1184Химический состав клетки
В состав живых организмов входит более 70 химических элементов-биогенов. Их можно разделить на три группы:
| Химический элемент | Значение |
|---|---|
| Na , K | Создают трансмембранный потенциал клетки, участвуют в проведении нервного импульса |
| Ca | Участвует в формировании костной ткани, в процессах свёртывания крови и мышечного сокр-ия |
| CI | Входят в состав соляной кислоты, активизирует деятельность ферментов и обеззараживает пищу |
| Mg | Входят в состав молекул хлорофилла |
| I | Входят в состав гормона щитовидной железы — тироксина |
| Fe | Входят в состав молекул гемоглобина и миоглобина |
| P | Участвует в формировании костной ткани и входит в состав нуклеиновых кислот и липидного слоя |
| S | Входит в состав аминокислот и белков |
| F | Участвует в укреплении структуры эмали |
Содержание химических элементов в клетке
Неорганические вещества
Вода — важнейший компонент клетки, составляющая в среднем 70-80% её массы.
Функции и свойства воды:
универсальный растворитель ;
• реагент для некоторых реакций в клетке (гидролиз белков, нуклеиновых кислот, диссоциации солей, источник иона Н+);
• обеспечивает осмос;
• определяет объём и тургор (натяжение оболочки) клетки;·.•.
• среда, где протекают химические реакции;
катализатор и участник реакций обмена веществ;
составляет внутреннюю среду организма;
При замерзании вода расширяется, поэтому при замерзании цитоплазмы клетку разрывает. ;
участвует в терморегуляции.
Минеральные соли, кислоты, ионы составляют 1-1,5% массы клетки.
Функции:
создание трансмембранного потенциала клетки (обеспечивают возбудимость клетки и проведение импульса вдоль мембран);
создание буферных систем клетки и организма, поддержание рН внутренней среды клетки;
обеспечение осмотических свойств клетки;
образование твёрдых структур (например, костей, зубов, раковин моллюсков и т. д.).
Органические вещества
Органические вещества в клетке встречаются в виде мономеров и полимеров.
Белки
Белки (протеины) составляют 50% от сухой массы живых организмов.
Белки состоят из аминокислот. У каждой аминокислоты есть
- радикал (по нему аминокислоты отличаются друг от друга);
- аминогруппа и кислотная (карбоксильная) группа, при взаимодействии которых получается которых получается пептидная связь, поэтому белки еще называют полипептидами.
Белки имеют сложное строение и несколько уровней организации.
Уровни организации белковых молекул
| Структура | Характеристика |
|---|---|
| Первичная | Последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Типы связей – пептидные |
| Вторичная | Спиральная цепь (а-спираль) и слоистая (B-структура). Связи между СО- и NH- группами в витках спирали водородные |
| Третичная | Пространственная конфигурация молекулы в виде глобулы (шара). Между радикалами могут быть ковалентные, ионные или водородные связи, а также гидрофобные взаимодействия |
| Четвертичная | Объединение нескольких полипептидных цепей (субъединиц) в единую молекулу. Характерна не для всех белков. Связи между субъединицами могут быть ковалентными, ионными или водородными. Присутствуют также гидрофобные взаимодействия |
Денатурация
- Денатурация обратима, если не нарушена первичная структура белка (то есть не разрушены пептидные связи). В таком случае возможна ренатурация – восстановление структуры и свойств белка при его возвращении в исходные физиологические условия.
- Денатурация необратима, если бпервичная структура нарушена (т.е. разрушены пептидные связи)
Функции белков:
— Ферментативная (биокатализаторы) — белки-ферменты ускоряют химические реакции;
— Строительная (мембранные структуры клеток);
— Энергетическая (1 г белка образует 17,6 кДж);
— Двигательная (сократительные белки мышечных волокон: актин и миозин);
— Транспортная (переносят вещества — гемоглобин переносит кислород);
— Защитная (образуют антитела и антигены);
— Регуляторная (белки-гормоны регулируют обмен веществ, например, инсулин регулирует концентрацию глюкозы в крови).
Углеводы
Классификация углеводов
| Углеводы | Характеристика |
|---|---|
| Моносахариды | Мономеры. C₆H₁₂O₆ — глюкоза, фруктоза, C₅H₁₀O₅ — рибоза, C₅H₁₀O₄ — дезоксирибоза. Бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде и сладкие на вкус |
| Дисахариды | Димеры. C₁₂H₂₂O₁₁. Сахароза (пищевой сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар). Бесцветные или белые кристаллические вещества, хорошо растворимы в воде, сладкие на вкус |
| Полисахариды | Полимеры. (C₆H₁₀O₅)ₙ. Крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Вещества белого или желтоватого цвета, в воде нерастворимы |
Функции углеводов:
— структурная (целлюлоза, хитин входят в состав клеточных стенок и кожных покровов членистоногих, а рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ);
— энергетическая (1 г углеводов образует 17,6 кДж);
— запасающая (служат резервом питательных веществ; например, крахмал, гликоген);
— рецепторная (рецепторы мембран имеют в своём составе углеводы).
Липиды
- не являются полимерами (следовательно, не имеют мономеров);
- неполярны, нерастворимы в воде (гидрофобны), но растворимы в органических растворителях (бензол, ацетон, эфиры).
К липидам относятся триглицериды (жиры и масла), фосфолипиды (содержат фосфорную кислоту), воски, стероиды (холестерин, стероидные гормоны).
| Триглицериды (жиры) | Фосфолипиды | Воски и стероиды |
|---|---|---|
| Сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных (высших карбоновых) кислот. Жирные кислоты могут быть: насыщенными – содержат только одинарные связи между С, на холоде застывают (сливочное масло); ненасыщенными – есть двойные связи между С, обычно жидкие (растительное масло). | По строению похожи на жиры, но вместо одной жирной кислоты у них фосфорная. За счет этого головка фосфолипида приобретает полярность, а значит гидрофильность; хвост фосфолипида остается неполярным (гидрофобным). | Холестерин: придает устойчивость мембранам животных клеток, гормоны коркового слоя надпочечников, например, альдостерон, половые гормоны: тестостерон, прогестерон, эстроген |
Функции липидов в организме:
— энергетическая (1 г жира выделяет 38,9 кДж);
— строительная (фосфолипиды строят мембранные структуры клеток);
— защитная (защита внутренних органов от механических воздействий);
— терморегуляторная (бурый жир у морских млекопитающих обеспечивает теплоизоляцию и механическую защиту):
— регуляторная (стероидные гормоны обеспечивают обменные процессы, компоненты витаминов О, Е); .
— источники метаболической воды в клетке и организме;
— запасные питательные вещества.
Нуклеиновые кислоты
Строение нуклеотида
| Характеристика | ДНК | РНК |
|---|---|---|
| Состав нуклеотида | Фосфорная кислота, Дезоксирибоза, азотистые основания: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т) | Фосфорная кислота, рибоза, азотистые основания: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), урацил (У) |
| Комплементарность | А=Т и Ц=Г | А=У и Ц=Г |
| Строение | Двойная спираль, за счёт водородных связей между комплементарными основаниями | Одна цепь, разные конфигурации |
| Нахождение в клетке | Ядро, митохондрии, хлоропласты | Ядро, цитоплазма, органоиды |
| Функция | Хранение и передача наследственной информации о первичной структуре белка | ТРНК транспорт аминокислот; ИРНК - перенос информации о структуре белка от ДНК к рибосоме; РРНК строят тело рибосомы |
| Свойства | Способна к самоудвоению репликации | Синтезируется на ДНК-матрице, участвует в синтезе белков |
Особенности строения двойной спирали ДНК
Молекула ДНК состоит из двух цепей. Две цепи в молекуле ДНК антипараллельны. Это значит, что у нуклеотида в начале одной цепи находится остаток дезоксирибозы со свободной гидроксильной группой (-ОН) у 3'-атома углерода, а у комплементарного ему нуклеотида В начале другой цепи находится остаток фосфорной кислоты, соединённый с 5'-атомом углерода дезоксирибозы. Соответственно, первая цепь заканчивается нуклеотидом с 5'-концом, а вторая цепь - нуклеотидом с 3'-концом.
АТФ
АТФ (аденозинтрифосфат) — мононуклеотид, состоящий из рибозы, аденина и трёх остатков фосфорной кислоты, между которыми имеются две макроэргические (высокоэнергетические) связи. Энергия простой связи составляет около 10 кДж/моль, а макроэргической 40 кДж/моль. АТФ является универсальным источником энергии в клетке.
