Табл_1.3 Биологическая роль неорганических и органических веществ в клетке
| Название | Особенность строения | Элементарный состав | Биологическая роль |
| Вода | Особенность воды заключается в ее диполярности(диполь),то есть она имеет и "+"и "-"заряды,таким образом та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, отрицательно.Благодаря полярности молекул воды, электролиты в ней диссоциируют на ионы.Свойства воды: вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса,плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность,вода замерзает при 0° С и кипит при 100° С,она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода — хороший растворитель,она поддерживает в живых организмов температуру,давление. | Вода (оксид водорода) бинарное неорганическое соединение с химической формулой Н2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета (при малой толщине слоя), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов | Большинство биохимических реакций идет только в водном растворе, многие вещества поступают и выводятся из клеток в растворенном виде. Это характеризует транспортную функцию воды.Вода обеспечивает реакции гидролиза – расщепление белков, жиров, углеводов под действием воды. Благодаря большой теплоте испарения происходит охлаждение организма. Например, потоотделение у человека или транспирация у растений. Большая теплоемкость и теплопроводность воды способствует равномерному распределению тепла в клетке. Благодаря силам адгезии (вода – почва) и когезии (вода – вода) вода обладает свойством капиллярности. Несжимаемость воды определяет напряженное состояние клеточных стенок (тургор), гидростатический скелет у круглых червей. |
| Соли | Могут содержаться в организме в растворенном виде (диссоциированными на ионы) или в нерастворимом виде. Важную роль в жизнедеятельности клетки играют растворимые минеральные соли, представленные в основном катионами К+, Na+, Ca2+, Mg2+ и анионами НРО42-, Н2РО4-, Сl-, НСO3 Многие ионы неравномерно распределены между клеткой и окружающей средой. Именно благодаря существованию подобных градиентов концентраций осуществляются многие важные процессы жизнедеятельности, такие, например, как возбуждение нервных клеток и сокращение мышечных волокон. | Кристаллические вещества с ионной кристаллической решёткой. Например, кристаллы галогенидов щелочных и щёлочноземельных металлов (NaCl, CsCl, CaF2) построены из анионов, расположенных по принципу плотнейшей шаровой упаковки, и катионов, занимающих пустоты в этой упаковке. Ионные кристаллы солей могут быть построены также из кислотных остатков, объединённых в бесконечные анионные фрагменты и трёхмерные каркасы с катионами в полостях (силикаты). Подобное строение соответствующим образом отражается на их физических свойствах: они имеют высокие температуры плавления, в твёрдом состоянии являются диэлектриками. Известны также соли молекулярного (ковалентного) строения (например, хлорид алюминия AlCl3). У многих солей характер химических связей является промежуточным между ионным и ковалентным. Особый интерес представляют ионные жидкости — соли с температурой плавления ниже 100 °С. Кроме аномальной температуры плавления ионные жидкости имеют практически нулевое давление насыщенного пара и высокую вязкость. Особые свойства этих солей объясняются низкой симметрией катиона, слабым взаимодействием между ионами и хорошим распределением заряда катиона. Важным свойством солей является их растворимость в воде. По данному критерию выделяют растворимые, мало растворимые и нерастворимые соли. | Создают условия для передачи нервных импульсов; Регулируют проницаемость мембран; Участвуют в мышечных сокращениях; поддерживают осмотическое давление крови и нормализуют водный баланс; Регулируют кислотно-щелочной баланс; Усиливают действие желудочных соков, участвуют в формировании кислых и щелочных ферментов. Анионы слабых кислот участвуют в поддержании кислотно-щелочного баланса (рН) клетки. Анионы фосфорной кислоты необходимы для синтеза главной энергетической молекулы — АТФ, нуклеотидов и нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). |
| Белки | Среди органических веществ белки, или протеины, — самые многочисленные, наиболее разнообразные и имеющие первостепенное значение биополимеры. На их долю приходится 50 — 80% сухой массы клетки. Молекулы белков имеют большие размеры, поэтому их называют макромолекулами. Кроме углерода, кислорода, водорода и азота, в состав белков могут входить сера, фосфор и железо. Белки отличаются друг от друга числом (от ста до нескольких тысяч), составом и последовательностью мономеров. Мономерами белков являются аминокислоты Бесконечное разнообразие белков создается за счет различного сочетания всего 20аминокислот. Каждая аминокислота имеет свое название, особое строение и свойства. | Простые белки (протеины) состоят только из аминокислот: протамины и гистоны обладают основными свойствами и входят в состав нуклеопротеидов. Гистоны участвуют в регуляции активности генома. Проламины и глютелины – белки растительного происхождения, составляют основную массу клейковины. Альбумины и глобулины – белки животного происхождения. Богаты ими сыворотка крови, молоко, яичный белок, мышцы.Сложные белки (протеиды = протеины) содержат небелковую часть – простетическую группу. Если простетической группой является пигмент (гемоглобин, цитохромы), то это хромопротеиды. Белки, связанные с нуклеиновыми кислотами – нуклеопротеиды. Липопротеины – связаны с каким – либо липидом. Фосфопротеиды – состоят из белка и лабильного фосфата. Их много в молоке, в ЦНС, икре рыб. Гликопротеиды связаны с углеводами и их производными. Металлопротеины – белки, содержащие негеминовое железо, а также образующие координационные решетки с атомами металлов в составе белков – ферментов. В состав белков входят четыре обязательных химических элемента — углерод, кислород, азот и водород. ... Элементный состав белков довольно постоянен. Они содержат 50-55% углерода, 21-24% кислорода, 15-18% азота, 6,5-7,3% водорода, до 2,4% серы и до 0,5% других элементов. | Белки являются одним из важнейших элементов живого организма. Выполняют следующие функции: 1. Структурная или пластическая функция. Белки являются универсальным строительным материалом, из которого состоят практически все структуры живых клеток. Например, в организме человека белки составляют около 1/6 от массы тела. Причем, у тренированных людей с хорошо развитыми мышцами эта цифра может быть и выше. 2. Каталитическая функция. Многие белки, называемые ферментами или энзимами, выполняют в живых системах функцию катализаторов, то есть изменяют скорости протекания химических реакций (о чем подробно будет сказано ниже). 3. Сократительная функция.Именно белковые молекулы лежат в основе всех форм движения живых систем. Мышечное сокращение = это, прежде всего работа белков. 4. Регуляторная функция. В основе этой функции лежит способность белковых молекул реагировать и с кислотами и основаниями, называемых в химии амфотерностью. Белки участвуют в создании гомеостаза(поддержание постоянства внутренней стреды) организма. Многие белки являются гормонами. 5. Рецепторная функция. В основе этой функции лежит способность белков реагировать на возникающие изменения условий внутренней среды организма. Различные рецепторы в организме, чувствительные к температуре, давлению, освещенности являются белками. Рецепторы гормонов – это тоже белки. 6. Транспортная функция. Белковые молекулы имеют большой размер, хорошо растворимы в воде, что позволяет им легко перемещаться по водным растворам и переносить различные вещества. Например, гемоглобин переносит газы, альбумины крови переносят жиры и жирные кислоты. 7.Защитная функция.Белки защищают организм, прежде всего, участвуя в создании иммунитета. 8. Энергетическая функция. Белки не являются главными участниками энергетического обмена, но все же до 10% суточной потребности организма в энергии обеспечивают именно они. В то же время, это слишком ценный продукт, чтобы использовать его, как источник энергии. Поэтому белки используются в качестве источника энергии только после углеводов и жиров. |
| Липиды | Сложное органическое химическое соединение. Оно состоит из нескольких компонентов. Строение липидов этой группы предусматривает наличие двух компонентов: спирта и жирных кислот. Обычно в химический состав таких веществ входят только три элемента: карбон, гидроген и оксиген. Три группы простых липидов: 1. Алкилацилаты (воски). Это сложные эфиры высших жирных кислот и одно- или двухатомных спиртов. 2.Триацилглицерины (жиры и масла). Строение липидов этого вида предусматривает наличие в составе глицерина (трехатомного спирта) и остатков высших жирных кислот. 3.Церамиды. Сложные эфиры сфингозина и жирных кислот. А так же три группы сложных липидов: 1. Фосфолипиды. Строение липидов этой группы предусматривает, помимо остатков многоатомных спиртов и высших жирных кислот, наличие остатков фосфорной кислоты, к которым присоединены добавочные группы различных элементов. 2. Гликолипиды. Это химические вещества, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами. 3.Сфинголипиды. Это производные алифатических аминоспиртов. | Обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Содержатся во всех живых клетках. Простые липиды — липиды, включающие в свою структуру углерод (С), водород (H) и кислород (O). Примеры жирных кислот: миристиновая (насыщенная жирная кислота) и миристолеиновая (мононенасыщенная кислота) имеют 14 атомов углерода Сложные липиды — липиды, включающие в свою структуру помимо углерода (С), водорода (H) и кислорода (О) другие химические элементы. Чаще всего: фосфор (Р), серу (S), азот (N). Общее строение фосфолипидов Заместители R1 и R² — остатки жирных кислот, X зависит от типа фосфолипида. Молекулы простых липидов состоят из спирта, жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот, возможны остатки фосфорной кислоты, углеводов, азотистых оснований и др. Строение липидов зависит в первую очередь от пути их биосинтеза. | Энергетическая функция – основная функция липидов. 1 грамм жиров дает 38,9 кДж. Единственной пищей новорожденных млекопитающих является молоко, энергоемкость которого определяется содержанием в нем жира.Строительная функция. Жиры принимают участие в образовании клеточных мембран. В составе мембран находятся в виде фосфолипидов, гликолипидов, липопротеидов. Запасающая функция. Жиры являются запасным веществом животных и растений. Особенно важно для пойкилотермных животных, или обитающих в аридных зонах. Семена многих растений содержат жир, как источник энергии развивающегося растения.Терморегуляторная функция. Жиры являются хорошими термоизоляторами, откладываются под кожей, образуя жировые прослойки.Защитно-механическая функция. Слои подкожной жировой клетчатки не только предотвращают потери тепла, но и защищают организм от механических воздействий. Жировые капсулы внутренних органов обеспечивают фиксацию анатомического положения внутренних органов, защищают их от сотрясения, травмирования при внешних воздействиях.Каталитическая функция связана с жирорастворимыми витаминами (A, D, E, K) которые также относят к липидам и являющихся кофакторами ферментов.Источник метаболической воды. Вода – один из продуктов окисления жиров. Жир, составляющий горб верблюда, является источником воды. Окисление 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды.Повышение плавучести у водных животных.Регуляторная – стероидные гормоны регулируют некоторые процессы обмена веществ и размножения. |
| Углеводы | Углеводы — органические соединения, состав которых в большинстве случаев выражается общей формулой Cn(H2O)m (n и m ≥ 4). Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды — простые углеводы, в зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы (3), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и гептозы (7 атомов) . Наиболее распространены пентозы и гексозы. Свойства моносахаридов — легко растворяются в воде, кристаллизуются, имеют сладкий вкус, могут быть представлены в форме α- или β-изомеров. Рибоза и дезоксирибоза относятся к группе пентоз, входят в состав нуклеотидов РНК и ДНК, рибонуклеозидтрифосфатов и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов и др. Дезоксирибоза (С5Н10О4) отличается от рибозы (С5Н10О5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы. | Органические соединения, состав которых в большинстве случаев выражается общей формулой Cn(H2O)m (n и m ≥ 4). Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды — простые углеводы, в зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы (3), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и гептозы (7 атомов). Наиболее распространены пентозы и гексозы. Свойства моносахаридов — легко растворяются в воде, кристаллизуются, имеют сладкий вкус, могут быть представлены в форме α- или β-изомеров.Рибоза и дезоксирибоза относятся к группе пентоз, входят в состав нуклеотидов РНК и ДНК, рибонуклеозидтрифосфатов и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов и др. Дезоксирибоза (С5Н10О4) отличается от рибозы (С5Н10О5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.Глюкоза, или виноградный сахар (С6Н12О6), относится к группе гексоз, может существовать в виде α-глюкозы или β-глюкозы. Отличие между этими пространственными изомерами заключается в том, что при первом атоме углерода у α-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца, а у β-глюкозы — над плоскостью. | Энергетическая - углеводы – основные источники энергии в животном организме, обеспечивают до 67% суточного энергопотребления. При расщеплении 1 г углевода выделяется 17,6 кДж.Запасающая функция – накопление крахмала клетками растений и гликогена клетками животных, которые играют роль источников глюкозы.Опорно-строительная функция. Углеводы входят в состав клеточных мембран и клеточных стенок. Целлюлоза входит в состав клеточной стенки растений, из хитина образован панцирь членистоногих. Олиго - и полисахариды входят в состав клеточной стенки бактерий. Продукты промежуточного обмена углеводов используются для синтеза липидов, аминокислот. Углеводы входят в состав гликолипидов, гликопротеинов, нуклеотидов. |
| ДНК | ДНК-Дизоксирибозануклеиновая кислота Состоит из нуклеотида:1.Остаток фосфорной кислоты(фосфат) 2.Дизоксирибоза 3.Азотистое основание(аденин,тимин,гуанин,цитозин) ДНК двухцепочечная,хранит и передает информацию о структуре белка | ДНК представляет собой двойную нить, скрученную в спираль. Каждая нить состоит из «кирпичиков» — из последовательно соединенных нуклеотидов. Каждый нуклеотид ДНК содержит одно из четырёх азотистых оснований — гуанин (G), аденин (A) (пурины), тимин (T) и цитозин (C) (пиримидины), связанное с дезоксирибозой, к последней, в свою очередь, присоединена фосфатная группа. Между собой соседние нуклеотиды соединены в цепи фосфодиэфирной связью, образованной 3’-гидроксильной (3’-ОН) и 5’-фосфатной группами (5’-РО3). Это свойство обуславливает наличие полярности в ДНК, т. е. противоположной направленности, а именно 5’- и 3’-концов: 5’-концу одной нити соответствует 3’-конец второй нити. | Хранение наследственной информации.Последовательность аминокислот, находящихся в молекуле белка, определяется порядком, в котором расположены нуклеотидные остатки в молекуле ДНК. Также в ней зашифрована вся информация о свойствах и признаках организма. ДНК способна передавать наследственную информацию следующему поколению. Это возможно из-за способности к репликации – самоудвоению. ДНК способна распадаться на две комплементарные цепочки, и на каждой из них (в соответствии с принципом комплементарности) восстанавливается исходная последовательность нуклеотидов. При помощи ДНК происходит биосинтез белков, ферментов и гормонов. |
| РНК | В отличие от ДНК 2' углерод соединен с гидроксильной группой (в ДНК просто водород) . Из-за этого нюанса РНК намного реактивнее - 2' гидроксил вступает в реакцию с фосфором, который образует эфирную свезь с 3' гидроксилом. Это грозит разрывом цепочки нуклеотидов. На такой нестабильной молекуле генетичскую информацию хранить опасно, поэтому РНК выступает в роли реализации этой информации и регуляции некоторый процессов (разные виды РНК, рибозим (каталитическая функция РНК) ) РНК обычно одноцепочечная, у вирусов бывают двуцепочечные. Состоит в основном из 4 нуклеотидов - цитозин, гуанин, аденин, и урацил (последний в ДНК заменяется тимином! ) Такой состав характерен для мРНК, а так же для некоторых других видов РНК (мяРНК, искуственная miRNK....). В других РНК, например в тРНК, присутстует множество нестандартных нуклеотидов, напр инозин и др. Секундарная структура образуется при соединении комплементарных участков молекулы, терциарная - при скручивании двойных участков в спираль, отчего форма РНК определяется последовательностью нуклеотидов. | Нуклеотиды РНК состоят из сахара — рибозы, к которой в положении 1' присоединено одно из оснований: аденин, гуанин, цитозин или урацил. Фосфатная группа соединяет рибозы в цепочку, образуя связи с 3' атомом углерода одной рибозы и в 5' положении другой. Фосфатные группы при физиологическом рН отрицательно заряжены, поэтому РНК — полианион. РНК транскрибируется как полимер четырёх оснований (аденина (A), гуанина (G), урацила (U) и цитозина (C), но в «зрелой» РНК есть много модифицированных оснований и сахаров. Всего в РНК насчитывается около 100 разных видов модифицированных нуклеотидов, из которых 2'-О-метилрибоза наиболее частая модификация сахара, а псевдоуридин — наиболее часто встречающееся модифицированное основание. У псевдоуридина (Ψ) связь между урацилом и рибозой не C — N, а C — C, этот нуклеотид встречается в разных положениях в молекулах РНК. В частности, псевдоуридин важен для функционирования тРНК. Другое заслуживающее внимания модифицированное основание — гипоксантин, дезаминированный аденин, нуклеозид которого носит название инозина. Инозин играет важную роль в обеспечении вырожденности генетического кода. Роль многих других модификаций не до конца изучена, но в рибосомальной РНК многие пост-транскрипционные модификации находятся в важных для функционирования рибосомы участках. Например, на одном из рибонуклеотидов, участвующем в образовании пептидной связи. | Функции тРНК: 1) транспорт аминокислот к месту синтеза белка, к рибосомам, 2) трансляционный посредник. В клетке встречается около 40 видов тРНК, каждый из них имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов. Однако у всех тРНК имеется несколько внутримолекулярных комплементарных участков, из-за которых тРНК приобретают конформацию, напоминающую по форме лист клевера. У любой тРНК есть петля для контакта с рибосомой (1), антикодоновая петля (2), петля для контакта с ферментом (3), акцепторный стебель (4), антикодон (5). Аминокислота присоединяется к 3'-концу акцепторного стебля. Функции рРНК: 1) необходимый структурный компонент рибосом и, таким образом, обеспечение функционирования рибосом; 2) обеспечение взаимодействия рибосомы и тРНК; 3) первоначальное связывание рибосомы и кодона-инициатора иРНК и определение рамки считывания, 4) формирование активного центра рибосомы. Функции иРНК: 1) перенос генетической информации от ДНК к рибосомам, 2) матрица для синтеза молекулы белка, 3) определение аминокислотной последовательности первичной структуры белковой молекулы. |
| АТФ | В биологии аббревиатурой АТФ обозначают органическое вещество (мономер) аденозинтрифосфат (аденозинтрифосфорную кислоту). По химическому строению оно представляет собой нуклеозидтрифосфат. В состав АТФ входят рибоза, аденин, три остатка фосфорной кислоты. Фосфаты последовательно связаны между собой. При этом два последних так называемой макроэргической связью, разрыв которой обеспечивает клетку большим количеством энергии. Таким образом, АТФ выполняет в клетке энергетическую функцию. Большая часть молекул АТФ образуется в митохондриях в реакциях клеточного дыхания. В клетках постоянно идет синтез и распад большого количество молекул аденозинтрифосфорной кислоты. | Химически АТФ представляет собой трифосфорный эфир аденозина, который является производным аденина и рибозы. Пуриновое азотистое основание — аденин — соединяется β-N-гликозидной связью с 1'-углеродом рибозы. К 5'-углероду рибозы последовательно присоединяются три молекулы фосфорной кислоты, обозначаемые соответственно буквами: α, β и γ. АТФ относится к так называемым макроэргическим соединениям, то есть к химическим соединениям, содержащим связи, при гидролизе которых происходит освобождение значительного количества энергии. Гидролиз макроэнергетических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2 остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению, по различным данным, от 40 до 60 кДж/моль. АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + энергия АДФ + H2O → АМФ + H3PO4 + энергия Высвобождённая энергия используется в разнообразных процессах, протекающих с затратой энергии. | Кроме энергетической, АТФ может выполнять множество других функций в клетке. Наряду с другими нуклеотидтрифосфатами трифосфат участвует в построении нуклеиновый кислот. В этом случае АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ и УТФ являются поставщиками азотистых оснований. Это свойство используется в процессах репликации ДНК и транскрипции. Также АТФ необходим для работы ионных каналов. Например, Na-K канал выкачивает 3 молекулы натрия из клетки и вкачивает 2 молекулы калия в клетку. Такой ток ионов нужен для поддержания положительного заряда на наружной поверхности мембраны, и только с помощью аденозинтрифосфата канал может функционировать. То же касается протонных и кальциевых каналов.АТФ является предшественником вторичного мессенжера цАМФ (циклический аденозинмонофосфат) - цАМФ не только передает сигнал, полученный рецепторами мембраны клетки, но и является аллостерическим эффектором. Аллостерические эффекторы – это вещества, которые ускоряют или замедляют ферментативные реакции. Так, циклический аденозинтрифосфат ингибирует синтез фермента, который катализирует расщепление лактозы в клетках бактерии.Сама молекула аденозинтрифосфата также может быть аллостерическим эффектором. Причем в подобных процессах антагонистом АТФ выступает АДФ: если трифосфат ускоряет реакцию, то дифосфат затормаживает, и наоборот. Таковы функции и строение АТФ. |
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 464; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!