Fizikalna in kemijska organizacija evkariontske celice. ATP in druge organske spojine celice
Celične snovi. Celice našega telesa so sestavljene iz različnih kemičnih spojin. Nekatere od teh spojin - anorganskih - najdemo tudi v neživi naravi. Sem spadajo voda in mineralne soli. Toda za žive celice so najbolj značilne organske spojine, katerih molekule so zelo zapletene strukture. Med njimi so največji pomen beljakovine, maščobe, ogljikovi hidrati in nukleinske kisline.
Anorganske celične spojine. Največ v vodnih celicah. Voda je dobro topilo; ima pomembno vlogo pri vseh življenjskih procesih, ki se dogajajo v celicah. V vodni raztopini poteka kemijska interakcija med različnimi snovmi, ki jih vsebuje celica. Hranila v raztopljenem stanju prodrejo v celico skozi zunanjo membrano. Voda pomaga tudi pri odstranjevanju snovi iz celice, ki nastanejo kot posledica vitalnih procesov v njej.
Mineralne soli se v nizki koncentraciji nahajajo v citoplazmi in celičnem jedru. Kljub temu je njihova vloga v življenju celic zelo velika. O tem se boste naučili iz naslednjih tem.
Organske celice. Od snovi, ki sestavljajo celico, glavna vloga pri izvajanju njenih funkcij pripada organskim spojinam.
Beljakovine so osnovne snovi katere koli žive celice. Brez njih ni življenja. So osnova citoplazme in jedra.
Beljakovine spadajo med najkompleksnejše snovi, ki jih najdemo v naravi. Njihove molekule tvorijo na tisoče atomov. Toda število elementov, ki sestavljajo beljakovine, je razmeroma majhno. Beljakovine nujno vsebujejo ogljik, vodik, kisik in dušik. Poleg teh štirih bistvenih elementov je žveplo skoraj vedno prisotno v beljakovinah, pogosto fosforju in nekaterih drugih.
V velikosti je beljakovinska molekula več sto in tisočkrat večja od molekul anorganskih spojin, ki so vam znane. Ugotovljeno je bilo, da molekula katerega koli rastlinskega, živalskega ali človeškega beljakovine tvori na stotine aminokislinskih ostankov, ki so medsebojno povezani (slika 12).
Beljakovine vsebujejo le nekaj več kot 20 različne vrste aminokisline. In kljub temu so beljakovinske spojine neskončno raznolike. V eni živi celici jih je do 1000 različne beljakovine! Poleg tega imajo beljakovine različnih organizmov različno sestavo.
Kako lahko kombinacija tako malo vrst aminokislin da tako veliko beljakovin? To lahko razumemo tako, da se spomnimo, da lahko vsak izmed nas z le 32 črkami abecede napiše neskončno število različnih besed in stavkov. Podobno je raznolikost beljakovin odvisna od zaporedja, v katerem so molekule aminokislin, ki jih tvorijo, med seboj povezane.
Maščobe imajo manj kompleksno molekularno strukturo. Vključujejo le tri elemente - ogljik, vodik, kisik.
Ogljikovi hidrati tvorijo enaki elementi kot maščobe - ogljik, vodik in kisik. Toda struktura molekul ogljikovih hidratov je drugačna. Mednje spadajo različni sladkor, škrob.
V celicnem jedru nastajajo nukleinske kisline. Od tod je nastalo tudi njihovo ime (jedro je latinsko ime za jedro). Nekatere nukleinske kisline - DNK (kratko za deoksiribo-nukleinske kisline) - najdemo predvsem v kromosomih celic. Te kisline igrajo pomembno vlogo pri gradnji beljakovin, značilnih za določeno celico, in pri prenosu dednih sestavin s staršev na potomce. Molekule DNK so veliko večje od beljakovin. Funkcije drugih nukleinskih kislin - RNA (skratka za ribonukleinske kisline) - so povezane tudi z gradnjo beljakovin v celici.
Glavne vitalne lastnosti celice. Vsaka živa celica v našem telesu prejme snovi, ki ji jih prinaša kri iz prebavnih organov - hrani se.
V celici se dogajajo procesi tvorjenja organskih spojin, katerih molekule imajo zapleteno strukturo, od preprostejših snovi, ki prodrejo vanj od zunaj. Te procese imenujemo biosinteza.
Organske spojine se v celici kemično razkrojijo in tvorijo snovi preprostejše strukture. V večini celic se skupaj z razpadom organskih spojin oksidira s kisikom, ki ga prinese kri. Med razpadanjem in oksidacijo snovi se sprosti energija, porabljena za vitalne procese, ki se dogajajo v celici.
Celice se lahko odzovejo na draženja - fizikalne in kemične spremembe v svojem okolju, torej so razdražljive. Torej mišične celice pod vplivom draženja postanejo krajše in debelejše - skrčijo se, celice slinskih žlez pa izločajo slino, ko dražijo.
Za celice je značilna rast in razmnoževanje. Še posebej hitro se množijo celice pri otrocih in mladostnikih. Toda pri odraslih se ta proces ne ustavi. Nekatere celice odmrejo skozi celotno življenje človeka in jih nenehno nadomeščajo nove. Torej, celjenje ran, zlivanje kosti na mestih zloma nastane zaradi množenja celic.
Prehrana, biosinteza organskih spojin, razpad in oksidacija celičnih snovi, razdražljivost, rast in razmnoževanje so glavne lastnosti živih celic.
Encimi. Vsi življenjski procesi, ki se dogajajo v celici, so povezani z nenehno spremembo fizičnega stanja in kemična sestava njegove sestavne snovi.
Potek številnih kemičnih reakcij se pospeši v prisotnosti nekaterih snovi. V živi celici je veliko beljakovin, ki katalitično pospešijo kemične transformacije, ki se v njej dogajajo. Te beljakovine - katalizatorje - imenujemo encimi. Torej se procesi biosinteze, oksidacije v živi celici lahko pojavijo le ob prisotnosti določenih encimov. Večina beljakovin v celici ima encimske lastnosti.
■ Beljakovine. Maščobe. Ogljikovi hidrati Nukleinske kisline. Encimi.
? 1. Katere snovi so v celici? 2. Kaj je največ snovi v celici? 3. Katere snovi so najbolj značilne za živo celico? 4. Katere snovi so osnova citoplazme in jedra? 5. Kateri elementi so del beljakovin? 6. Kaj veste o strukturi beljakovinske molekule? 7. razlaga raznolikost beljakovin? 8. Kateri so elementi maščob in ogljikovih hidratov? 9. Katere so osnovne življenjske lastnosti celice?
Sestava celic vključuje številne organske spojine: beljakovine, ogljikove hidrate, lipide, nukleinske kisline in druge spojine, ki jih v neživi naravi ne najdemo.
Organske spojine imenujemo kemične spojine, ki vključujejo atome ogljika..
Beljakovine so osnova življenja.
Sestava beljakovin.
Veverice – to so biološki polimeri - to so organske spojine, ki so del celic živih organizmov in njihovih presnovnih produktov.
Polimer (iz grške „poly“ -many) je številna vezna veriga, v kateri je vez nekaj relativno preproste snovi - monomera. Ko se povezujejo med seboj, tvorijo verige, sestavljene iz tisoč monomerov (A-A-A- ...)- med organskimi spojinami - beljakovinami - najbolj zapleteni in prav tako zasedajo prvo mesto tako po količini kot po vrednosti. Pri živalih predstavljajo približno 50% suhe celične mase. V človeškem telesu je 5 milijonov vrst beljakovinskih molekul, ki se od drugih razlikujejo od beljakovin in drugih beljakovin.
Beljakovine - organske spojine, ki vsebujejo dušik, makromolekule, monomer je aminokislina.
Njihova splošna formula izgleda takole:
NH2-CH-COOHkjeNH2 - amino skupina (ima osnovne lastnosti)
COOH - karboksilna skupina (kisle lastnosti)
R R -radikal
Sestava beljakovin vključuje 20 aminokislin
zamenljiv nenadomestljiv
ni sintetiziranih v telesu, se lahko sintetizira v telesu,
naj pride s hrano
Aminokisline - amfoterne spojine, ki združujejo lastnosti kislin in baz. To je posledica njihove sposobnosti medsebojnega delovanja z drugimi. Ko so povezane, molekule aminokislin tvorijo vezi med kislinskim ogljikom in dušikom glavne skupine. Takšne povezave se imenujejo peptid: R1 R2
NH2-CH-COOH + NH2 - CH - COOH N2H - CH - C - N - CH - COOH + H20
R1 dipeptid R2O H
Peptidna vez
Če združimo veliko aminokislin (več kot 10), dobimo polipeptid. Aminokisline imajo splošen načrt strukture, vendar se razlikujejo od drugih po zgradbiR .
Struktura beljakovin:
Razlikujemo primarne, sekundarne, terciarne in kvartarne strukture proteinov:
1.Primarno (linearna) - je določena z izmeničnimi aminokislinami v polipeptidni verigi. 20 različnih aminokislin je mogoče primerjati z 20 črkami kemične abecede, od katerih so "besede" sestavljene v dolžini od 300 do 500 črk (zaporedje aminokislin v polipeptidni verigi. Vse lastnosti molekule so določene z njeno primarno strukturo)
2.Sekundarni - spirala z enako razdaljo med zavoji (nastane kot posledica koagulacije primarne strukture v spirali). Med N - H u C \u003d O, ki se nahaja na sosednjih zavojih, nastajajo vodikove vezi, so šibkejše od kovalentnih vezi, vendar, ponavljajoč se večkrat, pritrdijo redne zavoje spirale.
3.Terciarno - supermoč (ki nastane kot posledica koagulacije sekundarne strukture v obliki kroglice) krogla, kroglica - vez med ostanki: (+) in (-) nabitih R-skupin privlačijo in združujejo še bolj oddaljena druga mesta. (Inzulin).
4.Kvartar - več terciarnih struktur. (Hemoglobin).
Lastnosti proteinov: (samo str. 94–95); (153–154)
1. Obstajajo beljakovine, popolnoma netopne v vodi.
2. Neaktivno in kemično odporno na sredstva
3. Beljakovine so termolabilne (aktivne v ozkih t-tih okvirjih). Delovanje t, dehidracija, sprememba pH, alkohola, acetona itd. Povzročajo uničenje strukturne organizacije beljakovin. Sprva se uniči najšibkejša beljakovinska struktura - četverica, nato terciarna, sekundarna in v težjih pogojih - primarna. Izgubljamo strukturno organizacijo s proteinsko molekulo denaturacija.
Ona m. nepovratna - lahko opazimo pri segrevanju tekočine prozorni protein piščančje jajce, postane tekoče in neprozorno in reverzibilno -
4. Po izločanju denaturirajočega faktorja se lahko veliko beljakovin vrne v svojo naravno obliko, tj. če primarna struktura beljakovine ni kršena in je obnovljena naravna struktura proteina, tj. renaturacija.
Funkcije beljakovin:
1. Gradbeništvo (plastična) - sodelujejo pri tvorbi vseh celičnih membran in organelov celice, pa tudi zunajceličnih struktur.
2. Katalitično (encimski) - vsi biokatalizatorji - encimi - snovi proteinske narave - pospeševalci kemičnih reakcij (10-ki, 100 tisoč tisočkrat)
3. Pogon (kontraktilni) - kontraktilni proteini, ki sodelujejo pri vseh vrstah gibanja, ki so jih sposobne celice in organizmi.
4. Prevoz - pritrditev kemičnih elementov (O2 - hemoglobin) ali biološko aktivnih snovi (hormoni) in njihov prenos v različna tkiva in organe.
5. Zaščitna - tvorba protiteles, koagulacija krvnega proteina (ko mikroorganizmi ali tuji proteini vstopijo v telo, levkociti proizvajajo protitelesa (neškodljivo, nestrupeno načelo ključavnice ključa), ki te antigene prebavijo).
6. Energija - beljakovine služijo kot vir energije v celici; s popolnim cepljenjem nastane 1 g beljakovin 17,6 kJ energije.
7. Signal - molekule beljakovin, ki lahko spremenijo svojo terciarno strukturo kot odgovor na delovanje okoljskih dejavnikov, so vgrajene v površinsko membrano celice.
Ogljikovi hidrati ali saharidi - običajne organske spojine, sestavljene iz ogljika, vodika in kisika. To so snovi s splošno formulo Cn (H20) m . Za večino ogljikovih hidratov število molekul vode ustreza številu ogljikovih atomov. Zato so te snovi imenovali ogljikovi hidrati.
Ogljikovi hidrati - organske spojine, sestavljene iz ene ali več enostavnih molekul sladkorja. Molekulska teža ogljikovih hidratov se giblje od 100 do 1.000.000 Da (Dalton je masa, približno enaka masi enega vodikovega atoma).
Ločimo tri skupine ogljikovih hidratov:
 |  |
preprost kompleks
monosaharidi
sestoji iz polisaharidov z eno molekulo oligosaharidi
● (SN2O) п ● - ● je sestavljeno iz 2-10 ● - ● - ● - ● - ● sestavljeno iz 102-103
monosaharidi ● - ● - ● - ● - ● - ● - ● - ● - ● - monosaharidi
- monosaharidi ali preprosti sladkorji - monosaharidi se glede na število ogljikovih atomov v molekuli imenujejo trioze - 3 atomi, tetroza - 4, pentoze - 5 ali heksoze - 6 ogljikovih atomov; od šestih ogljikovih monosaharidov - heksoz - najpomembnejši so glukoza (v krvi 0,08-0,12%), riboza, deoksiriboza in galaktoza
- oligosaharidi ali disaharidi - spojine, sestavljene iz 2-10 zaporedno povezanih molekul preprostih sladkorjev (saharoza, maltoza, laktoza);
- polisaharidi - razvejeni polimeri - sestavljeni so iz več kot 10 molekul sladkorja; najpomembnejši polisaharidi vključujejo:
Celuloza- linearni polisaharid, sestavljen iz molekul glukoze Celuloza je glavni sestavni del celične stene rastlin.
Škrob in glikogen. So glavne oblike shranjevanja glukoze v rastlinah in živalih. Ko se cepi, telo prejme glukozo, ki je potrebna v procesu življenja.
Hitin. V rakih in žuželkah tvori zunanji okostnjak (carapace).
Funkcije ogljikovih hidratov:
1, Energija - glavna - ko "gori" enostavne sladkorje in predvsem glukozo, telo dobi večji del energije, ki jo potrebuje.
2.Rezerva. Škrob in glikogen imata vlogo virov glukoze in ga po potrebi sproščata.
3.Podporna gradnja. Na primer, celuloza tvori celično steno rastlin; iz hitina je bila zgrajena lupina žuželk.
Poleg tega ogljikovi hidrati v kombinaciji z lipidi in beljakovinami tvorijo glikolipide in glikoproteine, dva pomembna razreda biokemijskih molekul.
Riboza sladkorja in deoksiriboza sta nujno del nukleotidov - monomerov nukleinske kisline.
Pred kratkim je APPLE zaprosil za nov patent. Dokument opisuje določeno tehnologijo, ki omogoča napravi, da prihrani določen odstotek pristojbine, ki je potrebna za kratkotrajno povezavo s strežniki podjetja, da se prenesejo podatki o njegovi uporabi.
Če izgubite telefon, najprej izgubimo dragocene informacije. Če ga želite obnoviti, obstaja funkcija "najti iPhone". Deluje pa le, če v bateriji telefona ostane vsaj malo napolnjenosti. Brez energije informacije ni mogoče prenesti in izvajati. Vse je popolnoma enako kot v divjini.
Podatki o sestavi celičnih beljakovin so kodirani v nukleotidnem zaporedju DNA. Toda za uporabo teh informacij celica potrebuje vir energije. In ta vir je ATP. Adenozin trifosforna kislina. Ta snov je univerzalni skrbnik in nosilec energije v celicah vseh živih organizmov.
ATP se uporablja za izvajanje skoraj vseh procesov v celicah z energijo. Sinteza beljakovin, ogljikovih hidratov, lipidov, aktivni transport snovi skozi membrano, gibanje cilijev in flagella, krčenje mišic, delitev celic, vzdrževanje konstantne telesne temperature toplokrvnih živali ... vse to zahteva obvezno polnjenje energije.
Adenozin trifosforno kislino je leta 1929 odkrila skupina znanstvenikov na Harvard Medical School. Toda samo v 1941 Fritz Lipman pokazali, da je ATP glavni nosilec energije v celici.
Molekula ATP je snov, ki vam je znana iz zadnjega pouka - nukleotid. Kot se spomnite, sestava nukleotida vključuje ostanke treh snovi: fosforjeva kislina, pet ogljikovega sladkorja in dušikova baza . Posebnost strukture ATP je, da vsebuje ne enega, temveč tri ostanke fosforjeve kisline. Sladkor - riboza . In tudi samo ena dušikova baza - adenin .
Zakaj je adenozin trifosforna kislina izbran za univerzalni vir energije? Celotna skrivnost je v zgradbi. Namreč v ostankih fosforne kisline. Dejstvo je, da so fosfatne skupine medsebojno povezane z dvema t.i. makroergična povezave. Makroergika pomeni visoko energijo. Med hidrolizo ATP se ob pretrganju takšnih vezi sprosti štirikrat več energije kot pri navadni kemični vezi.
Kot posledica odstranitve enega ostanka fosforjeve kisline nastane ADP (adenozin difosforjeva kislina) in se sprosti 40 kj energije.
V redkih primerih lahko ADP opravi nadaljnjo hidrolizo z odstranjevanjem ostankov fosforjeve kisline, tvorbo adenosinovega monofosforjeve kisline in sproščanjem istih 40 kJ energije.
Za obratni postopek - sintezo ATP, je treba porabiti energijo. Njen vir je postopek oksidacije organskih snovi. Več o tem boste izvedeli v naslednjih lekcijah.
Torej, da pritrdite preostanek fosforne kisline na molekulo ADP (reakcija fosforilacije), morate porabiti 40 kJ energije.
Adenozin trifosforna kislina je zelo nestabilna spojina in se hitro posodablja. Povprečno trajanje njenega življenja je, tako rekoč, krajše od ene minute. In ena molekula ATP se cepi in ponovno sintetizira približno 2400 krat na dan. To se v glavnem dogaja v mitohondrijekot tudi kloroplastirastlinske celice.
Biološki procesi, ki zagotavljajo obstoj življenja, so zelo zapleteni. Zato samo snovi, ki prenašajo informacije in energijo, ne zadostujejo za njihov pretok. Potrebujemo snovi, ki izvajajo in uravnavajo presnovne procese telesa, njegovo rast in razvoj. Vplivajo na posameznike lastnih in drugih vrst. Te snovi vključujejo vitamini, hormoni, feromoni, alkaloidi, antibiotikiin drugi.
Vitamini dobijo ime po latinski besedi vita, kar dobesedno pomeni "življenje". Človeštvo dolgo časa ni moglo razumeti vzroka za razvoj nekaterih bolezni, na primer skorbut. In ko so odkrili vitamine, se je izkazalo, da so sestavni del življenja, vendar jih je zelo malo, da lahko opravljajo svoje funkcije. To je otežilo njihovo odkrivanje.
Kot se je izkazalo, so vitamini spojine z nizko molekulsko maso. Imajo izjemno vlogo pri presnovi, vendar ne neodvisno, ampak predvsem kot sestavine encimov.
Veste, da so vitamini označeni s črkami latinske abecede: A, B, C, D in tako naprej. Poleg tega ima vsak vitamin svoje ime. Na primer, vitamin B1 je tiamin, vitamin C pa askorbinska kislina.
Kemična zgradba in lastnosti vitaminov so precej raznolike. Glede na topnost pa jih lahko razdelimo v dve skupini: v maščobah topen (A, D, E, K) in vodotopna(skupina vitaminovB, C, H, P).
V ljudeh in živalih morajo vitamini prihajati iz hrane.
Toda nekatere od njih se lahko sintetizirajo v telesu. Na primer, pod vplivom ultravijoličnega sevanja se v koži tvori vitamin D. In zahvaljujoč simbiotskim mikroorganizmom se v črevesju sintetizirata vitamina B6 in K.
Kot smo že rekli, vitamini uravnavajo metabolizem. Za normalno življenje je treba njihovo število vzdrževati na določeni ravni. Kot pomanjkljivost (hipovitaminoza) in presežek vitaminov (hipervitaminoza) lahko privede do resnih kršitev številnih fizioloških funkcij v telesu.
Pomembno vlogo pri uravnavanju presnove prevzame in hormoni. Ta beseda v prevodu iz grščine pomeni - "pozivam". Hormoni so biološko aktivne snovi in \u200b\u200bjih proizvajajo specializirane formacije. Celice, tkiva in organi (endokrine žleze) sodelujejo pri proizvodnji hormonov.
Hormoni so snovi z različno kemično naravo. Lahko bi bilo veverice (inzulin, glukagon, somatotropin), steroidi (kortizol, spolni hormoni), derivati \u200b\u200baminokislin (tiroksin, adrenalin).
Vse stopnje posameznega razvoja ljudi in živali potekajo pod nadzorom hormonov. Uravnavajo naše dihanje, palpitacije, krvni tlak ... torej vplivajo na vse življenjske procese. Poleg tega se prilagajanje spremembam v zunanjem in notranjem okolju, aktiviranje encimov dogaja tudi pod vplivom hormonov.
Kot v primeru vitaminov mora biti tudi raven hormonov v telesu na določeni ravni.
Znani so tudi rastlinski hormoni. Pokličejo se fitohormoni. Tako kot živalski hormoni uravnavajo procese rasti in razvoja, vendar rastlinskega organizma: delitev in rast celic, razvoj ledvic, kalitev semen in drugo.
Zanimiva je skupina snovi feromoni. Sem spadajo biološko aktivne snovi, ki se izločajo v zunanje okolje in vplivajo na vedenje in fiziološko stanje posameznikov iste vrste. Če hormoni uravnavajo vitalne procese v telesu, potem feromoni delujejo kot kemični signali, ki se prenašajo na druge organizme. Komunikacija s pomočjo feromonov opazimo na primer pri členonožcih, pa tudi pri bakterijah in prostih.
Snovi, ki so vam poznane kot kofein in morfij, so alkaloidi. Alkaloidi - biološko aktivne snovi , pogosto rastlinskega izvora. Večina jih je strupena za ljudi in živali. Menijo, da te snovi pomagajo rastlinam, da se zaščitijo pred uživanjem živali.
Nekateri uporabljajo alkaloide v medicini. Prvega smo dobili v prečiščeni obliki morfij . Uporablja se kot anestetik.
Kofein se uporablja pri zdravljenju glavobolov, migren in tudi kot poživilo dihanja in srčne aktivnosti pri prehladu.
Alkaloid kinin uporablja za zdravljenje malarije.
In zadnja skupina organskih snovi danes je antibiotiki. Ime teh snovi govori samo zase. Izhaja iz grščine ἀντί - proti in βίος - življenje. Naravne antibiotike proizvajajo različni mikroorganizmi. Zavirajo ali ubijejo celice drugih mikroorganizmov.
Prvi antibiotik, ki se je uporabljal za zdravljenje bakterijskih okužb, je bil penicilin . Leta 1945 je skupina znanstvenikov prejela Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino, "za odkritje penicilina in njegove zdravilne učinke pri različnih nalezljivih boleznih".
Antibiotiki so rešili milijone človeških življenj in po njihovem odkritju so veljali za dobesedno panacejo. Vendar jih je treba jemati le tako, kot jih je predpisal zdravnik, saj lahko samozdravljenje privede do oslabitve lastne obrambe telesa in smrti črevesne mikroflore.
