Химические вещества в клетке, особенно их состав, с точки зрения химии разделяют на макро- и микроэлементы. Однако существует еще и группа ультрамикроэлементов, в которую входят химические элементы, процентное соотношение которых составляет 0,0000001%.
Одних химических соединений в клетке больше, других меньше. Однако все основные элементы клетки относятся к группе макроэлентов. Приставка макро- означает много.
Живой организм на атомном уровне не отличается от предметов неживой природы. Он состоит из тех же атомов, что и неживые предметы. Однако количество химических элементов в живом организме, особенно тех, что обеспечивают основные жизненные процессы, намного больше в процентном соотношении.
Химические вещества клетки
Белки
Основными веществами клетки являются белки. Они занимают 50% массы клетки. Белки выполняют множество различных функций в организме живых существ, также белками являются многие другие по своему подобию и функциями вещества.
По своему химическому строению белки – это биополимеры, которые состоят из аминокислот, соединенных пептидными связями. Хочется отметить, что состав белков в основном занимают остатки аминокислот.
Для химического состава белков характерно постоянное среднее количество азота – примерно 16%. Хочется отметить, что под воздействием специфических ферментов, а также в процессе нагревания с кислотами белки поддаются гидролизу. Это одна из главных их особенность.
Углеводы
Углеводы распространены в природе очень широко и отыграют очень важную роль в жизнедеятельности растений и животных. Они берут участие в разных процессах обмена веществ в организме и являются компонентами многих природных соединений.
В зависимости от содержания, структуры и физико-химических свойств, углеводы поделены на две группы: простые – это моносахариды и сложные – продукты конденсации моносахаридов. Среди сложных углеводов также есть две группы: олигосахариды (количество моносахаридных остатков составляет от двух до десяти) и полисахариды (количество моносахаридных остатков составляет более десяти).
Липиды
Липиды – это основной источник энергии для организмов. В составе живых организмов липиды выполняют минимум три главных функции: они являются основными структурными компонентами мембран, являются распространенным энергетическим резервом, а также играют защитную роль в составе покрова животных, растений и микроорганизмов.
Химические вещества в клетке, которые относятся к классу липидов, обладают особенным свойством – они не растворимы в воде и малорастворимые в органических растворителях.
Нуклеиновые кислоты
В составе клеток живых организмов обнаружено два вида жизненно важных нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Нуклеиновые кислоты – это сложные соединения, которые имеют в составе азот.
В случае полного гидролиза нуклеиновые кислоты расщепляются на более мелкие соединения, а именно на: азотистые основания, углеводы и фосфатную кислоту. В случае неполного гидролиза нуклеиновых кислот создаются нуклеозиды и нуклеотиды. Главная функция нуклеиновых кислот – хранение генетической информации и транспорт биологически активных веществ.
Группа макроэлементов – основной источник жизни клетки
К группе макроэлементов относятся такие основные химические элементы как кислород, углерод, водород, азот, калий, фосфор, сера, магний, натрий, кальций, хлор и другие. Многие из них, например, фосфор, азот, сера входят в состав разных соединений, которые отвечают за жизненные процессы клеток организма. Каждый из этих элементов имеет свою функцию, без которой существование клетки было б невозможным.
- Кислород, например, входит практически во все органические вещества и соединения клетки. Для многих, особенно аэробных организмов, кислород выполняет функцию окислителя, что в процессе их дыхания обеспечивает клетки этого организма энергией. Самое большое количество кислорода в живых организмах находится в составе молекул воды.
- Углерод тоже входит в состав многих соединений клетки. Атомы углерода в молекуле СаСО3 составляют основу скелета живых организмов. Более того, углерод регулирует клеточные функции и играет важную роль в процессе фотосинтеза растений.
- Водород находится в клетке в молекулах воды. Его главная роль в структуре клетки заключается в том, что много микроскопических бактерий окисляют водород для того, чтобы получать энергию.
- Азот – один из главных составляющих клетки. Его атомы входят в состав нуклеиновых кислот, многих белков и аминокислот. Азот участвует в процессе регуляции кровяного давления в виде N О и выводится из живого организма в составе мочи.
Не менее важное значение для жизни организмов имеют и сера с фосфором. Первая содержится в составе многих аминокислот, поэтому и в белках. А фосфор составляет основу АТФ – основного и самого большого источника энергии живого организма. Более того, фосфор в виде минеральных солей содержится в зубной и костной тканях.
Важное значение в составе клетки организма имеют кальций и магний. Кальций свертывает кровь, поэтому он жизненно необходим живым существам. Также он регулирует много внутриклеточных процессов. Магний участвует в создании ДНК в организме, более того, он является кофактором многих ферментов.
Нужны клетке и такие макроэлементы как натрий с калием. Натрий поддерживает мембранный потенциал клетки, а калий необходим для нервного импульса и нормальной работы сердечных мышц.
Значение микроэлементов для живого организма
Все основные вещества клетки состоят не только из макроэлементов, но еще и из микроэлементов. Сюда относятся цинк, селен, йод, медь и другие. В клетке в составе основных веществ они находятся в мизерных количествах, однако играют важнейшую роль в процессах организма. Селен, например, регулирует много основных процессов, медь является одним из составляющих компонентов многих ферментов, а цинк является главным элементом в составе инсулина – основного гормона поджелудочной железы.
Химический состав клетки — видео
Данный видеоурок посвящен теме «Клетка: строение, химический состав и жизнедеятельность». Наука, изучающая клетку, называется цитология. На этом занятии мы обсудим строение самой маленькой структурной единицы нашего организма, узнаем ее химический состав и рассмотрим, как осуществляется ее жизнедеятельность.
Тема: Общий обзор организма человека
Урок: Клетка: строение, химический состав и жизнедеятельность
Организм человека - это огромное многоклеточное государство. Клетка - структурная единица как растительных, так животных организмов. Наука, изучающая клетки, называется .
По форме, строению и функциям клетки чрезвычайно разнообразны, но все они имеют общую структуру. А вот форма, размеры, и особенности зависят от выполняемой органом функции.
Впервые о существовании клеток сообщил в 1665 г. выдающийся английский физик, математик и микроскопист Роберт Гук.
Рис. 1.
После открытия Гука клетки обнаруживали под микроскопом у всевозможных видов животных и растений. И все они имели общий план строения. Но в световой микроскоп можно было увидеть лишь цитоплазму и ядро. Появление электронного микроскопа позволило ученым не только увидеть другие, но и рассмотреть их ультраструктуру.
1. Колесов Д.В., Маш Р.Д., Беляев И.Н. Биология 8 М.:Дрофа - с. 32, задания и вопрос 2, 3, 5.
2. Какие существуют основные части клетки?
3. Расскажите о клеточных органеллах.
4. Подготовьте сообщение об истории открытия микроскопа.
Все живые организмы состоят из клеток . Организм человека тоже имеет клеточное строение , благодаря которому возможен его рост, размножение и развитие.
Организм человека состоит из огромного числа клеток разной формы и размеров, которые зависят от выполняемой функции. Изучением строения и функций клеток занимается цитология .
Каждая клетка покрыта состоящей из нескольких слоев молекул мембраной, которая обеспечивает избирательную проницаемость веществ. Под мембраной в клетке находится вязкое полужидкое вещество – цитоплазма с органоидами.
Митохондрии
– энергетические станции клетки, рибосомы – место образования белка, эндоплазматическая сеть, выполняющая функцию транспортировки веществ, ядро – место хранения наследственной информации, внутри ядра – ядрышко. В нем образуется рибонуклеиновая кислота. Возле ядра расположен клеточный центр, необходимый при делении клетки.
Клетки человека состоят из органических и неорганических веществ.
Неорганические вещества:
Вода – составляет 80 % массы клетки, растворяет вещества, участвует в химических реакциях;
Минеральные соли в виде ионов – участвуют в распределении воды между клетками и межклеточным веществом. Они необходимы для синтеза жизненно важных органических веществ.
Органические вещества:
Белки – основные вещества клетки, самые сложные из встречающихся в природе веществ. Белки входят в состав мембран, ядра, органоидов, выполняют в клетке структурную функцию. Ферменты – белки, ускорители реакции;
Жиры – выполняют энергетическую функцию, они входят в состав мембран;
Углеводы – также при расщеплении образуют большое количество энергии, хорошо растворимы в воде и поэтому при их расщеплении энергия образуется очень быстро.
Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК, они определяют, хранят и передают наследственную информацию о составе белков клетки от родителей к потомству.
Клетки человеческого организма обладают рядом жизненно важных свойств и выполняют определенные функции:
В клетках идет обмен веществ
, сопровождающийся синтезом и распадом органических соединений; обмен веществ сопровождается превращением энергии;
Когда в клетке образуются вещества, она растет, рост клеток связан с увеличением их числа, это связано с размножением путем деления;
Живые клетки обладают возбудимостью;
Одна из характерных особенностей клетки – движение.
Клетке человеческого организма
присущи следующие жизненные свойства: обмен веществ, рост, размножение и возбудимость. На основе этих функций осуществляется функционирование целого организма.
Химический состав клетки.
Основные свойства и уровни организации живой природы
Уровни организации живых систем отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни:
Молекулярно-генетический - отдельные биополимеры (ДНК, РНК, белки);
Клеточный - элементарная самовоспроизводящаяся единица жизни (прокариоты, одноклеточные эукариоты), ткани, органы;
Организменный - самостоятельное существование отдельной особи;
Популяционно-видовой - элементарная эволюционирующая единица - популяция;
Биогеоценотический - экосистемы, состоящие из разных популяций и среды их обитания;
Биосферный - все живое население Земли, обеспечивающее круговорот веществ в природе.
Природа - это весь существующий материальный мир во всем многообразии его форм.
Единство природы проявляется в объективности ее существования, общности элементного состава, подчиненности одним и тем же физическим законам, в системности организации.
Различные природные системы, как живые, так и неживые, взаимосвязаны и взаимодействуют между собой. Примером системного взаимодействия является биосфера.
Биология - это комплекс наук, изучающих закономерности развития и жизнедеятельности живых систем, причины их многообразия и приспособленности к окружающей среде, взаимосвязь с другими живыми системами и объектами неживой природы.
Объектом исследования биологии является живая природа.
Предметом исследования биологии являются:
Общие и частные закономерности организации, развития, обмена веществ, передачи наследственной информации;
Разнообразие форм жизни и самих организмов, а также их связи с окружающей средой.
Все многообразие жизни на Земле объясняется эволюционным процессом и действием окружающей среды на организмы.
Сущность жизни определяется М.В.
Волькенштейном как существование на Земле «живых тел, представляющих собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот».
Основные свойства живых систем:
Обмен веществ;
Саморегуляция;
Раздражимость;
Изменчивость;
Наследственность;
Размножение;
Химический состав клетки.
Неорганические вещества клетки
Цитология - наука, изучающая строение и функции клеток. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живых организмов. Клеткам одноклеточных организмов присущи все свойства и функции живых систем.
Клетки многоклеточных организмов дифференцированы по строению и функциям.
Атомный состав: в состав клетки входит около 70 элементов Периодической системы элементов Менделеева, причем 24 из них присутствуют во всех типах клеток.
Макроэлементы - Н, О, N, С, микроэлементы - Mg, Na, Са, Fe, К, Р, CI, S, ультрамикроэлементы - Zn, Сu, I, F, Мn, Со, Si и др.
Молекулярный состав: в состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.
Неорганические вещества клетки
Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
1. Молекула воды Рис. 2. Водородные связи между молекулами воды
Физические свойства воды:
Вода может находиться в трех состояниях - жидком, твердом и газообразном;
Вода - растворитель. Полярные молекулы воды растворяют полярные молекулы других веществ. Вещества, растворимые в воде, называют гидрофильными. Вещества, не растворимые в воде, - гидрофобными;
Высокая удельная теплоемкость. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии.
Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме;
Высокая теплота парообразования. Для испарения воды необходима достаточно большая энергия. Температура кипения воды выше, чем у многих других веществ. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева;
Молекулы воды находятся в постоянном движении, они сталкиваются друг с другом в жидкой фазе, что немаловажно для процессов обмена веществ;
Сцепление и поверхностное натяжение.
Водородные связи обусловливают вязкость воды и сцепление ее молекул с молекулами других веществ (когезия).
Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создается пленка, которую характеризует поверхностное натяжение;
Плотность. При охлаждении движение молекул воды замедляется. Количество водородных связей между молекулами становится максимальным. Наибольшую плотность вода имеет при 4°С. Замерзая, вода расширяется (необходимо место для образования водородных связей), и ее плотность уменьшается, поэтому лед плавает на поверхности воды, что защищает водоем от промерзания;
Способность к образованию коллоидных структур.
Молекулы воды образуют вокруг нерастворимых молекул некоторых веществ оболочку, препятствующую образованию крупных частиц. Такое состояние этих молекул называется дисперсным (рассеянным). Мельчайшие частицы веществ, окруженные молекулами воды, образуют коллоидные растворы (цитоплазма, межклеточные жидкости).
Биологические функции воды:
Транспортная - вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.
В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам;
Метаболическая - вода является средой для всех биохимических реакций и донором электронов при фотосинтезе, она необходима для гидролиза макромолекул до их мономеров;
Участвует в образовании:
1) смазывающих жидкостей, которые уменьшают трение (синовиальная - в суставах позвоночных животных, плевральная, в плевральной полости, перикардиальная - в околосердечной сумке);
2) слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей;
3) секретов (слюна, слезы, желчь, сперма и т.д.) и соков в организме.
Неорганические ионы.
Неорганические ионы клетки представлены: катионами К+, Na+, Са2+, Mg2+, NH3 и анионами Сl-, NOi2-, H2PO4-, HCO3-, HPO42-.
Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.
Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6-9.
Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 4-7.
Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот.
Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих. Ионы кальция входят в состав вещества костей, они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.
Химический состав клетки. Неорганические вещества
Атомный и молекулярный состав клетки. В микроскопической клетке содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных химических реакциях. Химические процессы, про-текающие в клетке,- одно из основных условий ее жизни, разви-тия, функционирования.
Все клетки животных и растительных организмов, а также микроорганизмов сходны по химическому составу, что свидетельст-вует о единстве органического мира.
В таблице приведены данные об атомном составе клеток.
Из 109 элементов периодической системы Менделеева в клетках обнаружено значительное их большинство. Одни элементы содер-жатся в клетках в относительно большом количестве, другие- в малом. Особенно велико содержание в клетке четырех элемен-тов — кислорода, углерода, азота и водорода. В сумме они состав-ляют почти 98% всего содержимого клетки. Следующую группу составляют восемь элементов, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Это сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо.
В сумме они составляют 1,9%. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых количествах (меньше 0,01 %).
Таким образом, в клетке нет каких-нибудь особенных элемен-тов, характерных только для живой природы. Это указывает на связь и единство живой и неживой природы.
На атомном уровне различий между химическим составом органического и неоргани-ческого мира нет. Различия обнаруживаются на более высоком уровне организации — молекулярном.
Как видно из таблицы, в живых телах наряду с веществами, распространенными в нежи-вой природе, содержится множество веществ, характерных толь-ко для живых организмов.
Вода. На первом месте среди веществ клетки стоит вода. Она составляет почти 80% массы клетки. Вода — важнейший компо-нент клетки не только по количеству. Ей принадлежит существен-ная и многообразная роль в жизни клетки.
Вода определяет,физические свойства клетки — ее объем, упру-гость.
Велико значение воды в образовании структуры молекул органических веществ, в частности структуры белков, которая необходима для выполнения их функций. Велико значение воды как растворителя: многие вещества поступают в клетку из внеш-ней среды в водном растворе и в водном же растворе отработан-ные продукты выводятся из клетки.
Наконец, вода является не-посредственным участником многих химических реакций (рас-щепление белков, углеводов, жиров и др.).
Приспособленность клетки к функционированию в водной среде служит доводом в пользу того, что жизнь на Земле зародилась в воде.
Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной структуры: полярностью ее молекул.
Углеводы.
Углеводы представляют собой сложные органические соедине-ния, в их состав входят атомы углерода, кислорода и водорода.
Различают простые и сложные углеводы.
Простые углеводы называют моносахаридами. Сложные углеводы представляют со-бой полимеры, в которых моносахариды играют роль мономеров.
Из двух моносахаридов образуется дисахарид, из трех — триса-харид, из многих — полисахарид.
Все моносахариды — бесцветные вещества, хорошо раствори-мые в воде. Почти все они обладают приятным сладким вкусом. Самые распространенные моносахариды — глюкоза, фруктоза, рибоза и дезоксирибоза.
2.3 Химический состав клетки. Макро- и микроэлементы
Сладкий вкус фруктов и ягод, а также меда зависит от содержания в них глюкозы и фруктозы. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот (с. 158) и АТФ (с.
Ди- и трисахариды, подобно моносахаридам, хорошо раство-ряются в воде, обладают сладким вкусом. С увеличением числа мономерных звеньев растворимость полисахаридов уменьшается, сладкий вкус исчезает.
Из дисахаридов важны свекловичный (или тростниковый) и молочный сахар, из полисахаридов широко распространены крах-мал (у растений), гликоген (у животных), клетчатка (целлюло-за).
Древесина — почти чистая целлюлоза. Мономерами этих полисахаридов является глюкоза.
Биологическая роль углеводов. Углеводы играют роль источ-ника энергии, необходимой для осуществления клеткой различ-ных форм активности. Для деятельности клетки — движения, секреции, биосинтеза, свечения и т. Д.- необходима энергия. Сложные по структуре, богатые энергией, углеводы подвергаются в клетке глубокому расщеплению и в результате превращаются в простые, бедные энергией соединения — оксид углерода (IV) и воду (СО2 И Н20).
В ходе этого процесса освобождается энергия. При расщеплении 1 г углевода освобождается 17,6 кДж.
Кроме энергетической, углеводы выполняют и строительную функцию. Например, из целлюлозы состоят стенки растительных клеток.
Липиды. Липиды содержатся во всех клетках животных и растений. Они входят в состав многих клеточных структур.
Липиды представляют собой органические вещества, нераст-воримые в воде, но растворимые в бензине, эфире, ацетоне.
Из липидов самые распространенные и известные — жиры.
Существуют, однако, клетки, в которых около 90% жира. У животных такие клетки находятся под кожей, в грудных железах, сальнике. Жир содержится в молоке всех млекопитаю-щих. У некоторых растений большое количество жира сосредоточено в семенах и плодах, например у подсолнечника, конопли, грецкого ореха.
Кроме жиров в клетках присутствуют и другие липидов, на- пример лецитин, холестерин. К Липидам относятся некоторые ви-тамины (А, О) и гормоны (например, половые).
Биологическое значение липидов велико и многообразно.
Отметим, прежде всего, их строительную функцию. Липиды гидро-фобны. Тончайший слой этих веществ входит в состав клеточных мембран. Велико значение самого распространенного из липи-дов — жира — как источника энергии. Жиры способны окислять-ся в клетке до оксида углерода (IV) и воды. В ходе расщеп-ления жира освобождается в два раза больше энергии, чем при расщеплении углеводов. Животные и растения откладывают жир в запас и расходуют его в процессе жизнедеятельности.
Необходимо отметить далее значение. жира как источника воды. Из 1 кг жира при его окислении образуется почти 1,1 кг воды. Это объясняет, каким образом некоторые животные’ спо-собны обходиться довольно значительное время без воды. Верб-люды, например, совершающие переход через безводную пусты-ню, могут не пить в течение 10-12 дней.
Медведи, сурки и дру-гие животные в спячке не пьют более двух месяцев. Необходи-мую для жизнедеятельности воду эти животные получают в ре-зультате окисления жира. Кроме структурной и энергетической функций, липиды выполняют защитные функции:, жир обладает низкой теплопроводностью. Он откладывается под кожей, обра-зуя у некоторых животных значительные скопления. Так, у кита толщина подкожного слоя жира достигает 1м, что позво-ляет этому животному жить в холодной воде полярных морей.
Биополимеры: белки, нуклеиновые кислоты.
Из всех органических веществ основную массу в клетке (50-70%) со-ставляют белки. Оболочка клетки и все ее внутренние структуры построены-с участием молекул белков. Молекулы белков очень крупные, поскольку состоят из многих сотен различных мономеров, образующих всевозможные комби-нации. Поэтому многообразие видов белков и их свойств поистине бесконеч-но.
Белки входят в состав волос, перьев, рогов, мышечных волокон, питатель-
ных веществ яиц и семян и многих других частей организма.
Молекула белка — полимер. Мономерами молекул белка являются ами-нокислоты.
В природе известно более 150 различных аминокислот, но в построе-нии белков живых организмов обычно участвуют только 20. Длинная нить последовательно присоединенных друг к другу аминокислот представляет первичную структуру молекулы белка (она отображает его химическую формулу).
Обычно эта длинная нить туго скручивается в спираль, витки которой проч-но соединены между собой водородными связями.
Спирально скрученная нить молекулы — это вторичная структура,молекулы белка. Такой белок ужет рудно растянуть. Свернутая в спираль молекула белка затем скручивается веще более плотную конфигурацию — третичную структуру. У некоторых бел-ков встречается еще более сложная форма — четвертичная структура, напри-мер у гемоглобина. В результате такого многократного скручивания длинная и тонкая нить молекулы белка становится короче, толще и собирается в ком-пактный комок — глобулу Только глобулярный белок выполняет в клетке свои биологические функции.
Если нарушить структуру белка, например, нагреванием или химическим воз-действием, то он теряет свои качества и раскручивается.
Этот процесс называет-ся денатурацией. Если денатурация затронула только третичную или вторичную структуру, то она обратима: может снова закрутиться в спираль и уложиться в тре-тичную структуру (явление денатурации). При этом восстанавливаются функции данного белка. Это важнейшее свойство белков лежит в основе раздражимости живых систем, Т.е.
способности живых клеток реагировать на внешние или внут-ренние раздражители.
Многие белки выполняют роль катализаторов в химических реакциях,
проходящих в клетке.
Их называют ферментами. Ферменты участвуют в пере-носе атомов и молекул, в расщеплении и построении белков, жиров, углево-дов и всех других соединений (т.е. в клеточном обмене веществ). Ни одна хи-мическая реакция в живых клетках и тканях не обходится без участия фер-ментов.
Все ферменты обладают специфичностью действия — упорядочивают протекание процессов или ускоряют реакции в клетке.
Белки в клетке выполняют множество функций: участвуют в ее строе-нии, росте и во всех процессах жизнедеятельности. Без белков жизнь клетки невозможна.
Нуклеиновые кислоты впервые были обнаружены в ядрах клеток, в связи, с чем и получили свое название (лат.
пuсlеus — ядро). Есть два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (сокращенно ДИК) и рибонуклеиновая кислота (РИК). Молекулы нуклеиновых кислот пред-
ставляют собой очень длинные полимерные цепочки (тяжи), мономерами
которых являются нуклеотиды.
Каждый нуклеотид содержит в себе по од-ной молекуле фосфорной кислоты и сахара (дезоксирибозу или рибозу), а так-же одно из четырех азотистых оснований. Азотистыми основаниями у ДНК являются аденин гуанин и цumозuн, и mи.мин,.
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — важнейшее вещество в живой клетке. Молекула ДНК является носителем наследственной информации клетки и организма в целом. Из молекулы ДНК образуется хромосома.
У орга-низмов каждого биологического вида определенное количество молекул ДНК на клетку. Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК также всегда строго индивидуальна и. неповторима не только для каждого биологического вида, но и для отдельных особей.
Такая специфичность молекул ДНК служит основой для установления родственной близости организмов.
Молекулы ДНК у всех эукариот находятся в ядре клетки. У прокариот нет ядра, поэтому их ДНК располагается в цитоплазме.
у всех живых существ макромолекулы ДНК построены по одному и то-му же типу. Они состоят из двух полинуклеотидных цепочек (тяжей), скреп-ленных между собой водородными связями азотистых оснований нуклеоти-дов (наподобие застежки «молния»).
В виде двойной (парной) спирали моле-кула ДНК скручивается в направлении слева направо.
Последовательность в расположении нуклеотидов в молекуле дик определяет наследственную информацию клетки.
Структуру молекулы ДНК раскрыли в 1953 г. американский биохимик
Джеймс Уотсон и английский физик Френсис Крик.
За это открытие ученые были удостоены в 1962 г. Нобелевской премии. Они доказали, что молекула
ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей.
При этом нуклеотиды (моно-меры) соединяются друг с другом не случайно, а избирательно и парами по-средством азотистых соединений. Аден ин (А) всегда стыкуется с тимином (Т), а гуанин (г) — с цитозином (Ц). Эта двойная цепь туго закручена в спи-раль. Способность нуклеотидов к избирательному соединению в пары называ-ется комплементарностью (лат. complementus — дополнение).
Репликация происходит следующим образом.
При участии специальных клеточ-ных механизмов (ферментов) двойная спираль ДНК раскручивается, нити рас-ходятся (наподобие того, как расстегивается «молния»), и постепенно к каждой из двух цепочек достраивается комплиментарная ей половина из соответствую-щих нуклеотидов.
8 результате вместо одной молекулы ДНК образуются две но-вые одинаковые молекулы. При том каждая вновь образованная двухцепочная молекула ДНК состоит из одной «старой» цепочки нуклеотидов и одной «новой».
Поскольку ДНК является основным носителем информации, то ее способность к удвоению позволяет при делении клетки передавать ту наследственную ин-формацию во вновь образующиеся дочерние клетки.
Предыдущая12345678Следующая
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
Буферность и осмос.
Соли в живых организмах находятся в растворенном состоянии в виде ионов – положительно заряженных катионов и отрицательно заряженных анионов.
Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей ее среде неодинакова. В клетке содержится довольно много калия и очень мало натрия. Во внеклеточной среде, например в плазме крови, в морской воде, наоборот, много натрия и мало калия. Раздражительность клетки зависит от соотношения концентраций ионов Na+, K+, Ca2+, Mg2+.
Разность концентраций ионов по разные стороны мембраны обеспечивает активный перенос веществ через мембрану.
В тканях многоклеточных животных Са2+ входит в состав межклеточного вещества, обеспечивающего сцепленность клеток и упорядоченное их расположение.
Химический состав клетки
От концентрации солей зависят осмотическое давление в клетке и ее буферные свойства.
Буферностью называется способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию ее содержимого на постоянном уровне.
Существует две буферные системы:
1)фосфатная буферная система – анионы фосфорной кислоты поддерживают рН внутриклеточной среды на уровне 6,9
2)бикарбонатная буферная система – анионы угольной кислоты поддерживают рН внеклеточной среды на уровне 7,4.
Рассмотрим уравнения реакций, протекающих в буферных растворах.
Если в клетке увеличивается концентрация Н+, то происходит присоединение катиона водорода к карбонат-аниону:
При увеличении концентрации гидроксид-анионов происходит их связывание:
Н + ОН–+ Н2О.
Так карбонат-анион может поддерживать постоянную среду.
Осмотическими называют явления, происходящие в системе, состоящей из двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной.
В растительной клетке роль полупроницаемых пленок выполняют пограничные слои цитоплазмы: плазмалемма и тонопласт.
Плазмалемма — наружная мембрана цитоплазмы, прилегающая к клеточной оболочке. Тонопласт — внутренняя мембрана цитоплазмы, окружающая вакуоль. Вакуоли представляют собой полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком — водным раствором углеводов, органических кислот, солей, белков с низким молекулярным весом, пигментов.
Концентрация веществ в клеточном соке и во внешней среде (в почве, водоемах) обычно не одинаковы. Если внутриклеточная концентрация веществ выше, чем во внешней среде, вода из среды будет поступать в клетку, точнее в вакуоль, с большей скоростью, чем в обратном направлении. При увеличении объема клеточного сока, вследствие поступления в клетку воды, увеличивается его давление на цитоплазму, плотно прилегающую к оболочке. При полном насыщении клетки водой она имеет максимальный объем.
Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку носит название тургора Тургор обеспечивает сохранение органами формы (например, листьями, неодревесневшими стеблями) и положения в пространстве, а также сопротивление их действию механических факторов. С потерей воды связано уменьшение тургора и увядание.
Если клетка находится в гипертоническом растворе, концентрация которого больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора.
Вследствие выхода воды из клетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки — происходит плазмолиз .
В ходе плазмолиза форма плазмолизированного протопласта меняется. Вначале протопласт отстает от клеточной стенки лишь в отдельных местах, чаще всего в уголках. Плазмолиз такой формы называют уголковым
Затем протопласт продолжает отставать от клеточных стенок, сохраняя связь с ними в отдельных местах, поверхность протопласта между этими точками имеет вогнутую форму.
На этом этапе плазмолиз называют вогнутым Постепенно протопласт отрывается от клеточных стенок по всей поверхности и принимает округлую форму. Такой плазмолиз носит название выпуклого
Если плазмолизированную клетку поместить в гипотонический раствор, концентрация которого меньше концентрации клеточного сока, вода из окружающего раствора будет поступать внутрь вакуоли. В результате увеличения объема вакуоли повысится давление клеточного сока на цитоплазму, которая начинает приближаться к стенкам клетки, пока не примет первоначальное положение — произойдет деплазмолиз
Задание №3
Прочитав предложенный текст, ответьте на следующие вопросы.
1)определение буферности
2)от концентрации каких анионов зависят буферные свойства клетки
3)роль буферности в клетке
4)уравнение реакций, протекающих в бикарбонатной буферной системе (на магнитной доске)
5)определение осмоса (привести примеры)
6)определение плазмолиза и деплазмолиза слайды
В клетке встречается около 70 химических элементов Периодической системы Д. И. Менделеева, однако содержание этих элементов существенно отличается от их концентраций в окружающей среде, что доказывает единство органического мира.
Химические элементы, имеющиеся в клетке, делят на три большие группы: макроэлементы, мезоэлементы (олигоэлементы) и микроэлементы.
К ним относятся углерод, кислород, водород и азот, входящие в состав основных органических веществ. Мезоэлементы - это сера, фосфор, калий, кальций, натрий, железо, магний, хлор, составляющие в сумме около 1, 9 % массы клетки.
Сера и фосфор являются компонентами важнейших органических соединений. Химические элементы, концентрация которых в клетке около 0, 1 %, относятся к микроэлементам. Это цинк, йод, медь, марганец, фтор, кобальт и др.
Вещества клетки делят на неорганические и органические.
К неорганическим веществам относятся вода и минеральные соли.
Благодаря своим физико-химическим свойствам вода в клетке является растворителем, средой для протекания реакций, исходным веществом и продуктом химических реакций, выполняет транспортную и терморегуляторные функции, придает клетке упругость, обеспечивает ту prop растительной клетки.
Минеральные соли в клетке могут находиться в растворенном или не растворенном состояниях.
Растворимые соли диссоциируют на ионы. Наиболее важными катионами являются калий и натрий, облегчающие перенос веществ через мембрану и участвующие в возникновении и проведении нервного импульса; кальций, который принимает участие в процессах сокращения мышечных волокон и свертывании крови, магний, входящий в состав хлорофилла, и железо, входящее в состав ряда белков, в том числе гемоглобина. Цинк входит в состав молекулы гормона поджелудочной железы - инсулина, медь требуется для процессов фотосинтеза и дыхания.
Важнейшими анионами являются фосфат-анион, входящий в состав АТФ и нуклеиновых кислот, и остаток угольной кислоты, смягчающий колебания рН среды.
Недостаток кальция и фосфора приводит к рахиту, нехватка железа - к анемии.
Органические вещества клетки представлены углеводами, липидами, белками, нуклеиновыми кислотами, АТФ, витаминами и гормонами.
В состав углеводов входят в основном три химических элемента: углерод, кислород и водород.
Их общая формула Cm(H20)n. Различают простые и сложные углеводы. Простые углеводы {моносахариды) содержат единственную молекулу сахара. Их классифицируют по количеству углеродных атомов, например, пентозы (С5) и гексозы (С6). К пентозам относятся рибоза и дезоксирибоза. Рибоза входит в состав РНК и АТФ. Дезоксирибоза является компонентом ДНК. Гексозы - это глюкоза, фруктоза, галактоза и др.
Они принимают активное участие в обмене веществ в клетке и входят в состав сложных углеводов - олигосахаридов и полисахаридов. К олигосахаридам (дисахаридам) относятся сахароза (глюкоза + фруктоза), лактоза или молочный сахар (глюкоза+галактоза) и др.
Примерами полисахаридов являются крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин.
Углеводы выполняют в клетке пластическую (строительную), энергетическую (энергетическая ценность расщепления 1 г углеводов - 17, 6 кДж), запасающую и опорную функции. Углеводы могут также входить в состав сложных липидов и белков.
Липиды - это группа гидрофобных веществ.
К ним относят жиры, стероиды воска, фосфолипиды и т. д.
Строение молекулы жира
Жир - это сложный эфир трехатомного спирта глицерина и высших органических (жирных) кислот. В молекуле жира можно выделить гидрофильную часть - «головку» (остаток глицерина) и гидрофобную часть - «хвосты» (остатки жирных кислот), поэтому в воде молекула жира ориентируется строго определенным образом: гидрофильная часть направлена к воде, а гидрофобная - от нее.
Липиды выполняют в клетке пластическую (строительную), энергетическую (энергетическая ценность расщепления 1 г жира - 38, 9 кДж), запасающую, защитную (амортизационную) и регуляторную (стероидные гормоны) функции.
Белки - это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.
Аминокислоты содержат аминогруппу, карбоксильную группу и радикал. Отличаются аминокислоты только радикалами. В состав белков входит 20 основных аминокислот. Соединяются аминокислоты между собой с образованием пептидной связи.
Цепочка из более чем 20 аминокислот называется полипептидом или белком. Белки образуют четыре основные структуры: первичную, вторичную, третичную и четвертичную.
Первичная структура - это последовательность аминокислот, соединенных пептидной связью.
Вторичная структура - это спираль, или складчатая структура, удерживаемая водородными связями между атомами кислорода и водорода пептидных группировок разных витков спирали или складок.
Третичная структура (глобула) удерживается гидрофобными, водородными, дисульфидными и другими связями.
Третичная структура белка
Третичная структура характерна для большинства белков организма, например, миоглобина мышц.
Четвертичная структура белка.
Четвертичная структура наиболее сложная, образованная несколькими полипептидными цепями, соединенными в основном теми же связями, что и в третичной.
Четвертичная структура характерна для гемоглобина, хлорофилла и др.
Белки могут быть простыми и сложными. Простые белки состоят только из аминокислот, тогда как сложные белки (липопротеины, хромопротеины, гликопротеины, нуклеопротеины и др.) содержат белковую и небелковую части.
Например, в состав гемоглобина помимо четырех полипептидных цепей белка глобина входит небелковая часть - гем, в центре которой находится ион железа, придающий гемоглобину красную окраску.
Функциональная активность белков зависит от условий окружающей среды.
Утрата белковой молекулой своей структуры вплоть до первичной называется денатурацией. Обратный процесс восстановления вторичной и более высоких структур - это ренатурация. Полное разрушение белковой молекулы называется деструкцией.
Белки выполняют в клетке ряд функций: пластическую (строительную), каталитическую (ферментативную), энергетическую (энергетическая ценность расщепления 1 г белка - 17, 6 кДж), сигнальную (рецепторную), сократительную (двигательную), транспортную, защитную, регуляторную, запасающую.
Нуклеиновые кислоты - это биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
В состав нуклеотида входят азотистое основание, остаток сахара-пентозы и остаток ортофосфорной кислоты. Выделяют два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновую (РНК) и дезоксири-бонуклеиновую (ДНК).
ДНК включает четыре типа нуклеотидов: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). В состав этих нуклеотидов входит сахар де-зоксирибоза. Для ДНК установлены правила Чаргаффа:
1) количество адениловых нуклеотидов в ДНК равно количеству тимидиловых (А = Т);
2) количество гуаниловых нуклеотидов в ДНК равно количеству цитидиловых (Г = Ц);
3) сумма адениловых и гуаниловых нуклеотидов равна сумме тимидиловых и цитидиловых (А + Г = Т + Ц).
Структура ДНК была открыта Ф.
Криком и Д. Уотсоном (Нобелевская премия по физиологии и медицине 1962 г.). Молекула ДНК представляет собой двуцепочечную спираль.
Клетка и ее химический состав
Нуклеотиды соединяются между собой через остатки фосфорной кислоты, образуя фосфодиэфирную связь, при этом азотистые основания направлены вовнутрь. Расстояние между нуклеотидами в цепи равно 0, 34 нм.
Нуклеотиды разных цепей соединяются между собой водородными связями по принципу комплементарности: аденин соединяется с тими-ном двумя водородными связями (А = Т), а гуанин с цитозином - тремя (Г = Ц).
Строение нуклеотида
Важнейшим свойством ДНК является способность к репликации (самоудвоению).
Основной функцией ДНК является хранение и передача наследственной информации.
Она сосредоточена в ядре, митохондриях и пластидах.
В состав РНК входят также четыре нуклеотида: аденин (А), ура-цил (У), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Остаток сахара-пентозы в ней представлен рибозой.
РНК - в основном одноцепочечные молекулы. Выделяют три вида РНК: информационную (и-РНК), транспортную (т-РНК) и рибосомальную (р-РНК).
Строение тРНК
Все они принимают активное участие в процессе реализации наследственной информации, которая с ДНК переписывается на и-РНК, а на последней осуществляется уже синтез белка, т-РНК в процессе синтеза белка приносит аминокислоты к рибосомам, р-РНК входит в состав самих рибосом.
Химический состав живой клетки
В составклетки входят разные химические соединения. Одни из них — неорганические — встречаются и в неживой природе. Однако для клеток наиболее характерны органические соединения, молекулы которых имеют очень сложное строение.
Неорганические соединения клетки. Вода и соли относятся к неорганическим соединениям. Больше всего в клетках воды. Она необходима для всех жизненных процессов.
Вода — хороший растворитель. В водном растворе происходит химическое взаимодействие различных веществ. Находящиеся в растворенном состоянии питательные вещества из межклеточного вещества проникают в клетку через мембрану. Вода также способствует удалению из клетки веществ, которые образуются в результаты протекающих в ней реакций.
Наиболее важны для процессов жизнедеятельности клетки соли К, Na, Са, Mg и др.
Органические соединения клетки. Главная роль в осуществлении функции клетки принадлежит органическим соединениям. Среди них наибольшее значение имеют белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.
Белки — это основные и наиболее сложные вещества любой живой клетки.
По размерам белковая молекула в сотни и тысячи раз превосходит молекулы неорганических соединений. Без белков нет жизни. Некоторые белки ускоряют химические реакции, выполняя роль катализаторов. Такие белки называют ферментами.
Жиры и углеводы имеют менее сложное строение.
Они являются строительным материалом клетки и служат источниками энергии для процессов жизнедеятельности организма.
Нуклеиновые кислоты образуются в клеточном ядре. Отсюда и произошло их название (лат. Нуклеус — ядро). Входя в состав хромосом, нуклеиновые кислоты участвуют в хранении и передаче наследственных свойств клетки. Нуклеиновые кислоты обеспечивают образование белков.
Жизненные свойства клетки. Основное жизненное свойство клетки — обмен веществ.
Из межклеточного вещества в клетки постоянно поступают питательные вещества и кислород и выделяются продукты распада. Вещества, поступившие в клетку, участвуют в процессах биосинтеза. Биосинтез — это образование белков, жиров, углеводов и их соединений из более простых веществ. В процессе биосинтеза образуются вещества, свойственные определенным клеткам организма.
Например, в клетках мышц синтезируются белки, обеспечивающие их сокращение.
Одновременно с биосинтезом в клетках происходит распад органических соединений. В результате распада образуются вещества более простого строения. Большая часть реакции распада идет с участием кислорода и освобождением энергии.
Химическая организация клетки
Эта энергия расходуется на жизненные процессы, протекающие в клетке. Процессы биосинтеза и распада составляют обмен веществ, который сопровождается превращениями энергии.
Клеткам свойственны рост и размножение. Клетки тела человека размножаются делением пополам. Каждая из образовавшихся дочерних клеток растет и достигает размеров материнской. Новые клетки выполняют функцию материнской клетки.
Продолжительность жизни клеток различна: от нескольких часов до десятков лет.
Живые клетки способны реагировать на физические и химические изменения окружающей их среды. Это свойство клеток называют возбудимостью. При этом из состояния покоя клетки переходят в рабочее состояние — возбуждение. При возбуждении в клетках меняется скорость биосинтеза и распада веществ, потребление кислорода, температура. В возбужденном состоянии разные клетки выполняют свойственные им функции.
Железистые клетки образуют и выделяют вещества, мышечные — сокращаются, в нервных клетках возникает слабый электрический сигнал — нервный импульс, который может распространяться по клеточным мембранам.
Внутренняя среда организма.
Большинство клеток тела не связаны с внешней средой. Их жизнедеятельность обеспечивается внутренней средой, которую составляют 3 типа жидкостей: межклеточная (тканевая) жидкость, с которой клетки непосредственно соприкасаются, кровь и лимфа. Внутренняя среда обеспечивает клетки веществами, необходимыми для их жизнедеятельности, и через нее удаляются продукты распада.
Внутренняя среда организма имеет относительное постоянство состава и физико-химических свойств. Только при этом условии клетки могут нормально функционировать.
Обмен веществ, биосинтез и распад органических соединений, рост, размножение, возбудимость — основные жизненные свойства клеток.
Жизненные свойства клеток обеспечиваются относительным постоянством состава внутренней среды организме.
Клетка: химический состав, строение, функции органоидов.
2.3 Химический состав клетки. Макро- и микроэлементы. Взаимосвязь строения и функций неорганических и органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, АТФ), входящих в состав клетки. Роль химических веществ в клетке и организме человека.
Химические элементы, входящие в состав организмов.
Говоря о химическом составе клетки, следует помнить, что речь может идти либо о химических элементах, либо о химических веществах. Начнем с химических элементов.
В состав живых тел входят те же химические элементы, что образуют и неживые тела. Это говорит о единстве живой и неживой материи. Однако в живых телах содержание тех или иных элементов заметно отличается.
Назовем основные элементы и их значение.
Углерод (С), водород (H ), кислород (O ) и азот (N ) составляют 98% массы живого организма. Первые три элемента входят в состав всех органических веществ организма. Азот (здесь и далее имеются в виду элементы) входит в состав белков и нуклеиновых кислот.
Сера (S ) входит в состав некоторых аминокислот, а значит и в состав белков.
Йод (I ) необходим для нормальной работы щитовидной железы, т.к. входит в состав её гормонов.
Фосфор (P ) является важным элементом молекул АТФ и нуклеиновых кислот. А также, в виде фосфатов, входит в состав костной ткани.
Железо входит в состав гемоглобина крови и участвует в транспорте газов.
Магний (Mg ) – центральный атом в молекуле хлорофилла.
Кальций (Ca ) в составе нерастворимых соединений участвует в образовании опорных (костная ткань) и защитных (раковины моллюсков) структур.
Калий (K ) и натрий (Na ) в виде ионов имеют большое значение для поддержания постоянства состава внутренней среды, а также участвуют в формировании нервного импульса в нервных клетках.
Химические вещества клетки.
Углеводы .
Основная функция углеводов – энергетическая. Кроме того, они входят в состав поверхностного слоя оболочки (гликокаликса ) животной клетки и в состав клеточной стенки бактерий, грибов и растений, выполняя строительную (структурную) функцию.
По строению углеводы делятся на моносахариды, дисахариды и полисахариды. Среди моносахаридов наиболее важны глюкоза (основной источник энергии), рибоза (входит в состав РНК), дезоксирибоза (входит в состав ДНК). Основными полисахаридами являются целлюлоза и крахмал у растений, гликоген и хитин у животных и грибов. Все полисахариды являются полимерами регулярного строения, т.е. состоят только из одного вида мономеров. Например, мономером крахмала, гликогена и целлюлозы является глюкоза.
Липиды.
Липиды тоже выполняют энергетическую функцию, и при этом дают вдвое больше энергии на 1 г вещества, чем углеводы. Но особенно важна их строительная функция, т.к. именно двойной слой липидов (а если быть совсем точным, то фосфолипидов) является основой биологических мембран. Кроме того, подкожная жировая клетчатка (у тех, у кого она есть) выполняет функцию механической защиты и терморегуляции.
Белки.
Белки – биополимеры нерегулярного строения, мономерами которых являются аминокислоты . В состав белков входит 20 видов аминокислот, при этом количество аминокислот и последовательность их соединения в разных белковых молекулах отличается. В результате белки имеют очень разнообразное строение и, как следствие, разнообразные свойства и функции.
Уровни организации белковой молекулы (структура белка).
Ниже представлен классический рисунок, изображающий различные уровни организации молекулы гемоглобина. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры обозначены цифрами 1-4 соответственно.
Функции белков.
Строительная функция белков одна из самых важных, поскольку они входят в состав всех клеточных структур (мембран, органоидов и цитоплазмы). Фактически белки – основной строительный материал для организма. Рост и развитие организма без достаточного количества белка не могут происходить нормально. Именно поэтому растущий организм должен обязательно получать с пищей белки.
Ферментативная функция белков не менее важна. Большинство химических реакций, происходящих в клетке, были бы не возможны без участия биологических катализаторов – ферментов. Почти все ферменты (энзимы) по своей природе являются белками. Каждый фермент ускоряет только одну реакцию (или реакцию одного типа). В этом выражается специфичность ферментов. Кроме того, ферменты действуют в довольно узком диапазоне температур. Повышение температуры приводит к их денатурации и потере каталитической активности. Примером типичного фермента является каталаза, расщепляющая пероксид водорода, образовавшийся в ходе обмена, на воду и кислород (2 H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2 ). Действие каталазы можно наблюдать при обработке перекисью кровоточащей раны. Выделяющийся газ - кислород. Можно также обработать перекисью нарезанные клубни картофеля. Произойдет то же самое.
Транспортная функция белков заключается в переносе различных веществ. Одни белки осуществляют транспорт в масштабах целого организма. Например, гемоглобин крови переносит кислород и углекислый газ по всему телу. Другие белки, встроенные в мембраны клеток, обеспечивают транспорт различных веществ в клетку и из неё. Типичный пример калий-натриевый насос – сложный белковый комплекс, выкачивающий из клетки натрий и закачивающий в неё калий.
Двигательную функцию белков не надо путать с транспортной. В данном случае речь идет о движении организма или отдельных его частей относительно друг друга. В качестве примера можно привести белки, входящие в состав мышечной ткани: актин и миозин. Взаимодействие этих белков и обеспечивает сокращение мышечного волокна.
Защитная функция выполняется многими специфическими белками. Антитела, вырабатываемые лимфоцитами в кровь, защищают организм от болезнетворных микроорганизмов. Особые клеточные белки интерфероны обеспечивают противовирусную защиту. Протромбин плазмы участвуют в свертывании крови, предохраняя организм от потерь крови.
Регуляторную функцию выполняют белки, являющиеся гормонами. Типичный белковый гормон инсулин регулирует содержание глюкозы в крови. Ещё один белковый гормон – гормон роста.
Денатурация и ренатурация белков.
Важнейшей особенностью большинства белков является неустойчивость их структуры при нефизиологических условиях. При повышении температуры, изменении pH среды, воздействии растворителей и т.п. связи, поддерживающие пространственную структуру белка, разрушаются. Происходит денатурация , т.е. нарушение природной структуры белка. В первую очередь разрушаются четвертичная и третичная структуры. Если действие неблагоприятного фактора не прекращается или усиливается, то разрушаются вторичная и даже первичная структура. Разрушение первичной структуры – разрыв связей между аминокислотами – означает конец существованию молекулы белка. Если же первичная структура сохраняется, то при благоприятных условиях белок может восстановить свою пространственную структуру, т.е. произойдет ренатурация .
Например, при жарке яиц под влияние высокой температуры с яичным белком происходят следующие изменения: был жидким и прозрачным, стал твердым и непрозрачным. Однако, после остывания белок не становится опять прозрачным и жидким. В данном случае ренатурация не происходит, т.к. при жарке разрушилась первичная структура белка.
Нуклеиновые кислоты.
Нуклеиновые кислоты , так же как и белки, являются полимерами нерегулярного строения. Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды . Схематичное строение нуклеотида представлено на рисунке 2. Как видим, каждый нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания (многоугольник), углевода (пятиугольник) и остатка фосфорной кислоты (кружок).
Сравнительная характеристика ДНК и РНК
Хранение и передача наследственной информации.Регуляция процессов жизнедеятельности клетки.
Биосинтез белка (т.е. по сути процесс реализации генетической информации).
Виды РНК и их роль в биосинтезе белка.
Информационная РНК (иРНК) – переносит информацию о первичной структуре белка от ДНК к рибосомам.
Транспортная РНК (тРНК) – доставляет аминокислоты к рибосомам.
Рибосомальная РНК (рРНК) – входит в состав рибосом, т.е. также участвует в синтезе белка.
Строение молекулы ДНК.
Современная модель строения ДНК предложена Д.Уотсоном и Ф.Криком. Молекула ДНК представляет собой две цепочки нуклеотидов, спирально закрученные друг вокруг друга. Азотистые основания направлены внутрь молекулы так, что напротив аденина одной цепочки всегда расположен тимин другой цепочки, а напротив гуанина расположен цитозин. Аденин – тимин и гуанин – цитозин комплементарны, а принцип их расположения в молекуле ДНК называется принципом комплементарности. Между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между цитозином и гуанином – три. Таким образом, две цепочки нуклеотидов в молекуле ДНК соединяются множеством непрочных водородных связей.
Следствием комплементарности пар А-Т и Г-Ц является то, что количество адениловых (А) нуклеотидов в ДНК всегда равно количеству тимидиловых (Т). И точно также число гуаниловых (Г) и цитидиловых (Ц) нуклеотидов также будет одинаково. Например, если в ДНК 10% нуклеотидов с аденином, то нуклеотидов с тимином будет тоже 10%, а с гуанином и цитозином по 40% каждого.
Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ:
2.4 Строение клетки. Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки – основа ее целостности.
Строение эукариотической клетки
1) Ограничивает содержимое клетки, выполняет защитную функцию.2) Осуществляет избирательный транспорт.
3) Обеспечивает связь клеток в многоклеточном организме.
Ядро
Имеет двойную мембрану. Внутри находится хроматин (ДНК с белками), а также одно или несколько ядрышек (место сборки субъединиц рибосом). Связь с цитоплазмой осуществляется через ядерные поры.
1) Хранение и передача наследственной информации.
2) Контроль и управление процессами жизнедеятельности клетки.
Цитоплазма
Внутренняя среда клетки, включающая жидкую часть, органоиды и включения. Осуществляет взаимосвязь всех клеточных структур
Митохондрии
Имеют двойную мембрану. Внутренняя мембрана образует складки – кристы , на которых расположены ферментные комплексы, синтезирующие АТФ. Имеют собственные рибосомы и кольцевую ДНК
Синтез АТФ
Эндоплазматическая сеть (ЭПС)
Сеть канальцев и полостей, пронизывающих всю клетку. На мембране шероховатой ЭПС расположены рибосомы. На мембране гладкой ЭПС их нет.
Осуществляет транспорт веществ, связывая различные органиоды. Шероховатая ЭПС также участвует в синтезе белков, а гладкая – в синтезе углеводов и липидов.
Аппарат Гольджи
Система плоских емкостей (цистерн).
1) Накопление, сортировка, упаковка и подготовка к экспорту из клетки синтезированных белков.
2) Образование лизосом.
Лизосомы
Пузырьки, заполненные разнообразными ферментами.
Внутриклеточное переваривание.
Рибосомы
Состоят из двух субъединиц, образованных белками и рРНК.
Синтез белка.
Клеточный центр
У животных и низших растений включает две центриоли , образованные девятью триплетами микротрубочек.
Участвует в делении клетки и формировании цитоскелета.
Органоиды движения (реснички, жгутики).
Представляют собой цилиндр, стенка которого состоит из девяти пар микротрубочек. Ещё две расположены по центру.
Движение.
Пластиды (имеются только у растений)
Хромопласты (желтые - красные) придают окраску цветам и плодам, что привлекает опылителей и распространителей плодов и семян. Лейкопласты (бесцветные) накапливают крахмал. Хлоропласты (зеленые) осуществляют фотосинтез.
Хлоропласты
Имеют двойную мембрану. Внутренняя мембрана образует складки в виде стопок монет – граны . Отдельная «монетка» - тилакоид . Имеют кольцевую ДНК и рибосомы.
Транспорт через плазматическую мембрану.
Пассивный транспорт происходит без затрат энергии (т.е. без затрат АТФ). Основной вид - диффузия. Путем диффузии в клетку попадает кислород, выделяется углекислый газ.
Активный транспорт идет с затратами энергии. Основные способы:
Транспорт с помощью клеточных насосов. Особые белковые комплексы, встроенные в мембрану, переносят в клетку одни ионы и выкачивают другие. Например, калий-натриевый насос выкачивает из клетки Na + , а закачивает K + . На его работу расходуется АТФ.
Фагоцитоз – поглощение клеткой твердых частиц. Мембрана клетки образует выпячивания, которые постепенно смыкаются, и поглощаемая частица оказывается в цитоплазме.
Пиноцитоз – поглощение клеткой капелек жидкости. Происходит аналогично фагоцитозу.
Клетка - элементарная живая система, основная структурная и функциональная единица организма, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.
Жизненные свойства клетки человека
К основным жизненным свойствам клетки относят: обмен веществ, биосинтез, размножение, раздражимость, выделение, питание, дыхание, рост и распад органических соединений.
Химический состав клетки
Основные химические элементы клетки: Кислород (О), Сера (S), Фосфор (Р), Углерод (С), Калий (К), Хлор (Сl), Водород (Н), Железо (Fe), Натрий (Na), Азот (N), Кальций (Са), Магний (Mg)
Органические вещества клетки
|
Название веществ |
Из каких эле-ментов (веществ) состоят |
Функции веществ |
|
Углеводы |
Углерод, водо-род, кислород. |
Основные источники энергии для осуществления всех жиз-ненных процессов. |
|
Углерод, водо-род, кислород. |
Входят в состав всех клеточных мембран, служат запасным ис-точником энергии в организме. |
|
|
Углерод, водород, ки-слород, азот, сера, фосфор. |
1. Главный строительный материал клетки; 2. ускоряют течение химических реакций в организме; 3. запасной источник энергии для организма. |
|
|
Нуклеиновые кислоты |
Углерод, водо-род, кисло-род, азот, фосфор. |
ДНК - определяет состав бел-ков клетки и передачу наслед-ственных признаков и свойств следующим поколениям; РНК - образование характерных для данной клетки белков. |
|
АТФ (аденозинтрифосфат) |
Рибоза, аденин, фосфорная кислота |
Обеспечивает запас энергии, участвует в построении нуклеиновых кислот |
Размножение клетки (деление клетки) человека
Размножение клеток в человеческом организме происходит путем непрямого деления. В результате дочерний организм получает такой-же набор хромосом, как материнский. Хромосомы - носители наследственных свойств организма, передающихся от родителей потомству.
|
Этап размножения (фазы деления) |
Характеристика |
|
Подготовительная
|
Перед делением число хромосом удваивается. Запасается энергия и вещества, необходимые для деления. |
|
|
Начало деления. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки. Хромосомы утолщаются и укорачиваются. Ядерная оболочка растворяется. Из клеточного центра образуется веретено деления. |
|
|
Удвоенные хромосомы размещаются в плоскости экватора клетки. К каждой, хромосоме, прикрепляются плотные нити, которые тянутся от центриолей. |
|
|
Нити сокращаются, и хромосомы расходятся к полюсам клетки. |
|
Четвертая
|
Конец деления. Делится все содержимое клетки и цитоплазма. Хромосомы удлиняются и становятся неразличимыми. Формируется ядерная оболочка, на теле клетки возникает перетяжка, которая постепенно углубляется, разделяя клетку надвое. Образуются две дочерние клетки. |
Строение клетки человека человека
У животной клетки, в отличие от растительной, имеется клеточный центр, яо отсутствуют: плотная клеточная стенка, поры в клеточной стенке, пластиды(хлоропласты, хромопласты, лейкопласты) и вакуоли с клеточным соком.
|
Клеточные структуры |
Особенности строения |
Основные функции |
|
Плазматическая мембрана |
Билипидныи (жировой) слой, окруженный бел новым 1 слоями |
Обмен веществ между клетками и межклеточным веществом |
|
Цитоплазма |
Вязкое полужидкое вещество, в котором располагаютсу органоиды клетки |
Внутренняя среда клетки. Взаимосвязь всех частей клетки и транспорт питательных веществ |
|
Ядро с ядрышком |
Тельце, ограниченное ядерной оболочкой, с хроматином (тип и ДНК). Ядрышко находится внутри ядра, принимает участие в синтезе белков. |
Контролирующий центр клетки. Передача информации дочерним клеткам с помощью хромосом при делении |
|
Клеточный центр |
Участок более густой цитоплазмы с центриолями (и цилиндричсекие тельца) |
Участвует в делении клеток |
|
Эндоплазматическая сеть |
Сеть канальцев |
Синтез и транспорт питательных веществ |
|
Рибосомы |
Плотные тельца, содержащие белок и РНК |
В них синтезируется белок |
|
Лизосомы |
Округлые тельца, внутри которых находятся ферменты |
Расщепляют белки, жиры, углеводы |
|
Митохондрии |
Утолщённые тельца с внутренними складками (кристами) |
В них находятся,ферменты, при помощи которых пи-тательные вещества расщепляются, а энергия запаса-ется в виде особого вещества - АТФ. |
|
Аппарат Гольджи |
С топка плоских мембранных мешочков |
Образование лизосом |
_______________
Источник информации:
Биология в таблицах и схемах./ Издание 2е, - СПб.: 2004.
Резанова Е.А. Биология человека. В таблицах и схемах./ М.: 2008.