ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ (в % на сырую массу)
Неорганические вещества
Вода (70-80)
Минеральные соли (1,0 – 1,5)
Органические вещества
Липиды (1 – 5)
Углеводы (0,2 – 20)
Нуклеиновые кислоты
ДНК, РНК (1,0 – 2,0)
АТФ и др. (0,1 – 0,5)
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ
Элементы
Биологическое значение
МАКРОЭЛЕМЕНТЫ концентрация > 0,001% (около 98% массы клетки)
О, С, Н, N
Входят в состав органических веществ клетки (органогены), воды;
Фосфор Р
Входит в состав ДНК, РНК, АТФ, ферментов, костной ткани и эмали зубов;
Кальций Ca+2
Входит в состав костей и зубов, активизирует свертывание крови, участвует в мышечных сокращениях; При недостатке - развивается остеопороз (мягкость, пористость костей), замедление роста скелета;
Калий K+
Регуляция сердечных сокращений, проведение нервных импульсов; При недостатке - аритмия сердечных сокращений, внезапная смерть при увеличении нагрузок;
Натрий Na+
Вместе с калием формирует электрический потенциал мембран клеток (передача сигналов в нервных и мышечных клетках); Поддерживает осмотическое давление и рН.
При недостатке - головная боль, слабая память, потеря аппетита;
Хлор Cl-
Компонент желудочного сока (HCl) , активизирует ферменты желудка;
Сера S
Входит в состав белков, витаминов и ферментов;
Железо Fe+3
Входит в состав гемоглобина, транспорт кислорода; Участвует в синтезе хлорофилла;
При недостатке – анемия;
Магний Mg+2
Входит в состав хлорофилла у растений, содержится в костях и зубах;
При недостатке - мускульные судороги, потеря жидкости организмом;
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ концентрация от 0,001% до 0,000001% (1,9% массы клетки).
Йод I-
Входит в состав тироксина – гормона щитовидной железы (регуляция роста и обмена веществ). При недостатке – кретинизм и микседема;
Фтор F
Входит в состав эмали зубов. При недостатке - разрушение зубов
Кобальт Co
Входит в состав витамина В12;
Марганец Mn
Повышает урожайность растений, активирует процессы фотосинтеза; Влияет на процессы кроветворения.
Молибден Mo
Отвечает за использование железа, за задержку фтора в организме
Цинк Zn
Входит в состав инсулина – гормона поджелудочной железы, усиливает активность половых желез.
Медь Cu+2
Участвует в процессах кроветворения, фотосинтеза; Входит в состав ферментов.
УЛЬРАМИКРОЭЛЕМЕНТЫ концентрация < 0,000001% (0,01% массы клетки). Функции плохо изучены;
Золото (Au), серебро (Ag) оказывают бактерицидное воздействие; Ртуть (Hg) подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Cелен (Se), при его недостатке развиваются раковые заболевания. Так же сюда относят платину (Pt) и цезий (Cs).
Минеральные соли содержаться в клетке в виде катионов и анионов
K+, Na+, Ca2+ , Mg2+
Cl–, NO3- , PO4 2-, CO32-, НPO42-.
Разность между количеством катионов и анионов (Nа+, К+, Сl-) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.
Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую
рН внутриклеточной среды организма на уровне 6,9.
Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7,4.
ВОДА
Свойства воды
Роль в жизни клеток
1) Универсальный растворитель;
все биохимические реакции протекают в водных растворах;
- гидролиз (расщепление);
окислительно-восстановительные реакции обмена веществ;
(прим. вода является источником О2 при фотосинтезе);
2) Теплоемкость и теплопроводность;
- поддержание теплового равновесия (теплорегуляция);
3) Высокая интенсивность испарения;
- защита от перегрева (при испарении происходит охлаждение организма);
4) Несжимаемость;
- поддержание формы клетки за счет тургора (давление цитоплазмы на клетку);
- является гидростатическим скелетом;
5) Высокая сила поверхностного натяжения;
- восходящий и нисходящий ток веществ в растении;
- движение крови в капиллярах;
Органические соединения
углеводы или сахариды, — органические вещества, в состав которых входит углерод, кислород, водород. Это полимеры (сложные вещества), состоящие из мономеров, например глюкозы (простых, повторяющихся частей)
1) Моносахариды Хорошо растворимы в воде, сладкие на вкус; Состоят из одной молекулы («моно»);
* Глюкоза – источник энергии при клеточном дыхании;
* Фруктоза – составная часть нектара цветов и фруктовых соков;
* Рибоза и дезоксирибоза – структурные элементы нуклеотидов, циклическая структура молекулы глюкозы
2) диахариды Хорошо растворимы в воде, сладкие на вкус; Образованы двумя остатками моносахаридов («ди»);
* Сахароза (глюкоза + фруктоза) – основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях;
* Лактоза (глюкоза + галактоза) – входит в состав молока
3) Полисахариды Нерастворимы в воде (плохо растворимы), не сладкие; Состоят из множества молекул простых углеводов
* Крахмал – запасное питательное вещество растений;
* Целлюлоза (клетчатка) – клеточная стенка (оболочка) растений;
* Хитин – клеточная стенка грибов, экзоскелет членистоногих;
* Гликоген - запасное питательное вещество животных и грибов.
ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ:
Энергетическая - при расщеплении 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии;
Структурная (целлюлозная клеточная стенка растений);
Запасающая (крахмал и гликоген – источники глюкозы);
Рецепторная (гликокаликс у животных клеток);
ЛИПИДЫ
Липиды — производные высших жирных кислот и глицерина, нерастворимы в воде (гидрофобны), но хорошо растворимы в органических растворителях (эфире, хлороформе, бензине). Состоят из атомов водорода, кислорода и углерода. Сюда относятся: жиры, масла, воска, триглицериды, фософолипиды, липоиды;
ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ:
Энергетическая – эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж энергии;
Запасающая – жиры, откладываются в запас в тканях позвоночных животных.
Защитная и теплоизоляционная – гиподерма защищает организм от механических повреждений и переохлаждения.
Структурная (строительная) – фосфолипиды входят в состав клеточных мембран.
Смазывающая – воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений.
Гормональная (регуляторная) – гормон надпочечников – кортизон и половые гормоны имеют липидную природу.
Источник метаболической воды в организме
(прим.: в горбах верблюдов из 1 гр жира образуется 1,1 мл воды);
БЕЛКИ
Белки — биополимеры, состоящие из мономеров - аминокислот, соединенных пептидной связью.
Состоят из кислорода, водорода, углерода и азота;
В аминокислотах выделяют три функциональные группы:
Радикал – разный для всех АК;
Аминогруппу — NH2 с основными свойствами;
Карбоксильную группу — COOH с кислотными свойствами.
УРОВНИ СТРУКТУРЫ БЕЛКА:
1) ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА = цепочка аминоксилот;
Это последовательность АК в полипептидной цепи, связанных пептидыми связями (возникающими между аминогруппой одной АК и карбоксигруппой другой).
Именно 1-чная структура определят свойства молекул белка;
2) ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА = спираль;
Полипептидная цепь, закрученная в виде спирали, закрепленная водородными связями (между карбоксигруппами и аминогруппами, расположенными на соседних витках спирали).
На уровне вторичной структуры существуют белки: фиброин (шелк, паутина), кератин (волосы, ногти), коллаген (сухожилия).
3) ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТРУРА = глобула;
Закрученная в пространстве спираль в виде глобулы (шара, клубка);
В стабилизации третичной структуры принимают участие следующие связи:
а-спираль ковалентные, ионные, водородные, гидрофобные, дисульфидные, электростатические; На уровне 3чной структуры существуют ферменты, антитела, некоторые гормоны.
4) ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРА.
Это сложная структура, состоящая из 2ух и более глобул; В стабилизации участвуют связи, что и при образовании 3чной структуры; Пример – гемоглобин (образован двумя α-субъединицами двумя β-субъединицами , с каждой связана молекула гема, содержащая Fe);
СВОЙСТВА БЕЛКОВ:
Денатурация - нарушение структуры белка под воздей- ствием высокой температуры, химических в-в, радиации А) необратимая – если восстановление пространствен- ной структуры невозможно (прим.: варка яиц);
Б) обратимая – если возможно восстановление утраченной структуры (прим.: белки плазмалеммы);
Ренатурация – восстановление структуры белка после обратимой денатурации, происходит при восстановлении и нормальных условий;
Функции белка:
Строительная (структурная) – входят в состав мембран (гликопротеины), волос (кератин), сухожилий (коллаген);
Транспортная – гемоглобин переносит О2 и СО2;
Ферментативная (каталитическая) – все ферменты имеют белковую природу и ускоряют биохимические реакции;
Двигательная – белки актин и миозин обеспечивают сокращение мышц;
Защитная – белки – антитела крови участвуют в иммунных реакциях;
Регуляторная – гормоны белковой природы регулируют обмен веществ (прим.: инсулин регулирует уровень сахара в крови);
Энергетическая - при распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж энергии;
Запасающая – примеры: альбумин яйца, казеин молока;
Сигнальная – некоторые белки мембраны клетки, меняют свою структуру в зависимости от факторов внешней среды, т.о. передавая сигнал в клетку.
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
ДНК и РНК – биополимеры, состоящие из мономеров – нуклеотидов; они хранят и передают наследственную информацию и определяют синтез белка.
Азотистое основание
Моносахарид
Остаток фосфорной кислоты
Пиримидиновые: урацил (У), тимин (Т), цитозин (Ц)
Пуриновые: аденин (А), гуанин (Г)
Пятиуглеродный сахар (рибоза или дезоксирибоза) «Фосфат» РО4
Виды нуклеотидов (в зависимости от азотистого основания, входящего в состав): адениловый, гуаниловый, цитидиловый, тимидиловый, уридиловый.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) Двуцепочечная спираль (открыли Уотсон и Крик, 1953), способна к самоудвоению (репликации);
Цепи ДНК антипараллельны, то есть против 3'-конца одной цепи находится 5'-конец другой. Расстояние между соседними нуклеотидами - 0,34 нм,
На один оборот спирали приходится 10 пар нуклеотидов.
МономерДНК – дезоксирибонуклеотид:
Азотистое основание (А, Т, Г, Ц),
Сахар дезоксирибоза,
Остаток фосфорной кислоты
Цепи ДНК удерживаются благодаря водородным связям между азотистыми основаниями по принципу комплементарности (ПК):
А = Т (2 водородных связи), Г ≡ Ц (3 водородных связи)
Правило Чаргаффа:
[ А ] + [ Г ] =
пуриновые основания
[ Т ] + [ Ц ]
пиримидиновые основания
= 50%
ПРИМЕР (репликация ДНК - по ПК к первой цепи строится вторая): 1 цепь ДНК: А А А Ц Т Т Г Г Г
2 цепь ДНК: Т Т Т Г А А Ц Ц Ц
ФУНКЦИИ ДНК:
Образует хромосомы (в результате спирализации самой на себя с помощью белков гистонов);
Хранение и передача наследственной информации, генетического кода;
Кодирует первичную структуру белка;
Участвует в биосинтезе РНК и белков (является матрицей);
РНК (рибонуклеиновая кислота)
Образована одной полинуклеотидной
цепочкой; Мономеры – рибонуклеотиды:
Азотистое основание (А, У, Г, Ц)
Сахар рибоза
Остаток фосфорной кислоты
Принцип комплементарности: А = У, Г = Ц;
ПРИМЕР (транскрипция – синтез иРНК с использованием ДНК в качестве матрицы): ДНК: А Г Ц А Т Т Ц Г А
иРНК: У Ц Г У А А Г Ц У
Виды РНК:
1) иРНК ' мРНК (информационная ' матричная).
Переносят информацию о структуре белка к месту синтеза белка (из ядра в цитоплазму);
2) рРНК (рибосомальная) – входит в состав рибосом, обеспечивает связывание иРНК и рибосомы;
3) тРНК (транспортная) – транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка; Имеет форму «клеверного листа».
Одна тРНК переносит только 1 аминокислоту. Поэтому тРНК отличаются по триплету нуклеотидов (антикодону) – он по генетическому коду комплементарен кодону иРНК, кодирующую соответственную АК
АТФ
Аденозинтрифосфат (аденозинтрифосфорнаякислота)
Синтезируется в митохондриях (подробнее смотри лекцию № 21)
АТФ - мононуклеотид, в состав которого входит:
азотистое основание - аденин,
углевод - рибоза,
три остатка фосфорной кислоты
Между фосфатами образуются МАКРОЭРГИЧЕСКИЕ СВЯЗИ
При отщеплении фосфата, АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфат). При распаде АДФ образуется АМФ
(аденозинмонофофат). При каждом отщеплении фосфата высвобождается около 30,5 кДж энергии;
Смотрите мои лекции по биологии и статьи по другим темам на канале
Спасибо за внимание!