4. Химический состав биосистем.

Элементы, входящие в состав клетки следующие:

КИСЛОРОД - 65-75 % МАГНИЙ – 0,02-0,03%

УГЛЕРОД – 15-18% НАТРИЙ- 0, 02-0,03%

ВОДОРОД – 8-10% КАЛЬЦИЙ – 0,04-2%

АЗОТ - 1,5-3% ЖЕЛЕЗО – 0,01-0,15%

КАЛИЙ – 0,15-0,2% СЕРА – 0,15-0,2%

ФОСФОР -0,2-1 % ХЛОР – 0,05-0,1%

ЦИНК – 0,0003% МЕДЬ – 0,0002 %

ЙОД – 0,0001% ФТОР – 0,0001%

Химические соединения, входящие с состав клетки разделят условно на органические и неорганические.

К органическим относятся: БЕЛКИ – 10-20%

ЖИРЫ – 1-5%

УГЛЕВОДЫ – 0,2-2%

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ -1-2%

АТФ -0,1-0,5%

К неорганическим относятся: ВОДА -70-85%

МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ – 1-1,5%.

Остановимся более подробно на функциях химических соединений, входящих в состав клетки.

ВОДА выполняет следующие функции:

1) является универсальным растворителем;

2) необходима для гидролиза и окисления высокомолекулярных веществ (белков, жиров, углеводов);

3) обеспечивает перенос необходимых веществ и выделение вредных продуктов;

4) теплорегулятор клетки и организма в целом;

5) осморегулятор.

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА выполняют функции:

1) поддерживают постоянство внутренней среды организма за счет влияния на кислотно-щелочное равновесие крови, плазмы, межклеточной жидкости;

2) обеспечивают постоянство осмотического давления, следовательно, поступление воды в клетку;

3) активация ферментов;

4) соединение с органическими веществами.

БЕЛКИ – это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Белки обладают первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурами. Белки делятся на два класса: фибриллярные и глобулярные. Белки выполняют следующие функции:

1) ферментативную (входят в состав ферментов);

2) структурную (входят в состав мембран, рибосом, хромосом);

3) транспортную ( переносят кислород- гемоглобин);

4) двигательную (обеспечивают сокращение мускулатуры, движение жгутиков, ресничек, хромосом при делении и т.д.);

5) защитную (входят в состав антител и защитных покровов: волос рогов, копыт и т.д.);

6) энергетическую (при расщеплении 1г белка выделяется 17,1 кДж энергии).

УГЛЕВОДЫ подразделяют на моносахариды и полисахариды. Их функции следующие:

1) основной источник энергии в клетке (окисление 1г глюкозы дает 17,1 кДж энергии);

2) структурная (строительный материал) – целлюлозная стенка у растений;

3) играют роль запасных питательных веществ: крахмал в растительных клетках, гликоген – в животных;

4) исходное органическое вещество в цепи питания.

ЛИПИДЫ – жироподобные вещества, у которых одна молекула жирной кислоты замещена Н₃РО₄. Липиды выполняют следующие функции:

1) структурная (входит в состав мембран);

2) форма депонирования энергии (окисление 1г жира дает 39 кДж энергии);

3) защитная функция (защитный каркас для внутренних органов, теплорегуляция, подкожный жир обеспечивает эластичность);

4) компонент витаминов, растительных пигментов;

5) источник воды для животных организмов.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (ДНК и РНК).

В состав нуклеиновых кислот входят: азотистое основание, углевод, остаток фосфорной кислоты.

ДНК выполняет в клетке следующие функции:

1) химическая основа хромосомного генетического материала (гена);

2) синтез ДНК;

3) синтез РНК;

4) закодированная информация о структуре белков.

Функции РНК:

1)иРНК передает закодированную информацию о первичной структуре белковой молекулы;

2) рРНК входит в состав рибосом;

3) тРНК переносит аминокислоты к рибосомам.

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). В состав АТФ входят: аденин, 3 остатка фосфорной кислоты, углевод (рибоза).

АТФ в клетке выполняет следующие функции:

1) отщепление фосфорной группы сопровождается выделением 40 кДж энергии (при разрыве обычной химической связи выделяется 12 кДж), поэтому АТФ обеспечивает энергией процессы жизнедеятельности клетки.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ.

Обмен веществ и энергии в клетке называется МЕТАБОЛИЗМОМ. Его разделяют на ВНЕШНИЙ (поглощение и выделение веществ клеткой) и ВНУТРЕННИЙ (химические превращения в клетке).

Внутренний подразделяют на пластический и энергетический обмены.

ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН называют ассимиляцией или анаболизмом. Это совокупность процессов синтеза сложных органических веществ. Сопровождается поглощением энергии. К нему относятся биосинтез белка, фотосинтез, синтез жиров и углеводов.

По способу получения органических веществ (т.е. ассимиляции) организмы делятся на автотрофные и гетеротрофные. Первые могут синтезировать органические вещества из неорганических; вторые – нуждаются в поступлении уже готовых органических веществ.

По характеру диссимиляции выделяют АЭРОБОВ (процесс окисления идет в кислородной среде) и АНАЭРОБОВ (окисление веществ осуществляется без присутствия кислорода).

По способам питания организмы делят на:

1) АВТОТРОФНЫЕ:

а) фотосинтезирующие (для получения органических веществ используют солнечную энергию: все зеленые растения, пурпурные и зеленые бактерии);

б) хемосинтезирующие (для синтеза органических веществ используют химическую энергию окисления неорганических соединений: нитробактерии, серобактерии, железобактерии).

2) МИКСОТРОФНЫЕ (смешанный тип питания, могут вести себя как автотрофы и как гетеротрофы), например, насекомоядные растения: росянка; омела.

3) ГЕТЕРОТРОФНЫЕ:

а) голозойные (используют готовые органические вещества, отыскивая и поедая целые организмы или их части, переваривая и всасывая питательные вещества: большинство животных травоядные, плотоядные и всеядные);

б) сапрофитные (не могут заглатывать твердую пищу, поглощая необходимые им органические вещества через клеточные стенки: дрожжи, плесневые грибы, большинство бактерий);

в) живут на поверхности или внутри растения или животного, называемого хозяином и питаются за его счет: паразитические черви, клещи, насекомые, вирусы, фаги, бактерии, паразитические грибы).

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН называют диссимиляцией или катаболизмом. Это совокупность реакций расщепления, переход веществ, богатых энергией, в простые, менее энергетически богатые. Например, крахмал превращается в глюкозу, затем в углекислый газ и воду, белки – в смесь аминокислот, нуклеиновые кислоты – в смесь нуклеотидов. Выделяемая при этом энергия фиксируется в молекулах АТФ.