
казеин молока 128
камбий 38
камеди 39, 154, 158
каменистые клетки 39
кампестерин 188, 189
канифоль 184
капсид 241
капсомер 241
карагенан 151, 152, 155, 158
|3-каротин 184
каротиноиды 184
катаболизм 218, 225
кератансульфат 152, 153, 161
кератины 92
а-кератины 118, 119, 127
р-кератины 118, 120
кефалин 175, 176, 209
кинестетические рецепторы 72
кишечник 52, 59, 191
кишечный сок 59
клетки-рецепторы 72, 77
клетки памяти 51
клеточная оболочка 12, 21
клеточная стенка 13, 14, 21, 20
клеточный центр 21
клонирование клеток 84
клон клеток 84
кодон 232
кокки 12
коллаген 92, 99, 120—122, 127, 155
колленхима 38, 39
компартменты 208
245

конваллятоксин 195
конечный мозг 64
конифернловый спирт 163
конканавалнн А 104, 105
конъюгация бактерий 15, 26
кооперативность 108—ПО, 113
кора надпочечников 68, 69, 77, 191
корневище 43
коровын белок 161
кортнзол 191, 192
корднзон 191, 192
кортикостерон 191, 192
кофермент А 221, 222
кофермент О 186
костная ткань 48, 49, 194
костные клетки 49
костный мозг 47, 74
желтый 50
красный 50, 51, 56, 58
красные водоросли 31, 33, 36
крахмал 18, 20, 28, 38, 146, 159
кристы митохондрий 20
критическая концентрация мицелло-
образования (ККМ) 205
кровеносные сосуды 48
кроветворные органы 56, 58
кровь 47, 48, 50, 52, 53, 56
кровяные пластинки 52
кроссинговер 26
D-кснлан 149, 155, 157, 158, 163
ксиле.ма 38, 39
ксилит 140, 142
куперовы железы 69, 73
купферовские клетки печени 58, 74
Лактобацилловая кислота 166
ламеллы 205
ланолин 188, 189
ланостерин 187, 188, 189
латекс 39
легкие 48
лейкопласты 20
лейкотриены 166
лейкоцитарная формула 52
лейкоциты 21, 30, 51, 52, 58, 199
лектины 105
лецититин 175, 176, 209, 222
лигнин 21, 39, 163
лизилнорлейцин 122
лизилоксидаза 122
лизосомы 18, 20
ликопен 184
лимбическая система 67
лимонен 180
лимфа 47, 48, 50, 52, 56
лимфатическая сеть 57
лимфатические узлы 50, 58, 74
лимфоидные клетки 50
лимфоциты 49, 50, 51, 58, 84, 105
линолевая кислота 167, 197
линоленовая кислота 167
липид А 202, 204
липоаминокислота 199, 201
липополисахариды 202, 204, 210
липопротеины 207, 208
Р-липопротеины 128, 208
а-липопротеины 208
липосомы 205
литотрофы 9
литохолевая кислота 190
лишайники 31, 33
Макрофаги 50, 51, 74, 83, 84
макрофагическая система 73
малярия 30
мастоциты 48
матка 73
мегакариоциты 50, 52
медиаторы 130
межклеточное вещество 22, 152:
мезенхимные клетки 33
мезодерма 75—78
мезосомы 13, 14
меиоз 22, 24, 25, 27, 46, 74
мембрана плазматическая 13, 14,. 21
мембрана наружная 13, 210
менахинон-6 183
ментол 180
меристема 38
меромиозин 124, 125
месозоа 31, 32
метандростенолон 193
метаногенные бактерии 16
метафаза 23—26
метиленциклоартенол 188, 189
механическая ткань 39
механоциты 83
миелиновая оболочка 54, 55, 63, 65
миелоидные клетки 50, 83
микоплазмы 16, 165
микостерины 188, 189
микроворсинки 21
микронити 17
микросомы 21
микротельца 18, 21
микротрубочки 17, 24, 116, 117
микрофаги 74, 84
миксомицеты 31, 34, 36
миндалины 50
миоглобин 92, 102, 103, 112
миозины 124, 125, 127, 128
миокард 54, 56, 71
миоинозит 140, 142
миофибриллы 53
миофиламенты 17
миристиновая кислота 202, 204
мирцен 180
митоз 22—24, 27, 51, 75
митохондрии 18, 20, 24, 186
мицелий 33
мицеллы 205, 206
мозг 48
мозговое вещество надпочечников
68, 69, 77
246

тиозговые желудочки 63, 64, 65
мозжечок 63, 64
молочные железы 68—70
моноциты 51, 74
морской салат 31, 33
мохообразные 43, 44
моча 62
мукополисахариды 152
мукопротенны 159
мурамовая кислота 143
мурсин 165, 210
мутаротация 133
муциты 154, 159
мхи 40, 41, 43, 44
мышечная ткань 53, 70
'Надпочечники 67—69, 191
нативная конформация 92
неврилемма 54, 55
•нейраминовая кислота 143
нейрогнпофиз 68
нейроглия 54, 55, 74
нейромедиаторы 55
нейроны 54, 55, 84
иентрофилы 51, 74
нервная система 54
нервная ткань 54, 55
нервные волокна 54
нервные сплетения 66
нервные узлы 54, 62, 64, 65
нервные центры 64
нерол 180
несерные пурпурные бактерии 10
несовершенные грибы 31, 38
нефроны 60
некотинадениндинуклеотид (НАД)
222, 223
никотинадениндинуклеотидфосфат
(НАД-Ф) 222, 223
никотинамид 222, 223
никотиновая кислота (ниацин) 222,
223
нитрифицирующие бактерии 10
норадреналин 69
норэтинодрел 193
нуклеозид 211
нуклеозиддифосфокиназа 221
нуклеоид 13, 14
нуклеоплазма 17
нуклеосомы 239
яуклеотид 211
•Оболочники 28, 75
овогенез 46, 47
•овогоний 46, 47
овотиды 46, 47
овоциты 46, 47
одогониум 31, 33, 36
■З-Д-оксимиристиновая кислота 202,
204
•олигомеры 114, 115
олигосахариды 120, 126, 131, 144,
170
онтогенез 75
оогоний 36, 37
оплодотворение 27
опухолевые клетки 51, 52
орган 29
органеллы 17
органотрофы 9
органы растений 40
основная ткань 39
основное вещество 48
остеокласты 49, 74
островки Лангерганса 68, 69
D-Пантоевая кислота 221, 222
пантотеновая кислота 221
панкреатический сок 59, 69
папоротники 40, 41, 43, 44
папоротникообразные 44
паразиты 11
парасимпатическая нервная система
66
паращитовидные железы 67, 68, 77
паренхима 38, 39
партеногенез 74
паутина 92
пектин растворимый 148, 151, 158
пектины 148, 150, 155
пептидогликаны 159, 160, 165, 210
пергидроциклопентанфенантрен 186.
187
перикард 56
перинуклеарное пространство 17
периферическая нервная система 55.
62, 66
пероксисомы 20
петля Генле 61, 62
печеночники 43, 44
печень 48, 50, 52, 56—60, 68, 69, 77,
191, 194, 208
пили 13, 14, 116, 117
пинакоциты 33
а-пинен 180
пиноцитоз 21
пирамидный тракт 66
пируватдегидрогеназный комплекс
116
плазма 50, 52
плазмал 172
плазмалогены 172, 173
плазматическая мембрана 13, 14, 21
плазмиды 13, 14
плазмодесмы 18, 22
плазмодий 30
планктон 30, 32
пластиды 20
пластохинон А 185, 186
пластохиноны 185, 186
плаунообразные 44
плацента 69, 73, 77, 191
плотные соединения 22
247

поджелудочная железа 57, 59, 67,
69, 77
покровная ткань 38
покрытосеменные (цветковые) 40, 42,
44
полимерные белковые образования
114—117
полиметафосфат 15
полиморфно-ядерные лейкоциты 51
полн-Р-окснмасляная кислота 15
полиомиелита вирус 82
полипотентные стволовые клетки 50
полисомы (полирибосомы) 13, 14, 240
половые гормоны 69, 73, 191, 193
половые железы 67—69
половые клетки 22, 24, 33, 45, 46
полоцит 47
полюса клеточные 24, 26
полярное тельце 47
пороцнты 33
порфирин 103, 184
потенциал переноса группы 221
потовые железы 69, 70, 77
почечный каналец 60, 61, 68
почечный клубочек 60, 61
почки 60—62, 69, 77, 194
почкование 36, 43
прегнин 193
преднизолон 191, 192
предстательная железа 69, 73
проводящая (сосудистая) ткань 39,
43, 44
прогестерон 191, 193
прогестины 191, 193
продолговатый мозг 63, 64
прокариотические клетки 12, 13, 15
прокариоты 12, 28, 81, 82
пролиферация 50, 83, 105
промежуточный мозг 64, 68
проприоцепторы 72
простагландины 166, 197—199
простациклины 199
простетическая группа 85, 86, 159
протамины 239
протеогликаны 120, 154, 159, 161
протеолипиды 205
протисты 28, 29, 30, 31, 81, 163
протококкус 36
протомеры 94
протонема 43
протонный «мотор» 15
протопектин 148, 158, 163
протопласт 14
протопорфирин IX 103
профаза 23—26
профлавин 238
псевдоорганы 33
псевдоуридин 217
псевдоуридиновая петля 232—234
псилофиты 44
пупочный канатик 76, 77
путресцин 238
Райзинг 273
раковые клетки 51, 52, 83, 84
L-рамноза 142
растения 27, 28, 29, 38, 43, 44, 163
рафиноза 145
резус-фактор 53
репродуктивная ткань 45
реснички 21, 30
ретинол 182
ретикуло-эндотелиальная система 73'
ретикулярная (сетчатая) ткань 48,
50
ретикулярная формация 67
рефлекторная дуга 65, 66
рецепторные клетки 72, 77
рецепторные белки 129, 159
рибит 140, 142, 225
рибонуклеиновая кислота (РНК) 14,
17, 215, 216, 225, 230
РНК вирусов 232
гя РНК 232, 240
РНК информационная 231.
м РНК 231, 240
мя РНК 232
пре-р РНК 231
пре-т РНК 231
р РНК 231, 240
РНК растворимая 231
т РНК 213, 231
рибосомы 13, 14, 17, 20, 240
рибофлавин 225
ризонды 33, 43
риккетсии 16
рицин 128
рициноленовая кислота 168
РНК-полимераза 116
роголистники 43, 44
Сальные железы 69, 70, 77, 186
сапрофиты 11, 32, 33
саркодовые 30
сахарные кислоты 140
связки 71, 92, 121, 128
селезёнка 48, 50, 52, 56, 58, 74
семенники 46, 68, 69, 73, 191
семенные пузырьки 69, 73
сенсорные структуры 67
сердце 53, 56, 57, 67, 69
серое вещество мозга 63, 65
сиаловая кислота 143
симпатическая нервная система 65,
66, 69
симпласты 22, 34, 54
синапс 55
синезеленые водоросли 15
син-конформер 215
синовиальная жидкость 71, 152
синцитин 22, 34, 48, 54
ситовидные трубки 38, 39
ситостерин 188, 189
сквален 183, 184, 186—188
скелетные мышцы 53, 54, 71, 72
248

■склеренхима 38, 39
слизевики 34
jj-слой 101, 104, 105. 106
слюнные железы 69
смоляные кислоты 184
соединительная ткань 47, 77, 120,
121
соклетия 22
соланидин кожуры картофеля 195
соматическая нервная система 62
соматические клетки 22, 46
соматотроппн 128
сорбит 140, 142
сосудистая (проводящая) ткань 38,
39, 43, 44
сперматнды 46, 47
сперматогенез 46, 47
сперматогоний 46, 47
сперматозоиды 36, 37, 40, 41, 43,
45—47, 73
сперматоциты 46, 47
спермацет кашалотов 172
■спермидин 238
спермин 239
специализация клеток 28, 30, 32—34
спинной мозг 54, 62, 64, 65
спинномозговая жидкость (ликвор)
65
а-спнраль 94, 95, 103—106
Зю-спираль 94, 96
л-спираль 94, 97
а,,-спираль 94, 98, 99
спириллы 12
спирохеты 12
спорангий 40
споровики 30
■спорофит 36, 37, 40—44
средний мозг 63, 64
стафилококк 12, 197
стволовая часть головного мозга 64,
67
стер иды 189
стерины (стеролы) 187
стигма 32
стигмастерин 188, 189
стерптококк 12
стрептомицин 145
стэкинг-взаимодействие 229, 237
суберин 39
субъединицы 94
супероксиддисмутаза 104, 105
■сустав 71
■суставная полость 71
•суставная сумка 71, 152
сухожилия 71, 92, 120, 128
■сферопласт 14
сфингозин 169, 170
сфингомиелин 177, 179, 209
•сыворотка крови 52
Тактильные рецепторы 70, 72, 73
таламус 63, 64
таннипы 39
таурин 190, 191
тейхоевые кислоты 164, 165
телофаза 23—26
термоацидофилы 16
термолизин 106, 107
термофилы 16
термостерон 193
тетрады 26
тилакондные пузырьки 20
тимус 56, 67, 68
Н-тиоурацил 211, 213
тканевая жидкость 48, 50, 52, 56
ткань 29, 38
а-токоферол 182
толстая нить мышечной ткани 125
тонкая нить мышечной ткани 126
транс-вакценовая кислота 166
трансгидрогеназы 225
трахеиды 38, 39
трахея 50
трипоносомы 30
тритон-Х 207
трихонимфы 30
тромбоксаиы 198, 199
тромбоциты 50, 51, 52, 58, 83
тропоколлаген 120, 121, 157
тропомиозины 125—127
тропоиин 126
тропоэластин 121, 122
трофическая функция 48, 55
туберкулостеариновая кислота 166
тубулин 116, 128
тучные клетки 48, 49, 83, 154
Убихиионы 185, 186
улотрикс 31, 33, 36
у льва 31, 33, 36
Уотсона—Крика обратная схема 235,
236
Уотсона—Крика прямая схема 227—
228
Уроновые кислоты 140
Фагоцитоз 21, 30, 51, 52, 74
фактор пола (F) 14
фактор роста белков 83
фактор роста нервов 83
а-фарнезен 181
фарнезол (6,7-транс-) 181, 184
фенантреи 187
фенобилнн 193
ферменты 128, 159, 205
феромоны 180, 184
ферредоксин 107
фибриллы 92, 118, 120, 126, 127
фибрин растворимый 136
фибрины 52, 126, 127
фибробласты 48, 49, 71, 82
фиброзная ткань 48
фнброны 92, 120
фикомицеты 31, 33
249

филлохинон 182
фимбрин 14
фнтол 182, 184
фитостерины 188, 189
флагеллы 15
флавинадениндинуклеотид (ФАД)
223—225
флавинмононуклеотид (ФМН) 223—
225
флаводоксин 104—106
флоэма 38, 39, 82
фораминиферы 30
форменные элементы крови 50, 51, 58
фосфатидин 175
фосфатиднлсахара 199, 200
фосфатидная кислота 174, 176, 199
фосфоглицераткиназа 105—107
фотолитотрофы 9, 27, 31, 38
фотоорганотрофы 10
фототрофы 9
фузидиевая кислота 197
L-фукоза 142
фукоксантин 31
Харовые водоросли 31, 33
хвощи 43, 44
хемолитотрофы 10, 31
хемоорганотрофы 10, 27, 45
хемотрофы 9
хенодезоксихолевая кислота 190
хиломикроны 207
хиральный центр 88
хитин 148, 155—157, 163
хламидомонады 31, 32, 34
хлорелла 31, 32
хлоропласты 20, 24, 31
хлорофилл 20, 31
хоаноциты 33
холевая кислота 190, 191
холекальциферол 194
холерный вибрион 12
холерный токсин 128
холестерид 189, 209
холестерин (холестерол) 187, 188,
191, 207, 209, 210
хондроитинсульфат 152, 153, 161
хорда 75, 78
хорион 76, 77
хроматиды 24
хроматин 17, 24, 26, 239
хромаффинные клетки 69
хромопласты 20
хромосомы 17, 24, 26, 239
хрящевая ткань 48, 71, 120, 128
хугстена обратная схема 235, 236
Хугстена прямая схема 235, 236
Цветковые 40, 42, 44
цвиттерион 88
целлюлоза 148, 149, 155—159, 163
целом 78
центральная нервная система 55, 62",
63
центрноли 18, 21, 24
центромера 24
церамиды 177, 179, 199, 201
цереброзиды 201, 203
цереброспинальная жидкость (лик-
вор) 65
цетилтрнметиламмония бромид 207
цианобактерии 15
циклический аденозинмонофосфа?
(цАМФ) 217, 218
циклоартенол 188, 189
цингиберен 181
цистеин 87, 91
цистин 91
цитозоль 14, 17
цитолипин Н 203
цитоплазма 13, 14, 17
цитоскелет 17, 117, 209
цитронеллаль 180
цитронеллол 180
у-Частшды 239
Чаргаффа правило 227
черешки 33
чувствительные нейроны 65—67, 72
Шванновская клетка 54, 55
шелк 92
шишковидная железа 63, 64, 68
Щелевые контакты 18, 22
щитовидная железа 67, 68, 77
Эвгленовые 30, 31
экдизоны 196
экзокринные железы 67, 70
экзокриниые клетки 69
экзоцитоз 19
зкстенсин 155, 163
экстероцепторы 79
экстрапирамидная система 66
эктодерма 76, 77, 79
а-эластин 121
эластины 92, 100, 121 — 123, 127
эмбрион 73—77
энантиомеры 133
эндокринные железы 67
эндопдазматический ретикулум 17.
18, 161, 163
эндотелий 48, 56—58
энергетический заряд 219
энтодерма 76, 77, 81
эозинофилы 51
эпидермис 38, 40, 45, 70, 71, 77
эписомы 14
эпиталамус 63, 64
эпителий 45, 46, 58—60, 71, 77
эпителиоциты 83
эпифиз 63, 64, 67, 68
эргокальциферол 194
250

эргостерин 188, 189, 194
эрнтропоэз 69
эритроциты 50—51, 58, 83, 105, 162
эстраднол 193
эстрогены 191, 193
эубактерни 16
эукариотическне клетки 12, 16—18,
"21, 22, 27
эукариоты 12, 27, 28, 82
эфферентная артериола 60, 61
эфферентные нейроны 66
Ювебион канадской пихты 181
ювенильный гормон 181, 184
Ядерная оболочка 17, 24
ядерное тельце 13, 14
ядрышко 17, 18, 24, 26
яичники 46, 68, 69, 73, 191
яйцеводы 73
яйцеклетки 36, 37, 40—42, 45
73, 74

Оглавление
Предисловие ^
Введение. Определение современной биохимии .... 6
Часть I
ОБЩЕБИОЛОГИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ .... 9-
Раздел А. Клетка 12
Глава 1. Прокариотические клетки 12
Глава 2. Эукариотические клетки 16-
Раздел Б. Эукариотические организмы. Особенности строения
и жизнедеятельности 30
Глава 3. Протисты 30
Глава 4. Растения 38
Глава 5. Животные. Человек 45
Раздел В. Клетки, ткани, органы в искусственных условиях . 82
Глава 6. Особенности культивирования живой материи 82
Часть II
СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ 85
Раздел А. Белки — основной материал клетки .... 85
Глава 7. Элементный состав и первичная структура
белков 85
Глава 8. Пространственное строение белков ... 92
Глава 9. Функциональное многообразие белков и их
особенность 128
Раздел Б. Углеводы и клеточные стенки 130
Глава 10. Моносахариды и олигосахариды —
растворимые сахара 131
Глава 11. Полисахариды (гликаны) — основные
углеводы живой природы 145
Глава 12. Соединения углеводов с другими веществами 159
Раздел В. Липиды и биомембраны 166
Глава 13. Основные типы липидов и родственные им
биологически активные соединения . . . 166
252

Глава 14. Соединения липидов с веществами других
классов и ассоциаты липидов между собой . . • 199*
Раздел Г. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты . . . . 211
Глава 15. Нуклеотиды 211
Глава 16. Нуклеиновые кислоты 225
Глава 17. Нуклеопротеины — надмолекулярные
комплексы нуклеиновых кислот и белков . 2«®
Рекомендуемая литература 242
Предметный указатель 243-

Учебное издание
Илья Васильевич Березин, Юрий Васильевич Савин
ОСНОВЫ БИОХИМИИ
Зав. редакцией
Н. М. Глазкова
Редактор
Г. Г. Есакова
Художественный редактор
Ю. М. Добрянская
Переплет художника
Б. А, Валита
Технический редактор
В. В. Макарова
Корректоры И. А. Мушникова, Л. С. Клочкова

ИБ № 3033
Сдано в набор 15.03.89.
Подписано в печать 02.01.90.
Л-10501 Формат 60X90/16 Бумага тип. № 2.
Гарнитура литературная Высокая печать.
Усл. печ. л. 16,0 Уч.-изд. л. 15,64.
Тираж 10 000 экз. Заказ 68 Изд. № 261
Цена 85 коп.
Ордена «Знак Почета» издательство Московского университета.
103009, Москва, ул. Герцена, 5/7.
Типография ордена «Знак Почета» изд-ва МГУ.
119899, Москва, Ленинские горы
Фотографировал Семенюченко Владимир
chem_vova@mail.univ.kiev.ua; vova2002@mail.ru

основы

БИОХИМИИ
АТФ
Я* I Г
АДФ*Ф