
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 клітиниЕлементи 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 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 (Н𝟐O) — 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 водиОскільки 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. БіополімериОсновні 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.
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 вуглеводівВластивості 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.
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 жирівЛіпіди — 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

|
• пальмітинова: C15H31COOH; • стеаринова: C17H35COOH. |
• олеїнова: C17H33COOH; • лінолева: C17H31COOH; |
• ліноленова: C17H29COOH.

Класифікації та фізичні властивості ліпідівЄ 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 жирівФункції 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

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 — це форма молекул нуклеїнових кислот.
Просторова структура молекули ДНК була змодельована американськими вченими Джеймсом Уотсоном і Френсісом Криком у 1953 р
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
|
АТФ — нестійка структура, і при відділенні одного залишку ортофосфатної кислоти АТФ перетворюється на аденозиндиортофосфат (АДФ), вивільняючи 40 кДж енергії. |
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.
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.
![]() |