Биология для тех, кто ищет ответы в природе - Андрей Левонович Шляхов

посторонней влаги, а кожу – от высыхания. Растительные воски, покрывающие тонким слоем листья, стебли и плоды, защищают их от размачивания водой, высыхания и вредных микроорганизмов. У некоторых растений воски могут входить в состав семян в качестве резервных липидов (например у симмондсии китайской, более известной под названием «жожоба»).

Мир сложных липидов многообразен и сложен. Углубляться в него мы не станем, вспомним только то, что было сказано выше о фосфолипидах, которые входят в состав клеточных мембран. Помимо них в образовании клеточных мембран принимают участие гликолипиды (соединения липидов с углеводами) и липопротеины (соединения липидов с белками).

Главная задача липидов – давать организму энергию и запасать ее. При расщеплении 1 грамма липидов выделяется 38,9 кДж энергии, что соответствует 9,4 килокалории. Жиры и масла являются резервными пищевыми веществами у животных и растений. Особенно важны эти запасы для животных, впадающих в холодное время года в спячку (бурый медведь) или совершающих, подобно верблюдам, длительные переходы через местность, в которой нет источников пищи и воды. Да – и воды тоже. Жиры можно рассматривать и как водный запас, потому что в результате реакции окислительного распада (то есть распада, в котором принимает участие кислород) жиры распадаются на углекислый газ и воду. Вот пример уравнения такой реакции:

При окислении 1 кг жира выделяется около 1,1 кг воды. Способность жиров превращаться в воду очень важна для обитателей пустынь7.

На втором по значению месте стоит структурная или мембранообразующая функция липидов. Впрочем, ее можно поставить и на первое место, ведь для того, чтобы иметь возможность использовать жиры в качестве источника энергии, сначала нужно создать клетку, так что мембраны главнее энергетических запасов.

Прослойки жировой ткани и жировые капсулы обеспечивают защиту внутренних органов, а слои воска используются в качестве защитного водоотталкивающего покрытия. Об руку с защитной функцией липидов идет теплоизоляционная – подкожная жировая клетчатка препятствует отдаче тепла в окружающее пространство. Это очень важно для всех водных млекопитающих, поскольку температура воды ниже температуры воздуха и, вдобавок, вода более активно «отбирает» тепло, а также для млекопитающих, обитающих в холодном климате.

К липидам относятся некоторые гормоны, например, половые гормоны тестостерон и эстроген, альдостерон, который регулирует водно-солевой обмен, кортизол, принимающий участие в регуляции углеводного и белкового обменов. Жирорастворимые витамины A, D, E, K являются кофакторами различных ферментов8.

Форма жизни у нас белковая, а вот хранение информации об организме и передачу ее по наследству обеспечивают нуклеиновые кислоты. Нуклеиновыми эти кислоты были названы по той причине, что их обнаружили в клеточном ядре («нуклеус» переводится с латыни как «ядро»). С кислотами в привычно-бытовом понимании нуклеиновые кислоты ничего общего не имеют. Они представляют собой не едкие жидкости, а биологические полимеры, в которых «кирпичики»-мономеры связаны между собой при помощи остатков молекул фосфорной кислоты (фосфатных групп). Отсюда и почетное звание кислоты.

Мономерами нуклеиновых кислот служат нуклеотиды – соединения, в состав которых входят моносахарид дезоксирибоза или рибоза и азотсодержащее (азотистое) основание. Разница между двумя моносахаридами небольшая – всего в один атом кислорода. «Дезокси-» переводится с латыни как «отсутствие атома кислорода», то есть дезоксирибоза – это рибоза без одного атома кислорода.

ДНК включает в себя четыре вида азотистых оснований – аденин (A), гуанин (G), тимин (T) и цитозин (C). Всего четыре, но их комбинация дает невообразимое количество вариантов.

Азотистые основания в составе ДНК

Вся информация о любом организме закодирована при помощи четырех «букв», четырех азотистых оснований – A, G, T и C. Лишь у некоторых организмов, в виде исключения, в составе ДНК может встречаться пятый тип азотистого основания – урацил (U). В человеческой ДНК урацила нет, но он содержится в нашей РНК вместо тимина, которого в РНК нет.

Фрагмент молекулы ДНК. Крупными латинскими буквами обозначены азотистые основания. Т – тимин, С – цитозин, А – аденин и G — гуанин

У клеток-эукариот, которые имеют ядро, ДНК линейная и находится в ядре, а у безъядерных прокариот ДНК кольцевая и находится в цитоплазме.

Молекула ДНК образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга и вместе вокруг воображаемой оси, т. е. она представляет собой двойную спираль. Исключение составляют одинарные ДНК некоторых ДНК-содержащих вирусов. Вирусы имеют крайне простое строение, и наследственной информации у них мало, потому и ДНК у вирусов небольшая, не нуждающаяся в сложной двухцепочечной упаковке. А многие вирусы вообще обходятся без ДНК, их наследственная информация заключена в более мелких молекулах РНК.

Схематическое изображение фрагмента молекулы ДНК

Диаметр двойной спирали ДНК составляет 2 нанометра, расстояние между соседними нуклеотидами – 0,34 нанометра, на один оборот спирали приходится 10 пар нуклеотидов. Длина молекулы может достигать нескольких сантиметров и иметь молекулярный вес, исчисляемый десятками и сотнями миллионов единиц. Суммарная длина ДНК ядра одной клетки человека составляет около 2 метров! Молекулы ДНК – самые крупные из органических молекул.

Расположение нуклеотидов в двух парных цепях молекулы ДНК строго определенное: против аденина одной цепи в другой цепи всегда располагается тимин, а против гуанина – всегда цитозин. Между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином – три водородные связи. Закономерность, согласно которой нуклеотиды разных цепей ДНК строго упорядоченно располагаются (аденин – тимин, гуанин – цитозин) и избирательно соединяются друг с другом, называется принципом комплементарности.

Фрагмент молекулы ДНК: Т – тимин, А – аденин, Г – гуанин, Ц – цитозин, точками показаны водородные связи

Из принципа комплементарности следует, что последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность нуклеотидов другой.

Функцией ДНК является хранение и передача наследственной информации. Все организмы на нашей планете разные (за исключением клонов)9 и ДНК у всех тоже разные. Двух полностью схожих молекул ДНК в природе не существует (за исключением ДНК тех же клонов). На этой индивидуальности и основана генетическая криминалистика и судебно-медицинская генетика – любого человека можно со стопроцентной точностью идентифицировать по его ДНК. Точно так же, как и по отпечаткам пальцев, но с отпечатками еще возможны оплошности, а вот с ДНК никаких оплошностей быть не может, это личный уникальный единственный и неповторимый код организма.

Молекулы ДНК обладают способностью к репликации, то есть к самовоспроизведению,