Сущность жизни

Вид материала

Документы

Содержание Минеральные соли ( клеточные электролиты ) S ( 0 , 25% ) - входит в состав аминокислот ( цистеина , цистина , метионина ) , витамина В1 , ферментов I NH2 - аминогруппа ( придаёт основные свойства , определяет способность взаимодействовать с кислотами ) б ) СООН R - радикал

Подобный материал:

• В. П. Крючков Рассказы и пьесы, 957.62kb.
• Тематическое планирование курса «Обществознание», 10-11 классы, 470.24kb.
• Мировоззрение, его сущность, роль в жизни людей, 1231.6kb.
• Экзаменационные вопросы по философии, 16.84kb.
• Г. А. Василевич, доктор юридических наук, профессор сущность конституции, 68.32kb.
• Мы представляем фрагменты книги ш. А. Амонашвили «школа жизни» (М.: Издательский дом, 882.19kb.
• Прогнозирование и планирование: основные понятия, сущность и сфера применения. Изучив, 994.42kb.
• Программа для поступающих на направление подготовки магистратратуры 080200 «менеджмент», 256.74kb.
• Размножение и индивидуальное развитие организмов, 44.8kb.
• Закономерности возникновения жизни в космосе., 3156.97kb.

Минеральные соли ( клеточные электролиты )

• в клетке находятся в диссоциированном на катионы и анионы состоянии ( могут быть в твёрдом состоянии )
  

Катионы - К⁺ , Na⁺ , Са^{2 +}, Mg²⁺, Fe^{2 +},Сu²⁺ и др.

Анионы ( преимущественно слабых и амфотерных кислот ) – НСО₃ ^- , Н₂РО₄^- , Сl ^- , NO₂^- и др.

Общие биологические функции солей

1. Сохранение кислотно-щелочного равновесие ( буферные свойства - карбонатный и фосфатный буфер )
   

Буферность - способность клетки сохранять определённую концентрацию водородных ионов - рН ( в клетке поддерживается слабощелочная реакция 7,2 )

2 . Активация ферментов ( через аллостерический центр фермента )

3 , Участие в создании мембранных потенциалов клеток и потенциалов действия ( ос-

нова раздражимости клетки )

4 . Участие в работе синапсов и проведении нервного импульса

5 . Осмотические явления в клетке

6 . Поддержание тургора

7 . Материал для синтеза металлорганических соединений (пигментов - хлорофилла , гемоглобина и др. )

8 . Образование внутреннего и наружного скелета ( раковины моллюсков , межклеточное вещество костной ткани , зубы )

• важно не только содержание отдельных ионов , но и их пропорциональные соотношения
  

Биологические функции отдельных химических элементов

Na - ( примерное содержание 0 ,1 % ) - в клетке только в виде ионов Na+

• регуляция частоты сердечных сокращений
  
• синтез гормонов
  

К - ( 0 ,25 % ) - только в виде ионов К+

• активизирует ферменты белкового синтеза
  
• регуляция сердечной деятельности
  
• участвует в процессах фотосинтеза
  
• поступление веществ через мембрану клетки « калиевый насос»
  
• проведение нервного импульса , создание мембранного потенциала
  

Са ( 2 , 5% ) - в виде ионов или кристаллов солей

• образует межклеточное вещество и кристаллы в клетках растений
  
• свёртывание крови
  
• входит в состав костей , зубов , раковин , известковых скелетов коралловых полипов и животных
  
• активирует сокращение мышечных волокон
  
• функционирование межнейронных контактов ( синапсов )
  

Mg (0 , 07% ) - входит в состав молекул хлорофилла , костей , зубов

• активирует энергетический обмен и синтез ДНК
  

Р ( 1 ,0% ) - входит в состав костной ткани и зубной эмали

• входит в состав молекул нуклеиновых кислот ( ДНК ,РНК ) , АТФ , ферментов
  
• входит в состав всех мембранных структур
  

S ( 0 , 25% ) - входит в состав аминокислот ( цистеина , цистина , метионина ) , витамина В₁ , ферментов

I ( 0 , 01% ) - входит в состав гормонов щитовидной железы

Fe ( 0 , 01% ) - в составе многих ферментов , гемоглобина , миоглобина

• участвует в синтезе хлорофилла ,процессе дыхания , фотосинтеза
  

Сu ( следы ) - входит в состав пигментов беспозвоночных ( гемоцианина ) , ферментов

• участвует в кроветворении , фотосинтезе , синтезе гемоглобина
  

Cl ( 0 , 2% ) - преобладающий отрицательный ион в организме животных

• компонент соляной кислоты в желудочном соке
  

Органические вещества клетки

Углеводы ( сахариды )

• Общая формула С_x ( H₂O )_y , где x и y могут иметь разные значения
  

( чаще С_n (H₂O )_n , где n - число С - атомов )

• Самое распространённое в природе органическое вещество ( входят в состав клеток всех царств живой природы )
  
• Больше всего содержится в клетках растений - до 90% сухой массы (клубни картофеля , семена ) , в животных клетках не более 2 - 5%
  
• Молекулы построены из трёх элементов С , Н , О
  
• Все углеводы являются либо альдегидами , либо кетонами ( в их молекулах всегда имеются ОН - группы , определяющие их химические свойства )
  
• Разделяются на два класса - моносахариды и полисахариды
  

Моносахариды (монозы , простые сахара )

• Общая формула ( СН₂О ) _n или С_n ( H₂ O )_n , где n-целое число С-атомов от 3 до 9
  
• Бесцветные , твёрдые , сладкие , гидрофильные , кристаллизуются , имеют постоянную молекулярную массу
  
• Нельзя подвергнуть гидролизу
  
• имеют большое структурное разнообразие и высокую химическую активность , относятся к группе редуцирующих ( восстанавливающих ) сахаров
  
• способны к ферментативной полимеризации ( конденсации ) путём удаления молекулы воды с образованием ди - , три - тетра - и др . полисахаридов
  
• присуща структурная и пространственная изомерия в зависимости от положения ОН группы у пятого С атома ( 2 формы - D и L )
  
• В зависимости от содержания С - атомов имеют названия :
  

• триозы ( С₃ Н₆ О₃ ) - глицерин и его производные ( молочная кислота , пировиноградная кислота -ПВК - играют роль промежуточных продуктов в процессе дыхания , фотосинтезе , углеводном обмене )
  

• тетрозы ( С₄ Н ₈ О₄ ) - эритроза и др . ( встречаются в природе редко , главным образом у бактерий )
  

• пентозы ( С₅ Н₁₀ О₅ ) - ксилоза , арабиноза , рибоза , рибулоза , дезоксирибоза ( молекулы способны к образованию циклических структур ) - участвуют в синтезе нуклеиновых кислот , коферментов - НАД , НАДФ , ФАД , синтезе АТФ , полисахаридов , акцептор СО₂ при фотосинтезе
  

• гексозы ( С₆ Н₁₂ О₆ ) - глюкоза ,фруктоза , галактоза , манноза (все гексозы являются по отношению друг к другу структурными изомерами , молекулы образуют циклические структуры : - и  - изомеры )
  

- наиболее распространённые моносахариды

- дыхательный субстрат , служат первичными источниками энергии , освобождаемой при дыхании

- участвуют в синтезе олиго - и полисахаридов ( гексозанов )

Производные моносахаридов

1. Сахарные спирты :

• глицерол (глицерин ) - используется при синтезе липидов (жиров )
  
• маннитол - запасная форма углеводов в некоторых плодах
  

2.Сахарные кислоты :

• витамин С (аскорбиновая кислота )
  
• глюкуроновая кислота - входит в состав смолы , слизи , клеточных стенок
  

3. Аминосахара :

• глюкозамин - используется в синтезе хитина , входит в состав полисахаридов
  
• галактозамин - используется при образовании хряща
  

Полисахариды I порядка ( олигосахариды )

• образуются в результате реакции конденсации между моносахаридами ( обычно гексозами )
  
• связь между остатками моносахаридов в полисахаридах называют гликозидной связью
  
• содержат от 2 до 9 остатков моносахаридов, соединённых гликозидной связью
  
• бесцветные, кристаллические, сладкие на вкус, гидрофильные, имеют постоянную молекулярную массу
  
• способны к гидролизу с образованием простых сахаров ( чаще всего глюкозы и фруктозы )
  
• в зависимости от содержания моноз различают ди - , три - , тетра - , пента - и т. д олигосахариды
  

Дисахариды ( сахароза , мальтоза , лактоза )

• Общая формула С
  

Глюкоза + Фруктоза = Сахароза ( тростниковый сахар )

• наиболее распространена в растениях , транспортируется по флоэме
  
• откладывается в качестве запасного питательного вещества
  
• метаболически инертна
  

Глюкоза + Глюкоза = Мальтоза (солодовый сахар ) , образуется из крахмала в процессе его переваривания под действием фермента гликозидазы или при прорастании семян

Глюкоза + Галактоза = Лактоза ( молочный сахар ) содержится только в молоке

Трисахариды - раффиноза

Тетрасахарид - стахиоза

Полисахариды ( полиозы )

• высокомолекулярные полимеры моносахаридов ( более 10 мономерных звеньев ) , имеют огромную молекулярную массу - несколько миллионов дальтон (их цепи могут компактно свёртываться )
  
• мономерами являются моносахариды ( чаще гексозы , очень редко пентозы ) соединеные гликозидными связями
  
• практически нерастворимы в воде ( образуют коллоидный раствор ) , не имеют сладкого вкуса
  
• способны гидролизоваться до олиго - и моносахаридов под действием гидролаз ( гликозидазы )
  
• не оказывают на клетку ни осмотического , ни химического влияния
  
• полимеры пентоз - ( пентозаны ) - арабаны , ксиланы ( входят в состав камедей )
  

полимеры гексоз – ( гексозаны ) - глюкозаны , инулин , гемицеллюлоза

полимеры , построенные из остатков глюкозы - глюкозаны (крахмал ,гликоген,

целлюлоза , каллоза )

• различают гомополисахариды - состоят из одинаковых остатков моносахаридов
  

гетерополисахариды - состоят из остатков разных моносахаридов

Крахмал - полимер глюкозы

• молекула состоит из двух компонентов - амилозы и амилопектина
  

• амилоза - линейные цепи из нескольких тысяч остатков глюкозы , свёрнутые в спиральную форму - окрашивается йодом в синий цвет
  
• амилопектин - состоит из вдвое большего количества остатков глюкозы , чем амилоза ( цепи интенсивно ветвятся ) - окрашивается йодом в красно-фиолетовый цвет
  

• крахмал запасается в клетках в виде крахмальных зёрен ( в хлоропластах листьев , клубнях картофеля , семенах злаков и бобовых )
  
• функционально является главным резервным полисахаридом растительных клеток
  

Гликоген - гомополисахарид глюкозы (глюкозан )

• цепи очень сильно ветвятся
  
• синтезируется из излишков глюкозы поглощенной пищи в животных организмах (встречается в клетках многих грибов )
  
• содержится в печени и мышцах ( местах высокой метаболической активности )
  
• способен к быстрому превращению в глюкозу под действием адреналина и глюкагона
  
• в клетках отлагается в виде крошечных гранул в ЭПС
  
• функционально является резервным полисахаридом животных и грибов ( источник глюкозы , используемой в процессе дыхания )
  

Целлюлоза ( клетчатка )- гомополисахарид глюкозы ( глюкозан )

• занимает первое место среди всех органических соединений на Земле
  
• содержит 50% всего углерода биосферы
  
• всю целлюлозу на Земле поставляют растения ( может быть у некоторых беспозвоночных и грибов оомицетов )
  
• целлюлозные волокна представляют длинные цепи из 10 000 остатков глюкозы , объединённые поперечными водородными связями в микрофибриллы , погружённые в цементирующий матрикс из других полисахаридов ( легко пропускают воду с растворёнными в ней веществами )
  
• гидролизуется до глюкозы под действием фермента целлюлазы ( очень редко встречается в природе , отсутствует у животных , человека и высших растений )
  
• при неполном расщеплении образуется дисахарид целлобиоза
  
• повторное вовлечение целлюлозы в круговорот углерода возможно только с участием микроорганизмов и грибов (эндосимбионты кишечника фито- и полифагов )
  
• функционально является важнейшим структурным компонентом растительных клеточных оболочек ( до 40% )
  
• служит пищей для фитофагов , бактерий и грибов
  

Гемицеллюлоза - гетерополисахарид из разных гексоз ( глюкоза , манноза , галактоза ) и пентоз (ксилоза , арабиноза )

• цепи не кристаллизуются и не образуют фибриллярных структур (часто образуют гели )
  
• являются структурным и частично запасным полисахаридом матрикса клеточной оболочки растений
  

Инулин - монополисахарид фруктозы

• играет роль резервного вещества в корнях и клубнях растений ( георгины )
  

Каллоза - аморфный полимер глюкозы

• образуется в ответ на повреждение или неблагоприятное воздействие в разных частях растений
  
• функционально связана с флоэмой ( ситовидными трубками )
  

Вещества полисахаридной природы

• Мукополисахариды - молекулы включают моносахариды и их производные
  

( сахарные спирты и кислоты ) , основной компонент хряща , костной ткани , входит в состав роговицы

• Хитин - нерастворимый в воде линейный гомополимер , главный волокнистый компонент клеточной стенки многих грибов , внешних покровов членистоногих.
  
• Пектины - разветвлённые полимеры , образующие прочные комплексы с ионами тяжёлых металлов , что используется в медицине для выведения из организма токсинов
  
• Муреин - глюкопептид ,образующий одну гигантскую мешковидную молекулу , выполняющую функцию опорного каркаса клеточной стенки бактерий и сине -зелёных водорослей
  
• Гепарин - ингибитор свертывания крови млекопитающих
  
• Камеди и слизи - в воде набухают , образуют вязкие гели в ответ на повреждение в виде блестящих экскудатов
  
• Гликопротеины - соединения полисахаридов с белками , определяют антигенные свойства клеток
  
• Гликолипиды - соединения полисахаридов с липидами ( служат межклеточной смазкой )
  

Функции углеводов

1. Энергетическая - основная функция углеводов ( источник энергии в клетке )
   

• при окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 к Дж энергии
  
• реализуется , в основном , за счёт окисления простых сахаров , особенно глюкозы
  

2. Запасающая - крахмал и гликоген ( полисахариды ) играют роль резервных источников глюкозы
   

• крахмал и гликоген нерастворимы в воде , не оказывают на клетку химического и осмотического влияния
  
• имеют твёрдое обезвоженное состояние (экономия объёма клетки )
  
• недоступны бактериям и грибам в силу нерастворимости полисахаридов
  
• легко гидролизуются в простые сахара
  

3. Опорно - строительная ( структурная )
   

• выполняется полисахаридами ( целлюлоза , хитин , муреин - структурные компоненты клеточных стенок про- и эукариотических клеток , надмембранный комплекс клеток животных - гликокаликс )
  
• входят в состав нуклеотидов - мономеров нуклеиновых кислот ( ДНК , РНК ) - моносахариды - рибоза и дезоксирибоза
  

• При дефиците углеводов в клетке и организме они образуются из жиров
  
• При избытке моно- и полисахаридов ( гликогена ) в организме они трансформируются в жиры и запасаются в органических депо
  

Аминокислоты . Белки

Аминокислоты .

• Относительно низкомолекулярные органические соединения , включающие углерод , кислород , водород , азот и , иногда - серу
  
• Твёрдые , кристаллические , бесцветные , обладают вкусом ( м. б. безвкусные ) , обычно растворимые в воде и нерастворимые в органических растворителях ( есть слабо и совсем нерастворимые в воде )
  
• Обладают амфотерными свойствами ( в растворах действуют как буферы - препятствуют изменениям рН )
  
• В состав молекулы входят :
  

а ) NH2 - аминогруппа ( придаёт основные свойства , определяет способность взаимодействовать с кислотами )

б ) СООН - карбоксильная группа ( придаёт кислотные свойства , определяет способность взаимодействия со щелочами

в) R - радикал , в состав которого могут входить гидроксильная группа ( ОН - ) , сульфгидрильная группа ( SH - ) и другие соединения ( определяет химическую структуру , растворимость в воде , физические , химические и биологические свойства аминокислот , полипептидов и белков )

Общая формула

R

СООН - С – NH₂

Н

• существуют :
  

• нейтральные аминокислоты - имеют одну кислотную группу - ( СООН - ) и одну основную группу – ( NH₂ - )
  

• основные аминокислоты - имеют более чем одну аминогруппу
  

• кислые аминокислоты - с более чем одной карбоксильгой группой
  

• Каждая аминокислота характеризуется определённым значением рН ( изоэлектрическая точка )
  

• В нейтральных средах существуют в виде биполярных ионов ( диполей )
  
• Имеют оптическую и стереоизомерию ( все аминокислоты , встречающиеся в белках ,относятся к L - ряду )
  
• В клетках и тканях встречается свыше 170 различных аминокислот , в составе белков обнаруживаются 26 из них ; обычными компонентами белков являются только 20 ( протеиогенные )
  
• Растения синтезируют все необходимые им аминокислоты из более простых веществ
  
• Животные могут синтезировать только 11 аминокислот ( заменимые ) ; 9 - не могут синтезироваться в организме и должны непременно поступать из внешней среды с пищей ( незаменимые - триптофан , метионин , лизин , валин , лейцин , изолейцин , гистидин , фенилаланин , триптофан ) ; при их недостатке развиваются негативные для организма последствия (нарушение биосинтеза клеточных белков)
  
• Наиболее характерное свойство аминокислот - способность их молекул соединятся между собой пептидными связями с образованием пептидов ( за счёт NH₂ - и СООН - групп соседних аминокислот с выделением молекулы воды - реакция конденсации )
  

Образование пептидной связи


Н О Н Н О H Н

Н₂N - C - C - ОН + Н - N - С - СООН => Н₂N- С - С ---- N - С - СООН

R ₁ Н R R₁ R₂

( - NН --- СО - ) - ковалентная азот - углеродная связь ( пептидная связь ) ; (- NH ) – иминогруппа , (- СО ) – карбонильная группа

• в результате образуется т. н. дипептид ( может присоединять к себе много других аминокислот с образованием полипептида )
  
• Аминокислоты могут образовывать :
  

а ) ионные связи - при взаимодействии ионизированных NH2 - и СООН - групп соседних аминокислот

б ) дисульфидные связи - между атомами S в радикалах соседних аминокислот цистеина

в ) водородные связи - между остатком карбоксильной группы С=О - карбонильной группой и остатком аминогруппы - NН - имминогруппой

• кроме 20 белокобразующих аминокислот , в растениях обнаружено ещё более 50 соединений аминокислотного характера , которые не входят в состав белков - непротеиногенные )
  

Пептиды

• Пептиды - вещества , состоящие из двух или более аминокислотных остатков , связанных пептидными связями
  
• Разделяются на :
  

• олигопептиды ( от 2 до 10 аминокислотных остатков ) ; дипептид - карнизон , трипептид - глутатион , некоторые гормоны - окситоцин , вазопрессин , серотонин
  

• полипептиды - ( от10 до 100 аминокислотных остатков ) ; инсулин , многие антибиотики , важнейшие гормоны человека , противоопухолевые препараты, вакцины и т. д.
  

• белки - (более 100 аминокислотных остатков )
  

• Гидролизуются под действием протеолитических ферментов ( протеаз ) до аминокислот
  

Белки

• Полипептиды , состоящие из соединившихся в определённой последовательности не менее 100 аминокислотных остатков ( может быть более 30 000 остатков )
  
• Являются нециклическими , информационными биополимерами :
  

А₁ - А₆ - А₁₈ - А₂₀ - А₄ - ... и т. д . ( где А_n - остатки аминокислот в полипептидной цепи

• Имеют огромную молекулярную массу от нескольких тысяч до нескольких миллионов ( макромолекулы )
  
• Обладают видовой и индивидуальной специфичностью
  
• Специфичность белков определяется количеством и последовательностью расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи ( генетически контролируется , т. е. закодирована в ДНК )
  
• Потенциальное разнообразие белков безгранично ( количество различных комбинаций из 20 разных аминокислот оценивается в 10¹³⁰ )
  
• Белки определяют все функциональные , химические и морфологические свойства клеток ( на долю белков в протоплазме клеток приходится 50 - 70 % от общей массы органических веществ )
  
• Могут превращаться в животном организме в жиры и углеводы