ХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ

Химическая организация клетки — это раздел биологии, в котором рассматриваются химические вещества и какую роль они играют внутри клетки.

Свойства воды

1. Полярность молекул

• Атом кислорода заряжен отрицательно, водорода – положительно
• Участие в биохимических процессах

2. Фазовые состояния

• Вода может быть в трех состояниях (жидком, газообразном, твердом)
• Охлаждение организмов в результате потоотделения, транспирации

3. Тепловые свойства

• Большая теплоемкость и теплопроводность
• Возможность хранить и передавать тепло по частям организма

Функции воды

1. Универсальный растворитель

• Среда для биохимических реакций
• Осмотическое давление, разделение веществ на растворимые и нерастворимые

2. Межмолекулярная связь

• Транспорт веществ в клетке и организме
• Участие в терморегуляции

3. Форма и упругость клетки

• Несжимаемость воды
• Тургор, изменение объема

4. Источник кислорода

• Выделяется при фотосинтезе (фотолиз)

5. Испарение

• С потерей воды теряется тепло

6. Теплоемкость и теплопроводность

• Удержание и распределение тепла в организме
• Отсутствие перепадов температур в водной среде

Отношение веществ к воде

Гидрофильные (полярные, растворимые в воде)

• Моносахариды, минеральные соли, аминокислоты, водорастворимые витамины (С, гр. В)

Гидрофобные (неполярные, нерастворимые в воде)

• Липиды, полисахариды, ДНК, РНК, многие белки, жирорастворимые витамины (DEKA)

А — процесс объединения гидрофобных веществ в большие капли, а затем образование плёнки
Б — гидрофильная головка и гидрофобный хвост
В — Объединение фосфолипидов в «мицеллу» — снаружи гидрофильные головки, внутри гидрофобные хвосты.

Биополимеры: органические вещества клетки

Биополимеры являются высокомолекулярными органическими веществами, состоящими из мономерных звеньев. Эти важные молекулы включают различные органические соединения, такие как белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), витамины и гормоны.

Классификация биополимеров:

1) Полимерные структуры:

• Белки
• Полисахариды: Крахмал, клетчатка, гликоген
• Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК

2) Неполимерные структуры:

• Липиды

Регулярность звеньев:

Полимеры могут быть разделены на две категории в зависимости от повторения звеньев в их структуре:

• Регулярные: Состоят из однотипных повторяющихся звеньев, как, например, полисахариды.
• Нерегулярные: Звенья не повторяются, как в случае нуклеиновых кислот и белков.

Функции в организме:

Биополимеры играют ключевую роль в многих биологических процессах. В пищеварительной системе и лизосомах, в подготовительном этапе энергетического обмена, полимеры распадаются до мономеров. Этот процесс обеспечивает необходимые строительные блоки для роста и ремонта тканей, а также энергию для жизнедеятельности организма.

Заключение:

Биополимеры включают в себя различные органические соединения, которые являются жизненно важными для живых организмов. Их уникальная структура и функции делают их неотъемлемой частью множества биологических процессов, от пищеварения до хранения генетической информации.

Углеводы

Моносахариды – хорошо растворимы в воде, имеют сладкий вкус. Они являются основными источниками энергии в клетках:

• Глюкоза (6 атомов С) – мономер крахмала и гликогена, основной источник энергии.
• Фруктоза (6 атомов С) – обеспечивает энергией движение сперматозоидов.
• Галактоза (6 атомов С) — входит в состав лактозы.
• Рибоза и дезоксирибоза (5 атомов С) – входят в состав РНК и ДНК.

Дисахариды состоят из двух моносахаридов, растворимы в воде:

• Сахароза (глюкоза + фруктоза) — тростниковый сахар.
• Лактоза (глюкоза + галактоза) — молочный сахар, источник энергии для детенышей.
• Мальтоза (глюкоза + глюкоза) — солодовый сахар.

Полисахариды — биополимеры, состоящие из моносахаридов:

• Крахмал — запасное питательное вещество растений.
• Гликоген — запасной углевод в клетках животных и грибов.
• Целлюлоза (клетчатка) — структурный углевод клеточной стенки растений.
• Хитин — в клеточных стенках грибов, наружном скелете членистоногих.
• Муреин (пептидогликан) — клеточная стенка бактерий.

Функции углеводов:

1. Энергетическая — основной источник энергии в клетке.
2. Структурная (строительная) – состав клеточных стенок.
3. Запасающая функция – крахмал в растениях, гликоген в животных и грибах.
4. Рецепторная — рецепторы гликокаликса на мембранах клеток животных.
5. Рибоза и Дезоксирибоза — составляющие ДНК.

Липиды

Липиды представляют собой разнообразную группу органических соединений, которые не растворимы в воде, но хорошо растворимы в органических средствах, таких как эфир, хлороформ и бензин. Их гидрофобная природа делает их ключевыми элементами клеточных мембран, отделяя содержимое клетки от внешней среды. Липиды присутствуют во всех клетках и имеют различные формы и функции.

Классификация липидов:

1) Простые липиды:

• Жиры: Состоят из глицерина и жирных кислот. У растений жирные кислоты ненасыщенные и жидкие, у животных насыщенные и твёрдые.
• Воски: Используются растениями для защиты от потери воды и насекомыми в ульях.

2) Сложные липиды:

• Фосфолипиды: Образуют билипидный слой мембраны клетки, включая гидрофильную часть (остаток фосфорной кислоты) и гидрофобную часть (жирные кислоты).
• Стероиды: Не содержат кислотных остатков. Холестерин укрепляет мембрану и участвует в образовании стероидных гормонов надпочечников.

Функции липидов:

• Структурная: Жиры и фосфолипиды формируют клеточные мембраны, а гликолипиды являются составными частями мозга и нервных клеток.
• Энергетическая: Расщепление 1 г жира высвобождает в 2 раза больше энергии, чем углеводы и белки.
• Запасающая: Жиры служат запасом энергии и могут накапливаться в жировой ткани.
• Защитная: Жиры защищают ткани от механических повреждений.
• Теплоизоляционная: Жиры сохраняют тепло у водных млекопитающих и выполняют защитную функцию в семенах растений.
• Регуляторная: Жиры являются составляющими витаминов и гормонов, таких как половые гормоны.
• Источник метаболической воды: Окисление 100 г жира создает около 105 мл воды, что используется животными в пустыне и во время спячки.

БЕЛКИ

Строение белков: уровни и динамика

Белки представляют собой сложные молекулы, имеющие различную пространственную конфигурацию. Строение белка может быть описано на четырех разных уровнях:

1) Первичная структура:

• Цепочка аминокислот, соединенных пептидными связями.
• Образуется в рибосомах.
• Определяет все последующие структуры белка.

2) Вторичная структура:

• Принимает форму спирали или складки.
• Водородные связи поддерживают эту структуру, соединяя витки спирали.

3) Третичная структура:

• Пространственная глобулярная форма.
• Образуется благодаря гидрофобным, ионным и дисульфидным связям.
• Легко изменяется из-за слабости связей.

4) Четвертичная структура:

• Комплекс, объединяющий несколько третичных структур.
• Обеспечивается водородными, ионными и гидрофобными связями.
• Характерна только для некоторых белков, например, гемоглобина.

Денатурация и ренатурация:

Денатурация – это изменение природной структуры белка под влиянием различных факторов, таких как температура, кислоты, щелочи и облучение. Она может быть:

• Обратимой: Первичная структура сохраняется, и происходит восстановление природной структуры белка (ренатурация).
• Необратимой: Разрушение пептидных связей первичной структуры.

Разнообразие функций белков: ключевые роли в жизнедеятельности организма

1. Катализаторы реакций: Ферменты, такие как амилаза и ДНК-полимераза, ускоряют химические процессы, разлагая сложные молекулы на более простые составляющие.
2. Транспорт веществ: Транспортные белки, например гемоглобин и альбумин, переносят молекулы и ионы через мембраны и ткани.
3. Регуляция физиологических процессов: Белковые гормоны, такие как инсулин и адреналин, контролируют различные функции в организме, от уровня глюкозы в крови до работы сердца.
4. Строительные элементы: Компоненты, такие как коллаген и кератин, формируют структуры в теле, включая кожу, волосы и мышцы.
5. Обеспечение защиты: Белки-антитела и фибриноген играют ключевую роль в иммунной системе и свертывании крови.
6. Двигательные функции: Актин и миозин позволяют мышцам сокращаться, обеспечивая движение и поддержание тела.
7. Энергетический запас: Белки как казеин и овальбумин служат источником аминокислот и могут быть использованы как энергетический запас.
8. Токсическая роль: Некоторые белки, такие как нейротоксины в змеиных ядах, могут иметь отравляющие свойства.
9. Энергетический вклад: Распад белков может высвободить энергию, необходимую для различных процессов в клетке.