Лекция № 4 ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ СОСТАВ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА. ПЛАН: 1. Химия клетки: 1.1. неорганические соединения: а) вода, б) минеральные соли. 1.2. органические соединения. 2. Основные типы биополимеров: 2.1. углеводы, 2.2. липиды, 2.3. нуклеиновые кислоты: 2.3.1. ДНК, 2.3.2. РНК: а) матричная, б) транспортная, в)рибосомная. 2.3.3. АТФ. 1. Химия клетки. В элементном составе клетки насчитывается более 70 химических элементов Периодической системы Менделеева. Около 98% массы клетки образуют 4 элемента: H2, C, O2, N. Их называют макроэлементами. В меньших количествах в состав клетки, кроме того, входят Ca, K, P, S, Na, Cl, все остальные (цинк, медь, кобальт, и др.) содержатся в очень малых количествах (их общий вклад в массу клетки 0.02%), поэтому их называют микроэлементами. Но они имеют жизненно-важное значение, т. к. входят в состав ферментов, витаминов и гормонов – веществ, обладающих большой биологической активностью. Клеточное вещество является полифазным коллоидом. Одна из этих фаз – цитоплазматический матрикс, имеет характер раствора, бесцветен; другая – мембранная система. Хим. элементы участвуют в построении вещества клеток в виде ионов или хим. элементов. Наиболее важными являются катионы + + 2+ 2+ K, Na, Ca, Mg анионы H2PO4, Cl, HCO3 Соединяясь, группы атомов образуют малые органические молекулы: аминокислоты, нуклеотиды, сахара и жирные кислоты. Из этих молекул образуются макромолекулы: белки, углеводы, липиды. 1.1. Клетки построены из органических и неорганических соединений. Неорганическими соединениями являются: вода и минеральные соли. 1 а) Вода составляет около 705 массы клетки. У медуз ее содержание превышает 95%. В теле человека – 60% (внутриклеточная 40%, межклеточная 15%, плазма 5%). Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул: 1 атом кислорода ковалентно связан с 2 водородными атомами. Молекула изогнута под углом 105 . Водородная связь – быстро образуется и быстро разрушается. Свойства воды: 1. Вода способна слипаться сама с собой (козегия) и с другими веществами (адзегия). Козегия – поверхностное натяжение воды («стакан воды с верхом»). Адзегия – капиллярные свойства воды (способность подниматься по тонкой трубке или порам). Водородными связями втягивают нижележащие молекулы. 1. Вода является растворителем. 2. Вода обладает высокой теплопроводностью (способность теплоты распространяться по данному веществу. В живом организме постоянно происходят р-и с выделением тепла, оно равномерно распределяется по всей воде по организму и устраняется эффект «горячих точек». 3. Вода имеет высокую температуру кипения. Чтобы заставить молекулы двигаться со скоростью, достаточной для разрыва водородных связей необходимо затратить больщое количество тепловой энергии. Достигнув t кип. молекулы не связаны друг с другом и превращаются в пар. 4. Терморегуляция – высокая скрытая теплота апрообразования воды позволяет телу значительно охладиться с минимальной потерей воды. (потоотделение, раскрывание пасти, транспирация у листьев) 5. Вода имеет высокую температуру замерзания, а ее плотность максимальна при t 4 С. Т зам. несколько выше, чем это необходимо для жизни. Большинство веществ с понижением температуры сжимается, а плотность увеличивается. У воды иные свойства: макс. плот. она имеет при температуре 4 . При охлаждении с 4 до 0 вода расширяется.(Расстояние между молекулами у льда выше, чем у воды.) 6. Смазывающие свойства – силы сцепления между молекулами воды обеспечивают ее вязкоть, поэтому вода является смазывающим веществом в биологиеских системах. Н-р: синовиальная жидкость – вещество суставов позвоночных, слизь. 7. метаболические функции – вода необходима как донор электрнов при фотосинтезе, для гидролиза макромолекул до их мономеров (в пищеварении) б) Минеральные соли входят в состав цитоплазмы. Встречаются: калиевые, натривые, магнивыевые, соли серой кислоты, соляной и др. Роль солей: определение кислотно-щелочного состояния протоплазмы, необходимы для размножения. Кислотность или щелочность р-ра хар-ся показателем рН. Шкала рН охватывает значения от 0 до 14. Нейтральным считается показатель рН = 7. Чистая 2 вода нейтральна, т. к. при ее диссоциации ионы Н и ОН образуются в равном количестве. 1. ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. Ор. соединения составляют в среднем 20-30% массы клетки живого организма. К ним относятся живые полимеры – белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры и ряд небольших молекул – гормоны, пигменты… Различные типы клеток отличаются количественным содержанием органических соединений. Н-р в растителных клетках преобладают углеводы, а животных – белки, но каждая из групп органических веществ в клетке любого типа выполняет сходные функции. Вода с растворенными в ней различными солями – необходимые условия жизни. Но сама жизнь – это превращение множества молекул, главным элементом которых является углерод. Когда-то считалось, что такие молекулы образуются только в живых организмах, поэтому их назвали органическими. Св-ва атомов углерода определяют их уникальную пригодность в образовании жизни: 1 углеродный атом способен образовывать 4 ковалентных связи, а большое число таких атомов может обьединяться или замыкаться в кольца. Углерод – единственный элемент, способный образовывать достаточное количество разного рода сложных и стабильных соединений. 2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ БИОПОЛИМЕРОВ. Биополимеры – это высокомолекулярные природные соединения, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся групп атомов или звеньев одинакового или разного хим. строения. Составляют структурную систему всех живых организмов и участвует во всех процессах жизнедеятельности. Углеводы – это органические соединения углерода, водорода и кислорода. Такое название этим соединениям дал в 1844 Шмидт. Углеводы подразделяются на: а) моносахариды – простые сахара с общей формулой (СН2)n, где n – число от 3 до 7. В зависимости от числа атомов углерда они бывают:триозы (3), тетрозы (4), пентозы(5), гексозы (6), гептозы (7). Петозы: - рибоза и дезоксирибоза – составные части нуклеотидов(ДНК), входят в состав переносчиков электронов (НАДФ). Гексозы – глюкоза и фруктоза C6H12O6. а-фруктоза – наиболее распространенный субстракт клеточного дыхания. фруктоза – составная част нектара и сладких фруктов. б) олигосахариды – соединения, содержащие 2-10 моносахаридных остатков, соед. с белком или липидом образуют наружнуюоболочку клеток животных. - сахароза- из глюкозы и фруктозы, основное вещество транспортируемое в растении. - мальтоза- образуется из крахмала в процессе его переваривания, состоит из 2 остатков глюкозы, яв. дыхательным субстрактом в прорастающих семенах. 3 - лактоза- только в молоке, состоит из глюкозы и галактозы. в) полисахариды – углеводы, образованные остатками многих моносахаридов при помощи гликозидных связей. - крахмал-смесь из 2 полимеров а-глюкозы. Обьемная СН2ОН вынуждает молекулы свертываться в спирали, поэтому мало вероятно, что аминоза сможет начать гидролиз и поэтому крахмал является прекрасным долговременно сохраняющимся запасным веществом. - целлюлоза- полимер глюкозы, его пространственная конфигурация- ровная прямая цепь. Полисахаридные цепи соединяются водородными связями и эта связь препятствует проникновению воды целлюлоза устойчива к гидролизу и яв. прекрасным строит. материалом. - хитин- полимер глюкозы, яв. строит. материалом наружного скелета членистоногих. - гликоген- запасное пит. в-во животной клетки. Производные сахаров: сах. спирты(глицерин), сах. кислоты(аскорб.) и т. д. Функции углеводов: 1. строительная (целлюлоза,. хитин) 2. энергетическая (окисление 1 г угл. приводит к освобождению 17.6 кДж энергии) 4