Химические элементы клетки Неорганические вещества в клетке Домашнее

Химические элементы клетки. Неорганические вещества в клетке. Домашнее задание: § 6

1 — медь; 2 — частицы меланина в клетках кожи; 3 — рост и развитие растения 1 — йод; 2 — внешний вид щитовидной железы; 3 — клетки щитовидной железы, синтезирующие тироксин

1 — бор в природе; 2 — пространственная структура бора; 3 — верхушечная почка 1 — пространственная структура инсулина; 2 — поджелудочная железа; 3 — рост и развитие животных

1 — кобальт в природе; 2 — структурная формула витамина В 12; 3 — эритроциты здорового человека и эритроциты больного анемией 1 — молибденит (минерал, содержащий молибден); 2 — азотфиксирующие бактерии; 3 — устьичный аппарат

Вода Больше всего в живых организмах содержится воды - от 60 до 95% общей массы организма.

Содержание воды в различных организмах и органах (в %) Растения или части растений Животные или органы животных Водоросли до 98 Медузы до 95 Высшие растения от 70 до 80 Виноградные улитки 80 Листья деревьев от 50 до 97 Тело человека 60 Клубни картофеля 75 Кровь человека 79 Сочные плоды фруктов до 95 Мышцы человека от 77 до 83 Одревесневшие части растений от 40 до 80 Сердце человека 70 Сухие семена от 5 до 9

Физические свойства • При таянии льда его плотность увеличивается (с 0, 9 до 1 г/см³). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается. • При нагревании от 0 °C до 4 °C (3, 98 °C) вода сжимается. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода, как менее плотная, остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура. • Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333, 55 к. Дж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом. • Высокая теплоёмкость жидкой воды. • Высокая вязкость. • Высокое поверхностное натяжение. • Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а так же того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

Биологическое значение воды: 1. Вода способна к когезии - сцеплению своих молекул под действием сил притяжения. Эти физические особенности воды позволяют ей выполнять важную биологическую функцию - определение физических свойств клетки: ее объема, и упругости. У круглых червей вода полостной жидкости играет роль гидростатического скелета, выполняя опорную функцию. 2. Способность воды к адгезии. Ее свойство притягиваться любой поверхностью, несущей электрический заряд, позволяет ей подниматься по мелким порам в почве и по сосудам ксилемы у растений на большую высоту. 3. Силы сцепления между молекулами воды обеспечивают ее вязкость, поэтому вода является смазывающим веществом в биологических системах. Например, синовиальная жидкость в суставах позвоночных. 4. Вода - хороший растворитель ионных (полярных), а также некоторых не ионных соединений, в молекулах которых присутствуют заряженные (полярные) группы. По отношению к воде различают гидрофильные вещества, хорошо растворимые в воде, и гидрофобные вещества, практически нерастворимые в воде. Свойство воды как растворителя имеет большое значение для живых организмов, так как большинство биохимических реакций может идти только в водном растворе. Кроме того, в качестве растворителя вода обеспечивает как приток веществ в клетку, так и удаление из нее продуктов жизнедеятельности.

5. Молекулярная подвижность воды позволяет осуществляться осмосу (диффузии, направленному движению молекул через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор), необходимому для поглощения и движения воды в живых системах. 6. Среди самых распространенных в природе жидкостей вода имеет наибольшую теплоемкость, что позволило ей стать главной составляющей внутриклеточных и внутриорганизменных жидкостей. 7. Вода обладает большой удельной теплотой парообразования, поэтому, испаряясь, вода способствует охлаждению тела – вода участвует в терморегуляции. 8. Вода является реагентом во многих химически реакциях. Например, гидролитическое расщепление белков, углеводов, жиров и т. д. 9. Вода играет роль источника кислорода, выделяемого при фотосинтезе, и водорода, который используется для восстановления продуктов ассимиляции углекислого газа. 10. Большая теплоемкость и теплопроводность воды способствует равномерному распределению тепла в клетке и в организме.

Минеральные соли составляют 1 -1, 5% общей массы клетки • Присутствуют в виде ионов или твёрдых нерастворимых солей • Создают кислую или щелочную реакцию среды • Са 2+ входит в состав костей и зубов, участвует в свёртывании крови • К + и Na+ обеспечивают раздражимость клеток • CI- входит в состав желудочного сока • Мg 2+ содержится в хлорофилле • J - компонент тироксина (гормона щитовидной железы) • Fe 2+ входит в состав гемоглобина, дыхательных ферментов • Сu, Мn, В участвуют в кроветворении, фотосинтезе, влияют на рост растений

Органические вещества в клетке. Углеводы Домашнее задание: § 9 (стр. 54 – 57) записи в тетради – выучить.

Органические вещества — это вещества, которые входят в состав живых организмов и образуются при их участии. Основными органическими веществами являются белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Неорганические (минеральные) вещества — это вещества, которые входят в состав неживой природы и могут образовываться без участия живых организмов.

Химические соединения в живых организмах Тип соединения Вода Другие неорганические вещества Низкомолекулярные органические вещества Жиры Прочие соединения Высокомолекулярные органические соединения Белки Полисахариды Нуклеиновые кислоты Средняя молекулярная масса. Содержание в % на сырую массу 18 75 -85 20 - 150 1, 0 -1, 5 350 - 2 500 90 - 2 500 1 -5 0, 1 - 0, 5 10 000 - 1 000 000 20 000 - 1 000 000 10 -20 0, 2 -2, 0 1 -2

Органическими называют вещества, которые находят только в живых организмах и продуктах их жизнедеятельности. Они представлены низко- и высокомолекулярными соединениями, в состав которых, кроме углерода, водорода, кислорода, могут входить азот и другие элементы. Простейшие органические соединения могут синтезироваться и в неживой природе, например, в вулканах и метеоритах находят некоторые аминокислоты. Особенностью химического состава живых организмов является наличие в них высокомолекулярных органических веществ макромолекул (греч. makros - большой). Это полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты. Соединения этих трех классов являются полимерами, состоящими из многих повторяющихся одинаковых или разных единиц - мономеров.

Схема строения мономеров и полимеров

Углеводы – органические соединения с общей формулой Сn (Н 2 О)m

Углеводы - в химическом плане углеводы можно определить как альдегидные или кетонные производные полиатомных (содержащих более одной ОН-группы) спиртов или как соединения, при гидролизе которых образуются эти производные.

Классификация углеводов Углеводы Полисахариды Моносахариды (при гидролизе образуются более простые углеводы) (не гидролизуемые) Альдозы Кетозы Гомополисахариды Гетерополисахариды (содержат альдегидную группу) (содержат кетонную группу) (состоят из одинаковых моносахаридных остатков) (Состоят из остатков разных моносахаридов) Триозы Тетрозы Пентозы Гексозы Гептозы Октозы

1. Триозы : С 3 Н 6 О 3 – молочная кислота С 3 Н 4 О 3 – пировиноградная кислота 2. Тетрозы: С 4 Н 8 О 4 - эритроза 3. Пентозы: С 5 Н 10 О 5 - рибоза С 5 Н 10 О 6 - дезоксирибоза 4. Гексозы: С 6 Н 12 О 6 – глюкоза, манноза, фруктоза, галактоза

Самые распространённые моносахариды – глюкоза и фруктоза. Все моносахариды имеют сладкий вкус, кристаллизуются и легко растворяются в воде. Моносахариды играют роль промежуточных продуктов в процессах дыхания и фотосинтеза, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, АТФ и полисахаридов, служат источниками энергии. Линейная (а)и циклическая (б и в) формулы глюкозы

Моносахариды

Изомерия моносахаридов

Хиральность (от греч. cheir - рука) служит причиной образования структур, которые нельзя совместить, поскольку они являются зеркальными изображениями друга (зеркальная изомерия). Наиболее частая причина хиральных свойств - присутствие асимметрического атома углерода, т. е. атома с четырьмя различными заместителями. В этом случае образуются две формы с различной конфигурацией. Чаще всего они носят название L- и D-формы.

Структура и изомеры моносахаров

Сахар D-рибоза D-рибулоза DАрабиноза D-Ксилоза D-Ликсоза LКсилулоза D-глюкоза D-фруктоза В какие молекулы или вещества входит Нуклеотиды, коферменты, РНК Образуется в ходе метаболизма Гуммиарабик, сливовая и вишневая мякоть Древесная смола, протеогликаны, гликозаминогликаны ликсофлавин Промежуточный продукт метаболизма уроновых кислот Фруктовые соки, крахмал, сахароза, лактоза, мальтоза Мед, сахароза, лактоза, инулин D-галактоза Лактоза, гликопротеины, гликолипиды D-манноза Растительные маннаны, камеди, гликопротеины Биологическое значение Компонент нуклеиновых кислот коферментов (NAD, NADP, FAD), нуклеотидов, промежуточное соединение пентозофосфатного пути Компонент гликопротеинов Компонент ликсофлавина, выделяемого сердечной мышцей. Промежуточный продукт метаболизма уроновых кислот Сахар организма, участвует в энергетическом обмене, является предшественником других соединений Превращается в глюкозу, и может использоваться в тех же метаболических путях

Функции углеводов: 1. основной (и единственный анаэробный) энергетический материал; 2. структурная: гликокаликс, гликопротеины мембран, гликозаминогликаны соединительной ткани, клеточная стенка растений, входят в состав покровов, хрящей 3. гидроосмотическая: гиалуроновая кислота; 4. защитная: гликокаликс; 5. специфическое узнавание: рецепторы, антигены; 6. участвуют в синтезе других органических веществ; 7. углеводы являются источником метаболической воды в организме (при расщеплении глюкозы до конечных продуктов).

Дисахариды

Дисахара

Полисахариды Гомополисахариды: Крахмал Гликоген Целлюлоза Гетерополисахариды: Гиалуроновая кислота Хондроитинсульфаты Кератансульфаты Дерматансульфаты Гепарин

Крахмал

Структура гликогена

Иногда простые сахара вступают в реакцию с сахарными спиртами и кислотами. Образующиеся при этом вещества близки к полисахаридам и носят название мукополисахаридов. Муреин играет роль структурного компонента в клетках прокариот.

Хитин близок к целлюлозе; он встречается у некоторых форм грибов, а также как важный компонент наружного скелета некоторых животных.

Целлюлоза – основной компонент стенок растительных клеток и самое распространённое на Земле органическое вещество

Целлюлоза также является полимером глюкозы. В ней заключено около 50 % углерода, содержащегося в растениях. По общей массе на Земле целлюлоза занимает первое место среди органических соединений. Форма молекулы (длинные цепи с выступающими наружу –OH-группами) обеспечивает прочное сцепление между соседними цепями. При всей своей прочности, макрофибриллы, состоящие из таких цепей, легко пропускают воду и растворённые в ней вещества и потому служат идеальным строительным материалом для стенок растительной клетки. Целлюлоза – ценный источник глюкозы, однако для её расщепления необходим фермент целлюлаза, сравнительно редко встречающийся в природе. Поэтому в пищу целлюлозу употребляют только некоторые животные (например, жвачные). Велико и промышленное значение целлюлозы – из этого вещества изготовляют хлопчатобумажные ткани и бумагу.

Основное вещество соединительной ткани

Обмен углеводов Переваривание углеводов начинается в ротовой полости под действием амилазы слюны. Потенциально -амилаза слюны в ротовой полости способна расщепить пищевой крахмал или гликоген до дисахаридов мальтозы и изомальтозы. Но в реальных условиях пища находится во ротовой полости не слишком длительное время и мальтоза не образуется. В этом случае -амилаза слюны успевает расщепить только некоторые 1, 4 - -гликозидные связи, и образуются промежуточные продукты расщепления - декстрины.

Затем полупереваренные полисахариды, находящиеся в составе пищевого комка, проглатываются и попадают в желудок. Здесь эффективного переваривания углеводов не происходит, т. к. кислая среда полости желудка далека от p. H-оптимума амилазы, и поэтому здесь фермент теряет свою активность. Теоретически переваривание может продолжаться только внутри пищевого комка, и, лишь при том условии, что пищевая масса интенсивно не перемешивается с желудочным соком. На поверхности пищевого комка происходит слабый кислотный гидролиз олигосахаридов под действием соляной кислоты. Переваривание углеводов возобновляется при поступлении пищевых масс из желудка в тонкий кишечник. Поступающий оттуда кислый химус нейтрализуется щелочными солями (бикарбонатами), поступающими в 12 перстную кишку вместе с соком поджелудочной железы. К тому же, в стенке этой кишки есть железы, тоже вырабатывающие бикарбонаты. Таким образом, среда в просвете 12 -перстной кишки имеет слабощелочную реакцию, близкую к р. Н-оптимуму панкреатической -амилазы. Панкреатическая -амилаза завершает расщепление полисахаридов и олигосахаридов до дисахарида мальтозы.

Пристеночное пищеварение • • Осуществляется ферментами, расположенными на микроворсинках слизистой оболочки тонкого кишечника; Конечный продукт пищеварения недоступен для микроорганизмов

Регуляция содержания глюкозы в крови • Содержание глюкозы в крови 3 -5 м. Моль/л • Снижение содержания – гипогликемия • Повышение содержания – гипергликемия • Повышают уровень глюкозы: адреналин, глюкагон, глюкокортикоиды • Понижает уровень глюкозы: инсулин

Тканевой обмен углеводов • Пути расходования углеводов пищи: • 60 -70% - окисляется • 20 -30% - превращается в жиры и откладывается в жировой ткани • 3 -5% - запасается в виде гликогена

Гликолиз • Расщепление молекулы глюкозы на две молекулы пировиноградной кислоты, сопровождающееся образованием двух молекул АТФ

Гликолитическая оксидоредукция

Пути использования пирувата • Анаэробные условия: превращается в лактат • Анаэробные условия: превращается в ацетил-коэнзим А

Брожение