До складу клітини входять макромолекули наступних основних органічних сполук: вуглеводів, ліпідів (жирів), білків, нуклеїнових кислот.
Вуглеводи - органічні сполуки, що складаються з однієї або декількох молекул простих цукрів. Углеводивиполняют в основному енергетичну функцію. При їх спалюванні організм отримує основну частину необхідної енергії (при розпаді 1 г вуглеводів виділяється близько 18 кДж). Крім цього, вуглеводи у вигляді цукру дізоксірібоза і рибоза входять до складу нуклеїнових кислот.
Ліпіди (жири) - жироподібні органічні сполуки. Основні функції ліпідів наступні: структурна (входять до складу мембран), резервна енергетична (при розпаді 1 г жиру виділяється близько 39 кДж), термоизоляционная, захисна, регуляторна (участь в обміні речовин, гормональний обмін, забезпечення відносної постійності хімічного складу всіх частин організму) .
Білки (протеїни, поліпептиди) - це високомолекулярні органічні сполуки, що складаються з амінокислот. Суха маса клітини складається на 50 - 80% з білків. Функції білків різноманітні: каталітична, будівельна (беруть участь в утворенні клітинних мембран і органел), рухова (скорочення м'язів і т. Д.), Захисна (антитіла з білків розпізнають чужорідні організму речовини), транспортна (перенесення кисню гемоглобіном), регуляторна (беруть участь в регуляції обміну речовин), енергетична (при розпаді 1 г білка виділяється близько 18 кДж).
Організм людини утворений з понад 5 млн. Білків, різноманітність яких забезпечується комбінацією всього 20 (з більш ніж 100 відомих) амінокислот.
Білки мають різні рівні організації: типу нитки, нитка, закручена у вигляді спіралі, спіраль, скручена в клубок (глобулу), структура з декількох клубків.
Нуклеїнові кислоти, як і білки, є полімерами, але мономерами в них виступають нуклеотиди. Нуклеотид - це структура, що складається з трьох компонентів: азотистого підстави, цукру пентози і залишку фосфорної кислоти. У нуклеотиди можуть входити два різновиди цукру: дезоксирибоза і рибоза, відповідно відомі два види нуклеїнових кислот: ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) і РНК (рибонуклеїнова кислота). У ДНК входить дезоксирибоза, в РНК - рибоза. Нуклеїнових кислот належить основна роль в зберіганні і передачі спадкової інформації. Вони знаходяться в ядрі клітини.
До складу нуклеотидів входить п'ять азотистих основ: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т), цитозин (Ц), урацил (У). Аденін, гуанін і цитозин (А, Г, Ц) входять в ДНК і РНК, тимін Т - тільки в ДНК, урацил У - тільки в РНК.
Нуклеотиди з'єднані в ланцюжки. У ДНК є дві полімерні ланцюги нуклеотидів. Вони закручені в спіраль навколо загальної просторової осі. Ланцюжок ДНК можна представити у вигляді величезного тексту, що складається з послідовності чотирьох букв: (A, Г, Ц, T) в різних поєднаннях. Ланцюжки ДНК з'єднані між собою водневими зв'язками, причому аденін завжди пов'язується з тиміном (А-Т), а цитозин з гуаніном (Ц-Г). Такий зв'язок структурно відповідних один одному підстав називається принципом компліментарності. Подібна модель ДНК була запропонована в 1953 р американським біохіміком Дж. Уотсоном і англійським фізиком Ф. Криком.
Загальна довжина ДНК в кожній клітині людини дорівнює приблизно 2 м, загальна довжина ДНК всіх клітин людини становить приблизно 10 14 км.
Відтворення всього живого визначається синтезом білків за допомогою ДНК і РНК. Кожна ланцюг ДНК виступає в ролі матриці для синтезу нових полінуклеінових ланцюгів. Ділянка молекули ДНК, службовець матрицею для синтезу одного білка, називається ген.
Генетичний код - це система запису спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот у вигляді послідовності нуклеотидів. Зміна послідовності нуклеотидів у ланцюгу ДНК призводить до мутацій.
Геном - це сукупність генів, зосереджених в одиничному наборі хромосом даного організму. Геном людини - це геном біологічного виду Homo sapiens, він складається з 46 хромосом.
Для кодування однієї амінокислоти потрібне поєднання трьох нуклеотидів. Одиниця генетичного коду, що складається з трьох послідовно розташованих нуклеотидів в молекулі ДНК або РНК, називається кодоном. Ген складається з кодонів. 20 амінокислот утворюють 61 кодон.
ДНК сильно скручується, ущільнюється і упаковується в певну форму, утворюючи хромосому. Хромосоми - елементи ядер клітини, що містять гени. У нормальній ситуації в клітці людини повинно бути присутнім 46 хромосом (23 пари): 44 з них не залежать від статі (аутосомні хромосоми), а дві - X-хромосома і Y-хромосома - визначають стать (XY - у чоловіків або ХХ - у жінок ).
Реалізація генетичного коду (матричний синтез білка) здійснюється за схемою ДНК-РНК-білок. Здатність до Самоудвоение молекул ДНК є основою механізму спадковості.
Процес відтворення ДНК можна розділити на кілька стадій. Спочатку розриваються водневі зв'язки подвійний молекули ДНК і утворюються одинарні ланцюга. Потім кожна з ниток по своїй поверхні будує нову, причому нові ланцюги прилаштовуються до старих за принципом компліментарності (відбувається реплікація). Реплікація (лат. Replication - повторення) - процес самовідтворення молекул нуклеїнових кислот, що забезпечує передачу у спадок точних копій генетичної інформації. Таким чином, з двох окремих ланцюгів утворюються дві молекули ДНК, які дають початок двом новим клітинам.
Найважливішу роль в передачі генетичної інформації грає РНК.РНК - це одноланцюговий полімер, що складається з нуклеотидів. У нього замість цукру дезоксирибоза входить цукор рибоза, а замість азотистого підстави тиміну (Т) входить азотистих основ урацил (У). Полімер РНК в сто разів коротше, ніж ДНК. Залежно від виконуваних функцій виділяють кілька видів РНК: інформаційна та-РНК і транспортна т-РНК.
Весь процес синтезу білка займає не більше 6 хвилин. З молекули ДНК генетичний код переноситися на молекулу і-РНК, яка представляє собою копію частини ДНК. Синтез білка здійснюється в рибосомі, куди і-РНКпереносіт інформацію про структуру білка від ДНК. Рібосома- органела клітини. Рибосоми можна порівняти з мікроскопічними збірними заводами, на яких і-РНК грають роль складальних машин. Т-РНК доставляє вільні амінокислоти в рибосому. Кожен сорт т-РНК захоплює один певний вид амінокислот, несе їх в рибосому і ставить на своє місце, згідно з інформацією, що міститься в молекулах і-РНК. Тут же до амінокислот підходять каталізатори - ферменти і здійснюють з'єднання амінокислот в одну молекулу білка. Цей процес називається трансляцією.