Химический состав клетки. Органические вещества
Химические элементы клетки образуют неорганические и органические вещества. Хотя в живых организмах преобладают неорганические вещества, именно органические вещества могут определить уникальность их химического состава и феномена жизни в целом, потому что они синтезируются преимущественно организмами в процессе жизнедеятельности и играют в реакциях самую важную роль.
К органическим компонентам клетки относятся: жиры, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты.
А теперь обо всем по-порядку.
В живых организмах есть очень много разнообразных соединений, которые практически не встречаются в неживой природе и которые называют органическими соединениями. Каркасы молекул этих соединений выстроены из атомов углерода.
Среди органических соединений выделяются низкомолекулярные вещества (органические кислоты, их эфиры, аминокислоты, свободные жирные кислоты, азотистые основания и т. д.). Но основная масса сухого вещества клетки представлена высокомолекулярными соединениями, которые являются полимерами.
Различают полимеры линейные и разветвленные, гомополимеры (все мономеры одинаковые — остатки глюкозы в крахмале) и гетерополимеры (мономеры разные — остатки аминокислот в белках), регулярные (группа мономеров в полимере повторяется периодически) и нерегулярные (в молекулах нет видимой повторяемости мономерных звеньев).
Белки, или пептиды (греч. πεπτος — питательный)
Белки — это линейная структура, образованная из длинной цепи аминокислот, между которыми возникли пептидные связи. Такие связи образуется между карбоксильной группой (COOH) одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты (NH2).
Между понятиями пептиды и белки есть некоторая разница. В составе белков сотни тысяч аминокислот. Пептидами — это небольшие белки, содержащие до 10 аминокислот. Ими являются некоторые гормоны: окситоцин, вазопрессин, тиреолиберин. Функция таких пептидов — регуляторная.
В пространственной организации белка можно выделить несколько уровней:
- Первичная — полипептидная цепь, в которой аминокислоты расположены линейно.
- Вторичная — полипептидная цепь закручивается в спираль, формируется α или β структура.
- Третичная — спирали скручиваются в глобулу (лат. globulus — шарик).
- Четвертичная — образуется у сложных белков путем соединения нескольких глобул.
Если оптимальные для белка условия резко меняются, он подвергается денатурации: происходит переход от высших структур организации к низшим, или «раскручивание белка».
Обратите внимание на то, что аминокислотная последовательность (первичная структура белка) при этом не изменяется, а вот свойства белка меняются кардинально (происходит потеря его гидрофильности).
А теперь поговорим о функциях белка. Их несколько:
- Каталитическая (греч. katalysis — разрушение)
Белки являются природными катализаторами, благодаря которым в сотни тысяч раз ускоряются реакции в организме. Эту роль главным образом выполняют белки-ферменты (энзимы).
- Строительная
Белки входят в состав клеточных мембран. Сложные белки: коллаген, эластин — входят в состав соединительных тканей организма, благодаря чему последние становятся более прочными и эластичными.
- Регуляторная
У некоторых гормонов, которые регулируют обменные процессы в организме, белковое происхождение: инсулин, глюкагон, адренокортикотропный гормон (АКТГ).
- Защитная
Здесь, прежде всего, надо вспомнить об антителах — иммуноглобулинах, которые синтезируют B-лимфоциты. Антитела умеют нейтрализовать чужеродные организму антигены (то есть, разрушают бактерии).
Помимо антител, защитную функцию выполняют также белки свертывающей системы крови (тромбин и фибриноген): они умеют предохранять организм от кровопотери.
- Энергетическая
Если организм недостаточно питается, в нем происходит окисление молекул белков. При расщеплении 1 г белков выделяется 17,6 кДж энергии.
- Транспортная
Некоторые белки крови могут присоединять к себе и переносить различные молекулы. Альбумины принимают участие в транспорте жирных кислот, глобулины — гормонов и некоторых ионов (Fe, Cu). Основной белок эритроцитов — гемоглобин — может переносить кислород, углекислый и угарный газы (угарный конечно нежелательно ему переносить, будет отравление)
- Сократительная
Двигательные белки, актин и миозин обеспечивают сокращение мышц. Когда мышечная ткань возбуждаться, тонкие нити актина начинают тереться о толстые нити миозина, что приводит к сокращению.
- Рецепторная
На поверхности мембраны белки образуют многочисленные рецепторы, которые, при соединении с гормонами, изменяют обмен веществ в клетке. Таким образом, гормоны реализуют воздействие на клетки органов-мишеней.
Жиры, или липиды (греч. lipos — жир)
Почему именно мыло может смыть жир с рук? Все просто. Молекула мыла повторяет свойства жира: одна часть ее гидрофобна, а другая гидрофильна. Мыло соединяется с молекулой жира гидрофобной частью, и вместе они легко смываются водой.
Функции жиров:
- Энергетическая
При окислении жиров выделяется много энергии: 1 г — 38,9 кДж. Это вдвое больше выделяющейся энергии при расщеплении 1г углеводов.
- Запасающая
Жиры умеют накапливаться в клетках, расположенных в подкожно-жировой клетчатке, внутренних органах. Эти запасы — резерв организма на случай голодания или при недостаточном питании. В жирах запасается и вода: в 100 г жира — 107 мл воды. Благодаря этому многие пустынные животные (верблюды) смогут достаточно долго обойтись без воды.
- Структурная
Жиры находятся в составе биологических мембран клеток человека вместе с белками. Из фосфолипидов выстроены мембраны всех клеток органов и тканей!
Например, холестерин — обязательный компонент мембраны, придающий ей определенную жесткость и совершенно необходимый для нормальной жизнедеятельности (заболевания возникают только если нарушается липидный обмен).
- Терморегуляция
У жиров неважная теплопроводность. Находясь в подкожно-жировой клетчатке, они образуют термоизолирующий слой. Хороший пример — ластоногие (моржи и тюлени), киты: этот слой защищает их от переохлаждения.
- Гормональная
Некоторые гормоны по строению относятся к жирам: половые (андрогены — мужские и эстрогены — женские), гормон беременности (прогестерон), кортикостероиды.
- Участие в обмене веществ (метаболизме)
Производное жира — витамин D — участвует в обмене кальция и фосфора в организме. В коже образуется при воздействии ультрафиолетового излучения (солнечного света). Если возникает недостаток витамина D, то начинается заболевание — рахит.
Углеводы
- Моносахариды (греч. monos — единственный)
Простые сахара, они легко растворяются в воде и имеют сладкий вкус.
- Олигосахариды (греч. ὀλίγος — немногий)
При гидролизе олигосахариды распадаются на моносахариды. В состав олигосахаридов может входить от 2 до 10 моносахаридных остатков. Если в состав олигосахарида входят 2 остатка моносахарида, то его называют дисахарид (это сахароза, лактоза, мальтоза). Во время гидролиза сахароза распадается на глюкозу и фруктозу.
- Полисахариды
Это биополимеры, состоящие из сотен тысяч моносахаридов, обладающие высокой молекулярной массой. В воде они нерастворимы, а на вкус несладкие.
Крахмал, целлюлоза, гликоген, хитин и муреин — все это биополимеры. Давайте вспомним, где они находятся.
Клеточная стенка образована: у растений — целлюлозой, у грибов — хитином, у бактерий — муреином. Запасное питательное вещество растений — крахмал, животных — гликоген.
Функции углеводов:
- Энергетическая
При расщеплении 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии.
- Запасающая
Запасное питательное вещество растений и животных — крахмал и гликоген. Расщепление гликогена позволяет нам оставаться в сознании и быть активными между приемами пищи.
Гликоген — разветвленная молекула, состоящую из остатков глюкозы. Благодаря большим размерам эта молекула хорошо удерживается в дает возможность ферментам быстро отщепить много молекул глюкозы одновременно.
При некоторых заболеваниях происходит нарушение распада гликогена. Из-за этого нейроны не получают глюкозы (источника энергии, соответственно не синтезируются и молекулы АТФ). Следствие — возможность частых потерей сознания.
- Структурная (опорная)
Целлюлоза находится в составе клеточных стенок растений, придает им нужную твердость. Хитин образует клеточную стенку грибов и наружный скелет членистоногих.
Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро)
Нуклеиновые кислоты представляют собой нерегулярные, линейные биополимеры, они играют основную роль в хранении (ДНК) и реализации (РНК) генетической информации. Впервые их описал в 19 веке швейцарец Фридрих Мишер.
ДНК – это полимер, состоящий из мономеров — нуклеотидов. Основной функцией ДНК считается хранение наследственной информации и кодирование аминокислот.
Установление структуры ДНК позволило решить ряд проблем.
- Проблему хранения наследственной информации.
- Проблему передачи информации.
- Проблему разнообразия наследственной информации.
РНК играет значительно роль в процессе трансляции (считывания) генетической информации с образованием белков. РНК представляет собой линейные полинуклеотиды с тем же принципом организации, что и ДНК.
Все виды РНК синтезируются на матрице — ДНК, различают три вида РНК:
- Рибосомальная РНК (рРНК)
- Информационная РНК (иРНК, син. — матричная РНК, мРНК)
- Транспортная РНК (тРНК)
Наши репетиторы помогут
-
Подготовиться к поступлению в любой ВУЗ страны
-
Подготовится к ЕГЭ, ГИА и другим экзаменам
-
Повысить успеваемость по предметам