2.3.1. Неорганические вещества клетки
2.3. Химическая организация клетки
2.3.1. Неорганические вещества клетки
В состав клетки входит около 70 элементов Периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы:
- макроэлементы – H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
- микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;
- ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.
Другой принцип классификации элементов:
- органогены (кислород, водород, углерод, азот),
- макроэлементы,
- микроэлементы.
В состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.
Неорганические соединения клетки – вода и неорганические ионы.
Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
|
Физические свойства воды |
Значение для биологических процессов |
|
Высокая теплоемкость (из-за водородных связей между молекулами) и теплопроводность (из-за небольших размеров молекул) |
Транспирация |
|
Прозрачность в видимом участке спектра |
Высокопродуктивные биоценозы прудов, озер, рек ( из-за возможности фотосинтеза на небольшой глубине) |
|
Практически полная несжимаемость (из-за сил межмолекулярного сцепления) |
Поддержание формы организмов: форма сочных органов растений, положение трав в пространстве, гидростатический скелет круглых червей, медуз, амниотическая жидкость поддерживает и защищает плод млекопитающих |
|
Подвижность молекул (из-за слабости водородных связей) |
Осмос: поступление воды из почвы; плазмолиз |
|
Вязкость (водородные связи) |
Смазывающие свойства: синовиальная жидкость в суставах, плевральная жидкость |
|
Растворитель (полярность молекул) |
Кровь, тканевая жидкость, лимфа, желудочный сок, слюна, у животных; клеточный сок у растений; водные организмы используют растворенный в воде кислород |
|
Способность образовывать гидратационную оболочку вокруг макромолекул (из-за полярности молекул) |
Дисперсионная среда в коллоидной системе цитоплазмы |
|
Оптимальное для биологических систем значение сил поверхностного натяжения (из-за сил межмолекулярного сцепления) |
Водные растворы – средство передвижения веществ в организме |
|
Расширение при замерзании (из-за образования каждой молекулой максимального числа – 4 – водородных связей_ |
Лед легче воды, выполняет в водоемах функцию теплоизолятора |
Неорганические ионы:
катионы K+, Na+, Ca2+ , Mg2+ и анионы Cl–, NO3- , PO4 2-, CO32-, НPO42-.
Разность между количеством катионов и анионов (Nа+, К+, Сl-) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.
Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6—9.
Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7—4.
Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот.
Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих.
Таблица. Роль макроэлементов на клеточном и организменном уровне организации.
Таблица. Роль микроэлементов в жизни клетки, растительного и животного организмов.
Тематические задания
Часть А
А1. Полярностью воды обусловлена ее способность
1) проводить тепло
3) растворять хлорид натрия
2) поглощать тепло
4) растворять глицерин
А2. Больным рахитом детям необходимо давать препараты, содержащие
1) железо
2) калий
3) кальций
4) цинк
А3. Проведение нервного импульса обеспечивается ионами:
1) калия и натрия
2) фосфора и азота
3) железа и меди
4) кислорода и хлора
А4. Слабые связи между молекулами воды в ее жидкой фазе называются:
1) ковалентными
2) гидрофобными
3) водородными
4) гидрофильными
А5. В состав гемоглобина входит
1) фосфор
3) сера
4) магний
А6. Выберите группу химических элементов, обязательно входящую в состав белков
1) Na, K, O, S
2) N, P, C, Cl
3) C, S, Fe, O
4) C, H, O, N
А7. Пациентам с гипофункцией щитовидной железы дают препараты, содержащие
1) йод
2) железо
3) фосфор
4) натрий
Часть В
В1. Выберите функции воды в клетке
1) энергетическая
2) ферментативная
3) транспортная
4) строительная
5) смазывающая
6) терморегуляционная
В2. Выберите только физические свойства воды
1) способность к диссоциации
2) гидролиз солей
3) плотность
4) теплопроводность
5) электропроводность
6) донорство электронов
Часть С
С1. Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение?
biology100.ru
Неорганические вещества и их роль в клетке
Вода. Из неорганических веществ, входящих в состав клетки, важнейшим является вода. Количество ее составляет от 60 до 95% общей массы клетки. Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания.
Роль воды в клетке определяется ее уникальными химическими и физическими свойствами, связанными главным образом с малыми размерами молекул, с полярностью ее молекул и с их способностью образовывать друг с другом водородные связи.
Вода как компонент биологических систем выполняет следующие важнейшие функции:
- Вода—универсальный растворитель для полярных веществ, например солей, Сахаров, спиртов, кислот и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными. Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно; соответственно возрастает реакционная способность вещества. Именно по этой причине большая часть химических реакций в клетке протекает в водных растворах. Ее молекулы участвуют во многих химических реакциях, например при образовании или гидролизе полимеров. В процессе фотосинтеза вода является донором электронов, источником ионов водорода и свободного кислорода.
- Неполярные вещества вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку не может образовывать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. Гидрофобные молекулы или их части отталкиваются водой, а в ее присутствии притягиваются друг к другу. Такие взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеинов вых кислот и ряда субклеточных структур.
-
Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Для
разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды,
требуется поглотить большое количество энергии. Это
свойство обеспечивает поддержание теплового баланса
организма при значительных перепадах температуры в
окружающей среде. Кроме того, вода отличается
- Вода характеризуется высокой теплотой парообразования, т. е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла при одновременном охлаждении организма. Благодаря этому свойству воды, проявляющемуся при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и других животных, транспирации у растений, предотвращается их перегрев.
- Для воды характерно исключительно высокое поверхностное натяжение. Это свойство имеет очень важное значение для адсорбционных процессов, для передвижения растворов по тканям (кровообращение, восходящий и нисходящий токи в растениях). Многим мелким организмам поверхностное натяжение позволяет удерживаться на воде или скользить по ее поверхности.
- Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.
- У растений вода определяет тургор клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие).
- Вода — составная часть смазывающих жидкостей (синовиальной — в суставах позвоночных, плевральной — в плевральной полости, перикардиальной — в околосердечной сумке) и слизей (облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др.
Минеральные соли. Неорганические вещества в клетке, кроме воды, прецспавлевы минеральными солями. Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы (К+, Na+, Са2+, Mg:+, NH4+) и анионы (С1 , Н2Р04-, НР042- , НС03-, NO32—, SO42- ) Существенным является не только содержание, но и соотношение ионов в клетке.
Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения. Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану, а также преобразование энергии.
Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6,9.
Угольная кислота и ее анионы формируют бикарбонатную буферную систему, поддерживающую рН внеклеточной среды (плазма крови) на уровне 7,4.
Некоторые ионы участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.
Ряд катионов и анионов необходим дпясинтеза важных органических веществ (например, фосфолипидов, АТФ, нуклеоти-дов, гемоглобина, гемоцианина, хлорофилла и др.), а также аминокислот, являясь источниками атомов азота и серы.
Источник : Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов «Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы»
sbio.info
Неорганические вещества клетки
Из неорганических веществ клетки вода составляет около 65% ее массы: в молодых быстрорастущих клетках до 95%, в старых — около 60%. Роль воды в клетках очень велика, она является средой и растворителем, участвует в большинстве химических реакций, перемещении веществ, терморегуляции, образовании клеточных структур, определяет объем и упругость клетки. Большинство веществ поступает в организм и выводится из него в водном растворе.
Содержание минеральных веществ в клетках незначительно, но роль их велика: они поддерживают осмотическое равновесие, регулируют различные биохимические и физиологические процессы. Например, ионы Na и К нужны для образования нервных импульсов, ионы Са нужны для свертывания крови и др.
Органические вещества — составляют 20-30% состава клетки. Они могут быть простыми (аминокислоты, глюкоза, жирные кислоты) и сложными (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды). Наиболее важное значение имеют белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
- Белки
- — это основные и наиболее сложные вещества любой клетки. По размерам белковая молекула в сотни и тысячи раз превосходит молекулы неорганических соединений. Белковые молекулы образуются из простых соединений — аминокислот (в естественных белках содержится 20 аминокислот). Объединяясь в различной последовательности и количестве, они образуют большое разнообразие (до 1000) белков. Их роль в жизни клетки огромна: строительный материал организма, катализаторы (белки-ферменты ускоряют химические реакции), транспорт (гемоглобин крови доставляет клеткам кислород и питательные вещества и уносит углекислый газ и продукты распада). Белки выполняют защитную функцию, энергетическую.
- Углеводы
- — органические вещества, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Наиболее простые из них моносахариды — гексоза, фруктоза, глюкоза (содержатся в фруктах, меде), галактоза (в молоке) и полисахариды — состоящие из нескольких простых углеводов. Сюда относятся крахмал, гликоген. Углеводы — основной источник энергии для всех форм клеточной активности (движение, биосинтез, секреция и т. д.) и играют роль запасных веществ.
- Липиды
- — нерастворимые в воде жиры и жироподобные вещества. Они являются основным структурным компонентом биологических мембран. Липиды выполняют энергетическую функцию, в них содержатся жирорастворимые витамины.
- Нуклеиновые кислоты
- — (от латинского слова «нуклеус» — ядро) — образуются в ядре клетки. Они бывают двух типов: дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). Биологическая роль их очень велика. Они определяют синтез белков и передачу наследственной информации.
shkolo.ru
2.3.1. Неорганические вещества клетки. Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ]
2.3.1. Неорганические вещества клетки
В состав клетки входит около 70 элементов периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы:
макроэлементы – H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;
ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.
В состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.
Неорганические соединения клетки – вода и неорганические ионы.
Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
Физические свойства воды: так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ. Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными. Вещества, нерастворимые в воде называются гидрофобными.
Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Вспомните, как долго нагревается до кипения чайник. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме.
Для испарения воды необходима достаточно большая энергия. Температура кипения воды выше, чем у многих других веществ. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.
Вода может находиться в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.
Водородные связи обуславливают вязкость воды и сцепление ее молекул с молекулами других веществ. Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создается пленка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.
При охлаждении движение молекул воды замедляется. Количество водородных связей между молекулами становится максимальным. Наибольшей плотности вода достигает при 4 С?. При замерзании вода расширяется (необходимо место для образования водородных связей) и ее плотность уменьшается. Поэтому лед плавает.
Биологические функции воды. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.
Вода – активный участник реакций обмена веществ.
Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме. Эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке.
Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слезы, желчь, сперма и т.д.
Неорганические ионы. К неорганическим ионам клетки относятся: катионы K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3+ и анионы Cl–, NO3—, Н2PO4—, NCO3—, НPO42-.
Разность между количеством катионов и анионов (Nа+ , Ка+, Сl—) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.
Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6—9.
Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7—4.
Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот. Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих. Ионы кальция входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть А
А1. Полярностью воды обусловлена ее способность
1) проводить тепло 3) растворять хлорид натрия
2) поглощать тепло 4) растворять глицерин
А2. Больным рахитом детям необходимо давать препараты, содержащие
1) железо 2) калий 3) кальций 4) цинк
А3. Проведение нервного импульса обеспечивается ионами:
1) калия и натрия 3) железа и меди
2) фосфора и азота 4) кислорода и хлора
А4. Слабые связи между молекулами воды в ее жидкой фазе называются:
1) ковалентными 3) водородными
2) гидрофобными 4) гидрофильными
А5. В состав гемоглобина входит
1) фосфор 2) железо 3) сера 4) магний
А6. Выберите группу химических элементов, обязательно входящую в состав белков
1) Na, K, O, S
2) N, P, C, Cl
3) C, S, Fe, O
4) C, H, O, N
А7. Пациентам с гипофункцией щитовидной железы дают препараты, содержащие
1) йод
2) железо
3) фосфор
4) натрий
Часть В
В1. Выберите функции воды в клетке
1) энергетическая 4) строительная
2) ферментативная 5) смазывающая
3) транспортная 6) терморегуляционная
В2. Выберите только физические свойства воды
1) способность к диссоциации
2) гидролиз солей
3) плотность
4) теплопроводность
5) электропроводность
6) донорство электронов
Часть С
С1. Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение?
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
info.wikireading.ru
Органические и неорганические вещества клетки
Клеткой называют элементарную единицу строения живых организмов. Все живые существа — будь то люди, животные, растения, грибы или бактерии — в своей основе имеют клетку. В чьем-то организме этих клеток много — сотни тысяч клеток составляют тело млекопитающих и рептилий, а в чьем-то мало — многие бактерии состоят из всего одной клетки. Но не так важно количество клеток, как их наличие.
Давно известно, что клетки обладают всеми свойствами живого: они дышат, питаются, размножаются, приспосабливаются к новым условиям, даже умирают. И, как и у всего живого, в составе клеток есть органические и неорганические вещества.
Неорганических веществ намного больше, ведь неорганические вещества — это и вода, и минеральные вещества. Разумеется, наибольшая часть отдела под названием «неорганические вещества клетки» отводится воде — она составляет 40-98% от всего объема клетки.
Вода в клетке выполняет множество важнейших функций: она обеспечивает упругость клетки, быстроту проходящих в ней химических реакций, перемещение поступивших веществ по клетке и их вывод. Кроме того, в воде растворяются многие вещества, она может участвовать в химических реакциях и именно на воде лежит ответственность за терморегуляцию всего организма, так как вода обладает неплохой теплопроводностью.
Помимо воды, в неорганические вещества клетки входят и многие минеральные вещества, делящиеся на макроэлементы и микроэлементы.
К макроэлементам относятся такие вещества, как железо, азот, калий, магний, натрий, сера, углерод, фосфор, кальций и многие другие.
Микроэлементы — это, в большинстве своем, тяжелые металлы, такие, как бор, марганец, бром, медь, молибден, йод цинк.
Также в организме есть и ультрамикроэлементы, среди которых золото, уран, ртуть, радий, селен и другие.
Все неорганические вещества клетки играют собственную, важную роль. Так, азот участвует в великом множестве соединений — как белковых, так и небелковых, способствует образованию витаминов, аминокислот, пигментов.
Кальций представляет собой антагонист калия, служит клеем для растительных клеток.
Молибден улучшает устойчивость растений против грибков-паразитов, способствует ускорению синтеза белка.
Железо участвует в процессе дыхания, входит в состав молекул гемоглобина.
Медь отвечает за образование клеток крови, здоровье сердца и хороший аппетит.
Бор отвечает за процесс роста, в особенности у растений.
Калий обеспечивает коллоидные свойства цитоплазмы, образование белков и нормальную работу сердца.
Натрий также обеспечивает правильный ритм сердечной деятельности.
Сера участвует в образовании некоторых аминокислот.
Фосфор участвует в образовании огромного количества незаменимых соединений, таких, как нуклеотиды, некоторые ферменты, АМФ, АТФ, АДФ.
И только роль ультрамикроэлементов пока абсолютно неизвестна.
Но одни только неорганические вещества клетки не смогли бы сделать ее полноценной и живой. Органические вещества важны не менее, чем они.
К органическим веществам относятся углеводы, липиды, ферменты, пигменты, витамины и гормоны.
Углеводы делятся на моносахариды, дисахариды, полисахариды и олигосахариды. Моно- ди- и полисахариды являются основным источником энергии для клетки и организма, а вот нерастворяющиеся в воде олигосахариды склеивают соединительную ткань и защищают клетки от неблагоприятного внешнего воздействия.
Липиды делятся на собственно жиры и липоиды — жироподобные вещества, образующие ориентированные молекулярные слои.
Ферменты являются катализаторами, ускоряющими биохимические процессы в организме. Кроме того, ферменты уменьшают количество потребляемой на придание реакционной способности молекуле энергии.
Витамины необходимы для регуляции окисляемости аминокислот и углеводов, а также для полноценного роста и развития.
Гормоны необходимы для регулирования жизнедеятельности организма.
fb.ru
Лекция — Неорганические соединения клетки.
Вода и минеральные вещества
Вода Н2О.
Живая клетка содержит около 70% Н2О от массы. Н2О находится в двух формах:
1) Свободная (95%) – в межклеточном пространстве, сосудах, вакуолях, полостях органов.
2) Связанная (5%) – с высоко-молекулярными органическими веществами.
Свойство:
8) Универсальный растворитель. По растворимости в воде вещества делятся на гидрофильные – растворимые и гидрофобные – не растворимые (жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки).
9) Участвует в био-хим. реакциях (гидролиз, окислительно-восстановительные, фотосинтез)
10) Участвует в явлениях осмоса – прохождение растворителя через полупроницаемую оболочку в сторону растворимого вещества за счёт силы осмотического давления. Осмотическое давление у млекопитающих равно 0,9% р-р NaCl.
11) Транспортная – вещества растворимые в воде транспортируются в клетку или из неё путём диффузии.
12) Вода практически не сжимается, определяя этим тургор.
13) Обладает силой поверхностного натяжения – это сила осуществляет капиллярный кровоток восходящий и нисходящий в растениях.
14) Обладает высокой теплоёмкостью, теплопроводностью, которое поддерживает тепловое равновесие.
При недостатке Н2О нарушаются процессы обмена веществ, потеря 20% Н2О приводит к гибели.
Минеральные вещества.
Минеральные вещества в клетке находятся в виде солей. По совей реакции растворы могут быть кислыми, основными, нейтральными. Эту концентрацию выражают при помощи водородного показателя рН.
рН = 7 нейтральная реакция жидкости
рН < 7 кислая
рН > 7 основная
Изменение рН на 1-2 единицы губительно для клетки.
Функция минеральных солей:
1) Поддерживают тургор клетки.
2) Регулируют био-хим. процессы.
3) Поддерживают постоянный состав внутренней среды.
Примеры:
1) Ионы кальция стимулируют мышечное сокращение. Снижение концентрации в крови вызывает судороги.
2) Соли калия, натрия, кальция. Соотношение этих ионов обеспечивает нормальное сокращение сердечной системы.
3) Йод компонент щитовидной железы.
9) Органические соединения клетки: углеводы, липиды, белки, аминокислоты, ферменты.
I. Углеводы
Входят в состав клеток всех живых организмов. В животных клетках 1-5% углеводов, в растительных до 90% (фотосинтез).
Хим. состав: C, H, O. Мономер – глюкоза.
Группы углеводов:
1) Моносахариды – бесцветные, сладки, хорошо растворимы в воде (глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза).
2) Олигосахарида (дисахариды) – сладкие, растворимые (сахароза, мальтоза, лактоза).
3) Полисахариды – несладкие, плохо растворимы в воде (крахмал, целлюлоза – в растительных клетках, хитин у грибов и членистоногих, гликоген у животных и человека). Гликоген запасается в мышцах, печени. При его расщеплении выделяется глюкоза.
Функции углеводов:
1) Структурная – входит в состав оболочек растительных клеток.
2) Защитная – секреты выделяемые железами содержат углеводы, которые предохраняют полые органы (бронхи, желудок, кишечник) от мех. Повреждений, а растения от проникновения болезнетворных бактерий
3) Запасающая. Питательные вещества (крахмал, гликоген) откладываются в клетках в запас.
4) Строительная. Моносахариды служат исходным материалом для построения органических веществ.
5) Энергетическая. 60% энергии организм получает при распаде углеводов. При расщеплении 1 грамма углевода выделяется 17,6 кДж энергии.
II. Липиды (жиры, жиро-подобные соединения).
Хим. состав
C, O, H. Мономер – глицерин и высоко-молекулярные жирные кислоты.
Свойства: не растворимы в воде, растворимы в органических растворителях (бензин, хлороформ, эфир, ацетон).
По хим. строению липиды делятся на след группы:
1) Нейтральная. Они делятся на твёрдые (при 20 градусах остаются твёрдыми), мягкие (сливочное масло и жир чел. тела), жидкие (растительные масла).
2) Воска. Покрывают: кожу, шерсть, перья животных, стебли, листья, плоды растений.
Сложные эфиры образуемые жирными кислотами и многоатомным спиртом.
3) Фосфолипиды. Один, два остатка жирных кислот, замещены остатком фосфорной кислоты. Основное компонент клеточной мембраны.
4) Стероиды – это липиды не содержащие жирных кислот. К стероидам относятся гормоны (кортизон, половые), витамины (A, D, E).
Стероид холестерин: важный компонент клеточной мембраны. Избыток холестерина может привести к заболеваниям сердечно-сосудистой системы и образованию желчных камней.
Функции липидов:
1) Структурная (строительная) – входя в состав клеточных мембран.
2) Запасающая – откладываются в запас в растениях в плодах и семенах, у животных в подкожно жировой клетчатке. При окислении 1г жира вырабатывается более 1г воды.
3) Защитная – служат для теплоизоляции организмов, т.к. обладает плохой теплопроводностью.
4) Регуляторная – гормоны (кортикостерон, андрогены, эстрогены и др.) регулируют обменные процессы в организме.
5) Энергетическая: при окислении 1г жира выделяется 38,9 кДЖ.
III. Белки.
Высокомолекулярные полимерные органические соединения. Содержание белков в различных клетках от 50-80%. Каждый чел. на Земле имеет свой не повторимый набор только ему свойственных белков (исключение однояйцевые близнецы). Специфичность белковых наборов обеспечивает иммунный статус каждого человека.
Хим. состав: C, O, N, H, S, P, Fe.
Мономеры. Всего их 20, из них 9 незаменимых. Они поступают в организм с пищей в готовом виде.
Свойства:
1) Денатурация – разрушение белковых молекул под воздействием высокой температуры, кислот, хим. веществ, обезвоживания, облучения.
2) Ренатурация – восстановление прежней структуры при возвращении нормальных условий среды (кроме первичной).
3)
Строение (уровни организации белковой молекулы):
1) Первичная структура.
Это полипептидная цепочка состоящая из последовательности аминокислот.
2) Вторичная структура.
Спирально-закрученная полипептидная цепь.
3) Третичная структура.
Спираль принимает причудливую конфигурацию – глобула.
4) Четвертичная структура.
Несколько глобул соединяются в сложный комплекс.
Функции белков:
1) Каталитическая (ферментативная) – белки служат катализаторами (ускорителями био-хим. реакций).
2) Структурная – входят в состав мембран, органелл клетки, костей, волос, сухожилий и т.д.
3) Рецепторная – белки рецепторы воспринимают сигнал из внешней среды и передают их в клетку.
4) Транспортная – белки-переносчики осуществляют перенос веществ через клеточные мембраны (белок гемоглобин переносит кислород из лёгких в клетки др. тканей).
5) Защитная – белки предохраняют организм от повреждения и вторжения чужеродных организмов (белки иммуноглобулины обезвреживают чужеродные белки. Интерферон подавляет развитие вирусов).
6) Двигательная – белки актин и лизин участвуют в сокращении мышечных волокон.
7) Регуляторная – белки гормоны регулируют физиологические процессы. Например инсулин, глюкагон регулируют уровень глюкозы в крови.
8) Энергетическая – при расщеплении 1г белка выделяется 17,6 кДЖ энергии.
IV. Аминокислоты.
Это мономер белков.
Формула:
В состав аминокислоты входят аминогруппы h3N и карбоксильная группа COOH. Аминокислоты отличаются друг от друга своими радикалами R.
Аминокислоты соединяются пептидными связями в полипептидные цепочки.
NH-CO—NH-CO—NH-CO
— — полипептидная связь.
Карбоксильная группа одной аминокислоты присоединяется к аминогруппе соседней аминокислоты.
V. Ферменты.
Это белковые молекулы способные катализировать (ускорять био-хим. реакции в клетке в сони, миллионы раз).
Функции и свойства:
Ферменты специфичны, то есть катализируют только определённую хим. реакцию или сходные.
Действуют в строго определённой последовательности.
Активность ферментов зависит от температуры, реакции среды, наличия коферментов- небелковые соединения, ими могут служить витамины, ионы, различные Me. Оптимальная температура действия ферментов 37-40 градусов.
Активность ферментов регулируется:
При повышении температур усиливается, под действием лекарств, ядов, подавляется.
Отсутствие или недостаток ферментов приводит к тяжёлым заболеваниям (гемофилия вызвана недостатком фермента отвечающего за свёртываемость крови).
Ферменты используются в медицине для получения вакцин. В промышленности для получения из крахмала сахара, из сахара спирта и др. веществ.
Строение:
В активном центре субстрат взаимодействует с ферментом, которые подходят друг к другу как «ключ к замку».
10) Нуклеиновые кислоты: ДНК, РНК, АТФ.
ДНК, РНК впервые выделены из ядра клеток в 1869 г. швейцарским учёным Мишером. Нуклеиновые кислоты – это полимеры мономером которого являются нуклеотиды состоящие из 2 нуклеиновых оснований аденин и гуанин и 3 пиримидиновых цитозин, урацил, тимин.
I) ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота).
Расшифровали в 1953 г. Уотсон и Крик. 2 нити спирально обвивающие друг друга. ДНК находится в ядре.
Нуклеотид состоит из 3 остатков:
1) Углеводный – дезоксирибоза.
2) Фосфорной кислоты.
3) Азотистые основания.
Нуклеотиды отличаются друг от друга только азотистыми основаниями.
Ц – цитидиловый, Г – гуаниновый, Т – тимидиловый, А – адениновый.
Сборка молекул ДНК.
Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит посредством ковалентных связей через углевод одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты соседнего.
Соединение двух нитей.
Две нити соединяются друг с другом водородными связями между азотистыми основаниями. Азотистые основания соединяются по принципу комплементарности А-Т, Г-Ц. Комплементарность (дополнение) – строгое соответствие нуклеотидов расположенных в парных нитях ДНК. В азотистых основаниях находится генетический код.
Свойства и функции ДНК:
I) Репликация (редупликация) – само удваивание. Происходит в синтетический период интерфазы.
1) Фермент разрывает водородные связи и спирали раскручиваются.
2) Одна цепь отделяется от другой части молекулы ДНК (каждая цепь используется в качестве матрицы).
3) На молекулы воздействует фермент ДНК – полимераза.
4) Присоединение каждой цепи ДНК комплементарных нуклеотидов.
5) Образование двух молекул ДНК.
II) Хранение наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов.
III) Передача на ген. инф.
IV) Структурная ДНК присутствует в хромосоме в качестве структурного компонента.
II) РНК (рибонуклеиновая кислота).
Полимер состоящий из одной цепочки. Они находятся: в ядрышке, цитоплазме, рибосомах, митохондриях, пластидах.
Мономер – нуклеотид состоящий из 3 остатков:
1) Углеводный – рибоза.
2) Остаток фосфорной кислоты.
3) Азотистое основание (непарные) (А, Г, Ц, У – вместо тимина).
Функции РНК: передача и реализация наследственной информации через синтез белка.
Типы РНК:
1) Информационное (иРНК) или матричная (мРНК) 5% всей РНК.
Она синтезируется в процессе транскрипции на определённом участке молекулы ДНК – гене. иРНК переносит инф. О структуре белка (последовательность нуклеотидов) из ядра в цитоплазму на рибосомы и становится матрицей для синтеза белка.
2) Рибосомные (рибосомальный рРНК) 85% всей РНК, синтезируется в ядрышке, входят в состав хромосом, формируют активный центр рибосомы где происходит биосинтез белка.
3) Транспортный (тРНК) 10% всей РНК, образуется в ядре и переходит в цитоплазму и транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка, то есть к рибосомам. Поэтому имеет форму листа клевера:
III) АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).
Нуклеотид состоящий из 3 остатков:
1) Азотистое основание – аденин.
2) Углеводный остаток – рибоза.
3) Три остатка фосфорной кислоты.
Связи между остатками фосфорной кислоты богаты энергией и называются макроэлементами. При отщеплении 1 молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ, двух молекула на АМФ. При этом выделяется энергия 40 кДЖ.
АТФ (три) > АДФ (ди) > АМФ (моно).
АТФ синтезируется в митохондриях, в результате реакции фосфорилирование.
Один остаток фосфорной кислоты присоединяется к АДФ. Они всегда есть в клетке, как продукт её жизнедеятельности.
Функции АТФ: универсальный хранитель и переносчик информации.
www.ronl.ru
Неорганические вещества клетки
Из неорганических веществ в состав клетки входят 86 элементов Периодической таблицы, около 16-18 элементов жизненно необходимы для нормального существования живой клетки.
Среди элементов выделяют: органогены, макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.
Органогены
Это вещества, из которых состоят органические вещества: кислород, углерод, водород и азот.
Кислород (65-75%) — содержится в огромном количестве органических молекул — белках, жирах, углеводах, нуклеиновых кислотах. В виде простого вещества (О2) образуется в процессе оксигенного фотосинтеза (цианобактерии, водоросли, растения).
Функции: 1. Кислород — сильный окислитель (окисляет глюкозу в процессе клеточного дыхания, в процессе выделяется энергия)
2. Входит в состав органических веществ клетки
3. Входит в состав молекулы воды
Углерод (15-18%) — является основой строения всех органических веществ. В виде углекислого газа выделяется в процессе дыхания, а поглощается в процессе фотосинтеза. Может быть в виде СО — угарного газа. В виде карбоната кальция (СаСО3) входит в состав костей.
Водород (8 — 10%) — как и углерод входит в состав любого органического соединения. А еще входит в состав воды.
Азот (2 — 3%) — входит в состав аминокислот, а значит и белков, нуклеиновых кислот, некоторых витаминов и пигментов. Фиксируется бактериями из атмосферы.
Макроэлементы
Магний (0,02 — 0,03%)
1. В клетке — входит в состав ферментов, участвует в синтезе ДНК и энергетическом обмене
2. У растений — входит в состав хлорофилла
3. У животных — входит в состав ферментов, участвующих в функционировании мышечной, нервной и костной тканей.
Натрий (0,02 — 0,03%)
1. В клетке — входит в состав калиево-натриевых каналов и насосов
2. У растений — участвует в осмосе, что обеспечивает поглощение воды из почвы
3. У животных — участвует в работе почек, поддержании сердечного ритма, входит в состав крови (NaCl), помогает поддерживать кислотно-щелочной баланс
Кальций (0,04 — 2,0%)
1. В клетке — участвует в избирательной проницаемости мембраны, в процессе соединения ДНК с белками
2. У растений — образует соли пектиновых веществ, придает твердость межклеточному веществу, соединяющему растительные клетки, а также участвует в формировании межклеточных контактов
3. У животных — входит в состав костей позвоночных, раковин моллюсков и коралловых полипов, участвует в образовании желчи, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга и центра слюноотделения, участвует в синаптической передаче нервного импульса, в процессах свертывания крови, является необходимым фактором сокращения поперечно-полосатой мускулатуры
Железо (0,02%)
1. В клетке — входит в состав цитохромов
2. У растений — участвует в синтезе хлорофилла, входит в состав ферментов, участвующих в дыхании, входят в состав цитохромов
3. У животных — входит в состав гемоглобина
Калий (0,15 — 0,4%)
1. В клетке — поддерживает коллоидные свойства цитоплазмы, входит в состав калиево-натриевых насосов и каналов, активизирует ферменты, участвующие в синтезе белка при гликолизе
2. У растений — участвует в регуляции водного обмена и фотосинтеза
3. Нужен для правильного сердечного ритма, участвует в проведении нервного импульса
Сера (0,15 — 0,2%)
1. В клетке — входит в состав некоторых аминокислот — цитина, цистеина и метионина, образует дисульфидные мостики в третичной структуре белка, входит в состав некоторых ферментов и кофермента А, входит в состав бактериохлорофилла, некоторые хемосинтетики используют соединения серы для получения энергии
2. У животных — входит в состав инсулина, витамина В1, биотина
Фосфор (0,2 — 1,0%)
1. В клетке — в виде остатков фосфорной кислоты входит в состав ДНК, РНК, АТФ, нуклеотидов, коферментов НАД, НАДФ, ФАД, фосфорилированных сахаров, фосфолипидов и многих ферментов, в составе фосфолипидов образует мембраны
2. У животных — входит в состав костей, зубов, у млекопитающих является компонентом буферной системы, поддерживает кислотный баланс тканевой жидкости относительно постоянным
Хлор (0,05 — 0,1%)
1. В клетке — участвует в поддержании электронейтральности клетки
2. У растений — участвует в регуляции тургорного давления
3. У животных — участвует в формировании осмотического потенциала плазмы крови, также в процессах возбуждения и торможения в нервных клетках, входит в состав желудочного сока в виде соляной кислоты
Микроэлементы
Медь
1. В клетке — входит в состав ферментов, участвующих в синтезе цитохромов
2. У растений — входит в состав ферментов, участвующих в реакциях темновой фазы фотосинтеза
3. У животных — участвует в синтезе гемоглобина, у беспозвоночных входит в состав гемоцианинов — переносчиков кислорода, у человека — входит в состав пигмента кожи — меланина
Цинк
1. Участвует в спиртовом брожении
2. У растений — входит в состав ферментов, участвующих в расщеплении угольной кислоты и в синтезе растительных гормонов-ауксинов
Йод
1. У позвоночных — входит в состав гормонов щитовидной железы (тироксин)
Кобальт
1. У животных — входит в состав витамина В12 (принимает участие в синтезе гемоглобина), его недостаток приводит к анемии
Фтор
1. У животных — придает прочность костям и зубной эмали
Марганец
1. В клетке — входит в состав ферментов, участвующих в дыхании, окислении жирных кислот, повышает активность карбоксилазы
2. У растений — в составе ферментов участвует в темновых реакциях фотосинтеза и в восстановлении нитратов
3. У животных — входит в состав фосфатаз-ферментов, необходимых для роста костей
Бром
1. В клетке — входит в состав витамина В1, который участвует в расщеплении пировиноградной кислоты
Молибден
1. В клетке — в составе ферментов участвует в фиксации атмосферного азота
2. У растений — в составе ферментов участвует в работе устьиц и ферментов, участвующих в синтезе аминокислот
Бор
1. Влияет на рост растений
Функции минеральных солей
Минеральные соли в водных растворах диссоциируют на катионы (положительные ионы) и анионы (отрицательные ионы).
1. Сохранение кислотно-щелочного равновесия
За счет буферных систем происходит регуляция рН среды. Фосфатная буферная система поддерживает рН внутриклеточной среды в пределах 6,9-7,4. Бикарбонатная – на уровне 7,4.
2. Активация ферментов
Некоторые катионы являются активаторами и компонентами различных ферментов, витаминов и гормонов.
3. Структурная
Различные неорганические вещества служат источником для синтеза органических молекул или участвуют в образовании внутреннего и наружного скелета организмов.
4. Создание мембранных потенциалов клеток
Внутри клетки преобладают ионы калия, а снаружи – ионы натрия и хлора. В результате образуется разность потенциалов внешней и внутренней поверхности мембраны клетки.
5. Создание осмотического давления
Внутри клетки концентрация ионов солей выше, что обеспечивает поступление в клетку воды, создает тургорное давление.
Кириленко А. А. Биология. ЕГЭ. Раздел «Молекулярная биология». Теория, тренировочные задания. 2017.
cleverpenguin.ru
