Головна  /  Поради  /  Робота 2 органічні і неорганічні речовини клітини. Органічні і неорганічні сполуки в клітці

Робота 2 органічні і неорганічні речовини клітини. Органічні і неорганічні сполуки в клітці

Поради
08.10.2021

Клітка як біологічна система

основи цитології

Основні поняття:

клітинна теорія, цитологія, клітина - одиниця будови, життєдіяльності, росту і розвитку організму, класифікація живого, прокаріоти і еукаріоти, хімічний склад клітини, будова про- і еукаріотних клітин, взаємозв'язок будови і функцій органоїдів клітини, порівняльна характеристика клітин рослин, тварин, грибів і бактерій

Початком вивчення клітини вважають 1665 р .: англійський натураліст Роберт Гук, розглядаючи під мікроскопом зріз коркового дерева, побачив осередки, які назвав «Клітинами».Формування уявлень про клітці відбувалося в процесі розвитку біологічної науки.

З історії розвитку уявлень про клітці:

Зародження і розвиток поняття про клітину 1665 г. - Р. Гук ввів поняття «клітка»; 1680 г. - А. Левенгук відкрив одноклітинні організми; 1833 г. - Р. Броун виявив всередині клітин рослин щільні освіти, які назвав «Ядрами»; 1838 г. - М. Шлейден прийшов до висновку, що всі рослинні клітини мають ядро, Т. Шванн виявив ядра в тваринних клітинах.
Виникнення клітинної теорії 1838 г. - Т. Шванн і М. Шлейден узагальнили знання про клітці, сформулювали основні положення клітинної теорії: всі рослинні і тваринні організми складаються з клітин, подібних за будовою.
Розвиток клітинної теорії 1858 г. - Р. Вірхов стверджував, що кожна нова клітина відбувається тільки з клітини в результаті її поділу; 1858 г. - К. Бер встановив, що всі організми починають свій розвиток з однієї клітини (ембріон ссавця розвивається з однієї клітини - заплідненої яйцеклітини).

цитологія(Від грец. Kytos) - наука про клітину. Успіхи науки цитології нерозривно пов'язані з розвитком методів дослідження: вдосконалення світлового мікроскопа і появою електронного, застосування спеціальних барвників, що дозволяють вибірково виявити клітинні структури

Основні положення клітинної теоріїна сучасному етапі можна сформулювати наступним чином:

Основні положення характеристика
1. Клітина - основна структурна одиниця будови, розвитку та життєдіяльності Всі організми складаються з клітин. Багатоклітинні організми розвиваються з однієї заплідненої яйцеклітини. Процеси життєдіяльності організму складаються з життєдіяльності окремих клітин
2. Клітини всіх організмів подібні за хімічним складом, будовою, функціями Всі клітини містять органічні сполуки: вуглеводи, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти і неорганічні речовини: воду і солі. Всі клітини мають оболонку, цитоплазму, ядро ​​і інші клітинні структури - органели Всі клітини мають здатність до зростання, розмноження, дихання, виділення, обміну речовин і енергії, мають подразливістю
3. Всі нові клітини утворюються при діленні вихідних клітин Зростання організму відбувається в результаті поділу клітин, нові клітини утворюються тільки при розподілі вихідних, материнських клітин. У багатоклітинних організмах клітини спеціалізуються за функціями і утворюють тканини

Висновок: всі організми, крім вірусів, мають клітинну будову, подібний хімічний склад клітин, утворення клітин відбувається подібним чином, що говорить про єдність походження всього живого.

Створення клітинної теорії стало найважливішою подією в біології, одним з вирішальних доказів єдності живої природи. Клітинна теорія мала значний вплив на розвиток біології як науки, послужила фундаментом для розвитку таких дисциплін, як ембріологія, гістологія і фізіологія. Вона дозволила створити основи для розуміння життя, індивідуального розвитку організмів, для пояснення еволюційного зв'язку між ними. Основні положення клітинної теорії зберегли своє значення і сьогодні, хоча більш ніж за сто п'ятдесят років були отримані нові відомості про структуру, життєдіяльності та розвитку клітини. клітини бувають прокариотические і еукаріотичні. Організми, утворені прокариотическими клітинами, називаються прокаріоти, А організми, утворені еукариотическими клітинами, - еукаріоти.

Класифікація живого

Підставою для такого поділу організмів на царства є способи харчування цих організмів і будова клітин.

Хімічний склад клітини.До складу організмів входить велика частина хімічних елементів Періодичної системи Д.І. Менделєєва.

Макроелементи - водень, кисень, вуглець, азот. До цієї групи відносять також калій, натрій, кальцій, сірка, фосфор, магній, залізо, хлор (зміст цих елементів в клітці становить десяті й соті частки відсотка). В сумі макроелементи складають близько 98%.

Мікроелементи - цинк, мідь, йод, фтор, молібден, бор, марганець, кобальт (зміст цих елементів в клітці складає соті і тисячні частки відсотка).

Ультрамікроелементи - золото, платина, ртуть, цезій (зміст цих елементів в клітці не перевищує тисячних часток відсотка).

Мікроелементи і ультрамікроелементи грають важливу роль в організмі: залізо входить до складу гемоглобіну, йод - компонент гормону щитовидної залози, нестача селену призводить до виникнення ракових захворювань.

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ

Хімічні елементи утворюють органічні і неорганічні речовини:

Органічні речовини неорганічні речовини


Вуглеводи Білки Жири АТФ Нуклеїнові Мінеральні Вода

кислоти речовини

Неорганічні речовини клітини

вода- один із самих основних компонентів живої клітини, становить в середньому 70-80% маси клітини. У клітці вода знаходиться у вільному (95%) і пов'язаної (5%) формах. Крім того, що вона входить в їх склад, для багатьох організмів це ще і місце існування.

Роль води в клітині визначається її унікальними хімічними і фізичними властивостями, пов'язаними головним чином з малими розмірами молекул, з полярністю її молекул і з їх здатністю утворювати один з одним водневі зв'язки. Вода як компонент біологічних систем виконує такі найважливіші функції:

1. Вода - універсальний розчинник для полярних речовин, наприклад солей, цукрів, спиртів, кислот і ін. Речовини, добре розчинні у воді, називаються гідрофільними.

2. Молекули води беруть участь у багатьох хімічних реакціях, наприклад при гідролізі полімерів.

3. В процесі фотосинтезу вода є донором електронів, джерелом іонів водню і вільного кисню.

4. Не полярні речовини вода не розчиняє і не змішується з ними, оскільки не може утворювати з ними водневі зв'язки. Нерозчинні у воді речовини називаються гідрофобними.

5. Вода має високу питому теплоємність. Для розриву водневих зв'язків, що утримують молекули води, потрібно поглинути велику кількість енергії. Це властивість забезпечує підтримку теплового балансу організму при значних перепадах температури в навколишньому середовищі.

6. Вода відрізняється високою теплопровідністю, що дозволяє організму підтримувати однакову температуру у всьому його обсязі.

7. Вода характеризується високою теплотою пароутворення, т. Е. Здатністю молекул відносити з собою значну кількість тепла при одночасному охолодженні організму. Завдяки цій властивості води, що виявляється при потовиділенні у ссавців, теплової задишки у крокодилів та інших тварин, транспірації у рослин, запобігає їх перегрів.

8. Для води характерно винятково високу поверхневий натяг. Це властивість має велике значення для пересування розчинів по тканинах (кровообіг, висхідний і спадний струми в рослинах). Багатьом дрібним організмам поверхневий натяг дозволяє утримуватися на воді або ковзати по її поверхні.

9. Вода забезпечує пересування речовин в клітині і організмі, поглинання речовин і виведення продуктів метаболізму.

10. У рослин вода визначає тургор клітин, а у деяких тварин виконує опорні функції, будучи гідростатичним скелетом (круглі і кільчасті черви, голкошкірі).

11. Вода - складова частина змащувальних рідин (синовіальної - в суглобах хребетних, плевральної - в плевральній порожнині, перикардіальної - в околосердечной сумці) і слизу (полегшують пересування речовин по кишечнику, створюють вологе середовище на слизових оболонках дихальних шляхів). Вона входить до складу слини, жовчі, сліз і ін.

Властивості, функції і значення води

мінеральні солі. Молекули солей у водному розчині розпадаються на катіони і аніони. Найбільше значення мають катіони (К +, Na +, Са2 +, Mg2 +, NH4 +) і аніони (Сl-, Н2Р04 -, НР042-, НС03 -, NO3 2-, SO4 2-) .Деякі іони беруть участь в активації ферментів, створенні осмотичного тиску в клітці, в процесах м'язового скорочення, згортання крові та ін. Ряд катіонів та аніонів необхідний для синтезу важливих органічних речовин (наприклад, фосфоліпідів, АТФ, нуклеотидів, гемоглобіну, хлорофілу та ін.), а також амінокислот, будучи джерелами атомів азоту і сірки . Соляна кислота входить до складу шлункового соку. Солі кальцію і фосфору присутні в кісткової тканини тварин і людини.

Органічні речовини.Основою всіх органічних сполук є вуглець (С), який утворює зв'язки з іншими атомами і їх групами. В результаті утворюються складні хімічні сполуки, різні за будовою і функціями, - макромолекули (від грец. Macros - великий).

Макромолекули складаються з повторюваних низькомолекулярних з'єднань, - мономерів(Від грец. Monos - один).

полімер(Від грец. Poly - багато) – макромолекула, утворена мономерами.

У молекулах полімерів мономери можуть бути однакові або різні. Залежно від того, які мономери входять до складу полімерів, полімери діляться на наступні групи:

полімери


регулярні Нерегулярні

А-А-А-А-A-A- - А-В-А-С-В-А-А-D- C- A-

A-S-D-A-S-D-A-S-D-

Полімери, що входять до складу живих організмів, називаються біополімери,властивості яких залежать від будови їх молекул, числа і різноманітності мономерів. Біополімери універсальні, так як побудовані за єдиним планом у всіх живих організмів. Різноманітність властивостей біополімерів обумовлено різним поєднанням мономерів, які утворюють різні варіанти. Властивості біополімерів проявляються тільки в живій клітині.

Вуглеводи, або цукориди, - органічні сполуки, до складу яких входять вуглець, водень і кисень. Назва «вуглеводи» вони отримали з-за свого хімічного складу: загальна формула більшості з них Сn (H2O) n.

Склад і будова вуглеводів

моносахариди- прості цукри, які мають загальну формулу (СН2О) n, де n = 3-9. Серед моносахаридів розрізняють тріози (3С), тетраози (4С), пентози (5С) - рибоза, дезоксирибоза, гексози (6С) - глюкоза, галактоза. Моносахариди добре розчиняються у воді, вони солодкі на смак. Фруктоза входить до складу меду, знаходиться в плодах, зелених частинах рослин. Глюкоза знаходиться в плодах, крові, лімфі, є основним джерелом енергії, входить до складу дисахаридов і полісахаридів.

дисахариди- речовини, утворені в результаті конденсації двох молекул моносахаридів з втратою однієї молекули води. У рослин - це сахароза (С12Н22О11) і мальтоза, у тварин - лактоза. Сахароза - основна транспортна форма вуглеводів в рослинах. Лактоза утворюється в молочній залозі і присутній в молоці.

глюкоза + глюкоза = мальтоза;
глюкоза + галактоза = лактоза;
глюкоза + фруктоза = саxароза.

За своїми властивостями дисахариди близькі до моносахаридів. Вони добре розчиняються у воді і мають солодкий смак.

полісахариди- це високомолекулярні вуглеводи, утворені шляхом з'єднання великого числа молекул моносахаридів, У рослин - крохмаль, целюлоза (клітковина), формула (С6Н10О5) n; у тварин - глікоген, хітин. Целюлоза - основний опорний компонент клітинної стінки у рослин. Крохмаль - основний резервний вуглевод рослин. Глікоген - резервний полісахарид тварин (накопичується в печінці і м'язах. Хітин входить до складу покривів членистоногих, забезпечує міцність покривних структур грибів.

Локалізація в клітині і організмі: клітинна стінка, клітинні включення, клітинний сік рослин, покриви членистоногих.

функції вуглеводів:

1) Енергетична. Вуглеводи - це основне джерело енергії для організмів. В процесі окислення 1 г вуглеводів звільняється 17,6 кДж.

2) Структурна. Клітинні стінки рослин побудовані з целюлози. Покрови тіла членистоногих, клітинні стінки грибів складаються з хітину. Вуглеводи входять до складу органоїдів, молекул ДНК і РНК.

3) запасається. Цю функцію виконують у рослин крохмаль, у тварин глікоген. Вони мають здатність накопичуватися в клітинах і витрачатися у міру виникнення потреби в енергії.

4) Захисна. Залози виділяють секрети, які містять вуглеводи. Секрети захищають стінки порожнистих органів (шлунок, кишечник) від механічних пошкоджень, проникнення хвороботворних бактерій.

ліпіди- це жироподібні речовини, більшість з яких складається з жирних кислот і трехатомного спирту; це складні ефіри вищих жирних кислот і трехатомного спирту гліцерину.

Жири - найбільш прості і широко поширені ліпіди. Рідкі жири називаються маслами. У тварин масла зустрічаються в молоці, але частіше зустрічаються у рослин в насінні, плодах.

Склад і будова ліпідів

Місце синтезу в клітині: на мембранах гладкої ендоплазматичної мережі.

Локалізація в клітині і організмі: клітинна мембрана, клітинні включення, підшкірна жирова клітковина і сальники.

Опціїліпідів:

1) Енергетична. Ліпіди - «енергетичне депо». При окисленні 1 г ліпідів до СО2 і Н2О звільняється 38,9 кДж, що в два рази більше в порівнянні з вуглеводами і білками.

2) Структурна. Ліпіди беруть участь в побудові мембран клітин і утворення важливих біологічних сполук, наприклад, гормонів, вітамінів.

3) запасається. У рослинах частіше накопичуються масла, а не жири. Насіння сої та соняшнику багаті маслами.

4) Захисна і теплоізоляційна. Жири погано проводять тепло. Вони відкладаються під шкірою тварин, у деяких досягають такі скупчення товщини до 1 м, наприклад, у китів. Жировий шар захищає тварин від переохолодження. Жирова тканина виконує функцію терморегулятора. У китів, крім того, він грає ще й іншу роль - сприяє плавучості. Завдяки низькій теплопровідності шар підшкірного жиру допомагає зберегти тепло, що дозволяє, наприклад, багатьом тваринам жити в умовах холодного клімату.

5) Змащуюча і водовідштовхувальна. Віск покриває шкіру, шерсть, пір'я, робить їх більш еластичними і оберігає від вологи. Восковий наліт мають листя і плоди багатьох рослин. Такий шар захищає листя під час сильних дощів від намокання.

6) Регуляторна. Багато біологічно активні речовини (статеві гормони - тестостерон у

чоловіків і прогестерон у жінок), вітаміни (A, D, E) є сполуками ліпідної

7) Джерело метаболічної води. Одним з продуктів окислення жиру є вода, яка

дуже важлива для деяких мешканців тваринного світу пустель, наприклад, для верблюдів.

Жир, який запасають ці тварини в горбах, є джерелом води. Окислення 100 г

жиру дає приблизно 105 г води. Необхідну для життєдіяльності воду ведмеді, бабаки і

інші тварини, що впадають в сплячку, отримують в результаті окислення жиру.

8) В мієлінових оболонках аксонів нервових клітин ліпіди є ізоляторами при проведенні нервових імпульсів.

9) Віск використовується бджолами в будівництві сот.

Ліпіди можуть утворювати комплекси з іншими біологічними молекулами - білками і цукрами.

Білки, або протеїни (Від грец. Protos - перший) - найчисленніші, різноманітні і мають першорядне значення органічні сполуки. Білки - макромолекули, так як мають великі розміри.

Хімічний складмолекул білка: вуглець, кисень, водень, азот, сірка, також можуть бути фосфор, залізо, цинк, мідь.

Білки - це полімери, що складаються з повторюваних низькомолекулярних мономерів. Амінокислоти - мономери білкових молекул. Відомо близько 200 амінокислот, що зустрічаються в живих організмах, але тільки 20 з них входять до складу білків. Це так звані основні, або белокобразующіе амінокислоти. 20 амінокислот забезпечують різноманіття білків. У рослин всі необхідні амінокислоти синтезуються з первинних продуктів фотосинтезу. Людина і тварини не здатні синтезувати ряд амінокислот і повинні отримувати їх в готовому вигляді разом з їжею. Такі амінокислоти називаються незамінними. До них відносяться лізин, валін, лейцин, ізолейцин, треонін, фенілаланін, триптофан, метіонін, аргінін і гістидин (всього 10).

Будова амінокислоти:

Між аминогруппой однієї амінокислоти і карбоксильної групою іншої амінокислоти утворюється ковалентний зв'язок, яка називається пептидний зв'язок,а молекула білка - поліпептид.

У розчині амінокислоти можуть виступати в ролі як кислот, так і основ, т. Е. Вони є амфотерними сполуками. Карбоксильная група -СООН здатна віддавати протон, функціонуючи як кислота, а аминная - NH2 - приймати протон, виявляючи таким чином властивості підстави.

Структура білків.Кожному білку в певному середовищі властива особлива просторова структура. При характеристиці просторової (тривимірної) структури виділяють чотири рівні організації молекул білків.

Рівні структурної організації білка: а - первинна структура - амінокислотна послідовність білка; б - вторинна структура - поліпептидний ланцюг закручена у вигляді спіралі; в - третинна структура білка; г - четвертинна структура гемоглобіну.

Місце синтезу білків в клітині: на рибосомах.

Локалізація білків в клітині і організмі: присутні у всіх органелах і цитоплазматичної матриксе.

Просторова структура білка:

первинна структурабілка - послідовність амінокислот, з'єднаних один з одним пептидними зв'язками в поліпептидний ланцюг. Від первинної структури залежать усі властивості та функції білків. Заміна однієї-єдиної амінокислоти в складі молекул білка або порушення порядку в їх розташуванні зазвичай тягне за собою зміну функції білка.

вторинна структурабілкової молекули досягається її спирализация: поліпептидний ланцюг, що складається з послідовно з'єднаних амінокислот, закручується в спіраль, утворюються неміцні водневі зв'язку між - СО і - NН- групами.

при утворенні третинної структуриспіралізує білкова молекула ще багато разів згортається, утворюючи кульку - глобулу. Міцність третинної структури визначається різними зв'язками, наприклад, дисульфідними зв'язками (-S-S-), іонні, водневі, гідрофобна взаємодія.

четвертичная структура- це з'єднання, що складається з декількох молекул білка, що мають третинну структуру. Хімічні зв'язку - іонні, водневі, гідрофобна взаємодія.

І так, первинна структура - це лінійна структура, у вигляді поліпептидного ланцюга; вторинна - спіральна, за рахунок водневих зв'язків; третинна - глобулярна; четвертичная - об'єднання декількох молекул білка з третинної структурою.

Властивість білка - денатурація- порушення природної структури білка, яка буває оборотна, якщо не зруйнована первинна структура, і необоротна, якщо первинна структура зруйнована.

Вплив факторів середовища

(Температура, хімічні речовини, випромінювання та ін.)


Денатурація білка (руйнування структур)

ренатурації- повне відновлення структури білка.

Під впливом різних хімічних та фізичних факторів (обробка спиртом, ацетоном, кислотами, лугами, високою температурою, опроміненням, високим тиском і т. Д.) Відбувається зміна вторинної, третинної і четвертинної структур білка внаслідок розриву водневих і іонних зв'язків. Процес порушення природної структури білка називається денатурацією. При цьому спостерігається зменшення розчинності білка, зміна форми і розмірів молекул, втрата ферментативної активності і т. Д. Процес денатурації може бути повним або частковим. У деяких випадках перехід до нормальних умов середовища супроводжується мимовільним відновленням природної структури білка. Такий процес називається ренатурацією.

Прості і складні білки. За хімічним складом виділяють білки прості і складні. До простих належать білки, що складаються тільки з амінокислот, а до складний - білки, що містять білкову частину і небілкової - іони металів, залишок фосфорної кислоти, вуглеводи, ліпіди та ін.

функції білків:

1) ферментативна, або каталітична.Каталізатори - це речовини, що прискорюють хімічні реакції. ферменти- це каталізатори біохімічних реакцій. Ферменти прискорюють реакції в організмі в десятки і сотні тисяч разів. Вони високоспецифічні, так як кожен фермент каталізує тільки певну реакцію.

Ферменти = Біокаталізатори (прискорювачі хімічних реакцій, що протікають в клітинах)

2) Структурна.Білки входять до складу всіх мембран і органоїдів клітини (наприклад, в поєднанні з РНК білок утворює рибосоми).

3) енергетична. При розпаді 1 г білків до кінцевих продуктів (СО2, Н2О і азотовмісні речовини) виділяється 17,6 кДж.

4) Запасающая.Цю функцію виконують білки - джерела живлення (білок яйця - альбумін,

білок молока - казеїн, клітини ендосперму і яйцеклітини).

5) Захисна.Всі живі клітини і організми мають захисні системи. У людини і тварин - це імунний захист. У лімфоцитах утворюються антитіла - захисні білки, які знешкоджують чужорідні тіла. Інший приклад захисної функції - згортання білка фібриногену в крові, що призводить до утворення згустку крові - тромбу, який закупорює судину, кровотеча припиняється. Механічний захист забезпечують рогові освіти - волосся, роги, копита. До складу цих утворень входять білки. Рослини теж утворюють захисні білки, наприклад, алкалоїди, завдяки яким покриви рослин стають більш міцними і стійкими.

6) Регуляторна.Багато білки - гормони, Що регулюють фізіологічні процеси (білкову природу мають інсулін і глюкагон). Клітини підшлункової залози виробляють гормон інсулін, який регулює вміст глюкози в крові.

Підшлункова залоза

гормон інсулін

Глюкоза (в крові) à Глікоген (в клітинах печінки)

7) Транспортна.Функція транспортних білків полягає в приєднанні хімічних елементів або біологічно активних речовин і перенесення їх до тканин і органів.

Гемоглобін (знаходиться в еритроцитах)


Гемоглобін + кисень гемоглобін + вуглекислий газ

8) Рухова.Скоротливі білки беруть участь у всіх видах руху, до яких здатні клітини та організми. Приклади: рух джгутиків і війок у найпростіших одноклітинних тварин, скорочення м'язів у багатоклітинних тварин (білки міозин і актин забезпечують скорочення м'язових клітин), рух листя у рослин.

9) Сигнальна.Білки, вбудовані в мембрану клітини, здійснюють прийом сигналів з

зовнішнього середовища і передачу інформації в клітку. Такі білкові молекули здатні

змінювати свою третинну структуру у відповідь на дії факторів зовнішнього середовища.

10) Токсична(Токсини, що забезпечують захист від ворогів і умертвіння видобутку).

функції білка характеристика
1. Структурна Білки входять до складу клітинних мембран і органоїдів
2. Енергетична При окисленні 1 г білків виділяється 17,6 кДж
3. запасатися Білки - запасний поживний і енергетичний матеріал
4. Каталитическая, ферментативна Білки - ферменти, що прискорюють хімічні реакції
5. Регуляторна Багато білки - гормони, що регулюють фізіологічні процеси
6. Транспортна Перенесення різних речовин (гемоглобін + кисень)
7. Рухова Скоротливі білки забезпечують рух (хромосоми до полюсів клітини)
8. Захисна Захищають організм від чужорідних тіл
9. Сигнальна Здійснюють прийом сигналів із зовнішнього середовища і передачу інформації в клітку
10. Токсична Токсини забезпечують захист від ворогів і умертвіння видобутку

Білки використовуються як джерело енергії рідко, оскільки вони виконують ряд інших важливих функцій. Білки зазвичай використовуються, коли виснажуються такі джерела, як вуглеводи і жири. Вуглеводи і жири відкладаються в запас; коли в їжі бракує будь-якого органічного з'єднання, можливо перетворення в організмі одних органічних сполук в інші: білків в жири і вуглеводи, вуглеводи і жири один в одного. Але вуглеводи і жири не можуть перетворюватися в білки.

Основні властивості і рівні організації живої природи

Рівні організації живих систем відображають підпорядкованість, ієрархічність структурної організації життя:

Молекулярно-генетичний - окремі біополімери (ДНК, РНК, білки);

Клітинний - елементарна самовідтворювана одиниця життя (прокаріоти, одноклітинні еукаріоти), тканини, органи;

Організменний - самостійне існування окремої особини;

Популяційно-видовий - елементарна еволюціонує одиниця - популяція;

Біогеоценотіческій - екосистеми, що складаються з різних популяцій і середовища їх проживання;

Біосферний - все живе населення Землі, що забезпечує кругообіг речовин в природі.

Природа - це весь існуючий матеріальний світ у всьому різноманітті його форм. Єдність природи проявляється в об'єктивності її існування, спільності елементного складу, підпорядкованості одним і тим же фізичним законам, в системності організації. Різні природні системи, як живі, так і неживі, взаємопов'язані і взаємодіють між собою. Прикладом системного взаємодії є біосфера.

Біологія - це комплекс наук, які вивчають закономірності розвитку і життєдіяльності живих систем, причини їх різноманіття і пристосованості до навколишнього середовища, взаємозв'язок з іншими живими системами і об'єктами неживої природи.

Об'єктом дослідження біології є жива природа.

Предметом дослідження біології є:

Загальні і приватні закономірності організації, розвитку, обміну речовин, передачі спадкової інформації;

Різноманітність форм життя і самих організмів, а також їх зв'язку з навколишнім середовищем.

Все різноманіття життя на Землі пояснюється еволюційним процесом і дією навколишнього середовища на організми.

Сутність життя визначається М.В. Волькенштейном як існування на Землі «живих тіл, що становлять відкриті саморегульовані і самовідтворюються системи, побудовані з біополімерів - білків і нуклеїнових кислот».

Основні властивості живих систем:

Обмін речовин;

саморегуляція;

подразливість;

мінливість;

спадковість;

розмноження;

Хімічний склад клітини. Неорганічні речовини клітини

Цитологія - наука, що вивчає будову і функції клітин. Клітина є елементарною структурною і функціональною одиницею живих організмів. Клітинам одноклітинних організмів притаманні всі властивості і функції живих систем. Клітини багатоклітинних організмів диференційовані за будовою і функціями.

Атомний склад: до складу клітини входить близько 70 елементів періодичної системи елементів Менделєєва, причому 24 з них присутні у всіх типах клітин.

Макроелементи - Н, О, N, С, мікроелементи - Mg, Na, Са, Fe, К, Р, CI, S, ультрамікроелементи - Zn, Сu, I, F, М n, З, Si і ін.

Молекулярний склад: до складу клітини входять молекули неорганічних і органічних сполук.

Неорганічні речовини клітини

Вода. Молекула води має нелінійну просторову структуру і має полярність. Між окремими молекулами утворюються водневі зв'язки, що визначають фізичні та хімічні властивості води.

Мал. 1. Молекула води Рис. 2. Водневі зв'язку між молекулами води

Фізичні властивості води:

Вода може перебувати в трьох станах - рідкому, твердому і газоподібному;

Вода - розчинник. Полярні молекули води розчиняють полярні молекули інших речовин. Речовини, розчинні у воді, називають гідрофільними. Речовини, не розчинні у воді, - гідрофобними;

Висока питома теплоємність. Для розриву водневих зв'язків, що утримують молекули води, потрібно поглинути велику кількість енергії. Це властивість води забезпечує підтримку теплового балансу в організмі;

Висока теплота пароутворення. Для випаровування води необхідна чимала енергія. Температура кипіння води вище, ніж у багатьох інших речовин. Це властивість води охороняє організм від перегріву;

Молекули води знаходяться в постійному русі, вони стикаються один з одним в рідкій фазі, що важливо для процесів обміну речовин;

Зчеплення і поверхневий натяг. Водневі зв'язки обумовлюють в'язкість води і зчеплення її молекул з молекулами інших речовин (когезия). Завдяки силам зчеплення молекул на поверхні води створюється плівка, яку характеризує поверхневий натяг;

Щільність. При охолодженні рух молекул води сповільнюється. Кількість водневих зв'язків між молекулами стає максимальним. Найбільшу щільність вода має при 4 ° С. Замерзаючи, вода розширюється (необхідно місце для утворення водневих зв'язків), і її щільність зменшується, тому лід плаває на поверхні води, що захищає водойму від промерзання;

Здатність до утворення колоїдних структур. Молекули води утворюють навколо нерозчинних молекул деяких речовин оболонку, що перешкоджає утворенню великих часток. Такий стан цих молекул називається дисперсним (розсіяним). Найдрібніші частинки речовин, оточені молекулами води, утворюють колоїдні розчини (цитоплазма, міжклітинні рідини).

Біологічні функції води:

Транспортна - вода забезпечує пересування речовин в клітині і організмі, поглинання речовин і виведення продуктів метаболізму. У природі вода переносить продукти життєдіяльності в грунту і до водойм;

Метаболічна - вода є середовищем для всіх біохімічних реакцій і донором електронів при фотосинтезі, вона необхідна для гідролізу макромолекул до їх мономерів;

Бере участь в утворенні:

1) змащувальних рідин, які зменшують тертя (синовіальна - в суглобах хребетних тварин, плевральна, в плевральної порожнини, перикардіальна - в околосердечной сумці);

2) слизу, які полегшують пересування речовин по кишечнику, створюють вологе середовище на слизових оболонках дихальних шляхів;

3) секретів (слина, сльози, жовч, сперма і т.д.) і соків в організмі.

Неорганічні іони. Неорганічні іони клітини представлені: катіонами К +, Na +, Са2 +, Mg2 +, NH3 і аніонами Сl-, NOi2-, H2PO4-, HCO3-, HPO42-.

Різниця між кількістю катіонів та аніонів на поверхні і всередині клітини забезпечує виникнення потенціалу дії, що лежить в основі нервового і м'язового збудження.

Аніони фосфорної кислоти створюють фосфатну буферну систему, що підтримує рН внутрішньоклітинного середовища організму на рівні 6-9.

Вугільна кислота та її аніони створюють бикарбонатную буферну систему і підтримують рН позаклітинного середовища (плазми крові) на рівні 4-7.

Сполуки азоту служать джерелом мінерального живлення, синтезу білків, нуклеїнових кислот. Атоми фосфору входять до складу нуклеїнових кислот, фосфоліпідів, а також кісток хребетних, хітинового покриву членистоногих. Іони кальцію входять до складу речовини кісток, вони також необхідні для здійснення м'язового скорочення, згортання крові.

До них відносяться вода і мінеральні солі.

воданеобхідна для здійснення життєвих процесів в клітині. Її зміст складає 70-80% від маси клітини. Основні функції води:

    являє собою універсальний розчинник;

    є середовищем, в якій протікають біохімічні реакції;

    визначає фізіологічні властивості клітини (пружність, об'єм);

    бере участь в хімічних реакціях;

    підтримує теплове рівновагу організму завдяки високій теплоємності і теплопровідності;

    є основним засобом для транспорту речовин.

мінеральні соліприсутні в клітці у вигляді іонів: катіони К +, Na +, Ca 2+, Mg 2+; аніони - Cl -, HCO 3 -, H 2 РО 4 -.

3. Органічні речовини клітини.

Органічні сполуки клітини складаються з багатьох елементів, що повторюються (мономерів) і являють собою великі молекули - полімери. До них відносять білки, жири, вуглеводи і нуклеїнові кислоти. Їх вміст у клітині: білки -10-20%; жири - 1-5%; вуглеводи - 0,2-2,0%; нуклеїнові кислоти - 1-2%; низькомолекулярні органічні речовини - 0,1-0,5%.

білки - високомолекулярні (з великою молекулярною масою) органічні речовини. Структурною одиницею їх молекули є амінокислота. В освіті білків беруть участь 20 амінокислот. До складу молекули кожного білка входять тільки певні амінокислоти в властивому цьому білку порядку розташування. Амінокислота має наступну формулу:

H 2 N - CH - COOH

До складу амінокислот входять NH 2 - аминогруппа, що володіє основними властивостями; СООН - карбоксильная група з кислотними властивостями; радикали, що відрізняють амінокислоти один від одного.

Існують первинна, вторинна, третинна і четвертинна структури білка. Амінокислоти, з'єднані між собою пептидними зв'язками, визначають його первинну структуру. Білки первинної структури за допомогою водневих зв'язків з'єднуються в спіраль і утворюють вторинну структуру. Поліпептидні ланцюги, скручуючись певним чином в компактну структуру, утворюють глобулу (куля) - третинна структура білка. Більшість білків має третинну структуру. Слід зазначити, що амінокислоти активні тільки на поверхні глобули. Білки з глобулярної структурою об'єднуються і формують четвертинних структуру (наприклад, гемоглобін). При впливі високої температури, кислот та інших факторів складні білкові молекули руйнуються - денатурація білка. При поліпшенні умов денатурований білок здатний відновлювати свою структуру, якщо не руйнується його первинна структура. Цей процес називається ренатурацією.

Білки відрізняються видовою специфічністю: для кожного виду тварин характерний набір певних білків.

Розрізняють білки прості і складні. Прості складаються тільки з амінокислот (наприклад, альбуміни, глобуліни, фібриноген, міозин і ін.). До складу складних білків, крім амінокислот, входять і інші органічні сполуки, наприклад, жири та вуглеводи (ліпопротеїди, глікопротеїди і ін.).

Білки виконують такі функції:

    ферментативну (наприклад, фермент амілаза розщеплює вуглеводи);

    структурну (наприклад, входять до складу мембран і ін. органоїдів клітини);

    рецепторну (наприклад, білок родопсин сприяє кращому зору);

    транспортну (наприклад, гемоглобін переносить кисень або вуглекислий газ);

    захисну (наприклад, білки імуноглобуліни беруть участь у формуванні імунітету);

    рухову (наприклад, актин і міозин беруть участь в скороченні м'язових волокон);

    гормональну (наприклад, інсулін перетворює глюкозу в глікоген);

    енергетичну (при розщепленні 1 г білка виділяється 4,2 ккал енергії).

Жири (ліпіди) - з'єднання трьохатомної спирту гліцерину і високомолекулярних жирних кислот. Хімічна формула жирів:

CH 2 -O-C (O) -R¹

CH 2 -O-C (O) -R³, де радикали можуть бути різними.

Опціїліпідів в клітці:

    структурна (беруть участь в побудові клітинної мембрани);

    енергетична (при розпаді в організмі 1 г жиру виділяється 9,2 ккал енергії);

    захисна (зберігають від втрати тепла, механічних пошкоджень);

    жир - джерело ендогенної води (при окисленні 10 г жиру виділяється 11 г води);

    регуляція обміну речовин.

вуглеводи - їх молекулу можна уявити загальною формулою С n (Н 2 О) n - вуглець і вода.

Вуглеводи поділяють на три групи: моносахариди (включають одну молекулу цукру - глюкоза, фруктоза і ін.), Олігосахариди (включають від 2 до 10 залишків моносахаридів: сахароза, лактоза) і полісахариди (високомолекулярні сполуки - глікоген, крохмаль і ін.).

Функції вуглеводів:

    служать вихідними елементами для побудови різноманітних органічних речовин, наприклад, при фотосинтезі - глюкоза;

    основне джерело енергії для організму, при їх розкладанні з використанням кисню виділяється більше енергії, ніж при окисленні жиру;

    захисна (наприклад, слиз, що виділяється різними залозами, містить багато вуглеводів, вона охороняє стінки порожнистих органів (бронхи, шлунок, кишечник) від механічних пошкоджень; володіючи антисептичними властивостями);

    структурна і опорна функції: входять до складу плазматичної мембрани.

нуклеїнові кислоти - це фосфорсодержащие біополімери. До них відносяться дезоксирибонуклеиновая (ДНК)і рибонуклеиновая (РНК) кислоти.

ДНК -найбільші біополімери, їх мономером є нуклеотид. Він складається із залишків трьох речовин: азотистого підстави, вуглеводу дезоксирибози і фосфорної кислоти. Відомі 4 нуклеотиду, які беруть участь в утворенні молекули ДНК. Два азотистих підстави є похідними піримідину - тимін і цитозин. Аденін і гуанін відносять до похідних пурину.

Відповідно до моделі ДНК, запропонованої Дж. Уотсоном і Ф. Криком (1953), молекула ДНК являє собою дві спірально обвивають один одного нитки.

Дві нитки молекули утримуються разом водневими зв'язками, які виникають між їх комплементарнимиазотистими підставами. Аденін комплементарен тимін, а гуанін - цитозин. ДНК в клітинах знаходиться в ядрі, де вона разом з білками утворює хромосоми. ДНК є також в мітохондріях і пластидах, де їх молекули розташовуються у вигляді кільця. Основна функція ДНК- зберігання спадкової інформації, що містяться в послідовності нуклеотидів, що утворюють її молекулу, і передача цієї інформації дочірнім клітинам.

рибонуклеїнова кислотаодноцепочечная. Нуклеотид РНК складається з одного з азотистих основ (аденіну, гуаніну, цитозину або урацилу), вуглеводу рибози і залишку фосфорної кислоти.

Розрізняють декілька видів РНК.

рибосомальна РНК(Р-РНК) в поєднанні з білком входить до складу рибосом. На рибосомах здійснюється синтез білка. інформаційна РНК(І-РНК) переносить інформацію про синтез білка з ядра в цитоплазму. транспортна РНК(Т-РНК) знаходиться в цитоплазмі; приєднує до себе певні амінокислоти і доставляє їх до рибосом - місця синтезу білка.

РНК знаходиться в полісом, цитоплазмі, рибосомах, мітохондріях і пластидах. У природі є ще один вид РНК - вірусна. У одних вірусів вона виконує функцію збереження і передачі спадкової інформації. У інших вірусів цю функцію виконує вірусна ДНК.

аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) - є особливим нуклеотидом, утвореним азотистих основ аденін, углеводом рибозой і трьома залишками фосфорної кислоти.

АТФ - універсальний джерело енергії, необхідної для біологічних процесів, що протікають в клітині. Молекула АТФ дуже нестійка і здатна отщеплять одну або дві молекули фосфату з виділенням великої кількості енергії. Ця енергія витрачається на забезпечення всіх життєвих функцій клітини - біосинтезу, руху, генерації електричного імпульсу і ін. Зв'язки в молекулі АТФ називаються макроергічними. Відщеплення фосфату від молекули АТФ супроводжується виділенням 40 кДж енергії. Синтез АТФ відбувається в мітохондріях.

Вперше хімічні речовини класифікував в кінці IX століття арабський учений Абу Бакр ар-Рази. Він, спираючись на походження речовин, розподілили їх на три групи. У першій групі він відвів місце мінеральним, в другій - рослинним і в третій - тваринам речовин.

Цією класифікації судилося проіснувати майже ціле тисячоліття. Лише в XIX столітті з тих груп сформували дві - органічні і неорганічні речовини. Хімічні речовини обох типів будуються завдяки дев'яноста елементів, внесених в таблицю Д. І. Менделєєва.

Група неорганічних речовин

Серед неорганічних сполук розрізняють прості і складні речовини. Група простих речовин об'єднує метали, неметали і благородні гази. Складні речовини представлені оксидами, гідроксидами, кислотами і солями. Будь-хто може будуватися з будь-яких хімічних елементів.

Група органічних речовин

До складу всіх органічних сполук в обов'язковому порядку входить вуглець і водень (в цьому їх принципова відмінність від мінеральних речовин). Речовини, утворені C і H називаються вуглеводнями - найпростішими органічними сполуками. У складі похідних вуглеводнів знаходиться азот і кисень. Вони, в свою чергу, класифіковані на кисень і азотовмісні сполуки.

Група кисневмісних речовин представлена ​​спиртами і ефірами, альдегідами і кетонами, карбоновими кислотами, жирами, воском і вуглеводами. До азотовмісних сполук зараховані аміни, амінокислоти, нітросполуки та білки. У гетероциклічних речовин положення двояко - вони, в залежності від будови, можуть ставитися і до того і до іншого виду вуглеводнів.

Хімічні речовини клітини

Існування клітин можливо, якщо до їх складу входять органічні і неорганічні речовини. Вони гинуть, коли в них відсутня вода, мінеральні солі. Клітини помирають, якщо сильно збіднена нуклеїновими кислотами, жирами, вуглеводами і білками.

Вони здатні до нормальної життєдіяльності, якщо в них знаходиться кілька тисяч з'єднань органічної і неорганічної природи, здатних вступати в безліч різних хімічних реакцій. Біохімічні процеси, що течуть у клітці - основа її життєдіяльності, нормального розвитку і функціонування.

Хімічні елементи, які насичують клітку

Клітини живих систем містять групи хімічних елементів. Вони збагачені макро-, мікро- і ультрамікроелементи.

  • Макроелементи, перш за все, представлені вуглецем, воднем, киснем і азотом. Ці неорганічні речовини клітини утворюють практично всі її органічні сполуки. А ще до них зараховані життєво необхідні елементи. Клітина не здатна жити і розвиватися без кальцію, фосфору, сірки, калію, хлору, натрію, магнію і заліза.
  • Група мікроелементів утворена цинком, хромом, кобальтом і міддю.
  • Ультрамікроелементи - ще одна група, що представляє найважливіші неорганічні речовини клітини. Група сформована золотом і сріблом, надають бактерицидну дію, ртуттю, що перешкоджає зворотному всмоктуванню води, що заповнює ниркові канальці, що впливає на ферменти. У неї ж включена платина і цезій. Певну роль в ній відводять селену, дефіцит якого веде до різних видів раку.

Вода в складі клітини

Важливість води, поширеного на землі речовини для життя клітини, незаперечна. У ній розчиняються багато органічні та неорганічні речовини. Вода - та благодатне середовище, де протікає неймовірну кількість хімічних реакцій. Вона здатна розчиняти продукти розпаду і обміну. Завдяки їй клітку залишають шлаки і токсини.

Ця рідина наділена високою теплопровідністю. Це дозволяє теплу рівномірно поширюватися по тканинах тіла. У неї істотна теплоємність (здатність поглинати теплоту, коли власна температура змінюється мінімально). Така здатність не дозволяє виникати в клітці різких перепадів температур.

Вода володіє виключно високим поверхневий натяг. Завдяки йому розчинені неорганічні речовини, як і органічні, без праці пересуваються по тканинах. Безліч невеликих організмів, використовуючи особливість поверхневого натягу, тримаються на водній поверхні і вільно по ній ковзають.

Тургор рослинних клітин залежить від води. З опорної функцією у певних видів тварин справляється саме вода, а не які-небудь інші неорганічні речовини. Біологія виявила і вивчила тварин з гидростатическими скелетами. До них відносяться представники голкошкірих, круглих і кільчастих хробаків, медуз і актиній.

Насиченість клітин водою

Працюючі клітини заповнені водою на 80% від їх загального обсягу. Рідина перебуває в них у вільній і зв'язаній формі. Білкові молекули міцно з'єднуються зі зв'язаною водою. Вони, оточені водною оболонкою, ізолюються одна від одної.

Молекули води полярні. Вони утворюють водневі зв'язки. Завдяки водневим містках вода має високу теплопровідність. Пов'язана вода дозволяє клітинам витримувати низькі температури. На частку вільної води припадає 95%. Вона сприяє розчиненню речовин, що втягуються в клітинний обмін.

Високоактивні клітини в тканинах мозку містять до 85% води. М'язові клітини насичені водою на 70%. Менш активним клітинам, що створює жирову тканину, достатньо 40% води. Вона в живих клітинах не тільки розчиняє неорганічні хімічні речовини, вона ключовий учасник гідролізу органічних сполук. Під її впливом органічні речовини, розщеплюючи, перетворюються в проміжні і кінцеві речовини.

Важливість мінеральних солей для клітини

Мінеральні солі представлені в клітинах катіонами калію, натрію, кальцію, магнію і аніонами HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -. Правильні пропорції аніонів та катіонів створюють необхідну для життя клітини кислотність. У багатьох клітинах підтримується слаболужна середу, яка практично не змінюється і забезпечує їх стабільне функціонування.

Концентрація катіонів та аніонів в клітинах відмінна від їх співвідношення в міжклітинному просторі. Причина тому - активна регуляція, спрямована на транспортування хімічних сполук. Такий перебіг процесів обумовлює сталість хімічних складів в живих клітинах. Після загибелі клітин концентрація хімічних сполук в міжклітинному просторі і цитоплазмі знаходить рівновагу.

Неорганічні речовини в хімічній організації клітини

У хімічному складі живих клітин немає яких-небудь особливих елементів, характерних тільки для них. Це визначає єдність хімічних складів живих і неживих об'єктів. Неорганічні речовини в складі клітини відіграють величезну роль.

Сірка і азот допомагають формуватися білків. Фосфор бере участь в синтезі ДНК і РНК. Магній - важлива складова ферментів і молекул хлорофілу. Мідь необхідна окислювальним ферментам. Залізо - центр молекули гемоглобіну, цинк входить до складу гормонів, що виробляються підшлунковою залозою.

Важливість неорганічних сполук для клітин

Сполуки азоту перетворять білки, амінокислоти, ДНК, РНК і АТФ. У рослинних клітинах іони амонію і нітрати в процесі окислювально-відновних реакцій перетворюються в NH 2, стають учасниками синтезу амінокислот. Живі організми використовують амінокислоти для формування власних білків, необхідних для будівництва тел. Після загибелі організмів білки вливаються в кругообіг речовин, при їх розпаді азот виділяється у вільній формі.

Неорганічні речовини, в складі яких є калій, грають роль «насоса». Завдяки «калієвому насосу» в клітини крізь мембрану проникають речовини, в яких вони гостро потребують. Калієві сполуки призводять до активізації життєдіяльності клітин, завдяки їм проводяться збудження і імпульси. Концентрація іонів калію в клітинах досить висока на відміну від навколишнього середовища. Іони калію після загибелі живих організмів легко переходять в природне оточення.

Речовини, що містять фосфор, сприяють формуванню мембранних структур і тканин. В їх присутності утворюються ферменти і нуклеїнові кислоти. Солями фосфору в тій чи іншій мірі насичені різні шари грунту. Кореневі виділення рослин, розчиняючи фосфати, засвоюють їх. Слідом за відмиранням організмів залишки фосфатів, піддаються мінералізації, перетворюючись в солі.

Неорганічні речовини, що містять кальцій, сприяють формуванню міжклітинної речовини і кристалів в рослинних клітинах. Кальцій з них проникає в кров, регулюючи процес її згортання. Завдяки йому формуються кістки, раковини, вапняні скелети, коралові поліпи у живих організмів. Клітини містять іони кальцію і кристали його солей.

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

план

1. Органічні і неорганічні сполуки в клітці

2. Нуклеїнові кислоти

3. Будова і біологічні функції ліпідів

4. Нейтральні жири і воски

5. обмилюють складні ліпіди

6. неомиляемие ліпіди

література

1. Органічні і неорганічні сполуки в клітці

У клітці міститься кілька тисяч речовин, які беруть участь у різноманітних хімічних реакціях. Хімічні процеси, що протікають в клітині, - одна з основних умов її життя, розвитку і функціонування.

Основні речовини клітини = Нуклеїнові кислоти + Білки + Жири (ліпіди) + Вуглеводи + Вода + Кисень + Вуглекислий газ.

У неживій природі ці речовини ніде не зустрічаються разом.

За кількісним вмістом в живих системах все хімічні елементи поділяються на три групи.

макроелементи. Основні або біогенні елементи, на їх частку припадає понад 95% маси клітин клітини, входить до складу практично всіх органічних речовин клітини: вуглець, кисень, водень, азот. А також життєво важливі елементи, кількість яких становить до 0,001% від маси тіла - кальцій, фосфор, сірка, калій, хлор, натрій, магній і залізо.

мікроелементи- елементи, кількість яких становить від 0,001% до 0, 000001% від маси тіла: цинк, мідь.

ультрамікроелементи- хімічні елементи, кількість яких не перевищує від 0,000001% від маси тіла. До них відносять золото, срібло надають бактерицидну дію, ртуть пригнічує зворотне всмоктування води в ниркових канальцях, надаючи вплив на ферменти. Так само сюди відносять платину і цезій. Деякі до цієї групи відносять і селен, при його нестачі розвиваються ракові захворювання.

Хімічні речовини, що входять до складу клітини:

- неорганічні- з'єднання, які зустрічаються і в неживій природі: в мінералах, природних водах;

- органічні - хімічні сполуки, до складу яких входять атоми вуглецю. Органічні сполуки надзвичайно різноманітні, але тільки чотири класи їх мають загальне біологічне значення: білки, ліпіди (жири), вуглеводи, нуклеїнові кислоти, АТФ.

неорганічні сполуки

Вода - одне з найпоширеніших і важливих речовин на землі. У воді розчиняється більше речовин, ніж в будь-який інший рідини. Саме тому у водному середовищі клітини здійснюється безліч хімічних реакцій. Вода розчиняє продукти обміну речовин і виводить їх з клітки і організму в цілому. Вода має високу теплопровідність, що створює можливість рівномірного розподілу теплоти між тканинами тіла.

Вода має велику теплоємність, тобто здатністю поглинати теплоту при мінімальній зміні власної температури. Завдяки цьому вона охороняє клітину від різких змін температури.

Мінеральні солі знаходяться в клітці, як правило, у вигляді катіонів K +, Na +, Ca 2+, Mg 2 + і аніонів (HPO 4 2 - H 2 PO 4 -, Сl -, HCO 3), співвідношення яких визначає важливу для життєдіяльності клітин кислотність середовища. (У багатьох клітин середу слаболужна і її pH майже не змінюється, так як в ній постійно підтримується певне співвідношення катіонів та аніонів.)

органічні сполуки

Вуглеводи широко поширені в живих клітинах. До складу молекули вуглеводів входить вуглець, водень і кисень.

До ліпідів відносяться жири, жироподібні речовини. У клітці при окисленні жирів утворюється велика кількість енергії, яка використовується на різні процеси. Жири можуть накопичуватися в клітинах і служити запасом енергії.

Білки - обов'язкова складова частина всіх клітин. До складу цих біополімерів входять 20 типів мономерів. Такими мономерами є амінокислоти. Освіта лінійних молекул білків відбувається в результаті з'єднання амінокислот один з одним. Карбоксильная група однієї амінокислоти зближується з аминогруппой інший, і при відщеплення молекули води між амінокислотними залишками виникає міцна ковалентний зв'язок, звана пептидного. З'єднання, що складається з великого числа амінокислот, називається полипептидом. Кожен білок за складом є полипептидом.

Нуклеїнові кислоти. У клітинах є два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) і рибонуклеїнова кислота (РНК). Нуклеїнові кислоти виконують в клітці найважливіші біологічні функції. У ДНК зберігається спадкова інформація про всі властивості клітини і організму в цілому. Різні види РНК беруть участь у реалізації спадкової інформації через синтез білка.

Особливо важливу роль в біоенергетиці клітини грає аденіловий нуклеотид, до якого приєднані два залишку фосфорної кислоти - аденозінтрі-фосфорна кислота (АТФ). Енергію АТФ всі клітини використовують для процесів біосинтезу, руху, виробництва тепла, нервових імпульсів, тобто для всіх процесів життєдіяльності. АТФ - універсальний біологічний акумулятор енергії. Світлова енергія Сонця і енергія, укладена в споживаної їжі, запасаються в молекулах АТФ.

Органічні сполуки в клітці

У складі клітин міститься безліч органічних сполук. Ми розглянемо найбільш важливі групи, які визначають основні властивості клітини і організму в цілому. До них відносяться Б, Ж, У, НК, АТФ.

Багато органічних сполук, що входять до складу клітини, характеризуються великим розміром молекул і називаються макромолекулами. Зазвичай вони складаються з повторюваних, подібних за структурою низькомолекулярних з'єднань, ковалентно пов'язаних між собою - мономерів. Освічена мономерами макромолекула називається полімером. Більшість природних полімерів побудовані їх однакових мономерів і називаються регулярними (А-А-А-А-А), полімери, в яких немає певної послідовності мономерів називаються нерегулярними (А-Б-В-Б-В-А)

білки

Найбільше в клітці, після води, міститься білків - 10-20%. Білки - нерегулярні полімери, мономерами яких є АК. Білки, в порівнянні зі звичайними органічними сполуками, мають ряд суттєвих особливостей: величезна молекулярна маса. Молекулярна маса одного з білків яйця дорівнює 36000, а одного з м'язових білків досягає 1500000 кДа. У той час як молекулярна маса бензолу 78, а етилового спирту - 46. Ясно, що білкова молекула в порівнянні з ними - велетень.

Як було сказано вище, мономерами білків є АК. У складі білкових полімерів виявлено 20 різних амінокислот, кожна з яких має особливу будову, властивість і назва. При цьому, молекула кожної АК складається з двох частин. Одна з яких однакова у всіх амінокислот і в її склад входить аминогруппа і кислотна карбоксильная група, а інша - різна і називається радикалом. Через загальну угруповання відбувається зчеплення АК при утворенні білкового полімеру. Між які об'єднались АК виникає зв'язок -HN-CO-, звана пептидного зв'язком, а утворене з'єднання - пептидом. З двох АК утворюється дипептид (димер), з трьох - трипептид (тріммер), з багатьох - поліпептид (полімер).

Білки розрізняються по АК складу і по числу АК ланок, і по їх порядку розташування в ланцюгу. Якщо позначити кожну АК буквою, то вийде алфавіт з 20 букв.

Будова молекули білка. Якщо врахувати, що розмір кожного АК ланки становить близько 3 ангстрем, то очевидно, макромолекула білка, яка складається з декількох сотень АК ланок, повинна була представляти собою величезний ланцюг. Насправді макромолекули білка мають вигляд кульок (глобул). Отже, в природному білку поліпептидний ланцюг якимось чином закручена, як-то покладена. Дослідження показали, що в укладанні поліпептидного ланцюга немає нічого випадкового і хаотичного, кожному білку притаманний певний постійний характер укладання.

Виділяють кілька рівнів організації білкової молекули:

· первинна структурабілка, що представляє собою поліпептидний ланцюг, що складається з ланцюга амінокислотних ланок, пов'язаних між собою пептидними зв'язками.

· вторинна структурабілка, де білкова нитка закручується у вигляді спіралі. Витки спіралі розташовуються тісно, ​​і між атомами і амінокислотними радикалами, які перебувають на сусідніх витках, виникає напруга. Зокрема, між пептидними зв'язками, розташованими на сусідніх витках, утворюються водневі зв'язки (між NH- і CO-групами). Водневі зв'язки слабкіше ковалентних, але повторюючись багато разів, вони дають міцне зчеплення. Така структура є досить стійкою. Вторинна структура піддається подальшій укладанні.

· третинна структурабілка підтримується ще слабшими зв'язками, ніж водневі - гідрофобними. Незважаючи на їх слабкість, в сумі вони дають значну енергію взаємодії. Участь "слабких" зв'язків в підтримку специфічної структури білкової макромолекули забезпечує її достатню стійкість і високу рухливість.

· четвертичная структурабілка утворюється в результат з'єднання декількох білкових макромолекул між собою, які і є мономерами макромолекули білка. Кріплення четвертичной структури обумовлена ​​наявністю слабких зв'язків і -S-S- зв'язку.

Чим вище рівень організації білка, тим слабкіше підтримують його зв'язки. Під вплив різних фізичних і хімічних факторів - високої температури, дії хімічних речовин, променевої енергії та ін. - "слабкі" зв'язки рвуться, структура білка - четвертинна, третинна і вторинна - деформуються, руйнуються і властивості його змінюються. Порушення природного унікальної структури білка називається денатурацією. Ступінь денатурації білка залежить від інтенсивності впливу на нього різного фактора: чим інтенсивніше вплив, тим глибше денатурація. Білки відрізняються один від одного за легкістю денатурації: яєчний білок - 60-70 º С, скоротливий білок м'язів - 40-45єС. Багато білки денатуруються від незначних концентрацій хімічних речовин, а деякі навіть від незначного механічного впливу.

Процес денатурації звернемо, тобто денатурований білок може перейти назад в природний. Навіть повністю розгорнута молекула здатна мимовільно відновити свою структуру. Звідси випливає, що всі особливості будови макромолекули природного білка визначаються первинною структурою, тобто складом АК і порядком їх слідування в ланцюзі.

Роль білків в клітині. Значення білків для життя велике і різноманітне. Перш за все, білки - будівельний матеріал. Вони беруть участь в утворенні оболонки, органоїдів і мембран клітини. У вищих тварин з білків побудовані кровоносні судини, сухожилля, волосся і т.д.

Величезна значенням має каталітична роль білків. Швидкість хімічних реакцій залежить від властивостей реагуючих речовин і від їх концентрації. Чим речовини активніше, ніж концентрація їх більше, тим швидкість реакції вище. Хімічна активність клітинних речовин, як правило, невелика. Концентрація їх в клітці здебільшого незначна. Тобто реакції в клітці повинні протікати дуже повільно. А між тим відомо, що хімічні реакції всередині клітини протікають зі значною швидкістю. Це досягається завдяки наявності в клітці каталізаторів. Всі клітинні каталізатори - білки. Їх називають біокаталізаторами, а частіше - ферментами. За хімічною структурою каталізатори - білки, тобто вони складаються зі звичайних АК, мають вторинної і третинної структурами. У більшості випадків ферменти каталізують перетворення речовин, розміри молекул яких в порівнянні з макромолекулами ферментів дуже малі. Майже кожна хімічна реакції в клітці каталізується своїм власним ферментом.

Крім каталітичної ролі дуже важлива рухова функція білків. Всі види рухів, до яких здатні клітини та організми, - скорочення м'язів у вищих тварин, мерехтіння війок у найпростіших, рух джгутиків, рухові реакції у рослин - виконують особливі скоротливі білки.

Ще одна функція білків - транспортна. Білок крові гемоглобін приєднуючи до себе кисень, розносить його по всьому організму.

При введенні в організм чужорідних речовин або клітин в ньому відбувається вироблення особливих білків, званих антитілами, які пов'язують і знешкоджують чужорідні тіла. В цьому випадку білки виконують захисну роль.

Нарешті, істотна значна роль білків як джерела енергії. Білки розпадаються в клітці до АК. Частина їх витрачається на синтез білків, а частина піддається глибокому розщепленню, в ході якого звільняється енергія. При повному розпаді 1 г білка звільняється 17,6 кДж (4,2 ккал).

вуглеводи

У тваринній клітині вуглеводи містяться в невеликій кількості - 0,2-2%. У клітинах печінки і м'язах зміст їх більш високу - до 5%. Найбільш багаті вуглеводами рослинні клітини. У висушених листі, насінні, плодах, бульбах картоплі їх майже 90%.

вуглеводи- органічні речовини, до складу яких входять вуглець, кисень і водень. Всі вуглеводи поділяються на дві групи: моносахариди і полісахариди. Кілька молекул моносахаридів, з'єднуючись між собою з виділенням води, утворюють молекули полісахариду. Полісахариди - полімери, в яких роль мономерів грають моносахариди.

моносахариди. Ці вуглеводи називаються простими цукрами. Вони складаються з однієї молекули і являють собою безбарвні, тверді кристалічні речовини, солодкі на смак. Залежно від числа вуглецевих атомів, що входять до складу молекули вуглеводу, розрізняють тріози - моносахариди, що містять 3 атома вуглецю; тетраози - 4 атома вуглецю; пентози - 5 атомів вуглецю, гексози - 6 атомів вуглецю.

глюкозау вільному стані зустрічається як в рослинах, так і в тварин організмах.

Глюкоза - первинний і головне джерело енергії для клітин. Вона обов'язково знаходиться в крові. Зниження її кількості в крові призводить до порушення життєдіяльності нервових і м'язових клітин, іноді супроводжується судомами і непритомним станом.

Глюкоза є мономером таких полісахаридів як крохмаль, глікоген, целюлоза.

фруктозау великій кількості у вільному вигляді зустрічається в плодах, тому її часто називають плодовим цукром. Особливо багато фруктози в меді, цукровому буряку, фруктах. Шлях розпаду коротше, ніж у глюкози, що має велике значення при харчуванні хворого на діабет, коли глюкоза дуже слабо засвоюється клітинами.

полісахариди. З двох моносахаров утворюються дисахариди, з трьох - трісахаріди, з багатьох - полісахариди. Ді-і трісахаріди, подібно моносахаридам, добре розчинні у воді, мають солодкий смак. Зі збільшенням числа мономерних ланок розчинність полісахаридів зменшується, солодкий смак зникає.

сахарозаскладається із залишків сахарози і фруктози. На жаль, широко поширена в рослинах. Відіграє велику роль в харчуванні багатьох тварин і людини. Добре розчиняється у воді. Головне джерело отримання її в харчовій промисловості - цукрові буряки і цукрова тростина.

лактоза- молочний цукор, має в складі глюкозу і галактозу. Цей дисахарид знаходиться в молоці і є основним джерелом енергії для дитинчат ссавця. Використовується в мікробіології для приготування поживних середовищ.

мальтозаскладається з двох молекул глюкози. Мальтоза - основний структурний елемент крохмалю і глікогену.

крохмаль- резервний полісахарид рослин; міститься у великій кількості в клітинах бульб картоплі, плодів і насіння. Знаходиться у вигляді зерняток шаруватого будови, нерозчинних в холодній воді. У гарячій воді крохмаль утворює колоїдний розчин.

глікоген- полісахарид, що міститься в клітинах тварин і людини, а також в грибах, в т.ч. і дріжджах. Він грає важливу роль в обміні вуглеводів в організмі. У значних кількостях накопичується в клітинах печінки, м'язах, серці. Є постачальником глюкози в кров.

функції вуглеводів.

енергетична функція, Тому що вуглеводи служать основним джерелом енергії для організму, для здійснення будь-якої форми клітинної активності. Вуглеводи піддаються в клітці глибокого окислення і розщепленню до найпростіших продуктів: СО 2 і Н 2 О. В ході цього процесу звільняється енергія. При повному розщеплюванні і окисленні 1 г вуглеводів звільняється 17,6 кДж (4,2 ккал) енергії.

структурна функція. У всіх без винятку клітинах виявлені вуглеводи і їх похідні, які входять до складу клітинних оболонок, беруть участь в синтезі багатьох найважливіших речовин. У рослинах полісахариди виконують опорну функцію. Так целюлоза входить до складу клітинної стінки бактерій і рослинних клітин, хітин утворює клітинні стінки грибів і хітиновий покрив тіла членистоногих. Вуглеводи забезпечують процес пізнавання клітинами один одного. Завдяки цьому відбувається впізнання сперматозоїдами яйцеклітини свого біологічного виду, клітини одного типу утримуються разом з утворенням тканин, відторгаються несумісні організми і трансплантати.

Запасання поживних речовин. У клітинах вуглеводи накопичуються у вигляді крохмалю у рослин і глікогену у тварин і грибів. Ці речовини представляють собою запасну форму вуглеводів і витрачаються у міру виникнення потреби в енергії. У печінці при повноцінному харчуванні може накопичуватися до 10% глікогену, а при голодуванні його зміст може знижуватися до 0,2% маси печінки.

Захисна функція. В'язкі секрети (слизу), які виділяються різними залозами, багаті вуглеводами та їх похідними, зокрема глікопротеїдів. Вони вживають запобіжних засобів стінки порожнистих органів (стравоходу, кишечника, шлунку, бронхів) від механічних пошкоджень, проникнення шкідливих бактерій і вірусів. Вуглеводи запускають складні каскади імунних реакцій

Вуглеводи входять до складу носіїв генетичної інформації - нуклеїнових кислот: рибоза - РНК, дезоксирибоза - ДНК; рибоза входить до складу основного носія енергії клітини - АТФ, акцепторів водню - ФАД, НАД, НАДФ.

ліпіди

Під терміном ліпіди об'єднують жири і жироподібні речовини. ліпіди- органічні сполуки з різною структурою, але загальними властивостями. Вони нерозчинні у воді, але добре розчинні в органічних розчинниках: ефірі, бензині, хлороформі. Ліпіди дуже широко представлені в живій природі і відіграють надзвичайно важливу роль в клітці. Вміст жиру в клітинах становить від 5-15% від сухої маси. Однак існують клітини вміст жиру, в яких досягає майже 90% від сухої маси - клітини жирової тканини. Жир міститься в молоці всіх ссавців тварин, причому самок дельфінів вміст жиру в молоці сягає 40%. У деяких рослин велика кількість жиру зосереджено в насінні і плодах (соняшнику, волоського горіха)

За хімічною структурою жири являють собою сполуки гліцерину (трехатомного спирту) з високомолекулярними органічними кислотами. З них найчастіше зустрічається пальмітинова

(СН 3 - (СН 2) 14 СООН),

стеаринова

(СН 3 - (СН 2) 16 СООН),

олеїнова

(СН 3 - (СН 2) 7-СН = СН- (СН 2) 7 СООН)

жирні кислоти.

З формули видно, що молекула жиру містить залишок гліцерину - речовини добре розчиняються у воді, і залишки жирних кислот, вуглеводневі ланцюжка яких практично нерозчинні в воді. При нанесенні краплі жиру на поверхню води в сторону води звернена гліцеринова частина молекули жиру, а з води вгору "стирчать" ланцюжка жирних кислот. Така організація речовин, що входять до складу клітинних мембран, перешкоджає змішуванню вмісту клітини з навколишнім середовищем.

Крім жиру, в клітці зазвичай є досить велика кількість речовин, що володіють, як і жири, сильно гідрофобними властивостями - липоиди, які за хімічною структура схожі з жирами. Особливо багато їх міститься в жовтку яйця, в клітинах мозкової тканини.

Опціїліпідів.

Біологічне значення жиру різноманітне. Перш за все, велике його значення як джерела енергії - енергетична функція. Жири, як і вуглеводи, здатні розщеплюватися в клітці до простих продуктів (СО 2 і Н 2 О), і в ході цього процесу звільняється 38,9 кДж на 1 г жиру (9,3 ккал), що в два рази більше в порівнянні з вуглеводами і білками.

структурна функція. Подвійний шар фосфоліпідів є основою клітинної мембрани. Ліпіди беруть участь в утворенні багатьох біологічно важливих сполук: холестерину (жовчні кислоти), зорового пурпура очі (ліпопротеїни); необхідні для нормального функціонування нервової тканини (фосфоліпіди).

Функція запасання поживних речовин. Жири є свого роду енергетичними консервантами. Жировими депо можуть бути і краплі жиру всередині клітини, і "жирове тіло" у комах, і підшкірна клітковина. Жири є основним джерелом енергії для синтезу АТФ, джерелом метаболічної води (тобто води, що утворюється вході обміну речовин), яка утворюється в ході окислення жиру і дуже важлива для мешканців пустелі. Тому жир в горбі верблюда служить в першу чергу джерелом води. хімічний органічний ліпід вуглевод

функція терморегуляції. Жири погано проводять тепло. Вони відкладаються під шкірою, утворюючи у деяких тварин величезні скупчення. Наприклад, у кита шар підшкірного жиру досягає 1 м. Це дозволяє теплокровній тварині жити в холодній воді полярного океану.

У багатьох ссавців існує спеціальна жирова тканина, яка грає в основному роль терморегулятора, своєрідного біологічного обігрівача. Це тканину називають бурим жиром, тому що вона має бурий колір, тому що багата мітохондріями червоно-бурого забарвлення через які перебувають в ній залізовмісних білків. У цій тканини виробляється теплова енергія, що має важливою значення для ссавців в умовах життя при низьких температурах.

Захисна функція. Гліколіпіди беруть участь розпізнаванні і зв'язуванні токсинів збудників небезпечних хвороб - правець, холера, дифтерія. Воски є водовідштовхувальним покриттям? У рослин восковий наліт є на листках, плодах, насінні, у тварин воски входять до складу з'єднань, що покривають шкіру, шерсть, пір'я.

Регуляторна функція. Багато гормонів є похідними холестерину: статеві (тестостерон у чоловіків і прогестерон у жінок). Жиророзчинні вітаміни (А, D, E, K) необхідні для росту і розвитку організму. Терпенами є запашні речовини рослин, які залучають комах-запилювачів, гібереліни - регулятори росту рослин.

2. нуклеїнові кислоти

Назва "нуклеїнові кислоти" походить від латинського "нуклеус" - ядро. Вони вперше були виявлені і виділені з ядерних клітин. Вперше їх описав в 1869 році швейцарський біохімік Фрідріх Мішер. Із залишків клітин, що містяться в гної, він виділив речовину, до складу якого входять азот і фосфор. НК - природні високомолекулярні органічні сполуки, що забезпечують зберігання і передачу спадкової (генетичної) інформації в живих організмах. НК - важливі біополімери, побудовані з великої кількості мономерних одиниць, званих нуклеотидами, що визначають основні властивості живого.

В природу існують НК двох типів, що розрізняються за складом, будовою і функціями:

ДНК - полімерна молекула, що складається з тисячі і навіть мільйонів мономерів - дезоксирибонуклеотидов (нуклеотид). ДНК міститься переважно в ядрі клітин, а також невелика кількість в мітохондріях і хлоропластах. Кількість ДНК в клітині щодо постійно.

Нуклеотид, що є мономером, є продуктом хімічної сполуки трьох різних речовин: азотистого підстави, вуглеводу (дезоксирибози) і фосфорної кислоти. У ДНК входять 4 типи нуклеотидів, що відрізняються лише за структурою азотистого підстави: пуринові основи - аденін і гуанін, піримідинові підстави - цитозин і тимін.

Зчеплення нуклеотидів між собою, коли вони з'єднуються в ланцюг ДНК, відбувається через фосфорну кислоту. За рахунок гідроксилу фосфорної кислоти одного нуклеотиду і гідроксилу дезоксирибози сусіднього нуклеотиду виділяється молекула води, і залишки нуклеотидів з'єднуються міцної ковалентного зв'язком.

При цьому слід зазначити, що кількість пуринових підстав аденіну (А) дорівнює кількості піримідинових основ тиміну (Т), тобто А = Т; кількість пурину гуаніну (Г) завжди дорівнює кількості пиримидина - цитозину Г = Ц - правило Чаргаффа.

ДНК складається з двох спірально закручених одна навколо іншої полінуклеотидних ланцюгів. Ширина спіралі близько 20 ангстрем, а довжина значно велика і може досягати декількох десятків і навіть сотень мікрометрів. А ланцюга кожної ДНК нуклеотиди слідують в певному і незмінному порядку. При заміні хоча б одного нуклеотиду виникає нова структура з новими властивостями.

При утворенні спіралі азотисті основи одного ланцюга розташовуються точно проти азотистих основ інший. У розташуванні протилежних нуклеотидів є важлива закономірність: проти А одного ланцюга виявляється завжди Т інший ланцюга, а проти Г - тільки Ц - компліментарність. Пояснюється це тим, що краю молекул А = Т, Г? Ц відповідають один одному геометрично. При це між молекулами утворюються водневі зв'язки, причому зв'язок Г-Ц міцніша. Подвійна спіраль прошита численними слабкими водневими зв'язками, що зумовлює її міцність і рухливість.

Принцип комплементарності дозволяє зрозуміти, як синтезуються нові молекули ДНК незадовго до поділу клітини. Цей синтез обумовлений чудову здатність ДНК до подвоєння і визначає передачу спадкових властивостей від материнської клітини до дочірньої.

Спіральна двутяжня ланцюг ДНК починає розкручуватися з одного кінця, і на кожному ланцюзі з знаходиться в навколишньому середовищі вільних нуклеотидів збирається нова ланцюг. Збірка нового ланцюга йде згідно з принципом комплементарності. В результаті замість однієї молекули ДНК виникають дві молекули точно такого ж нуклеотидного складу, як і первісна. При цьому одна ланцюг материнська, а інша синтезується знову.

РНК - полімер, мономером якого є рибонуклеотид. РНК знаходиться в ядрі і цитоплазмі. Кількість РНК в клітині постійно коливається. РНК являє собою однонитевую молекулу, побудовану таким же чином, як і одна з ланцюгів ДНК. Нуклеотиди РНК дуже близькі, хоча і не тотожні нуклеотидам ДНК. Їх теж 4, складаються вони з азотистої основи, пентози і фосфорної кислоти. Три підстави абсолютно однакові ДНК: А, Г, Ц, однак замість Т, присутнього в ДНК, до складу РНК входить У. В РНК замість вуглеводу дезоксирибози - рибоза. Зв'язок між нуклеотидами також здійснюється через залишок фосфорної кислоти.

3. Будова і біологічні функції ліпідів

ліпіди- це органічні сполуки, як правило, розчинні в органічних розчинниках, але не розчинні у воді.

ліпіди - один з найважливіших класів складних молекул, присутніх в клітинах і тканинах тварин. Ліпіди виконують найрізноманітніші функції: забезпечують енергією клітинні процеси, формують клітинні мембрани, Беруть участь в міжклітинної і внутрішньоклітинної сигналізації. Ліпіди служать попередниками стероїдних гормонів, жовчних кислот, простагландинів і фосфоінозитидів. У крові містяться окремі компоненти ліпідів (насичені жирні кислоти, мононенасичені жирні кислоти і поліненасичені жирні кислоти), тригліцериди, холестерин, ефіри холестерину і фосфоліпіди. Всі ці речовини не розчинні у воді, тому в організмі є складна система транспорту ліпідів. Вільні (неетеріфіцірованних) жирні кислоти переносяться кров'ю у вигляді комплексів з альбуміном. Тригліцериди, холестерин і фосфоліпіди транспортуються в формі водорозчинних ліпопротеїдів. Деякі ліпіди використовуються для створення наночасток, наприклад, ліпосом. Мембрана ліпосом складається з природних фосфоліпідів, що визначає їх багато привабливі якості. Вони нетоксичні, біодеградіруемие, при певних умовах можуть поглинатися клітинами, що призводить до внутрішньоклітинної доставки їх вмісту. Ліпосоми призначені для цільової доставки в клітини препаратів фотодинамічної або генної терапії, а також компонентів іншого призначення, наприклад, косметичного.

Ліпіди вкрай різноманітні за своєю хімічною будовою і властивостями. Залежно від здатності до гідролізу, ліпіди поділяють на обмилюють і неомиляемие.

У свою чергу, в залежності від особливостей хімічної будови обмилюють ліпіди поділяють на прості і складні. При гідролізі простих ліпідів утворюються два види з'єднань - спирти і карбонові кислоти.

До простих обмилюють ліпідів відносяться жири і воски.

До складних обмилюють ліпідів відносяться фосфоліпіди, сфінголіпіди і гліколіпіди, які при гідролізі утворюють три або більше виду з'єднань.

До неомиляемие ліпідів відносяться стероїди, терпени, жиророзчинні, простагландини.

Біологічні функції ліпідів вкрай різноманітні. Вони є: головними компонентами біомембран; запасним, що ізолює і захищає органи і тканини матеріалом; найбільш калорійної частиною їжі; важливим і обов'язковим компонентом дієти людини і тварин; регуляторами транспорту води і солей; імуномодуляторами; регуляторами активності деяких ферментів; ендогормонамі; передавачами біологічних сигналів. Цей список збільшується в міру вивчення ліпідів. Тому для розуміння суті багатьох біологічних процесів потрібно мати уявлення про ліпідах на такому ж рівні, як про білки, нуклеїнові кислоти і вуглеводах.

4. Нейтральние жири і воски

Нейтральні жири. Нейтральні жири - це найбільш поширені в живій природі ліпіди. За хімічною будовою вони представляють собою складні ефіри гліцерину і вищих жирних монокарбонових кислот - тріацілгліцеріни.

Всі природні жири містять один і той же спирт - гліцерин, і спостерігаються відмінності в біохімічних і фізико-хімічних властивостях між жирами обумовлені будовою бічних радикалів (R1, R2, R3), представлених залишками жирних кислот. Ліпіди, виявлені в організмі людини, містять різноманітні жирні кислоти. В даний час відомо понад 800 природних жирних кислот. Для позначення жирних кислот в біохімії прийнято використовувати спрощені числові символи, які задають параметри хімічної будови кислоти, а саме: перша цифра - це число атомів вуглецю в її молекулі, цифра після двокрапки - це число подвійних зв'язків, а цифри в дужках вказують на атоми вуглецю , при яких розташовується подвійна зв'язок. Наприклад, числовий код молекули олеїнової кислоти - 18: 1 (9) означає, що в її склад входить 18 атомів вуглецю, і є одна подвійна зв'язок, розташована між 8 і 9 атомами вуглецю.

Жирні кислоти, що зустрічаються в складі природних ліпідів, як правило, містять парне число атомів вуглецю, мають нерозгалужене будова (прямоцепочечная ланцюг) і поділяються на насичені, моно- і поліненасичені. З насичених жирних кислот найбільш часто зустрічаються пальмітинова, стеаринова і арахінова кислоти; з мононенасичених - олеїнова; а з поліненасичених - лінолева, ліноленова і арахідонова кислоти. Ненасичені природні жирні кислоти мають цис-конфігурацію, що надає вуглеводневого ланцюга укорочений і вигнутий вид, що має важливе біологічне значення.

Зміст ненасичених жирних кислот в природних тріацілгліце-рінах вище, ніж насичених. У зв'язку з тим, що на відміну від насичених, ненасичені жирні кислоти мають більш низьку температуру плавлення, що містять їх нейтральні жири залишаються рідкими навіть при температурі нижче 5 0 С. Тому переважання в нейтральних жирах ненасичених жирних кислот особливо корисно для організмів, що існують в умовах низьких температур. Ненасичені жирні кислоти (олеїнова, лінолева) переважають також в рослинних жирах, званих маслами. За рахунок високого вмісту насичених жирних кислот тваринні жири при кімнатній температурі мають тверду консистенцію. Рідкі жири можуть бути перетворені в тверді, шляхом гідрування подвійних зв'язків ненасичених жирних кислот в присутності каталізаторів. Як правило, гідрування проводять при температурі 175-190С, невеликому надлишковому тиску в присутності нікелю в якості каталізатора. Такий процес використовується в харчовій промисловості при виготовленні харчових жирів. Так, маргарин являє собою суміш гідрованих жирів з додаванням молока і інших речовин.

Тріацілгліцеріни можуть містити однакові (прості тріацілгліцеріни) або різні ацильні залишки (складні тріацілгліцеріни):

Природні жири є сумішшю різноманітних триацилглицеринов, в якій масова частка змішаних триацилглицеринов дуже висока. Наприклад, молочний жир в основному утворений олеопальмітобутірілгліцеріном.

У зв'язку з тим, що тварини і рослинні жири є суміші складних триацилглицеринов, що знаходяться в різних полі-морфних кристалічних формах, вони плавляться в певному температурному інтервалі.

Таким чином, властивості жирів визначаються якісним складом жирних кислот і їх кількісним співвідношенням. Для характеристики властивостей жиру використовують такі константи (жирові числа), як кислотне число, йодне число і ін.

Кислотне число визначається масою КОН [мг], яка необхідна для нейтралізації вільних жирних кислот, що містяться в 1 г жиру. Кислотне число є важливим показником якості природних жирів: його збільшення при зберіганні жирових продуктів свідчить про що відбуваються в жирі процесах гідролізу.

Йодне число - маса йоду [мг], яку пов'язують 100 г жиру - дає уявлення про зміст в жирі ненасичених жирних кислот. Жири нерозчинні у воді і добре розчинні в органічних розчинниках. Однак у присутності поверхнево-активних речовин (ПАР), таких як жовчні кислоти, білки, мила, шампуні, вони можуть утворювати стійкі емульсії у воді. На цій властивості засновані процеси засвоєння жирів в організмі і миючого дії розчинів ПАР. Стійкої, складної (емульсія і суспензія) природного дисперсної системою є молоко, в якому частинки рідких і твердих жирів стабілізовані білками.

Низька електро- і теплопровідність жирів обумовлена ​​їх неполярной природою, і саме тому жири для багатьох живих організмів служать захистом, як від охолодження, так і від перегріву.

Під дією світла, кисню повітря та вологи, при контакті з металевими поверхнями жири в процесі зберігання піддаються окисленню і гідролізу і набувають неприємного смаку і запаху (прогоркание) за рахунок утворення альдегідів і кислот з короткими ланцюгами, наприклад, масляної кислоти. Процес прогоркания запобігають додаванням антиоксидантів, найбільш активним і нетоксичним з яких є вітамін Е.

воски- продукти різного походження, які присутні в організмах тварин, в мікроорганізмах і рослинах. Воски складаються головним чином з складних ефірів вищих насичених і ненасичених монокарбонових кислот і вищих одно- або багатоатомних спиртів жирного (рідше ароматичного) ряду. Причому і кислоти, і спирти зазвичай містять парне число атомів вуглецю. Крім того, воски можуть містити невелику кількість вільних жирних кислот, багатоатомних спиртів, насичених вуглеводнів, запашних і фарбувальних речовин.

Складні ефіри воску піддаються обмиленню важче, ніж жири. Вони також розчиняються тільки в органічних розчинниках. Температури плавлення більшості восків лежать в інтервалі 40-90 ° С, і їх можна формувати при нагріванні.

Воски поділяються на природні і тварини. У багатьох рослин воски складають 80% від всіх ліпідів. Рослинні воски зазвичай містять, крім ефірів з великою молекулярною масою, ще й значна кількість насичених вуглеводнів. Покриваючи тонким шаром листя, стебла і плоди, воски захищають рослини від шкідників і хвороб, а також від зайвої втрати води. Рослинні воски застосовуються в фармакології, техніці, а також в побутових і косметичних цілях. Прикладом тварин восків служить бджолиний віск, що містить крім вищих ефірів 15% вищих карбонових кислот (С 16-С 36) і 12-17% вищих вуглеводнів (С 21-С 35); ланолін - складна суміш різних восків, кислот і спиртів, що покриває шерсть овець, на відміну від інших восків, ланолін утворює стійкі емульсії з водою при її надлишку; спермацет - суміш ефірів міріціловий і цетилового спирту і пальмітинової кислоти, міститься в черепній порожнині кашалота і служить йому звукопровода при ехолокації.

Тварини воски використовуються у фармакології та косметології для приготування різних кремів і мазей, а також для виготовлення кремів для взуття.

5. Промиляемие складні ліпіди

Обмилюють складні ліпіди поділяють на фосфо, сфінго- і Глік-ліпіди. Обмилюють складні ліпіди є складними ефірами гліцерину або сфингозина і жирних кислот. Але, на відміну від нейтральних жирів, в молекулах складних ліпідів присутні залишки фосфорної кислоти або вуглеводів.

Обмилюють складні ліпіди - це ефективні поверхнево-активні речовини, що містять одночасно як гідрофобні, так і гідрофільні фрагменти. Розглянемо особливості хімічної будови основних представників омильних складних ліпідів.

фосфоліпіди.

Природні фосфоліпіди є похідними фосфатидного кислоти, що складається із залишків гліцерину, фосфорної і жирних кислот. Фосфоліпіди містять два залишки жирних кислот (R1 і R2) і додатковий полярний радикал (R3), як правило, представлений залишком азотистого підстави і з'єднаний ефірним зв'язком з фосфатної групою.

Головними представниками природних фосфоліпідів є фосфатіділетаноламін (Кефалінія) - R3 - залишок етаноламіну, фосфатидилхолін (лецитин) - R3 - залишок холіну, фосфатіділсерін - R3 - залишок серину і фосфатіділінозіт - R3 -залишок інозиту.

Всі перераховані вище сполуки мають виборчої розчинність в органічних розчинниках, практично не розчинні в ацетоні, що використовується для відділення фосфоліпідів від інших ліпідів. За рахунок подвійних зв'язків у вуглеводневих ланцюгах ненасичених жирних кислот фосфоліпіди легко окислюються киснем повітря, міняючи при цьому забарвлення від світло-жовтого до коричневого.

Фосфоліпіди становлять основу ліпідного шару біологічних мембран і дуже рідко зустрічаються в складі запасних відкладень жирів. Переважне участь фосфоліпідів у формуванні клітинних мембран пояснюється їх здатністю виступати в ролі поверхнево-активних речовин і утворювати молекулярні комплекси з білками - хиломікрони, ліпопротеїни. В результаті міжмолекулярних взаємодій, що утримують одна біля одної вуглеводневі радикали, утворюється внутрішній гідрофобний шар мембрани. Полярні фрагменти, розташовані на зовнішній поверхні мембрани, утворюють гідрофільний шар.

Завдяки полярності молекул фосфоліпідів забезпечується одностороння проникність клітинних мембран. У зв'язку з цим фосфоліпіди широко поширені в рослинних і тваринних тканинах, особливо в нервовій тканині людини і хребетних тварин. У мікроорганізмах вони є переважною формою ліпідів.

Всі перераховані вище властивості фосфоліпідів обумовлюють ефект зниження прикордонного натягу на внутрішніх стінках альвеол, що полегшує дифузію молекулярного кисню і сприяє його проникненню в легеневе простір і подальшого приєднання до гемоглобіну. Альвеоли клітини синтезують і продукують специфічну слиз, яка складається з 10% білків і 90% фосфоліпідів, гідратованих водою. Цю суміш називають "легеневий сурфактант" (від англ. Surface active agent - поверхнево-активний агент).

Відмінності в будові радикала R3 практично не впливають на біохімічні властивості фосфоліпідів. Так, і фосфатидилетаноламін (Кефалінія) і Фосфатидилсерин беруть участь у формуванні мембран клітин. Фосфатидил-холіни у великій кількості містяться в жовтках яєць птахів (з цієї причини і отримали свою назву лецитини від грец. Lecitos - жовток), в мозковій тканині людини і тварин, в соєвих бобах, насінні соняшнику, зародках пшениці. Причому, холін (витаминоподобное з'єднання) може бути присутнім в тканинах і в вільному вигляді, виконуючи роль донора метильних груп в процесах синтезу різних речовин, наприклад, метіоніну. Тому при нестачі холіну спостерігається порушення обміну речовин, яке приводить, зокрема, до жировому переродженню печінки. Похідне холіну - ацетилхолін - є медіатором нервової системи. Фосфатидилхолін широко використовуються в медицині при лікуванні захворювань нервової системи, в харчовій промисловості як біологічно активні добавки (в шоколад, маргарин), а також в якості антиоксидантів. Фосфатіділінозіти представляють інтерес як попередники простагландинів - біохімічних регуляторів, особливо високо їх вміст у нервових волокнах спинного мозку. Інозит, як і холін, є вітаміноподібною з'єднанням.

сфінголіпіди.

Природні сфінголіпіди є структурними аналогами фосфоліпідів, що містять замість гліцерину ненасичений двоатомний аміноспирт сфингозин або його ненасичений аналог дігідросфінгозін.

Заступники у подвійному зв'язку в молекулі сфингозина знаходяться в трансположеніі, а розташування заступників у асиметричних атомів вуглецю відповідає D-конфігурації.

Найпоширенішими Сфинголипидами є сфінгомієліни.

У порівнянні з фосфоліпідами, сфінголіпіди більш стійкі до дії окислювачів. Вони нерозчинні в ефірі, що використовується при їхньому відділенні від фосфоліпідів. Сфінголіпіди входять до складу мембран рослинних і тваринних клітин, особливо багата ними нервова тканина.

гліколіпіди

Гліколіпіди можуть бути як складними ефірами гліцерину - глікозілдіацілгліцеріни, так і сфингозина - гликосфинголипидов. До складу молекул гликолипидов входять залишки вуглеводів, частіше D-галактоза. Глікозілдіацілгліцеріни містять один або два залишку моносахарида (D-галактоза або D-глюкоза), пов'язаних з ОН-групою гліцерину в-гликозидной зв'язком. Глікозілдіацілгліцеріни були виділені з листя рослин (мабуть, вони специфічно пов'язані з хлоропластами), де їх концентрація приблизно в 5 разів перевищує концентрацію фосфоліпідів з бактерій-фотосинтетиков. У тварин тканинах з'єднання подібного роду не виявлені.

гликосфинголипидовмістять один або кілька залишків вуглеводів і в залежності від їх числа розрізняють цереброзидів і гангліозиди. Залишок гексози в цереброзидів приєднаний в-гликозидной зв'язком. З жирних кислот, виявлених в цереброзидів, найчастіше зустрічаються нервоновая, цереброновая і Лігноцеринова (С 24).

Цереброзідсульфатіди- похідні цереброзидів, що утворюються при їх етерифікації сірчаною кислотою по третьому атому вуглецю гексози, присутні в білій речовині мозку.

гангліозид, На відміну від цереброзидів, мають більш складну будову: їх молекули містять гетероолігосахаріди, утворені залишками D-глюкози, D-галактози, N-ацетилглюкозамін і N-ацетілнейраміновой кислоти. Все гангліозиди є кислими сполуками і, так само як і цереброзидів, активно беруть участь в контролі і регуляції міжклітинних контактів, рецепції пептидних гормонів, вірусів, бактеріальних токсинів. У зв'язку з тим, що структура і склад ганглиозидов контролюються генетично, вони мають високу тканинної специфічністю і виконують функції антигенів клітинних поверхонь.

6. Неомиляемие ліпіди

Розглянемо особливості хімічної будови і біохімічних функцій найбільш важливих представників неомильних ліпідів - стероїдів і терпенів.

стероїди.

До стероїдів відноситься великий клас природних речовин, в основі молекул яких лежить конденсований остов, званий стераном. Найбільш поширеним серед численних біологічних сполук стероїдної природи є холестерин.

холестерин- одноатомний спирт (холестерол); він проявляє властивості вторинного спирту і алкена. Близько 30% холестерину в організмі міститься у вільному вигляді, решта - у складі ацілхолестерінов, тобто складних ефірів з вищими карбоновими кислотами, як насиченими (пальмітинової і стеаринової), так і ненасиченими (лінолевої, арахідонової та ін.), тобто у вигляді ацілхолестерінов. Загальний вміст холестерину в організмі людини становить 210-250 м В великих кількостях він міститься в головному і спинному мозку, є компонентом біомембран.

Найважливіша біохімічна функція холестерину обумовлена ​​тим, що він грає роль проміжного продукту в синтезі багатьох з'єднань стероїдної природи: в плаценті, сім'яниках, жовтому тілі і надниркових відбувається перетворення холестерину в гормон прогестерон, який є початковим субстратом складного ланцюга біосинтезу стероїдних статевих гормонів і кортикостероїдів.

Інші шляхи використання холестерину в організмі пов'язані з утворенням вітаміну D і необхідних для травлення жовчних кислот - холевой і 7-дезоксихолевої.

В організмі холевая кислота, утворюючи аміди по карбонільної групі з гліцином і таурином, перетворюється в гліцінхолевую і таурохолевой кислоти.

Аніони цих кислот є ефективними поверхнево-активними речовинами. У кишечнику вони беруть участь в процесах емульгування жирів і тим самим сприяють їх всмоктуванню і переварюванню.

Жовчні кислоти використовують в якості лікарських препаратів, що запобігають утворенню і розчинення вже наявних жовчних каменів, які складаються з холестерину і білірубіну.

Транспорт нерозчинних в рідинах організму ліпідів, в тому числі і холестерину, здійснюється в складі особливих частинок - ліпопротеїнів, що є складними за складом комплекси з білками.

У крові виявлено кілька форм ліпопротеїнів, які відрізняють по щільності: хиломікрони, ліпопротеїни дуже низької щільності (ЛОНП), ліпопротеїни низької щільності (ЛПНЩ) і ліпопротеїни високої щільності (ЛВП). Ліпопротеїни можна розділити за допомогою ультрацентрифугирования.

Ліпопротеїни представляють собою сферичні частинки, гідрофільна поверхня яких являє собою шар орієнтованих фосфоліпідів і білків, а ядро ​​утворене гідрофобними молекулами триацилглицеринов і ефірів холестерину.

Тріацілгліцеріни і холестерин під дією специфічних ферментів (ліпопротеінліпази) вивільняються з хіломікронів і потім споживаються жировою тканиною, печінкою, серцем і іншими органами.

При деяких порушеннях обміну речовин або високої концентрації холестерину в крові підвищується концентрація ЛОНП і ЛНП, що веде до їх відкладенню на стінках судин (атеросклероз), в тому числі в артеріях серцевого м'яза (ішемічна хвороба серця та інфаркт міокарда).

терпени.

Терпени - це ряд біологічно активних вуглеводнів і їх кисневмісних похідних, вуглецевий скелет яких складається з декількох ланок ізопрену З 5 Н 8. Тому загальна формула для більшості терпенів - (З 5 Н 8) n. Терпени можуть мати ациклическое або циклічне (бі-, три- і поліциклічне) будова. Структури терпенів із загальною формулою С 1 0 Н 1 6 - мирцен і лімонен:

До складу ефірних масел входять похідні терпенів, що містять гідроксильні, альдегідні або кетогрупи, - терпеноїди. Серед них велике застосування знаходять ментол (міститься в маслі м'яти, від якої і отримав свою назву, від лат. Menta - м'ята), ліналоол (рідина з запахом конвалії), цитраль, камфора.

До терпіння відносяться смоляні кислоти, які мають загальну формулу С 2 0 Н 3 0 О2 і складають 4/5 смоли хвойних рослин (живиця). При переробці живиці отримують твердий залишок смоляних кислот - каніфоль, яка служить сировиною для багатьох галузей промисловості. Крім того, терпенові угруповання (ізопреноїдного ланцюга) входять в структуру багатьох складних біологічно активних сполук, таких як каротиноїди, фитол і ін.

Фитол у вільному вигляді в природі не зустрічається, але входить до складу молекул хлорофілу, вітамінів А і Е та інших біосоедіненій.

Каучук і гутта є політерпенамі, в молекулах яких залишки ізопрену зв'язані "голова до хвоста".

література

1. Черкасова Л.С., Мережинский М.Ф., Обмін жирів і ліпідів, Мінськ, 1961;

2. Маркман А.Л., Хімія ліпідів, в. 1-2, Таш., 1963--70;

3. Тютюнників Б.М., Хімія жирів, М., 1966;

Розміщено на Allbest.ru

подібні документи

    Білки (протеїни) як складні органічні сполуки. Формули амінокислот. Будова молекули білка, явище денатурації білка. Що таке вуглеводи, їх будова, хімічна формула. Найпоширеніші моносахариди і полісахариди. Жири та липоиди.

    реферат, доданий 07.10.2009

    Органічні сполуки І групи. Натрііорганіческіе з'єднання - органічні сполуки, що містять зв'язок C-Na. Органічні похідні кальцію, стронцію, барію і магнію. Борорганічні з'єднання. З'єднання алюмінію. Кремнійорганічні сполуки.

    реферат, доданий 10.04.2008

    Жири як істотна частина нашої їжі. Фосфатиди, стерини і вітаміни. Носії запаху. Гідроліз жирів. Природні високомолекулярні азотовмісні сполуки - білки. Молекули білка. Вуглеводи, моносахариди, глюкоза, лактоза, крохмаль, дисахариди.

    доповідь, доданий 14.12.2008

    Полімери як органічні і неорганічні, аморфні і кристалічні речовини. Особливості структури їх молекули. Історія терміна "полімерія" і його значення. Класифікація полімерних з'єднань, приклади їх видів. Застосування в побуті та промисловості.

    презентація, доданий 10.11.2010

    Будова і загальні властивості амінокислот, їх класифікація та хімічні реакції. Будова білкової молекули. Фізико-хімічні властивості білків. Виділення білків і встановлення їх однорідності. Хімічна характеристика нуклеїнових кислот. Структура РНК.

    курс лекцій, доданий 24.12.2010

    Хімічна зв'язок в органічних молекулах. Класифікація хімічних реакцій. Кислотні і основні властивості органічних сполук. Гетерофункціональні похідні бензольного ряду. Вуглеводи, нуклеїнові кислоти, ліпіди. Гетероциклічні сполуки.

    навчальний посібник, доданий 29.11.2011

    Мінеральні й металоорганічні з'єднання. Лужні метали першої підгрупи. Органічні сполуки літію, способи отримання, хімічні властивості. Взаємодія алкіллітія з карбонільних сполуками. Елементи другої групи. Магнійорганіческіе з'єднання.

    реферат, доданий 03.12.2008

    Вуглеводи як органічні речовини, молекули яких складаються з атомів вуглецю, водню і кисню, знайомство з класифікацією: олігосахариди, полісахариди. Характеристика представників моносахаридів: глюкоза, фруктовий цукор, дезоксирибоза.

    презентація, доданий 18.03.2013

    Основні хімічні речовини: білки, ліпіди, вуглеводи, вітаміни, мінеральні речовини і харчові добавки. Основні хімічні процеси, що відбуваються при тепловій кулінарній обробці. Втрати при гасінні, запіканні, припускании і пасеруванні продуктів.

    курсова робота, доданий 07.12.2010

    Вуглеводи - найважливіші хімічні сполуки живих організмів. У рослинному світі становлять 70-80% з розрахунку на суху речовину. Функції вуглеводів: енергетична - головний вид клітинного палива, функція запасних поживних речовин, захисна, регуляторна