BIO BOOK Химия клетки by Barashkova @bio_barashkova @bio_ baraskova Химия клетки Химические элементы в клетке Вещества в клетке Неорганические вещества Вода Минеральные вещества Органические вещества Белки Липиды @bio_barashkova Углеводы Нуклеиновые кислоты @bio_barashkova 01 Химия клетки COН C-углерод, это основа жизни Органические вещества в живых организмах являются соединениями углерода Органические вещества Вещества, состоящие из «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы химическими связями Белки В состав белков входят углерод, водород, кислород и азот Полимер- мономером которого являются АМИНОКИСЛОТЫ Строение аминокислоты Пептидная связь и структуры белка Структура белковой молекулы Первичная структура белка это строго определенная последовательность аминокислотных остатков в линейной полипептидной цепи Вторичная структура белка белка формируется за счет образования многочисленных водородных связей между атомами водорода NH-групп и атомами кислорода CO-групп разных аминокислотных остатков @bio_barashkova @bio_barashkova 02 Химия клетки Третичная структура белка Глобула Связи у третичной и четвертичной структур ионные, ковалентные (дисульфидные), гидрофобные Четвертичная структура белка Несколько глобул Денатурация и ренатурация белка Большая часть белковых молекул способна сохранять свою биологическую активность, то есть выполнять свойственную им функцию только в узком диапазоне температур и кислотности среды. При повышении температуры, изменении кислотности до экстремальных значений, добавлении гидрофобных агентов (например, органических растворителей) или при значительном увеличении концентрации солей в структуре белков происходят изменения, которые приводят к их денатурации — потере белком своей нативной (естественной) пространственной структуры обратимая денатурации - при возвращении в исходные (нативные) условия пространственная структура белка восстанавливается необратимая денатурация, когда исходную (нативную) структуру восстановить уже практически невозможно. Как правило, необратимая денатурация связана не с нарушением первичной структуры, а с тем, что разные полипептидные цепи взаимодействуют своими гидрофобными участками, слипаются и образуют большие агрегаты — твердые частицы белка, выпадающие в осадок. Функции белков 1. Одна из важнейших функций белков — каталитическая. При той температуре и кислотности среды, которая характерна для живой клетки, скорость большинства химических реакций мала. Тем не менее реакции в клетке протекают с очень большой скоростью. Увеличение скорости химических реакций достигается за счет функционирования биологических катализаторов — ферментов. @bio_barashkova @bio_barashkova 03 Химия клетки Ферменты — самый крупный и специализированный класс белков. Именно ферменты обеспечивают протекание в клетке многочисленных химических реакций, совокупность которых составляет обмен веществ или метаболизм. В настоящее время известны десятки тысяч различных ферментов. 2. Структурная функция. Из структурных белков формируются элементы цитоскелета. К структурным белкам относится, например, фибриллярный белок -кератин, который образует промежуточные филаменты эпителиальных клеток, входит в состав волос, когтей, рогов и копыт млекопитающих, а также фибриллярный белок коллаген, основной структурный белок соединительной и костной ткани 3. Транспортная функция а) Прежде всего, это белки мембран, осуществляющие активный перенос веществ из окружающей среды в клетку и обратно. К транспортным белкам относятся также некоторые белки, встроенные в биологические мембраны и формирующие в них поры (каналы). б) Это также белки крови, которые связывают и переносят различные вещества. Наиболее известным из транспортных белков является гемоглобин, который осуществляет перенос кислорода из легких в ткани. Помимо кислорода с кровью переносятся и другие вещества: сывороточные липопротеиды переносят с током крови липиды, а сывороточный альбумин — свободные жирные кислоты. 4. Защитная функция. При попадании в организм животных или человека вирусов, бактерий, чужеродных белков или других полимеров в организме происходит синтез белков, которые называют антителами, или иммуноглобулинами. Антитела связываются с чужеродными полимерами, которые называют антигенами. 5. Многие живые существа (растения, грибы, бактерии, беспозвоночные, рыбы, амфибии, змеи) для обеспечения защиты и нападения выделяют также белки и пептиды, называемые токсинами. Эти белки подавляют жизненно важные процессы в клетках других организмов, могут разрушать определенные клеточные полимеры, что приводит к гибели организма. 6. Регуляторная функция а) Прежде всего, эту функцию выполняют белки — активаторы и репрессоры генов. б) Кроме того, специализированные белки регулируют активность ферментов. в) В специализированных клетках животных осуществляется синтез биологически активных веществ, поступающих непосредственно в кровь- гормонов 7. Энергетическая функция и функция источника незаменимых аминокислот. При голодании собственные белки используются в качестве энергетического субстрата в последнюю очередь — когда израсходованы запасы гликогена и жира. Это может приводить к падению мышечной массы, заболеваниям кожи, возникновению язв и др. @bio_barashkova @bio_barashkova 04 Химия клетки Углеводы Моносахариды С5 Рибоза Дезоксирибоза Олигосахариды С6 Глюкоза Фруктоза Галактоза Полисахариды Сахароза -глюкоза+фруктоза Целлюлоза Лактоза- глюкоза+галактоза Крахмал Мальтоза- глюкооза+глюкоза Гликоген Целлюлоза Моносахариды и дисахариды- растворимы в воде и имеют сладкий вкус Полисахариды- не растворимы в воде и не имеют вкуса Функции углеводов 1. Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, на основе их углеродного скелета образуются практически все другие вещества в клетках автотрофов. Гетеротрофы потребляют эти вещества в качестве пищи. 2. Энергетическая функция: углеводы являются наиболее удобным источником энергии. Основные пути получения энергии у всех живых организмов рассчитаны на использование глюкозы и фруктозы. 3. Структурная функция: полисахариды, например целлюлоза и хитин, входят в состав клеточных стенок, хитинового панциря членистоногих. Также полисахариды являются неотъемлемыми компонентами соединительной ткани животных (хрящи, сухожилия и др.). 4. Запасающая (резервная) функция. Важнейшие резервные углеводы — крахмал (у растений) и гликоген (у животных и грибов). 5. Транспортная функция: в форме углеводов осуществляется основной транспорт веществ в многоклеточных организмах, например в крови животных (глюкоза) или в флоэме высших растений (сахароза). Липиды Неполярны НЕ полимеры Гидрофобны Гидрофильные(полярные)- моносахариды, дисахариды Гидрофобные( неполярные)- полисахариды, липиды, некоторые белки Триглицериды (жиры) Наиболее простыми липидами (жирами) являются эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот, которые называются триацилглицеридами. @bio_barashkova @bio_barashkova 05 Химия клетки Глицерин-спирт Насыщенные - все связи между атомами углерода одиночные. Высокая температура плавления, обычно твёрдые (сало) Ненасыщенные - есть двойные связи между атомами углерода. Более низкая температура плавления, обычно жидкие масла (растительное масло) В мембране животных содержатся ненасыщенные и насыщенные жирные кислоты. Ненасыщенные имеют более низкую температуру плавления. Чем отличаются эти кислоты? В мембране лягушки или мыши концентрация ненасыщенных кислот будет больше? Фосфолипиды Глицерин+ два остатка ЖК+ остаток фосфорной кислоты Фосфор делает молекулу заряженной Значит может взаимодействовать с водой Молекула будет полярной Стероиды Холестерин- входит в состав клеточной мембраны и придает прочность Воски Защита от испарения у растений Строительство сот у пчел Половые гормоны @bio_barashkova @bio_barashkova 06 Химия клетки Функции липидов 1. Жиры и масла представляют собой форму, в которой сохраняется энергия во многих организмах, фосфолипиды и стероиды представляют собой основные структурные элементы биологических мембран 2. Стероидные гормоны выполняют регуляторную функцию. 3. В сетчатке глаза ретиналь (липид, производное витамина А) играет роль светопоглощающего пигмента и принимает участие в передаче сигнала. 4. Энергетическая функция 5. Теплоизоляционная функция: у животных нейтральные жиры откладываются в основном в подкожной клетчатке, где создают хороший теплоизоляционный слой, особенно развитый у морских млекопитающих — китообразных и ластоногих. 6. Откладываясь в полости тела вокруг внутренних органов (например, вокруг почек), жировая подушка защищает их от механических повреждений при движении, прыжках, ударах и т. д. (защитная функция). 7. Жирорастворимые витамины К, Е, D и А играют важные метаболические функции: витамин К необходим для свертывания крови; витамин Е играет функцию мембранного антиоксиданта и важен для размножения животных; витамин D необходим для минерализации костей (при его недостатке в детском возрасте возникает рахит — нарушение развития скелета); витамин А — компонента зрительного пигмента глаз. Нуклеиновые кислоты Полимер- мономером которого являются НУКЛЕОТИДЫ Нуклеотид ДНК Нуклеотид РНК Азотистые основания @bio_barashkova @bio_barashkova 07 Химия клетки Признаки Местонахождение в клетке Роль в клетке ДНК РНК ядро, митохондрии, пластиды ядро, цитоплазма, рибосомы, митохондрии, пластиды химическая основа хромосомного генетического материала (генов); матрица для синтеза ДНК; матрица для синтеза РНК; информация о структуре белка иРНК передает код наследственной информации о первичной структуре белка; рРНК входит в состав рибосом; тРНК переносит аминокислоты к рибосомам; митохондриальная и пластидная ДНК входят в состав этих органоидов Строение двойная спираль: две комплементарные полинуклеотидные цепи Мономеры дезоксирибонуклеотиды одинарная полинуклеотидная цепь рибонуклеотиды Крахмал - полисахарид, накапливающийся в клетках растений. Какую функцию он выполняет и как его можно обнаружить в клетках клубня картофеля? @bio_barashkova @bio_barashkova 08 Химия клетки В молекуле ДНК количество нуклеотидов с цитозином составляет 20% от общего числа. Какой процент приходится на нуклеотиды с тимином в этой молекуле? В ответе запишите только соответствующее число. Фрагмент молекулы ДНК содержит 80 нуклеотидов. Из них 15 приходится на аденин. Сколько гуаниновых нуклеотидов содержится в этом фрагменте? В ответе запишите только соответствующее число. В молекуле ДНК на долю нуклеотидов, содержащих азотистое основание тимин, приходится 28%. Определите процентное содержание в этой молекуле нуклеотидов, содержащих азотистое основание цитозин. В ответе запишите только соответствующее число. Фрагмент молекулы какого вещества изображен на рисунке? На основании чего вы сделали такой вывод? Из чего состоит мономер этой молекулы? Установите соответствие между характеристикой и органическим веществом клетки: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО 1) белки 2) жиры ХАРАКТЕРИСТИКА А) все представители гидрофобны Б) главные компоненты мембран клеток В) в своем составе всегда имеют атомы азота Г) не являются полимерами Д) катализаторы в живых клетках Е) главные компоненты ногтей и рогов @bio_barashkova @bio_barashkova 09
