Химические элементы

В клетках обнаружено от 70 до 90 элементов таблицы Менделеева. ~ 25 элементов встречаются в клетках постоянно и имеют установленное значение.

Химические элементы клетки делят на 3 группы:

1. Основные элементы Макроэлементы

2. Макроэлементы Микроэлементы

3. Микроэлементы Ультрамикроэлементы

Элементы первой группы составляют 98% от состава клетки. К ним относятся: кислород 65%, углерод 20%, водород 10%, азот 3%.

Вторая группа – 1,9% от состава клетки: натрий, калий, кальций, железо, магний, сера, хлор, фосфор.

Третья группа – 0,1% от состава клетки, напр. фтор, бром, иод, медь и т.д.

Кислород, углерод и водород входят в состав всех биологических соединений.

Азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот, некоторых полисахаридов.

Натрий участвует в процессах возбудимости клетки, поддержания осмотического давления, является главным внеклеточным положительным ионом.

Калий участвует в процессах возбудимости, является главным внутриклеточным положительным ионом.

Кальций входит в состав костей, участвует в свертывании крови и в сокращении мышц.

Железо содержится в гемоглобине крови, миоглобине мышц, а так же входит в состав ферментов цепи переноса электронов.

Магний входит в состав костей и хлорофилла.

Медь входит в состав гемоцианина.

Кобальт входит в состав витамина B12.

Фосфор входит в состав костей, нуклеиновых кислот, в состав АТФ, в состав НАДФ, в состав фосфолипидов.

Хлор – главный отрицательный ион в организме.

Иод входит в состав гормонов щитовидной железы.

Сера входит в состав двух аминокислот и кофермента A.

Фтор входит в состав эмали зубов.

Вещества

Неорганические вещества. В составе клеток ~ 80% воды, причем в молодых клетках ее больше, чем в стареющих.

Функции воды:

· Является универсальным растворителем.

· Является средой для протекания биохимических реакций

· Участие во многих реакциях

· Транспорт веществ

· Поддерживание объема и упругости клеток, т.е. вода обеспечивает осмотическое и тургорное давление

· Участие в терморегуляции благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности.

Свойства молекулы воды:

· Полярность: все вещества по отношению к воде делятся на гидрофильные (растворимые в воде – многие неорганические кислоты, соли, щелочи, спирты, моносахариды, дисахариды, некоторые белки) и гидрофобные (нерастворимые в воде – полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды, некоторые белки).

· Небольшие размеры молекулы.

· Способность диссоциировать на ионы.

· Способность образовывать водородные связи – связи между положительно заряженным водородом одной молекулы и отрицательно заряженным кислородом другой. Водородная связь ~ в 15-20 раз слабее ковалентной.

Органические соединения:

1.Углеводы

· Моносахариды – твёрдые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. Наиболее важные среди них – пентозы (напр. рибоза и дезоксирибоза) и гексозы (напр. глюкоза, фруктоза, галактоза).

· Дисахариды. Наиболее важные – сахароза (состоит из глюкозы и фруктозы), лактоза (молочный сахар, состоит из глюкозы и галактозы) и мальтоза (состоит из двух глюкоз).

· Полисахариды образуются при полимеризации глюкозы. Нерастворимы в воде при н.у. и сладкого вкуса не имеют. Крахмал состоит их двух форм: амилоза – неразветвленная часть, связи 1-4. Вторая форма – амилопектин – разветвленная, связи 1-6. Гликоген – похож по строению на амилопектин, но больше ветвится. Целлюлоза/клетчатка – линейный полимер. Хитин и муреин похожи по строению на целлюлозу, но в их составе есть азот.

Функции углеводов:

· Энергетическая

· Структурностроительная

· Запасающая

2.Липиды. К ним относятся жиры и жироподобные вещества. Липиды имеют различное строение, но общие свойства: нерастворимость в воде, но растворимость в органических растворителях, напр. в эфире, хлороформе.

К липидам относятся:

· Жиры – состоят из глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты – чаще всего пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, причем пальмитиновая и стеариновая – предельные. В состав растительных жиров входит в основном непредельные кислоты, поэтому растительные жиры при комнатной температуре жидкие. Исключение – пальмовое масло. В состав животных жиров входят в основном предельные кислоты, поэтому при комнатной температуре они твердые, кроме рыбьего жира.

· Фосфолипиды – состоят из глицерина, двух остатков жирных кислот и остатка фосфорной кислоты.

· Воск – состоит из многоатомных спиртов и жирных кислот, напр. кутикула, секрет копчиковой железы птиц, пчелиный воск.

· Стероиды – производные холестерина, напр. кортикостероиды, половые гормоны

Функции липидов:

· Структурностроительная, напр. фосфолипиды входят в состав мембран

· Энергетическая

· Терморегуляционная

· Запасающая

· Защитная, напр. жировая капсула почек

· Регуляторная, напр. кортикостероиды

· Источник эндогенной воды – характерно для пустынных животных. При окислении 1 г жира образуется 1,1 г воды.

3.Белки – это непериодические полимеры, мономерами которых являются 20 видов аминокислот.

В состав большинства белков входит от 200 до 500 аминокислот.

В молекуле белка выделяют 4 уровня организации:

Первичная структура – соединение аминокислот в полипептидную цепочку за счет пептидных связей.

Вторичная структура – скручивание полипептидной цепочки в спираль, которая удерживается водородными связями между кислородом из группы C-O и водородом из группы N-H, которые находятся на разных витках спирали. Некоторые белки остаются на уровне вторичной структуры, напр. актин, миозин.

Третичная структура – сворачивание спирали в глобулу (комок строго определенной для данного белка формы). Глобула удерживается различными связями между радикалами: гидрофобными, водородными, дисульфидными мостиками и др. Большинство белков имеют третичную структуру, напр. антитела.

Четвертичная структура – взаимодействие между глобулами за счет любых связей кроме пептидных, напр. гемоглобин, который состоит из четырех глобул.

Нарушение свойств и структуры белка называется денатурация. Она может вызываться действием температур (как высоких, так и низких), рентгеновских лучей, ультрафиолета, изменения pH, действием солей тяжелых металлов, механических воздействий и др. Денатурация бывает обратимая – пока сохраняется первичная структура белка, и необратимая – когда первичная структура нарушается.

Классификация белков:

1. По форме:

· Фибриллярные – в виде нитей, напр. актин, миозин, фибрин

· Глобулярные – имеют вид глобулы

2. По составу:

· Простые – протеины, состоят только из аминокислот

· Сложные – протеиды, в состав которых входят не только аминокислоты. К протеидам относятся металлопротеиды, напр. гемоглобин, липопротеиды, гликопротеиды

Функции белков:

· Ферментативная – все ферменты являются белками. Свойства ферментов: субстратная специфичность, специфичность действия, действуют при относительно низких температурах, могут действовать при нейтральных pH.

· Структурностроительная, напр. коллаген, эластин, оссеин

· Двигательная, напр. актин, миозин

· Транспортная, напр. гемоглобин

· Регуляторная, напр. инсулин

· Защитная, напр. антитела

· Рецепторная – белки мембран

· Энергетическая

· Запасающая, напр. клейковина

4.Нуклеиновые кислоты

Существует два вида нуклеиновых кислот: ДНК и РНК.

Нуклеиновые кислоты открыл Мишер в 1868 г.

Модель строения ДНК расшифровали в 1953 Уотсон и Крик.

Мономером нуклеиновой кислоты является нуклеотид, который состоит из пентозы, азотистого основания и остатка фосфорной кислоты. Во всех живых клетках находятся и ДНК, и РНК.

ДНК

Функции ДНК – хранение и передача наследственной информации. ДНК находится в ядре, митохондриях и пластидах клетки, а у прокариотов в нуклеоидах.

Нуклеотид ДНК состоит из дезоксирибозы, остатка фосфорной кислоты и одного из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, тимин, цитозин.

ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепочек и представляет собой правозакрученную двойную спираль. Ширина спирали ~ 2 нм, длина – сотни тысяч нм. Полинуклеотидная цепочка образуется за счет ковалентных связей между дезоксирибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.

Две полинуклеотидные цепочки соединяются между собой водородными связями между азотистыми основаниями по принципу комплементарности, а именно аденин соединяется с тимином двумя водородными связями, а гуанин с цитозином – тремя.

Важнейшее свойство ДНК – способность к самоудвоению/репликации/ редупликации, которая происходит перед делением клетки. Определенные ферменты разрывают водородные связи между азотистыми основаниями, и на одноцепочных участках ДНК, как на матрице, при помощи фермента ДНК-полимераза собираются дочерние цепочки из свободных нуклеотидов клетки по принципу комплементарности. Причем на одной цепи ДНК синтез идет непрерывно, а на другой – фрагментами в обратном направлении, и фрагменты затем сшиваются. В результате получаются две молекулы ДНК, одинаковые между собой и с исходной молекулой.

РНК

РНК находится в ядрышке, рибосомах, цитоплазме, митохондриях, пластидах клетки.

Отличия РНК от ДНК:

· РНК представлена одной цепочкой (только у некоторых онковирусов есть двуцепочные РНК).

· Вместо дезоксирибозы рибоза.

· Вместо тимина уроцил.

· Количество РНК в клетке непостоянно.

· РНК не способна к репликации.

Виды РНК:

· Информационная/матричная РНК составляет ~ 5-10 % от всей РНК, синтезируется в процессе транскрипции и содержит информацию об одном или нескольких белках.

· Рибосомная РНК/рРНК входит в состав рибосом.

· Транспортная РНК/тРНК – небольшая молекула (70-90 нуклеотидов), свернута в виде листа клевера. К акцепторному участку присоединяется аминокислота, а три нуклеотида на верхушке представляют собой антикодон, который определяет вид переносимой аминокислоты. Функция тРНК – перенос аминокислот к месту сборки белка.

· АТФ состоит из аденина, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, которые соединяются между собой двумя макроэргическими, т.е. высокоэнергетическими связями. При разрыве такой связи освобождается 40 кДж энергии, и при этом АТФ превращается в АДФ. АТФ является универсальным биологическим аккумулятором энергии. Процесс синтеза АТФ называется фосфорилирование.

· НАД и НАДФ также являются нуклеотидами по составу и являются акцепторами и переносчиками электронов и протонов водорода:

НАД⁺ + ē + ē + H⁺ → НАД∙Н + Н⁺

Вирусы

Вирусы занимают промежуточное положение между живыми и неживыми объектами.

В 1892 г. Ивановский открыл вирус табачной мозаики.

У вируса нет клеточного строения, т.е. нет органоидов. В его составе нет воды, у него нет процессов обмена веществ, и многие вирусы имеют форму кристаллов. Вирус состоит из ДНК или РНК, причем нуклеиновая кислота окружена белками, и такая белковая оболочка называется капсид. У некоторых вирусов в белковой оболочке также есть молекулы липидов, напр. у вируса СПИДа.

Когда вирус попадает в определенную клетку, то он тормозит собственные процессы жизнедеятельности клетки и запускает синтез своей нуклеиновой кислоты и белков из материала клетки и в органоидах клетки: происходит сборка вирусных частиц.

Вирусы вызывают заболевания у представителей всех царств. У человека известно ~ 500 вирусных заболеваний, напр. оспа, корь, СПИД, грипп, энцефалит, гепатит, бешенство, полиомиелит, желтая лихорадка и др. В организме человека в ответ на внедрение вируса вырабатывается белок интерферон.

Отдельную группу вирусов составляют вирусы бактерий, которые называются бактериофаги. Бактериофаг состоит из белковой головки, в которой находится нуклеиновая кислота, белкового хвостового отростка и белковых хвостовых нитей.

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 500; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!