Химическая организация клетки Возможен ли

Химическая организация клетки

• Возможен ли плазмолиз и деплазмолиз в животных клетках и почему? • Почему при больших кровопотерях человеку переливают физиологический раствор (0, 9%-ный раствор Na. Cl)? Что произойдет, если клетки крови поместить: а) в 0, 09%-ный раствор Na. Cl; б) в 9%-ный раствор Na. Cl? • Почему после острой и соленой пищи хочется пить? Почему употребление острой и соленой пищи приводит к гипертонии? • Почему у пресноводных одноклеточных животных развиты сократительные вакуоли, а у морских, как правило, отсутствуют? Почему в клетках пресноводных многоклеточных животных нет сократительных вакуолей? • 10)Почему для борьбы с сорняками дорожки посыпают солью? Какие экологические последствия может иметь такой метод борьбы?

I. Неорганические вещества клетки 1. Свойства и значение воды в организме (§ 7); 2. Минеральные вещества клетки (§ 8). II. Органические вещества клетки 1. Классификация углеводов, их свойства и значение (§ 9); 2. Классификация липидов, их свойства и значение (§ 10); 3. Строение и функции белков (§ 11); 4. Строение и функции нуклеиновых кислот: значение и строение ДНК; виды РНК, их значение; отличия ДНК и РНК (§ 12); 5. Строение и значение АТФ в клетке (§ 13); 6. Витамины, их роль в клетке (§ 13). III. Вирусы

Основные термины темы • • • Макроэлементы • Микроэлементы • Ультрамикроэлементы • Гидрофильность • Гидрофобность • Буферность • Биополимер • Моносахариды • Полисахариды • Фермент Кофермент Аминокислота Нуклеотид Принцип комплементарности Макроэргическая связь Витамин Пептидная связь Денатурация

Особенности химического состава клетки • Элементарный состав клетки как доказательство единство живой природы (различные клетки включают в себя одни и те же химические элементы); • Элементарный состав клетки как доказательство единства живой и неживой природы (нет ни одного химического элемента, содержащегося в живых организмах, который не был бы найден в телах неживой природы)

Три группы элементов по содержанию их в живых организмах • Макроэлементы (до 0, 001): O, C, N, H, P, K, S, Fe, Mg, Na, Cl • Микроэлементы (от 0, 001 до 0, 000001): B, Co, Cu, Mo, Zn, V, I, Br • Ультрамикроэлементы (менее 0, 000001): U, Ra, Au, Hg, Be, Cs, Se 80 элементов из таблицы Менделеева обнаружено в составе клетки

Вещества в составе организма Неорганические Органические Соединения Ионы Малые молекулы Биополимеры Вода Анионы Моносахариды Полисахариды Аминокислоты Белки Соли, кислоты и др. Катионы Нуклеотиды Липиды Другие Нуклеиновые кислоты

Свойства и значение воды Две формы воды в клетке: Свободная – находится в межклеточных пространствах, сосудах, вакуолях, полостях органов. Служит для переноса веществ из окружающей среды в клетку и наоборот; Связанная – входит в состав некоторых клеточных структур, находясь между молекулами белка, мембранами, волокнами, и соединена с некоторыми белками.

Свойства воды Значение воды Вода является хорошим растворителем Вода обладает высокой теплоемкостью Вода обладает высокой теплопроводностью Вода практически не сжимается Вода характеризуется оптимальным для биологических систем значением силы поверхностного натяжения Является основной средой, в которой протекает большинство химических реакций; Реакции гидролиза, окислительновосстановительные реакции идут при непосредственном участии воды Большая теплоемкость защищает ткани организма от быстрого и сильного повышения температуры; Охлаждение организма путем испарения воды (транспирация у растений, потоотделение у животных) Обеспечивает равномерное распределение тепла по всему организму Создает тургорное давление, определяя объем и упругость клеток и тканей Происходит капиллярный кровоток, восходящий и нисходящий токи растворов в растении

Минеральные вещества клетки Нахождение минеральных веществ в клетке Значение Кристаллические включения Используются для образования опорных структур клетки и организма: минеральный скелет радиолярий; вещества костной ткани; раковины моллюсков. Неорганические ионы: Катионы: K ⁺, Na ⁺, Ca ²⁺ , Mg² ⁺, NH ⁺ Концентрация катионов и анионов в клетке и окружающей среде различна, в результате образуется разность потенциалов, которая обеспечивает такие важные процессы, как раздражимость и передача возбуждения по нерву или мышце Анионы: Cl¯, HPO₄²¯, H ₂PO₄¯, HCO₃¯, NO₃¯, PO₄³¯, CO₃² ¯

Роль макроэлементов на клеточном и организменном уровне Элемент Магний Роль в клетке Кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК Роль в организме Входит в состав молекулы хлорофилла Натрий Калий Входит в состав калий-натриевого насоса, обеспечивающего передвижение веществ через мембрану клетки Обеспечивает поглощение растением воды из почвы; участвует поддержание сердечного ритма, составляет большую часть веществ крови Кальций Участвует в регуляции избирательной проницаемости клеточной мембраны Придает твердость межклеточному веществу; входит в состав костей, раковин, коралловых полипов; участвует в свертывании крови Железо Участвует в фотосинтезе Входит в состав гемоглобина и миоглобина Фосфор Входит в состав АТФ Входит в состав костной ткани и эмали зубов Медь Входит в состав окислительных ферментов Участвует в кроветворении, синтезе меланина Йод Входит в состав гормона щитовидной железы

р. Н – водородный показатель. Реакция раствора может быть: кислая (р. Н<7), щелочная (р. Н>7) и нейтральная (р. Н=7) • Буферный раствор – растворы с определённой устойчивой концентрацией водородных ионов (смесь какой-либо слабой кислоты и ее растворимой соли). • Буферность – способность клетки поддерживать р. Н на постоянном уровне (близко к нейтральной реакции)

Лабораторная работа. Изучение процессов плазмолиза и деплазмолиза в клетках кожицы чешуи лука. Цель работы: изучить процессы плазмолиза и деплазмолиза в клетке. Плазмолиз - это отделение пристеночного слоя цитоплазмы от твердой оболочки растительной клетки вследствие утраты ею воды. Данный процесс обратим. Увеличение объема цитоплазмы до исходного уровня называют деплазмолизом. Ход работы: 1. Приготовить препарат кожицы чешуи лука. 2. Провести и пронаблюдать плазмолиз и деплазмолиз. 1). Снять препарат со столика микроскопа, на предметное стекло вплотную к покровному стеклу нанести каплю раствора поваренной соли. 2). С противоположной стороны покровного стекла, также вплотную к нему, поместить полоску фильтрованной бумаги, которой оттягивается вода до тех пор, пока раствор соли, войдя под покровное стекло, полностью не заместит ее. Описать наблюдаемый процесс. 3). Не снимая покровного стекла, оттянуть фильтрованной бумагой плазмолизирующий раствор и заменить его водой. Описать наблюдаемый процесс. 4). Зарисовать несколько клеток с разной формой плазмолиза. Сделать необходимые подписи к рисунку. 3. Сделать вывод: о чем свидетельствует изменение состояния цитоплазмы в клетке, помещенной в воду и раствор поваренной соли?

Углеводы Моносахариды - бесцветные кристаллические вещества, сладкие на вкус и растворимые в воде: глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза Олигосахариды - образованы двумя или несколькими моносахаридами; сладкие на вкус и растворимы в воде: сахароза, мальтоза, лактоза Полисахариды - являются полимерами: крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, муреин, гепарин

Функции углеводов • Энергетическая – при ферментативном расщеплении молекул выделяется энергия (1 г углеводов – 17, 6 к. Дж); • Строительная – углеводы входят в состав всех клеточных структур (гликокаликс, целлюлоза, хитин, муреин); • Запасающая – при избытке углеводы накапливаются в клетке (крахмал, гликоген); • Защитная – защищают от неблагоприятных факторов внешней среды (камеди, слизи, твердые клеточные стенки, хитиновый покров членистоногих)

Липиды жироподобные органические соединения, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных растворителях (эфире, бензине, бензоле, хлороформе и др. ). Липиды принадлежат к простейшим биологическим молекулам.

Нейтральные жиры Жиры – остаются твердыми при температуре 20°С; Масла – при 20 °С становятся жидкими (наиболее типичны для растений) Фосфолипиды составной компонент клеточных мембран Стероиды к стероидам относятся гормоны надпочечников, половые гормоны, витамины А, Д, Е, К, холестерин Липиды Воски По происхождению воски можно разделить на животные: пчелиный вырабатывается пчёлами; шерстяной (ланолин) предохраняет шерсть и кожу животных от влаги, засорения и высыхания; спермацет добывается из спермацетового масла кашалотов; растительные воски покрывают тонким слоем листья, стебли, плоды и защищают их от размачивания водой, высыхания, вредных микроорганизмов, иногда в качестве резервных липидов входят в состав семян (т. н. «масло» жожоба).

Функции липидов 1. Энергетическая - при ферментативном расщеплении молекул выделяется энергия (1 г жира – 38, 9 к. Дж); 2. Строительная - липиды входят в состав всех клеточных структур (фосфолипиды, гликолипиды и др. ); 3. Запасающая – являются основным запасающим веществом у животных и некоторых растений; 4. Источник метаболической воды – при окислении 1 г жира образуется более 1 г воды;

5. Регуляторная – производные липидов (гормоны надпочечников, половых желез, витамины А, Д, Е, К) участвуют в обменных процессах; 6. Защитная - толстый слой жира защищает внутренние органы многих животных от повреждений при ударах; восковой налет растений препятствует излишнему испарению, у животных играет роль водоотталкивающего покрытия; 7. Жир - хороший теплоизолятор, поэтому у многих теплокровных животных он откладывается в подкожной жировой ткани, уменьшая потери тепла; 8. Увеличения плавучести - самые разные организмы используют резервные запасы жира как средство снижения среднего удельного веса тела и, таким образом, увеличения плавучести.

Белки – высокомолекулярные, органические соединения, биополимеры, состоящие из мономеров – аминокислот. Аминокислота состоит из двух одинаковых для всех аминокислот частей: аминогруппы (-NH₂) c основными свойствами и карбоксильной группы (-COOH) с кислотными свойствами. Различаются аминокислоты радикалом (R), который у разных аминокислот имеет различное строение. Аминокислоты соединяются при образовании белка ковалентной связью, которая получила название пептидной.

Аминокислоты, входящие в состав белков Название аминокислоты Глицин Аспарагин Аланин Глутаминовая кислота Валин Глутамин Лейцин Цистеин Изолейцин Метионин Серин Фенилаланин Треонин Тирозин Лизин Триптофан Аргинин Гистидин Аспарагиновая кислота Пролин

Уровни организации белковой молекулы Первичная структура белка – это линейная последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Удерживается пептидными связями (ковалентными).

Вторичная структура белка Скрученная в спираль полипептидная цепь. Удерживается водородными связями между группами –COOH и -NH₂ разных аминокислотных остатков.

Третичная структура белка Специфическая для каждого белка пространственная конфигурация белковой молекулы, имеющая вид клубка (глобула). Удерживается ионными, водородными и дисульфидными связями, а также гидрофобными взаимодействиями.

Четвертичная структура белка Возникает в результате соединения нескольких глобул в сложный комплекс.

Денатурация Утрата белковой молекулой своей природной структуры под действием температуры, химических веществ, обезвоживания, облучения и других факторов. Необратимая денатурация – разрушение первичной структуры белка. Обратимая денатурация – первичная структура не нарушена и при восстановлении нормальных условий белок способен воссоздать свою структуру.

Функции белков Структурная Основа всех клеточных мембран Коллаген, кератин, эластин Каталитическая Белки-ферменты способны Амилаза, (ферментативная) ускорять течение липаза, трипсин биохимических реакций в клетке Транспортная Перенос веществ Двигательная Особые сократительные белки способствуют движению организма Гемоглобин, миоглобин Актин, миозин

Функции белков Защитная Предохраняют организм Антитела, интерфероны, от проникновения тромбин, фибриноген чужеродных белков и от Токсины-антитоксины повреждений Регуляторная Регулируют различные физиологические процессы Инсулин Энергетическая Являются источником энергии 1 г белка - 17, 6 к. Дж энергии Сигнальная Гликопротеины, фитохромы, опсин Способствуют приему сигналов из внешней среды и передаче информации в клетку

Ферменты Биологические катализаторы, способные ускорять течение биохимических реакций в клетке. Ферменты могут состоять только из белков или включать небелковую часть – кофермент (ионы различных металлов, витамины). Свойства ферментов: • специфичны для каждого вещества и ускоряют только определенные реакции; • действую только в определенных температурных пределах; • активны при определенной р. Н среды.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота. Открыли 25 апреля 1953 года Джеймс Уотсон и Френсис Крик Высокомолекулярное органическое соединение, полимер, состоящий из мономеров – нуклеотидов. В состав нуклеотида ДНК входят: Азотистые основания: аденин, гуанин, тимин, цитозин; Углевод - дезоксирибоза

Строение двойной спирали ДНК Первичная структура – полинуклеотидная цепь, которая удерживается ковалентными связями между углеводом одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.

Вторичная структура – соединение двух полинуклеотидных цепочек, которые удерживаются водородными связями между азотистыми основаниями соседних цепей по принципу комплементарности (пары нуклеотидов А-Т и Ц-Г соответствуют другу по строению и являются дополнительными)

Третичная Молекулы ДНК в основном структура – скрученная в спираль находятся в ядре клетки, но небольшое их количество молекула ДНК. содержится в митохондриях и пластидах. Функция ДНК – хранение и передача наследственной информации

РНК – рибонуклеиновая кислота – полимер, состоящий из мономеров – нуклеотидов. • • ДНК Две полинуклеотидные цепочки; Углевод – дезоксирибоза; Азотистые основания: аденин, тимин, гуанин, цитозин; Находится в ядре, митохондриях, пластидах. • • РНК Одна полинуклеотидная цепочка; Углевод – рибоза; Азотистые основания: аденин, урацил, гуанин, цитозин; Находится в ядре, рибосомах, цитоплазме, митохондриях, пластидах.

Виды РНК • Рибосомная (р-РНК) – входит в состав рибосом, образуется в ядрышке; • Транспортная (т-РНК) – транспортирует аминокислоту к месту синтеза белка (к рибосоме), образуется в ядре на ДНК; • Информационная (и-РНК) –передает информацию о структуре белка из ядра клетки к рибосомам, образуется в ядре на ДНК.

Транспортная РНК • За счет комплементарного взаимодействия образует вторичную структуры, по форме напоминающую лист клевера; • Имеет два активных участка: триплет-антикодон и акцепторный конец.

АТФ – аденозинтрифосфат – универсальный хранитель и переносчик энергии в клетке По структуре является адениловым нуклеотидом. Остатки фосфорной кислоты соединены макроэргической связью (при отделении остатков фосфорной кислоты освобождается большое количество энергии – до 40 к. Дж) Синтезируется в митохондриях

Витамины Группа низкомолекулярных органических веществ, поступающих в организм с пищей и влияющих на обмен веществ, часто являясь составной частью ферментов (коферменты). Водорастворимые витамины – С, группа. В, РР, Н. Жирорастворимые витамины – А, D, Е, К. Гиповитаминоз – недостаток витамина, авитаминоз – отсутствие витамина в организме.

Вирусы - неклеточные формы жизни. Занимают пограничное положение между живой и неживой материей, являются внутриклеточными паразитами. Живая материя • Способны воспроизводить себе подобных (размножение); • Обладают наследственностью и изменчивостью; • Состоят из биополимеров: нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки (капсид) • • • Неживая материя Не имеют клеточного строения; Не способны размножаться вне клетки; Не потребляют пищи и не вырабатывают энергии; Не растут, у них нет обмена веществ; Во внешней среде имеют форму кристаллов.