Химический состав клетки

1. Химический состав клетки

2.

• В состав живых организмов входят те же элементы, которые
составляют неживые объекты;
• В клетке обнаружено порядка 80 элементов периодической
системы Д.И Менделеева;
• Около 40 элементов принимают участие в процессах обмена
веществ и обладают выраженной биологической активностью, их
делят на 3 группы:
• Макроэлементы (98%) – О, С, Н, N;
• Микроэлементы (1.9%) – К, Р, S, Mg, Сl, Ca, Na, Fe;
• Ультрамикроэлементы (0.01%) – J, Cu, Co, Zn, Mo, Br, Mn, B и пр.

3. Группы веществ, входящих в состав клетки

Органические вещества
Неорганические вещества
• Белки
• Жиры
• Углеводы
• Нуклеиновые кислоты
• Низкомолекулярные
органические
соединения.
• Вода
• Минеральные вещества

4.

Содержание в клетках химических соединений
Неорганические
Органические соединения
соединения
Вода 70-80%
Белки 10-20%
Минеральные соли 1-1.5% Жиры 1-5%
Углеводы 0.2-2%
Нуклеиновые кислоты 1-2%
Низкомолекулярные органические
соединения 0.1-0.5%

5.

6. Вода

• самое распространённое вещество
в живой природе, её содержание
может достигать 98% массы
организма (например, у медузы).
• В клетках человеческого тела
воды меньше, но даже в костях
содержится не менее 20% воды, а
в эмали зубов — не менее 10%;
• Вода находится в клетках в
свободном и связанном состоянии.

7. Значение воды для клетки и организма

• Определяет физические свойства клетки — её
объём и упругость;
• Растворитель: большинство веществ в клетке
(соли, кислоты, многие белки, углеводы,
витамины) находятся именно в растворённом
состоянии.;
• Помогает удалению из организма вредных
веществ, образующихся в результате
жизнедеятельности;
• Принимает участие во многих химических
реакциях;
• Участие в терморегуляции (благодаря высокой
теплоёмкости и теплопроводности);
• Транспорт веществ в клетках и организме
(кровообращение);
• Участие в реакциях гидролиза и фотосинтеза
(источник протонов водорода).

8. Чем определяется биологическая роль воды?

• Малые размеры молекул;
• Полярность;
• Способность образовывать водородные связи.
• Вещества , по отношению к воде делят на
гидрофильные (растворимые в воде) и
гидрофобные (нерастворимые).

9. Минеральные соли

• Большая часть неорганических веществ находятся в
клетке в виде солей – серной, соляной, фосфорной и
других кислот;
• Недостаток или избыток минеральных солей может стать
причиной гибели организма;
• Соли могут находиться либо в виде ионов либо в твёрдом
состоянии.

10. Минеральные соли, функции

• в водных растворах минеральные соли диссоциируют на
анионы и катионы,
• участвуют в поддержании осмотического давления ,
• поддерживают слабощелочную рН в тканевой жидкости,
• входят в состав буферных систем,
• являются кофакторами некоторых ферментов.

11. Сложные органические вещества – полимеры – состоят из более мелких звеньев – мономеров; они могут быть одинаковые, тогда

сложное
вещество называется гомополимер;
а если разные – гетерополимер.

12.

Регулярные полимеры – это полимеры, в которых мономеры (структурные звенья) следуют
в определенной, периодической последовательности. К ним относятся некоторые углеводы,
например, полисахариды, и искусственные полимеры с упорядоченной структурой звеньев.
Нерегулярные полимеры – это полимеры, в которых отсутствует строгая
закономерность в расположении мономеров. Типичные примеры нерегулярных полимеров –
природные белки и нуклеиновые кислоты.

13. Белки

• Нерегулярные полимеры, мономерами которых являются
аминокислоты, соединённые между собой пептидными
связями;
• В их состав входит порядка 20 типов аминокислот, все они
являются альфа-аминокислотами;
• Порядок расположения этих аминокислот «записан» в генах, в
виде генетического кода (тема следующего урока).

14. Аминокислоты

• Мономеры белков;
• В строении аминокислоты можно выделить две функциональные
группы: карбоксильную (—СООН), которая отвечает за кислотные
свойства, и аминогруппу (—NH2), которая, в свою очередь, отвечает
за основные свойства.
• Отсюда можно сделать вывод, что все аминокислоты являются
амфотерными соединениями и способны реагировать друг с другом
по разным функциональным группам с образованием пептидной
связи:

15. Физические свойства аминокислот

• Бесцветные;
• Кристаллические;
• Некоторые растворимы
в воде;
• Нерастворимы в
органических
растворителях.

16. Химические свойства белков

• Гидролиз - Все белки способны вступать в реакцию гидролиза.
В общем виде данная реакция выглядит следующим образом:
• Белок + nH2O = смесь из α-аминокислот.
• Денатурация — это разрушение структур белка, может быть
двух видов……

17. Виды денатурации

• Обратимая – есть
возможность ренатурации,
нарушена вторичная,
третичная, четвертичная
структуры.
• Необратимая – нет
возможности ренатурации,
нарушена первичная
структура белка.

18. Виды белков

• По количеству аминокислот:
• Олигопептиды (2-10 АМК), полипептиды (более 10 АМК);
• Полипептиды бывают двух видов:
1) собственно полипептиды ( от 10 до 100 АМК) – гормоны,
2) белки (протеины) – от 100 до нескольких миллионов;
• По составу:
• Простые (протеины) – состоят только из АМК (альбумины, глобулины, гистоны);
• Сложные (протеиды) – включают в состав простетические группы, по которым и носят свои
названия:
1) Хромопротеиды – белки с простетической группой в виде пигмента (гемоглобин, цитохром);
2) Нуклеопротеиды – белки + НК (образование хромосом);
3) Липопротеиды – белки +липиды ( миелин, компоненты плазматической мембраны);
4) Фосфопротеиды – белки + фосфаты (казеин молока, вителин яичного желтка, ихтулин икры рыб);
5) Гликопротеиды – белки + углеводы (в составе клеточной мембраны);
6) Металлопротеиды – белки + металлы (ферменты).

19. Виды белков

• По структуре :
• Фибриллярные – нитевидные
полипептидные цепи, плохо
растворимы в воде (кератин,
миозин, коллаген);
• Глобулярные –
полипептидные цепи в форме
шара, растворимы в воде
(протеины плазмы,
ферменты).

20.

21. Структуры белков

22. Функции белков

• Структурная (строительная) – белки входят в состав мембранных структур;
• Ферментативная (каталитическая) – все ферменты по химической природе
– белки (см.тему ферменты);
• Защитная (иммунологическая) – антитела, иммуноглобулины, интерферон;
• Сократительная (двигательная) – движение ресничек, жгутиков, мышц
(актин, миозин);
• Гормональная (регуляторная) – гормоны (инсулин);
• Энергетическая – при сжигании 1 г выделяется 17.6 кДж энергии;
• Транспортная – гемоглобин, мембранные белки-переносчики;
• Рецепторная – сетчатка глаза (родопсин);
• Запасающая (яичный белок, казеин);
• Токсическая (яд змей, пауков, насекомых);
• Трофическая (белок эндосперма семян).

23. Липиды

• Сложные вещества, мономерами которых
являются многоатомные спирты (чаще
глицерин) и жирные (высшие карболовые)
кислоты;
• Известно несколько групп липидов: жиры,
фосфолипиды, воски, стероиды и др.
Самая широко распространенная группа
липидов — это жиры (триглицериды);
• Поскольку триглицериды представляют
собой сложные эфиры, т. е. соединения
спиртов и карбоновых кислот, связи между
остатком глицерина и остатками жирных
кислот называются сложноэфирными.

24. Из насыщенных карбоновых кислот в состав жиров чаще всего входят пальмитиновая и стеариновая, а из ненасыщенных

Из насыщенных карбоновых кислот в состав жиров чаще
всего входят пальмитиновая и стеариновая, а из
ненасыщенных — олеиновая, линолевая и линоленовая
У животных, обитающих в холодном климате, жиры обычно содержат больше
остатков ненасыщенных кислот, чем у обитателей умеренных и тропических
широт.
Поэтому их жир даже при низких температурах остается жидким, а тело
сохраняет гибкость.

25. Физические свойства жиров

• Нерастворимы в воде;
• Растворимы в органических растворителях (эфиры, спирты,
бензин и пр.);
• Чем больше ненасыщенных кислот в составе, тем более
жидкое агрегатное состояние (растительные жиры), чем
больше насыщенных – тем более твёрдое (животные жиры).

26. Виды липидов

• Простые – сложные эфиры спирта и жирных кислот
(стероиды, жирорастворимые витамины, воски, терпены);
• Сложные – помимо веществ, входящих в состав простых
липидов , также есть другие вещества (фосфолипиды,
гликолипиды, липопротеиды, пигменты).
В клетках растений липиды синтезируются в гладкой ЭПС, а в организм животных
попадают с пищей, расщепляются на составные части, из которых синтезируются
необходимые собственные жиры.

27. Фосфолипиды по строению сходны с триглицеридами, но в их молекулах один остаток карбоновой кислоты замещен радикалом,

Фосфолипиды по строению сходны с триглицеридами, но в их
молекулах один остаток карбоновой кислоты замещен радикалом,
содержащим остаток фосфорной кислоты.

28. Функции липидов

• Энергетическая (при окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж
тепла);
• Строительная (структурная) – липиды входят в состав мембраны;
• Гормональная и регуляторная (стероидные гормоны регулируют
обмен веществ, размножение, также в группу липидов входит
витамин D);
• Запасающая ( в растительных клетках семян плодов растений, в
животных – жировая ткань);
• Источник эндогенной воды;
• Термоизоляционная ( участие в теплообмене);
• Защитная (от механических повреждений);
• Специальные функции – химические сигналы (феромоны у
насекомых), образование водоотталкивающих покрытий у растений
(воска), окраска плодов и семян, участие в фотосинтезе (пигменты).

29. Терпены – производные изопрена

• Эти вещества входят в состав
смол и эфирных масел
растений, например, хвойных
(пинен), мяты (ментол),
цитрусовых (лимонен) и др.
К терпенам относятся:
• витамины группы К,
необходимые для
свертывания крови,
• растительные
пигменты каротины,
• ростовые гормоны
растений гиббереллины и пр.

30. Строение молекул стероидов

31. Углеводы

• Углеродсодержащие органические вещества;
• Общая формула Cn(H2O)m, где n и m равны трем и более.
• Таким образом, соотношение атомов водорода и кислорода
в молекулах большинства углеводов такое же, как и в воде
(2 : 1), что и отражено в названии этих веществ.

32. Моносахариды

• низкомолекулярные соединения,
которые хорошо растворяются в
воде и обладают сладким
вкусом.
• Количество атомов углерода в
молекулах моносахаридов
варьирует от 3 до 9.
• Наиболее распространены в
природе пятиуглеродные
моносахариды (С5) — пентозы и
шестиуглеродные (С6) —
гексозы.

33. Для живых организмов наиболее важными гексозами являются глюкоза, галактоза и фруктоза; Они имеют общую формулу С6Н12О6, но

различаются структурой молекул, т. е.
являются изомерами.
• Глюкоза — основной продукт фотосинтеза и главный источник
энергии для клеток.
• В живых организмах она содержится как в виде собственно
моносахарида, так и в составе углеводов более сложного строения
— олигосахаридов и полисахаридов.
• Много глюкозы присутствует в ягодах, фруктах, мёде.
• Фруктоза. Среди всех моносахаридов фруктоза обладает самым
сладким вкусом. В клетках она находится как в свободном виде,
так и в составе олиго- и полисахаридов.
• Галактоза также входит в состав некоторых олиго- и
полисахаридов.

34. Олигосахариды

• оединения, состоящие из 2—10 остатков моносахаридов
(одинаковых или разных). Связи между остатками
моносахаридов называются гликозидными. Соединение
двух моносахаридов чаще всего происходит при участии
их гидроксильных групп.
• При этом выделяется молекула воды, и между остатками
моносахаридов формируется кислородный мостик.
• Олигосахариды, в состав которых входят два остатка
моносахаридов, называют дисахаридами.

35.

• Мальтоза (солодовый сахар) является промежуточным продуктом ферментативного
расщепления крахмала и гликогена в пищеварительной системе животных. Далее
фермент мальтаза расщепляет ее до глюкозы , богаты мальтозой прорастающие зерна
злаков (солод).
• Лактоза (молочный сахар) — важный компонент молока. Она является главным источником
энергии для детенышей млекопитающих.
• Сахароза (тростниковый сахар) наиболее распространена в растениях. Она служит
транспортной формой продуктов фотосинтеза и может накапливаться как запасное
питательное вещество. В больших количествах содержится в побегах сахарного тростника и
корнеплодах сахарной свеклы.

36. Полисахариды

• регулярные биополимеры, молекулы которых состоят из большого
количества (до десятков и даже сотен тысяч) моносахаридных
остатков.
• В состав полисахарида могут входить остатки одного или разных
моносахаридов. Полисахариды различаются не только составом,
но и длиной полимерных цепей.
• Кроме того, их молекулы могут
иметь линейную или разветвленную структуру.
• С увеличением числа мономерных звеньев уменьшается
растворимость углеводов и исчезает их сладкий вкус.
• Поэтому полисахариды не обладают сладким вкусом и
практически нерастворимы в воде.

37.

• Крахмал представляет собой смесь полисахаридов. Примерно на 80 % (по массе) он
состоит из разветвленного амилопектина и на 20 % из амилозы, имеющей линейную
структуру. Оба этих полисахарида образованы остатками α-глюкозы.
• Крахмал откладывается в клетках растений и некоторых водорослей в качестве
запасного (резервного) питательного вещества.
• Большое количество крахмала запасается в клубнях, плодах и семенах. Зерна злаков
(риса, пшеницы, кукурузы и др.) могут содержать до 80 % крахмала, в клубнях
картофеля его массовая доля достигает 25 %.
• Гликоген-резервный полисахарид животных и грибов . У животных он откладывается
преимущественно в клетках печени и мышцах. Гликоген, так же как амилоза и
амилопектин, состоит из остатков α-глюкозы. Однако молекулы гликогена разветвлены
сильнее, чем молекулы амилопектина
• Целлюлоза (клетчатка) — основной структурный компонент клеточных стенок
растений и ряда водорослей. Она обладает высокой прочностью, не растворяется ни в
воде, ни в органических растворителях. Много клетчатки содержится в древесине, а в
волокнах хлопчатника ее массовая доля достигает 95 %. Целлюлоза представляет собой
линейный полимер.
• В отличие от крахмала и гликогена ее цепи построены из остатков β-глюкозы.

38.

39. Хитин

• Полисахарид , мономером которого является
N-ацетилглюкозамин;
• Следовательно, в состав хитина, кроме
углерода, водорода и кислорода, входит
также азот.
• Это прочный полисахарид линейной
структуры. Хитин является важным
компонентом кутикулы членистоногих и
клеточных стенок многих грибов.

40. Муреин

• Составляет основу клеточной стенки
большинства бактерий;
• Линейные цепи муреина состоят из
чередующихся остатков двух
производных глюкозы — Nацетилглюкозамина и Nацетилмурамовой кислоты,
соединенных гликозидными связями.
• При этом параллельно
расположенные полисахаридные цепи
сшиваются друг с другом короткими
пептидными мостиками между
остатками N-ацетилмурамовой
кислоты.
• Благодаря поперечным сшивкам
молекула муреина представляет собой
трехмерную сеть, своего рода мешок,
окружающий бактериальную клетку.

41. Виды полисахаридов

• Гомополисахариды – состоят из множества одинаковых
моносахаридных остатков (крахмал, гликоген,
целлюлоза);
• Гетерополисахариды – состоят из моносахаридов разных
видов (гепарин).

42. Гепарин

• полисахарид, состоящий из
чередующихся остатков
глюкуроновой кислоты и
глюкозамина;
• подавляет все фазы свертывания
крови, вступая во
взаимодействие с форменными
элементами, белками плазмы
(обладает противосвёртывающим
эффектом);
• Используется для лечения и
профилактики тромбоза.

43. Функции углеводов

• Структурная (строительная) функция – углеводы входят в
состав клеточной стенки бактерий, грибов и растений;
• Энергетическая – при окислении 1 г выделяется 17,6 кДж
энергии;
• Запасающая – крахмал (у растений), гликоген ( у
животных и грибов);
• Составной компонент ДНК, РНК, АТФ, ФАД, НАД;
• Защитная – рецепторы тканевой совместимости ,
хитиновый покров членистоногих.