Химическая организация клетки

1. Химическая организация клетки. Д/З самостоятельная работа 2

2.

Макроэлементы
Микроэлементы
I группа основные
(органогены): кислород (O),
углерод (С), водород (H), азот
(N)
Главные компоненты всех
органических соединений,
на долю этих элементов
приходится 98% от массы
живых клеток
II группа: фосфор (Р), сера (S),
калий (К), магний (Mg), натрий
(Na), кальций (Ca), железо (Fe),
хлор (Cl), кремний (Si)
Обязательные компоненты
всех живых организмов, 1 –
2 % от массы живых клеток
Алюминий (Al), марганец (Mn),
цинк (Zn), молибден (Mo),
кобальт (Co), никель (Ni), йод (I),
бром (Br), фтор (F), бор (B) и др.
Входят в состав
биологически активных
соединений (ферментов,
гормонов, витаминов) и
влияют на обмен веществ;
оказывают влияние на
усвоение организмом других
микроэлементов; могут
накапливаться в живых
организмах (например,
водоросли накапливают йод,
лютики – литий, ряска –
радий и др.). Сумарное
содержание около 0.1 %

3.

Ультрамикроэле
менты
Золото (Au), бериллий (Be),
серебро (Ag), уран (U), ртуть
(Hg), радий (Ra), селен (Se)
Физиологическая роль этих
компонентов в живых
организмах пока до конца не
изучена, суммарное
содержание менее 0,01%

4.

Вода: свойства и функции
Количество воды в клетках костной ткани – 20%
жировой ткани – 40 %
мышечной ткани – 76 %
клетки эмбриона – более 90 %
С возрастом количество воды в клетках снижается!!!!

5.

Свойства воды

6.

Свойства
Роль в клетке
Полярность
молекул
Хороший растворитель, основная среда протекания
многих химических реакций, способна растворять
газы (кислород, углекислый газ). Гидрофильные
вещества – хорошо растворимые в воде,
полярные(ионные
соединения.
Моносахариды,
дисахариды, аминокислоты, простые спирты и др.);
гидрофобные
вещества
–
практически
нерастворимые или нерастворимые в воде,
неполярные (полисахариды, липиды, нуклеиновые
кислоты, большинство белков и др.)
Наивысшая
удельная
теплоемкость (изза способности
образовывать
водородные связи
между
молекулами)
Защищает ткани растений и животных от быстрого и
сильного повышения температуры, так как
значительная часть тепловой энергии тратится на
разрыв водородных связей, а высокая теплота
парообразования
обеспечивает
надежную
стабилизацию
температуры
тела
организма.
Испарение сопровождается испарением (например,
потоотделение у животных, тепловая одышка у собак,
транспирация у растений)

7.

Свойства
Роль в клетке
Высокая
Обеспечивает равномерное распределение
теплопроводнос тепла по всему организму, таким образом
ть (из-за
устраняется
риск
возникновения
небольших
локальных «горячих» точек, которые могут
размеров
послужить
причиной
повреждения
молекул)
элементов клетки.
Прозрачность Обеспечивает возможность фотосинтеза в
воде на глубине
Несжимаемость Поддерживает
постоянную
форму
организмов (например, круглые черви,
медузы0, обеспечивает тургор (например,
положение
органов
растения
в
пространстве), защищает развивающийся
плод у млекопитающих

8.

Свойства
Подвижность
молекул
(водородные
связи
относительно
слабые)
Роль в клетке
Обеспечивает осмос, поступление воды в
клетку, плазмолиз и деплазмолиз
Вязкость (из-за
наличия
водородных
связей между
молекулами)
Уменьшает трение, образование слизей и
др., смазывающих жидкостей
Высокое
поверхностное
натяжение
Обеспечивает адсорбционные процессы,
передвижение растворов по тканям,
передвижение мелких организмов по
поверхности воды

9.

Свойства
Расширение при
замерзании
(каждая
молекула воды
способна
образовывать 4
водородные
связи)
Роль в клетке
Обеспечивает теплоизоляцию организмов
в воде в зимнее время (вода имеет
максимальную плотность при 4 градусах,
лед легче воды и поэтому плавает на ее
поверхности)

10.

Осмос
Процесс
односторонней диффузии
через полупроницаемую
мембрану молекул
растворителя в сторону
бо́льшей концентрации
растворённого вещества
из объёма с меньшей
концентрацией
растворенного вещества.

11.

Плазмолиз - отделение протопласта от клеточной
стенки в гипертоническом растворе. Плазмолизу
предшествует потеря тургора. Плазмолиз возможен
в клетках, имеющих плотную клеточную стенку (у
растений, грибов, крупных бактерий).

12.

13.

14.

Минеральные соли: функции

15.

Функция
Значение
Сохранение
кислотнощелочного
равновесия
За счет буферных систем происходит
регуляция pH среды. Фосфатная буферная
система
поддерживает
pH
внутриклеточной среды в пределах 6,9 –
7,4. Бикарбонатная – на уровне 7,4
Некоторые
катионы
являются
активаторами и компонентами различных
ферментов, витаминов и гормонов.
Различные
неорганические вещества
служат
источником
для
синтеза
органических молекул или участвуют в
образовании внутреннего и наружного
скелета организмов
Активация
ферментов
Структурная

16.

Функция
Создание
мембранных
потенциалов
клеток
Создание
осмотического
давления
Значение
Внутри клетки преобладают ионы К+ , а
снаружи - ионы Na+ и Cl- . В результате
образуется разность потенциалов внешней
и внутренней поверхности мембраны
клетки
Внутри клетки концентрация ионов солей
выше, что обеспечивает поступление в
клетку воды, создает тургорное давление

17.

БИОПОЛИМЕРЫ

18.

Биологические полимеры – высокомолекулярные
органические соединения, молекулы которых состоят из
большого числа повторяющихся звеньев – мономеров.
Сюда относятся:
• Белки – состоят из аминокислот
•Нуклеиновые кислоты – состоят из нуклеотидов
•Полисахариды – состоят из моносахаридов
По форме биополимеры делятся на 2 группы:
1. Линейные – белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза
2. Ветвящиеся – гликоген, крахмал

19.

Свойство
Значение
Кооперативность Тесная
взаимосвязь
всех
функциональных
групп,
т.е.
взаимодействие одних групп полимера
изменяет
характер
взаимодействия
других его групп. Например, связывание
кислорода белком эритроцитов крови –
гемоглобином.
Способность
Такие комплексы могут возникать как
образовывать
между отдельными частями молекулы,
интерполимерные так и между разными молекулами.
комплексы
Благодаря
образованию
комплексов
осуществляются
биосинтез
белков,
нуклеиновых кислот, регуляция обмена
веществ и др. биологические процессы.

20.

УГЛЕВОДЫ

21.

МОНОСАХАРИДЫ
ОЛИГОСАХАРИДЫ ПОЛИСАХАРИДЫ
Особенност
и строения
и свойства
Бесцветные, твердые
кристаллические
вещества, хорошо
растворимы в воде,
имеют сладкий вкус
В большей степени
представлены
дисахаридами,
растворимые в воде,
сладкие на вкус
Полимеры, состоят
из моносахаридов,
линейные и
разветвленные, не
растворимые в воде,
не имеют сладкого
вкуса, могут
образовывать
соединения с
липидами
(гликолипиды) и
белками
(гликопротеины)
Примеры
Пентозы (рибоза,
дезоксирибоза);
гексозы (глюкоза,
фруктоза, галактоза)
Мальтоза (состоит из
2 молекул глюкозы),
лактоза (галактоза +
глюкоза), сахароза
(глюкоза+фруктоза)
Целлюлоза, крахмал,
гликоген, хитин

22.

МОНОСАХАРИДЫ
Функции
ОЛИГОСАХАРИДЫ ПОЛИСАХАРИДЫ
1. Энергетическая – основной источник энергии, при полном
расщеплении 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии.
2. Запасающая – крахмал (у растений) и гликоген (у
животных и грибов)
3. Строительная – входят в состав нуклеиновых кислот,
клеточных мембран, клеточных стенок растений и грибов
4. Рецепторная – гликопротеины, которые входят в состав
клеточных мембран, обеспечивают узнавание клетками
друг друга
5. Защитная – растворы углеводов защищают от
механических повреждений ткани и органы

23.

ЛИПИДЫ

24.

Особеннос
ти
строения и
свойства
Простые липиды
Сложные липиды
Липоиды
Сложные эфиры
спиртов с жирными
кислотами,
гидрофобные, легче
воды, способны
подвергаться
гидролизу
(омылению), в воде
нерастворимы,
пластичные
вещества,
обладающие
водоотталкивающи
ми свойствами
Сложные эфиры
спиртов с жирными
кислотами и
другими группами
Жироподобные
вещества,
предшественники
или производные
липидов

25.

Простые липиды
Примеры
Сложные липиды
1. Нейтральные
1. Фосфолипиды –
жиры – сложные
сложные эфиры
эфиры
трехатомного
трехатомного
спирта
спирта
глицерина,
глицерина и
жирных кислот
жирных кислот.
и фосфорной
2. Воски –
кислоты.
сложные эфиры 2. Гликолипиды –
одноатомных
соединения,
спиртов и
построенные из
жирных кислот
липидного и
углеводного
компонентов
3. Липопротеиды –
комплексы
липидов и
белков
Липоиды
Жирные кислоты,
глицерин,
холестерин,
желчные кислоты,
жирорастворимые
витамины (А, D, Е,
К), стероидные
гормоны

26.

Простые липиды
Функции
Сложные липиды
Энергетическая – при Структурная –
полном расщеплении 1 принимают участие в
г жира освобождается образовании мембран
38,9 кДж энергии.
Запасающая –
откладываются в
клетках жировой
ткани, источник
энергии во время
спячки, миграций и
голода
Источник
метаболической воды
– при окислении 1 г
жира образуется 1,1 г
воды
Защитная –
амортизация органов,
теплоизоляция, воск
образует
водоотталкивающее
покрытие предохраняя
от смачивания
Липоиды
Регуляторная –
гормоны регулируют
рост,
дифференцировку,
размножение,
адаптации, обмен
веществ
Каталитическая –
витамины являются
кофакторами
ферментов

27.

БЕЛКИ

28.

Белки – биологические гетерополимеры,
мономерами
которых являются аминокислоты.
В образовании белков участвует 20
аминокислот!!!
Из них 8 являются для человека незаменимыми,
так как не могут синтезироваться в организме и
должны поступать с пищей, - это ЛИЗИН,
ВАЛИН, ЛЕЙЦИН, ИЗОЛЕЙЦИН, ТРЕОНИН,
ФЕНИЛАЛАНИН, ТРИПТОФАН и МЕТИОНИН.

29.

ОБЩАЯ ФОРМУЛА
АМИНОКИСЛОТ

30.

Образование пептидной связи
(ковалентные полярные связи)

31.

32.

Структуры белковой
молекулы

33.

Структура
белка
Характеристика
Тип связи
Первичная
Линейная структура последовательность
аминокислот в полипептидной
цепи, которая определяет все
другие структуры молекулы, а
также свойства и функции
белка
Пептидная
Вторичная
Закручивание полипептидной
цепи в спираль или
складывание в «гармошку»
Водородные
связи
Третичная
Глобулярный белок –
упаковка вторичной структуры
в глобулу;
Фибриллярный белок –
несколько вторичных
структур, уложенных
параллельно слоями, или
скручивание нескольких
вторичных структур наподобие
каната в суперспираль
Ионные ,
водородные,
дисульфидные,
гидрофобные
Схема

34.

Структура
белка
Характеристика
Четвертичная Встречается редко. Комплекс
из нескольких третичных
структур органической
природы и неорганическое
вещество, например,
гемоглобин
Тип связи
Ионные,
водородные,
гидрофобные
Схема

35.

36.

Свойства белков

37.

Физические и химические свойства белков
обусловлены их различным аминокислотным
составом.
ДЕНАТУРАЦИЯ – нарушение природной
структуры белка, происходит под влиянием
различных факторов: высокая температура,
действия химических веществ, облучение,
механическое воздействие
Если воздействие перечисленных факторов было
недолгим и несильным, то белок может вернуть
свою природную структуру – ОБРАТИМАЯ
ДЕНАТУРАЦИЯ (РЕНАТУРАЦИЯ)

38.

Если воздействие было долгим или сильным, то
происходит нарушение не только третичной и
вторичной структур, но и первичной–
НЕОБРАТИМАЯ ДЕНАТУРАЦИЯ
(РЕНАТУРАЦИЯ)

39.

40.

ФЕРМЕНТЫ (ЭНЗИМЫ)

41.

ФЕРМЕНТЫ (ЭНЗИМЫ) – это специфические белки,
которые присутствуют во всех живых организмах и
играют роль биологических катализаторов.
Ферменты ускоряют реакцию без изменения ее общего
результата за счет снижения энергии активации, т.е. в их
присутствии требуется значительно меньше энергии для
придания реакционной способности молекулам, которые
вступают в реакцию.
Фермент катализирует только одну реакцию или
действует только на один тип связи (высокая
специфичность ферментов)

42.

Классификация ферментов

43.

ГРУППА
Катализируемые реакции, примеры
ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ
Окислительно-восстановительные реакции: перенос
атомов водорода и кислорода и электронов от одного
вещества к другому, при этом окисляется первый и
восстанавливается второй. Участвуют во всех
процессах биологического окисления, например. В
дыхании: АН+В
А+ВН (окислительный) или
А+О
АО (восстановительный)
ТРАНСФЕРАЗЫ
Перенос группы атомов (метильной, ацильной,
фосфатной или аминогруппы) от одного вещества к
другому. Например, перенос остатков фосфорной
кислоты от АТФ на глюкозу или фруктозу под
действием фототрансфераз:
АТФ+глюкоза
глюкозо-6-фосфат+АДФ
ГИДРОЛАЗЫ
Реакции расщепления сложных органических
соединений на более простые путем присоединения
молекул воды в месте разрыва химической связи
(гидролиз). Например, амилаза (гидролизирует
крахмал), липаза (расщепляет жиры), трипсин
(расщепляет белки) и др.:
АВ + Н2О
АОН+ВН

44.

ГРУППА
Катализируемые реакции, примеры
ЛИАЗЫ
Негидролитическое присоединение к субстрату или
отщепление от него группы атомов. При этом могут
разрываться связи С-С, С-N, С-О, С-S. Например:
декарбоксилаза отщепляет карбоксильную группу
ИЗОМЕРАЗЫ
Внутримолекулярные перестройки, превращение
одного изомера в другой (изомеризация)
Глюкозо-6-фосфат
глюкозо-1-фосфат
ЛИГАЗЫ (синтетазы)
Реакции соединения двух молекул с образованием
новых связей С-С, С-N, С-О, С-Sс использованием
энергии АТФ. Например, фермент валин-т-РНКсинтетаза, под действием которго образуется
комплекс валин-т-РНК:
АТФ+валин+т-РНК → АДФ+ Н3РО4 +валин-т-РНК