Реферат неорганические вещества по биологии

Обновлено: 04.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ

на заседании ЦМК

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЛЕКЦИОННОГО ЗАНЯТИЯ № 5

Разработано преподавателем биологии ГОУ КБМК

Раздел II . Учение о клетке.

Глава 3. Химическая организация клетки.

Образовательные цели:

познакомить с характеристикой молекулярного уровня;

сформировать знания о химическом составе клетки, классификации элементов;

раскрыть свойства и значение воды, солей в клетке.

Развивающие цели:

обогащения и усложнения словарного запаса за счет новых терминов: гидрофильные, гидрофобные, диполь, буферные системы и т.д.

развитие мышления через самостоятельный поиск знаний (реферат).

Воспитательные цели:

воспитание познавательного интереса через МПС

Вид лекции: лекция - информация

Метод обучения: объяснительно - иллюстративный

СТРУКТУРА ЗАНЯТИЯ И РЕЖИМ ВРЕМЕНИ:

Организационный момент. Мобилизация аудитории___1______мин

Вступительное слово (тема, цель, мотивация, план)____4______мин

Изложение материала ____________________________70______мин

ХОД ЗАНЯТИЯ

Организационный момент. Мобилизация аудитории.

Вступительное слово преподавателя.

В предыдущих лекциях речь шла об основных свойствах живого, о том, как возникли живые организмы на нашей планете. Рассмотрим подробнее общие черты химического состава, структуру и особенности жизнедеятельности элементарной единицы строения живых организмов - клетки. Данная тема включена в семинарское занятие, в экзаменационные билеты 1 курса обучения, она необходима для изучения дальнейших тем по биологии, анатомии, микробиологии, биохимии.

ВОПРОСЫ ДЛЯ АКТУАЛИЗАЦИИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ: (приложение №2)

Изложение нового материала:

ПЛАН ЛЕКЦИИ :

Химический состав клетки

группы химических элементов,

биологическое значение элементов и ионов.

Вода и ее роль в жизнедеятельности клетки.

особенности строения молекулы,

Минеральные вещества клетки.

Подведение итогов, задание на дом

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА (приложение №3)

Приложение 1

I . ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ

В состав живых организмов входят те же химические элементы, которые составляют и объекты неживой природы. Сходство в строении и химическом составе разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения.

В клетке обнаружено более 80 химических элементов Периодической системы Д.И.Менделеева. В то же время распределение этих элементов в клетках неравномерно. До 98% от массы любой клетки приходится на четыре элемента: кислород (75%), углерод (15%), азот (3%) и водород (8%). Они составляют основу органических соединений. Около 2% от массы клетки приходится на следующие восемь элементов: сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых количествах (меньше 0,01%). Некоторые живые организмы способны накапливать определенные химические элементы. Например, некоторые водоросли накапливают йод, лютики - литий, ряска - радий, злаки - кремний, моллюски и ракообразные - медь, позвоночные - железо, некоторые бактерии - марганец и т.д.

Группы химических элементов:

Все элементы по содержанию их в живых организмах разделяются на три группы:

1. Макроэлементы - количество их составляет до 0,001% от массы тела:

O, C, H, N, P, Ca, S, K, Na, Cl, Mg, Fe;

2 Микроэлементы - на их долю приходится от 0,001 до 0,000001 %:

Mn, I, Br, F, Zn, Cu, B, Ni;

3. Ультрамикроэлементы - их содержание не превышает 0,000001%:

Au, Be, Hg, Ag, Se, Ra, U;

Биологическое значение элементов и ионов:

C , H , O - входят в состав углеводов и жиров.

В составе белков к ним добавляются N , S .

В составе нуклеиновых кислот - N , P .

Железо участвует в построении молекул гемоглобина.

Магний находится в составе хлорофилла.

Медь обнаружена в некоторых оксиметильных ферментах.

Йод содержится в составе молекулы тироксина (гормона щитовидной железы).

Натрий и калий обеспечивают электрический заряд на мембранах нервных клеток и волокон.

Цинк входит в состав молекулы гормона поджелудочной железы - инсулина, его недостаток снижает плодовитость, вызывает задержки роста у людей и животных.

Кобальт входит в состав витамина В ₁₂ , стимулирует кроветворение, его избыток в организме вызывает развитие злокачественных опухолей.

Кальций и фосфор используются для построения костной ткани.

II . ВОДА И ЕЁ РОЛЬ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКИ

Вода составляет почти 80% массы клетки. В клетке она находится в двух формах: свободной - 95% и связанной - 5%. Потеря 20% воды смертельна для организма.

Ей принадлежит существенная многообразная роль в жизни клетки.

Она определяет физические свойства клетки - ее объем, форму, упругость. Вода участвует в образовании структурных молекул органических веществ, в частности структуры белков. Большинство реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водном растворе; многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки. Вода является непосредственным участником многих химических реакций (расщепление белков, углеводов, жиров и др.).

Особенности строения молекулы:

Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной

структуры, полярностью молекул воды . Частица воды - диполь : в области атомов водорода (протона) преобладает положительный заряд, а в области атомов кислорода - отрицательный. Этим объясняется способность воды к ориентированию в электрическом поле и присоединению к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд, с образованием гидратов. Много веществ способно растворяться в воде: соли, кислоты, щелочи, из органических веществ - многие спирты, амины, углеводы, белки и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными веществами (греч. “гидрос” - вода, “филео” - люблю). Жиры, клетчатка и другие вещества плохо или вовсе не растворяются в воде, их называют гидрофобными (греч. “гидрос” - вода, “фобос” - страх, ненависть).

Гидрофильность объясняется наличием групп атомов, способных вступать с молекулами воды в электростатическое взаимодействие или образованием с ними водородных связей. Гидрофильные вещества - это соли, углеводы, белки, низкомолекулярные органические соединения. Многие жиры - гидрофобны.

Гидрофобные вещества входят в состав клеточных мембран, обусловливая их полупроницаемость.

Функции воды:

- если сила притяжения молекул воды к молекулам вещества больше, чем сила притяжения между молекулами воды, то вещество растворяется

- гидрофильные и гидрофобные вещества,

- способна растворять газы (О ₂ , СО ₂ и др.).

Обладает высокой теплоемкостью:

- способна поглощать тепловую энергию при минимальном повышении собственной температуры,

- защищает ткани организма от быстрого и сильного повышения температуры,

- организмы охлаждаются, испаряя воду (транспирация у растений,

потоотделение у животных).

Обладает высокой теплопроводностью:

- обеспечивает равномерное распределение тепла по всему организму,

- поддерживает тепловое равновесие клетки и организма.

Определяет объем и упругость клетки:

- обеспечивает осмотическое и тургорное давление.

Среда для протекания биохимических реакций.

Средство транспортировки веществ в клетках (диффузия) и в организме (кровообращение).

Участвует в реакциях гидролиза и фотосинтеза (источник ионов Н + ).

III . МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ

Большая часть минеральных веществ клетки находится в виде солей (серной, соляной, фосфорной ), диссоциированных на ионы, либо в твердом состоянии.

В цитоплазме практически любой клетки имеются кристаллические включения , состоящие из слаборастворимых солей кальция и фосфора . Могут содержаться двуокись кремния и другие неорганические вещества. Они используются для образования опорных структур клетки (радиолярии) и организма: минеральные вещества костной ткани (соли кальция и фосфора).

Неорганические ионы представлены катионами ( K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , NH 3 + ) и анионами ( Cl - , HCO 3 - , H 2 PO 4 - , SO 4 2- и др.) минеральных солей.

Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей ее среде различна. В результате образуется разность потенциалов между содержимым клетки и окружающей ее средой. Этим обеспечиваются такие процессы, как раздражимость и передача возбуждения по нерву или мышце.

По своей реакции растворы могут быть кислыми, основными и нейтральными. Кислотность или основность раствора определяется концентрацией в нем ионов Н + . Эту концентрацию выражают при помощи водородного показателя - рН. Нейтральной реакции жидкости отвечает рН = 7,0 , кислой реакции - рН и основной - рН > 7,0 .

Значение рН в клетках примерно равно 7,0. Изменение его на одну - две единицы губительно для клетки. Постоянство рН в клетках поддерживается благодаря буферным свойствам их содержимого.

Буферным называют раствор, содержащий смесь какой - либо слабой кислоты и ее растворимой соли. Когда кислотность увеличивается, свободные анионы, источником которых является соль, соединяются со свободными ионами Н + и удаляют их из раствора. Когда кислотность снижается, высвобождаются дополнительные ионы Н + . Так в буферном растворе поддерживается относительно постоянная концентрация ионов Н + .

Буферность - способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов (рН). Буферная система млекопитающих, состоящая из HPO 4 2- и H 2 PO 4 - , поддерживает рН внутриклеточной жидкости в пределах 6,9 - 7,4. Главной буферной системой внеклеточной среды (плазмы крови) служит бикарбонатная система, состоящая из H 2 CO 3 и HCO 4 - . Она поддерживает рН на уровне 7,4.

Ионы некоторых металлов ( Mg , Ca , Fe , Zn , Cu , Mn , Mo , Br , Co ) являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов или активируют их. При их недостатке нарушаются важнейшие процессы жизнедеятельности.

Важную роль для жизнедеятельности организмов играют неорганические кислоты и их соли. Например, соляная кислота входит в состав желудочного сока и создает условия для переваривания белков пищи. Остатки соляной кислоты способствуют выведению из организма нерастворимых в воде веществ.

Клетка - единица живого: способность размножаться, видоизменяться и реагировать на раздражения. Строение и химический состав, функции внутриклеточных структур и клеток внутри организма, размножение и развитие. Неорганические вещества и их содержание.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	10.12.2015
Размер файла	15,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Реферат

Тема: Неорганические вещества и их роль в клетке

Введение

Наука о клетке называется цитологией (греч. "цитос" клетка, "логос" - наука).

Клетка является единицей живого: она обладает способностью размножаться, видоизменяться и реагировать на раздражения. Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции внутриклеточных структур и клеток внутри организма, размножение и развитие клеток, приспособление клеток к условиям окружающей среды. Впервые название "клетка" применил Роберт Гук в середине XVII в. при рассмотрении под микроскопом, им сконструированным, тонкого среза пробки. Он увидел, что пробка состоит из ячеек - клеток (англ. "cell" - камера, келья). К началу XIX в., после того как появились хорошие микроскопы, были разработаны методы фиксации и окраски клетки, представления о клеточном строении организмов получили общее признание.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

1. Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

3. Размножение клеток происходит путем их деления, т.е. каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки. Положения о генетической непрерывности относиться не только к клетке в целом, но и некоторым из её более мелких компонентов - к генам и хромосомам, а также к генетическому механизму, обеспечивающему передачу вещества наследственности следующему поколению.

4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Клетка - это элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самопроизведению.

Неорганические вещества и их роль в клетке

Вода. Из неорганических веществ, входящих в состав клетки, важнейшим является вода. Количество ее составляет от 60 до 95% общей массы клетки. Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания.

Роль воды в клетке определяется ее уникальными химическими и физическими свойствами, связанными главным образом с малыми размерами молекул, с полярностью ее молекул и с их способностью образовывать друг с другом водородные связи.

Вода как компонент биологических систем выполняет следующие важнейшие функции: клетка химический неорганический

Вода -- универсальный растворитель для полярных веществ, например солей, Сахаров, спиртов, кислот и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными. Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно; соответственно возрастает реакционная способность вещества. Именно по этой причине большая часть химических реакций в клетке протекает в водных растворах. Ее молекулы участвуют во многих химических реакциях, например при образовании или гидролизе полимеров. В процессе фотосинтеза вода является донором электронов, источником ионов водорода и свободного кислорода.

Неполярные вещества вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку не может образовывать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. Гидрофобные молекулы или их части отталкиваются водой, а в ее присутствии притягиваются друг к другу. Такие взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеиновых кислот и ряда субклеточных структур.

Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде. Кроме того, вода отличается высокой теплопроводностью, что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.

Вода характеризуется высокой теплотой парообразования, т. е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла при одновременном охлаждении организма. Благодаря этому свойству воды, проявляющемуся при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и других животных, транспирации у растений, предотвращается их перегрев.

Для воды характерно исключительно высокое поверхностное натяжение. Это свойство имеет очень важное значение для адсорбционных процессов, для передвижения растворов по тканям (кровообращение, восходящий и нисходящий токи в растениях). Многим мелким организмам поверхностное натяжение позволяет удерживаться на воде или скользить по ее поверхности.

Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.

У растений вода определяет тургор клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие).

Вода - составная часть смазывающих жидкостей (синовиальной - в суставах позвоночных, плевральной - в плевральной полости, перикардиальной - в околосердечной сумке) и слизей (облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др.

Минеральные соли. солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы (К+, Na+, Са 2+, Mg:+, NH4+) и анионы (С 1, Н 2Р 04 -, НР 042-, НС 03 -, NO32--, SO4 2-) Существенным является не только содержание, но и соотношение ионов в клетке.

Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения. Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану, а также преобразование энергии.

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6,9.

Угольная кислота и ее анионы формируют бикарбонатную буферную систему, поддерживающую рН внеклеточной среды (плазма крови) на уровне 7,4.

Некоторые ионы участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.

Ряд катионов и анионов необходим для синтеза важных органических веществ (например, фосфолипидов, АТФ, нуклеотидов, гемоглобина, гемоцианина, хлорофилла и др.), а также аминокислот, являясь источниками атомов азота и серы.

Список литературы

1. Биология для поступающих в ВУЗы. Москва "Высшая школа" 1998 год.

2. Большая Советская Энциклопедия (Электронный вариант).

3. Малая Медицинская Энциклопедия (Электронный вариант).

4. Биология "Человек" 9 класс, Москва, "Дрофа", 2001 год.

5. Н.А. Лемеза Л.В. Камлюк Н.Д. Лисов "Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы"

Подобные документы

Клетка–элементарная единица жизни на Земле. Химический состав клетки. Неорганические и органические вещества: вода, минеральные соли, белки, углеводы, кислоты. Клеточная теория строения организмов. Обмен веществ и преобразование энергии в клетке.

реферат [36,2 K], добавлен 13.12.2007

Химический состав клеток, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающей среды. Положения клеточной теории по М. Шлейдену и Т. Шванну.

презентация [1,3 M], добавлен 17.12.2013

Признаки и уровни организации живых организмов. Химическая организация клетки. Неорганические, органические вещества и витамины. Строение и функции липидов, углеводов и белков. Нуклеиновые кислоты и их типы. Молекулы ДНК и РНК, их строение и функции.

реферат [13,5 K], добавлен 06.07.2010

Общая характеристика живой и неживой природы. Неорганические и органические вещества в клетке: макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы, соли, вода, нуклеиновые кислоты, углеводы, белки, липиды. Понятие биогенных элементов. Свойства воды.

презентация [3,7 M], добавлен 26.04.2012

Клетка как основная единица живого. Химический состав клетки, ее элементарные частицы и характер протекающих внутри процессов. Роль и значение воды в жизнедеятельности клетки. Этапы энергетического обмена клетки, реакций расщепления (диссимиляции).

В состав клетки входит около 70 элементов периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы:

макроэлементы – H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;

микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;

ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.

В состав клетки входят молекулы неорганическихи органическихсоединений.

Неорганические соединения клетки – вода и неорганические ионы.

Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.

Физические свойства воды: так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ. Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными. Вещества, нерастворимые в воде называются гидрофобными .

Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Вспомните, как долго нагревается до кипения чайник. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме.

Для испарения воды необходима достаточно большая энергия. Температура кипения воды выше, чем у многих других веществ. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.

Водородные связи обуславливают вязкость воды и сцепление ее молекул с молекулами других веществ. Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создается пленка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение .

При охлаждении движение молекул воды замедляется. Количество водородных связей между молекулами становится максимальным. Наибольшей плотности вода достигает при 4 Сº. При замерзании вода расширяется (необходимо место для образования водородных связей) и ее плотность уменьшается. Поэтому лед плавает.

Биологические функции воды. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.

Вода – активный участник реакций обмена веществ.

Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме. Эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке.

Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слезы, желчь, сперма и т.д.

Неорганические ионы. К неорганическим ионам клетки относятся: катионы K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3+ и анионы Cl–, NO3‑, Н2PO4‑, NCO3‑, НPO42‑.

Разность между количеством катионов и анионов (Nа+, Ка+, Сl‑) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6–9.

Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7–4.

Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот. Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих. Ионы кальция входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.

Неорганические вещества в клетке, их роль в обеспечении процессов жизнедеятельности и поддержания гомеостаза.

В состав живой клетки входят те же химические элементы, которые входят в состав неживой природы. Из 104 элементов периодической системы Д. И. Менделеева в клетках обнаружено 60.

Их делят на три группы:

основные элементы — кислород, углерод, водород и азот (98% состава клетки);
элементы, составляющие десятые и сотые доли процента,— калий, фосфор, сера, магний, железо, хлор, кальций, натрий (в сумме 1,9%);
все остальные элементы, присутствующие в еще более малых количествах,— микроэлементы.

Молекулярный состав клетки сложный и разнородный. Отдельные соединения — вода и минеральные соли — встречаются также в неживой природе; другие — органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др.— характерны только для живых организмов.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

Вода составляет около 80% массы клетки; в молодых быстрорастущих клетках — до 95%, в старых — 60%.

Роль воды в клетке велика.

Минеральные соли в водных растворах клетки диссоциируют на катионы и анионы, обеспечивая устойчивое количество необходимых химических элементов и осмотическое давление. Из катионов наиболее важны К + , Na + , Са 2+ , Mg + . Концентрация отдельных катионов в клетке и во внеклеточной среде неодинакова. В живой клетке концентрация К высокая, Na + — низкая, а в плазме крови, наоборот, высокая концентрация Na + и низкая К + . Это обусловлено избирательной проницаемостью мембран. Разность в концентрации ионов в клетке и среде обеспечивает поступление воды из окружающей среды в клетку и всасывание воды корнями растений. Недостаток отдельных элементов — Fe, Р, Mg, Со, Zn — блокирует образование нуклеиновых кислот, гемоглобина, белков и других жизненно важных веществ и ведет к серьезным заболеваниям. Анионы определяют постоянство рН-клеточной среды (нейтральной и слабощелочной). Из анионов наиболее важны НРО₄ 2- , Н₂РO₄ — , Cl — , HCO₃ —

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

Органические вещества в комплексе образуют около 20—30% состава клетки.

Моносахариды (их общая формула С_nН_2nО_n) — бесцветные вещества с приятным сладким вкусом, хорошо растворимы в воде. Они различаются по количеству атомов углерода. Из моносахаридов наиболее распространены гексозы (с 6 атомами С): глюкоза, фруктоза (содержащиеся в фруктах, меде, крови) и галактоза (содержащаяся в молоке). Из пентоз (с 5 атомами С) наиболее распространены рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеиновых кислот и АТФ.

Полисахариды относятся к полимерам — соединениям, у которых многократно повторяется один и тот же мономер. Мономерами полисахаридов являются моносахариды. Полисахариды растворимы в воде, многие обладают сладким вкусом. Из них наиболее просты дисахариды, состоящие из двух моносахаридов. Например, сахароза состоит из глюкозы и фруктозы; молочный сахар — из глюкозы и галактозы. С увеличением числа мономеров растворимость полисахаридов падает. Из высокомолекулярных полисахаридов наиболее распространены у животных гликоген, у растений — крахмал и клетчатка (целлюлоза). Последняя состоит из 150—200 молекул глюкозы.

Углеводы — основной источник энергии для всех форм клеточной активности (движение, биосинтез, секреция и т. д.). Расщепляясь до простейших продуктов СO₂ и Н₂O, 1 г углевода освобождает 17,6 кДж энергии. Углеводы выполняют строительную функцию у растений (их оболочки состоят из целлюлозы) и роль запасных веществ (у растений — крахмал, у животных — гликоген).

Липиды — это нерастворимые в воде жироподобные вещества и жиры, состоящие из глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке. При комнатной температуре это твердые вещества. У растений жиры находятся в семенах, плодах и других органах. При комнатной температуре это жидкости. С жирами по химической структуре сходны жироподобные вещества. Их много в желтке яиц, клетках мозга и других тканях.

Роль липидов определяется их структурной функцией. Из них состоят клеточные мембраны, которые вследствие своей гидрофобности препятствуют смешению содержимого клетки с окружающей средой. Липиды выполняют энергетическую функцию. Расщепляясь до СO₂ и Н₂O, 1 г жира выделяет 38,9 кДж энергии. Они плохо проводят тепло, накапливаясь в подкожной клетчатке (и других органах и тканях), выполняют защитную функцию и роль запасных веществ.

Белки — наиболее специфичны и важны для организма. Они относятся к непериодическим полимерам. В отличие от других полимеров их молекулы состоят из сходных, но нетождественных мономеров — 20 различных аминокислот.

Каждая аминокислота имеет свое название, особое строение и свойства. Их общую формулу можно представить в следующем виде

Молекула аминокислоты состоит из специфической части (радикала R) и части, одинаковой для всех аминокислот, включающей аминогруппу (— NH₂) с основными свойствами, и карбоксильную группу (СООН) с кислотными свойствами. Наличие в одной молекуле кислотной и основной групп обусловливает их высокую реактивность. Через эти группы происходит соединение аминокислот при образовании полимера — белка. При этом из аминогруппы одной аминокислоты и карбоксила другой выделяется молекула воды, а освободившиеся электроны соединяются, образуя пептидную связь. Поэтому белки называют полипептидами.

Молекула белка представляет собой цепь из нескольких десятков или сотен аминокислот.

Молекулы белков имеют огромные размеры, поэтому их называют макромолекулами. Белки, как и аминокислоты, обладают высокой реактивностью и способны реагировать с кислотами и щелочами. Они различаются по составу, количеству и последовательности расположения аминокислот (число таких сочетаний из 20 аминокислот практически бесконечно). Этим объясняется многообразие белков.

В строении молекул белков различают четыре уровня организации (59)

Первичная структура — полипептидная цепь из аминокислот, связанных в определенной последовательности ковалентными (прочными) пептидными связями.
Вторичная структура — полипептидная цепь, закрученная в тугую спираль. В ней между пептидными связями соседних витков (и другими атомами) возникают малопрочные водородные связи. В комплексе они обеспечивают довольно прочную структуру.
Третичная структура представляет собой причудливую, но для каждого белка специфическую конфигурацию — глобулу. Она удерживается малопрочными гидрофобными связями или силами сцепления между неполярными радикалами, которые встречаются у многих аминокислот. Благодаря их многочисленности они обеспечивают достаточную устойчивость белковой макромолекулы и ее подвижность. Третичная структура белков поддерживается также за счет ковалентных S — S (эс — эс) связей, возникающих между удаленными друг от друга радикалами серосодержащей аминокислоты — цистеина.
Четвертичная структура типична не для всех белков. Она возникает при соединении нескольких белковых макромолекул, образующих комплексы. Например, гемоглобин крови человека представляет комплекс из четырех макромолекул этого белка.

Такая сложность структуры белковых молекул связана с разнообразием функций, свойственных этим биополимерам. Однако строение белковых молекул зависит от свойств окружающей среды.

Нарушение природной структуры белка называют денатурацией . Она может возникать под воздействием высокой температуры, химических веществ, лучистой энергии и других факторов. При слабом воздействии распадается только четвертичная структура, при более сильном — третичная, а затем — вторичная, и белок остается в виде первичной структуры — полипептидной цепи, Этот процесс частично обратим, и денатурированный белок способен восстанавливать свою структуру.

Роль белка в жизни клетки огромна.

Белки — это строительный материал организма. Они участвуют в построении оболочки, органоидов и мембран клетки и отдельных тканей (волос, сосудов и др.). Многие белки выполняют в клетке роль катализаторов — ферментов, ускоряющих клеточные реакции в десятки, сотни миллионов раз. Известно около тысячи ферментов. В их состав, кроме белка, входят металлы Mg, Fe, Мn, витамины и т. д.

Каждая реакция катализируется своим особым ферментом. При этом действует не весь фермент, а определенный участок — активный центр. Он подходит к субстрату, как ключ к замку. Действуют ферменты при определенной температуре и рН среды. Особые сократительные белки обеспечивают двигательные функции клеток (движение жгутиковых, инфузорий, сокращение мышц и т. д.). Отдельные белки (гемоглобин крови) выполняют транспортную функцию, доставляя кислород ко всем органам и тканям тела. Специфические белки — антитела — выполняют защитную функцию, обезвреживая чужеродные вещества. Некоторые белки выполняют энергетическую функцию. Распадаясь до аминокислот, а затем до еще более простых веществ, 1 г белка освобождает 17,6 кДж энергии.

Молекула ДНК имеет сложное строение. Она состоит из двух спирально закрученных цепей. Ширина двойной спирали 2 нм 1 , длина несколько десятков и даже сотен микромикрон (в сотни или тысячи раз больше самой крупной белковой молекулы). ДНК — полимер, мономерами которой являются нуклеотиды — соединения, состоящие из молекулы фосфорной кислоты, углевода — дезоксирибозы и азотистого основания. Их общая формула имеет следующий вид:

Фосфорная кислота и углевод одинаковы у всех нуклеотидов, а азотистые основания бывают четырех типов: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Они и определяют название соответствующих нуклеотидов:

адениловый (А),
гуаниловый (Г),
цитозиловый (Ц),
тимидиловый (Т).

Каждая цепь ДНК представляет полинуклеотид, состоящий из нескольких десятков тысяч нуклеотидов. В ней соседние нуклеотиды соединены прочной ковалентной связью между фосфорной кислотой и дезоксирибозой.

При огромных размерах молекул ДНК сочетание в них из четырех нуклеотидов может быть бесконечно большим.

Между А и Т возникают две связи, между Г и Ц — три.

Удвоение молекулы ДНК — ее уникальная особенность, обеспечивающая передачу наследственной информации от материнской клетки дочерним. Процесс удвоения ДНК называется редупликацией ДНК. Он осуществляется следующим образом. Незадолго перед делением клетки молекула ДНК раскручивается и ее двойная цепочка под действием фермента с одного конца расщепляется на две самостоятельные цепи. На каждой половине из свободных нуклеотидов клетки, по принципу комплементарности, выстраивается вторая цепь. В результате вместо одной молекулы ДНК возникают две совершенно одинаковые молекулы.

РНК — полимер, по структуре сходный с одной цепочкой ДНК, но значительно меньших размеров. Мономерами РНК являются нуклеотиды, состоящие из фосфорной кислоты, углевода (рибозы) и азотистого основания. Три азотистых основания РНК — аденин, гуанин и цитозин — соответствуют таковым ДНК, а четвертое — иное. Вместо тимина в РНК присутствует урацил. Образование полимера РНК происходит через ковалентные связи между рибозой и фосфорной кислотой соседних нуклеотидов. Известны три вида РНК: информационная РНК (и-РНК) передает информацию о структуре белка с молекулы ДНК; транспортная РНК (т-РНК) транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка; рибосомная РНК (р-РНК) содержится в рибосомах, участвует в синтезе белка.

Эта реакция сопровождается выделением 40 кДж энергии, поэтому фосфорнокислородную связь называют макроэнергетической связью и обозначают знаком [бесконечность]. В АТФ имеются две такие связи. Если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту).

АТФ играет центральную роль в превращении энергии в клетке.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читайте также: