Химия клетки, Биология

• А вы знали, что химический состав клетки определяет принадлежность организма к какому-либо царству?
• Уже на молекулярном уровне  можно определить, что перед нами — растение, животное, гриб или бактерия.
• 
• Эта таблица показывает
• органические вещества клетки

Это, кстати, не значит, что в животной клетке нет углеводов. Это означает, что бОльшую часть веществ в данной клетке составляют белки.

1. В любой эукариотической клетке есть следующие органические вещества:
2. Неорганические вещества клетки
3. В основном, это вода и различные соли
4. Если рассмотрим химический состав животной клетки, то количественно это будет выглядеть примерно так:
5. 
6. Почему воды такое значительное количество и почему когда говорят о ней как о первейшем признаке жизни?
7. Есть несколько основных характеристик, которые делают всем известную H2O такой значимой:

1. молекула H2O имеет малые размеры и биполярна (это значит, что у нее 2 полюса: +(у водорода Н)  и — (у кислорода О);
2. у воды есть межмолекулярные связи — водородные;
3. высокая теплопроводность;
4. капиллярный эффект — способность подниматься вверх за счет сцепления молекул друг с другом.

Функции воды:

1) среда протекания химических реакций в клетке;

2) реагент для многих реакций ( гидролиз белков, углеводов, нуклеиновых кислот; диссоциация солей; источник протона водорода в фотосинтезе и т.д.);

• 3) обеспечение в клетке осмоса (транспорта веществ через клеточную мембрану) и тургора (натяжения оболочки клетки);
• 4) участие в терморегуляции;
• 5) участие в растворении веществ (гидрофильные соединения (полярные вещества) хорошо растворяются, гидрофобные ( неполярные) — не растворяются).

Минеральные (неорганические) вещества — соли

БОльшая часть солей находится в клетке в виде ионов, т.е. в диссоциированном состоянии.

• это катионы: K+, Na+, Ca2+, Mg2+  и
• анионы: Cl—,  HCO3—, HPO42-, H2PO4—, SO42-

В твердом состоянии в клетке находятся карбонат кальция и фосфат кальция.

Функции минеральных солей в клетке:

обеспечивают определенный pH ( кислую либо щелочную среду);

входят в состав некоторых клеточных структур;

влияют на протекание процессов жизнедеятельности.

Раствор солей, имеющий такую же концентрацию, как и внутриклеточный, называется физиологическим (0.9% раствор NaCl)

1. Химические элементы клетки:
2. 
3. Эту классификацию легко запомнить:

• Макроэлементы входят в состав воды и органических веществ клетки;
• мезоэлементы — это, в основном, состав солей и костей (из рекламы мы очень много слышим про «кальций и его нехватку в организме»)
• ну а микро— это все остальные

 

 

Фтор — входит в состав эмали зубов;

Йод — входит в состав гормонов щитовидной железы.

Химический (органический) состав клетки:

• примеры вопросов ОГЭ по теме
• ЕГЭ — вопросы

Обсуждение: “Химический состав клетки”

(Правила комментирования)

2.3 Химический состав клетки. Макро- и микроэлементы

Видеоурок 1: Химический состав клетки. Макро и микроэлементы. Роль химических веществ

Видеоурок 2: Строение, свойства и функции органических соединений Понятие о биополимерах

Лекция: Химический состав клетки. Макро- и микроэлементы. Взаимосвязь строения и функций неорганических и органических веществ

Химический состав клеткиОбнаружено, что в клетках живых организмов постоянно содержатся в виде нерастворимых соединений и ионов около 80 химических элементов. Все они подразделяются на 2 большие группы по своей концентрации:

• макроэлементы, содержание которых не ниже 0,01%;
• микроэлементы – концентрация, которых составляет меньше 0,01%.

В любой клетке содержание микроэлементов составляет менее 1%, макроэлементов соответственно — больше 99%.

Макроэлементы:

• Натрий, калий и хлор – обеспечивают многие биологические процессы – тургор (внутреннее клеточное давление), появление нервных электрических импульсов.
• Азот, кислород, водород, углерод. Это основные компоненты клетки.
• Фосфор и сера – важные компоненты пептидов (белков) и нуклеиновых кислот.
• Кальций – основа любых скелетных образований – зубов, костей, раковин, клеточных стенок. Также, участвует в сокращении мышц и свертывании крови.
• Магний – компонент хлорофилла. Участвует в синтезе белков.
• Железо – компонент гемоглобина, участвует в фотосинтезе, определяет работоспособность ферментов.

Микроэлементы содержатся в очень низких концентрациях, важны для физиологических процессов:

• Цинк – компонент инсулина;
• Медь – участвует в фотосинтезе и дыхании;
• Кобальт – компонент витамина В12;
• Йод – участвует в регуляции обмена веществ. Он является важным компонентом гормонов щитовидной железы;
• Фтор – компонент зубной эмали.

Нарушение баланса концентрации микро и макроэлементов приводит к нарушениям метаболизма, развитию хронических болезней. Недостаток кальция – причина рахита, железа – анемия, азота – дефицит протеинов, йода – снижение интенсивности метаболитических процессов.

• Расмотрим связь органических и неорганических веществ в клетке, их строение и функции.
• В клетках содержится огромное количество микро и макромолекул, относящихся к разным химическим классам.
• Неорганические вещества клетки
• Вода. От общей массы живого организма она составляет наибольший процент – 50-90% и принимает участие практически во всех процессах жизнедеятельности:

• терморегуляции;
• капиллярных процессах, так как является универсальным полярным растворителем, влияет на свойства межтканевой жидкости, интенсивности обмена веществ. По отношению к воде все химические соединения делятся на гидрофильные (растворимые) и липофильные (растворимые в жирах).

От концентрации ее в клетке зависит интенсивность обмена веществ – чем больше воды, тем быстрее происходят процессы. Потеря 12% воды человеческим организмом – требует восстановления под наблюдением врача, при потере 20% – наступает смерть.

Минеральные соли. Содержатся в живых системах в растворенном виде (диссоциировав на ионы) и нерастворенном. Растворенные соли участвуют в:

• переносе веществ сквозь мембрану. Катионы металлов обеспечивают «калиево-натриевый насос», изменяя осмотическое давление клетки. Из-за этого вода с растворенными в ней веществами устремляется в клетку либо покидает ее, унося ненужные;
• формировании нервных импульсов, имеющих электрохимическую природу;
• сокращении мышц;
• свертывании крови;
• входят в состав белков;
• фосфат-ион – компонент нуклеиновых кислот и АТФ;
• карбонат-ион – поддерживает Ph в цитоплазме.

Нерастворимые соли в виде цельных молекул образуют структуры панцирей, раковин, костей, зубов.

Органические вещества клетки

Общая черта органических веществ – наличие углеродной скелетной цепи. Это биополимеры и небольшие молекулы простой структуры. 

Основные классы, имеющиеся в живых организмах:

Углеводы. В клетках присутствуют различные их виды — простые сахара и нерастворимые полимеры (целлюлоза). В процентном отношении доля их в сухом веществе растений — до 80%, животных – 20%. Они играют важную роль в жизнеобеспечении клеток:

• Фруктоза и глюкоза (моносахара) – быстро усваиваются организмом, включаются в метаболизм, являются источником энергии.
• Рибоза и дезоксирибоза (моносахара) – один из трех основных компонентов состава ДНК и РНК.
• Лактоза (относится к дисахарам) – синтезируется животным организмом, входит в состав молока млекопитающих.
• Сахароза (дисахарид) – источник энергии, образуется в растениях.
• Мальтоза (дисахарид) – обеспечивает прорастание семян.

Также, простые сахара выполняют и другие функции: сигнальную, защитную, транспортную.

Полимерные углеводы – это растворимый в воде гликоген, а также нерастворимые целлюлоза, хитин, крахмал. Они играют важную роль в метаболизме, осуществляют структурную, запасающую, защитную функции.

Липиды или жиры. Они нерастворимы в воде, но хорошо смешиваются между собой и растворяются в неполярных жидкостях (не имеющих в составе кислород, например – керосин или циклические углеводороды относятся к неполярным растворителям).

Липиды необходимы в организме для обеспечения его энергией – при их окислении образуется энергия и вода. Жиры очень энергоэффективны – с помощью выделяющихся при окислении 39 кДж на грамм можно поднять груз весом в 4 тонны на высоту в 1 м.

Также, жир обеспечивает защитную и теплоизоляционную функцию – у животных толстый его слой способствует сохранению тепла в холодный сезон.

Жироподобные вещества предохраняют от намокания перья водоплавающих птиц, обеспечивают здоровый лоснящийся вид и упругость шерсти животных, выполняют покровную функцию у листьев растений. Некоторые гормоны имеют липиднуюструктуру. Жиры входят в основу структуры мембран.

Белки или протеины являются гетерополимерами биогенной структуры. Они состоят из аминокислот, структурными единицами которых являются: аминогруппа, радикал, и карбоксильная группа. Свойства аминокислот и их отличия друг от друга определяют радикалы. За счет амфотерных свойств – могут образовывать между собой связи.

Белок может состоять из нескольких или сотен аминокислот. Всего в структуру белков входят 20 аминокислот, их комбинации определяют разнообразие форм и свойств протеинов. Около десятка аминокислот относятся к незаменимым – они не синтезируются в животном организме и их поступление обеспечивается за счет растительной пищи.

В ЖКТ белки расщепляются на отдельные мономеры, используемые для синтеза собственных белков.

Структурные особенности белков:

• первичная структура – аминокислотная цепочка;
• вторичная – скрученная в спираль цепочка, где образуются между витками водородные связи;
• третичная – спираль или несколько их, свернутые в глобулу и соединенные слабыми связями;
• четвертичная существует не у всех белков. Это несколько глобул, соединенных нековалентными связями.

Прочность структур может нарушаться, а затем восстанавливаться, при этом белок временно теряет свои характерные свойства и биологическую активность. Необратимым является только разрушение первичной структуры. 

Белки выполняют в клетке множество функций:

• ускорение химических реакций (ферментативная или каталитическая функция, причем каждый из них отвечает за конкретную единственную реакцию);
• транспортная – перенос ионов, кислорода, жирных кислот сквозь клеточные мембраны;
• защитная – такие белки крови как фибрин и фибриноген, присутствуют в плазме крови в неактивном виде,в месте ранений под действием кислорода образуют тромбы. Антитела — обеспечивают иммунитет.
• структурная – пептиды входят частично или являются основой клеточных мембран, сухожилий и других соединительных тканей, волос, шерсти, копыт и ногтей, крыльев и внешних покровов. Актин и миозин обеспечивают сократительную активность мышц;
• регуляторная – белки-гормоны обеспечивают гуморальную регуляцию;
• энергетическая – во время отсутствия питательных веществ организм начинает расщеплять собственные белки, нарушая процесс собственной жизнедеятельности. Именно поэтому после длительного голода организм не всегда может восстановиться без врачебной помощи.

Нуклеиновые кислоты. Их существует 2 – ДНК и РНК. РНК бывает нескольких видов – информационная, транспортная, рибосомная. Открыты щвейцарцем Ф. Фишером в конце 19-го века.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота. Содержится в ядре, пластидах и митохондриях. Структурно является линейным полимером, образующим двойную спираль из комплементарных цепочек нуклеотидов. Представление о ее пространственной структуре было создано  в 1953 г американцами Д. Уотсоном и Ф. Криком.

Мономерные ее единицы –нуклеотиды, имеющие принципиально общую структуру из:

• фосфат-группы;
• дезоксирибозы;
• азотистого основания (принадлежащие к группе пуриновых – аденин, гуанин, пиримидиновых – тимин и цитозин.)

В структуре полимерной молекулы нуклеотиды объединены попарно и комплементарно, что обусловлено разным количеством водородных связей: аденин+тимин – две, гуанин+цитозин – водородных связей три.

Порядок расположения нуклеотидов кодирует структурные последовательности аминокислот белковых молекул. Мутацией называются изменения порядка нуклеотидов, так как будут кодироваться белковые молекулы другой структуры.

РНК – рибонуклеиновая кислота. Структурными особенностями ее отличия от ДНК являются:

• вместо тиминового нуклеотида – урациловый;
• рибоза вместо дезоксирибозы.

Транспортная РНК – это полимерная цепочка, которая в плоскости свернута в виде листочка клевера, основной ее функцией является доставка аминокислоты к рибосомам.

Матричная (информационная) РНК постоянно образуется в ядре, комплементарно какому-либо участку ДНК. Это — структурная матрица, на основе ее строения на рибосоме будет собираться белковая молекула. От всего содержания молекул РНК этот тип составляет 5%.

Рибосомная – отвечает за процесс составления молекулы белка. Синтезируется на ядрышке. Ее в клетке 85%.

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота. Это нуклеотид, содержащий:

• 3 остатка фосфорной кислоты;
• аденин;
• рибозу.

В результате каскадных химических процессов дыхания синтезируется в митохондриях. Основная функция – энергетическая, одна химическая связь в ней содержит почти столько же энергии, сколько получается при окислении 1 г жира.

Предыдущий урок

Следующий урок

Химический состав клетки #48

Х Химический состав клетки составляют около 80 элементов таблицы Менделеева. Химический состав клетки определяет ее способность к жизнедеятельности и развитию организма в целом.

Содержание химических элементов в клетке

В клетках обнаружено более 80 химических элементов. Все элементы делят на три группы.

Макроэлементы, содержание которых в клетке составляет до 10-3%, – это кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций, натрий и магний; на их долю приходится свыше 99% массы клеток.

Микроэлементы, ссдержание которых колеблется от 10-3% до 10-6%. Это железо, марганец, медь, цинк, кобальт, никель, иод, фтор; на их долю приходится менее 1,0 % массы клеток.

Ультрамикроэлементы, составляющие менее 10-6% – это золото, серебро, уран, цезий, бром, ванадий, селен и др., на их долю приходится менее 0,01% массы клетки. Физиологическая роль установлена только для некоторых из них. Например, дефицит селена приводит к развитию раковых заболеваний.

Все перечисленные элементы входят в состав неорганических и органических веществ или содержатся в виде ионов.

Вода и минеральные соли

Неорганические соединения клеток представлены водой и минеральными солями.

Содержание воды в разных клетках зависит от интенсивности обменных процессов и колеблется от 10% в эмали зуба до 85% в нервных клетках и до 97% в клетках развивающегося зародыша. В среднем в теле многоклеточных содержится около 80% воды от массы тела.

Вода в клетках выполняет следующие функции:

• связанная вода (4 — 5% от всего ее содержания) образует водные (сольватные) оболочки вокруг молекул белков, препятствуя склеиванию их друг с другом;
• свободная вода является универсальным растворителем и способствует транспорту растворенных в ней веществ;
• вода принимает непосредственное участие в реакциях гидролиза;
• вода регулирует тепловой режим и осмотическое давление в клетках.

По отношению к воде все вещества делятся на гидрофильные (водорастворимые) – многие минеральные соли, кислоты, щелочи, моносахариды, белки, витамины (С и В) и гидрофобные (водонерастворимые) – жиры, полисахариды, некоторые соли, витамины (А, D).

Минеральные соли и химические элементы в определенных концентрациях необходимы для нормальной жизнедеятельности клеток.

Так, азот и сера входят в состав молекул белков, фосфор – в ДНК, РНК и АТФ, магний – во многие ферменты и хлорофилл, железо – в гемоглобин, цинк в гормон поджелудочной железы, иод – в гормоны щитовидной железы и т.д.

Нерастворимые соли кальция и фосфора обеспечивают прочность костной ткани, катионы натрия, калия и кальция – раздражимость клеток. Ионы кальция принимают участие в свертывании крови.

Липиды и углеводы

Органические соединения составляют около 20 — 30% массы живых клеток. К ним относятся биологические полимеры – белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды, а также липиды, гормоны, пигменты, АТФ и др.

Липиды (жиры) и липоиды являются обязательными компонентами всех клеток. Содержание жиров в клетке колеблется от 5 до 15% массы сухого вещества, а в клетках подкожной жировой клетчатки – до 90%.

Липиды представляют собой сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина, а липоиды – жирных кислот с другими спиртами. Эти соединения нерастворимы в воде (гидрофобны).

Липиды могут образовывать сложные комплексы с белками (липопротеины), углеводами (гликолипиды), остатками фосфорной кислоты (фосфолипиды) и др.

Функции жиров:

• строительная – жиры составляют основу биологических мембран;
• энергетическая – жиры являются источником энергии;
• запасающая – жиры откладываются в жировой ткани животных и в плодах и семенах растений и являются запасным источником энергии;
• источник воды – при окислении жиров выделяется вода;
• защитная – скопления жира выполняют теплоизоляционную и механическую защиту органов.

Углеводы – обязательный химический компонент клеток. В растительных клетках их содержание достигает 90% сухой массы (крахмал в клубнях картофеля), а в животных – 5% (гликоген в клетках печени). В состав молекул углеводов входят углерод, водород и кислород.

Все углеводы подразделяют на моно-, ди- и полисахариды. Моносахариды чаще содержат пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов углерода. Пентозы (рибоза и дезоксирибоза) входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ. Гексозы (глюкоза и фруктоза) постоянно присутствуют в клетках плодов растений, придавая им сладкий вкус.

Глюкоза содержится в крови и служит источником энергии для клеток и тканей животных. Дисахариды объединяют в одной молекуле два моносахарида. Пищевой сахар (сахароза) состоит из молекул глюкозы и фруктозы, молочный сахар (лактоза) включает глюкозу и галактозу. Все моно- и дисахариды хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Молекулы полисахаридов образуются в результате поликонденсации моносахаридов. Мономером полисахаридов – крахмала, гликогена, целлюлозы (клетчатки) является глюкоза. Полисахариды практически нерастворимы в воде и не обладают сладким вкусом.

Основные полисахариды – крахмал (в растительных клетках) и гликоген (в клетках животных) откладываются в виде включений и служат запасными энергетическими веществами. Целлюлоза образует стенку растительных клеток и выполняет защитную функцию.

Углеводы образуются в растениях в процессе фотосинтеза и могут использоваться в дальнейшем для биосинтеза аминокислот, жирных кислот и других соединений.

Углеводы выполняют четыре основные функции:

1. строительную – образуют стенки растительных клеток;
2. энергетическую – углеводы являются основным источником энергии;
3. запасающую – углеводы откладываются в клетках в виде гликогена или крахмала и являются запасным источником энергии;
4. защитную – целлюлоза в стенках клеток растений.

Белки

Белки составляют 10 — 18% от общей массы клетки. Молекулярная масса их колеблется от десятков тысяч до многих миллионов единиц. Белки – это биополимеры, мономерами которых являются 20 аминокислот.

Молекулы белков различаются по величине, структуре и функциям, которые определяются составом, количеством и порядком расположения аминокислот.

Помимо простых белков (альбумины, глобулины, гистоны) имеются и сложные – соединения белков с углеводами (гликопротеины), жирами (липопротеины) и нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеины).

Каждая аминокислота состоит из углеводородного радикала, соединенного с карбоксильной группой, имеющей кислотные свойства (–СООН)‚ и аминогруппой (–NН2)‚ обладающей основными свойствами. Аминокислоты отличаются одна от другой только радикалами.

Они способны соединяться в длинные цепочки. При этом устанавливаются прочные ковалентные (пептидные) связи между углеродом кислотной и азотом основной групп (–СО–NН–) с выделением молекулы воды.

Соединения, состоящие из двух аминокислотных остатков, называются дипептидами, из трех – трипептидами, из многих – полипептидами.

Различные свойства и функции белковых молекул определяются последовательностью соединения аминокислот, которая закодирована в ДНК. Эту последовательность называют первичной структурой молекулы белка, от которой в свою очередь зависят последующие уровни ее пространственной организации и биологические свойства белков.

Вторичная структура белковой молекулы достигается ее спирализацией благодаря установлению между атомами соседних витков спирали водородных связей. Функционирование в виде закрученной спирали характерно для некоторых фибриллярных белков (фибриноген, миозин, экшн и др.).

Многие белковые молекулы становятся функционально активными только после приобретения глобулярной (третичной) структуры. Она формируется путем многократного сворачивания спирали в трехмерное образование – глобулу.

Эта структура поддерживается ковалентными дисульфидными (–S–S–) связями, гидрофобными взаимодействиями и электростатическими связями. Глобулярную структуру имеет большинство белков (альбумины, глобулины и др.).

Для выполнения некоторых функций требуется участие белков с более высоким уровнем организации, при котором возникает объединение нескольких глобулярных белковых молекул в единую систему – четвертичную структуру (химические связи могут быть разные – гидрофобные взаимодействия, водородные и ионные связи). Например, молекула гемоглобина состоит из четырех различных глобул и небелковой части – гема, содержащего железо.

Утрата белковой молекулой своей структурной организации называется денатурацией. Причиной ее могут быть различные химические (кислоты, щелочи, спирт, соли тяжелых металлов и др.) и физические (высокая температура и давление, ионизирующие излучения и др.) факторы.

Вначале разрушается четвертичная, затем третичная, вторичная, а при более жестких условиях и первичная структура (происходит деградация).

Если под действием денатурирующего фактора не затрагивается первичная структура, то при возвращении белковых молекул в нормальные условия среды их структура полностью восстанавливаетея, т.е. происхоцит ренатурация.

Свойства белков: гидрофильность, видовая специфичность, химическая активность, способность денатурировать и ренатурировать, переходить из золя в гель, изменять конфигурацию молекул под действием факторов среды.

Белки выполняют следующие функции:

• строительную – входят в состав большинства клеточных структур;
• каталитическую – все ферменты являются белками;
• транспортную – переносят различные вещества, напригер гемоглобин, – O2;
• двигательную – обусловливают сокращение мышц, жгутиков, ресничек;
• защитную – выполняют антитела;
• сигнальную (рецепторную) – белковые молекулы способны изменять свою структуру под действием различных факторов среды;
• регуляторную – гормоны, имеющие белковую природу (инсулин);
• энергетическую – белки являются источником энергии.

Каталитическую функцию в клетках выполняют белки-ферменты, в десятки и сотни тысяч раз ускоряющие течение биохимических реакций при нормальном давлении и температуре 37 °С.

Действие ферментов строго специфично: каждый фермент катализирует только одну реакцию, действует на одно вещество или один тип связи при определенной температуре и рН среды.

Высокая специфичность ферментов обусловлена наличием одного или нескольких активных центров, в которых происходит тесный контакт между молекулами фермента и субстратом (веществом, на которое действует данный фермент).

Нуклеиновые кислоты

Схема строения молекулы ДНК: Ф — остаток фосфорной кислоты; Д — дезоксирибоза; А,Г,Т,Ц — первые буквы названий азотистых оснований(аденин, гуанин, цитозин, тимин).

Нуклеиновые кислоты представляют собой сложные высокомолекулярные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). ДНК входит в основном в хроматин ядра, хотя небольшое ее количество содержится и в некоторых органоидах (митохондрии, пластиды). РНК содержится в ядрышках, кариолимфе, рибосомах, митохондриях, пластидах и в гиалоплазме клетки.

Структура молекулы ДНК была впервые расшифрована Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г. Она представляет собой две полинуклеотидные цепи, соединенные друг с другом. Мономерами цепей являются нуклеотиды.

В состав каждого нуклеотида входят: пятиуглеродный сахар – дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех азотистых оснований: аденин и гуанин (пуриновые основания), цитозин и тимин (пиримидиновые основания).

Нуклеотиды отличаются один от другого только азотистыми основаниями.

Нуклеотиды соединяются в цепочку путем образования фосфодиэфирных (ковалентных) связей между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого, соседнего, нуклеотида. Молекулы ДНК могут содержать от 200 до 2 * 108 нуклеотидов.

Огромное разнообразие молекул ДНК достигается разным составом, количеством и различной последовательностью нуклеотидов.

Обе цепочки объединяются в одну молекулу ведородными связями, возникающими между азотистыми основаниями нуклеотидов противоположных цепочек, причем в виду определенной пространственной конфигурации между аденином и тимином устанавливаются две связи, а между гуанином и цитозином – три.

Вследствие этого нуклеотиды двух цепочек образуют пары: А — Т, Г — Ц . Строгое соответствие нуклеотидов друг другу в парных цепочках ДНК называется комплементарностью (дополнительностью). Это свойство лежит в основе репликации (самоудвоения) молекулы ДНК.

Репликация молекулы ДНК происходит следующим образом. Под действием фермента (ДНК-полимераза) разрываются водородные связи между нуклеотидами двух цепочек и к освободившимся связям по принципу комплементарности присоединяются соответствующие нуклеотиды ДНК.

Следовательно, порядок нуклеотидов в «старой» цепочке ДНК определяет порядок нуклеотидов в «новой», т.е. «старая» цепочка ДНК является матрицей для синтеза «новой». Такие реакции называются реакциями матричного синтеза; они характерны только для живого.

Роль ДНК в клетке заключается в хранении, воспроизведении и передаче генетической информации. Благоларя матричному синтезу наследственная информация дочерних клеток точно соответствует материнской.

РНК, как и ДНК, представляет собой полимер, состоящий из мономеров – нуклеотидов.

Структура нуклеотидов РНК сходна с таковой ДНК, но имеет следующие отличия: вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов РНК входит пятиуглеродный сахар – рибоза, а вместо азотистого основания тимина – урацил.

По сравнению с ДНК в состав РНК входит меньше нуклеотидов, и, следовательно, ее молекулярная масса меньше. В клетках эукариот встречаются только одноцепочечные молекулы РНК.

Имеется три типа РНК: информационная, транспортная и рибосомальная.

Информационная РНК (и-РНК) состоит из 300 — 30000 нуклеотидов и составляет примерно 5% от всей РНК, содержащейся в клетке. Она представляет собой комплементарную копию определенного участка ДНК (гена). Молекулы и-РНК выполняют роль переносчиков генетической информации от ДНК к месту синтеза белка ( в рибосомы) и непосредственно участвуют в сборке его молекул.

Транспортная РНК (т-РНК) составляет до 10% от всей РНК клетки и состоит из 75 — 85 нуклеотидов. Молекулы т-РНК транспортируют аминокислоты из цитоплазмы в рибосомы.

Основную часть РНК цитоплазмы (около 85%) составляет рибосомальная РНК (р-РНК). Она входит в состав рибосом. Молекулы р-РНК состоят из 3 — 5 тыс. нуклеотидов. р-РНК обеспечивает определенное пространственное взаиморасположение и-РНК и т-РНК.

1. Биология для абитуриентов. Авторы: Давыдов В.В. , Бутвиловский В.Э. , Рачковская И. В. , Заяц Р.Г.

Биология ЕГЭ. Химический состав клетки. Вся теория + конспект

Приветствую, и снова новый день и снова подготовка к ЕГЭ. Давайте немного отойдем от биологии и затронем другую науку – химию (хрен редьки не слаще, ага), но сегодня нам важно разобраться из чего же состоят все живые объекты (организмы, клетки, органоиды клеток и т.д.).

3д модель из атомов (с)

Помните, когда я рассказывал про свойства живых организмов, я упоминал, что все они состоят из молекул определённых химических веществ (воды, жиров, белков, углеводов и т.д.

) – это ещё называлось умным определением “единство химического состава живого“.

Вспомнили? Отлично, тогда сегодня просто пробежимся по особенностям и функциям этих веществ в живых организмах и клетках. Поехали.

Химический состав живых организмов (с) картинка из интернета Химический состав живых организмов (с) картинка из интернета

Неорганические вещества (Вода и Соли)

Вода играет огромную роль в жизнедеятельности живых существ. Она транспортирует вещества и растворяет их (кроме жиров), делая их доступными для клеток. Участвует во множестве химических реакций, обеспечивает упругость клеток (до 90% цитоплазмы приходится на воду) и выполняет очень много метаболических функций (теплорегуляция, фотосинтез, выведение и т.д.)

Соль также очень важна для жизнедеятельности клеток и организма. Соль нужна клеткам для проведения электрических импульсов (нервные клетки), для сокращения тканей (сердечная и мышечная ткань). Также соединения солей входят в состав различных структур (костей, зубов, волос и т.д.)

Соль и вода наши лучшие друзья (с) картинка из интернета Соль и вода наши лучшие друзья (с) картинка из интернета

Органические вещества (Белки / Жиры / Углеводы / Нуклеиновые кислоты)

Возьмите с полки в магазине любой продукт и переверните упаковку, на обратной стороне вы обязательно найдете информацию о составе и содержании БЖУ (белков, жиров, углеводов) в продукте.

Производитель обязан их указывать, для того, чтобы вы покупая тот или иной продукт могли оценить, что у него внутри и какую питательную и пищевую ценность для организма он представляет (правда этим обычно никто не пользуется, но это уже другая история).

БЖУ пельменей (с) картинка из интернета БЖУ пельменей (с) картинка из интернета

Давайте пробежимся по каждому пищевому нутриенту (да, таким умным словом называют составные части продукта).

Белки – соединение состоящее из аминокислот (проще не стало, знаю). Белки это такая штука из которой состоит большая часть нашего тела. Все мышцы – это белок, кожа и волосы – белок, внутренние органы – тоже состоят из белковых структур. Поэтому потребления белка важно для существования организма, иначе он не сможет создать все эти структуры.

Жизнь – это способ существования белковых тел (с) Ф. Энгельс Жизнь – это способ существования белковых тел (с) Ф. Энгельс

Жиры (липиды) – к ним относятся различные жиры, масла (подсолнечное и оливковое масло это чистый жир, если вы не знали, и некоторые другие соединения вроде воска). Жиры важны для организмов не меньше, чем белки. Из жиров состоят многие гормоны (например тестостерон), они входят в состав органов и тканей (мозга, печени).

Углеводы (моно/полисахариды) – чаще всего выполняют энергетическую функцию. Глюкоза и сахараза используются нашими организмами для питания и получения АТФ. Однако одним питанием их функции не ограничиваются. У растений и грибов клеточная стенка состоит из углеводов (целлюлозы и хитина), поэтому они могут выполнять структурную и защитную функцию.

Также углеводы могут использоваться для запасания питательных веществ (вместо жиров). Например картофельный крахмал – это чистый углевод и растениям он нужен для того, чтобы они могли пережить холодную зиму.

Основные типы углеводов (с) картинка из интернета Основные типы углеводов (с) картинка из интернета

Конечно тема химического состава намного глубже, ведь в состав живых организмов входят тысячи химических соединений, однако для первого раза достаточно. В следующих статьях мы ещё будем возвращаться и косвенно касаться этой темы, поэтому, чтобы вам было удобнее я сделал конспект, можешь скачать его по ссылке с Яндекс Диска.

Конспект биология ЕГЭ. Химический состав клетки. Белки. Жиры. Углеводы. Конспект биология ЕГЭ. Химический состав клетки. Белки. Жиры. Углеводы. Не забудь поставить лайк и подписаться, это поддерживает мою веру в то, что я не просто так это всё делаю. Удачи и успехов.

Химический состав клетки. Жизнедеятельность клеток – Сайт по биологии

К макроэлементам относят кислород (65—75 %), углерод (15—18 %), водород (8—10 %), азот (2,0—3,0 %), калий (0,15—0,4 %), сера|сера (0,15—0,2 %), фосфор (0,2—1,0 %), хлор (0,05—0,1 %), магний (0,02—0,03 %), натрий (0,02—0,03 %), кальций (0,04—2,00 %), железо (0,01—0,015 %). Такие элементы, как C, O, H, N, S, P входят в состав органических соединений.

Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO2 фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO3 входит в состав минеральных скелетов.

Кислород — входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды|воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды|воды.

Водород — входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды|воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.

Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты|кислоты как конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления.

Сера|Сера — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.

Фосфор — входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты|кислоты), в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов).

Магний — кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.

Кальций — участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные процессы (в том числе участвует в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза). Нерастворимые соли|соли кальция участвуют в формировании костей|костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.

Натрий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессах осморегуляции (в том числе в работе почек у человека) и создании буферной системы крови.

Калий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы.Содержится в межклеточных веществах.

• Хлор — поддерживает электронейтральность клетки.
• Микроэлементы
• К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы тела|тела живых существ, относят ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен|селён, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк
• Цинк — входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина
• Медь — входит в состав окислительных ферментов, участвующих в синтезе цитохромов.
• Селен|Селён — участвует в регуляторных процессах организма.
• Ультрамикроэлементы

Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды|воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен|селён, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов ещё мало|мало понятны.