Химический состав клетки. Лекция 1

1. Химический состав клетки   Лекция 1

Химический состав клетки
Лекция 1

2. Биология (от греч. «биос» – жизнь, «логос» – учение) – наука о живой природе.

Биология изучает живые организмы – вирусы,
бактерии, грибы, животных и растения. В
настоящее время на Земле описано около 3 млн.
видов живых организмов (более 100 тыс. видов
грибов, около 500 тыс. видов растений и более
2 млн. видов животных) .
Современный видовой состав – это лишь около
5% от видового разнообразия жизни за период ее
существования на Земле.

3.

Элементы
Количество в
Элементы
Киcлород
Углерод
водород
Азот
Калий
Сера
Фосфор
Хлор
65—75
15—18
8—10
1,5 —3,0
0,15—0,4
0,15—0,2
0,20—1,00
005—0,1
Магний
Натрий
Кальций
Железо
Цинк
Медь
Иод
Фтор
Количество в
%.
0,02—0,03
0,02—0,03
0,04—2,00
0,01—0,015
0,0003
0,0002
0,0001
0,0001

4.

Химический состав клеток. Неорганические вещества.
Вода –среднее содержание в клетках
большинства организмов составляет около 70%.
Воды выполняет следующие функции:
универсальный растворитель, среда для
протекания биохимических реакций,
терморегулятор, осуществляет транспорт
веществ, определяет осмотическое давление,
вода – источник кислорода, выделяющегося при
фотосинтезе.
Минеральные вещества – составляют до 1,5%
сырой массы клетки. Наиболее важны H+, K+,
Ca2+, Mg2+ , HPO42–, HPO4–2, Cl-, HCO-Функции
неорганических веществ: образуют заряд
мембраны, поддерживают рН в клетке, образуют
скелет позвоночных, раковины моллюсков.

5.

Химический состав клеток. Органические вещества.
Углеводы (сахариды) – Cn(H2O)m, в клетке от 0,2 до 2% в расчете
на сухую массу. Углеводы разделяются на простые и сложные.
Моносахариды: глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза.
Дисахариды: мальтоза, лактоза, сахароза.
Полисахариды: гликоген, крахмал, целлюлоза, хитин.
Функции углеводов:
энергетическая (Углеводы играют роль источника энергии,
необходимой для осуществления клеткой различных форм
активности. Для деятельности клетки — движения, биосинтеза,
свечения и т. д.— необходима энергия. Сложные по структуре,
богатые энергией, углеводы подвергаются в клетке глубокому
расщеплению и результате превращаются в простые, бедные
энергией соединения — оксид углерода (IУ) и воду (СО2 и Н20).
При расщеплении 1 г углевода освобождается 17,6 кДж.) ;
структурная (Из целлюлозы состоят стенки растительных клеток,
гликокаликс над клеточной мембраной у животных);
запасающая (Крахмал запасается в клубнях растений).

6.

Химический состав клеток. Органические вещества.
Липиды – нерастворимые в воде органические вещества,
содержание в клетках от 1%, в жировых до 90%.
Функции липидов:
строительная (Входит в состав клеточных мембран);
энергетическая (Жир — как источника энергии. В ходе
расщепления жира освобождается в два раза больше энергии, чем
при расщеплении углеводов. Животные и растения откладывают
жир в запас и расходуют его в процессе жизнедеятельности.
(При расщеплении 1 г жира освобождается 38,9 кДж.) ;
регуляторная (Жир как источник воды. Из 1 кг жира при его
окислении образуется почти 1,1 кг воды. Верблюды, например,
совершающие переход через безводную пустыню, могут не пить
в течение 10—12 дней. );
защитная (Жир плохо проводит тепло. Он откладывается под
кожей, образуя у некоторых животных значительные скопления.
У кита, например, толщина подкожного слоя жира достигает 1 м,
что позволяет этому животному жить в холодной воде полярных

7. Химический состав клеток. Строение аминокислот и белков

Белки – полимеры, состоящие из
20 аминокислот. Мономеры (аминокислоты),
соединенные друг с другом пептидными
связями, образуют первичную структуру
белка. Полипептидная цепь полностью или
частично закручивается в спираль. Между
NН-группами, находящимися на одном
витке, и СО-группами, находящимися на
соседнем витке, образуются водородные
связи. Третичную структуру поддерживают
гидрофобные связи, которые возникают
между радикалами аминокислот.
В четвертичной структуре белок выполняет
свои функции.

8.

Химический состав клеток. Органические вещества.
Белки выполняют следующие функции:
строительная (Из белков состоят мембраны клеток и клеточных органоидов. У
животных в основном из белков состоят стенки сосудов, сухожилия, мышцы и т. д. )
каталитическая (Скорость химических реакций зависит от свойств реагирующих
веществ, в клетке идут с большими скоростями. Это достигается благодаря наличию в
клетке катализаторов – ферментов. По химической структуре ферменты — белки);
сигнальная ( В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков,
способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней
среды. Так происходит прием сигналов из внешней среды и передача команд в клетку);
двигательная (Движение — одно из проявлений жизненной активности. Все виды
движения, у высших животных - сокращение мышц, мерцание ресничек у простейших,
движения жгутиков, выполняют особые сократительные белки.);
транспортная (Они способны присоединять различные вещества и переносить их из
одного места клетки в другое. Белок крови гемоглобин присоединяет кислород и
разносит его ко всем тканям и органам тела.)
защитная (При введении чужеродных белков или клеток в организм в нем происходит
выработка особых белков, которые связывают и обезвреживают чужеродные клетки и
вещества.
энергетическая (Белки распадаются в клетке до аминокислот. Часть аминокислот
используется для синтеза белков, часть же подвергается глубокому расщеплению, в
ходе которого освобождается энергия. При полном расщеплении 1 г белка
освобождается 17,6 кДж. ).

9.

Химический состав клеток. Органические вещества.
Нуклеиновые кислоты – моно– или полинуклеотиды,
выполняющие в клетке очень важные функции.
Мононуклеотиды – АТФ,
Полинуклеотиды – ДНК и РНК.
Название «нуклеиновые кислоты» происходит от латинского
слова «нуклеус», т. е. ядро: они впервые были обнаружены в
клеточных ядрах.
Биологическое значение ДНК и РНК :
-хранение и передача наследственных признаков клетки;
-обеспечивают в клетке синтез белков
Биологическое значение АТФ :
- играет центральную роль в клеточных превращениях энергии.

10. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Роль хранителя наследственной
информации у всех клеток — животных и
растительных — принадлежит ДНК.
Молекула ДНК представляет собой две
спирально закрученные одна вокруг другой
нити. Ширина такой двойной спирали ДНК
невелика, около 2 нм. Длина же ее в десятки
тысяч раз больше — она достигает сотен
тысяч нанометров. Между тем самые крупные
белковые молекулы в развернутом виде
достигают в длину не более 100—200 нм.
Таким образом, вдоль молекулы ДНК
могут быть уложены одна за другой тысячи
белковых молекул. Молекулярная масса ДНК
соответственно исключительно велика — она
достигает десятков и даже сотен миллионов.

11. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Обратимся к структуре ДНК. Каждая нить ДНК
представляет полимер, мономерами которого являются
нуклеотиды. Нуклеотид химическое соединение трех
веществ: азотистого основания, углевода (моносахарида
— дезоксирибозы) и фосфорной кислоты. ДНК всего
органического мира образованы соединением четырех
видов нуклеотидов. Нуклеотиды отличаются только по
азотистым основаниям, в соответствии с которыми они
называются: нуклеотид с азотистым основанием аденин
(сокращенно А), нуклеотид с гуанином (Г), нуклеотид с
тимином (Т) и нуклеотид с цитозином (Ц). По размерам
А равен Г, а Т равен Ц; размеры А и Г несколько больше,
чем Т и Ц.
Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит через
углевод одного нуклеотида и фосфорную кислоту
соседнего. Итак, каждая нить ДНК представляет собой
полинуклеотид. Это длинная цепь, в которой в строго
определенном порядке расположены нуклеотиды.

12. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Как видно, азотистые основания одной
цепи «стыкуются» с азотистыми
основаниями другой. Основания подходят
друг к другу настолько близко, что между
ними возникают водородные связи (три
водородные связи между Г и Ц и две
водородные связи между А и Т).
В каждом из этих сочетаний оба
нуклеотида как бы дополняют друга.
Слово «дополнение» на латинском языке
«комплемент». Принято поэтому
говорить, что Г является
комплементарным к Ц, а Т
комплементарен к А. Таким образом, если
известен порядок следования нуклеотидов
одной цепи, то по принципу
комплементарности сразу же выясняется
порядок нуклеотидов другой цепи.

13. Удвоение ДНК

Принцип комплементарности, лежащий в основе структуры ДНК, позволяет
понять, как синтезируются новые молекулы ДНК незадолго перед делением
клетки.
Этот синтез обусловлен замечательной способностью молекулы ДНК к
удвоению и определяет передачу наследственных свойств от материнской клетки
к дочерним.
При удвоении двойная спираль ДНК под влиянием фермента начинает с
одного конца раскручиваться, и на каждой цепи и находящихся в окружающей
среде свободных нуклеотидов собирается новая цепь. Сборка новой цепи идет в
точном соответствии с принципом комплементарности. Против каждого А встает
Т, против Г — Ц и т. д. В результате вместо одной молекулы возникают две.

14. Рибонуклеиновые кислоты (РНК)

Структуры РНК сходны со структурами ДНК. В отличие
от ДНК, молекула РНК одноцепочечная. Состав
нуклеотидов РНК несколько отличается от нуклеотидов
ДНК, а именно: углевод в РНК не дезоксирибоза, а рибоза,
отсюда и название РНК — рибонуклеиновая кислота.
Кроме того, в РНК вместо азотистого основания тимин
входит другое основание, называемое урацилом (У).
В клетке имеется несколько видов РНК.
Первый вид — транспортные РНК (т-РНК). Это самые
маленькие по размерам РНК. Они прикрепляют к себе
аминокислоты и транспортируют их к месту синтеза белка.
Второй вид — информационные РНК (и-РНК). Их
функция состоит в переносе информации о структуре
белка от ДНК к месту синтеза белка.
Третий вид — рибосомные или матричные РНК (р-РНК).
Они имеют наибольшие размеры молекулы и входят в
состав рибосом.

15. Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ.

АТФ содержится в каждой клетке животных и растений.
Наибольшее количество АТФ в скелетных мышцах. По химической
структуре АТФ является нуклеотидом ( в ней имеются азотистое
основание (аденин), углевод (рибоза) и остаток фосфорной кислоты.
Однако молекула АТФ имеет существенные отличия от обычных
нуклеотидов: вместо одного в ней содержится три остатка
фосфорной кислоты). Cвязь между остатками фосфорной кислоты
в АТФ называют богатой энергией (макроэргической) связью.

16. Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ.

АТФ содержится в каждой клетке животных и растений. Наибольшее
количество АТФ в скелетных мышцах. По химической структуре АТФ является
нуклеотидом ( в ней имеются азотистое основание (аденин), углевод (рибоза) и
остаток фосфорной кислоты. Однако молекула АТФ имеет существенные
отличия от обычных нуклеотидов: вместо одного в ней содержится три остатка
фосфорной кислоты.)
Самопроизвольно и значительно быстрее под влиянием фермента в АТФ
разрываются связи между остатками фосфорной кислоты . Если отщепляется
одна молекула фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АДФ, т. е. в
аденозиндифосфорную кислоту а далее - переходит в АМФ, т. е. в
аденозинмонофосфорную кислоту. Реакция отщепления каждой молекулы
фосфорной кислоты от АТФ сопровождается большим энергетическим
эффектом (освобождается почти 40 кДж). Это очень большая величина.
Поэтому связь между остатками фосфорной кислоты в АТФ называют богатой
энергией (макроэргической) связью.