Физическая и химическая организация эукариотической клетки. Атф и другие органические соединения клетки

Вещества клетки . Клетки нашего организма состоят из разнообразных химических соединений. Одни из этих соединений - неорганические - встречаются и в неживой природе. К ним относятся вода и минеральные соли. Но для живых клеток наиболее характерны органические соединения, молекулы которых имеют очень сложное строение. Среди них наибольшее значение имеют белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Неорганические соединения клетки . Больше всего в клетках воды. Вода - хороший растворитель; она играет важную роль во всех жизненных процессах, протекающих в клетках. В водном растворе совершается химическое взаимодействие между различными веществами, содержащимися в клетке. Питательные вещества, находящиеся в растворенном состоянии, проникают в клетку через наружную мембрану. Вода также способствует удалению из.клетки веществ, которые образуются в результате совершающихся в ней жизненных процессов.

Минеральные соли содержатся в цитоплазме и ядре клеток в малых концентрациях. Но тем не менее их роль в жизни клетки очень велика. Об этом вы узнаете из следующих тем.

Органические соединения клетки . Из веществ, образующих клетку, главная роль в осуществлении ее функций принадлежит органическим соединениям.

Белки - это основные вещества любой живой клетки. Без них нет жизни. Они составляют основу цитоплазмы и ядра.

Белки принадлежат к числу наиболее сложных веществ, встречающихся в природе. Их молекулы образованы тысячами атомов. Но количество элементов, входящих в состав белков, относительно невелико. В белках обязательно содержатся углерод, водород, кислород и азот. Кроме этих четырех обязательных элементов, в белках почти всегда присутствует сера, часто фосфор и некоторые другие.

По размерам белковая молекула в сотни и тысячи раз превосходит молекулы известных вам неорганических соединений. Установлено, что молекула любого белка растений, животных или человека образована сотнями последовательно связанных друг с другом остатков аминокислот (рис. 12).

В состав белков входит только немногим более 20 различных видов аминокислот. И несмотря на это, белковые соединения бесконечно разнообразны. В одной живой клетке насчитывается до 1000 различных белков! Кроме того, белки разных организмов обладают неодинаковым составом.

Как же может комбинация из столь малого числа видов аминокислот дать такое огромное разнообразие белков? Это можно понять, вспомнив, что любой из нас, используя всего 32 буквы алфавита, может написать бесконечное количество различных слов и предложений. Подобно этому и разнообразие белков зависит от той последовательности, в которой связаны между собой образующие их молекулы аминокислот.

Жиры имеют менее сложное строение молекул. В их состав входит всего три элемента - углерод, водород, кислород.

Углеводы образованы теми же элементами, что и жиры, - углеродом, водородом и кислородом. Но строение молекул углеводов иное. К ним принадлежат разные сахара, крахмал.

Нуклеиновые кислоты образуются в клеточном ядре. Отсюда и произошло их название (нуклеус - латинское название ядра). Одни из нуклеиновых кислот - ДНК (сокращенное название дезоксирибо-нуклеиновых кислот) - находятся в основном в хромосомах клеток. Эти кислоты играют основную роль в построении характерных для данной клетки белков и в передаче наследственных задатков от родителей потомству. Молекулы ДНК значительно крупнее белковых. Функции других нуклеиновых кислот - РНК (сокращенное название рибонуклеиновых кислот) - тоже связаны с построением белков в клетке.

Основные жизненные свойства клетки . Каждая живая клетка нашего тела получает вещества, приносимые ей кровью от органов пищеварения, - питается.

В клетке происходят процессы образования органических соединений, молекулы которых имеют сложное строение, из более простых веществ, проникающих в нее извне. Эти процессы называются биосинтезом.

Органические соединения подвергаются в клетке химическому распаду и образуют вещества более простого строения. В большинстве клеток наряду с распадом органических соединений происходит их окисление кислородом, приносимым кровью. При распаде и окислении веществ освобождается энергия, расходуемая на жизненные процессы, протекающие в клетке.

Клетки способны реагировать на раздражения - физические и химические изменения в окружающей их среде, т. е. обладают раздражимостью. Так, клетки мышц под действием раздражения становятся короче и толще - сокращаются, а клетки слюнных желез при раздражении выделяют слюну.

Клеткам свойственны рост и размножение. Особенно быстро размножаются клетки в детском и юношеском организмах. Но и у взрослых людей этот процесс не прекращается. Некоторые клетки в течение всей жизни человека отмирают и постоянно заменяются новыми. Так, заживление ран, срастание костей в местах перелома происходят благодаря размножению клеток.

Питание, биосинтез органических соединений, распад и окисление клеточных веществ, раздражимость, рост и размножение - это основные свойства живых клеток.

Ферменты . Все жизненные процессы, протекающие в клетке, связаны с непрерывным изменением физического состояния и химического состава образующих ее веществ.

Течение многих химических реакций ускоряется в присутствии некоторых веществ. В живой клетке находится множество белков, каталитически ускоряющих происходящие в ней химические превращения. Эти белки - катализаторы - получили название ферментов. Так, процессы биосинтеза, окисления в живой клетке могут происходить только в присутствии определенных ферментов. Большинство белков, находящихся в клетке, обладает свойствами ферментов.

■ Белки. Жиры. Углеводы. Нуклеиновые кислоты. Ферменты.

? 1. Какие вещества содержатся в клетке? 2. Какого вещества в клетке больше всего? 3. Какие вещества наиболее характерны для живой клетки? 4. Какие вещества составляют основу цитоплазмы и ядра? 5. Какие элементы входят в состав белков? 6. Что вы знаете о строении белковой молекулы? 7. объясняется разнообразие белков? 8. Какие элементы входят в состав жиров и углеводов? 9. Каковы основные жизненные свойства клетки?

В состав клеток входит множество органических соединений: белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и др.соединения, которых нет в неживой природе.

Органическими веществами называют химические соединения, в состав которых входят атомы углерода .

Белки – основа жизни.

Состав белков.

Белки – это биологические полимеры –– это органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Полимер (от греч. «поли»-много) – много звеньевая цепь, в которой звеном является какое-либо относительно простое вещество – мономер. Соединяясь между собой, они образуют цепи, состоящие из тысяч мономеров(А-А-А-…) – среди органических соединений – белки – самые сложные, а также занимают первое место как по количеству, так и по значению. У животных на них приходится около 50% сухой массы клетки. В организме человека встречаются 5 млн типов белковых молекул, отличающихся др.от др. и от белков др.организмов.

Белки – азотосодержащие органические соединения, макромолекулы, мономером является аминокислота.

Общая формула их выглядит так:

NH2 – CH – COOH где NH2 – аминогруппа (обладает свойствами основания)

COOH – карбоксильная группа (кислотные свойства)

R R – радикал

В состав белков входят 20 аминокислот

заменимые незаменимые

синтезируются в организме не м.б.синтезированы в организме,

должны поступать с пищей

Аминокислоты – амфотерные соединения, совмещающие свойства и кислоты и основания. Этим обусловлена их способность взаимодействовать др.с др. Соединяясь, молекулы аминокислот образуют связи между углеродом кислотной и азотом основной групп. Такие связи называют пептидными: R1 R2

NH2 – CH – COOH + NH2 – CH – COOH N2H – CH – C – N – CH – COOH +H2 O

R1 дипептид R2 O H

Пептидная связь

Если соединяется много аминокислот (более 10), то получается полипептид. Аминокислоты имеют общий план строения, но отличаются др.от др.по строению R .

Строение белков:

Выделяют первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры белков:

1.Первичная (линейная) – определяется порядком чередования аминокислот в полипептидной цепи. 20 разных аминокислот можно уподобить 20 буквам химического алфавита, из которых составлены «слова» длиной в 300-500 букв.(Последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Все свойства молекулы определяются ее первичной структурой)

2.Вторичная – спираль с одинаковыми расстояниями между витками.(Образуется в результате свертывания первичной структуры в спираль). Между N – H u C=O, расположенными на соседних витках, возникают водородные связи, они слабее ковалентных, но, повторенные многократно, скрепляют регулярные витки спирали.

3.Третичная – суперспираль, (образуется в результате свертывания вторичной структуры в форме шарика) глобула, клубок – связь между радикалами: (+) и (-) заряженные R- группы притягиваются и сближают даже далеко стоящие др.от др.участки. (Инсулин).

4.Четвертичная – несколько третичных структур. (Гемоглобин).

Свойства белков : (стр.94-95 самостоятельно);(153-154)

1.Существуют белки совершенно нерастворимые в воде.

2.Малоактивные и химически устойчивые к воздействию агентов

3.Белки – термолабильны (активны в узких t-х рамках). Действие t, обезвоживание, изменение рН, спирта, ацетона и др. вызывают разрушение структурной организации белков. Вначале разрушается самая слабая структура белка – четвертичная, затем третичная, вторичная и при более жестких условиях – первичная. Утрата белковой молекулой своей структурной организации называется денатурацией.

Она м.б.необратимой – можно наблюдать при нагревании жидкого прозрачного белка куриного яйца, он становится жидким и непрозрачным и обратимой –

4. После устранения денатурирующего фактора многие белки способны вернуть естественную форму, т.е. если первичная структура белка не нарушается и происходит восстановление природной структуры белка, т.о.происходит ренатурация .

Функции белков:

1. Строительная (пластическая) – участвуют в образовании всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внеклеточных структур.

2. Каталитическая (ферментативная) – все биокатализаторы – ферменты – вещества белковой природы – ускорители химических реакций (10-ки, 100-ни тыс.раз)

3. Двигательная (сократительная)– сократительные белки, участвующие во всех видах движения, к которым способны клетки и организмы.

4. Транспортная – присоединение химических элементов (О2 - гемоглобином) или БАВ (гормонов) и переносе их к различным тканям и органам.

5. Защитная – образование антител, свертывание белка крови (при проникновении в организм микроорганизмов или чужеродных белков в лейкоцитах образуются антитела (безвредный, нетоксичный принцип «ключ-замок») переваривающие эти антигены).

6. Энергетическая – белки служат источником энергии в клетке; при полном расщеплении 1г белка образуется 17,6 кДж энергии.

7. Сигнальная – в поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способных изменять свое третичное строение в ответ на действие факторов внешней среды.

Углеводы илисахариды – распространенные органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Это вещества с общей формулой Сn(H2O)m . У большинства углеводов число молекул воды соответствует количеству атомов углерода. Поэтому эти вещества и были названы углеводами.

Углеводы – органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых сахаров . Молекулярная масса углеводов колеблется в пределах от 100 до 1 000 000 Да (Дальтон – масса, приблизительно равная массе одного атома водорода).

Выделяют три группы углеводов:

простые сложные

моносахариды

состоят из одной молекулы олигосахариды полисахариды

●(СН2О)п ●- ●состоят из 2-10 ●- ●- ●-●- ●состоят из 102-103

моносахаридов ●- ●- ●- ●-●- ●-●- ● моносахаридов

- моносахариды или простые сахара - в зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахариды называют триозами – 3 атома, тетрозами – 4, пентозами – 5 или гексозами – 6 атомов углерода; из шестиуглеродных моносахаридов – гексоз – наиболее важны глюкоза (в крови 0,08-0,12%), рибоза, дезоксирибоза и галактоза

- олигосахариды или дисахариды – соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (сахароза, мальтоза, лактоза);

- полисахариды – разветвленные полимеры - состоят более чем из 10 молекул сахаров; к числу наиболее важных полисахаридов относятся:

Целлюлоза – линейный полисахарид, состоящий из молекул глюкозы. Целлюлоза является главным компонентом клеточной стенки растений.

Крахмал и гликоген . Являются основными формами запасания глюкозы у растений и животных. При расщеплении организм получает глюкозу, необходимую в процессе жизнедеятельности.

Хитин. У ракообразных и насекомых образует наружный скелет (панцирь).

Функции углеводов:

1, Энергетическая – основная – при «сжигании» простых сахаров и, в первую очередь, глюкозы, организм получает основную часть необходимой ему энергии.

2.Запасающая. Крахмал и гликоген играют роль источников глюкозы, высвобождая ее по мере необходимости.

3.Опорно-строительная . Н-р, целлюлоза образует клеточную стенку растений; из хитина построен панцирь насекомых.

Кроме того, соединяясь с липидами и белками, углеводы образуют гликолипиды и гликопротеиды – два важных класса биохимических молекул.

Сахара рибоза и дезоксирибоза обязательно входят в состав нуклеотидов – мономеров нуклеиновых кислот.