Неорганические соединения клетки

Вода и минеральные вещества

Вода Н2О.

Живая клетка содержит около 70% Н2О от массы. Н2О находится в двух формах:

1) Свободная (95%) – в межклеточном пространстве, сосудах, вакуолях, полостях органов.

2) Связанная (5%) – с высоко-молекулярными органическими веществами.

Свойство:

8) Универсальный растворитель. По растворимости в воде вещества делятся на гидрофильные – растворимые и гидрофобные – не растворимые (жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки).

9) Участвует в био-хим. реакциях (гидролиз, окислительно-восстановительные, фотосинтез)

10) Участвует в явлениях осмоса – прохождение растворителя через полупроницаемую оболочку в сторону растворимого вещества за счёт силы осмотического давления. Осмотическое давление у млекопитающих равно 0,9% р-р NaCl.

11) Транспортная – вещества растворимые в воде транспортируются в клетку или из неё путём диффузии.

12) Вода практически не сжимается, определяя этим тургор.

13) Обладает силой поверхностного натяжения – это сила осуществляет капиллярный кровоток восходящий и нисходящий в растениях.

14) Обладает высокой теплоёмкостью, теплопроводностью, которое поддерживает тепловое равновесие.

При недостатке Н2О нарушаются процессы обмена веществ, потеря 20% Н2О приводит к гибели.

Минеральные вещества.

Минеральные вещества в клетке находятся в виде солей. По совей реакции растворы могут быть кислыми, основными, нейтральными. Эту концентрацию выражают при помощи водородного показателя рН.

рН = 7 нейтральная реакция жидкости

рН < 7 кислая

рН > 7 основная

Изменение рН на 1-2 единицы губительно для клетки.

Функция минеральных солей:

1) Поддерживают тургор клетки.

2) Регулируют био-хим. процессы.

3) Поддерживают постоянный состав внутренней среды.

Примеры:

1) Ионы кальция стимулируют мышечное сокращение. Снижение концентрации в крови вызывает судороги.

2) Соли калия, натрия, кальция. Соотношение этих ионов обеспечивает нормальное сокращение сердечной системы.

3) Йод компонент щитовидной железы.

9) Органические соединения клетки: углеводы, липиды, белки, аминокислоты, ферменты.

I. Углеводы

Входят в состав клеток всех живых организмов. В животных клетках 1-5% углеводов, в растительных до 90% (фотосинтез).

Хим. состав: C, H, O. Мономер – глюкоза.

Группы углеводов:

1) Моносахариды – бесцветные, сладки, хорошо растворимы в воде (глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза).

2) Олигосахарида (дисахариды) – сладкие, растворимые (сахароза, мальтоза, лактоза).

3) Полисахариды – несладкие, плохо растворимы в воде (крахмал, целлюлоза – в растительных клетках, хитин у грибов и членистоногих, гликоген у животных и человека). Гликоген запасается в мышцах, печени. При его расщеплении выделяется глюкоза.

Функции углеводов:

1) Структурная – входит в состав оболочек растительных клеток.

2) Защитная – секреты выделяемые железами содержат углеводы, которые предохраняют полые органы (бронхи, желудок, кишечник) от мех. Повреждений, а растения от проникновения болезнетворных бактерий

3) Запасающая. Питательные вещества (крахмал, гликоген) откладываются в клетках в запас.

4) Строительная. Моносахариды служат исходным материалом для построения органических веществ.

5) Энергетическая. 60% энергии организм получает при распаде углеводов. При расщеплении 1 грамма углевода выделяется 17,6 кДж энергии.

II. Липиды (жиры, жиро-подобные соединения).

Хим. состав

C, O, H. Мономер – глицерин и высоко-молекулярные жирные кислоты.

Свойства: не растворимы в воде, растворимы в органических растворителях (бензин, хлороформ, эфир, ацетон).

По хим. строению липиды делятся на след группы:

1) Нейтральная. Они делятся на твёрдые (при 20 градусах остаются твёрдыми), мягкие (сливочное масло и жир чел. тела), жидкие (растительные масла).

2) Воска. Покрывают: кожу, шерсть, перья животных, стебли, листья, плоды растений.

Сложные эфиры образуемые жирными кислотами и многоатомным спиртом.

3) Фосфолипиды. Один, два остатка жирных кислот, замещены остатком фосфорной кислоты. Основное компонент клеточной мембраны.

4) Стероиды – это липиды не содержащие жирных кислот. К стероидам относятся гормоны (кортизон, половые), витамины (A, D, E).

Стероид холестерин: важный компонент клеточной мембраны. Избыток холестерина может привести к заболеваниям сердечно-сосудистой системы и образованию желчных камней.

Функции липидов:

1) Структурная (строительная) – входя в состав клеточных мембран.

2) Запасающая – откладываются в запас в растениях в плодах и семенах, у животных в подкожно жировой клетчатке. При окислении 1г жира вырабатывается более 1г воды.

3) Защитная – служат для теплоизоляции организмов, т.к. обладает плохой теплопроводностью.

4) Регуляторная – гормоны (кортикостерон, андрогены, эстрогены и др.) регулируют обменные процессы в организме.

5) Энергетическая: при окислении 1г жира выделяется 38,9 кДЖ.

III. Белки.

Высокомолекулярные полимерные органические соединения. Содержание белков в различных клетках от 50-80%. Каждый чел. на Земле имеет свой не повторимый набор только ему свойственных белков (исключение однояйцевые близнецы). Специфичность белковых наборов обеспечивает иммунный статус каждого человека.

Хим. состав: C, O, N, H, S, P, Fe.

Мономеры. Всего их 20, из них 9 незаменимых. Они поступают в организм с пищей в готовом виде.

Свойства:

1) Денатурация – разрушение белковых молекул под воздействием высокой температуры, кислот, хим. веществ, обезвоживания, облучения.

2) Ренатурация – восстановление прежней структуры при возвращении нормальных условий среды (кроме первичной).

3)

Строение (уровни организации белковой молекулы):

1) Первичная структура.

Это полипептидная цепочка состоящая из последовательности аминокислот.

2) Вторичная структура.

Спирально-закрученная полипептидная цепь.

3) Третичная структура.

Спираль принимает причудливую конфигурацию – глобула.

4) Четвертичная структура.

Несколько глобул соединяются в сложный комплекс.

Функции белков:

1) Каталитическая (ферментативная) – белки служат катализаторами (ускорителями био-хим. реакций).

2) Структурная – входят в состав мембран, органелл клетки, костей, волос, сухожилий и т.д.

3) Рецепторная – белки рецепторы воспринимают сигнал из внешней среды и передают их в клетку.

4) Транспортная – белки-переносчики осуществляют перенос веществ через клеточные мембраны (белок гемоглобин переносит кислород из лёгких в клетки др. тканей).

5) Защитная – белки предохраняют организм от повреждения и вторжения чужеродных организмов (белки иммуноглобулины обезвреживают чужеродные белки. Интерферон подавляет развитие вирусов).

6) Двигательная – белки актин и лизин участвуют в сокращении мышечных волокон.

7) Регуляторная – белки гормоны регулируют физиологические процессы. Например инсулин, глюкагон регулируют уровень глюкозы в крови.

8) Энергетическая – при расщеплении 1г белка выделяется 17,6 кДЖ энергии.

IV. Аминокислоты.

Это мономер белков.

Формула:

В состав аминокислоты входят аминогруппы H2N и карбоксильная группа COOH. Аминокислоты отличаются друг от друга своими радикалами R.

Аминокислоты соединяются пептидными связями в полипептидные цепочки.

NH-CO---NH-CO---NH-CO

--- - полипептидная связь.

Карбоксильная группа одной аминокислоты присоединяется к аминогруппе соседней аминокислоты.

V. Ферменты.

Это белковые молекулы способные катализировать (ускорять био-хим. реакции в клетке в сони, миллионы раз).

Функции и свойства:

Ферменты специфичны, то есть катализируют только определённую хим. реакцию или сходные.

Действуют в строго определённой последовательности.

Активность ферментов зависит от температуры, реакции среды, наличия коферментов- небелковые соединения, ими могут служить витамины, ионы, различные Me. Оптимальная температура действия ферментов 37-40 градусов.

Активность ферментов регулируется:

При повышении температур усиливается, под действием лекарств, ядов, подавляется.

Отсутствие или недостаток ферментов приводит к тяжёлым заболеваниям (гемофилия вызвана недостатком фермента отвечающего за свёртываемость крови).

Ферменты используются в медицине для получения вакцин. В промышленности для получения из крахмала сахара, из сахара спирта и др. веществ.

Строение:

В активном центре субстрат взаимодействует с ферментом, которые подходят друг к другу как «ключ к замку».

10) Нуклеиновые кислоты: ДНК, РНК, АТФ.

ДНК, РНК впервые выделены из ядра клеток в 1869 г. швейцарским учёным Мишером. Нуклеиновые кислоты – это полимеры мономером которого являются нуклеотиды состоящие из 2 нуклеиновых оснований аденин и гуанин и 3 пиримидиновых цитозин, урацил, тимин.

I) ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота).

Расшифровали в 1953 г. Уотсон и Крик. 2 нити спирально обвивающие друг друга. ДНК находится в ядре.

Нуклеотид состоит из 3 остатков:

1) Углеводный – дезоксирибоза.

2) Фосфорной кислоты.

3) Азотистые основания.

Нуклеотиды отличаются друг от друга только азотистыми основаниями.

Ц – цитидиловый, Г – гуаниновый, Т – тимидиловый, А – адениновый.

Сборка молекул ДНК.

Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит посредством ковалентных связей через углевод одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты соседнего.

Соединение двух нитей.

Две нити соединяются друг с другом водородными связями между азотистыми основаниями. Азотистые основания соединяются по принципу комплементарности А-Т, Г-Ц. Комплементарность (дополнение) – строгое соответствие нуклеотидов расположенных в парных нитях ДНК. В азотистых основаниях находится генетический код.

Свойства и функции ДНК:

I) Репликация (редупликация) – само удваивание. Происходит в синтетический период интерфазы.

1) Фермент разрывает водородные связи и спирали раскручиваются.

2) Одна цепь отделяется от другой части молекулы ДНК (каждая цепь используется в качестве матрицы).

3) На молекулы воздействует фермент ДНК – полимераза.

4) Присоединение каждой цепи ДНК комплементарных нуклеотидов.

5) Образование двух молекул ДНК.

II) Хранение наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов.

III) Передача на ген. инф.

IV) Структурная ДНК присутствует в хромосоме в качестве структурного компонента.

II) РНК (рибонуклеиновая кислота).

Полимер состоящий из одной цепочки. Они находятся: в ядрышке, цитоплазме, рибосомах, митохондриях, пластидах.

Мономер – нуклеотид состоящий из 3 остатков:

1) Углеводный – рибоза.

2) Остаток фосфорной кислоты.

3) Азотистое основание (непарные) (А, Г, Ц, У – вместо тимина).

Функции РНК: передача и реализация наследственной информации через синтез белка.

Типы РНК:

1) Информационное (иРНК) или матричная (мРНК) 5% всей РНК.

Она синтезируется в процессе транскрипции на определённом участке молекулы ДНК – гене. иРНК переносит инф. О структуре белка (последовательность нуклеотидов) из ядра в цитоплазму на рибосомы и становится матрицей для синтеза белка.

2) Рибосомные (рибосомальный рРНК) 85% всей РНК, синтезируется в ядрышке, входят в состав хромосом, формируют активный центр рибосомы где происходит биосинтез белка.

3) Транспортный (тРНК) 10% всей РНК, образуется в ядре и переходит в цитоплазму и транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка, то есть к рибосомам. Поэтому имеет форму листа клевера:

III) АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).

Нуклеотид состоящий из 3 остатков:

1) Азотистое основание – аденин.

2) Углеводный остаток – рибоза.

3) Три остатка фосфорной кислоты.

Связи между остатками фосфорной кислоты богаты энергией и называются макроэлементами. При отщеплении 1 молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ, двух молекула на АМФ. При этом выделяется энергия 40 кДЖ.

АТФ (три) > АДФ (ди) > АМФ (моно).

АТФ синтезируется в митохондриях, в результате реакции фосфорилирование.

Один остаток фосфорной кислоты присоединяется к АДФ. Они всегда есть в клетке, как продукт её жизнедеятельности.

Функции АТФ: универсальный хранитель и переносчик информации.