Лекция № 4 ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ СОСТАВ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА

Лекция № 4
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ СОСТАВ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА.
ПЛАН:
1. Химия клетки:
1.1. неорганические соединения:
а) вода,
б) минеральные соли.
1.2. органические соединения.
2. Основные типы биополимеров:
2.1. углеводы,
2.2. липиды,
2.3. нуклеиновые кислоты:
2.3.1. ДНК,
2.3.2. РНК:
а) матричная,
б) транспортная,
в)рибосомная.
2.3.3. АТФ.
1. Химия клетки.
В элементном составе клетки насчитывается более 70 химических элементов
Периодической системы Менделеева. Около 98% массы клетки образуют 4
элемента: H2, C, O2, N. Их называют макроэлементами.
В меньших количествах в состав клетки, кроме того, входят Ca, K, P, S, Na, Cl,
все остальные (цинк, медь, кобальт, и др.) содержатся в очень малых количествах
(их общий вклад в массу клетки 0.02%), поэтому их называют микроэлементами.
Но они имеют жизненно-важное значение, т. к. входят в состав ферментов,
витаминов и гормонов – веществ, обладающих большой биологической
активностью.
Клеточное вещество является полифазным коллоидом. Одна из этих фаз –
цитоплазматический матрикс, имеет характер раствора, бесцветен; другая –
мембранная система.
Хим. элементы участвуют в построении вещества клеток в виде ионов или
хим. элементов. Наиболее важными являются катионы
+ +
2+
2+
K, Na, Ca, Mg
анионы H2PO4, Cl, HCO3
Соединяясь, группы атомов образуют малые органические молекулы:
аминокислоты, нуклеотиды, сахара и жирные кислоты.
Из этих молекул образуются макромолекулы: белки, углеводы, липиды.
1.1. Клетки построены из органических и неорганических соединений.
Неорганическими соединениями являются: вода и минеральные соли.
1
а) Вода составляет около 705 массы клетки. У медуз ее содержание
превышает 95%. В теле человека – 60% (внутриклеточная 40%, межклеточная
15%, плазма 5%).
Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул: 1 атом
кислорода ковалентно связан с 2 водородными атомами. Молекула изогнута
под углом 105 .
Водородная связь – быстро образуется и быстро разрушается.
Свойства воды:
1. Вода способна слипаться сама с собой (козегия) и с другими
веществами (адзегия).
Козегия – поверхностное натяжение воды («стакан воды с верхом»).
Адзегия – капиллярные свойства воды (способность подниматься по тонкой
трубке или порам). Водородными связями втягивают нижележащие
молекулы.
1. Вода является растворителем.
2. Вода обладает высокой теплопроводностью (способность теплоты
распространяться по данному веществу. В живом организме постоянно
происходят р-и с выделением тепла, оно равномерно распределяется по
всей воде по организму и устраняется эффект «горячих точек».
3. Вода имеет высокую температуру кипения. Чтобы заставить молекулы
двигаться со скоростью, достаточной для разрыва водородных связей
необходимо затратить больщое количество тепловой энергии. Достигнув t
кип. молекулы не связаны друг с другом и превращаются в пар.
4. Терморегуляция – высокая скрытая теплота апрообразования воды
позволяет телу значительно охладиться с минимальной потерей воды.
(потоотделение, раскрывание пасти, транспирация у листьев)
5. Вода имеет высокую температуру замерзания, а ее плотность максимальна
при t 4 С. Т зам. несколько выше, чем это необходимо для жизни.
Большинство веществ с понижением температуры сжимается, а плотность
увеличивается. У воды иные свойства: макс. плот. она имеет при
температуре 4 . При охлаждении с 4 до 0 вода расширяется.(Расстояние
между молекулами у льда выше, чем у воды.)
6. Смазывающие свойства – силы сцепления между молекулами воды
обеспечивают ее вязкоть, поэтому вода является смазывающим веществом
в биологиеских системах. Н-р: синовиальная жидкость – вещество суставов
позвоночных, слизь.
7. метаболические функции – вода необходима как донор электрнов при
фотосинтезе, для гидролиза макромолекул до их мономеров (в
пищеварении)
б) Минеральные соли входят в состав цитоплазмы. Встречаются: калиевые,
натривые, магнивыевые, соли серой кислоты, соляной и др.
Роль солей: определение кислотно-щелочного состояния протоплазмы,
необходимы для размножения.
Кислотность или щелочность р-ра хар-ся показателем рН. Шкала рН
охватывает значения от 0 до 14. Нейтральным считается показатель рН = 7. Чистая
2
вода нейтральна, т. к. при ее диссоциации ионы Н и ОН образуются в равном
количестве.
1. ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ.
Ор. соединения составляют в среднем 20-30% массы клетки живого
организма. К ним относятся живые полимеры – белки, нуклеиновые кислоты,
углеводы, жиры и ряд небольших молекул – гормоны, пигменты… Различные
типы клеток отличаются количественным содержанием органических соединений.
Н-р в растителных клетках преобладают углеводы, а животных – белки, но каждая
из групп органических веществ в клетке любого типа выполняет сходные
функции.
Вода с растворенными в ней различными солями – необходимые условия
жизни. Но сама жизнь – это превращение множества молекул, главным элементом
которых является углерод. Когда-то считалось, что такие молекулы образуются
только в живых организмах, поэтому их назвали органическими.
Св-ва атомов углерода определяют их уникальную пригодность в образовании
жизни: 1 углеродный атом способен образовывать 4 ковалентных связи, а большое
число таких атомов может обьединяться или замыкаться в кольца. Углерод –
единственный элемент, способный образовывать достаточное количество разного
рода сложных и стабильных соединений.
2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ БИОПОЛИМЕРОВ.
Биополимеры – это высокомолекулярные природные соединения, молекулы
которых состоят из большого числа повторяющихся групп атомов или звеньев
одинакового или разного хим. строения. Составляют структурную систему
всех живых организмов и участвует во всех процессах жизнедеятельности.
Углеводы – это органические соединения углерода, водорода и кислорода.
Такое название этим соединениям дал в 1844 Шмидт.
Углеводы подразделяются на:
а) моносахариды – простые сахара с общей формулой (СН2)n, где n – число от
3 до 7.
В зависимости от числа атомов углерда они бывают:триозы (3), тетрозы (4),
пентозы(5), гексозы (6), гептозы (7).
Петозы: - рибоза и дезоксирибоза – составные части нуклеотидов(ДНК),
входят в состав переносчиков электронов (НАДФ).
Гексозы – глюкоза и фруктоза C6H12O6.
а-фруктоза – наиболее распространенный субстракт клеточного дыхания.
фруктоза – составная част нектара и сладких фруктов.
б) олигосахариды – соединения, содержащие 2-10 моносахаридных остатков,
соед. с белком или липидом образуют наружнуюоболочку клеток животных.
- сахароза- из глюкозы и фруктозы, основное вещество транспортируемое в
растении.
- мальтоза- образуется из крахмала в процессе его переваривания, состоит из
2 остатков глюкозы, яв. дыхательным субстрактом в прорастающих
семенах.
3
- лактоза- только в молоке, состоит из глюкозы и галактозы.
в) полисахариды – углеводы, образованные остатками многих моносахаридов
при помощи гликозидных связей.
- крахмал-смесь из 2 полимеров а-глюкозы. Обьемная СН2ОН вынуждает
молекулы свертываться в спирали, поэтому мало вероятно, что аминоза
сможет начать гидролиз и поэтому крахмал является прекрасным
долговременно сохраняющимся запасным веществом.
- целлюлоза- полимер глюкозы, его пространственная конфигурация- ровная
прямая цепь. Полисахаридные цепи соединяются водородными связями и
эта связь препятствует проникновению воды целлюлоза устойчива к
гидролизу и яв. прекрасным строит. материалом.
- хитин- полимер глюкозы, яв. строит. материалом наружного скелета
членистоногих.
- гликоген- запасное пит. в-во животной клетки.
Производные сахаров:
сах. спирты(глицерин), сах. кислоты(аскорб.) и т. д.
Функции углеводов:
1. строительная (целлюлоза,. хитин)
2. энергетическая (окисление 1 г угл. приводит к освобождению 17.6 кДж
энергии)
4