Хімічний склад клітин
Хімічний склад клітин
Клітини рослин і тварин містять неорганічні і органічні речовини. До неорганічних відносять воду і мінеральні речовини. До органічних речовин відносять білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти.
Вода - це з'єднання, яке жива клітина містить в найбільшій кількості. Вода становить близько 70% маси клітини. Більшість внутрішньоклітинних реакцій протікає у водному середовищі. Вода в клітці знаходиться у вільному і зв'язаному стані.
Мінеральні речовини в клітині можуть бути в дисоційованому стані або в поєднанні з органічними речовинами.
Хімічні елементи, які беруть участь в процесах обміну речовин і мають біологічну активність, називають біогенними.
Цитоплазма містить близько 70% кисню, 18% вуглецю, 10% водню, кальцій, азот, калій, фосфор, магній, сірку, хлор, натрій, алюміній, залізо. Ці елементи складають 99,99% від складу клітини і їх називають макроелементами. Наприклад, кальцій і фосфор входять до складу кісток. Залізо - складова частина гемоглобіну.
Марганець, бор, мідь, цинк, йод, кобальт - мікроелементи. Вони складають тисячні частки відсотка від маси клітини. Мікроелементи потрібні для утворення гормонів, ферментів, вітамінів. Вони впливають на обмінні процеси в організмі. Наприклад, йод входить до складу гормону щитовидної залози, кобальт - до складу вітаміну В12.
Золото, ртуть, радій і ін. - ультрамікроелементи - складають мільйонні частки відсотка від складу клітини.
Недолік або надлишок мінеральних солей порушує життєдіяльність організму.
Кисень, водень, вуглець, азот входять до складу органічних речовин. Органічні сполуки являють собою круп- ні молекули, звані полімерами. Полімери складаються з багатьох повторюваних одиниць (мономерів). До органічних полімерним з'єднанням відносять вуглеводи, жири, білки, нуклеїнові кислоти, АТФ.
Вуглеводи складаються з вуглецю, водню, кисню.
Мономерами вуглеводів є моносахариди. Вуглеводи раз-ділячи на моносахариди, дисахариди і полісахариди.
Моносахариди - прості цукри з формулою (СН2О) n. де n - будь-яке ціле число від трьох до семи. Залежно від числа вугле- рідних атомів в молекулі розрізняють тріози (3С), тетрози (4С), пентози (5С), гексози (6С), гептози (7С).
Тріози С3Н6О3 - наприклад глицеральдегид і дігідроксіацетон - грають роль проміжних продуктів в процесі дихання, уча- ствуют в фотосинтезі. Тетрози С4Н8О4 зустрічаються у бактерій. Пентози С5Н10О5 - наприклад рибоза - входить до складу РНК, дезоксирибоза входить до складу ДНК. Гексози - С6Н12О6 - наприклад глюкоза, фруктоза, галактоза. Глюкоза - джерело енергії для клітини. Разом з фруктозою і галактозою глюкоза може брати участь в утворенні дисахаридов.
Дисахариди утворюються в результаті реакції конденсації між двома моносахаридами (гексози) з втратою молекули води.
Формула дисахаридов С12Н22О11 Серед дисахаридів найбільш широко поширені мальтоза, лактоза і сахароза.
Сахароза, або тростинний цукор, синтезується у рослин. Мальтоза утворюється з крохмалю в процесі його перетравлення в організмі тварин. Лактоза, або молочний цукор міститься тільки в молоці.
Полісахариди (прості) утворюються в результаті реакції конденсації великого числа моносахаридів. До простих полісахаридів відносять крохмаль (синтезується у рослин), глікоген (міститься в клітинах печінки і м'язах тварин і людини), целюлозу (утворює клітинну стінку у рослин).
Складні полісахариди утворюються в результаті взаємодії вуглеводів з ліпідами. Наприклад, гліколіпіди входять до складу мембран. До складних полісахаридів відносять також сполуки вуглеводів з білками (глікопротеїди). Наприклад, глікопротеїди входять до складу слизу, що виділяється залозами желудоч- но-кишкового тракту.
1. Енергетична: 60% енергії організм отримує при розпаді вуглеводів. При розщепленні 1 г вуглеводів виділяється 17,6 кДж енергії.
2. Структурна і опорна: вуглеводи входять до складу плазматичної мембрани, оболонки рослинних і бактеріальних клітин.
3. запасатися: поживні речовини (глікоген, крохмаль) відкладаються в запас в клітинах.
4. Захисна: секрети (слиз), які виділяються різними залозами, оберігають стінки порожнистих органів, бронхів, шлунка, кишечника від механічних пошкоджень, шкідливих бактерій і вірусів.
5. Беруть участь у фотосинтезі.
Жири та жироподібні речовини
Жири складаються з вуглецю, водню, кисню. Мономерами жирів є жирні кислоти і гліцерин. Властивості жирів визначаються якісним складом жирних кислот і їх кількісним співвідношенням. Рослинні жири рідкі (масла), тварини - тверді (наприклад сало). Жири нерозчинні у воді - це гідрофобні сполуки. Жири, з'єднуючись з білками, утворюють ліпопротеїди, з'єднуючись з вуглеводами - гліколіпіди. Гліколіпіди і ліпопротеїди - це жироподібні речовини.
Жироподібні речовини входять до складу мембран клітин, мембранних органел, нервової тканини. Жири можуть з'єднуватися з глюко- зою і утворювати глікозиди. Наприклад, глікозид дигитоксина - речовина, що використовується при лікуванні хвороб серця.
1. Енергетична: при повному розпаді 1 г жиру до вуглекислого газу і води виділяється 38,9 кДж енергії.
2. Структурна: входять до складу клітинної мембрани.
3. Захисна: шар жиру захищає організм від переохолодження, механічних ударів і струсів.
4. Регуляторна: стероїдні гормони регулюють процеси обміну речовин і розмноження.
5. Жир - джерело ендогенної води. При окисленні 100 г жиру виділяється 107 мл води.
До складу білків входять вуглець, кисень, водень, азот. Мономерами білка є амінокислоти. Білки побудовані з двадцяти різних амінокислот. Формула амінокислоти:
До складу амінокислот входять: NH2 - аминогруппа, що володіє основними властивостями; СООН - карбоксильная група, має кислотні властивості. Амінокислоти відрізняються один від одного своїми радикалами - R. амінокислоти - амфотерні сполуки. Вони з'єднуються один з одним в молекулі білка за допомогою пептидних зв'язків.
Схема конденсації амінокислот (освіта пептидного зв'язку)
Є первинна, вторинна, третинна і четвертинна структури білка. Порядок, кількість і якість амінокислот, що входять до складу молекули білка, визначають його первинну структуру. Білки первинної структури можуть за допомогою водневих зв'язків з'єднуватися в спіраль і утворювати вторинну структуру. Поліпептидні ланцюги скручуються певним чином в компактну структуру, утворюючи глобулу (куля) - це тре тичная структура білка. Більшість білків мають третинну структуру. Амінокислоти активні тільки на поверхні глобули. Білки, які мають глобулярную структуру, об'єднуються разом і утворюють четвертинних структуру. Заміна однієї амінокислоти призводить до зміни властивостей білка (рис. 30).
При впливі високої температури, кислот та інших факторів може відбуватися руйнування білкової молекули. Це явище називається денатурацією (рис. 31). іноді денатуріро-
Мал. 30. Різні структури молекул білка.
1 - первинна; 2 - вторинна; 3 - третинна; 4 - четвертинна (на прикладі гемоглобіну крові).
Мал. 31. Денатурація білка.
1 - молекула білка до денатурації;
2 - денатурований білок;
3 - відновлення вихідної молекули білка.
ний білок при зміні умов знову може відновити свою структуру. Цей процес називається ренатурацією і можливий лише тоді, коли не зруйнована первинна структура білка.
Білки бувають прості і складні. Прості білки складаються тільки з амінокислот: наприклад, альбуміни, глобуліни, фібриноген, міозин.
Складні білки складаються з амінокислот і інших органічних сполук: наприклад, ліпопротеїни, глікопротеїни, нук- леопротеіни.
1. Енергетична. При розпаді 1 г білка виділяється 17,6 кДж енергії.
2. Каталітична. Служать каталізаторами біохімічних реакцій. Каталізатори - ферменти. Ферменти прискорюють біохімічні реакції, але не входять до складу кінцевих продуктів. Ферменти строго специфічні. Кожному субстрату відповідає свій фермент. Назва ферменту включає назву субстрату і закінчення «аза»: мальтаза, рибонуклеаза. Ферменти активні при певній температурі (35 - 45о С).
3. Структурна. Білки входять до складу мембран.
4. Транспортна. Наприклад, гемоглобін переносить кисень і СО2 в крові хребетних.
5. Захисна. Захист організму від шкідливих впливів: вироблення антитіл.
6. Скорочувальна. Завдяки наявності білків актину і міозину в м'язових волокнах відбувається скорочення м'язів.
Існує два типи нуклеїнових кислот: ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) і РНК (рибонуклеїнова кислота). Мономе- рами нуклеїнових кислот є нуклеотиди.
ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота). До складу нуклеотиду ДНК входить одне з азотистих основ: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т) або цитозин (Ц) (рис. 32), вуглевод дезоксирибоза і залишок фосфорної кислоти. Молекула ДНК являє собою подвійну спіраль, побудовану за принципом комплементарності. У молекулі ДНК комплементарні наступні азотисті основи: А = Т; Г = Ц. Дві спіралі ДНК з'єднані водневими зв'язками (рис. 33).
Мал. 32. Будова нуклеотиду.
Мал. 33. Ділянка молекули ДНК. Комплементарне з'єднання нуклеотидів різних ланцюгів.
ДНК здатна до Самоудвоение (реплікації) (рис. 34). Реплікація починається з поділу двох комплементарних ланцюгів. Кожна ланцюг використовується в якості матриці для утворення нової молекули ДНК. У процесі синтезу ДНК беруть участь ферменти. Кожна з двох дочірніх молекул обов'язково включає одну стару спіраль і одну нову. Нова молекула ДНК абсо- лютно ідентична старої по послідовності нуклеотидів. Такий спосіб реплікації забезпечує точне відтворення в дочірніх молекулах тієї інформації, яка була записана в материнській молекулі ДНК.
Мал. 34. Подвоєння молекули ДНК.
1 - матрична ДНК;
2 - утворення двох нових ланцюгів на основі матриці;
3 - дочірні молекули ДНК.
1. Зберігання спадкової інформації.
2. Забезпечення передачі генетичної інформації.
3. Присутність в хромосомі в якості структурного компонента.
ДНК знаходиться в ядрі клітини, а також в таких органелах клітини, як мітохондрії, хлоропласти.
РНК (рибонуклеїнова кислота). РНК бувають 3 видів: рибосомная, транспортна та інформаційна РНК. Нуклеотид РНК складається з одного з азотистих основ: аденіну (А), гуаніну (Г), цитозину (Ц), урацила (У), вуглеводу - рибози і залишку фосфорної кислоти.
Рибосомная РНК (рРНК) в поєднанні з білком входить до складу рибосом. рРНК становить 80% від всієї РНК в клітині. На рибосомах йде синтез білка.
Інформаційна РНК (іРНК) становить від 1 до 10% від всієї РНК в клітині. За будовою іРНК комплементарна ділянці молекули ДНК, що несе інформацію про синтез певного білка. Довжина іРНК залежить від довжини ділянки ДНК, з якого зчитували інформацію. іРНК переносить інформацію про синтез білка з ядра в цитоплазму до рибосоми.
Транспортна РНК (тРНК) становить близько 10% всієї РНК. Вона має коротку ланцюг нуклеотидів в формі трилисника і знаходиться в цитоплазмі. На одному кінці трилисника знаходиться триплет нуклеотидів (антикодон), що кодує певну амінокислоту. З протилежного боку триплет нуклеотидів, до якого при- з'єднується амінокислота. Для кожної амінокислоти є своя тРНК. тРНК переносить амінокислоти до місця синтезу білка, тобто до рибосом (рис. 35).
РНК знаходиться в полісом, цитоплазмі, рибосомах, мітохондріях і пластидах.
АТФ - Аденазінтріфосфорная кислота. Аденазінтріфосфорная кислота (АТФ) складається з азотистої основи - аденіну, цукру - рибози, і трьох залишків фосфорної кислоти (рис. 36). У молекулі АТФ накопичується велика кількість енергії, необхідної для біохімічних процесів, що йдуть в клітці. Синтез АТФ відбувається в мітохондріях. Молекула АТФ дуже неустой-
Чіва і здатна отщеплять одну або дві молекули фосфату з виділенням великої кількості енергії. Зв'язки в молекулі АТФ називають макроергічними.
АТФ → АДФ + Ф + 40 кДж АДФ → АМФ + Ф + 40 кДж
Мал. 35. Будова тРНК.
А, Б, В і Г - ділянки комплементарного з'єднання всередині одного ланцюжка РНК; Д - ділянку (активний центр) з'єднання з амінокислотою; Е - ділянка комплементарного з'єднання з молекулою.
Мал. 36. Будова АТФ і її перетворення в АДФ.
Питання для самоконтролю
1. Які речовини в клітці відносять до неорганічних?
2. Які речовини в клітці відносять до органічних?
3. Що є мономером вуглеводів?
4. Яку будову мають вуглеводи?
5. Які функції виконують вуглеводи?
6. Що є мономером жирів?
7. Яку будову мають жири?
8. Які функції виконують жири?
9. Що є мономером білка? 10.Як будова мають білки? 11. Які структури мають білки?
12.Что відбувається при денатурації білкової молекули?
13.Які функції виконують білки?
14.Які нуклеїнові кислоти відомі?
15.Что є мономером нуклеїнових кислот?
16.Что входить до складу нуклеотиду ДНК?
17.Як будова має нуклеотид РНК?
18.Какие будова має молекула ДНК?
19.Какие функції виконує молекула ДНК?
20. Яку будову має рРНК?
21.Какие будова має іРНК?
22.Как будова має тРНК?
23.Какие функції виконують РНК?
24.Какое будова має АТФ?
25.Какие функції виконує АТФ в клітці?
Ключові слова теми «Хімічний склад клітин»
азотистих основ альбуміни
аминокислотная група амінокислоти
біологічна активність біологічний каталізатор