Неорганические вещества клетки

Тема: ХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ

ОРГАНИЧЕСКИЕВЕЩЕСТВА

План:

1.Химические элементы в составе живой материи.

2.Неорганические вещества клетки.

3. Углеводы

4. Липиды

5.Аминокислоты

6.Белки

Химические элементы в составе живой материи.

Химический состав живых систем и неживой природы сходен. Главное отличие состоит в количественном соотношении химических элементов и соединений, содержащихся в неживых и живых системах. Самые распространенные химические соединения живых существ – углеродсодержащие молекулы и вода. В клетках живых организмов обнаружены многие элементы периодической системы Д.И. Менделеева. Химические элементы в клетках располагаются очень неравномерно. 4 элемента (углерод, водород, азот и кислород) составляют более 95% массы живой клетки. Все химические элементы клетки делят на три группы:

1. Основные элементы или органогены(кислород, углерод, водород, азот). На их долю приходится 98 %.

2.Макроэлементы (кальций, калий, магний, натрий, железо, сера, фосфор, хлор) - составляют более 1,9% всей массы клетки.

3. Микроэлементы (медь, бор, кобальт, молибден, марганец, никель, бром, цинк, иод и др.). На их долю приходится более 0,1%; концентрация каждого не превышает 0,001%. Это ионы металлов, входящие в состав биологически активных веществ (гормонов, ферментов и др.).

4. Ультрамикроэлементы (уран, золото, бериллий, ртуть, цезий, селен и др.). Их концентрация не превышает 0,000001%. Физиологическая роль многих из них не установлена.

В клетках некоторых организмов обнаружено повышенное содержание отдельных химических элементов. Например, бактерии способны накапливать марганец, морские водоросли – йод, ряска – радий, моллюски и ракообразные – медь, позвоночные – железо.

Все химические соединения в клетке можно разделить на органические и неорганические (рис. 2.1).

Органические высокомолекулярные вещества

Рисунок 2.1 Химический состав клетки

Неорганические вещества клетки.

К ним относятся вода и минеральные соли.

Вода необходима для осуществления жизненных процессов в клетке. Ее содержание составляет 70-80% от массы клетки. Основные функции воды:

· представляет собой универсальный растворитель;

· является средой, в которой протекают биохимические реакции;

· определяет физиологические свойства клетки (упругость, объем);

· участвует в химических реакциях;

· поддерживает тепловое равновесие организма благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности;

· является основным средством для транспорта веществ.

Минеральные соли присутствуют в клетке в виде ионов: катионы К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺; анионы – Cl^-, HCO₃^-, H₂РО₄^-.

Основными классами органических соединений клеток являются белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы. Кроме того, в составе живой клетки в небольших количествах встречаются органические кислоты, спирты, альдегиды, кетоны, углеводороды, эфиры, амины и др.

В зависимости от молекулярной массы и величины молекул органические вещества клетки можно разделить на низкомолекулярные (мономеры) и высокомолекулярные (полимеры). К полимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, некоторые углеводы: олигосахариды и полисахариды. Если полимер состоит из одного вида мономеров, его называют гомополимером, если же из двух и более – гетерополимером. Гетерополимеры бывают регулярные и нерегулярные. В структуре регулярного полимера порядок чередования мономеров регулярно повторяется. В структуре нерегулярных полимеров нет определённой закономерности чередования мономеров (аминокислоты в белках).

Различные типы клеток содержат неодинаковое количество различных органических веществ. В растительных клетках преобладают углеводы, у животных белки и липиды, однако, каждый класс органических веществ в любом типе клеток выполняет сходные функции.

Рисунок 2.2

Углеводы

-полиоксикарбоксильные соединения и их производные компоненты всех организмов, имеющие общую формулу C_mH_2nO_n или C_m(H₂O)_n, при m ≥3.

Название класса отражает тот факт, что H и O присутствуют в тех же соотношениях, что и в молекуле воды. В животной клетке углеводов 2 – 5 %, в растительных на много больше, в некоторых до 90 % (семена, клубни картофеля).

Все углеводы содержат альдегидную или кетонную группу, а так же несколько гидроксильных групп, поэтому легко окисляются, т.е. являются мощным восстановителем.

Классификация углеводов:

-ПРОСТЫЕ

это моносахариды или монозы - мономерные вещества.

В зависимости от того, какая группа входит в состав моносахарида (альдегидная или кетонная), моносахариды делят на альдозы (самые распространённые) и кетозы (фруктоза и рибулоза).

В растворах молекулы моносахаридов могут находиться в двух формах: открытая (цепная) и циклическая (кольчатая). Количественно преобладает циклическая форма. В кристаллическом состоянии моносахариды всегда находятся в циклической форме.

Моносахариды: это кристаллические вещества, растворимые в воде, сладкие на вкус. Различают:

1. триозы (С₃Н₆О₃) - являются промежуточными продуктами гликолиза, фотосинтеза.

2. тетрозы: (С₄Н₈О₄) - встречаются в природе редко, в основном у бактерий и растений (например, эритроза - один из промежуточных продуктов фотосинтеза).

3. пентозы: (С₅Н₁₀О₅) - широко представлены в природе. Например, рибоза, рибулоза, дезоксирибоза.

4. гексоза (С₆Н₁₂О₆) - большая и распространённая группа микроорганизмов, служат источником энергии, освобождаемой при окислении в процессе дыхания, учувствуют в синтезе дисахаридов и полисахаридов.

Глюкоза (виноградный сахар)

Фруктоза (плодовый сахар)

Галактоза - входит в состав лактозы, растительных и бактериальных полисахаридов.

Моносахариды дают все типичные реакции по альдегидной или кетто-группе. А также, по спиртовым радикалам, в результате таких реакций могут образовываться производные моносахарид:

1. Сахарные спирты (например, спирт глицерин используется при синтезе липидов).

2 Сахарные кислоты - продукты углеводного обмена. Например, сахарной кислотой, производной глюкозы является витамин С.

3. Дезоксисахара. Например, дезоксирибоза.

4. Аминосахара.

5. Гликозиды.

-СЛОЖНЫЕ

Это углеводы, распадающиеся при гидролизе, с образованием простых углеводов. Это полимерные вещества:

-олигосахариды (небольшие полимеры). Характеризуются сравнительно небольшой молекулярной массой, сравнительно хорошо растворяются в воде. Их молекулы содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков. В соответствии со степенью полимеризации различают ди-, три-, и т.д. Наиболее важны в природе дисахариды, общая формула С₁₂Н₂₂О₁₁. Это сахароза (глюкоза+фруктоза), мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (малочн7ый сахар)= галактоза + глюкоза

-полисахариды (крупные высокомолекулярные полимеры).

Выделяют гомополисахариды (пентозаны и гексозаны) и гетеросахариды. Глюкозаны - полисахариды на основе глюкозы, самые распространённые полисахариды. Это крахмал, гликоген, целлюлоза, каллоза (аморфный полимер глюкозы, образующийся в растениях в ответ на повреждение или неблагоприятное воздействие), инулин (полимер фруктозы), хитин.

Сложные полисахариды могут содержать кроме углеводной части другие органические соединения: муреин - состоит из протяжённых полисахаридных цепей с поперечными сшивками из пептидных мостиков; гликопротеины - содержат белковую и углеродную части.

Функции углеводов

1. Пластическая или строительная (полисахариды, целлюлоза, пектины, хитин, муреин и др).

2. Резервная (крахмал, гликоген, инсулин и др).

3.Энергетическая (1 гр=17,6 кДж)

4. Защитная (слизи и камеди от механических повреждений)

5. Транспортная (гликолипиды являются транспортной функцией липидов)

6. Регуляторная - гепарин - угнетает активность ряда ферментов, расширяет сосуды, снимает уровень сахара в крови, обладает антимитотическим действием.

7. Рецепторная (гликокаликс)

8. Осморегуляторная - осуществляется растворимыми углеводами, в первую очередь глюкозой.

9. Синтетическая. У растений моносахариды - первичные продукты фотосинтеза, служат основой для биосинтеза олигосахаридов, полисахаридов, жирных кислот, аминокислот и др. органических соединений.

Липиды

-это вещества, которые содержат углеводные и липидные компоненты. Присутствуют в тканях растений и животных, а так же в некоторых микроорганизмах; выполняют структурные, иммунологические (рецепторные), участвуют в межклеточных контактах.

Липиды - группа разнообразных в химическом отношении органических веществ, нерастворимых или плохо растворимых в воде, но растворимых в органических растворителях (бензин, ацетон, эфиры). Это общее свойство липидов связано с наличием у них длинных алефатических углеводородных цепей или бензольных колец. Такие структуры не полярные и гидрофобные.

Среди липидов выделяют жиры и жироподобные вещества - липоиды.

Липиды содержатся в любой клетке, обычно их содержание в клетке составляет 5 - 15% от сухой массы, однако, в жировых клетках животных и человека может быть до 90%. Жировая ткань находится под кожей, в сальнике, в грудных железах, покрывает некоторые органы (например, почки).

У масличных растений много жира в семенах и плодах.

Липоидов много в клетках мозга, яйцеклетках

В химическом отношении липиды очень разнообразны, но большинство из них являются сложными эфирами многоатомных и специфически построенных спиртов и жирных карбоновых кислот. Известны так же липиды, в составе которых отсутствуют карбоновые кислоты (терпены, стероиды, убихиноны).

Классификация липидов

1. Простые липиды. Не имеют в своём составе групп нелипидной природы (жиры, воска, стероиды, терпены, убихиноны и диольные липиды).

2. Сложные липиды. Помимо липидной части содержат в своём составе группу нелипидной природы (фосфолипиды, гликолипиды, липопротеиды, некоторые диольные липиды).

Физические свойства жиров зависят от того, какая группа высших карбоновых кислот количественно преобладает в его составе. Если в составе преобладают ненасыщенные жирные кислоты, то при нормальных условиях вещество будет жидким. В случае преобладания насыщенных жирных кислот, вещество - твёрдое.

Глицериновая часть молекулы жира - гидрофильная, а остатки жирных кислот - гидрофобные. Поэтому при нанесении жира на поверхность воды в сторону воды разворачивается глицериновая часть молекулы, а в сторону воздуха углеводородные цепочки. Расщепляется жир в организме гидролитическим путём с участием ферментов - липаз. У млекопитающих липазы содержатся в основном в соке поджелудочной железы, они действуют только на жиры, предварительно эмульгированы солями желчных кислот. Жиры способны под воздействием щелочей омыляться с образованием солей, называемых мылами. По углеводородным радикалам не насыщенных жирных кислот может происходить их восстановление до полного насыщения, при этом жидкие жиры переходят в твёрдые, таким образом из непищевых жидких жиров получают твёрдые - маргарины.

Функции липидов

1. Энергетическая. При полном окислительном распаде 1-го гр. жира выделяется 38,9 кДж энергии.

2. Структурная. Липиды входят в состав всех клеточных мембран (фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины).

Запасающая.

4. Регуляторная. Некоторые липиды осуществляют регуляцию гармонов и ферментов; липидами являются многие физиологически-активные вещества: гормоны, ростовые вещества, фотосинтетические пигменты.

5. Терморегуляторная. Липиды обладают плохой теплопроводностью и способны удерживать в организме тепло.

6. Защитная. Околопочечная жировая капсула, жировая подушка вокруг глаз, восковой налёт на частях растений.

7. Рецепторная. Межклеточное взаимодействие. Участие в передаче нервного импульса.

8. Источник эндогенной (внутренней) воды. При окислении 100 гр жира выделяется 107 мл. воды.

9. Синтетическая. При окислении липидов возникают метоболиты, которые вовлекаются в синтез других соединений.

10. Транспортная. Липопротеины являются транспортной формой липидов, стерины переносят жирные кислоты, убихиноны учавствуют в переносе электронов.

11. Растворяющая. В организме липиды растворяют вещества, например витамины А, Д, Е, К.

Поиск по сайту: