Презентація: Хімічний склад клітини

Хімічних склад клітин. Біологія 9

Особливості хімічного складу клітин. Неорганічні речовини та їх роль у життєдіяльності клітин. Хімічні елементи клітини. У живих організмах немає жодного хімічного елемента, який не був би знайдений у тілах неживої природи (що вказує на спільність живої та неживої природи). Різні клітини включають у себе практично одні і ті ж хімічні елементи (що доводить єдність живої природи); і у той самий час навіть клітини одного багатоклітинного організму, що виконують різні функції, можуть істотно відрізнятися один від одного за хімічним складом. З відомих на даний час понад 115 елементів близько 80 виявлено у складі клітин живих організмів.

Усі елементи за вмістом їх у живих організмах поділяються на три групи: Макроелементи — уміст яких перевищує 0,001 % від маси тіла.98 % від маси будь-якої клітини припадає на чотири елементи (їх іноді називають органогенами): Оксиген (O) — 65 - 75 % — входить до складу органічних речовин та води;Карбон (C) — 15 - 18 % — входить до складу усіх органічних речовин;Гідроген (H) — 8 - 10 % — входить до складу води та практично усіх органічних речовин;Нітроген (N) — 1,5 - 3 % — входить до складу нуклеїнових кислот, білків, амінокислот, тощо.

Хімічні речовини клітини. Елементи у вигляді атомів входять до складу молекул неорганічних і органічних сполук клітини. До неорганічних сполук належать вода і мінеральні солі. Органічні сполуки характерні лише для живих організмів, у той час як неорганічні існують і у неживій природі. До органічних сполук належать сполуки Карбону з молекулярної масою від 100 до декількох сотень тисяч відносних атомних одиниць.

Мінеральні речовини та їх роль у клітинах. Макроелементи. Мінеральні речовини у клітині є у вигляді солей у твердому стані, або диссоційовані на йони. Неорганічні йони представлені катіонами та аніонами мінеральних солей. Калій — забезпечує функціонування клітинних мембран, зумовлює проведення нервових імпульсів, бере участь у серцевих скороченнях, забезпечує процес фотосинтезу. У організмах міститься виключно у вигляді катіонів K+. Натрій — забезпечує нормальний ритм серця, впливає на синтез гормонів. У організмах міститься виключно у вигляді катіонів Na+. Ключова роль у регуляції м'язового скорочення належить йонам Кальцію (Ca2+). Ці йони є необхідними також для процесу згортання крові, входять до складу кісток та зубів тварин, оболонок рослин. Магній входить до складу молекули хлорофілу, активізує синтез ДНК та енергетичний обмін. Ферум входить до складу гемоглобіну крові, забезпечуючи транспортування кисню та вуглекислого газу, входить до складу багатьох ферментів. Фосфор входить до складу нуклеїнових кислот; забезпечує нормальний ріст кісткової і зубної тканин. Сульфур входить до складу деяких вітамінів, ферментів та амінокислот. Хлор є компонентом шлункового соку (у вигляді хлоридної кислоти).

Вода та її основні фізико-хімічні властивостіБудова молекули води. Вода (Н𝟐 O) — найважливіша неорганічна речовина клітин. У клітині у кількісному відношенні вода займає перше місце серед інших хімічних сполук. Вода входить до складу всіх живих організмів. Наприклад, організм людини містить 50−80 % води (в залежності від віку), риби — 80 %. У живій клітині вода є середовищем, у якому протікають життєво важливі процеси. Вона бере участь у багатьох біохімічних реакціях (фотосинтез, гідроліз складних органічних речовин). Жоден організм не може обходитися без води.

Вода та її роль у життєдіяльності клітини. Властивості води. Оскільки молекули води є полярними, вода має властивість розчиняти полярні молекули інших речовин. До речовин, розчинних у воді належать солі, сахариди, прості спирти, амінокислоти, неорганічні кислоти. Коли речовина переходить у розчин, її молекули або йони можуть рухатися вільніше, отже, реакційна здатність речовини зростає. Речовини, нерозчинні у воді — жири, нуклеїнові кислоти, деякі білки. Такі речовини можуть утворювати з водою поверхні розділу, на яких протікають багато хімічних реакцій. Отже, той факт, що вода не розчиняє деякі речовини, для живих організмів є також дуже важливим.

Біологічні функції води. Механічна функція: вода практично не стискається, і надає форми соковитим органам і тканинам. Транспортна функція: вода забезпечує пересування речовин у клітинах і організмі, поглинання речовин і виведення продуктів метаболізму. У природі вода переносить продукти життєдіяльності у ґрунт і до водойм. Метаболічна функція: вода — активний учасник реакцій обміну речовин. Терморегуляторна функція: вода забезпечує рівномірний розподіл тепла всередині організму, а під час транспірації у рослин та потовиділення у тварин охолоджує організм. Захисна функція: вода бере участь в утворенні змащувальних рідин і слизу, секретів і соків в організмі (ці рідини містяться у суглобах хребетних тварин, у плевральній порожнині, у навколосерцевій сумці), входить до складу слизів, які полегшують пересування речовин по кишечнику, створюють вологе середовище на слизових оболонках дихальних шляхів. Водну основу мають і секрети, що виділяються деякими залозами і органами: слина, сльози, жовч, сперма, тощо.

Органічні молекули. Біополімери. Основні особливості біомолекул. Органічні молекули живого, або біомолекули — це речовини, що мають скелети з ковалентно зв’язаних атомів Карбону і синтезуються клітинами організмів. Біомолекули мають відносно велику молекулярну масу, яка вимірюється в дальтонах (1 дальтон дорівнює 1/12 атомної маси Карбону). Так, у деяких нуклеїнових кислот вона досягає кількох мільярдів. За молекулярною масою біомолекули умовно поділяють на малі біомолекули (жирні кислоти, моносахариди, амінокислоти) і макробіомолекули (білки, полісахариди, нуклеїнові кислоти). Біомолекули є органічними сполуками, що синтезуються в клітинах живих організмів і мають ряд особливостей будови й функціонування.

Особливості та значення малих біомолекул у клітинах. Малі біомолекули — це молекули з відносно невеликою молекулярною масою від 100 до 1000 а. о. м., що містять до 30 атомів Карбону. До малих біомолекул належать:жирні кислоти;мономерні біомолекули (моносахариди, амінокислоти й нуклеотиди);біорегуляторні молекули (гормони, нейромедіатори, вітаміни, алкалоїди);енергетичні біомолекули (АТФ, ГТФ). Малі біомолекули не лише беруть участь у побудові макромолекул, а й можуть розпадатися з вивільненням енергії. Так, під час розщеплення 1 г глюкози вивільняється 17,6 к. Дж, а під час гідролізу 1 моль АТФ до АДФ — близько 40 к. Дж.

Властивості та біологічна роль вуглеводів. Властивості та біологічна роль вуглеводів. Вуглеводи, або сахариди — одна з основних груп органічних сполук. Вони входять до складу клітин усіх живих організмів. Основна функція вуглеводів — енергетична (при розщепленні і окисненні молекул вуглеводів виділяється енергія, яка забезпечує життєдіяльність організму). Під час окиснення 1 г вуглеводів виділяється 17,6 к. Дж енергії. При надлишку вуглеводів вони накопичуються у клітині як запасні речовини (крохмаль, глікоген) і при необхідності використовуються організмом як джерело енергії. Вуглеводи також використовуються клітинами, як будівельний матеріал.

Вуглеводи — природні оксигеновмісні сполуки. Їх молекули містять три елементи: Карбон, Гідроген і Оксиген. Співвідношення числа атомів Гідрогену і Оксигену таке ж саме, як у воді — 2 : 1. Звідси і пішла назва «вуглеводи». Загальна формула вуглеводів:𝐶𝑛(𝐻2 O)𝑚 

Розчинні у воді вуглеводи. Моносахариди та дисахариди. Приклад:з моносахаридів найбільше значення для живих організмів мають рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза. Глюкоза — основне джерело енергії для клітинного дихання. Фруктоза — складова частина нектару квітів і фруктових соків. Рибоза і дезоксирибоза — структурні елементи нуклеотидів, які є мономерами нуклеїнових кислот (РНК і ДНК). Дисахариди утворюються шляхом сполучення двох молекул моносахаридів і за своїми властивостями близькі до моносахаридів. Наприклад, і ті і інші добре розчинні у воді і є солодкими на смак.

Приклад:сахароза (тростинний цукор), лактоза (молочний цукор), мальтоза (солодовий цукор) — дисахариди, що утворилися у результаті злиття двох молекул моносахаридів: Сахароза (глюкоза+фруктоза) — основний продукт фотосинтезу, що транспортується у рослинах. Лактоза (глюкоза+галактоза) — входить до складу молока ссавців. Мальтоза (глюкоза+глюкоза) — джерело енергії у насінні, що проростає. Функції розчинних вуглеводів: транспортна, захисна, сигнальна, енергетична.

Нерозчинні у воді полісахариди. Полісахариди складаються з великого числа ланок моносахаридів. Зі збільшенням кількості мономерів розчинність полісахаридів зменшується і солодкий смак зникає. Приклад:полімерні вуглеводи: крохмаль, глікоген, целюлоза, хітин. Функції полімерних вуглеводів: структурна, запасающая, енергетична, захисна. Крохмаль складається з розгалужених спіральних молекул. Є основним резервним вуглеводом більшості рослин. Целюлоза є важливим структурним компонентом клітинних стінок грибів і рослин. Целюлоза є нерозчинною у воді і має високу міцність. Хітин складається з амінопохідних глюкози, входить до складу клітинних стінок деяких грибів і формує зовнішній скелет членистоногих тварин. Глікоген — основна запасна речовина більшості тварин і грибів. Відомі також складні полісахариди, які виконують структурні функції в опорних тканинах тварин (вони входять до складу міжклітинної речовини шкіри, сухожиль, хрящів, надаючи їм міцність та еластичність).

Ліпіди: будова, властивості та біологічна роль. Загальна характеристика ліпідів. Будова жирів. Ліпіди — велика група органічних речовин, до яких належать жири та ліпоїди. Ліпоїди — жироподібні речовини, які за будовою і властивостями подібні до жирів. До ліпоїдів належать воски, фосфоліпіди і стероїди (ліпіди, що не містять жирних кислот). Ліпіди містяться у всіх без винятку клітинах, проте їх вміст у різних клітинах сильно відрізняється (від 2 —3 до 50 — 90%). Ліпіди можуть утворювати складні сполуки з речовинами інших класів, наприклад з білками (ліпопротеїди) і з вуглеводами (гліколіпіди). Приклади структур, які утворюють фосфоліпіди у водних розчинах

Жири — природні речовини, які входять до складу всіх живих організмів. До складу жирів входять атоми Карбону, Гідрогену і Оксигену. Жири — продукти взаємодії трьохатомного спирту гліцеролу та вищих карбонових кислот. Карбонові кислоти, які входять до складу жирів, часто називають жирними кислотами. Модель молекули жиру. Структурна формула тригліцеридів. Літерою R (радикали) позначені залишки жирних кислот

Жиритваринні тверді (сала)рослинні рідкі (олії)олеїнова: C17 H33 COOH;лінолева: C17 H31 COOH;ліноленова: C17 H29 COOH.пальмітинова: C15 H31 COOH;стеаринова: C17 H35 COOH.

Класифікації та фізичні властивості ліпідівЄ декілька класифікацій ліпідів:за властивостями розрізняють полярні та неполярні ліпіди;за біологічними функціями — резервні та структурні ліпіди;за структурними особливостями — прості, складні, та похідні ліпідів. Розрізняють жири рослинні та тваринні. Рослинні жири часто називають оліями (соняшникова, кукурудзяна, оливкова, рапсова). При кімнатній температурі вони знаходяться у рідкому агрегатному стані. Проте, є і винятки: наприклад, кокосове масло при звичайних умовах — твердий жир. Жири тваринного походження при кімнатній температурі, як правило, є у твердому агрегатному стані, проте при невеликому нагріванні стають рідкими. Рідше зустрічаються рідкі тваринні жири, наприклад, риб'ячий жир. Тверді жири не мають кристалічної будови і являють собою кремоподібні субстанції. Рослинні оліїСало — твердий жир

Функції жирів. Функції ліпідів:запасаюча — жири є основною формою запасання ліпідів у клітині. Енергетична — половина енергії, яка споживається клітинами хребетних тварин у стані спокою, утворюється у результаті окиснення жирів (при окисненні вони дають більше, ніж у два рази більше енергії у порівнянні з вуглеводами). Жири використовуються і як джерело води (при окисненні 1 г жиру утворюється більше 1 г води). Захисна — підшкірний жировий шар захищає організм від механічних пошкоджень. Структурна — фосфоліпіди входять до складу клітинних мембран. Теплоізоляційна — підшкірний жир допомагає зберегти тепло. Гормональна (регуляторна) — гормон наднирників (кортизон) і статеві гормони (прогестерон і тестостерон) є стероїдами. Змащуюча — воски покривають шкіру, шерсть, пір'я і оберігають їх від води. Восковим нальотом покриті листя багатьох рослин, віск використовується при будівництві бджолиних сот.

Структура, властивості та біологічна роль білків. Будова білків. Білки є обов'язковою складовою частиною будь-якого живого організму і відіграють важливу роль у забезпеченні процесів життєдіяльності. До складу білків обов'язково входять чотири хімічні елементи: Карбон, Гідроген, Оксиген і Нітроген. Багато білків містять ще і Сульфур. До складу деяких входить Фосфор. Є білки, що містять атоми металів. Білки — природні високомолекулярні речовини (полімери), що складаються із залишків амінокислот.

Структура білків. Білки (протеїни, поліпептиди) — найчисленніші, найбільш різноманітні біополімери, що мають першорядне значення для клітин. До складу молекул білків входять атоми Карбону, Гідрогену, Оксигену, Нітрогену, а і іноді Сульфуру, Фосфору і Феруму. Мономерами білків є амінокислоти, які (маючи у своєму складі карбоксильну та аміногрупи) мають властивості і кислоти, і основи, отже є амфотерними сполуками.

Властивості і функції білків. Властивості білків: Розчиність;Гідроліз;Денатурація;Розклад при нагріванні.

Функції білків. Структурна (будівельна) функція — одна з основних функцій білків (білки входять до складу клітинних мембран, цитоплазми, органоїдів; білок кератин утворює волосся і нігті; білки колаген та еластин — хрящі та сухожилля). Транспортна функція — білки забезпечують активний транспорт йонів через клітинні мембрани (транспортні білки у зовнішній мембрані клітин), транспорт кисню і вуглекислого газу (гемоглобін крові і міоглобін у м'язах), транспорт жирних кислот (білки сироватки крові сприяють переносу ліпідів і жирних кислот, різних біологічно активних речовин).

Рухова (скоротлива) функція — забезпечується скорочувальними білками — актином і міозином (завдяки скоротливим білкам рухаються війки і джгутики у найпростіших, переміщаються хромосоми при поділу клітини, скорочуються м'язи у багатоклітинних, удосконалюються інші види руху у живих організмів). Сигнальна функція. Прийом сигналів із зовнішнього середовища і передача інформації у клітину відбувається за рахунок вбудованих в мембрану білків, здатних змінювати свою третинну структуру у відповідь на дію факторів зовнішнього середовища. Регуляторна функція властива білкам — гормонів (не усі гормони є білками). Вони підтримують постійні концентрації речовин у крові і клітинах, беруть участь у зростанні, розмноженні та інших життєво важливих процесах (наприклад, інсулін регулює вміст цукру в крові).

Нуклеїнові кислоти. Нуклеїнові кислоти. Нуклеїнові кислоти (від лат. нуклеус — «ядро») вперше були виявлені у 1868 р в ядрах лейкоцитів швейцарським ученим Фрідріхом Мішером. Пізніше було з'ясовано, що нуклеїнові кислоти містяться у всіх клітинах (у цитоплазмі, ядрі і у всіх органелах клітини). Фрідріх Мішер

Первинна структура молекул нуклеїнових кислот. Нуклеїнові кислоти — найбільші з молекул, що утворюються живими організмами. Вони є біополімерами, що складаються з мономерів — нуклеотидів. Кожен нуклеотид складається з нітрогеновмісної основи, п'ятикарбонового сахариду (пентози) і ортофосфатної групи (залишку ортофосфатної кислоти). Залежно від виду пятикарбонового сахариду (пентози), розрізняють два типи нуклеїнових кислот:дезоксирибонуклеїнові кислоти (скорочено ДНК) — молекула ДНК містить п'ятикарбовновий сахарид — дезоксирибозу.рибонуклеїнові кислоти (скорочено РНК) — молекула РНК містить п'ятикарбоновий сахарид — рибозу.

Вторинна структура молекул ДНК і РНКВторинна структура — це форма молекул нуклеїнових кислот. Просторова структура молекули ДНК була змодельована американськими вченими Джеймсом Уотсоном і Френсісом Криком у 1953 р. Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) — складається з двох спірально закручених ланцюгів, які по всій довжині сполучаються один з одним водневими зв'язками. Таку структуру (властиву тільки молекулам ДНК), називають подвійною спіраллю. Кожен «крок» подвійної спіралі ДНК становить 3,4 нм, і містить 10 пар нуклеотидів. Довжина одного нуклеотиду становить 0,34 нм. Середня молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 а.о.м. Джеймс Вотсон. Френсіс Крік

Будова ДНКДНК — полінуклеотид. Кожен нуклеотид (мономер) ДНК містить:п'ятикарбонову сахарозу — дезоксирибозу;залишок ортофосфатної кислоти,одна з чотирьох нітрогеновмісних основ: аденін, гуанін, цитозин і тимін. Навпроти аденіну одного ланцюга завжди розташовується тимін іншого ланцюга, навпроти гуаніну — цитозин. Пара А — Т сполучена двома водневими зв'язками, а пара Г — Ц — трьома.

Роль нуклеїнових кислот як носія спадкової інформації. АТФ та інші органічні речовини клітин. АТФ та інші органічні речовини клітин. Аденозинтриортофосфатна кислота — АТФНуклеотиди є структурною основою для цілого ряду важливих для життєдіяльності органічних речовин, наприклад макроергічних сполук. Універсальним джерелом енергії у всіх клітинах є АТФ — аденозинтриортофосфатна кислота, або аденозинтриортофосфат. АТФ — нестійка структура, і при відділенні одного залишку ортофосфатної кислоти АТФ перетворюється на аденозиндиортофосфат (АДФ), вивільняючи 40 к. Дж енергії.

Інші похідні нуклеотидів. Особливу групу похідних нуклеотидів складають переносники водню. Молекулярний водень і атомарний Гідроген має велику хімічну активність і виділяється або поглинається у результаті різних біохімічних процесів. Одним з найпоширеніших переносників водню і Гідрогену є нікотинаміддінуклеотідортофосфат (НАДФ). Молекула НАДФ здатна приєднувати два атоми або одну молекулу вільного водню, переходячи у відновлену форму НАДФ⋅Н𝟐. У такому вигляді водень може бути використаний в різних біохімічних реакціях. Нуклеотиди можуть також брати участь e регуляції окиснювальних процесів у клітині. Вітаміни беруть участь практично у всіх біохімічних і фізіологічних процесах, що у сукупності забезпечують обмін речовин. Як недостача, так і надлишок вітамінів може привести до серйозних порушень багатьох фізіологічних функцій в організмі.

Дякую за увагу !!!