Химический состав клетки
Неорганические вещества Органические вещества Химический состав клетки Минеральные соли Вода Макроэлементы К, Na, Cl, S, P, Ca, Mg Микроэлементы Fe, Cu, Co, Zn, Mn, Al, Se Биогены C, O, H, N Сахара (углеводы) Белки (пептиды) Нуклеиновые кислоты Жиры (липиды) Протеины Протеиды Стерины СЖК Воск, эфир ТАГ ДНК РНК Моносахариды Полисахариды Олигосахариды
БИОГЕНЫ (ОРГАНОГЕНЫ) МАКРОЭЛЕМЕНТЫ МИКРОЭЛЕМЕНТЫ Минеральные элементы клетки Кальций – 1% Фосфор – 0,5% Калий – 0‚2% Сера – 0‚15% Хлор – 0‚05% Натрий – 0,025% Магний – 0,02% Кислород – 65-75% Углерод – 15-18% Водород – 8-10% Азот – 1-3% Йод – 0,1% Железо 0‚01% Цинк – 0,0003% Медь – 0,0002% Фтор – 0,0001% Кобальт Марганец Селен 4 7
Уникальные свойства: Полярная молекула Связи ковалентные Высокая теплопроводность Высокая теплоемкость Электропроводность Вязкость, текучесть Три агрегатных состояния Диэлектрическая аномалия - растворимость Химически стойкое вещество При замерзании расширяется «Информационность» В природной воде на 1 миллион обычных молекул приходится: 320 молекул – Н заменен на дейтерий 420 молекул с кислородом О17 2000 молекул с кислородом О18 Тяжелая вода угнетает все живые процессы (даже бактерий) Мертвая вода Дождь содержит тяжелой воды заметно больше чем снег Кипяченая вода содержит больше тяжелой воды Легкая вода Н 2 О Дейтериевая вода (2Н) D 2 O Тритиевая вода (3Н) Т 2 О Тяжелокислородная 17О, 18О
Структурная Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95 % воды Гидростатический скелет: круглые и кольчатые черви, иглокожие - вода практически не сжимаема в жидком состоянии Метаболическая Вода - среда для всех биохимических реакций в клетке Универсальный растворитель Участие в химических реакциях, в синтезе и гидролизе полимеров При фотосинтезе вода является: донором электронов источником атомов водорода источником свободного кислорода
Транспортная У растений благодаря капиллярному эффекту (молекулам воды свойственна когезия ) осуществляется подъем от корня к другим частям растения растворенных в воде минеральных солей по сосудам Питание, экскреция и транспорт у животных Осмотическая За счет осмоса вода создает избыточное давление внутри вакуолей растительных клеток Тургорное давление обеспечивает упругость клеточной стенки и поддержание формы органов Функции воды
Терморегуляторная Большая теплоемкость 4200 Дж/( кг·К ): вода обеспечивает примерное постоянство температуры внутри клетки Вода может переносить большое количество теплоты, отдавая ее там, где температура тканей ниже, и забирая там, где температура более высокая. При испарении воды происходит значительное охлаждение: много энергии тратится на разрыв водородных связей при переходе из одного агрегатного состояния (жидкость) в другое (газ) Функции воды Смачивающая синовиальная жидкость в суставах позвоночных; плевральная жидкость в плевральной полости; перикардиальная жидкость в околосердечной сумке; кишечная и желудочная слизь (облегчает передвижение веществ по кишечнику) слизь бронхов (создает влажную среду дыхательных путей) вода входит в состав крови, лимфы, слюны, желчи, слез, спермы и др.
В народном сознании волшебные свойства воды восходят к ее способности смывать грязь, очищать. Вода укрепляет жизненные силы. Погружение в нее символизирует смерть и возрождение. Дурной сон не принесет вреда, если погрузить руки в поток. С водой связаны гадания и заговоры. В преданиях мир возник, поднявшись из первичного океана. Воде присуще женское начало. В древнеиндийских Ведах она именуется «самой материнской», поскольку все сущее некогда было подобно морю, лишенному света. Шумеры верили, что из моря родилось Небо и Земля, давшие жизнь богам. Фетида сделала Ахилла неуязвимым, искупав его в «реке мертвых – Стиксе». Христианский обряд крещения в воде, по словам Иоанна Златоуста, «представляет смерть и погребение, жизнь и воскресение из мертвых». Обезвоживание : Потеря 10% - опасна Потеря 15 % - летальна Суточная доза воды 1,5 – 2,5 л Летальная доза воды – от 7 до 10 л в сутки
1. Атмосферная. Вся вода планеты (в том числе и на Земле) находилась в виде пара в атмосфере, поверхность Земли имела температуру в 700 °С. 2. Стадия горячих океанов. Дно океанов имело температуру (90-50 ° С), вода древних океанов у дна была горячая, на поверхности – тёплая (30 °С). 3. Стадия теплых океанов. Вода древних океанов на любом уровне была повсеместно тёплая (20 °С). 4. Стадия холодных океанов. Вода океанов на любом уровне холодная, среднегодовая температура равняется 5-10 °С. 5. Стадия оледенения океанов и распространения «вечной мерзлоты» на континентах. Все океаны Земли (теплые и холодные) начнут покрываться сплошным ледяным покровом (как Северный Ледовитый океан). Влажная почва континентов от воздействия низких температур будет образовывать «вечную мерзлоту». 6. Стадия отсутствия гидросферы. После потери атмосферы планета потеряет и поверхностные воды, которые испарятся сначала в атмосферу, потом будут выброшены «солнечным ветром» в космос. Атмосферная стадия гидросферы (5 млрд. лет назад) Стадия горячих океанов (4-3 млрд. лет назад) Стадия теплых океанов (3-1 млрд. лет назад) Стадия холодных океанов (1 млрд. лет назад –наши дни) Стадия оледенения океанов (сейчас – 0,5 млрд. лет в буд) Стадия отсутствия гидросферы на Земле (0,5-1 млрд. лет в будущем) Гипотеза « холодного » начала: гидросфера образовалась при нагреве и расплавлении первичного холодного пылевого облака. Гипотеза « горячего » начала: первоначально Земля состояла из вещества, нагретого до высокой температуры. Охлаждаясь, первичное вещество разделилось на жидкую и газообразную фазы, а дальнейшее понижение температуры привело к выделению из газообразной фазы гидросферы и атмосферы.
С Входит в состав белков, аминокислот, ДНК и РНК Нитриты и нитраты – необходимы растениям для питания Атмосфера включает до 80% азота N
Внутри клетки – высокая концентрация К (в 35 раз выше чем снаружи) Снаружи клетки – высокая концентрация Na (в 14 выше чем внутри) Из клетки выводится 3 иона Na, закачивается 2 иона К Создается градиент электронных сил, ускоряющий протекание всех процессов Расщепляется АТФ, энергия поступает на синтез, движение, сокращение, возбуждение и т.д.
Минеральное вещество Биологическая роль Минеральное вещество Биологическая роль Натрий Водно-солевой обмен, транспорт, работа мембран, сердечно-сосудистая система, нервная система Железо Кровь, гемоглобин, дыхательные Калий Цинк Половые гормоны, ферменты Хлор Медь Пигментный обмен, кроветворение Сера Красота, кожа, волосы, ногти Марганец Ферменты, гормоны Фосфор Ферменты, наследственный материал, ЦНС Кобальт Витамин В12, кроветворение Кальций Кость, мышечное сокращение Селен Защита от новообразований Магний Хлорофилл у растений. Мышцы, кости, нервы Кремний Кожа, суставы, хрящи Фтор Эмаль зубов Йод Гормоны щитовидной железы
Гемоглобин Миоглобин Цитохромы (дыхательные ферменты) Около 5 г железа в организме Медь Пигменты, кожа Синтез гемоглобина Нервная система Формирование костей Общий обмен веществ Кальций Магний Регуляция проницаемости мембран Мышечное сокращение Синтез гемоглобина Свертывание крови Формирование костей Регуляция эндокринной системы Хлорофилл у растений Нервная система Синтез гемоглобина Формирование костей Сосудорасширяющее действие Выведение холестерина Влияют на рост: Mn, Zn, I — у животных В, Mn, Zn, Cu — у растений Влияют на размножение: Mn, Zn — у животных Mn, Cu, Mo — у растений Влияют на кроветворение: Fe, Cu, Со Влияют на тканевое дыхание: Cu, Zn Влияние на регенерацию: Al
Жиры Сахара Полипептиды ДНК и РНК
Аминокислоты – карбоновые кислоты, содержащие NН2-группу, амфотерные электролиты. Протеиногенные аминокислоты - -аминокислоты, которые образуют белковые цепи Заменимые а минокислоты – аминокислоты, которые синтезируются организмом. Незаменимые аминокислоты - аминокислоты, которые не синтезируются организмом, они обязательно должны поступать с пищей. Метионин Валин Фенилаланин Триптофан Треонин Лизин Лейцин Изолейцин Гистидин Аргинин
СЕРОСОДЕРЖАЩИЕ Цистин Метионин АРОМАТИЧЕСКИЕ Триптофан Фенилаланин Тирозин КИСЛЫЕ Глутаминовая Аспарагиновая ЩЕЛОЧНЫЕ Аргинин Гистидин Лизин
Белки́ (протеи́ны, полипепти́ды) — высокомолекулярные ОВ, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью Белки – полимеры !!! азотсодержащие непериодические (аминокислоты не чередуются регулярным образом) органические линейные гетерополимеры Н 2 О Мономерами белков являются α (альфа) - аминокислоты Синтез 1 пептидной связи требует 4 АТФ
Биологически полноценные белки – белки, которые содержат полный комплект незаменимых аминокислот. К биологически полноценным белкам относятся белки мышечной ткани, такие, как актин, миозин, актомиозин, тропомиозин, миоглобин и т. д. Биологически неполноценные белки – белки, в составе которых отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота. Представителями неполноценных белков является большинство растительных белков, животные белки соединительных тканей (коллаген, эластин). Пептидные связи Пептидные + водородные связи Пептидные + водородные + ковалентные (гидрофобные) связи ( дисульфидные мостики) Пептидные + водородные + ковалентные+ субъединичные Структуры белка Линейная Пространственная
min 50 аминокислотных остатков (инсулин) max 26926 аминокислотных остатков ( титин ) ДЕНАТУРАЦИЯ ГИДРОЛИЗ ВЫСАЛИВАНИЕ
Каталитическая (ферментная) Белки-ферменты – катализаторы биохимических реакций Сократительная (двигательная) Актин, миозин – мышечные белки. Флагеллин – двигательный белок жгутиков бактерий Транспортная Транспортные белки биомембран. Сывороточные альбумины Структурная Тубулины – белки микротрубочек цитоскелета. Кератины роговых структур. Миозин и актин мышц. Оссеин костей Защитная Коллаген и эластин кожи. Иммуноглобулины – антитела и альбумины крови Рецепторная Мембранные, цитоплазматические и ядерные рецепторы для гормонов; рецепторы для вирусов Регуляторная Гормоны-белки: инсулин, гормон роста Трофическая Белок эндосперма семян; фосфопротеиды рыбной икры ( ихтуллин ) Энергетическая При полном окислении 1 г белка освобождается 17,6 кДж энергии
Липиды - органические соединения, нерастворимые в воде, растворимые в неполярных растворителях (эфире, бензине, бензоле, хлороформе и др.) Простейшие липиды: Триацилглицериды Жирные кислоты Стерины и стероиды Воски, эфиры холестерин Триацилглицерин (ТАГ)
КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ Липиды Простые Сложные Терпены Стероиды Триацилглицериды Воска Жирные кислоты Гликолипиды Липопротеиды Фосфолипиды Холестерин Тестостерон Желчные кислоты Каротин Эфирные масла Насыщенные (предельные) Ненасыщенные (непредельные)
Метаболическая функция липидов Производные холестерола, витамин Д играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты – производные холестерола участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот. Липиды являются источником метаболической воды. Ацетилхолин – производное холестерина проводит нервный импульс Тестостерон и эргостероны – производные холестерина
Углеводы – органические вещества, первичные продукты фотосинтеза исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях разложение дает СО 2 и Н 2 О моносахара имеют сладкий вкус моносахара являются мономерами дисахаров и полисахаридов гидрофильны моносахариды, гидрофобны полисахариды
Дисахариды Полисахариды пентозы гексозы Моносахара Пентозы : рибоза, дезоксирибоза, ксилоза, арабиноза Гексозы : глюкоза, фруктоза, галактоза, и др. Дисахариды Сахароза = глюкоза+фруктоза : свекловичный, виноградный Трегалоза = глюкоза+глюкоза : грибной сахар Мальтоза = глюкоза+глюкоза : мед Лактоза = глюкоза+галактоза : молочный сахар Полисахариды – полимеры их мономеры – моносахара Крахмал – запасное вещество растений Гликоген – запасное вещество грибов, животных и бактерий Хитин – клеточная стенка грибов Муреин – клеточная стенка бактерий Целлюлоза – клеточная стенка растений Агар и ламинарин – клеточная стенка водорослей
6. Метаболическая Пентозы участвуют в синтезе нуклеотидов: рибоза входит в состав нуклеотидов РНК, АТФ дезоксирибоза - в состав нуклеотидов ДНК, НАД, НАДФ, кофермента А, ФАД), рибулозодифосфат является акцептором СО2 в темновой фазе фотосинтеза. Пентозы и гексозы участвуют в синтезе полисахаридов; в этой роли особенно важна глюкоза.
ПОЛИМЕРЫ МОНОМЕРЫ Белки Альфа-аминокислоты Полисахариды Моносахара ДНК и РНК Нуклеотиды ? Что такое мономер? Назовите полимеры и их мономеры:
гликокаликс
Аденозинтрифосфорная кислота АТФ АДФ + Ф АМФ + 2Ф 1 связь = 40 кДж Направленная энергия Используется на мышечную работу, транспорт, синтез, деление
Структуры белков: Органические, азотсодержащие полимерные макромолекулы, мономеры – аминокислоты связаны пептидной связью Выполняют роль ферментов, гормонов, транспортных, защитных веществ Одна разновидность молекул может участвовать в одном типе реакций Расщепляются в пищеварительной системе и в лизосомах клеток с помощью протеолитических ферментов Синтезируются в клетках организмов, на рибосомах и полисомах эндоплазматической сети Вызывают иммунный ответ при введении в кровь Белки – определение: Роль в обмене веществ: Место синтеза: Место расщепления: Специфичность белков: Что произойдет, если белки попадут непосредственно в кровь? Первичная, вторичная, третичная, четвертичная
Углеводы - определение: У растений – крахмал, у бактерий, грибов, животных - гликоген У растений – целюллоза, грибы – хитин, бактерии - муреин Служат сигнальными молекулами – рецепторами в межклеточных взаимодействиях, входят в состав веществ, входит в состав гликокаликса Органические вещества, имеющие сладковатый вкус, расщепляются до СО2 и Н2 O Моносахариды, дисахариды, олигосахариды, полисахариды, мукополисахариды Виды углеводов: В состав запасных веществ входят: Растворимость в воде: Моносахариды – хорошо растворимы (гидрофильны), Полисахариды – плохо растворимы (гидрофобны) Наличие в клеточных стенках: Роль в животной клетке:
Липиды - определение: Органические, гетерогенные вещества, нерастворимые в воде, растворимые в органических растворителях Фосфолипиды входят в состав клеточных мембран, ТАГ – запасаются адипоцитами, служат запасом энергии ТАГ (в составе глицерин), жирные кислоты, стероиды, эфиры, воски Бывают жидкими (состоят из непредельных ЖК) и твердыми (состоят из предельных ЖК) По консистенции липиды бывают: Роль в клетках: Виды простых жиров: Виды сложных жиров: Фосфолипиды, гликолипиды, липопротеиды Являются ли липиды полимерами? Нет, полимерами являются белки, полисахариды, ДНК и РНК
Б - ? В - ? Г - ? Б – вторичная (спираль) В – третичная (глобула) Г – четвертичная (субъединицы) На рисунках изображено: Как называется это вещество и какую роль оно играет в живой клетке? АТФ С помощью АТФ клетка осуществляет синтез веществ, осуществляет активный транспорт веществ, биение жгутиков и ресничек и т. д.
Ферменты – биологические катализаторы белковой природы, способные ускорять биохимические реакции Ферменты (энзимы) – сложные белки, третичной стуктуры Ферменты наиболее активны только в области оптимума условий внешней среды Правило «ключ-замок» Правило специфичности «1 субстрат – 1 фермент» Коферменты – активаторы ферментов – витамины «ключ-замок»
Фермент Биологическая роль Амилаза Катализирует расщепление крахмала в ротовой полости Пепсин Катализирует расщепление белков в желудке Трипсин Катализирует расщепление пептидов в тонкой кишке Каталаза Катализирует расщепление перекиси водорода в клетках Уреаза Катализирует расщепление мочевины Липаза Катализирует расщепление липидов Лактаза Катализирует расщепление молочного сахара Лизоцим Катализирует расщепление муреина в клеточной стенке бактерий Лецитиназа Катализирует расщепление фосфолипида лецитина в мембране Химозин Фермент кишечника, катализирует расщепление белков молока Нуклеаза Катализирует расщепление ДНК и РНК
Витамины – активаторы ферментов (ко-ферменты) Витамины – интенсифицируют обменные процессы Авитаминоз – отсутствие одного из витаминов Полиавитаминоз – полное отсутствие нескольких витаминов Гиповитаминоз – признаки частичной недостаточности витаминов Гипервитаминоз – признаки избыточного потребления витаминов Дисвитаминоз – несовместимость витаминов Витамины – группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы К витаминам не относят микроэлементы и незаменимые аминокислоты
Одним из первых цитрусовые для лечения цинги у матросов предложил применять шотландский врач Джеймс Линд в 1747 году В 1880 году советский педиатр Николай Иванович Лунин экспериментально доказал, что "… в молоке, помимо казеина, жира, молочного сахара и солей, содержатся еще другие вещества, незаменимые для питания 1912 год — польский химик Казимир Функ ввел термин «витамин». Функ определил химический состав вещества, выделенного из рисовых отрубей, и, обнаружив в нем аминогруппу, назвал его «витамин»
В1, В2, В6, В12, фолиевая кислота, пантотеновая кислота, РР, биотин В качестве коферментов участвуют в углеводном, энергетическом обмене Классификация витаминов Витамины-коферменты Витамины-антиоксиданты Витамины-прогормоны С и Е, бета-каротин Нейтрализуют активную форму кислорода С действует в водных фазах организма: в сыворотке, в слезной жидкости, в плевральной жидкости Е действует в мембране клеток Витамины А, D Из них образуются гормоны – тестостерон, прогестерон, ретиналь
Жирорастворимые витамины Водорастворимые витамины
А Ретинол Витамин роста, против куриной слепоты, кожа Д Кальциферол Проводит кальций в кость Е Токоферол Фактор размножения и плодоношения F 3 жирные кислоты Фактор размножения, чистота сосудов Q Убихинон Антиязвенный K Викасол Фактор свертываемости крови Гиповитаминоз А Гиповитаминоз Д Ксерофтальмия Рахит, остеопороз
В1 Тиамин Антиневритный (бери-бери) В2 Рибофлавин Фактор роста, антидермальный В3 Пантотеновая к-та Общий обмен веществ В5 Никотинамид Антипеллагрический В6 Пиридоксин Антидермальный Синдром 3Д: деменция, дерматит, диарея ГИПОВИТАМИНОЗ РР ГИПОВИТАМИНОЗ В1
В9 Фолиевая к-та Общий обмен веществ, кроветворение, размножение В12 Цианкобал -амин Кроветворение С Аскорбиновая к-та Антиокислитель, защита от инфекций Р Рутин Проницаемость сосудов ГИПОВИТАМИНОЗ В9 и В12 ГИПОВИТАМИНОЗ С
могут быть натуральными и синтетическими Натуральные витамины наиболее предпочтительны, так как их источники содержат еще и ферменты, волокна и другие элементы, облегчающие усвоение Содержание витаминов в рационе питания снижается в зимние и весенние месяцы Замораживание продуктов уменьшает концентрацию витаминов в пище Хранение на свету губительно для витаминов Е и А, контакт с кислородом не приемлем для витамина В6 Витамины
наносят существенный ущерб здоровью повышают детскую смертность отрицательно сказываются на росте и развитии детей снижает физическую и умственную работоспособность снижает сопротивляемость инфекциям сокращает продолжительность активной трудоспособной жизни
Витамины - определение: Низкомолекулярные органические вещества, катализаторы ферментов Витамины не синтезируются в организме, вырабатываются тканями и клетками микроорганизмов, растений и животных Недостаток витаминов Водорастворимые (группа В, С и Р) и жирорастворимые (А, Д, Е, Ф) Виды витаминов: Гиповитаминоз: Гиповитаминоз В5: Пеллагра Гиповитаминоз В12: Анемия Почему важно употреблять витамины с пищей? Иммунного ответа не последует, витамины расходуются клетками и тканями Что будет если витамин попадет в кровь ? Гиповитаминоз В2: Гиповитаминоз В9: Гиповитаминоз С: Дерматит Анемия Цинга, иммунитета Гиповитаминоз Д: Гиповитаминоз В1: Гиповитаминоз В3: Рахит, остеопороз Полиневрит бери-бери Нарушение обмена в-в
Что такое аминокислота? Незаменимая аминокислота? Что такое полисахариды и чем они отличаются от моносахаридов? Что такое буферность? Что такое гидрофильность? Что такое денатурация белка? Назови полимеры? Какие связи участвуют в структурах белка?
