2. Содержание химических элементов в клетке. Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки.

Химическая организация клетки:

80% - вода.

1-2% - липиды

1-2% - неорганические вещества.

1-2% - нуклеиновые кислоты.

1-1,5% - низкомолекулярные вещества.

1-2% - углеводы.

10-12% - белки.

 

Химический состав неорганических веществ клетки:

Кислород – 65-75 %	Магний – 0,02-0,03%	Цинк – 0,0003%
Углерод – 15-18%	Натрий – 0,02-0,03%	Медь – 0,0002%
Водород – 8-10%	Кальций – 0,04-2,00%	Йод – 0,0001%
Азот – 1,5-3.0%	Железо – 0,01-0,015%	Фтор – 0,0001%
	Сера – 0,15-0,20%
	Калий – 0,15-0,40%
	Фосфор – 0,20-1,00%
	Хлор – 0,05-0,10%

 Вода – обязательный компонент клетки. В ней растворены многие вещества, в т.ч. органические (гидрофильные – углеводы и гидрофобные – белки). Вода необходима для работы ферментов.

Функции воды:

1. Служит для протекания реакций.

2. Участвует в химических реакциях

3. Регулирует обмен веществ

4. Участвует в терморегуляции

5. Смачивание поступающей пищи.

Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной структуры.

Осмос – проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. Давление воды, с которой она давит на мембрану – осмотическое давление. Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление называются изотоническими.

Растворы:

1. Гипертонические – вызывают сморщивание клеток

2. Гипотонические – вызывают разрыв клеток

Тургор – давление, с которым вода давит изнутри на оболочку.

Соли:

К неорганическим веществам кроме воды относятся и соли. Они находятся в диссоциироранном состоянии: Na⁺ , K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ - катионы и HPO₄^2-, H₂PO₄^-, HCO₃^- - анионы. От концентрации солей зависит осмотическое давление и ее буферные свойства, т.е. поддерживать реакцию на слабощелочном или нейтральном уровне РН.

РН – отрицательный логарифм концентрации водородных ионов.

РН = 7 – среда нейтральная.

РН = (7;14) – щелочная среда.

РН = (1;7) – кислая среда.

В некоторых клетках находятся нерастворимые минеральные соли (костные клетки) за счет присутствия Ca₃PO₄, CaCO_3.

3. Органические вещества клетки: липиды, атф, биополимеры (углеводы, белки, нуклеиновые кислоты) и их роль в клетке.

Липиды

Липиды – сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Липиды содержатся во всех клетках животных и растений. Они входят в состав многих клеточных структур. Витамины А, D, E, К – являются жирорастворимыми.

Функции жиров:

1. Энергетическая – 1г. жира – 9,2 ккал.

2. Строительная – входит в состав всех мембран.

3. Некоторые липиды являются предшественниками гормонов – регулируют обмен веществ.

4. Защитная.

5. Терморегуляторная.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

АТФ обеспечивает клетку энергией. Любое проявление жизнедеятельности нуждается в затрате энергии. Энергетический обмен связан с пластическим. Все реакции пластического обмена нуждаются в затрате энергии. Для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный синтез ферментов, т.к. продолжительность жизни ферментов невелика. Через пластический и энергетический обмен осуществляется связь клетки с внешней средой. Живая клетка представляет собой открытую систему, т.к. между клеткой и внешней средой постоянно происходит обмен веществ и энергией.

Клетка – высокоорганизованная структура, в которой экономно расходуется материалы и энергия и процессы идут с высоким КПД. КПД митохондрий - 45-60%, хлоропластов – 25%.

Использование энергии АТФ:

1. Ассимиляция.

2. Транспорт веществ.

3. Деление клетки и ее органоидов.

4. На процессы жизнедеятельности.

Углеводы

Углеводы – органические вещества с общей формулой (CH₂O)_n. В живой клетке - 1-2%, в печени и мышцах – до 5%. В растительной клетке до 90% (картофель, семена).

Углеводы:

1. Простые – моносахариды – определяются по числу атомов углерода: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы. Наиболее важны: пентозы C₅H₁₀O₅ и гексозы C₆H₁₂O₆. Из петоз выделяют рибозы и дезоксирибозы (рибозы входят в состав РНК, АТФ; дезоксирибозы - ДНК). Из гексоз выделяют глюкозу, фруктозу, галактозу.

2. Сложные – дисахариды, полисахариды.

Дисахариды – сахароза (глюкоза + фруктоза), лактоза (глюкоза + галактоза).

Подисахариды – состоят из множества молекул моносахаридов: целлюлоза (полимер из 150-200 молекул глюкозы), крахмал.

Функции углеводов:

1. Энергетическая – окисление в митохондриях мышц.

2. Строительная – целлюлоза в клеточной стенки растений, хитин в скелете членистоногих.

Белки

Белки входят в состав всех организмов. По химической природе – белки – полимеры, мономеры которых – аминокислоты. Аминокислота – органическая кислота.

Состав аминокислоты:

1. Аминогруппа – NH₂

2. Карбоксильная группа – СООН

Аминогруппа в цепи белка соединена пептидной связью (CO-NH), образована карбоксильной группой и группой другой аминокислоты.

Живыми организмами используется только 20 аминокислот, хотя существует их значительно больше: глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, серин, треонин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, аспарагин, глутамин, лизин, аргинин, цистеин, метионин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин, пролин.

Различают 4структуры белка:

Первичная структура - аминокислотная цепь, связанная между собой пептидными связями.

Вторичная структура - белковая нить закручена в спираль и соединение участков цепи происходит за счет водородных связей (Н-Н).

Третичная структура – сворачивание вторичной структуры в клубок. Эта структура специфическая для каждой молекулы белка. Сворачивание происходит за счет дисульфидных мостиков (-S-S-), и сульфгидрильных мостиков (-S-H-).

Четвертичная структура – имеется не у всех белков – объединение нескольких структур (субъединиц). Например: гемоглобин.

По своему составу белки бывают:

1. Простые – состоят только из аминокислот

2. Сложные – содержат нуклеиновые кислоты (нуклеопротеиды), жиры (липопротеиды), углеводы (гликопротеиды), металлы (металлопротеиды).

Функции белков:

1. Строительная (мембраны, ядро).

2. Транспортная (перенос О₂ гемоглобином).

3. Ферментативная (ускорение биохимических реакций).

4. Двигательная (сократительная).

5. Защитная (гаммаглобулины).

6. Энергетическая (1г. – 4,2 ккал).

7. Сигнальная.

Нарушение природной структуры белка называется денатурацией. Денатурация бывает обратимой и необратимой. Ренатурация – восстановление структуры белка после прекращения воздействия.