У

близько 80 виявлено      у складі    клітин живих організмів.

Усі елементи за вмістом їх у живих організмах поділяються на три групи:

ü Макроелементи — уміст яких перевищує 0,001 % від маси тіла.

98 % від маси будь-якої клітини припадає на чотири елементи (їх іноді називають органогенами):

q  Оксиген (O) — 65 - 75 % — входить до складу органічних речовин та води;

q  Карбон (C) — 15 - 18 % — входить до складу усіх органічних речовин;

q  Гідроген (H) — 8 - 10 % — входить до складу води та практично усіх органічних речовин;

q  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 властивості

Будова молекули води

Вода (Н_𝟐O) — 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

q  Механічна функція: вода практично не стискається, і надає форми соковитим органам і тканинам.

q  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.

q  Метаболічна функція: вода — активний учасник реакцій обміну речовин.

q  Терморегуляторна функція: вода забезпечує рівномірний розподіл тепла всередині організму, а під час транспірації у рослин та потовиділення у тварин охолоджує організм.

q  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:

q  жирні кислоти;

q  мономерні біомолекули (моносахариди, амінокислоти й нуклеотиди);

q  біорегуляторні молекули (гормони, нейромедіатори, вітаміни, алкалоїди); q 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 кДж, а під час гідролізу 1 моль АТФ до АДФ — близько 40 кДж.

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 кДж 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».

Приклад:

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

• ліноленова: C17H29COOH.

Класифікації та фізичні властивості ліпідів

Є декілька класифікацій ліпідів:

q  за властивостями розрізняють полярні та неполярні ліпіди;

q  за біологічними функціями — резервні та структурні ліпіди; q за структурними особливостями — прості, складні, та похідні ліпідів.

Розрізняють жири рослинні та тваринні.

Ø  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.

Ø  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 олії

Сало — твердий жир

                          Функції жирів

Функції ліпідів:

q  запасаюча — жири є основною формою запасання ліпідів у клітині.

q  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).

q  Жири використовуються і як джерело води (при окисненні 1 г жиру утворюється більше 1 г води).

q  Захисна — підшкірний жировий шар захищає організм від механічних пошкоджень.

q  Структурна — фосфоліпіди входять до складу клітинних мембран.

q  Теплоізоляційна — підшкірний жир допомагає зберегти тепло.

q  Гормональна (регуляторна) — гормон наднирників (кортизон) і статеві гормони (прогестерон і тестостерон) є стероїдами.

q  Змащуюча — воски покривають шкіру, шерсть, пір'я і оберігають їх від води. Восковим нальотом покриті листя багатьох рослин, віск використовується при будівництві бджолиних сот.

До

Структура білків

Білки (протеїни, поліпептиди) — найчисленніші, різноманітні біополімери, що мають першорядне значення для клітин. До складу молекул білків входять

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.

q  Структурна (будівельна) основних функцій білків (білки входять до складу клітинних мембран, цитоплазми, органоїдів; білок кератин утворює волосся і нігті; білки колаген та еластин — хрящі та сухожилля).

q  Транспортна функція активний транспорт мембрани (транспортні мембрані клітин), транспорт кисню і вуглекислого газу (гемоглобін крові транспорт жирних кислот (білки сироватки крові сприяють переносу ліпідів і жирних кислот, різних біологічно активних речовин).

q  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).

q  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.

q  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

Залежно від виду пятикарбонового сахариду (пентози), розрізняють два типи нуклеїнових кислот:

q  дезоксирибонуклеїнові кислоти (скорочено ДНК) — молекула ДНК містить п'ятикарбовновий сахарид — дезоксирибозу.

q  рибонуклеїнові кислоти (скорочено РНК) — молекула РНК містить п'ятикарбоновий сахарид — рибозу.

Вторинна структура молекул ДНК і РНК

Вторинна  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    Джеймс Вотсон 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.

Френсіс Крік

ДНК — полінуклеотид. Кожен нуклеотид (мономер) ДНК містить:

ü  п'ятикарбонову сахарозу — дезоксирибозу;

ü  залишок ортофосфатної кислоти,

ü  одна з чотирьох нітрогеновмісних основ: аденін, гуанін, цитозин і тимін.

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 — АТФ

Нуклеотиди 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.

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⋅Н_𝟐. 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.