1. Химичекий состав клетки
1.1 Неорганические вещества
Химические процессы, протекающие в клетке, одно из основных условий ее жизни, развития, функционирования.
Все клетки животных и растительных организмов сходны по химическому составу.
Из 109 элементов периодической системы Менделеева в клетках представлено значительное их большинство (около 70). Одни элементы содержатся в клетках в относительно большом количестве, другие – в малом. Особенно велико содержание в клетке четырех элементов (макроэлементы): кислорода, углерода, азота и водорода. В сумме они составляют 98% всего содержимого клетки, Следующую группу составляют 8 элементов, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми процента. Это марганец, сера, фосфор, магний, калий, натрий, железо, кальций, хлор. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых количествах (меньше 0,01 %) – это микроэлементы (табл.1).
Таким образом, в клетке нет каких-нибудь особенных элементов, характерных только для живой природы. Это указывает на связь и единство живой и неживой природы.
На атомном уровне различий между химическим составом органического и неорганического мира нет. Различия обнаруживаются на более высоком уровне организации – молекулярном. Как видно из таблицы в живых телах наряду с веществами, распространенными в неживой природе, содержится множество веществ, характерных только для живых организмов.
Таблица 1 - Содержание в клетке химических соединений
Соединения , % |
|||
Неорганические |
Органические |
||
Вода Неорганические вещества |
70-80
1,0-1,5 |
Белки Углеводы Жиры Нуклеиновые кислоты АТФ и другие низкомолекуляр-ные вещества |
10-20 0,2-2,0 1-5 1,0-2,0
0,1-0,5 |
Вода: на первом месте среди веществ, стоит вода. Она составляет почти 80 % массы клетки. Вода – важнейший компонент клетки. Она является хорошим растворителем, обладает теплопроводностью. Ей принадлежит существенная и многообразная роль в жизни клетки.
Минеральные соли: к неорганическим веществам клетки относятся соли. Для процессов жизнедеятельности из входящих в состав солей наиболее важны катионы калия, натрия, кальция, магния, из анионов хлора, гидрокарбоната, нитрофосфата.
1.2 Органические вещества клетки. Белки
Из органических веществ, клетки на первом месте по количеству и значению стоят белки. Белки или протеины – это вещества, содержащие углерод, водород, кислород, азот и обычно также серу и фосфор. Белкам присуща громадная молекулярная масса. Например, молекулярная масса гемоглобина – белка красных кровяных клеток – 152000, миозина – белок мышц – 500000. Такие молекулы называются макромолекулами.
Строение белков. Среди органических соединений белки самые сложные. Они относятся к высокомолекулярным соединениям – биополимерам, веществам, молекулы состоят из многократно повторяющихся структурных единиц. Белки – непериодические полимеры, мономерами которых являются аминокислоты.
Белки животных организмов состоят главным образом из аминокислот (обычно 20) и при гидролизе распадаются на аминокислоты. Белки – важнейшая составная часть живых организмов: все ферменты, некоторые гормоны и антибиотики относятся к белкам.
Роль белка в жизни клеток организмов:
1) белки – строительный материал организма (оболочки, мембраны, органоиды);
2) каталитическая функция – ферменты, ускоряющие реакции в сотни миллионов раз;
3) двигательная функция – движение жгутиковых, инфузорий, сокращение мышц;
4) транспортная функция – гемоглобины крови;
5) защитная – антитела крови;
6) энергетическая функция - при расщеплении 1 г белков освобождается 17,6 кДж энергии.
Важным этапом в исследовании строения белка явилось установление в них пептидной связи, образованной из карбонильной группы и аминогруппы, входящих в состав различных амикокислот. Впервые важная роль группы -NH-CО - в построении белковой молекулы отмечена А.Д.Данилевским (1888 г).
Из различных аминокислот только -аминокислоты могут образовывать дипептиды. Например: из -аминокислот глицина и аланина образуется дипептид – глицил-аланин:
В зависимости от числа аминокислотных остатков, входящих в состав молекулы полипептида, различают ди-, три- и т.д. полипептиды.
Установление последовательности расположения аминокислотных остатков в одной или нескольких полипептидных цепях, составляющих молекулу белка, является первоначальной целью при исследовании его структуры. В строении молекул белков различают четыре уровня организации:
1) первичная структура – полипептидная цепь из аминокислот, связанных в определенной последовательности пептидными связями;
2) вторичная структура – полипептидная цепь в виде спирали. Между пептидными связями соседних витков и другими атомами возникают многочисленные водородные связи, обеспечивающие прочную структуру;
3) третичная структура – специфическая для каждого белка конфигурация в виде глобулы;
4) четвертичная структура возникает при соединении нескольких макромолекул, образующих агрегаты.
Нарушение природной структуры белка называется денатурацией, под воздействием высокой температурь, химических веществ, света.