Презентация к лекции 4.

Тема 4.
ХИМИЧЕСКИЕ
КОМПОНЕНТЫ
ЖИВОГО
1. ЭЛЕМЕНТЫ,
СОДЕРЖАЩИЕСЯ В ЖИВЫХ
ОРГАНИЗМАХ.
2. БЕЛКИ.
3. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ.
4. УГЛЕВОДЫ.
5. ЛИПИДЫ.
6. КОФАКТОРЫ.
Элементы, встречающиеся в живых
организмах
Главные
элементы
Ионы
H водород
Na+
C углерод
Mg2+ магний
N азот
Cl-
O кислород
P фосфор
S сера
натрий
Микроэлементы
Mn марганец
B
Fe железо
Al
алюминий
хлор
Co кобальт
Si
кремний
K+
калий
Cu медь
V
ванадий
Ca2+
кальций
Zn цинк
Mo молибден
I
бор
йод
Порядок расположения определяется атомной массой; элементы 1-3 столбцов встречаются во
всех организмах; + катионы, - анион
Элементы, содержащиеся в живых
организмах
•
Содержание основных
химических элементов, %
•
•
•
•
•
кислород
углерод
водород
азот
прочее
•
Наиболее распространены четыре
элемента:
кислород (65% общей массы),
углерод (18%),
водород (10%)
и азот (3%).
На их долю приходится более 99 %
как массы, так и числа атомов,
входящих в состав всех живых
организмов. Все эти элементы
встречаются в клетках в большом
количестве, их называют
макроэлементами.
Марганец, медь, йод, кобальт и
другие элементы,
обнаруживаемые в микродозах,
называют микроэлементами.
Химические «строительные блоки»
органических соединений
Малые молекулы
(строительные блоки)
Соединения, которые из них
синтезируются
Аминокислоты
Белки
Сахара (моносахариды)
Полисахариды и
нуклеиновые кислоты
Жирные кислоты, глицерол и
Липиды
холин
Ароматические азотистые
основания
Нуклеиновые кислоты
Биологическое значение воды
1.Растворитель. Вода – превосходный растворитель для полярных веществ (соли, сахара,
простые спирты). По этой причине в клетке большая часть химических реакций протекает в
водных растворах. Вода служит средой для транспорта различных веществ. Эту роль она
выполняет в крови, в лимфатической и экскреторной системах, в пищеварительном тракте, во
флоэме и ксилеме растений.
2.Теплоемкость. Удельной теплоемкостью воды называют количество теплоты в джоулях, которое
необходимо, чтобы поднять температуру 1 литра воды на 1 0С. Большая теплоемкость воды
сводит к минимуму происходящие в ней температурные изменения. Благодаря этому
биохимические процессы протекают в меньшем интервале температур, с более постоянной
скоростью и опасность нарушения этих процессов от резких отклонений температуры грозит
им не столь сильно. Вода служит для многих клеток и организмов средой обитания, для
которой характерно довольно значительное постоянство условий.
3.Теплота испарения. Теплота испарения есть мера количества тепловой энергии, которую
необходимо сообщить жидкости для ее перехода в пар. Энергия, необходимая молекулам
воды для испарения, черпается из их окружения. Таким образом, испарение сопровождается
охлаждением. Это явление используется у животных при потоотделении, при тепловой
одышке у млекопитающих или у некоторых рептилий (крокодилы), которые на солнцепеке
сидят с открытым ртом; играет заметную роль в охлаждении транспирирующих листьев.
4.Теплота плавления. Теплота плавления есть мера тепловой энергии, необходимой для
расплавления твердого вещества (в нашем случае льда). Воде для плавления (таяния)
необходимо сравнительно большое количество энергии. Справедливо и обратное: при
замерзании вода должна отдать большое количество тепловой энергии. Это уменьшает
вероятность замерзания содержимого клеток и окружающей их жидкости. Кристаллы льда
особенно губительны для живого, когда они образуются внутри клеток.
Биологическое значение воды
5.Плотность и поведение воды вблизи точки замерзания. Плотность воды от +4 до 0 0С понижается,
поэтому лед легче воды и в воде не тонет. Вода – единственное вещество, обладающее в жидком
состоянии большей плотностью, чем в твердом.Поскольку лед плавает в воде, он образуется при
замерзании сначала на ее поверхности и лишь под конец в придонных слоях. Лед покрывает толщу
воды, как одеялом, что повышает шансы на выживание у организмов, обитающих в воде. Это важно
в условиях холодного климата и в зимнее время года. То обстоятельство, что слои воды,
температура которых упала ниже 4 0С, поднимаются вверх, обусловливает перемешивание воды в
больших водоемах. Вместе с водой циркулируют и находящиеся в ней питательные вещества,
благодаря чему водоемы заселяются живыми организмами на большую глубину.
6.Поверхностное натяжение и когезия. Когезия – это сцепление молекул физического тела друг с
другом под действием сил притяжения. На поверхности жидкости существует поверхностное
натяжение – результат действующих между молекулами сил когезии, направленных внутрь.
Благодаря поверхностному натяжению жидкость стремится принять такую форму, чтобы площадь
ее поверхности была минимальной (в идеале – форма шара). Из всех жидкостей самое большое
поверхностное натяжение у воды. Значительная когезия, характерная для молекул воды, играет
важную роль в живых клетках, а также при движении воды по сосудам ксилемы в растениях.
7.Вода как реагент. Биологическое значение воды определяется и тем, что она представляет собой
один из необходимых метаболитов, т.е. участвует в метаболических реакциях. Вода используется,
например, в качестве источника водорода в процессе фотосинтеза, а также участвует в реакциях
гидролиза.
8.Вода и процесс эволюции. Роль воды для живых организмов находит свое отражение в том факте, что
одним из главных факторов естественного отбора, влияющих на видообразование, является
недостаток воды. Все наземные организмы приспособлены к тому, чтобы добывать и сберегать
воду; в крайних своих проявлениях – у ксерофитов, у обитающих в пустыне животных и т.п.
Важные биологические функции воды
Для всех организмов
Для растений
Для животных
- Обеспечивает поддержание структуры (высокое
содержание воды в протоплазме).
- принимает участие в выведении из клеток продуктов
обмена.
- Служит растворителем и средой для диффузии.
- Участвует в реакциях гидролиза.
- Служит средой, в которой происходит оплодотворение.
- Обеспечивает распространение семян, гамет, спор и
личиночных стадий водных организмов.
- Обусловливает осмос и тургор.
- Обеспечивает транспирацию, а также транспорт
неорганических ионов и органических молекул.
- Участвует в реакциях фотосинтеза.
- Обеспечивает прорастание семян – набухание, разрыв
семенной кожуры и дальнейшее развитие.
- Обеспечивает транспорт веществ.
- Обусловливает осморегуляцию.
- Способствует охлаждению тела (потоотделение).
- Служит одним из компонентов смазки, например, в
суставах.
- Несет опорные функции (гидростатический скелет).
Выполняет защитную функцию, например, в слезной
жидкости и в слизи.
Способствует миграции (морские течения).
БЕЛКИ
•
Белки, или протеины (греч. Protos – первостепенный), являются наиболее сложными
химическими соединениями. В состав белков входят углерод, водород, азот и
кислород.
• Белки различаются по составу на простые и сложные. Простые белки состоят только
из аминокислот. Сложные белки помимо аминокислот содержат в своем составе как
органические так и неорганические соединения. Небелковую часть молекулы
сложного белка называют простетической группой. Сложными белками являются
нуклеопротеиды, липопротеиды, фосфопротеиды и др.
• Белки различаются также по структуре, которая зависит от количества входящих в их
состав аминокислотных остатков и последовательности (чередования) аминокислот в
полипептиде. Различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуру
белков.
• Белки являются прежде всего, строительным материалом.
• Многие белки являются ферментами (энзимами).
• Белки обладают регуляторной способностью, гормоны регулируют физиологические
процессы, протекающие в клетках.
• Для белков характерна транспортная функция, являются транспортерами гормонов,
аминокислот, липидов, сахаров, ионов кислорода.
• Белки являются источниками энергии, если происходит их распад до аминокислот.
• Некоторые белки обладают запасной пищевой функцией в семенах растений.
Пищевыми белками является альбумин (белок яиц птиц) и казеин (главный молочный
белок).
• Основополагающее заключение «организмы делаются белками».
Структура белка
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫДНК,РНК, АТФ
УГЛЕВОДЫ
• Органические соединения углерода,
водорода и кислорода с общей формулой
(СН2)n где n – представляет собой число от
3 до 7.
• Различают полисахариды (С6Н10О5) n ,
дисахариды (С12Н22О11) и простые сахара
– моносахариды (С6Н12О6), являющиеся
малыми органическими молекулами.
ЛИПИДЫ
• Липиды, или жиры, являются соединениями,
состоящими из жирных кислот и глицерола. К ним
относят также жироподобные вещества (воск).
Наиболее распространенными в жирах животных и
растений являются: пальмитиновая
(СН3(СН2)15СООН), стеариновая (СН3(СН2)16СООН) и
олеиновая (СН3-СН2)7СН-СН(СН2)7-СООН) жирные
кислоты.
• Липиды не растворимы в воде, растворителями для
них являются эфир, бензин, хлороформ и другие
органические растворители.
• Липиды обладают рядом важнейших свойств в жизни
клеток: выполняют роль накопителей энергии, ибо
окисление липидов сопровождается выделением
энергии (окисление 1 грамма жира сопровождается
выделением 9,5 ккал энергии).
КОФАКТОРЫ
• Если кофакторами ферментов являются органические
соединения, то их называют коферментами. К
коферментам относятся витамины, которые
присутствуют в небольших количествах в клетках
растений и животных и попадающих в организм
человека с пищей. Известно более 10 различных
витаминов, которые классифицируют на
водорастворимые и жирорастворимые.
• Кофакторами ферментов являются также
микроэлементы. Бор и алюминий необходимы для
развития растений, хром участвует в регуляции
усвоения глюкозы клетками животных тканей, олово
необходимо для кальцификации костей и пр.
•