Реферат: Вклетках живых организмов содержится более 70 элементов

ХИМИЯ КЛЕТКИ.

В клетках живых организмов содержится более 70 элементов.

1) Органогены-О-65%,С-15%,Н-10%,N-3%.

2) Макроэлементы-Mg, Na ,Ca, Fe, K, S, P, Cl – всего 2-3%.

3) Микроэлементы- Zn, Cu, J, F, Mn, B – всего 0,1%.

По другой классификации: макроэлементы – от10 до 0,001% от массы тела, микроэлементы – меньше 0,001% от массы тела.

Роль макроэлементов в организме:

Магний-входит в состав молекулы хлорофилла.

Натрий-поддерживает потенциал на мембране клеток.

Кальций в организме входит в состав костей,раковин.

Железо-входит в состав цитохромов(ф\с),гемоглобина.

Калий-поддерживает потенциал на мембране клеток.

Сера-входит в состав а\к,формирует третичную структуру белка.

Фосфор-входит в состав АТФ, ДНК, РНК, НАД.

Буферность – способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию клетки на постоянном уровне,

Компоненты буферных систем: фосфатная – H2 PO4- и HPO42-, бикарбонатная система – H2CO3 и HCO3-.

Н2СО3 < - - -> Н+ +НСО3- В щелочной среде сдвиг вправо, в кислой – влево.

Неорганические ионы обеспечивают поддержание разности потенциалов на внешней и внутренней поверхности мембраны клетки: ионы калия внутри клетки, ионы натрия и хлора в околоклеточных жидкостях.

ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ- ОРГАНИЧ.(Б.Ж.У.Н\К) и НЕОРГАНИЧ.(ВОДА,СОЛИ)
ВОДА
Вода составляет до 80% массы клетки, у человека общее содержание воды 60%.

Строение : молекула воды имеет форму треугольника, в вершине которого - кислород.

Угол между атомами водорода – 105о. Кислород заряжен отрицательно, водород – положительно, поэтому молекула воды – диполь. О-



H+ H+

Диполь молекулы воды

Между молекулами воды образуются водородные связи. Наибольшее количество связей которые может образовать одна молекула – 4. Они возникают в структуре льда. Поэтому лед легче воды ( сохранение биоценозов зимой). Благодаря полярности молекулы воды могут растворять другие полярные молекулы. Вещества, хорошо растворяющиеся в воде – гидрофильные(соли). Неполярные вещества не растворяются в воде – гидрофобные (жир).

^ Функции воды.

Вода – лучший растворитель в клетке (благодаря полярности молекул).

Примеры: среда для протекания реакции, кровь, лимфа.

Вода – идеальная жидкость для терморегуляции (благодаря водородным связям – высокая теплоемкость, благодаря маленьким размерам молекул – высокая теплопроводность).

Примеры: охлаждение с минимальным количеством воды (потоотделение, транспирация у растений).

Вода поддерживает форму организмов (несжимаемость, водородные связи).

Примеры: тургор у растений, гидростатический скелет медуз, амниотическая жидкость млекопитающих).

Смазывающие свойства воды (благодаря водородным связям).

Примеры: синовиальная жидкость, плевральная жидкость.Вода участвует в метаболизме.Примеры: гидролиз б.ж.,у., участие в реакциях фотосинтеза.


^ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ

1. УГЛЕВОДЫ

Углеводы – полиоксикарбонильные соединения, компоненты всех живых организмов, в животных клетках до 5%, в клетках растений до 70%.

Углеводы




Моносахариды Олигосахариды Полисахариды



Моносахариды – полиоксиальдегиды (полиоксикетоны), одна молекула, часто с формулой – Сn(Н2О)n . Углеродная цепь из 3,4,5, 6 атомов С. Форма молекулы циклическая или ациклическая. Образуется в результате фотосинтеза, хемосинтеза.

Растворимы в воде, имеют сладкий вкус. Классификация по количеству атомов С:

рибоза – РНК, дезоксирибоза – ДНК – класс пентоз.

Глюкоза – основной источник энергии, входит в состав крахмала, гликогена т т.д.,

Фруктоза – содержится в растениях, входит в состав сахарозы – класс гексоз.

2) Олигосахариды – состоят из 2-10 остатков молекул моносахаридов. Растворимы в

воде, сладкие. Образуются при полимеризации моносахаридов или гидролизе

полисахаридов.

Сахароза (глюкоза + фруктоза) – тростниковый или свекловичный сахар.

Лактоза – молочный сахар (глюкоза + галактоза) – источник углеводов для

детенышей млеков.

3) Полисахариды – полимеры, образованные сотнями или тысячами остатков

молекул моносахаридов. Нерастворимы в воде, нет сладкого вкуса.Образуются в ре

зультате полимеризации моносахаридов.

Крахмал-резервный полисахарид растений, на 20% - амилоза (неразветвленные, но спирально закрученные молекулы), на 80% - амилопектин(разветвленные молекулы). Мономер крахмала – альфа – глюкоза. Качественная реакция на крахмал – раствор йода – синяя окраска. Гидролиз крахмала идет в кислой среде до декстринов, затем до мальтозы (солодового сахара) и ,наконец, глюкозы.

Гликоген - резервный полисахарид животных, строение как у амилопектина, но больше разветвлений.

Целлюлоза - клеточные стенки растений, мономер - бетта – глюкоза, молекулы полимера линейные, неразветвленные.

Хитин-покровы тела членистоногих, стенки клеток грибов.

Муреин - клеточная стенка бактерий, гепарин – препятствует свертыванию крови.

ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ:

Составная часть веществ клетки: РНК, ДНК, АТФ.

Структурная: целлюлоза, хитин, углеводы гликокаликса.

Энергетическая – источники энергии: 1г. углеводов дает 17,6 кдж энергии

Резервная – крахмал, гликоген, сахароза, целлюлоза (в кишечной палочке)

Защитная – клеточные стенки, хитиновые покровы, гликокаликс – рецепторы тканевой совместимости

^ ОБМЕН УГЛЕВОДОВ: УГЛЕВОДЫ ПИЩИ – ГИДРОЛИЗ В ПИЩ. СИСТЕМЕ


ДЕКСТРИНЫ , МАЛЬТОЗА, ГЛЮКОЗА

ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН

синтез углеводов В КРОВЬ

В КЛЕТКИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН В ПЕЧЕНЬ

распад до угл. газа, воды запас гликогена

1г. дает 17 КДЖ энергии
БЕЛКИ
Белки – биологические полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Аминокислоты – органические вещества, содержащие карбоксильную (-СООН) и аминную (-NH2) – группы, присоединенные к какому-либо радикалу. В живых организмах встречаются около трехсот аминокислот, из них лишь 20 участвуют в образовании белка (все – альфа). Девять из них – незаменимые, так-как не могут синтезироваться человеческим организмом (поступают с пищей), растения все аминокислоты синтезируют сами. При образовании белка аминокислоты взаимодействуют между собой, образуя пептидные связи, в результате образуется длинная полипептидная цепь. Так как длинная цепь является энергетически невыгодным состоянием, она приобретает компактную пространственную структуру. Эти структуры формируются в каналах ЭПС. При воздействии неблагоприятных факторов среды (облучение, температура) структуры белка могут разрушаться – ДЕНАТУРАЦИЯ. Она обратима, если не затронута первичная структура. У некоторых а/к есть асимметричный атом углерода, поэтому существует пространственная изомерия – право и левовращающие а/к.

СТУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЛКОВОЙ МОЛЕКУЛЫ

Первичная структура – линейная последовательность аминокислот в цепи, соединенных пептидными связями.

а/к – а/к – а/к – а/к – а/к – а/к - а/к


2). Вторичная структура – альфа – спираль в глобулярных белках и бетта – структура в фибриллярных. Связи, удерживающие спирали – водородные между карбоксильной группой одной а\к и остатком аминогруппы другой а\к. В бетта – структуре водородные связи возникают между разными цепями. Радикалы а/к не входят в состав спирали, а уходят в стороны. Данную структуру обнаружили Полинг, Кори в 1951 г.



Третичная структура – укладка спиралей в пространстве: альфа – спираль – в виде глобулы, бетта – структуры – в виде фибриллы. Связи S-S – десульфидные мостики, водородные, ионные.




Четвертичная структура – агрегат из нескольких глобул (гемоглобин), или микрофибриллы. Связи – межмолекулярного притяжения.



^ ФУНКЦИИ БЕЛКОВ
Структурная – оболочки вирусов, мембраны клеток, белки перьев, шерсти, волос.

Транспортная – белки-переносчики, натрий – калиевая АТФаза - в клетке;

Гемоглобин, гемоцианин – переносчики кислорода и углекислого

Газа в организмах.

3) Двигательная – белки микротрубочек, а также сократительные белки мышц – актин

миозин.

4) Защитная – антитела связывают инородные белки, интерфероны – противовирус-

ные белки – в клетке;

тромбин, фибриноген – защита от кровопотери.

Кожа – защита тела.

Ферментативная – белки-ферменты – катализаторы реакций в клетке.

Пищевая – белки – источник аминокислот.

Запасающая – белки семян, желтков.

Регуляторная – гормоны – белки – инсулин.

Пептиды – вазопрессин.

Нейропептиды – в мозге.


Ферментативная функция белков (ферментум – закваска).

Ферменты увеличивают скорость реакции в десятки миллионов раз за счет снижения энергии активации субстрата (дрова не загораются при комнатной температуре).

Ферменты являются специфичными для определенной реакции и определенных веществ.

Фермент состоит из белковой и небелковой частей (кофактор, ион металла, витамин).

Ферменты работают при определенной температуре, с узкими темп. рамками (35-40O)

Ферменты работают при нормальном давлении.

Ферменты делятся на шесть классов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, синтетазы, изомеразы.

Гипотеза работы фермента: 1. 90-гг. ХIХ в. Фишер – теория ключ и замок – активный центр фермента подходит по принципу комплиментарности к субстрату.

2. 1959 г. – Кошланд – теория динамического узнавания – активный центра фермента подстраивается к субстрату в момент соединения.

ОБМЕН БЕЛКОВ


БЕЛОК ПИЩИ


ГИДРОЛИЗ В ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ


АМИНОКИСЛОТЫ


В КРОВЬ


В КЛЕТКИ


ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН

РЕДКО СИНТЕЗ БЕЛКОВ ОРГАНИЗМА


ЛИПИДЫ.

Липиды-группа жироподобных орг. соединений нерастворимых в воде, но растворимых внеполярных орг. растворителях( бензине ). Липиды очень разнообразны по строению, но схожи по физико-химическим свойствам,а значит по функциям в биологических системах.

Липиды

Жиры Липоиды

Сложные эфиры глицерина и

Жирных карбоновых кислот фосфолипиды воски соединения простые липиды

В клетке их – 1-5% с другими стероиды

веществами витамины

жирорастворимые

Воски: пчелиный воск используется в медицинских мазях, спермацет из мозга кашалота используется в парфюмерии.

Стероиды – холестерин, половые гормоны.

В состав молекул большинства липидов входят длинные углеводородные остатки (хвосты), обладающие гидрофобными свойствами и гидрофильные группы (полярные головки). В воде такие молекулы формируют бимолекулярный слой(головы к воде, хвосты внутрь), который и является основой клеточной мембраны.

ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ:

Энергетическая – при окислении 1 г. жира выделяется 38 кдж. энергии.

Резервная – запасной жир в семенах и плодах, источник метаболической воды у пустынных животных.

Структурная – в составе мембран, фосфолипиды в нервной ткани, жир птиц и морских животных уменьшает вес, пчелиные соты.

Защитная – подкожный жир – термоизоляция и амортизация (почки), восковой налет у растений – защита от испарения, электрическая изоляция нейронов миелином.

Регуляторная – половые гормоны, жирорастворимые витамины (А, D, E, K) – необходимы для роста.

Жир твердый, если в его составе насыщенная кислота, и жидкий при ненасыщенной.

Гидролиз жиров происходит в кишечнике до глицерина и высших карбоновых кислот.

^ ОБМЕН ЖИРОВ

ЖИР ПИЩИ

ГИДРОЛИЗ В ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ


ГЛИЦЕРИН ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ (нерастворимые)

в щелочной среде омыление

соли жирных кислот – растворимы




В ЛИМФУ


В КРОВЬ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН

– распад до угл. газа, воды В КЛЕТКИ . – образование жиров

1 г. дает 38 КДЖ человека


НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

В 1869г.Фридрих Мишер обнаружил нуклеиновые кислоты,но их функции выяснили через 80 лет.

В 1944г.Эвери доказал, что н.к.-носители наследственности.

Доказательства:1) ДНК бактерий (с геном – признаком) + другие бактерии=бактерии с новым признаком;

2) у вируса клетки хозяина проходит только ДНК, а не капсула;

3) ДНК находится в хромосомах всех организмов, ее количество в клетках одного вида одинаково;

4) В половых клетках – половина количества ДНК


^ Нуклеиновые кислоты (нуклеос – ядро) – ядерные кислоты. Представлены ДНК и РНК.

В основном они находятся в ядре клетки, а также – в митохондриях и пластидах.

Нуклеиновые кислоты – полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотиды состоят из одного из азотистых оснований, углевода и остатка фосфорной кислоты.

^ ДНК – ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА.

Структура ДНК была смоделирована в 1953 г. в США учеными Д.Уотсоном и Ф.Криком.

ДНК представляет собой двойной неразветвленный линейный полимер, закрученный спирально (за исключением одноцепочечной молекулы ДНК вирусов и кольцевой ДНК бактерий, пластид и митохондрий).

Мономеры ДНК – нуклеотиды, состоящие из азотистого основания (пуриновые – аденин, гуанин, пиримидиновые – тимин, цитозин), углевод – дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты. В одной молекуле ДНК от 10 до 25 тысяч нуклеотидов четырех типов. Нуклеотиды двух цепочек ДНК соединены комплементарно (дополняя друг друга) через азотистые основания водородными связями: А =Т, Г= Ц, а внутри одной цепочки через остатки фосфорной кислоты. Уникальное свойство ДНК – репликация – самоудвоение, по принципу комплементарности. Правило Чаргаффа: сумма пуриновых оснований = сумма перимидиновых оснований. Этот процесс происходит в синтетический период интерфазы. Молекула ДНК постепенно разделяется ферментом на две половины, в продольном направлении. По мере того как открываются нуклеотиды разделяемой молекулы, к ним тут же , комплементарно, присоединяются свободные нуклеотиды, ранее синтезированные в цитоплазме. Таким образом, каждая половина спирали снова становится целой и вместо одной молекулы ДНК получается две. В результате этого хромосома становятся двухроматидной ( удвоенной).

Структура ДНК каждой особи постоянна и стабильна. Изменение молекулы ДНК (генная мутация) приводит к появлению новых признаков и свойств организма, т.к. вызывает синтез новых белков.

Функции ДНК - химическая основа наследственной информации: информация о структуре белков.

^ РНК – РИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА.

Известна в четырех формах: инфомационная – иРНК, рибосомальная - рРНК, транспортная - тРНК и генетическая ( у некоторых вирусов). Количество РНК в клетке непостоянно. По строению РНК – одинарная, полинуклеотидная цепочка, иногда спиральная – иРНК , или со спаренными спирализованными участками – тРНК. РНК – полимер, его мономеры – нуклеотиды четырех типов. Состав нуклеотидов: азотистые основания – А, Г, Ц, У ; углевод – рибоза и остаток фосфорной кислоты. РНК не способны к самоудвоению и самосборке ( за исключением генетической РНК вирусов).

ИРНК – синтезируется на ДНК по принципу комплементарности ( транскрипция) , после чего она переходит в цитоплазму, где образует комплекс с рибосомами и осуществляет сборку молекул белка ( трансляция ). Функция иРНК – передача информации о белке с ДНК. Нуклеотиды функционируют в виде троек – триплетов – кодонов

ТРНК ( их 61 ) образуются в ядре на ДНК, затем переходят в цитоплазму. Молекулы короткие – до 100 нуклеотидов с кодовым триплетом на одном конце (антикодон) и «посадочной площадкой» на другом. Функция тРНК – транспорт аминокислот к рибосомам, где идет сборка белковой молекулы.

РРНК (до 80% всей РНК клетки) – синтезируется на ДНК (вторичная перетяжка ядрышковой хромосомы) и войдя в состав субъединиц рибосом, выходит в цитоплазму.

Митохондриальная и пластидная РНК – входят в состав рибосом этих органелл.


^ НУКЛЕИНОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Мононуклеотиды:

АМФ = аденин + рибоза + 1Ф (остаток фосфорной кислоты)

АДФ = аденин + рибоза + 2Ф

АТФ = аденин + рибоза + 3Ф

АТФ – АДЕНОЗИНТРИФОСФОРНАЯ КИСЛОТА

АДЕНИН – РИБОЗА – Ф$Ф$Ф $ - макроэргическая связь


АТФ (гидролиз) ---à АДФ + Ф + 40 КДЖ (обычная ковалентная связь – 12 КДЖ)

АДФ ---à АМФ + Ф + 40 КДЖ


АМФ + Ф (фосфорилирование) ---à АДФ

АДФ + Ф----à АТФ


Динуклеотиды:

НАД = аденин + рибоза + 2Ф

НАДФ = аденин + рибоза + 3Ф никотинамиддинуклеотидфосфат


Полинуклеотиды

ДНК – полимер; ее мономер – нуклеотид (А, Г, Т, Ц + дезоксирибоза + Ф)

РНК – полимер; ее мономер – нуклеотид ( А, Г, У, Ц + рибоза + Ф)


МОНОМЕРЫ ДНК И РНК

ОРТОФОСФОРНАЯ ----- ПЕНТОЗА ----АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ

КИСЛОТА

РИБОЗА(в РНК) ПУРИНОВЫЕ

ДЕЗОКСИРИБОЗА(в ДНК) АДЕНИН, ГУАНИН


ПИРИМИДИНОВЫЕ

ЦИТОЗИН, ТИМИН

УРАЦИЛ(в РНК)


НУКЛЕОПРОТЕИДЫ


ДНП РНП

1.хромосомы 1.рнп вирусов

2.днп митохондрии 2.информосомы – и-рнк+белок

3.рибосомы