Войти
Химия · Глава 18. Важнейшие классы биоорганических соединений

Химия живых организмов

Химия живых организмов — это сложная система высокоорганизованных химических превращений, протекающих в клетках. В отличие от неживой природы и промышленных синтезов, биологические реакции отличаются строгой согласованностью, протекают в мягких условиях и используют универсальные строительные блоки для создания сложных структур.

СредаНа Земле неорганическая химия тесно переплетена с жизнедеятельностью организмов.
ФерментыСпецифические катализаторы, обеспечивающие точное протекание клеточных реакций.
УниверсальностьВсё многообразие белков в природе строится всего из 20 стандартных аминокислот.
6 мин чтенияДля студентов медвузовОбновлено 24.09.2026
Материал подготовила редакция Школы Сеченова по учебным методичкам платформыПроверил врач-редактор: Аулов А. А., врач-терапевт · 24.09.2026

Классификация химических процессов

Глобально все химические превращения можно разделить на три большие категории, каждая из которых имеет свои уникальные черты.

1. Процессы в неживой природе Они протекают преимущественно в гидросфере и атмосфере. По сравнению с живыми системами, разнообразие реакций здесь невелико. Главными участниками выступают вода ($H_2O$), молекулярный азот ($N_2$), углекислый газ ($CO_2$), а также углеводороды, медленно поступающие из земных недр, и различные вулканические выбросы. В изолированном, «чистом» виде такие процессы можно наблюдать лишь на безжизненных планетах, например, на Марсе. На Земле же минеральная химия неразрывно связана с биологической. Даже реакции с участием кислорода ($O_2$) обусловлены жизнью: главным источником этого газа служит фотосинтез, осуществляемый клетками с хлорофиллом.

2. Технологические и лабораторные процессы Это антропогенная химия, которая планируется и осуществляется человеком. В естественной природной среде подобные реакции практически не встречаются. Благодаря этой деятельности химия как наука обогатилась теориями, опирающимися на богатый экспериментальный материал, и синтезом миллионов новых веществ. Однако такие технологии оказывают колоссальное влияние на окружающую среду и миллиарды людей. Массовое производство химических продуктов приводит к загрязнению природы и запуску новых, неконтролируемых химических процессов, которые ранее были нехарактерны для нашей планеты.

3. Реакции в живых организмах Именно в биологических системах протекает самое большое количество разнообразных химических реакций. Изучением специфики этих клеточных превращений занимается биохимия — наука, которую образно можно назвать «высшей химией».

Особенности клеточной химии

Химические процессы в клетках кардинально отличаются от того, что происходит в колбе исследователя или в атмосфере. Им присущи следующие черты:

  • Идеальная согласованность. Реакции не идут хаотично, на выходе образуется ровно то количество продуктов, которое необходимо клетке в данный момент.
  • Мягкие условия. Превращения происходят без экстремальных физических воздействий (высоких температур или давления).
  • Ферментативная регуляция. Все процессы управляются особыми химическими факторами — ферментами. Это высокоэффективные биологические катализаторы. Любой сложный клеточный процесс обслуживается сразу десятками различных ферментов.

Классический пример такой слаженной работы — репликация (удвоение) молекулы ДНК в ядре, которая строго предшествует делению клетки и обеспечивает передачу наследственной информации.

Проверьте себя по темеЗадания из банка курса «Химия» — ответ и разбор сразу.

Фотосинтез и универсальность биомолекул

Фундаментом для поддержания жизни служат растения. В ходе фотосинтеза они поглощают энергию солнечного излучения и направляют её на синтез глюкозы. Этот процесс выполняет двойную функцию: организм получает необходимое пластическое вещество и одновременно накапливает энергию для дальнейшей жизнедеятельности.

Впоследствии глюкоза трансформируется в другие низкомолекулярные соединения (для этого дополнительно привлекаются соединения серы, фосфора и азота). Уже из этих простых молекул организм собирает сложные биополимеры: полисахариды, полинуклеотиды и белки.

Поразительной особенностью химии живых организмов является её структурная экономичность. Хотя в природе существует около 100 химических элементов, сложные биологические макромолекулы строятся из весьма ограниченного, стандартного набора блоков — своеобразных «биологических элементов». Этот принцип един для всего живого мира на Земле:

  1. Белки формируются из комбинаций всего 20 универсальных аминокислот.
  2. ДНК представляет собой цепь, в которой чередуются лишь 4 вида азотистых гетероциклов.
  3. Жиры синтезируются из молекулы глицерина и ограниченного набора (около дюжины) карбоновых кислот.

Коротко: ответы на вопросы по теме

Какие именно четыре вида азотистых гетероциклов чередуются в цепи молекулы ДНК?

В цепи молекулы ДНК чередуются четыре конкретных вида азотистых оснований (гетероциклов), которые разделяются на две группы.

  • Аденин — пуриновое азотистое основание.
  • Гуанин — пуриновое азотистое основание.
  • Тимин — пиримидиновое азотистое основание.
  • Цитозин — пиримидиновое азотистое основание.

Эти азотистые гетероциклы попарно образуют водородные связи между двумя цепями по принципу комплементарности.

Какие 20 универсальных аминокислот используются для формирования белков в организме?

Для формирования белков в организме используются 20 универсальных протеиногенных аминокислот L-ряда.

  • Глицин (glycine)
  • L-аланин (L-alanine)
  • L-валин (L-valine)
  • L-лейцин (L-leucine)
  • L-изолейцин (L-isoleucine)
  • L-пролин (L-proline)
  • L-фенилаланин (L-phenylalanine)
  • L-триптофан (L-tryptophan)
  • L-метионин (L-methionine)
  • L-серин (L-serine)
  • L-треонин (L-threonine)
  • L-цистеин (L-cysteine)
  • L-тирозин (L-tyrosine)
  • L-аспарагин (L-asparagine)
  • L-глутамин (L-glutamine)
  • L-аспарагиновая кислота (L-aspartic acid)
  • L-глутаминовая кислота (L-glutamic acid)
  • L-лизин (L-lysine)
  • L-аргинин (L-arginine)
  • L-гистидин (L-histidine)

Эти аминокислоты классифицируются на заменимые, незаменимые и частично заменимые.

Какие конкретно ферменты образуют комплекс, обслуживающий процесс репликации ДНК?

Комплекс, обслуживающий процесс репликации ДНК, включает полимеразы и вспомогательные ферменты.

  • ДНК-полимераза — катализирует синтез цепи ДНК; у E. coli она является ведущим ферментом.
  • ДНК-полимераза α — синтезирует РНК-праймер для начала синтеза ДНК.
  • ДНК-полимераза δ — катализирует синтез лидирующей цепи ДНК и элонгацию отстающей цепи.
  • Хеликаза — расплетает двойную спираль ДНК в точке ветвления.
  • Топоизомераза — снимает напряжение перед вилкой репликации.
  • РНК-праймаза — синтезирует РНК-затравки для начала синтеза.
  • ДНК-лигаза — связывает фрагменты Оказаки на отстающей цепи.
  • РНКаза — удаляет РНК-праймеры.

Также в работе репликативной вилки участвуют SSB-белки, которые связываются с расплетёнными одноцепочечными участками ДНК и предотвращают их обратное схлопывание.

Какие карбоновые кислоты входят в ограниченный набор для синтеза природных жиров?

В ограниченный набор карбоновых (высших жирных) кислот для синтеза природных жиров входят насыщенные и ненасыщенные кислоты.

  • Пальмитиновая кислота — насыщенная.
  • Стеариновая кислота — насыщенная.
  • Масляная кислота — насыщенная.
  • Миристиновая кислота — насыщенная.
  • Олеиновая кислота — мононенасыщенная.
  • Линолевая кислота — полиненасыщенная.
  • Линоленовая кислота — ненасыщенная.

Всего в образовании природных жиров участвует примерно дюжина карбоновых кислот.

Из каких структурных компонентов состоит мономер молекулы ДНК (нуклеотид)?

Мономер молекулы ДНК (нуклеотид) состоит из трех структурных компонентов, соединенных ковалентными связями.

  • Азотистое основание — производное пурина (аденин, гуанин) или пиримидина (тимин, цитозин).
  • Углевод (пентоза) — пятиуглеродный сахар дезоксирибоза.
  • Остаток фосфорной кислоты — фосфатная группа.

Фосфат присоединен к 5'-углероду дезоксирибозы, а азотистое основание — к 1'-углероду.

Как запомнить

Для запоминания состава базовых биополимеров используйте комбинацию «20-4-12»: 20 аминокислот для создания любых белков, 4 гетероцикла для кодирования ДНК и около 12 карбоновых кислот для формирования жиров.

Вопросы с занятий и экзамена

Откуда берётся основной объём кислорода в реакциях неживой природы?

Основным источником молекулярного кислорода ($O_2$) на Земле является жизнедеятельность организмов, а именно — процесс фотосинтеза в клетках растений, содержащих хлорофилл.

Что такое ферменты и зачем они нужны клетке?

Ферменты — это высокоэффективные биологические катализаторы. Они управляют химическими превращениями в живых организмах, обеспечивая их протекание в мягких условиях и с высокой точностью.

В чём заключается антропогенное влияние на химические процессы Земли?

Человек синтезировал миллионы новых веществ, что привело к возникновению неконтролируемых реакций в природе. Это вызывает загрязнение окружающей среды и ухудшение её состояния.

Что-то непонятно? Спросите нейросетьAI-тьютор прочитал материал по теме «Химия живых организмов» и объяснит простыми словами.

Что ещё разобрать по теме

  • Механизмы действия ферментов как биологических катализаторов
  • Процесс фотосинтеза: от поглощения света до синтеза глюкозы
  • Структура и функции биополимеров (белки, полисахариды, полинуклеотиды)
  • Репликация ДНК: химические аспекты удвоения молекулы
  • Экологические последствия массового применения продуктов химической технологии

Разберите тему целиком в курсе «Химия»

Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.

  • Полная методичка по теме «Химия живых организмов» и ещё 3 009 страниц предмета
  • Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
  • AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
  • 95 видеоуроков по предмету

Другие темы раздела «Глава 18. Важнейшие классы биоорганических соединений»

Весь раздел «Глава 18. Важнейшие классы биоорганических соединений»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.