Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
В клетках обнаружено от 70 до 90 элементов таблицы Менделеева. ~ 25 элементов встречаются в клетках постоянно и имеют установленное значение.
Химические элементы клетки делят на 3 группы:
1. Основные элементы Макроэлементы
2. Макроэлементы Микроэлементы
3. Микроэлементы Ультрамикроэлементы
Элементы первой группы составляют 98% от состава клетки. К ним относятся: кислород 65%, углерод 20%, водород 10%, азот 3%.
Вторая группа – 1,9% от состава клетки: натрий, калий, кальций, железо, магний, сера, хлор, фосфор.
Третья группа – 0,1% от состава клетки, напр. фтор, бром, иод, медь и т.д.
Кислород, углерод и водород входят в состав всех биологических соединений.
Азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот, некоторых полисахаридов.
Натрий участвует в процессах возбудимости клетки, поддержания осмотического давления, является главным внеклеточным положительным ионом.
Калий участвует в процессах возбудимости, является главным внутриклеточным положительным ионом.
Кальций входит в состав костей, участвует в свертывании крови и в сокращении мышц.
Железо содержится в гемоглобине крови, миоглобине мышц, а так же входит в состав ферментов цепи переноса электронов.
Магний входит в состав костей и хлорофилла.
Медь входит в состав гемоцианина.
Кобальт входит в состав витамина B12.
Фосфор входит в состав костей, нуклеиновых кислот, в состав АТФ, в состав НАДФ, в состав фосфолипидов.
Хлор – главный отрицательный ион в организме.
Иод входит в состав гормонов щитовидной железы.
Сера входит в состав двух аминокислот и кофермента A.
Фтор входит в состав эмали зубов.
Вещества
Неорганические вещества. В составе клеток ~ 80% воды, причем в молодых клетках ее больше, чем в стареющих.
Функции воды:
· Является универсальным растворителем.
· Является средой для протекания биохимических реакций
· Участие во многих реакциях
· Транспорт веществ
· Поддерживание объема и упругости клеток, т.е. вода обеспечивает осмотическое и тургорное давление
· Участие в терморегуляции благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности.
Свойства молекулы воды:
· Полярность: все вещества по отношению к воде делятся на гидрофильные (растворимые в воде – многие неорганические кислоты, соли, щелочи, спирты, моносахариды, дисахариды, некоторые белки) и гидрофобные (нерастворимые в воде – полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды, некоторые белки).
· Небольшие размеры молекулы.
· Способность диссоциировать на ионы.
· Способность образовывать водородные связи – связи между положительно заряженным водородом одной молекулы и отрицательно заряженным кислородом другой. Водородная связь ~ в 15-20 раз слабее ковалентной.
Органические соединения:
1. Углеводы
· Моносахариды – твёрдые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. Наиболее важные среди них – пентозы (напр. рибоза и дезоксирибоза) и гексозы (напр. глюкоза, фруктоза, галактоза).
· Дисахариды. Наиболее важные – сахароза (состоит из глюкозы и фруктозы), лактоза (молочный сахар, состоит из глюкозы и галактозы) и мальтоза (состоит из двух глюкоз).
· Полисахариды образуются при полимеризации глюкозы. Нерастворимы в воде при н.у. и сладкого вкуса не имеют. Крахмал состоит их двух форм: амилоза – неразветвленная часть, связи 1-4. Вторая форма – амилопектин – разветвленная, связи 1-6. Гликоген – похож по строению на амилопектин, но больше ветвится. Целлюлоза/клетчатка – линейный полимер. Хитин и муреин похожи по строению на целлюлозу, но в их составе есть азот.
Функции углеводов:
· Энергетическая
· Структурностроительная
· Запасающая
2. Липиды. К ним относятся жиры и жироподобные вещества. Липиды имеют различное строение, но общие свойства: нерастворимость в воде, но растворимость в органических растворителях, напр. в эфире, хлороформе.
К липидам относятся:
· Жиры – состоят из глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты – чаще всего пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, причем пальмитиновая и стеариновая – предельные. В состав растительных жиров входит в основном непредельные кислоты, поэтому растительные жиры при комнатной температуре жидкие. Исключение – пальмовое масло. В состав животных жиров входят в основном предельные кислоты, поэтому при комнатной температуре они твердые, кроме рыбьего жира.
· Фосфолипиды – состоят из глицерина, двух остатков жирных кислот и остатка фосфорной кислоты.
· Воск – состоит из многоатомных спиртов и жирных кислот, напр. кутикула, секрет копчиковой железы птиц, пчелиный воск.
· Стероиды – производные холестерина, напр. кортикостероиды, половые гормоны
Функции липидов:
· Структурностроительная, напр. фосфолипиды входят в состав мембран
· Энергетическая
· Терморегуляционная
· Запасающая
· Защитная, напр. жировая капсула почек
· Регуляторная, напр. кортикостероиды
· Источник эндогенной воды – характерно для пустынных животных. При окислении 1 г жира образуется 1,1 г воды.
3. Белки – это непериодические полимеры, мономерами которых являются 20 видов аминокислот.
В состав большинства белков входит от 200 до 500 аминокислот.
В молекуле белка выделяют 4 уровня организации:
Первичная структура – соединение аминокислот в полипептидную цепочку за счет пептидных связей.
Вторичная структура – скручивание полипептидной цепочки в спираль, которая удерживается водородными связями между кислородом из группы C-O и водородом из группы N-H, которые находятся на разных витках спирали. Некоторые белки остаются на уровне вторичной структуры, напр. актин, миозин.
Третичная структура – сворачивание спирали в глобулу (комок строго определенной для данного белка формы). Глобула удерживается различными связями между радикалами: гидрофобными, водородными, дисульфидными мостиками и др. Большинство белков имеют третичную структуру, напр. антитела.
Четвертичная структура – взаимодействие между глобулами за счет любых связей кроме пептидных, напр. гемоглобин, который состоит из четырех глобул.
Нарушение свойств и структуры белка называется денатурация. Она может вызываться действием температур (как высоких, так и низких), рентгеновских лучей, ультрафиолета, изменения pH, действием солей тяжелых металлов, механических воздействий и др. Денатурация бывает обратимая – пока сохраняется первичная структура белка, и необратимая – когда первичная структура нарушается.
Классификация белков:
1. По форме:
· Фибриллярные – в виде нитей, напр. актин, миозин, фибрин
· Глобулярные – имеют вид глобулы
2. По составу:
· Простые – протеины, состоят только из аминокислот
· Сложные – протеиды, в состав которых входят не только аминокислоты. К протеидам относятся металлопротеиды, напр. гемоглобин, липопротеиды, гликопротеиды
Функции белков:
· Ферментативная – все ферменты являются белками. Свойства ферментов: субстратная специфичность, специфичность действия, действуют при относительно низких температурах, могут действовать при нейтральных pH.
· Структурностроительная, напр. коллаген, эластин, оссеин
· Двигательная, напр. актин, миозин
· Транспортная, напр. гемоглобин
· Регуляторная, напр. инсулин
· Защитная, напр. антитела
· Рецепторная – белки мембран
· Энергетическая
· Запасающая, напр. клейковина
4. Нуклеиновые кислоты
Существует два вида нуклеиновых кислот: ДНК и РНК.
Нуклеиновые кислоты открыл Мишер в 1868 г.
Модель строения ДНК расшифровали в 1953 Уотсон и Крик.
Мономером нуклеиновой кислоты является нуклеотид, который состоит из пентозы, азотистого основания и остатка фосфорной кислоты. Во всех живых клетках находятся и ДНК, и РНК.
ДНК
Функции ДНК – хранение и передача наследственной информации. ДНК находится в ядре, митохондриях и пластидах клетки, а у прокариотов в нуклеоидах.
Нуклеотид ДНК состоит из дезоксирибозы, остатка фосфорной кислоты и одного из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, тимин, цитозин.
ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепочек и представляет собой правозакрученную двойную спираль. Ширина спирали ~ 2 нм, длина – сотни тысяч нм. Полинуклеотидная цепочка образуется за счет ковалентных связей между дезоксирибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.
Две полинуклеотидные цепочки соединяются между собой водородными связями между азотистыми основаниями по принципу комплементарности, а именно аденин соединяется с тимином двумя водородными связями, а гуанин с цитозином – тремя.
Важнейшее свойство ДНК – способность к самоудвоению/репликации/ редупликации, которая происходит перед делением клетки. Определенные ферменты разрывают водородные связи между азотистыми основаниями, и на одноцепочных участках ДНК, как на матрице, при помощи фермента ДНК-полимераза собираются дочерние цепочки из свободных нуклеотидов клетки по принципу комплементарности. Причем на одной цепи ДНК синтез идет непрерывно, а на другой – фрагментами в обратном направлении, и фрагменты затем сшиваются. В результате получаются две молекулы ДНК, одинаковые между собой и с исходной молекулой.
РНК
РНК находится в ядрышке, рибосомах, цитоплазме, митохондриях, пластидах клетки.
Отличия РНК от ДНК:
· РНК представлена одной цепочкой (только у некоторых онковирусов есть двуцепочные РНК).
· Вместо дезоксирибозы рибоза.
· Вместо тимина уроцил.
· Количество РНК в клетке непостоянно.
· РНК не способна к репликации.
Виды РНК:
· Информационная/матричная РНК составляет ~ 5-10 % от всей РНК, синтезируется в процессе транскрипции и содержит информацию об одном или нескольких белках.
· Рибосомная РНК/рРНК входит в состав рибосом.
· Транспортная РНК/тРНК – небольшая молекула (70-90 нуклеотидов), свернута в виде листа клевера. К акцепторному участку присоединяется аминокислота, а три нуклеотида на верхушке представляют собой антикодон, который определяет вид переносимой аминокислоты. Функция тРНК – перенос аминокислот к месту сборки белка.
· АТФ состоит из аденина, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, которые соединяются между собой двумя макроэргическими, т.е. высокоэнергетическими связями. При разрыве такой связи освобождается 40 кДж энергии, и при этом АТФ превращается в АДФ. АТФ является универсальным биологическим аккумулятором энергии. Процесс синтеза АТФ называется фосфорилирование.
· НАД и НАДФ также являются нуклеотидами по составу и являются акцепторами и переносчиками электронов и протонов водорода:
НАД+ + ē + ē + H+ → НАД∙Н + Н+
Вирусы
Вирусы занимают промежуточное положение между живыми и неживыми объектами.
В 1892 г. Ивановский открыл вирус табачной мозаики.
У вируса нет клеточного строения, т.е. нет органоидов. В его составе нет воды, у него нет процессов обмена веществ, и многие вирусы имеют форму кристаллов. Вирус состоит из ДНК или РНК, причем нуклеиновая кислота окружена белками, и такая белковая оболочка называется капсид. У некоторых вирусов в белковой оболочке также есть молекулы липидов, напр. у вируса СПИДа.
Когда вирус попадает в определенную клетку, то он тормозит собственные процессы жизнедеятельности клетки и запускает синтез своей нуклеиновой кислоты и белков из материала клетки и в органоидах клетки: происходит сборка вирусных частиц.
Вирусы вызывают заболевания у представителей всех царств. У человека известно ~ 500 вирусных заболеваний, напр. оспа, корь, СПИД, грипп, энцефалит, гепатит, бешенство, полиомиелит, желтая лихорадка и др. В организме человека в ответ на внедрение вируса вырабатывается белок интерферон.
Отдельную группу вирусов составляют вирусы бактерий, которые называются бактериофаги. Бактериофаг состоит из белковой головки, в которой находится нуклеиновая кислота, белкового хвостового отростка и белковых хвостовых нитей.
Дата публикования: 2014-12-11; Прочитано: 509 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!