Химический состав клетки

Химический состав клетки Лекция 1

Биология (от греч. «биос» – жизнь, «логос» – учение) – наука о живой природе. n Биология изучает живые организмы – вирусы, бактерии, грибы, животных и растения. В настоящее время на Земле описано около 3 млн. видов живых организмов (более 100 тыс. видов грибов, около 500 тыс. видов растений и более 2 млн. видов животных). n Современный видовой состав – это лишь около 5% от видового разнообразия жизни за период ее суще ствования на Земле.

Элементы Количество в Элементы Количество в %. Килород 65— 75 Магний 0, 02— 0, 03 Углерод 15— 18 Натрий 0, 02— 0, 03 водород 8— 10 Кальций 0, 04— 2, 00 Азот 1, 5 — 3, 0 Железо 0, 01— 0, 015 Калий 0, 15— 0, 4 Цинк 0, 0003 Сера 0, 15— 0, 2 Медь 0, 0002 Фосфор 0, 20— 1, 00 Иод 0, 0001 Хлор 005— 0, 1 Фтор • 0, 0001

Химический состав клеток. Неорганические вещества. n Вода –среднее содержание в клетках большинства организмов составляет около 70%. Воды выполняет следующие функции: универсальный растворитель, среда для протекания биохимических реакций, терморегулятор, осуществляет транспорт веществ, определяет осмотическое давление, вода – источник кислорода, выделяющегося при фотосинтезе. n Минеральные вещества – составляют до 1, 5% сырой массы клетки. Наиболее важны H+, K+, Ca 2+, Mg 2+ , HPO 42–, HPO 4–, Cl , HCO 3 Функции неорганических веществ: образуют заряд мембраны, поддерживают р. Н в клетке, образуют скелет позвоночных, раковины моллюсков.

Химический состав клеток. Органические вещества. n Углеводы (сахариды) – Cn(H 2 O)m, в клетке от 0, 2 до 2% в расчете на сухую массу. Углеводы разделяются на простые и сложные. n Моносахариды: глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза. n Дисахариды: мальтоза, лактоза, сахароза. n Полисахариды: гликоген, крахмал, целлюлоза, хитин. Функции углеводов: n энергетическая (Углеводы играют роль источника энергии, необходимой для осуществления клеткой различных форм активности. Для деятельности клетки — движения, биосинтеза, свечения и т. д. — необходима энергия. Сложные по структуре, богатые энергией, углеводы подвергаются в клетке глубокому расщеплению и результате превращаются в простые, бедные энергией соединения — оксид углерода (IУ) и воду (СО 2 и Н 20). При расщеплении 1 г углевода освобождается 17, 6 к. Дж. ) ; n структурная (Из целлюлозы состоят стенки растительных клеток, гликокаликс над клеточной мембраной у животных); n запасающая (Крахмал запасается в клубнях растений).

Химический состав клеток. Органические вещества. n Липиды – нерастворимые в воде органические вещества, содержание в клетках от 1%, в жировых до 90%. Функции липидов: n строительная (Входит в состав клеточных мембран); n энергетическая (Жир — как источника энергии. В ходе расщепления жира освобождается в два раза больше энергии, чем при расщеплении углеводов. Животные и растения откладывают жир в запас и расходуют его в процессе жизнедеятельности. ); n регуляторная (Жир как источник воды. Из 1 кг жира при его окислении образуется почти 1, 1 кг воды. Верблюды, например, совершающие переход через безводную пустыню, могут не пить в течение 10— 12 дней. ); n защитная (Жир плохо проводит тепло. Он откладывается под кожей, образуя у некоторых животных значительные скопления. У кита, например, толщина подкожного слоя жира достигает 1 м, что позволяет этому животному жить в холодной воде полярных морей. )

Химический состав клеток. Строение аминокислот и белков Белки – полимеры, состоящие из 20 аминокислот. Мономеры (аминокислоты), соединенные друг с другом пептидными связями, образуют первичную структуру белка. Полипептидная цепь полностью или частично закручивается в спираль. Между NН группами, находящимися на одном витке, и СО группами, находящимися на соседнем витке, образуются водородные связи. Третичную структуру поддерживают гидрофобные связи, которые возникают между радикалами аминокислот. В четвертичной структуре белок выполняет свои функции.

Химический состав клеток. Органические вещества. n Белки выполняют следующие функции: n строительная (Из белков состоят мембраны клеток и клеточных органоидов. У животных в основном из белков состоят стенки сосудов, сухожилия, мышцы и т. д. ) n каталитическая (Скорость химических реакций зависит от свойств реагирующих веществ, в клетке идут с большими скоростями. Это достигается благодаря наличию в клетке катализаторов – ферментов. По химической структуре ферменты — белки); n сигнальная ( В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды. Так происходит прием сигналов из внешней среды и передача команд в клетку); n двигательная (Движение — одно из проявлений жизненной активности. Все виды движения, у высших животных сокращение мышц, мерцание ресничек у простейших, движения жгутиков, выполняют особые сократительные белки. ); n транспортная (Они способны присоединять различные вещества и переносить их из одного места клетки в другое. Белок крови гемоглобин присоединяет кислород и разносит его ко всем тканям и органам тела. ) n защитная (При введении чужеродных белков или клеток в организм в нем происходит выработка особых белков, которые связывают и обезвреживают чужеродные клетки и вещества. n энергетическая (Белки распадаются в клетке до аминокислот. Часть аминокислот используется для синтеза белков, часть же подвергается глубокому расщеплению, в ходе которого освобождается энергия. При полном расщеплении 1 г белка освобождается 17, 6 к. Дж. ).

Химический состав клеток. Органические вещества. n Нуклеиновые кислоты – моно– или полинуклеотиды, выполняющие в клетке очень важные функции. n Мононуклеотиды – АТФ, n Полинуклеотиды – ДНК и РНК. Название «нуклеиновые кислоты» происходит от латинского слова «нуклеус» , т. е. ядро: они впервые были обнаружены в клеточных ядрах. Биологическое значение ДНК и РНК : хранение и передача наследственных признаков клетки; обеспечивают в клетке синтез белков Биологическое значение АТФ : играет центральную роль в клеточных превращениях энергии.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Роль хранителя наследственной информации у всех клеток — животных и растительных — принадлежит ДНК. Молекула ДНК представляет собой две спирально закрученные одна вокруг другой нити. Ширина такой двойной спирали ДНК невелика, около 2 нм. Длина же ее в десятки тысяч раз больше — она достигает сотен тысяч нанометров. Между тем самые крупные белковые молекулы в развернутом виде достигают в длину не более 100— 200 нм. Таким образом, вдоль молекулы ДНК могут быть уложены одна за другой тысячи белковых молекул. Молекулярная масса ДНК соответственно исключительно велика — она достигает десятков и даже сотен миллионов.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). n Обратимся к структуре ДНК. Каждая нить ДНК представляет полимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Нуклеотид химическое соединение трех веществ: азотистого основания, углевода (моносахарида — дезоксирибозы) и фосфорной кислоты. ДНК всего органического мира образованы соединением четырех видов нуклеотидов. Нуклеотиды отличаются только по азотистым основаниям, в соответствии с которыми они называются: нуклеотид с азотистым основанием аденин (сокращенно А), нуклеотид с гуанином (Г), нуклеотид с тимином (Т) и нуклеотид с цитозином (Ц). По размерам А равен Г, а Т равен Ц; размеры А и Г несколько больше, чем Т и Ц. n Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит через углевод одного нуклеотида и фосфорную кислоту соседнего. Итак, каждая нить ДНК представляет собой полинуклеотид. Это длинная цепь, в которой в строго определенном порядке расположены нуклеотиды.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). n Как видно, азотистые основания одной цепи «стыкуются» с азотистыми основаниями другой. Основания подходят друг к другу настолько близко, что между ними возникают водородные связи (три водородные связи между Г и Ц и две водородные связи между А и Т). n В каждом из этих сочетаний оба нуклеотида как бы дополняют друга. Слово «дополнение» на латинском языке «комплемент» . Принято поэтому говорить, что Г является комплементарным к Ц, а Т комплементарен к А. Таким образом, если известен порядок следования нуклеотидов одной цепи, то по принципу комплементарности сразу же выясняется порядок нуклеотидов другой цепи.

Удвоение ДНК n Принцип комплементарности, лежащий в основе структуры ДНК, позволяет понять, как синтезируются новые молекулы ДНК незадолго перед делением клетки. Этот синтез обусловлен замечательной способностью молекулы ДНИ к удвоению и определяет передачу наследственных свойств от материнской клетки к дочерним. При удвоении двойная спираль ДНК под влиянием фермента начинает с одного конца раскручиваться, и на каждой цепи и находящихся в окружающей среде свободных нуклеотидов собирается новая цепь. Сборка новой цепи идет в точном соответствии с принципом комплементарности. Против каждого А встает Т, против Г — Ц и т. д. В результате вместо одной молекулы возникают две.

Рибонуклеиновые кислоты (РНК) n Структуры РНК сходны со структурами ДНК. В отличие от ДНК, молекула РНК одноцепочечная. В состав нуклеотидов РНК несколько отличается от нуклеотидов ДНИ, а именно: углевод в РНК не дезоксирибоза, а рибоза, отсюда и название РНК — рибонуклеиновая кислота. Кроме того, в РНК вместо азотистого основания тимина входит другое основание, называемое урацилом (У). В клетке имеется несколько видов РНК. n Первый вид — транспортные РНК (т РНК). Это самые маленькие по размерам РНК. Они прикрепляют к себе аминокислоты и транспортируют их к месту синтеза белка. n Второй вид — информационные РНК (и РНК). Их функция состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка. n Третий вид — рибосомные или матричные РНК (р РНК). Они имеют наибольшие размеры молекулы и входят в состав рибосом.

Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ содержится в каждой клетке животных и растений. Наибольшее количество АТФ в скелетных мышцах. По химической структуре АТФ является нуклеотидом ( в ней имеются азотистое основание (аденин), углевод (рибоза) и остаток фосфорной кислоты. Однако молекула АТФ имеет существенные отличия от обычных нуклеотидов: вместо одного в ней содержится три остатка фосфорной кислоты). Cвязь между остатками фосфорной кислоты в АТФ называют богатой энергией (макроэргической) связью.

Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ содержится в каждой клетке животных и растений. Наибольшее количество АТФ в скелетных мышцах. По химической структуре АТФ является нуклеотидом ( в ней имеются азотистое основание (аденин), углевод (рибоза) и остаток фосфорной кислоты. Однако молекула АТФ имеет существенные отличия от обычных нуклеотидов: вместо одного в ней содержится три остатка фосфорной кислоты. ) n Самопроизвольно и значительно быстрее под влиянием фермента в АТФ разрываются связи между остатками фосфорной кислоты. Если отщепляется одна молекула фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АДФ, т. е. в аденозиндифосфорную кислоту а далее переходит в АМФ, т. е. в аденозинмонофосфорную кислоту. Реакция отщепления каждой молекулы фосфорной кислоты от АТФ сопровождается большим энергетическим эффектом (освобождается почти 40 к. Дж). Это очень большая величина. Поэтому связь между остатками фосфорной кислоты в АТФ называют богатой энергией (макроэргической) связью.