Органические вещества клетки

Какие органические вещества входят в состав живой клетки

Живая клетка любого организма состоит из органических компонентов на 25–30%.

К органическим составляющим относятся как полимеры, так и сравнительно некрупные молекулы – пигменты, гормоны, АТФ и пр.

Клетки живых организмов различаются между собой по структуре, функциям и по своему биохимическому составу. Однако каждая группа органических веществ имеет сходное определение в курсе биологии и выполняет одни и те же функции в любом типе клеток. Основные составляющие компоненты — это жиры, белки, углеводы и нуклеиновые кислоты.

… Вконтакте Facebook Twitter Google+ Мой мир Оглавление:

  • Липиды
  • Углеводы
  • Белки
  • Нуклеиновые кислоты

Липиды

Липидами называются жиры и жироподобные вещества. Эта биохимическая группа отличается хорошей растворимостью в органических веществах, но при этом нерастворима в воде.

Жиры могут иметь твёрдую или жидкую консистенцию. Первая более характерна для животных жиров, вторая – для растительных.

Это интересно: атф это что за вещество — состав, функции и роль в организме.

Функции жиров заключаются в следующем:

  1. Структурная – фосфолипиды являются основной структурной составляющей клеточных мембран.
  2. Энергетическая – значительная часть энергии, которую использует клетка в процессе своей жизнедеятельности, получается в результате окисления жиров. Кроме того, в результате окисления липидов клетка получает воду.
  3. Защитная функция липидов заключается в том, что подкожный жировой слой защищает ткани от температурных воздействий и механических повреждений. Кроме того, у птиц и животных имеется жировая смазка на перьях, шерсти и коже. А листья большинства растений покрыты восковым налётом.
  4. Изоляционная функция жиров – миелин служит изоляционным слоем для нейронов, это служит ускорению передачи нервных импульсов.
  5. Из компонентов жировой ткани образуется ряд желчных кислот и витамин Д.
  6. Гормональная функция заключается в том, что многие гормоны имеют липидную природу.

Углеводы

Углеводы – это органические мономерные и полимерные вещества, которые в своём составе содержат углерод, водород и кислород. При их расщеплении клетка получает значительное количество энергии.

По химическому составу различают следующие классы углеводов:

  1. Простые углеводы или моносахариды. В зависимости от количества атомов углерода в молекуле такие вещества подразделяют на триозы, пентозы, гексозы и пр. К пентозам относятся вещества рибоза и дезоксирибоза — составляющие компоненты РНК и ДНК. Наиболее известная гексоза – это глюкоза, которая служит основным источником энергии для живых клеток.
  2. Олигосахариды – соединения, включающие в себя 2 или несколько мономеров гексозы. Наиболее известные дисахариды – лактоза и сахароза.
  3. Сложные углеводы или полисахариды — это полимеры, в состав которых входят несколько мономеров гексозы. К полисахаридам растительного происхождения относится целлюлоза. Углеводы, входящие в состав клеточной мембраны, представлены в основном сложными соединениями — гликолипидами и гликопротеидами. В животных клетках такую функцию выполняет гликоген. Крахмал – полисахарид, который содержится как в растительных, так и животных клетках.

По сравнению с животными клетками, растительные содержат в своём составе большее количество углеводов. Это объясняется способностью растительных клеток воспроизводить углеводы в процессе фотосинтеза.

Основными функциями углеводов в живой клетке являются энергетическая и структурная.

Энергетическая функция углеводов сводится к накоплению запасов энергии и высвобождению их по мере необходимости. Растительные клетки накапливают в вегетационный период крахмал, который откладывается в клубнях и луковицах. В организмах животных такую роль выполняет полисахарид гликоген, который синтезируется и накапливается в печени.

Структурную функцию углевод выполняют в растительных клетках. Практически вся клеточная стенка растений состоит из полисахарида целлюлозы.

Белки

Белки – органические полимерные вещества, которые занимают ведущее место как по количеству в живой клетке, так и по своему значению в биологии. Вся сухая масса животной клетки состоит из белка примерно наполовину. Этот класс органических соединений отличается поразительным многообразием. Только в организме человека насчитывается около 5 млн различных белков. Они не только отличаются между собой, но и имеют различия с белками других организмов. И все это колоссальное многообразие белковых молекул строится всего из 20 разновидностей аминокислот.

Если на белок воздействуют термические или химические факторы, в молекулах происходит разрушение водородных и бисульфидных связей. Это приводит к денатурации белка и изменению структуры и функций клеточной мембраны.

Все белки можно условно разделить на два класса: глобулярные (к ним относятся ферменты, гормоны и антитела), и фибриллярные – коллаген, эластин, кератин.

Функции белка в живой клетке:

  1. Каталитическая функция. Большая часть биохимических реакций в клетке протекает довольно медленно. Это связано с низким уровнем химической активности многих органических веществ в клетке и их низкой концентрацией в живом организме. В этом случае белки исполняют роль катализаторов химических реакций, благодаря чему все процессы в значительной степени ускоряются и активизируются. Природные белковые биокатализаторы называются ферментами или энзимами. Каждый фермент отвечает за определённую химическую реакцию.
  2. Строительная функция. Многие белки участвуют в строительстве клеточной мембраны и оболочек всех органелл.
  3. Сигнальная функция. По данным проведённых исследований, все внешние факторы вызывают в молекуле белка обратимые изменения. Такие обратимые изменения лежат в основе важного свойства живых организмов – раздражимости. Под влиянием физических, химических или термических раздражителей происходит изменение пространственной упаковки молекулы белка с изменением её функциональных особенностей.
  4. Транспортная функция заключается в способности некоторых белков обратимо связываться с органическими и неорганическими веществами и переносить их к различным органам и тканям. Наиболее характерна такая функция для белков крови. Примером таких белков может считаться гемоглобин, который способен связываться с молекулами кислорода и углекислого газа. Сывороточные белки альбумины могут транспортировать гормоны и некоторые липиды.
  5. Защитная функция белков заключается в выработке в организме в ответ на внедрение чужеродного агента антител. Эти белковые компоненты способны связывать чужеродные компоненты и обезвреживать их.
  6. В меньшей степени белки могут также служить и источником энергии. При их распаде до аминокислот и дальше до воды, углекислого газа и азотистых соединений, выделяется некоторое количество энергии, необходимой для поддержания нормальной жизнедеятельности клетки.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты имеют важное значение в структуре и правильном функционировании клеток. Химическое строение этих веществ таково, что позволяет сохранять и передавать по наследству информацию о белковой структуре клеток. Эта информация передаётся дочерним клеткам и на каждом этапе их развития формируется определённый вид белков.

Поскольку подавляющее большинство структурных и функциональных особенностей клетки обусловлено их белковой составляющей, очень важна стабильность, которой отличаются нуклеиновые кислоты. В свою очередь, от стабильности структуры и функций отдельных клеток зависит развитие и состояние организма в целом.

Различают две разновидности нуклеиновых кислот – рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК).

ДНК представляет собой полимерную молекулу, которая состоит из пары спиралей нуклеотидов. Каждый мономер молекулы ДНК представлен в виде нуклеотида. В состав нуклеотидов входят азотистые основания (аденин, цитозин, тимин, гуанин), углевод (дезоксирибоза) и остаток фосфорной кислоты.

Все азотистые основания соединяются между собой строго определённым образом. Аденин всегда располагается всегда против тимина, а гуанин – против цитозина. Такое избирательное соединение называется комплементарностью и играет очень важное значение в формировании структуры белка.

Все соседние нуклеотиды между собой связываются остатком фосфорной кислоты и дезоксирибозой.

Рибонуклеиновая кислота имеет большое сходство с дезоксирибонуклеиновой. Различие заключается в том, что вместо тимина в структуре молекулы присутствует азотистое основание урацил. Вместо дезоксирибозы это соединение содержит углевод рибозу.

Все нуклеотиды в цепочке РНК соединяются через фосфорный остаток и рибозу.

По своей структуре РНК может быть одно— и двухцепочечным. У ряда вирусов двухцепочечные РНК выполняют функции хромосом – они являются носителями генетической информации. С помощью одноцепочечной РНК происходит перенос информации о составе белковой молекулы.

Органические вещества клетки.

Органические вещества — это сложные углеродсодержащие соединения, имеющие крайне разнообразную структуру и свойства. Это могут быть как низко-, так и высокомолекулярные соединения, линейные или циклические, гидрофильные или гидрофобные, количество которых во много раз превосходит количество известных неорганических соединений. Ранее считалось, что органические вещества синтезируются только живыми организмами. В действительности, все органические вещества, которые встречаются в природе, имеют отношение к живым организмам. Они либо входят в их состав, либо являются продуктами их жизнедеятельности. Однако сейчас с помощью химического синтеза получено огромное количество органических веществ, намного превышающее число известных природных соединений.

Большинство органических веществ образовано небольшим количеством элементов: в них помимо углерода входит водород, многие также содержат кислород и азот. Эти четыре элемента могут легко образовывать ковалентные связи благодаря спариванию электронов на внешних орбиталях атомов. В предыдущих постах уже было сказано, что атому углерода для полного заполнения внешней орбитали не хватает четырех электронов, т.е. он может образовывать четыре ковалентные связи (по числу общих электронных пар). У атома азота недостает трех электронов, а у атомов кислорода и водорода — двух и одного соответственно. Разнообразие органических веществ значительно увеличивается за счет того, что кислород способен образовывать и двойные связи, а углерод и азот не только двойные, но и тройные. Это также придает органическим веществам новые свойства. Также в состав многих органических соединений входят сера и фосфор.

Органические вещества в живых организмах очень разнообразны и по своей структуре, и по выполняемым функциям. На этих этом основывается их классификация, хотя часто этот принцип не соблюдается так строго. Например, в группу витаминов объединяют вещества, имеющие различную структуру и химические свойства, однако у всех витаминов высокая биологическая активность, и они необходимы животным или человеку в микроколичествах.

Кроме низкомолекулярных органических веществ, а именно, органических кислот, аминокислот, сахара, нуклеотидов, липидов и т.п., в состав живых организмов входят и высокомолекулярные вещества — биополимеры.
Полимеры — вещества, молекулы которых состоят из большого количества повторяющихся единиц или «мономерных звеньев» (мономеров). Благодаря ковалентным связям мономеры соединяются между собой, образуя длинные неразветвленные или разветвленные цепи. Полимер, состоящий из одинаковых мономеров, называют гомополимером. Например, полисахариды состоят из молекул глюкозы. К ним относятся целлюлоза, крахмал, гликоген. Если же в составе полимера есть несколько различных «строительных блоков», он называется гетерополимером. В качестве примера гетерополимеров можно привести белки, построенные из 20-ти различных аминокислот, или нуклеиновые кислоты, состоящие из нуклеотидов 4-х разных типов. Гетерополимеры могут быть регулярными и нерегулярными. Белки и нуклеиновые кислоты, к примеру, относятся к нерегулярным гетерополимерам, поскольку последовательности аминокислот в разных белках или нуклеотидов в ДНК и РНК не имеют какой-то строгой периодичности.

Основные классы органических молекул организма.

Класс Процент массы тела Главные атомы Подкласс Субъединица
Углеводы 1 C, H, O Моносахариды (сахара),
Полисахариды
Моносахариды
Липиды 15 C, H Триацилглицериды,

Фосфолипиды,

Стероиды

3 жирные кислоты + глицерин
2 жирные кислоты + глицерин + фосфат + слабозаряженная азотсодержащая молекула спирта
Белки 17 C, H, O, N Пептиды,
Белки
Аминокислоты
Аминокислоты
Нуклеиновые кислоты 2 C, H, O, N ДНК,РНК Нуклеотиды, содержащие основания аденин, гуанин, тимин, цитозин, сахар, дезоксирибозу и фосфатНуклеотиды, содержащие основания аденин, гуанин, урацил или цитозин, сахар, рибозу и фосфат

Неорганические и органические вещества клетки

Задумайтесь! Мы с вами состоит из миллиардов атомов. Все атомы находятся в круговороте, и все атомы, которыми мы обладаем, в ком-то и где-то находились те 4,5 млрд. лет, которые существует Земля. Они были частями животных, растений, грибов и бактерий — а сейчас принадлежат нам на короткое время.

С химической точки зрения ответ на вопрос «Жив ли изучаемый объект?» — не представляется возможным. Понятию «жизнь» дано колоссальное количество определений. Жизнь — это самовоспроизведение с изменением, способ существования белковых тел, постоянный обмен веществ с внешней средой.

Мы приступаем к изучению неорганических и органических веществ клетки. Начнем с неотъемлемого компонента клетки, благодаря которому жизнь на Земле в принципе стала возможна — вода.

Вода

Составляет 60-80% массы клетки. Молекула воды обладает уникальным свойством — полярностью, которое возникает из-за разницы в электроотрицательности (ЭО) между атомами кислорода и водорода (у кислорода ЭО больше).

Поскольку молекула воды полярна, ее называют диполь. Между молекулами воды возникают непрочные водородные связи: водородная связь начинается от отрицательно заряженного атома кислорода (2δ-) одной молекулы воды и тянется до положительно заряженного атома кислорода другой молекулы воды (δ+)

По отношению к воде все вещества можно подразделить на два типа:

  • Гидрофильные (греч. hydro — вода и philéo — люблю) — вещества, которые хорошо растворяются в воде. Гидрофильными веществами являются сахара, соли, альдегиды, спирты, аминокислоты.
  • Гидрофобные (греч. hydro — вода и phobos — страх) — вещества, которые не растворяются в воде. Гидрофобными веществами являются жиры.

Роль воды в клетке трудно переоценить. Ее функции и свойства крайне важны:

  • Вода — универсальный растворитель
  • Большинство реакций, которые протекают в клетке, идут в растворе (водной среде). Полярность молекулы воды позволяет ей быть отличным растворителем для других гидрофильных (полярных) веществ.

  • Вода — терморегулятор
  • Вода может поглощать теплоту при минимальном изменении температуры. Это настоящее «спасение» для клеток: чуть только температура меняется, вода начинает поглощать избыток тепла, защищая клетку от перегревания. Выделяясь на поверхность кожи с потом, вода испаряется, поверхность кожи при этом охлаждается.

  • Вода — реагент
  • Она не только создает среду для реакций в клетке, но и сама активно участвует во многих из них. Расщепление питательных веществ, попавших в клетку, происходит за счет реакции гидролиза (греч. hydro — вода и lysis — расщепление).

  • Транспортная функция
  • Питательные вещества, газы перемещаются по организму с током крови. Вода составляет 90-92% плазмы крови, является ее основным компонентом. С помощью воды происходит не только доставка веществ к клеткам, но и удаление из организма побочных продуктов обмена веществ.

  • Структурная функция
  • Вода придает тканям тургор (лат. turgor — наполнение) — внутреннее осмотическое давление в живой клетке, создающее напряжение оболочек клеток. Вода составляет от 60 до 95% цитоплазмы, придает клеткам форму. Изменение тургора клеток растений приводит к перемещениям их частей, раскрытию устьиц, цветков.

    Осмотическое давление — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделенный от чистого растворителя с помощью полупроницаемой мембраны.

    Главное — понимать суть: если мы поместим живую клетку в гипертонический раствор, то вода (растворитель) устремится из клетки в раствор (в сторону большей концентрации соли) — это приведет к сморщиванию клеток.

    Если же клетка окажется в гипотоническом растворе, то вода извне устремится внутрь клетки (опять-таки в сторону большей концентрации солей), приводя при этом к разбуханию (и возможному разрыву) клетки.

Элементы

Живая клетка — кладезь элементов таблицы Менделеева. Процент содержания различных элементов отличается, в связи с чем все они делятся на 3 группы:

Процентное содержание элемента не коррелирует с его важностью и биологической значимостью. Так, к примеру, микроэлемент I играет важную роль в синтезе гормонов щитовидной железы: тироксина, трийодтиронина. За нормальные рост и развитие организмов отвечают Zn, Mn, Cu.

Благоприятно влияют на сперматозоиды Zn, Ca, Mg, защищая их от оксидативного стресса (окисления). Невозможным становится нормальное образование эритроцитов без должного уровня Fe и Cu.

Соли

Для процессов возбуждения клетки (нейрона, миоцита — мышечной клетки) внутри клетки должна поддерживаться низкая концентрация ионов Na+ и высокая концентрация ионов K+. В окружающей клетку среде все наоборот: много Na и мало K. В мембране существует специальный натрий-калиевый насос, который поддерживает необходимое равновесие. Если это соотношение нарушится, то нейрон не сможет сгенерировать нервный импульс, а клетка мышцы — сократиться.

Соли в клетке и организме выполняют ряд важных функций:

  • Участвуют в активации ферментов
  • Создают буферные системы (бикарбонтаную, фосфатную, белковую)
  • Поддерживают кислотно-щелочное состояние (КЩС)
  • Создают осмотическое давление клетки
  • Создают мембранный потенциал клеток (натрий-калиевый насос)
  • Являются основным минеральным составляющим скелета внутреннего и наружного (у моллюсков)

Мы переходим к органическим компонентам клетки, к которым относятся: жиры, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты.

Белки, или пептиды (греч. πεπτος — питательный)

Белки — полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Белки представляют линейную структуру, образованную из длинной цепи аминокислот, между которыми возникают пептидные связи. Пептидная связь образуется между карбоксильной группой (COOH) одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты (NH2).

Между понятиями пептиды и белки существует определенная разница. Белки состоят из сотен тысяч аминокислот. Пептидами называют небольшие белки, содержащие до 10 аминокислот. Ими являются некоторые гормоны: окситоцин, вазопрессин, тиреолиберин — эти пептиды выполняют регуляторную функцию.

Выделяется несколько уровней пространственной организации белка:

  • Первичная — полипептидная цепь, в которой аминокислоты расположены линейно
  • Вторичная — полипептидная цепь закручивается в спираль, формируется α или β структура
  • Третичная — спирали скручиваются в глобулу (лат. globulus — шарик)
  • Четвертичная — образуется у сложных белков путем соединения нескольких глобул

При резком изменении оптимальных для белка условий он подвергается денатурации: при этом происходит переход от высших структур организации к низшим, или «раскручивание белка». Важно заметить, что аминокислотная последовательность (первичная структура белка) при этом не меняется, однако свойства белка меняются кардинально (теряется его гидрофильность).

Осмелюсь сделать заявление: вы часто начинаете свой день с денатурации белка. Простейший способ провести такой эксперимент — пожарить яичницу. Заметьте, что изначально яичный белок прозрачный и текучий, но по итогу жарки эти свойства утрачиваются: он становится непрозрачным и вязким.

Завершаем тему о белках изучением их функций:

  • Каталитическая (греч. katalysis — разрушение)
  • Белки — природные катализаторы, ускоряющие реакции в организме в десятки и сотни тысяч раз. Эту роль главным образом выполняют белки-ферменты (энзимы).

    Иногда в состав белков входят так называемые ко-факторы — небелковые соединения, которые необходимы ферменту для его биологической активности (в роли ко-факторов могут выступать Zn2+, Mg2+).

  • Строительная
  • Белки входят в состав клеточных мембран. Сложные белки: коллаген, эластин — входят в состав соединительных тканей организма, придавая им некоторую прочность и эластичность.

  • Регуляторная
  • Некоторые гормоны, регулирующие обменные процессы в организме, имеют белковое происхождение: инсулин, глюкагон, адренокортикотропный гормон (АКТГ).

  • Защитная
  • Говоря об этой функции, прежде всего, стоит вспомнить об антителах — иммуноглобулинах, которые синтезируют B-лимфоциты. Антитела нейтрализуют чужеродные организму антигены (разрушают бактерии).

    Помимо антител, защитную функцию выполняют также белки свертывающей системы крови (тромбин и фибриноген): они предохраняют организм от кровопотери.

  • Энергетическая
  • При недостаточном питании в организме начинают окисляться молекулы белков. При расщеплении 1 г белков выделяется 17,6 кДж энергии.

  • Транспортная
  • Некоторые белки крови способны присоединять к себе и переносить различные молекулы. Альбумины участвуют в транспорте жирных кислот, глобулины — гормонов и некоторых ионов (Fe, Cu). Основной белок эритроцитов — гемоглобин — способен переносить кислород, углекислый и угарный газы (угарный конечно нежелательно ему переносить, будет отравление)

  • Сократительная
  • Двигательные белки, актин и миозин, на уровне саркомера обеспечивают сокращение мышц. При возбуждении мышечной ткани тонкие нити актина начинают тереться о толстые нити миозина, приводя к сокращению.

  • Рецепторная
  • На поверхности мембраны белки образуют многочисленные рецепторы, которые, соединяясь с гормонами, приводят к изменению обмена веществ в клетке. Таким образом, гормоны реализуют воздействие на клетки органов-мишеней.

Жиры, или липиды (греч. lipos — жир)

С химической точки зрения жиры являются сложными эфирами, образованными трехатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми кислотами (жирными кислотами). Среди их свойств надо выделить то, что они практически нерастворимы в воде. Вспомните, как тяжело смыть жир с рук водой.

Почему именно мыло смывает жир с рук? Дело в том, что молекула мыла повторяет свойства жира: одна часть ее гидрофобна, а другая гидрофильна. Мыло соединяется с молекулой жира гидрофобной частью, и вместе они легко смываются водой.

Приступим к изучению функций жиров:

  • Энергетическая
  • При окислении жиров выделяется много энергии: 1 г — 38,9 кДж. Это вдвое больше выделяющейся энергии при расщеплении 1г углеводов.

  • Запасающая
  • Жиры имеют способность накапливаться в клетках, расположенных в подкожно-жировой клетчатке, внутренних органах. Эти запасы являются резервом организма на случай голодания или при недостаточном питании.

    В жирах также запасается вода: в 100 г жира содержится 107 мл воды. Многим пустынным животным (верблюдам) жировые запасы помогают длительное время обходиться без воды.

  • Структурная
  • Жиры входят в состав биологических мембран клеток человека вместе с белками. Из фосфолипидов построены мембраны всех клеток органов и тканей!

    Так, к примеру, холестерин — обязательный компонент мембраны, придает ей определенную жесткость и совершенно необходим для нормальной жизнедеятельности (заболевания возникают только при нарушении липидного обмена).

  • Терморегуляция
  • Жиры обладают плохой теплопроводностью. Располагаясь в подкожно-жировой клетчатке, они образуют термоизолирующий слой. Особенно хорошо он развит у ластоногих (моржи и тюлени), китов, защищает их от переохлаждения.

  • Гормональная
  • Некоторые гормоны по строению относятся к жирам: половые (андрогены — мужские и эстрогены — женские), гормон беременности (прогестерон), кортикостероиды.

  • Участие в обмене веществ (метаболизме)
  • Производное жира — витамин D — принимает важное участие в обмене кальция и фосфора в организме. Он образуется в коже под действием ультрафиолетового излучения (солнечного света). При недостатке витамина D возникает заболевание — рахит.

Представляют собой органические соединения, состоящие из одной или нескольких молекул простых сахаров. Выделяется три основных класса углеводов:

  • Моносахариды (греч. monos — единственный)
  • Простые сахара, легко растворяющиеся в воде и имеющие сладкий вкус. Моносахариды подразделяются на гексозы (имеют 6 атомов углерода) — глюкоза, фруктоза, и пентозы (имеют 5 атомов углерода) — рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеиновых кислот.

  • Олигосахариды (греч. ὀλίγος — немногий)
  • При гидролизе олигосахариды распадаются на моносахариды. В состав олигосахаридов может входить от 2 до 10 моносахаридных остатков. Если в состав олигосахарида входят 2 остатка моносахарида, то его называют дисахарид. К дисахаридам относятся сахароза, лактоза, мальтоза. При гидролизе сахароза распадается на глюкозу и фруктозу.

  • Полисахариды
  • Это биополимеры, в состав которых входят сотни тысяч моносахаридов. Они обладают высокой молекулярной массой, нерастворимы в воде, на вкус несладкие.

    Крахмал, целлюлоза, гликоген, хитин и муреин — все это биополимеры. Давайте вспомним, где они находятся.

    Клеточная стенка образована: у растений — целлюлозой, у грибов — хитином, у бактерий — муреином. Запасным питательным веществом растений является крахмал, животных — гликоген.

Перечислим функции, которые выполняют углеводы:

  • Энергетическая
  • В результате расщепления 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии.

  • Запасающая
  • Запасным питательным веществом растений и животных соответственно являются крахмал и гликоген. Расщепление гликогена позволяет нам оставаться в сознании и быть активными между приемами пищи.

    Гликоген представляет собой разветвленную молекулу, состоящую из остатков глюкозы. За счет больших размеров такая молекула хорошо удерживается в клетке, а ее разветвленность позволяет ферментам быстро отщеплять множество молекул глюкозы одновременно.

    Существуют заболевания, при которых распад гликогена нарушается: в результате нейроны не получают глюкозы (источника энергии, соответственно не синтезируются и молекулы АТФ). Из-за этого становятся возможны частые потери сознания.

  • Структурная (опорная)
  • Целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, придавая им необходимую твердость. Хитин образует клеточную стенку грибов и наружный скелет членистоногих.

Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро)

Высокомолекулярные органические соединения, представленные двумя видами: ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты) и РНК (рибонуклеиновые кислоты). ДНК и РНК — биополимеры, мономером которых является нуклеотид. Запомните, что нуклеотид состоит из 3 компонентов:

  • Азотистое основание
  • Для ДНК характерны следующие азотистые основания: аденин — тимин, гуанин — цитозин; для РНК: аденин — урацил, гуанин — цитозин. Исходя из принципа комплементарности, данные основания соответствуют друг другу, в результате чего между ними образуются связи.

    Между аденином и тимином образуется 2 водородные связи, а между гуанином и цитозином — 3.

    Именно по этой причине количество аденина в молекуле ДНК всегда совпадает с количеством тимина. К примеру, если в ДНК 20% аденина, то с уверенностью можно сказать, что в ней 20% тимина. Выходит на оставшиеся основания — цитозин и гуанин — остается 60%, значит, цитозин и гуанин составляют в ДНК 30% каждый. Таким нехитрым образом, зная процент содержания одного основания, можно подсчитать все остальные.

  • Остаток сахара
  • В ДНК остаток сахара — дезоксирибоза, в РНК — рибоза.

  • Остаток фосфорной кислоты — фосфат

Мы подробно изучили структуру ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) — двойной правозакрученной спиральной молекулы. Теперь настало время детально поговорить об РНК (рибонуклеиновой кислоте). Все виды РНК синтезируются на матрице — ДНК, различают три вида РНК:

  • Рибосомальная РНК (рРНК)
  • Синтезируется в ядрышке. рРНК входит в состав малых и больших субъединиц рибосом. В процентном отношении рРНК составляет 80-90% всей РНК клетки.

  • Информационная РНК (иРНК, син. — матричная РНК, мРНК)
  • Синтезируется в ядре в ходе процесса транскрипции (лат. transcriptio — переписывание). Фермент РНК-полимераза строит цепь иРНК по принципу комплементарности с ДНК. Исходя из данного принципа, гуанин (Г) в молекуле ДНК соединяется с цитозином (Ц) в РНК. Далее соответственно: цитозин (Ц) — гуанин (Г), аденин (А) — урацил (У), тимин (Т) — аденин (А).

  • Транспортная РНК (тРНК)
  • Обеспечивает транспорт аминокислоты к рибосоме во время синтеза белка. Благодаря этому становится возможным соединение аминокислот друг с другом, образуется белок. тРНК имеет характерную форму клеверного листа.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Химическая организация клетки. Неорганические вещества. Органические вещества

admin 23.07.2010

Общая биология

АТФ, Белки, Липиды, Моносахариды, Нуклеиновые кислоты, Полисахариды, РНК, Углеводы

В состав живой клетки входят те же химические элементы, которые входят в состав неживой природы. Из 104 элементов периодической системы Д. И. Менделеева в клетках обнаружено 60.

Их делят на три группы:

  1. основные элементы — кислород, углерод, водород и азот (98% состава клетки);
  2. элементы, составляющие десятые и сотые доли процента,— калий, фосфор, сера, магний, железо, хлор, кальций, натрий (в сумме 1,9%);
  3. все остальные элементы, присутствующие в еще более малых количествах,— микроэлементы.

Молекулярный состав клетки сложный и разнородный. Отдельные соединения — вода и минеральные соли — встречаются также в неживой природе; другие — органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др.— характерны только для живых организмов.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

Вода составляет около 80% массы клетки; в молодых быстрорастущих клетках — до 95%, в старых — 60%.

Роль воды в клетке велика.

Она является основной средой и растворителем, участвует в большинстве химических реакций, перемещении веществ, терморегуляции, образовании клеточных структур, определяет объем и упругость клетки. Большинство веществ поступает в организм и выводится из него в водном растворе. Биологическая роль воды определяется специфичностью строения: полярностью ее молекул и способностью образовывать водородные связи, за счет которых возникают комплексы из нескольких молекул воды. Если энергия притяжения между молекулами воды меньше, чем между молекулами воды и вещества, оно растворяется в воде. Такие вещества называют гидрофильными (от греч. «гидро» — вода, «филее» — люблю). Это многие минеральные соли, белки, углеводы и др. Если энергия притяжения между молекулами воды больше, чем энергия притяжения между молекулами воды и вещества, такие вещества нерастворимы (или слаборастворимы), их называют гидрофобными (от греч. «фобос» — страх) — жиры, липиды и др.

Минеральные соли в водных растворах клетки диссоциируют на катионы и анионы, обеспечивая устойчивое количество необходимых химических элементов и осмотическое давление. Из катионов наиболее важны К+, Na+, Са2+, Mg+. Концентрация отдельных катионов в клетке и во внеклеточной среде неодинакова. В живой клетке концентрация К высокая, Na+ — низкая, а в плазме крови, наоборот, высокая концентрация Na+ и низкая К+. Это обусловлено избирательной проницаемостью мембран. Разность в концентрации ионов в клетке и среде обеспечивает поступление воды из окружающей среды в клетку и всасывание воды корнями растений. Недостаток отдельных элементов — Fe, Р, Mg, Со, Zn — блокирует образование нуклеиновых кислот, гемоглобина, белков и других жизненно важных веществ и ведет к серьезным заболеваниям. Анионы определяют постоянство рН-клеточной среды (нейтральной и слабощелочной). Из анионов наиболее важны НРО42-, Н2РO4—, Cl —, HCO3—

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

Органические вещества в комплексе образуют около 20—30% состава клетки.

Углеводы — органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Их делят на простые — моносахариды (от греч. «монос» — один) и сложные — полисахариды (от греч. «поли» — много).

Моносахариды (их общая формула СnН2nОn) — бесцветные вещества с приятным сладким вкусом, хорошо растворимы в воде. Они различаются по количеству атомов углерода. Из моносахаридов наиболее распространены гексозы (с 6 атомами С): глюкоза, фруктоза (содержащиеся в фруктах, меде, крови) и галактоза (содержащаяся в молоке). Из пентоз (с 5 атомами С) наиболее распространены рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеиновых кислот и АТФ.

Полисахариды относятся к полимерам — соединениям, у которых многократно повторяется один и тот же мономер. Мономерами полисахаридов являются моносахариды. Полисахариды растворимы в воде, многие обладают сладким вкусом. Из них наиболее просты дисахариды, состоящие из двух моносахаридов. Например, сахароза состоит из глюкозы и фруктозы; молочный сахар — из глюкозы и галактозы. С увеличением числа мономеров растворимость полисахаридов падает. Из высокомолекулярных полисахаридов наиболее распространены у животных гликоген, у растений — крахмал и клетчатка (целлюлоза). Последняя состоит из 150—200 молекул глюкозы.

Углеводы — основной источник энергии для всех форм клеточной активности (движение, биосинтез, секреция и т. д.). Расщепляясь до простейших продуктов СO2 и Н2O, 1 г углевода освобождает 17,6 кДж энергии. Углеводы выполняют строительную функцию у растений (их оболочки состоят из целлюлозы) и роль запасных веществ (у растений — крахмал, у животных — гликоген).

Липиды — это нерастворимые в воде жироподобные вещества и жиры, состоящие из глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке. При комнатной температуре это твердые вещества. У растений жиры находятся в семенах, плодах и других органах. При комнатной температуре это жидкости. С жирами по химической структуре сходны жироподобные вещества. Их много в желтке яиц, клетках мозга и других тканях.

Роль липидов определяется их структурной функцией. Из них состоят клеточные мембраны, которые вследствие своей гидрофобности препятствуют смешению содержимого клетки с окружающей средой. Липиды выполняют энергетическую функцию. Расщепляясь до СO2 и Н2O, 1 г жира выделяет 38,9 кДж энергии. Они плохо проводят тепло, накапливаясь в подкожной клетчатке (и других органах и тканях), выполняют защитную функцию и роль запасных веществ.

Белки — наиболее специфичны и важны для организма. Они относятся к непериодическим полимерам. В отличие от других полимеров их молекулы состоят из сходных, но нетождественных мономеров — 20 различных аминокислот.

Каждая аминокислота имеет свое название, особое строение и свойства. Их общую формулу можно представить в следующем виде

Молекула аминокислоты состоит из специфической части (радикала R) и части, одинаковой для всех аминокислот, включающей аминогруппу (— NH2) с основными свойствами, и карбоксильную группу (СООН) с кислотными свойствами. Наличие в одной молекуле кислотной и основной групп обусловливает их высокую реактивность. Через эти группы происходит соединение аминокислот при образовании полимера — белка. При этом из аминогруппы одной аминокислоты и карбоксила другой выделяется молекула воды, а освободившиеся электроны соединяются, образуя пептидную связь. Поэтому белки называют полипептидами.

Молекула белка представляет собой цепь из нескольких десятков или сотен аминокислот.

Молекулы белков имеют огромные размеры, поэтому их называют макромолекулами. Белки, как и аминокислоты, обладают высокой реактивностью и способны реагировать с кислотами и щелочами. Они различаются по составу, количеству и последовательности расположения аминокислот (число таких сочетаний из 20 аминокислот практически бесконечно). Этим объясняется многообразие белков.

В строении молекул белков различают четыре уровня организации (59)

  • Первичная структура — полипептидная цепь из аминокислот, связанных в определенной последовательности ковалентными (прочными) пептидными связями.
  • Вторичная структура — полипептидная цепь, закрученная в тугую спираль. В ней между пептидными связями соседних витков (и другими атомами) возникают малопрочные водородные связи. В комплексе они обеспечивают довольно прочную структуру.
  • Третичная структура представляет собой причудливую, но для каждого белка специфическую конфигурацию — глобулу. Она удерживается малопрочными гидрофобными связями или силами сцепления между неполярными радикалами, которые встречаются у многих аминокислот. Благодаря их многочисленности они обеспечивают достаточную устойчивость белковой макромолекулы и ее подвижность. Третичная структура белков поддерживается также за счет ковалентных S — S (эс — эс) связей, возникающих между удаленными друг от друга радикалами серосодержащей аминокислоты — цистеина.
  • Четвертичная структура типична не для всех белков. Она возникает при соединении нескольких белковых макромолекул, образующих комплексы. Например, гемоглобин крови человека представляет комплекс из четырех макромолекул этого белка.

Такая сложность структуры белковых молекул связана с разнообразием функций, свойственных этим биополимерам. Однако строение белковых молекул зависит от свойств окружающей среды.

Нарушение природной структуры белка называют денатурацией. Она может возникать под воздействием высокой температуры, химических веществ, лучистой энергии и других факторов. При слабом воздействии распадается только четвертичная структура, при более сильном — третичная, а затем — вторичная, и белок остается в виде первичной структуры — полипептидной цепи, Этот процесс частично обратим, и денатурированный белок способен восстанавливать свою структуру.

Роль белка в жизни клетки огромна.

Белки — это строительный материал организма. Они участвуют в построении оболочки, органоидов и мембран клетки и отдельных тканей (волос, сосудов и др.). Многие белки выполняют в клетке роль катализаторов — ферментов, ускоряющих клеточные реакции в десятки, сотни миллионов раз. Известно около тысячи ферментов. В их состав, кроме белка, входят металлы Mg, Fe, Мn, витамины и т. д.

Каждая реакция катализируется своим особым ферментом. При этом действует не весь фермент, а определенный участок — активный центр. Он подходит к субстрату, как ключ к замку. Действуют ферменты при определенной температуре и рН среды. Особые сократительные белки обеспечивают двигательные функции клеток (движение жгутиковых, инфузорий, сокращение мышц и т. д.). Отдельные белки (гемоглобин крови) выполняют транспортную функцию, доставляя кислород ко всем органам и тканям тела. Специфические белки — антитела — выполняют защитную функцию, обезвреживая чужеродные вещества. Некоторые белки выполняют энергетическую функцию. Распадаясь до аминокислот, а затем до еще более простых веществ, 1 г белка освобождает 17,6 кДж энергии.

Нуклеиновые кислоты (от лат. «нуклеус» — ядро) впервые обнаружены в ядре. Они бывают двух типов — дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). Биологическая роль их велика, они определяют синтез белков и передачу наследственной информации от одного поколения к другому.

Молекула ДНК имеет сложное строение. Она состоит из двух спирально закрученных цепей. Ширина двойной спирали 2 нм1, длина несколько десятков и даже сотен микромикрон (в сотни или тысячи раз больше самой крупной белковой молекулы). ДНК — полимер, мономерами которой являются нуклеотиды — соединения, состоящие из молекулы фосфорной кислоты, углевода — дезоксирибозы и азотистого основания. Их общая формула имеет следующий вид:

Фосфорная кислота и углевод одинаковы у всех нуклеотидов, а азотистые основания бывают четырех типов: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Они и определяют название соответствующих нуклеотидов:

  • адениловый (А),
  • гуаниловый (Г),
  • цитозиловый (Ц),
  • тимидиловый (Т).

Каждая цепь ДНК представляет полинуклеотид, состоящий из нескольких десятков тысяч нуклеотидов. В ней соседние нуклеотиды соединены прочной ковалентной связью между фосфорной кислотой и дезоксирибозой.

При огромных размерах молекул ДНК сочетание в них из четырех нуклеотидов может быть бесконечно большим.

При образовании двойной спирали ДНК азотистые основания одной цепи располагаются в строго определенном порядке против азотистых оснований другой. При этом против А всегда оказывается Т, а против Г — только Ц. Это объясняется тем, что А и Т, а также Г и Ц строго соответствуют друг другу, как две половинки разбитого стекла, и являются дополнительными или комплементарными (от греч. «комплемент» — дополнение) друг другу. Если известна последовательность расположения нуклеотидов в одной цепи ДНК, то по принципу комплементарности можно установить нуклеотиды другой цепи (см. приложение, задача 1). Соединяются комплементарные нуклеотиды при помощи водородных связей.

Между А и Т возникают две связи, между Г и Ц — три.

Удвоение молекулы ДНК — ее уникальная особенность, обеспечивающая передачу наследственной информации от материнской клетки дочерним. Процесс удвоения ДНК называется редупликацией ДНК. Он осуществляется следующим образом. Незадолго перед делением клетки молекула ДНК раскручивается и ее двойная цепочка под действием фермента с одного конца расщепляется на две самостоятельные цепи. На каждой половине из свободных нуклеотидов клетки, по принципу комплементарности, выстраивается вторая цепь. В результате вместо одной молекулы ДНК возникают две совершенно одинаковые молекулы.

РНК — полимер, по структуре сходный с одной цепочкой ДНК, но значительно меньших размеров. Мономерами РНК являются нуклеотиды, состоящие из фосфорной кислоты, углевода (рибозы) и азотистого основания. Три азотистых основания РНК — аденин, гуанин и цитозин — соответствуют таковым ДНК, а четвертое — иное. Вместо тимина в РНК присутствует урацил. Образование полимера РНК происходит через ковалентные связи между рибозой и фосфорной кислотой соседних нуклеотидов. Известны три вида РНК: информационная РНК (и-РНК) передает информацию о структуре белка с молекулы ДНК; транспортная РНК (т-РНК) транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка; рибосомная РНК (р-РНК) содержится в рибосомах, участвует в синтезе белка.

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота — важное органическое соединение. По структуре это нуклеотид. В его состав входит азотистое основание аденин, углевод — рибоза и три молекулы фосфорной кислоты. АТФ — неустойчивая структура, под влиянием фермента разрывается связь между «Р» и «О», отщепляется молекула фосфорной кислоты и АТФ переходит в АДФ (аденозин-дифосфорную кислоту).

Эта реакция сопровождается выделением 40 кДж энергии, поэтому фосфорнокислородную связь называют макроэнергетической связью и обозначают знаком . В АТФ имеются две такие связи. Если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту).

АТФ играет центральную роль в превращении энергии в клетке.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Просмотров: 18 608 Поделитесь информацией с друзьями

Химическая организация клетки. Органические вещества

ТАБЛИЦА (Т.Л. Богданова. Биология. Задания и упражнения. Пособие для поступающих в ВУЗы. М.,1991)

Вещество Поступление в клетку Состав Функции
Белки У растений синтезируются на рибосомах из аминокислот, которые образуются в клетках, из NH2 и карбоксильной группы, соединенных с различными радикалами. У животных поступают с пищей, расщепляются до аминокислот, которые идут на синтез собственных белков Биополимеры. Мономерами являются аминокислоты — низко-молекулярные соединения. Заменимые аминокислоты синтезируются в организме, незаменимые поступают с пищей: Макромолекулы белка имеют первичную (цепочка), вторичную (спираль), третичную (глобулы) и четвертичную (агрегаты молекул) структуры Строительная (входит в состав всех мембранных структур); каталитическая (ферменты); регуляторная (гормоны); двигательная (сократительные белки); транспортная (гемоглобин); защитная (антитела); сигнальная (реакция на раздражение); энергетическая (источник энергии); механическая (прочность различных структур)
Белки-ферменты Синтезируются из аминокислот на рибосомах в соответствии с генетическим кодом Биополимеры. Бывают двух типов: однокомпо-нентные, состоящие только из белка, и двухкомпонен-
тные, состоящие из белка и небелкового компонента — органического (витамина) и неорганического (металла)
Биологические катализаторы специфического характера; образующие в клетках ферментные системы противопо-ложного действия, что обеспечивает регуляцию жизнеде-ятельности: одни участвуют в синтезе органических веществ, другие — в их расщеплении
Жиры (липиды), липоиды У растений синтезируются в каналах эндоплаз-матической сети; у животных поступают с пищей, расщепляются и вновь синтезируются в собственные жиры Соединения глицерина (трехатомного спирта) с высокомоле-кулярными органическими кислотами (жирными). Носят гидрофобный характер. Липоиды — жироподобные вещества, у которых одна молекула жирной кислоты заменена на Н2РО4 Источник энергии. Теплорегуляция. Защита органов. Строительная функция — входят в состав мембран, обеспечивая их полупроницаемость, и матрикса органелл. Компонент витаминов, растительных пигментов. Источник воды для животных организмов
Углеводы У растений синтезируются в хлоропластах в процессе фотосинтеза из СО2 и НзО. У животных поступают с пищей Биополимеры. Мономером является глюкоза. Моносахариды: глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза, галактоза. Дисахариды: сахароза, мальтоза. Полисахариды: крахмал, гликоген, клетчатка, хитин Источник энергии. Исходное органическое вещество в цепи питания, строительный материал — целлюлозная клеточная стенка у растений. Рибоза и дезоксирибоза — составные компоненты ДНК, РНК. АТФ

Изорганических соединений в клетке содержатся белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, жироподобные вещества (липоиды) и др. Таким образом, отличия живого от неживого в химическом отношении проявляются уже на молекулярном уровне.
Белки. Из всех органических веществ в клетке ведущая роль принадлежит белкам. Белки — это полимеры, их составными единицами (мономерами) являются аминокислоты. На долю белков в клетке приходится 50-80% сухой массы. Молекулярная масса белков огромна; например, у белка яйца-яичного альбумина она составляет 36000, у гемоглобина-65 000, у сократительного белка мышц (актомиозин)- 1500000, в то время как у молекул глюкозы она равна 180.
Любая аминокислота состоит из карбоксила (СООН), аминогруппы (NH2) и радикала (R).

Различаются они только радикалами, которые крайне разнообразны по структуре. Аминогруппа придает аминокислоте щелочные свойства карбоксил — кислотные; этим определяются амфотерные свойства аминокислот. Каждая аминокислота может соединиться с другой посредством пептидных связей (-CO-NH-). В этом случае от аминогруппы одной аминокислоты отделяется ион H+, а от карбоксила другой радикал ОН с образованием молекулы воды. Соединение, возникающее из двух и большего числа аминокислотных остатков, называется полипептидом. В нем между мономерами существуют самые прочные ковалентные связи. Таким образом, природный белок состоит из нескольких десятков или сотен аминокислот, структура же белковой молекулы зависит от вида аминокислот, их количества и порядка расположения в полипептидной цепи.
Последовательность аминокислот в полипептидной цепи определяет первичную структуру молекулы белка от которой в свою очередь зависят последующие уровни пространственной организации и биологические свойства белка. Следующий уровень организации белка — вторичная структура. Она имеет вид спирали. Между изгибами спирали возникают водородные связи, которые слабее ковалентных, но, повторенные многократно, создают довольно прочное сцепление. Витки спирали могут сворачиваться в клубочки, образуя более сложное разветвление, в котором отдельные звенья спирали соединяются более слабыми бисульфидными связями. В этих пунктах в радикалах аминокислот располагаются атомы серы, и соединение между ними создает бисульфидную связь: -S-S-. Так возникает третичная структура молекулы белка. Объединяясь в агрегаты, молекулы белка смогут образовывать четвертичную структуру.
Под влиянием термических, химических и других факторов в белке нарушаются бисульфидные и водородные связи. Это приводит к нарушению сложной структуры — денатурации. При этом третичная структура переходит во вторичную и далее — в первичную. Если первичная структура не разрушается, то весь процесс оказывается обратимым, что имеет исключительно важное значение в восстановлении функциональных свойств белковой молекулы после повреждающих воздействий. Белки можно разделить на глобулярные (антитела, гормоны, ферменты) и фибриллярные (коллаген, кератин кожи, эластин).
Биологическая роль белков в клетке и во всех жизненных процессах очень велика. На первом месте стоит их каталитическая функция. Поскольку многие внутриклеточные вещества в химическом отношении инертны и их концентрация в клетке незначительна, реакции в клетках должны бы протекать очень замедленно. Однако благодаря присутствию в клетке биокатализаторов реакции проходят исключительно быстро. Все биокатализаторы (они называются ферментами или энзимами) — вещества белковой природы. Каждую химическую реакцию обусловливает свой биокатализатор.
Всевозможных реакций в цитоплазме клетки осуществляется очень, много, столь же много и биокатализаторов, контролирующих ход этих реакций.
Строительная функция белков сводится к их участию в формировании всех клеточных органоидов и мембраны. Следующая функция белка — сигнальная. Исследования показывают, что факторы внешней и внутренней среды — температурные, химические, механические и другие способны вызвать обратимые изменения структуры, а значит, и свойств белков. Их способность к обратимым, изменениям структуры под влиянием раздражителей лежит в основе важного свойства живого — раздражимости. Восприятие любого раздражителя связано с изменением пространственной упаковки белковой молекулы.
Сократительная функция белка состоит в том, что все виды двигательных реакций клетки выполняются особыми сократительными белками (актин и миозин в мышцах высших животных, сократительные белки в жгутиках и ресничках простейших и др.). При этом, взаимодействуя с АТФ, белки разрушают ее, а сами укорачиваются, вызывая эффект движения.
Транспортная функция белков выражается в способности специфических белков крови обратимо соединяться с органическими и неорганическими веществами и доставлять их в разные органы, и ткани. Так, гемоглобин соединяется с кислородом и диоксидом углерода. Сывороточный белок альбумин связывает и переносит вещества липидного характера, гормоны и др.
Белки выполняют и защитную функцию. В организме в ответ на проникновение в него чужеродных веществ вырабатываются антитела — особые белки, которые нейтрализуют, обезвреживают чужеродные белки.
Белки могут служить источником энергии. Расщепляясь в клетке до аминокислот и далее до конечных продуктов распада — диоксида углерода, воды и азотосодержащих веществ, они выделяют энергию, необходимую для многих жизненных процессов в клетке.
Углеводы встречаются как в животных, так и в растительных клетках, причем в последних их значительно больше-до 80% сухой массы. В живых клетках углеводы могут быть представлены простыми сахарами (моносахаридами Cn(H2O)n, например глюкозой, фруктозой, и сложными соединениями (полисахаридами), такими, как крахмал, клетчатка, гликоген. Глюкоза и фруктоза хорошо растворимы в воде и встречаются в клетках плодов, которым придают сладкий вкус.
По числу атомов углерода простые углеводы делятся на две группы: пентозы (включают 5 атомов углерода), например рибоза, дезоксирибоза (в составе нуклеиновых кислот и АТФ), и гексозы (6 атомов углерода), например галактоза, глюкоза, фруктоза. Молекулы моносахаридов, объединяясь друг с другом, образуют дисахариды например сахарозу (состоит из глюкозы и фруктозы), лактозу (состоит из глюкозы и галактозы). Все они хорошо растворимы в воде. Более сложные полисахариды в воле нерастворимы и сладким вкусом не обладают: например крахмал и клетчатка в растительных клетках, гликоген-в животных клетках.
Углеводы участвуют в построении ряда клеточных структур — клеточной стенки растений, а в сложном сочетании с белками входят в состав костей, хрящей, связок, сухожилий Кроме того, углеводы служат источником энергии, которая расходуется на движение клеток, секрецию, синтез белков и любые другие формы деятельности клетки.
Жиры представляют собой соединение трехатомного спирта глицерина с жирными кислотами. Их содержание в клетках составляет 5-15% от сухой массы, а в некоторых клетках-до 90%. Наряду с жирами в клетках встречаются жироподобные вещества — липоиды, представляющие собой эфиры жирных кислот и спиртов, но не глицерина. Подобно жиру, они нерастворимы в воде и обычно присутствуют в клетке в соединении с белками, образуя с ними комплексы — липопротеиды. Жиры и жироподобные вещества содержатся в клеточных мембранах и ядре, входят в состав оболочек нервных волокон, регулируют поступление жирорастворимых веществ внутрь клетки и за ее пределы. Жиры служат источником воды, которая выделяется при их окислении. Они плохо проводят тепло и могут поэтому выполнять функцию теплоизоляции. Некоторые липоиды входят в состав гормонов половых желез и надпочечников, провитамина D, желтка яйцеклеток и др. Жиры — источник энергии.
липоиды
Нуклеиновые кислоты — это высокомолекулярные органические соединения, имеющие первостепенное биологическое значение. Впервые они были обнаружены в ядре клеток (в конце XIX в.), отсюда и получили соответствующее название (нуклеус — ядро). Нуклеиновые кислоты хранят и передают наследственную информацию. Подробнее см. «Нуклеиновые кислоты»

15 . Органические вещества в клетках, их назначение.

Органические соединения составляют в среднем 20—30% массы клетки живого организма. К ним относятся биологические полимеры — белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул — гормонов, пигментов, АТФ и многие другие.

В различные типы клеток входит неодинаковое количество органических соединений. В растительных клетках преобладают сложные углеводы — полисахариды, в животных — больше белков и жиров. Тем не менее, каждая из групп органических веществ в любом типе клеток выполняет сходные функции.

Липиды — так называют жиры и жироподобные вещества (липоиды). Относящиеся сюда вещества характеризуются растворимостью в органических растворителях и нерастворимостью (относительной) в воде.

Различают растительные жиры, имеющие при комнатной температуре жидкую консистенцию, и животные — твердую.

Функции липидов:

• структурная — фосфолипиды входят в состав клеточных мембран;

• запасающая — жиры накапливаются в клетках позвоночных животных;

• энергетическая — треть энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров, которые используются и как источник воды;

• защитная — подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений;

• теплоизоляционная — подкожный жир помогает сохранить тепло;

• электроизоляционная — миелин, выделяемый клетками Шванна, изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов;

• питательная — желчные кислоты и витамин D образуются из стероидов;

• смазывающая — воски покрывают кожу, шерсть, перья животных и предохраняют их от воды; восковым налетом покрыты листья многих растений; воск используется пчелами в строительстве сот;

• гормональная — гормон надпочечников — кортизон и половые гормоны имеют липидную природу, их молекулы не содержат жирных кислот.

При расщеплении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии.

Углеводы

В состав углеводов входят углерод, водород и кислород. Различают следующие углеводы. При расщеплении 1 г вещества выделяется 17,6 кДж энергии.

  • Моносахариды, или простые углеводы, которые в зависимости от содержания атомов углерода имеют названия триозы, пентозы, гексозы и т. д. Пентозы — рибоза и дезоксирибоза — входят в состав ДНК и РНК. Гексоза – глюкоза — служит основным источником энергии в клетке.

  • Полисахариды — полимеры, мономерами которых служат моносахариды гексозы. Наиболее известными из дисахаридов (два мономера) являются сахароза и лактоза. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и гликоген, служащие запасными веществами клеток растений и животных, а также целлюлоза — важнейший структурный компонент растительных клеток.

Растения обладают большим разнообразием углеводов, чем животные, так как способны синтезировать их на свету в процессе фотосинтеза. Важнейшие функции углеводов в клетке: энергетическая, структурная и запасающая.

Энергетическая роль состоит в том, что углеводы служат источником энергии в растительных и животных клетках; структурная — клеточная стенка у растений почти полностью состоит из полисахарида целлюлозы; запасающая — крахмал служит запасным продуктом растений. Он накапливается в процессе фотосинтеза в вегетационный период и у ряда растений откладывается в клубнях, луковицах и т. д. В животных клетках эту роль выполняет гликоген, откладывающийся преимущественно в печени.

Белки

Среди органических веществ клетки белки занимают первое место, как по количеству, так и по значению. У животных на них приходится около 50% сухой массы клетки. В организме человека встречается около 5 млн. типов белковых молекул, отличающихся не только друг от друга, но и от белков других организмов. Несмотря на такое разнообразие и сложность строения, белки построены всего из 20 различных аминокислот. Часть белков, входящих в состав клеток органов и тканей, а также аминокислоты, поступившие в организм, но не использованные в синтезе белка, подвергаются распаду с освобождением 17,6 кДж энергии на 1 г вещества.

Белки выполняют в организме много разнообразных функций: строительную (входят в состав различных структурных образований); защитную (специальные белки — антитела — способны связывать и обезвреживать микроорганизмы и чужеродные белки) и др. Кроме этого, белки участвуют в свертывании крови, предотвращая сильные кровотечения, выполняют регуляторную, сигнальную, двигательную, энергетическую, транспортную функции (перенесение некоторых веществ в организме).

Исключительно важное значение имеет каталитическая функция белков. Термин «катализ» означает «развязывание», «освобождение». Вещества, относимые к катализаторам, ускоряют химические превращения, причем состав самих катализаторов после реакции остается таким же, каким был до реакции.

Ферменты

Все ферменты, выполняющие роль катализаторов, — вещества белковой природы, они ускоряют химические реакции, протекающие в клетке, в десятки и сотни тысяч раз. Каталитическую активность фермента обусловливает не вся его молекула, а только небольшой ее участок — активный центр, действие которого очень специфично. В одной молекуле фермента может быть несколько активных центров.

Одни молекулы ферментов могут состоять только из белка (например, пепсин) — однокомпонентные, или простые; другие содержат два компонента: белок (апофермент) и небольшую органическую молекулу — кофермент. Установлено, что в качестве коферментов в клетке функционируют витамины. Если учесть, что ни одна реакция в клетке не может осуществляться без участия ферментов, становится очевидным то важнейшее значение, которое имеют витамины для нормальной жизнедеятельности клетки и всего организма. Отсутствие витаминов снижает активность тех ферментов, в состав которых они входят.

Активность ферментов находится в прямой зависимости от действия целого ряда факторов: температуры, кислотности (pH среды), а также от концентрации молекул субстрата (вещества, на которое они действуют), самих ферментов и коферментов (витаминов и других веществ, входящих в состав коферментов).

Стимулировать или угнетать тот или иной ферментативный процесс может действие различных биологически активных веществ, как-то: гормоны, лекарственные препараты, стимуляторы роста растений, отравляющие вещества и др.

Витамины

Витамины — биологически активные низкомолекулярные органические вещества — участвуют в обмене веществ и преобразовании энергии в большинстве случаев как компоненты ферментов.

Суточная потребность человека в витаминах составляет миллиграммы, и даже микрограммы. Известно более 20 различных витаминов.

Источником витаминов для человека являются продукты питания, в основном растительного происхождения, в некоторых случаях — и животного (витамин D, A). Некоторые витамины синтезируются в организме человека.

Недостаток витаминов вызывает заболевание — гиповитаминоз, полное их отсутствие — авитаминоз, а излишек — гипервитаминоз.

Гормоны

Гормоны — вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции и некоторыми нервными клетками — нейрогормонами. Гормоны способны включаться в биохимические реакции, регулируя процессы метаболизма (обмена веществ и энергии).

Характерными особенностями гормонов являются:1)высокая биологическая активность;2)высокая специфичность (гормональные сигналы в «клетки-мишени»);3)дистанционность действия (перенос гормонов кровью на расстояние к клеткам-мишеням);4)относительно небольшое время существования в организме (несколько минут или часов).

Нуклеиновые кислоты

Существует 2 типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая) и РНК (рибонуклеиновая кислота).

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота, нуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех молекул фосфорной кислоты.

Структура неустойчива, под влиянием ферментов переходит в АДФ – аденозиндифосфорную кислоту (отщепляется одна молекула фосфорной кислоты) с выделением 40 кДж энергии. АТФ — единый источник энергии для всех клеточных реакций.

Особенности химического строения нуклеиновых кислот обеспечивают возможность хранения, переноса и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой ткани на определенном этане индивидуального развития.

Нуклеиновые кислоты обеспечивают устойчивое сохранение наследственной информации и контролируют образование соответствующих им белков-ферментов, а белки-ферменты определяют основные особенности обмена веществ клетки.

Билет № 5. 1. Органические вещества клетки, их характеристика

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 13

1. Органические вещества клетки, их характеристика.

Органические вещества клетки: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, АТФ. Макромолекулы — крупные и сложные по строению молекулы органических соединений, состоящие из более простых молекул — «кирпичиков».
2. Углеводы — органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода.
3. Строение углеводов. Простые углеводы — глюкоза, фруктоза. Наличие глюкозы в составе фруктов, овощей, крови человека, фруктозы — в составе фруктов и меда. Сложные углеводы — макромолекулы, состоящие из остатков молекул простых углеводов. Примеры сложных углеводов: целлюлоза (клетчатка), крахмал, гликоген — животный крахмал, образующийся в печени. Образование молекул целлюлозы, крахмала и гликогена из остатков молекул глюкозы. Наличие в одной молекуле крахмала от нескольких сотен до нескольких тысяч остатков молекул глюкозы, а в составе молекулы целлюлозы — свыше 10000 звеньев. Прочность и нерастворимость молекул сложных углеводов.
4. Роль углеводов в организме:
— запасающая — способность сложных углеводов накапливаться, образуя запас питательных веществ. Примеры: накопление крахмала в клетках клубней картофеля, корневищ многих растений; образование из молекул глюкозы и накопление в клетках печени гликогена;
— энергетическая — способность молекул углеводов окисляться до углекислого газа и воды с освобождением 17,6 кДж энергии при окислении 1 г углеводов;
— структурная. Углеводы — составная часть различных частей и органоидов клетки. Пример: наличие клеточной оболочки, состоящей из целлюлозы и играющей роль наружного скелета у растений.
5. Жиры — органические вещества. Гидрофоб-ность (нерастворимость в воде) — главное свойство жиров.
6. Содержание жиров в клетках в среднем от 5 до 15% , в клетках жировой ткани — до 90% .
7. Роль жиров в организме:
— энергетическая — способность окисляться до углекислого газа и воды с освобождением энергии (38,9 кДж энергии при окислении 1 г жиров);
— структурная. Жиры входят в состав плазматической мембраны;
—- запасающая — способность жиров накапливаться в подкожной жировой клетчатке у животных, в семенах некоторых растений (подсолнечник, кукуруза и др.);
— терморегуляционная: защита организма от охлаждения у ряда животных — тюленей, моржей, китов, медведей и др.;
— защитная: у ряда животных защита организма от механических повреждений, предохранение от смачивания водой перьев или волосяного покрова.
Белки – это сложные биополемеры мономерами которых являются аминокислоты.

Белки — незаменимый строительный материал. Одной из важнейших функций белковых молекул является пластическая. Все клеточные мембраны содержат белок, роль которого здесь разнообразна.

Многие белки обладают сократительной функцией. Это прежде всего белки актин и миозин, входящие в мышечные волокна высших организмов.

Велика роль белков в транспорте веществ в организме. Имея различные функциональные группы и сложное строение макромолекулы, белки связывают и переносят с током крови многие соединения. Это прежде всего гемоглобин, переносящий кислород из легких к клеткам. В мышцах эту функцию берет на себя еще один транспортный белок — миоглобин.

Еще одна функция белка — запасная. К запасным белкам относят альбумин — белок яйца,казеин — белок молока

Регуляторную функцию выполняют белки-гормоны.

Гормоны — биологически активные вещества, которые оказывают влияние на обмен веществ.. Одним из наиболее известных белков-гормонов является инсулин.

Другая функция белков — защитная. На ее основе создана отрасль науки, названная иммунологией (антитела).

В последнее время в отдельную группу выделены белки с рецепторной функцией. Есть рецепторы звуковые, вкусовые, световые и др. рецепторы.

Возможность быстрого переваривания продуктов в живом организме осуществляется благодаря присутствию в клетках особых биологических катализаторов — ферментов.

Ферменты — это специфические белки, входящие в состав всех клеток и тканей живых организмов играющие роль биологических катализаторов.

Подобно белкам, нуклеиновые кислоты — биополимеры, а их функция заключается в хранении, реализации и передаче генетической (наследственной) информации в живых организмах.

Существует два типа нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Мономерами в нуклеиновых кислотах служат нуклеотиды. Каждый из них содержит азотистое основание, пятиуглеродный сахар (дезоксирибоза — в ДНК, рибоза — в РНК) и остаток фосфорной кислоты.

В ДНК входят четыре вида нуклеотидов, отличающихся по азотистому основанию в их составе, — аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). В молекуле РНК также имеется 4 вида нуклеотидов с одним из азотистых оснований — аденином, гуанином, цитозином и урацилом (У). Таким образом, ДНК и РНК различаются как по содержанию сахара в нуклеотидах, так и по одному из азотистых оснований

2. Витамины, их роль в обмене веществ.

Витамины, их роль в организме человека.
Необходимость витаминов — биологически активных органических веществ — для нормальной жизнедеятельности организма человека, кроме белков, жиров, углеводов, воды, минеральных солей. Участие витаминов в биохимических и физиологических процессах как важнейших регуляторах жизнедеятельности. Потеря многими ферментами активности при отсутствии витаминов.
2. Авитаминозы и гипервита минозы. Поступление в организм человека витаминов с растительной и животной пищей. Синтез некоторых витаминов, например витамина D, в организме: образование под действием солнечных лучей в коже вещества, которое затем превращается в витамин D. Появление серьезных заболеваний — авитаминозов (длительный недостаток витаминов) и гипервитаминозов (избыток витаминов в организме). Заболевание цингой при недостатке витамина С, «куриной слепотой» при отсутствии витамина А, рахитом при недостатке витамина D у детей. Витамины должны поступать в организм постоянно и в необходимых дозах.
3. Способы сохранения витаминов в пище. Значительное снижение содержания витаминов в пище при неправильном хранении продуктов и кулинарной обработке. Так, витамин С легко разрушается при нагревании и соприкосновении с кислородом, с металлической посудой. Поэтому овощи надо чистить в момент приготовления пищи, опускать в кипящую воду, варить в эмалированной посуде.

3. 3.Укажите способы размножения следующих растений: пшеницы, картофеля, земляники.

Пшеница – семенами, картофель – семенами, клубгыми и глазками, земляника усами и семенами.

Date: 2015-06-07; view: 5405; Нарушение авторских прав

Понравилась страница? Лайкни для друзей:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *