ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ.
Все клетки животных и растений сходны не только по строению, но и
по химическому составу. Они содержат как неорганические, так и органические вещества.
Неорганические вещества клетки.В состав клетки входят более 80 химических элементов периодической системы Менделеева. При этом на долю шести из них – углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы приходится около 99% общей массы клетки. Химические элементы находятся в клетке либо в виде ионов, либо в виде соединений. Первое место среди веществ клетки занимает вода, имеющая химическую формулу Н2О. Вода составляет около 70% массы клетки. Большинство реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водной среде. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью.
Благодаря этим свойствам в клетке поддерживается тепловое равновесие. Она – основное средство передвижения веществ в клетке и организме. Велико значение воды как растворителя: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе и в водном же растворе выводятся из клетки отработанные продукты. Вода определяет физические свойства клетки – ее объем, упругость. При потере большого количества воды организмы гибнут.
К неорганическим веществам клетки, кроме воды, относят соли. Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны катионы К+, Na+, Ca2+, Mg2+, а также анионы Н2Р04– Cl–, НСО3–. Концентрация катионов и анионов во внутриклеточной и внеклеточной средах различна. Так, внутри клетки всегда довольно высокая концентрация ионов калия и очень низкая – ионов натрия. Напротив, в окружающей клетку среде – в тканевой жидкости меньше ионов калия и больше ионов натрия. Пока клетка жива, эти различия в концентрациях ионов калия и натрия между клеточной и внеклеточной средами сохраняют постоянство. После гибели клетки содержание ионов в клетке и окружающей ее среде быстро выравнивается.
Основные сложные органические химические вещества, присутствующие в клетках человека. Их состав и функции.
Органические вещества (биомолекулы) | Строительные блоки | Главные функции |
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) | нуклеотиды (азотистое основание + углевод + фосфорная кислота) | генетический материал |
РНК (рибонуклеиновая кислота) | нуклеотиды | матрица для синтеза белков |
Белки | аминокислоты | строительная, ферментативная, двигательная, транспортная, защитная, энергетическая |
Полисахар иды | глюкоза | запас энергии на короткое время |
Липиды | жирные кислоты | компоненты мембран, запас энергии на длительное время |
Органические вещества клетки (табл. 1). Можно сказать, что почти все молекулы клетки относятся к соединениям углерода. Благодаря небольшому размеру и наличию на внешней оболочке четырех электронов, атом углерода может образовывать четыре прочные ковалентные связи с другими атомами, создавая большие и сложные молекулы. Углеродсодержащие вещества характерны только для живых клеток и организмов.
Большинство органических соединений, входящих в состав клетки, характеризуются большим размером молекул. Поэтому их называют макромолекулами (от греч. macros – большой). Такие молекулы состоят из повторяющихся сходных по структуре и связанных между собой соединений – мономеров (от греч. monos – один). Образованную мономерами макромолекулу называют полимером (от греч. poly – много).
Белки. Белки составляют основную массу цитоплазмы и ядра клетки. В состав всех белков входят атомы водорода, кислорода и азота. Во многие белки входят атомы серы, фосфора. Каждая молекула белка состоит из тысяч атомов, например молекула белка гемоглобина (C3832H4616О872N780S8Fe4) .
Существует огромное количество различных белков. Все они построены из аминокислот. Каждая аминокислота содержит карбоксильную группу (СООН), имеющую кислотные свойства, и аминогруппу (NН2), имеющую основные свойства. Участки молекул, лежащие вне амино- и карбоксильной групп, которыми отличаются аминокислоты, называют радикалами (R).
К числу важнейших аминокислот относят аланин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты, пролин, лейцин, цистеин. Соединения аминокислот друг с другом называют пептидами. Пептид из двух аминокислот называют дипептидом, из трех аминокислот – трипептидом, из многих аминокислот – полипептидом. Таким образом, белки являются полимерами, мономерами которых служат аминокислоты. В состав большинства белков входит 300 – 500 аминокислот, но есть и более крупные белки, состоящие из 1500 и более аминокислот.
Белки отличаются составом, числом и порядком чередования аминокислотных звеньев в полипептидной цепи. Установлено, что именно последовательность чередования аминокислот имеет первостепенное значение в существующем разнообразии белков. Многие молекулы белков имеют большую длину и молекулярную массу. Так, молекулярная масса инсулина – 5700, гемоглобина – 65 000, а воды – всего 18.
Полипептидные цепи белков не всегда вытянуты в длину. Они могут скручиваться, изгибаться или свертываться самым различным образом.
Разнообразие физических и химических свойств белков обеспечивает им выполнение множества функций: строительную, ферментативную, двигательную, транспортную, защитную, энергетическую.
Углеводы – это сложные органические вещества, в состав которых входят атомы углерода, кислорода и водорода. Общая формула углеводов Сn(Н20)n, где n – не меньше трех. Различают простые и сложные углеводы. Простые углеводы называют моносахаридами. Сложные углеводы представляют собой полимеры, в которых моносахариды играют роль мономеров. Из двух мономеров образуется дисахарид, из трех – трисахарид, из многих – полисахарид. Все моносахариды – бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде. Самые распространенные моносахариды в животной клетке – глюкоза, рибоза, дезоксирибоза.
Глюкоза – первичный источник энергии для клетки. Подвергаясь расщеплению, она превращается в оксид углерода и воду (СО2+Н2О).
В ходе этой реакции освобождается энергия (при расщеплении 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии). Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и аденозинтрифосфорной кислоты.
Липиды образованы теми же химическими элементами, что и углеводы, – углеродом, водородом и кислородом. Они представляют собой органические вещества, нерастворимые в воде. Самые распространенные липиды – жиры. Жир – основной источник энергии. При его расщеплении выделяется в 2 раза больше энергии, чем при расщеплении углеводов. Липиды гидрофобны, они входят в состав клеточных мембран.
Нуклеиновые кислоты-ДНК и РНК. Название «нуклеиновые кислоты» происходит от латинского слова «нуклеус», т.е. ядро, где они и были впервые обнаружены. Нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами, т. е. представляют собой последовательно соединенные друг с другом нуклеотиды. Нуклеотид – это химическое соединение, состоящее из одной молекулы фосфорнои кислоты, одной молекулы моносахарида и одной молекулы органического основания. Органические основания при взаимодействии с кислотами могут образовывать соли.
Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК.) представляет собой две цепи, спирально закрученные одна вокруг другой. Каждая цепь – полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, в состав которых входят азотистые основания (аденин, тимин, гуанин, цитозин), углевод (дезоксирибоза) и фосфорная кислота.
При образовании двойной спирали комплементарные азотистые основания одной цепи «стыкуются» с азотистыми основаниями другой. Основания подходят друг к другу настолько близко, что между ними возникают водородные связи. В полинуклеотидных цепях ДНК каждые три следующие друг за другом нуклеотида составляют триплет (совокупность из трех компонентов). Наивысшее число возможных триплетов 64, т. е. 43.
ДНК имеет уникальное свойство – способность к удвоению, которым не обладает ни одна из других известных молекул. В определенные моменты ДНК может существовать в виде одноцепочной молекулы. При достаточном наборе нуклеотидов и в присутствии специальных ферментов происходит воссоздание (образование) недостающей половины на основе принципа комплементарности (дополнения к имеющейся).
Молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК) также полимер, мономерами которой являются нуклеотиды, в состав которой входят азотистые основания (аденин, урацил, гуанин, цитозин), углевод (рибоза) и фосфорная кислота. РНК представляет собой одноцепочную молекулу. В РНК, так же как и в ДНК, комбинации из трех нуклеотидов образуют триплеты, или информационные единицы. Каждый триплет управляет включением в белок совершенно определенной аминокислоты.
Наивысшее число возможных триплетов, так же как и в ДНК – 64.
По выполняемым функциям выделяют несколько видов РНК: транспортная РНК (тРНК) в основном содержится в цитоплазме клетки; рибосомная РНК (рРНК) составляет существенную часть структуры рибосом; информационная РНК (иРНК), или матричная (мРНК), содержится в ядре и цитоплазме клетки и переносит информацию о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит своего рода матрицей.
Ферменты. Реакции органических соединений в клетках и тканях протекают с очень низкой скоростью. В то же время живая клетка имеет особые вещества для ускорения реакций, которые называют ферментами. Ферменты, расщепляющие углеводы называют сахаразами, отщепляющие водород – дегидрогеназами, расщепляющие жиры – липазами.
Дата добавления: 2015-09-28; просмотров: 1746;