Структура органических молекул клетки

1. Структура органических молекул клетки

2.

3. Белки – гетерополимеры из аминокислот

Аминокислоты – мономеры белка
Белок – это цепочка различной длины из 20 различных
аминокислот, собранных в разном соотношении и
порядке
Каждая аминокислота имеет атом углерода, с которым
связаны
• Карбоксильная группа
• Аминогруппа
• Атом водорода
• Радикал
Все аминокислоты имеют разные радикалы
Общая формула аминокислоты

4. Пептидная связь

Пептидная связь возникает между
аминогруппой одной и карбоксильной группой
другой аминокислоты
При образовании пептидной связи выделяется
вода
Две объединенных аминокислоты называют
дипептид, если таких аминокислот много, то
образуется полипептид.
Средняя длина 1 аминокислоты 0,3 нм, масса –
120 г/моль

5. Протеиногенные аминокислоты

6. Заменимые и незаменимые аминокислоты

7. Первичная структура белка

Первичная структура белка – это последовательность из
аминокислот, которые его образуют
Закодирована в генетическом коде (образуется в
результате транскрипции)
Образована пептидными связями
В таком виде белки не работают, однако, именно из-за
аминокислотного состава зависит дальнейшая укладка
белка

8. Вторичная структура белка

β - складки
Образуется за счет водородных
связей между недалеко
расположенными пептидными
группами
Примеры
пептидных
групп
2 вида: α-спирали и β - складки
В таком виде могут
функционировать некоторые
структурные белки
α-спираль

9. Кератин – белок из альфа-спирали

10. Фиброин – белок из бета-складок

11. Третичная структура белка

Образуется глобула за счет взаимодействия
радикалов
Связи образуются внутри одной
полипептидной цепочки
Отдельные фрагменты глобулы могут иметь
вторичную структуру
Белки могут функционировать в таком виде

12. Связи в третичной структуре белка образуются за счет взаимодействия радикалов в одной цепочке белка

13. Четвертичная структура белка

Взаимодействие глобул (т.е.
нескольких полипептидных
цепочек)
Связи образуются между
радикалами
Каждая отдельная полипептидная
цепочка в таком случае
называется субъединицей
Пример - гемоглобин

14. Денатурация и ренатурация

15. Функции белков

Белки выполняют множество функций
Ферменты могут иметь только белковую
природу (но, не все белки являются
ферментами)
Рецепторы могут быть только белками (или
комплексом белков с чем-то)
Энергетическая функция белков минимальна
и они сжигаются организмом в последнюю
очередь
Энергетический выход при сгорании 1 г белка
равен углеводному: 4,1 ккал или 17,2 кДж

16. Структурные белки

17. Белки-гормоны

Инсулин
Соматотропин

18. Белки-рецепторы

19. Внутриклеточная передача сигналов

20. Белки-каналы

21. Дыхательные пигменты

22. Транспортные белки

Альбумины
Аполипопротеины
в хиломикронах

23. Защитные белки

24. Сократительные белки

25. Белки-токсины

Ботулотоксин
Тетанроспазмин
https://io9.gizmodo.com/5915470/10-of-thedeadliest-proteins-on-earth

26. Белки-ферменты

Ферменты – это белки, специализирующиеся на проведении химической реакции
Один фермент выполняет только одну химическую реакцию, ускоряя ее в тысячи раз (а иногда в принципе
делая возможной)
Вещество – взаимодействующее с ферментом – субстрат, а то, что образуется после химического превращения –
продукт
Субстрат взаимодействует с определенным участком фермента: активным центром, который подходит к
субстрату как ключ к замку
Кофермент – это необязательный участник процесса, который не изменяется в ходе химического превращения
Для проведения некоторых ферментативных реакций кофермент необходим

27. Активный центр фермента

28.

29. Активация ферментов в клетке путем фосфорилирования

30. Скорость ферментативной реакции. Зависимость от t и pH

31. Скорость ферментативной реакции. Зависимость от концентрации фермента и субстрата

32. Углеводы

Молекула сахаров содержит
несколько гидроксильных
групп, а также одну
альдегидную или
карбонильную группу
Альдозы содержат
альдегидную группу (глюкоза,
галактоза, рибоза,
дезоксирибоза)
Кетозы содержат
карбонильную группу
(фруктоза)
В растворе сахара приобретают
циклическую форму (α или β)
Образуются в ходе фотосинтеза
или в гладкой ЭПС животных

33. Строение моносахаридов

Пентозы
Гексозы

34. Строение молекулы глюкозы

35. Образование гликозидной связи

36. Строение дисахаридов

Мальтоза

37. Восстанавливающая способность сахаров

https://www.youtube.com/watch?v=zEaaVALgW0c

38. Полисахариды – это гомополимеры глюкозы

Целлюлоза – полимер из β-глюкозы.
Структурная единица клеточной стенки
растений
Крахмал - полимер из α-глюкозы.
Основное запасное вещество растений
Гликоген – более разветвленный
полимер из α-глюкозы.
Основное запасное вещество животных
и грибов

39. Функции углеводов

Главная функция – энергетическая.
Энергетический выход при сгорании 1
г углеводов равен 4,1 ккал или 17,2
кДж
Энергетическая
Запасающая
Углеводы
Структурная
Осморегуляция
крови
Примеры структурной функции:
клеточные стенки
Повышение уровня глюкозы в крови
приводит к диабету
Запасающая: сохранение полимеров
глюкозы прозапас
Углеводы НЕ имеют гормональной
функции

40. Липиды

Гидрофобные вещества клетки, образуются
в гладкой ЭПС
Жирные кислоты
Триглицериды
Фосфоглицериды
Производные холестерина (стероиды)

41. Жирные кислоты

42. Триглицериды

Мицеллы
Липосомы

43. Холестеролы

Функции холестерола
1. Структурная – входит в состав мембран, повышая
их вязкость и жесткость.
2. Связывание полиненасыщенных жирных кислот и
их транспорт между органами и тканями в составе
липопротеинов низкой и высокой плотности.
3. Является предшественником желчных кислот,
стероидных гормонов (кортизола, альдостерона,
половых гормонов) и витамина D.

44. Гликолипиды

45. Функции липидов

Запасающая и энергетическая функции: при
сжигании 1 г жиров образуется 9,3 ккал или
38,9 кДж энергии. Однако, организм расходует
жиры во вторую очередь
Запасающая (вода
и энергия)
Энергетическая
Защитная
Липиды
Структурная
Терморегуляция
Регуляторная
Защита и терморегуляция: подкожная жировая
клетчатка защищает от механических
повреждений и перепадов температур
(особенно у водных животных)
Образуют все мембраны клеток (структурная
функция)
Источник образования стероидных гормонов
(регуляторная функция)

46. Нуклеиновые кислоты

Включают ДНК и РНК
Состоят из нуклеотидов
Нуклеотид РНК
Каждый нуклеотид имеет азотистое
основание, сахар (пентозу) и остаток
фосфорной кислоты
ДНК включает сахар дезоксирибозу и
азотистые основания аденин, или цитозин,
или гуанин, или тимин
РНК включает сахар рибозу и азотистые
основания аденин, или цитозин, или гуанин,
или урацил
Нуклеотид ДНК

47. Соединение нуклеотидов

Цепочка нуклеотидов образована сахарофосфатным
остовом, с чередованием сахара и остатка фосфорной
кислоты. Один остаток присоединяется к 3 атому
углерода в сахаре, другой – к 5. Соответственно
свободные концы называют 3’ и 5’
Направление цепи важно, так как все ферменты
движутся в определенную сторону
Азотистое основание находится сбоку
Азотистые основания двух цепей при любых
взаимодействиях объединяются с помощью
водородных связей по принципу комплементарности.
В ДНК между А и Т всегда 2 водородных связи, а
между Г и Ц – 3.

48. Структура ДНК

Состоит из двух антипараллельных цепочек, объединенных
водородными связями, возникающими между азотистыми
основаниями.
Ширина ДНК (2 цепей) равна 0,2 нм
Длина одного нуклеотида – 0,34 нм
Масса нуклеотида – 345 г/моль
Можно найти линейные ДНК в ядре и кольцевые в
митохондриях и пластидах
Молекула ДНК обычно упакована с помощью белков и
образует хроматиды хромосом (что является синонимами,
если хромосома однохроматидная). При максимальной
компактизации хромосомы становится видно в световой
микроскоп.
Правило Чарграффа: В ДНК количество
А=Т, а Г=Ц
Функции: хранение и реализация генетической информации,
образование РНК

49. Физические параметры ДНК

50. Виды РНК

иРНК: матрица для синтеза белков
рРНК: входит в состав рибосом
тРНК: транспорт аминокислот к месту
синтеза белка
РНК: одноцепочечные нуклеиновые кислоты. Выделяют 3 основных вида РНК. Все они образуются
комплементарно ДНК. В РНК не встречается тимин, вместо него – урацил, комплементарный аденину

51. Энергетический обмен

52. Участники

Кофермент
Субстрат
Кофермент
Продукт
Кофермент
Пировиноградная кислота
Продукт гликолиза

53. Этапы катаболизма

1.
Подготовительный этап
Расщепление полимеров до мономеров
Иногда идет с затратой энергии
Происходит в органах пищеварительной
системы и в лизосомах
2. Бескислородный этап (гликолиз)
• В цитоплазме
3. Кислородный этап
• Цикл Кребса (в матриксе митохондрий)
• Окислительное фосфорилирование
Если кислородный этап провести невозможно
(анаэробные условия), то происходит
брожение

54. Использование других соединений

В качестве источника
энергии клетка может
использовать не
только глюкозу
Другие соединения
могут включаться в
обмен на разных
этапах

55. Гликолиз

• Происходит в цитоплазме
• Бескислородный этап
• 1 глюкоза распадается на 2 пирувата
(пировиноградная кислота, ПВК)
• Энергетический выход: 2 АТФ
• Дополнительно: 2 НАД*Н, которые
возможно использовать только в
кислородном этапе
НАД НАД+
НАДН НАД*Н НАДН+Н
Молочнокислое брожение

56. Гликолиз

+ 2 АТФ
+ 2 НАД•Н
2
Глюкоза
Пируват
Ключевой фермент гликолиза - фосфофруктокиназа
(регулирует скорость всего процесса)
В реакциях с фосфоглицераткиназой и пируваткиназой образуется АТФ
https://www.youtube.com/watch?v=PVEQUK4QX1Y

57. Цикл Кребса

• Первая часть кислородного этапа
окисления глюкозы
• Он же цикл трикарбоновых кислот
(ЦТК)
• Он же цикл лимонной кислоты
• Происходит в матриксе
митохондрий
• Окисляет 2 пирувата до углекислого
газа
• Продукт : 6 НАД*Н, 2 ФАДН2 и 2 АТФ
• НАДН и ФАДН2 – переносят
электроны и протоны на электронотранспортную цепь митохондрий
(ЭТЦ)

58.

Цикл трикарбоновых кислот
Происходит в матриксе митохондрий
пируват
СО2 + С2Н4О
Начинается с реакции: ОА +ацетилкоэнзим А
Итоги цикла трикарбоновых кислот:
(для 1 молекулы глюкозы)
1)6 СО2 (2 до цикла и 4 в цикле)
2)8 НАДН•Н (6 в цикле + ещё 2 до) и 2
ФАД•Н2
3)2 ГТФ ( могут превращаться в АТФ)
https://www.youtube.com/watch?v=G-LURhjHJD4

59. Мнемонические правила

ЩУКа съела ацетат, получается цитрaт,
Через цисaконитaт будет он изоцитрaт.
Вoдoрoды отдaв НАД, oн теряет СО2,
Этoму безмернo рaд aльфa-кетоглутaрaт.
Окисление грядет — НАД похитил вoдoрoд,
ТДФ, коэнзим А забирают СО2.
А энергия едва в сукциниле пoявилась,
Сразу АТФ рoдилась и oстался сукцинат.
Вот дoбрался он дo ФАДа — вoдoрoды тому надo,
Фумарат воды напился, и в малат oн превратился.
Тут к малату НАД пришел, вoдoрoды приобрел,
ЩУКа снoва oбъявилась и тихoнькo затаилась.
ЩУКу АЦЕТИЛ ЛИМОНил,
Но нарЦИСсА КОНь боялся,
Он над ним ИЗОЛИМОННо
АЛЬФА-КЕТОГЛУТАРался.
СУКЦИНИЛся КОЭНЗИМом,
ЯНТАРился ФУМАРОВо,
ЯБЛОЧек припас на зиму,
Обернулся ЩУКой снова.

60. Окислительное фосфорилирование

• Вторая часть кислородного этапа
• Происходит на кристах
митохондрий
• Электроны с НАДН (6 шт из цикла
Кребса и 2 шт из гликолиза) и
ФАДН2 (2 из цикла кребса)
транспортируются по электронотранспортной цепи митохондрий,
что приводит к закачке Н+ в
межмембранное пространство
• Н+ проходят через мембрану по
градиенту концентрации в матрикс
через АТФ-синтазу
• АТФ-синтаза крутится и соединяет
АДФ и фосфат
• Результат: еще 34 АТФ (всего 36 в
кислородном этапе)

61.

Электрон-транспортная цепь (ЭТЦ)
система трансмембранных белков и переносчиков электронов, которые передают
электроны от субстратов на кислород
на кристах митохондрий
Акцептор электронов – О2!!!
4 ферментативных комплекса :
Комплекс I
НАДН-дегидрогеназный комплекс
Комплекс II
Сукцинатдегидрогеназа
Комплекс III
Цитохром-bc1-комплекс
Комплекс IV
Цитохром c оксидаза
Ингибитор – цианистый калий
https://www.youtube.com/watch?v=emv0YTZKLWg

62.

Строение АТФ-синтазы
компонент FO — трасмембранный домен,
Состоит из 1а, 2 b, 9-12 c CE
компонент F1 — находится вне мембраны, в матриксе.
Состоит из 9 СЕ – 3α + 3β и γ, δ , ε
Бойер – модель вращающего катализа
3 каталитических центра на β-СЕ
Конформации:
О- открытое; Т – закрытое и L - неплотное
https://www.youtube.com/watch?v=fC58dHdomQw
1 оборот γ-СЕ = 3 АТФ
Антибиотик олигомицин ингибирует
АТФ-синтазу

63. Химический термогенез

При окислительном фосфорилировании не вся
энергия субстратов тратится на совершение
работы, а существенная часть рассеивается в виде
тепла, особые клетки организма умеют изменять
это соотношение с целью наработки тепла.
Клетки бурой жировой ткани, в отличие от белой жировой ткани бурые жировые клетки содержат большое
количество митохондрий. Во внутренней мембране митохондрий этих клеток имеется белок термогенин (до
15% от всех белков митохондрий).
При охлаждении организма бурые адипоциты получают сигналы по симпатическим нервам, и в них
активируется расщепление жира – липолиз. Окисление жиров приводит к получению большого количества
НАДН и ФАДН2, активизации работы дыхательной цепи и возрастанию электрохимического градиента, который
используется не для получения энергии, а для получения тепла.
Этот механизм активно используют младенцы и животные при выходе из спячки.

64. Окисление липидов

65. Окисление глицерина

66. Окисление жирных кислот