Химический состав клетки
- ГДЗ
- 1 Класс
- Окружающий мир
- 2 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Литература
- Окружающий мир
- 3 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Окружающий мир
- 4 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Окружающий мир
- 5 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Немецкий язык
- Биология
- История
- География
- Литература
- Человек и мир
- Технология
- Естествознание
- 6 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Биология
- История
- География
- Литература
- Технология
- 7 Класс
- Английский язык
- Алгебра
- Геометрия
- Физика
- Немецкий язык
Среди органических соединений клетки белки являются наиболее важными. Содержание белков в клетке колеблется от 20% до 40 %.
Белки – это высокомолекулярные органические соединения, которые состоят из углерода, водорода, кислорода, серы и азота, а также в состав может входить фосфор и катионы металлов.
Белки являются биополимерами, которые состоят из мономеров аминокислот. Их молекулярная масса варьируется от нескольких тысяч до нескольких миллионов, в зависимости от количества аминокислотных остатков.
В состав белков входит всего 20 типов α-аминокислот из 170, найденных в живых организмах.
Аминокислоты – органические соединения, в молекулах которых одновременно присутствует аминогруппа (-NH2) с основными свойствами, карбоксильная группа (-COOH) с кислотными свойствами и радикал (R), у разных аминокислот имеет различное строение.
Важнейшим химическим свойством аминокислот является их способность соединяться друг с другом посредством пептидной связи. Пептидная связь – это ковалентная азот-углеродная связь, которая образуется при взаимодействии аминогруппы одной аминокислоты с карбоксильной группой другой аминокислоты.
Если соединяется много аминокислот, то образуется полипептидная цепь.
Белки имеют особую структурную организацию, т.к. формируется в результате взаимодействия 20 типов α-аминокислот: первичная, вторичная, третичная и четвертичная (у некоторых белков) структуры.
1. Первичная структура – линейная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи, уникальна для любого белка и определяет его форму, свойства и функции.
2. Вторичная структура – упорядоченное свертывание полипептидной цепи в спираль (или складчатая структура). Витки спирали или складки укрепляются водородными связями, возникающими между карбоксильными группами одних витков спирали и аминогруппами других витков.
3. Третичная структура – укладка полипептидных цепей в глобулы, возникающая в результате возникновения химических связей (водородных, ионных, дисульфидных) и установления гидрофобных взаимодействий между радикалами аминокислотных остатков.
4. Четвертичная структура характерна для сложных белков, молекулы которых образованы двумя и более глобулами.
Для белковых молекул характерна денатурация, и обратный процесс ренатурация. Утрата белковой молекулой природной структуры называется денатурацией. Она может возникнуть при воздействии температуры, химических веществ, радиации, ионов тяжелых металлов и облучении. Денатурация бывает обратимая (если при денатурации не нарушены первичные структуры) и необратимая (если при денатурации нарушены первичные структуры). Процесс восстановления белковой молекулой природной структуры носит название ренатурация. Следовательно, все особенности строения белка определяются первичной структурой.
Белки выполняют до десятка функций, как в клетке, так и в организме. Функции определяется структурой и формой белковой молекулы. Структурную функцию выполняют белки, которые входят в состав биологических мембран.
Некоторые клетки организма способны сокращаться и перемещаться, благодаря наличию сократительных белков, в этом заключается их сократительная функция. К сократительным белкам относятся актин и миозин, которые вызывают сокращение мышц и сокращение мышечной ткани.
Ряд белков выполняет транспортную функцию (функцию переноса веществ из одного компартмента клетки в другой или между органами целого организма). Например, гемоглобин переносит кислород от легких к тканям, и углекислый газ от тканей в легкие. Эти белки имеют глобулярную структуру. В крови есть специальные транспортные белки – альбумины, которые переносят различные вещества. Сывороточный альбумин крови переносит как биологические активные вещества, так и жирные кислоты, и липиды. Белки-переносчики осуществляют перенос веществ через клеточные мембраны.
Специфические белки выполняют так называемую защитную функцию, они предохраняют наш организм от вторжения чужеродных организмов или чужеродных белков и от различных повреждений. К таким защитным белкам относятся антитела. То есть, они вырабатываются в ответ на чужеродные воздействия. Они взаимодействуют с микроорганизмами, попавшими в кровь, и их инактивируют. Другие белки – интерфероны, они специфически связываются с вирусами, инактивируют их и не дают возможность воссоздать им свою структуру, то есть размножиться внутри организма человека.
Фибриноген и тромбин предохраняют организм от кровопотери, образуя тромб. Фибриноген является примером белка промежуточного типа, поскольку он имеет фибриллярную структуру, но при этом растворим в воде.
В организме человека существует ряд белков, которые выполняют регуляторную функцию. К ним относятся различные гормоны белково-пептидной природы. Одним из таких гормонов является инсулин. Он вырабатывается поджелудочной железой и регулирует уровень глюкозы в крови.
Кроме этого к таким гормонам относится кальцитонин, который регулирует уровень кальция в крови костной ткани, а также так называемый соматотропный гормон, или соматотропин, который влияет на рост и развитие человека.
Белки могут быть запасными питательными веществами. Например, альбумин куриного яйца, казеин молока. В семенах многих растений, белки также могут выполнять запасающую функцию.
Белки могут выполнять в клетке или организме энергетическую функцию, поскольку при расщеплении одного грамма белков образуется 17,6 кДж энергии. Для этой цели белки используются в исключительных случаях – в качестве источника энергии обычно используется либо углеводы, либо липиды.
Список литературы:
1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. – Дрофа, 2009.
2. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений/ Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005
3. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.
4. Большой справочник по биологии/под ред. Т.В. Ивановой, Г.Л. Свиридовой. – М.: «Издательство Астрель», «Олимп», «Фирма «Издательство АСТ», 2000. – 448 с.: ил.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
1. Википедия.
2. Школа цифрового века.
3. Youtube.com.
4. https://ege.sdamgia.ru
Органические молекулы: общий принцип строения
В многоклеточных организмах молекул больше, чем звёзд на небе. Основные функции в них выполняют органические молекулы — химические соединения на основе углерода. Минеральные вещества — оксиды, вода, кислород, соли и др., хотя и составляют 80% массы организма, выполняют в основном роль промежуточных метаболитов и среды для химических реакций.
Одни органические молекулы представляют собой небольшие относительно низкомолекулярные вещества (витамины, аминокислоты, органические кислоты, сахара, спирты и др.), другие – длинные цепи, состоящие из тысяч и миллионов атомов. Простые молекулы могут быть исполнителями некоторых жизненных функций:
- глюкоза — источник энергии;
- некоторые аминокислоты выполняют гормональную функцию.
Но большая часть низкомолекулярных веществ направлена на синтез крупных молекул. Высокомолекулярные — обычно многозвеньевые (полимерные) комплексы — называются макромолекулами (греч. macros — большой). Их делят на четыре категории:
Они являются основными химическими строительными блоками, из которых состоит весь организм. Исследованием органических молекул занимается наука биохимия. Начало современной биохимии положила демонстрация процесса ферментации вне клетки.
Органические молекулы и особенности их углеродных цепочек
Биологические системы подчиняются всем законам химии. Каркас органических молекул состоит из атомов углерода, связанных с атомами кислорода, азота, серы, фосфора и водорода. Поскольку атом углерода может образовывать до 4 ковалентных связей, молекулы, содержащие углерод могут образовывать разные цепи:
- прямые,
- ветвистые,
- кольцеобразные,
- шарообразные,
- в виде трубок,
- катушек.
Органические молекулы, состоящие только из углерода и водорода, называются углеводородами. Так как углеводородные ковалентные связи хранят значительное количество энергии, углеводороды являются хорошим топливом. Это, например, газ пропан, состоящий из цепи из трёх атомов углерода, связанных с восьмью атомами водорода: C3H8.
Структурная формула пропанаТеоретически длина углеродных цепочек может быть неограниченной.
Органичесие молекулы и функциональные группы
Атомы углерода и водорода обладают очень похожими электронными свойствами. Поэтому их связи распределены равномерно без разницы во влиянии над молекулярной поверхностью. По этой причине углеводороды неполярны. Многие органические вещества содержат полярные группировки. Поскольку эти группировки существенно более реакционноспособны по сравнению с углеводородными цепями, они носят название функциональных групп.
Функциональные группы имеют определённые химические свойства, которые они сохраняют в любой ситуации. Например, гидроксильная (OH) и кислотная карбоксильная (COOH) группы полярны из-за электроотрицательности атомов кислорода. Другие общие функциональные группы: фосфатная (PO4 –), которая при отщеплении даёт большое количество энергии и основная аминная (NH2). Многие их них могут образовывать водородные связи. Доноров и акцепторов водородной связи можно опознать по деятельности их электронов.
Важные функциональные группы и радикалыИзомерия органических молекул
Органические молекулы, имеющие одну и ту же молекулярную формулу, могут существовать в разных формах, называемых изомерами.
- При различие в структуре их углеродного скелета (порядке соединения атомов) они называются структурными изомерами. Например, глюкоза и фруктоза — структурные изомеры с формулой C6H12O6.
- Другая форма изомерии называется стериоизомерией, молекулы имеют тот же углеродный скелет, но отличаются расположением (ориентацией) прикрепления к нему групп в пространстве. Ферменты биологических систем распознают только один специфический стериоизомер.
- Молекула, которая имеет зеркальные версии, называется хиральной. Хиральность характеризуется наличием структур, которые нельзя совместить, поскольку они являются зеркальным отображением друг друга. Наиболее частое возникновение зеркальных свойств — наличие асимметричного атома углерода.
Хиральные соединения характеризуются влиянием на поляризованный свет. Поляризованный свет имеет одну плоскость, которую хиральные молекулы поворачивают вправо или влево. В этом случае образуется две формы изомеров с различной конфигурацией (энантиомеры — подкатегрия стериоизомеров). Чаще всего энантиомеры носят названия L и D-форм. Живые системы имеют тенденцию производить только один энантиомер из двух возможных форм; например, в большинстве организмов мы находим в основном D-сахара и L-аминокислоты. Молочная кислота существует в двух формах:
- правовращающая L-молочная кислота концентрируется в мышцах и крови животных;
- D-молочная кислота продуцируется микроорганизмами и может быть обнаружена например в молочных продуктах.
Полимеры и мономеры органических молекул
В большинстве случаев органические макромолекулы являются полимерами. Полимер — это длинная молекула, построенная из объединения большого количества небольших похожих субъединиц, называемых мономерами. В упрощённом виде они похожи на железнодорожные вагоны, соединённые в поезд. Характер полимера определяется мономерами, используемыми для его построения. Вот несколько примеров полимеров и их мономеров.
- Сложные углеводы, такие как крахмал, состоят из простых кольцеобразных сахаров.
- Мономерами нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) являются нуклеотиды.
- Белки построены из аминокислот.
Липиды тоже макромолекулы, но они не соответствуют соотношению мономер — полимер. Липиды сформированы через реакции дегидратации, которые связывают жирные кислоты с глицерином. Макромолекулы образуются в результате химической реакции дегидратации и разрушаются гидролизом.
Полимеры и мономеры органических молекулРеакции присоединения (дегидратации)
Несмотря на различия между мономерами основных органических полимеров, химия их синтеза аналогична. При образовании ковалентной связи между двумя мономерами с одной стороны отрывается гидроксильная группа OH, с другой атом водорода, а вместе получается молекула воды Н2О.
Эта реакция характерна для присоединения нуклеотидов в молекуле ДНК и соединения молекул глюкозы, для получения крахмала. Она также используется для связывания жирных кислот и глицерина в молекулах липидов. Этот процесс называется также реакцией дегидрации, катализа или обезвоживания. Катализ осуществляется в клетке при участии ферментов.
Органические молекулы и реакция гидролиза
При разрыве мономеров происходит обратная реакция гидролиза с добавлением молекулы воды. В этой реакции атом водорода присоединяется к одной группе, а гидроксильная группа разрывает ковалентные связи. Когда вы едите картофель, ваш организм разрушает крахмал до глюкозы путём гидролиза.
Макромолекулы | |||
| Название макромолекулы | Из чего состоит | Пример | Функции |
Полисахариды | |||
| 1. Крахмал 2. Гликоген | Глюкоза | 1. Запасное вещество растительных клеток. 2. Клетки печени животных, клетки грибов. | Хранение энергии. |
| Целлюлоза | Глюкоза | Сельдерей, сахарная свёкла и другие растения. | Опорная, в клеточной стенке растений. |
| Хитин | Модифицированная глюкоза | Покровы насекомых, клеточная стенка грибов. | Структурная, опорная. |
Нуклеиновые кислоты | |||
| ДНК | Нуклеотид. | Хромосомы. | Кодирует гены. |
| РНК | Нуклеотид. | Матричная РНК (мРНК). | Необходим для экспрессии генов. |
Протеины (белки) | |||
| Ферменты | Аминокислоты | Клетки | Катализ |
| Коллаген | Аминокислоты | Волосы, кожа, шёлк | Структурная |
Липиды | |||
| Триглицериды (животные жиры, масла) | Глицерин и 3 жирные кислоты | Масло сливочное, кукурузное масло, мыло | Хранение энергии |
| Фосфолипиды | Глицерин, 2 жирные кислоты, фосфат и полярные R-группы | Фосфатидилхолин | Клеточная мембрана |
| Простагландины | Пятиуглеродные кольца с двумя неполярными хвостами | Рецепторы | Химические медиаторы |
| Стероиды | Четыре конденсированных углеродных кольца | Эстроген, холестерин | Гормональная, структурная – входит в состав мембран |
| Терпены | Длинные углеродные цепи | Каротин, каучук, хвойные растения | Часть пигментов, структурная |
Вам будет интересно
общая характеристика. Биология 9 класс Пасечник
- ГДЗ
- 1 Класс
- Окружающий мир
- 2 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Немецкий язык
- Литература
- Окружающий мир
- 3 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Немецкий язык
- Окружающий мир
- 4 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Немецкий язык
- Окружающий мир
- 5 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Немецкий язык
- Биология
- История
- География
- Литература
- Обществознание
- Человек и мир
- Технология
- Естествознание
- 6 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Немецкий язык
- Биология
- История
- География
- Литература
- Обществознание
- Технология
- 7 Класс
- Английский язык
- Русский язык
- Алгебра
- Геометрия
- Физика
3. Строение клетки. Клеточные органоиды
Ядрышко представляет собой плотное округлое тело внутри ядра. Обычно в ядре клетки бывает от одного до семи ядрышек. Они хорошо видны между делениями клетки, а во время деления — разрушаются.
Функция ядрышек — синтез РНК и белков, из которых формируются особые органоиды — рибосомы.
Рибосомы участвуют в биосинтезе белка. В цитоплазме рибосомы чаще всего расположены на шероховатой эндоплазматической сети. Реже они свободно взвешены в цитоплазме клетки.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) участвует в синтезе белков клетки и транспортировке веществ внутри клетки.
Значительная часть синтезируемых клеткой веществ (белков, жиров, углеводов) не расходуется сразу, а по каналам ЭПС поступает для хранения в особые полости, уложенные своеобразными стопками, «цистернами», и отграниченные от цитоплазмы мембраной. Эти полости получили название аппарат (комплекс) Гольджи. Чаще всего цистерны аппарата Гольджи расположены вблизи от ядра клетки.
Аппарат Гольджи принимает участие в преобразовании белков клетки и синтезирует лизосомы — пищеварительные органеллы клетки.
Лизосомы представляют собой пищеварительные ферменты, «упаковываются» в мембранные пузырьки, отпочковываются и разносятся по цитоплазме.
В комплексе Гольджи также накапливаются вещества, которые клетка синтезирует для нужд всего организма и которые выводятся из клетки наружу.
Митохондрии — энергетические органоиды клеток. Они преобразуют питательные вещества в энергию (АТФ), участвуют в дыхании клетки.
Митохондрии покрыты двумя мембранами: наружная мембрана гладкая, а внутренняя имеет многочисленные складки и выступы — кристы.
В мембрану крист встроены ферменты, синтезирующие за счёт энергии питательных веществ, поглощённых клеткой, молекулы аденозинтрифосфата (АТФ).
АТФ — это универсальный источник энергии для всех процессов, происходящих в клетке.
Количество митохондрий в клетках различных живых существ и тканей неодинаково.
Например, в сперматозоидах может быть всего одна митохондрия. Зато в клетках тканей, где велики энергетические затраты (в клетках летательных мышц у птиц, в клетках печени), этих органоидов бывает до нескольких тысяч.
Митохондрии имеют собственную ДНК и могут самостоятельно размножаться (перед делением клетки число митохондрий в ней возрастает так, чтобы их хватило на две клетки).
Митохондрии содержатся во всех эукариотических клетках, а вот в прокариотических клетках их нет. Этот факт, а также наличие в митохондриях ДНК позволило учёным выдвинуть гипотезу о том, что предки митохондрий когда-то были свободноживущими существами, напоминающими бактерии. Со временем они поселились в клетках других организмов, возможно, паразитируя в них. А затем за многие миллионы лет превратились в важнейшие органоиды, без которых ни одна эукариотическая клетка не может существовать.
Плазматическая мембрана
В основе современных научных представлений о происхождении жизни лежит гипотеза биохимической эволюции Опарина — Холдейна.
Александр Опарин Джон Холдейн
Согласно теории биохимической эволюции формирование жизни на Земле шло в три этапа:
- абиогенный синтез органических веществ;
- образование биополимеров;
- формирование мембранных структур и появление самовоспроизведения.
Абиогенный синтез органических веществ
Согласно теории Опарина возникновение жизни на Земле возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов.
На первых этапах своего существования наша Земля представляла собой раскалённый шар.
По мере её остывания постепенно формировалась первичная атмосфера, состоящая из аммиака, метана, углекислого газа, цианистого водорода и паров воды. Ни кислорода, ни озона в атмосфере древней Земли не было.
При дальнейшем понижении температуры образовался первичный океан. Под действием различных видов энергии (электрические разряды, ядерные реакции, солнечная радиация, извержения вулканов) образовались простые органические соединения: формальдегид, спирты, муравьиная кислота, аминокислоты и т. д.
Окисление образовавшихся веществ не происходило, так как отсутствовал свободный кислород. Синтезированные вещества в течение десятков миллионов лет постепенно накапливались в древнем океане. Их накопление в итоге привело к образованию однородной массы — «первичного бульона». По мнению Опарина, именно в «первичном бульоне» и возникла жизнь.
Этот этап биохимической эволюции был подтверждён экспериментально биохимиками С. Миллером, Дж. Оро и другими учёными. В экспериментальных установках, моделирующих условия первобытной Земли, ими были получены альдегиды, аминокислоты, простые сахара, пуриновые и пиримидиновые основания, нуклеотиды.
Образование биополимеров
Из простых органических веществ при определённых условиях синтезировались биополимеры. Аминокислоты соединялись в полипептиды, простые сахара превращались в полисахариды, а нуклеотиды — в нуклеиновые кислоты. Карбоновые кислоты, соединяясь со спиртами, могли образовать липиды, которые покрывали поверхность водоёмов жирной плёнкой.
Возникшие белки формировали коллоидные комплексы, притягивающие к себе молекулы воды. Так появились коацерваты — сгустки органических веществ, обособленные от остальной массы воды. В коацерваты постоянно поступали органические соединения, в результате чего происходил синтез более сложных веществ. Они могли сливаться и увеличиваться в размерах.
Слияние коацерватных капель
Образование биополимеров и коацерватов в условиях древней Земли подтверждено экспериментально работами Л. Орджела и С. Акабори. Ими были получены простейшие белки и нуклеотидные цепи.
Формирование мембранных структур и появление самовоспроизведения
Из липидных плёнок на поверхности коацерватов могла сформироваться биологическая мембрана.
Объединение коацерватов с нуклеиновыми кислотами привело к образованию примитивных самовоспроизводящихся живых организмов — пробионтов. Эти первичные организмы были анаэробами и гетеротрофами и питались веществами «первичного бульона».
Таким образом, около \(3,5\) млрд лет назад, согласно этой гипотезе, завершилось зарождение жизни на Земле.
Источники:
https://ppt-online.org/472066
- ГДЗ
- 1 Класс
- Окружающий мир
- 2 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Немецкий язык
- Литература
- Окружающий мир
- 3 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Немецкий язык
- Окружающий мир
- 4 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Немецкий язык
- Окружающий мир
- 5 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Немецкий язык
- Биология
- История
- География
- Литература
- Обществознание
- Человек и мир
- Технология
- Естествознание
- 6 Класс
- Математика
- Английский язык
- Русский язык
- Немецкий язык
- Биология
- История
- География
- Литература
- Обществознание
- Технология
- 7 Класс
- Английский язык
- Русский язык
- Алгебра
- Геометрия
- Физ
Leave A Comment