Самостійна робота №1 Тема: Біологія клітини

План:

1. Хімічний склад клітини: хімічні елементи, неорганічні сполуки, їх значення у процесах життєдіяльності клітини.

2. Органічні речовини клітини: білки, вуглеводи, ліпіди.

3. АТФ: хімічний склад і функції.

4. Нуклеїнові кислоти. Редуплікація ДНК.

5. Генетичний код, його властивості. Біосинтез білка.

1. Хімічний склад клітини: хімічні елементи, неорганічні сполуки, їх значення у процесах життєдіяльності клітини.

У живій клітині виявлено близько 60 хімічних елементів. Хімічні елементи, що входять до складу клітини можна розділити на чотири групи:

• Органогенні – Оксиген 65—75%, Карбон 15-18%, Гідроген 1,5-3%, Нітроген 8-10%. Вміст їх у клітині найбільший (до 98%).

• Макроелементи – Сульфур 0,15-0,2%, Фосфор 0,20-1,00%, Кальцій 0,04-2,0%, Калій 0,15-0,4%, Натрій 0,02-0,15%, Магній 0,02-0,03%, Ферум 0,01-0,15%. На їхню частку припадає 1,00 % - компоненти органічних і неорганічних речовин.

• Мікроелементи - Цинк, Мідь, Йод, Фтор, Марганець, Хром, Бром, Літій. Їх вміст складає близько 0,001-0,000001%.

• Ультрамікроелементи, їх вміст не перевищує 0,000001%: Уран, Радій, Аргентум, Меркурій, Берилій, Цезій, Селен.

Будучи присутнім у незначних кількостях, хімічні елементи визначають нормальні розвиток і функціонування організму.

Недолік або відсутність в організмі яких-небудь хімічних елементів може викликати захворювання. Наприклад, при недостатнім надходженні в організм людини йоду порушується функція щитовидної залози, збільшуються її розміри - розвивається зоб.

Неорганічні речовини клітини

Вода. Кількість води в клітині максимальна й становить у середньому 70-80% від її маси. Вміст води в організмі найбільший в ембріональному періоді й поступово зменшується з віком. Вода визначає фізичні властивості клітини — її об'єм, пружність.

Функції води: є добрим розчинником, визначає фізичні властивості клітини – об’єм, внутрішньоклітинний тиск, є середовищем для хімічних реакцій, забезпечує в клітині терморегуляцію.

Солі. Для процесів життєдіяльності з катіонів, що входять до складу солей, найбільш важливі К⁺, Na⁺, Са²⁺, Мg²⁺, з аніонів — HРО₄^2-_', Н₂РO₄^-, Сl^-, НСО₃^-.

Неорганічні речовини містяться в клітині не тільки в розчиненому, а й твердому стані. Зокрема, міцність і твердість кісткової тканини забезпечуються фосфатом кальцію.

2. Органічні речовини клітини: білки, вуглеводи, ліпіди.

Білки - це високомолекулярні полімери, мономерами яких є залишки амінокислот. В оргаюзмі людини зустрічається понад 5 млн типів білкових молекул. Така різноманітність забезпечується комбінаціями лише 20 амінокислот.

Структура та рівні організації молекули білка

Амінокислотні залишки в молекулі білка сполучаються між собою міцними ковалентним зв`язком, який виникає між карбоксильною групою однієї амінокислоти і аміногрупою іншої. Такий тип зв`язку - пептидний.

Відомо чотири рівні структурної організації білків: первинний, вторинний, третинний, четвертинний.

Первинна структура білків визначається якісним і кількісним складом амінокислот, а також їхньою послідовністю. В основі утворення первинної структури лежать пептидні зв'язки.

Вторинна структура характеризує просторову форму білкової молекули, яка найчастіше повністю або частково закручується у спіраль. У стабілізації вторинної структури важливу роль відіграють водневі зв'язки, які виникають між атомами водню NН-групи одного завитка спіралі та кисню СО-групи іншого й спрямовані вздовж спіралі. Хоча ці зв'язки значно слабші за пептидні, однак разом вони формують досить міцну структуру.

Третинна структура відбиває здатність поліпептидної спіралі укладатись, закручуючись певним чином, утворюючи глобулу. Формування третинної структури спричинюється різними типами нековалентних взаємодій (гідрофобних, іонних, водневих зв'язків). Важлива роль у стабілізації третинної структури належить дисульфідним зв'язкам, які виникають між залишками амінокислоти цистеїну.

Четвертинна структура виникає внаслідок об'єднання окремих поліпептидних ланцюгів (глобул), які у сукупності становлять функціональну одиницю. Стабілізація четвертинної структури визначається гідрофобними взаємодіями, а також електростатичними та іншими взаємодіями і водневими зв'язками.

За фізико-хімічними властивостями білки поділяють на:

• прості (протеїни);

• складні (протеїди).

Прості білки складаються виключно з залишків амінокислот. Складні містять сполуки іншої природи (залишки фосфорної та нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів тощо).

Денатурація білка, як одна з його властивостей

Під впливом різних фізико-хімічних чинників (дія концентрованих кислот і лугів, важких металів, високої температури тощо) структура та властивості білків можуть змінюватися. Процес порушення природної структури білка або розгортання поліпептидного ланцюга без руйнування пептидних зв'язків називається денатурацією.

Як правило, денатурація має необоротний характер. Однак на перших стадіях, за умов припинення дії негативних чинників, білок може відновлювати свій нормальний стан (ренатурація).

Процес руйнування первинної структури білків завжди необоротний, він називається деструкцією.

Функції білків

1) Будівельна (структурна). Вони є складовою частиною біологічних мембран. З білків складаються мікротрубочки та мікронитки, які виконують роль скелета клітини (цитпоскелета). Головним компонентом хрящів і сухожилків є пружний та міцний білок колаген. Білок осеїн надає кісткам пружності. Волосся, нігті складаються переважно з міцного нерозчинного білка кератину.

2) Захисна. В організмі утворюються захисні білки-імуноглобуліни (або антитіла - спеціалізовані білки, які виробляються лімфоцитами. Вони здатні розпізнавати та знешкоджувати бактерії, віруси, чужорідні для організму білки. Білки крові - фібрин, тромбопластин і тромбін - беруть участь у процесах її зсідання, запобігаючи значним крововтратам.

3) Регуляторна. Деякі білки регулюють активність обміну речовин Це — гормони білкової природи та ферменти.

4) Сигнальна. Окремі складні білки клітинних мембран здатні «розпізнавати» специфічні хімічні сполуки і певним чином на них реагувати.

5) Скорочувальна, або рухова. Є білки, здатні скорочуватись, забезпечуючи здатність клітини, тканини чи організму змінювати форму, рухатись. Так, актин і міозин - це скоротливі білки, які функціонують у скелетних м'язах.

6) Транспортна. Одна з основних функцій білків - це транспорт неорганічних іонів і специфічних органічних речовин. Так, гемоглобін, який міститься в еритроцитах крові виконує функцію транспорту газів – кисню, і до 10% СО₂.

7) Енергетична. полягає в тому, що при їх розщепленні в клітині вивільняється енергія. (при повному розщепленні 1г білків у середньому ви вільняється 17,2 кДж енергії).

8) Каталітична. Її виконує певний клас білків – ферменти, що прискорюють біохімічні реакції.

Вуглеводи: будова і функції

Вуглеводи поділяють на три основні класи: моносахариди, олігосахариди, полісахариди.

Моносахариди, або прості цукри за кількістю атомів карбону поділяють на: тріози (3 атоми), тетрози (4), пентози (5), гексози (6) ....... - декози (10).

У природі найпоширеніші гексози, а саме глюкоза та фруктоза. Із пентоз відомі рибоза і дезоксирибоза, що входять до складу відповідно рибонуклеїнових (РНК) та дезоксирибонуклеїнової (ДНК) кислот.

Олігосахариди – полімерні вуглеводи, в яких моносахаридні ланки з'єднані ковалентним зв'язком. Серед олігосахаридів найпоширеніші дисахариди, які утворюються завдяки сполученню двох молекул моносахаридів. Наприклад: сахароза (складається із залишків глюкози та фруктози); лактоза (із залишків глюкози й галактози). Дисахариди мають приємний солодкий смак, вони, як і моносахариди, добре розчиняються у воді.

Полісахариди – біомолекули з високим ступенем полімеризації. Молекулярна маса деяких із них може досягати кількох мільйонів. Полісахариди відрізняються один від одного не тільки складом мономерів, а й довжиною та ступенем розгалуженості ланцюгів. Полісахариди майже не розчиняються у воді і не мають солодкого смаку.

Одні з найпоширеніших полісахаридів – крохмаль, що складається із залишків глюкози і целюлоза. У людини резервним полісахаридом є глікоген, який відкладається здебільшого у м'язах й у печінці.

Функції вуглеводів:

1) Енергетична. Полісахариди та олігосахариди розщеплюються до моносахаридів з наступним окисненням до СО₂ і Н₂О. При повному розкладі граму цих речовин вивільнюється 17,6 кДж енергії.

2) Будівельна. Вони входять до складу опорних елементів. Так хітин є головним компонентом зовнішнього скелета членистоногих. Клітинні стінки рослин, утворені з целюлози, захищають клітини та підтримують їхню форму.

Ліпіди

Ліпіди – це низькомолекулярні речовини з гідрофобними властивостямим, тобто нерозчинні у воді. Ліпіди здатні створювати складні комплекси з білками, вуглеводами, залишками фосфорної кислоти тощо. Молекули ліпідів мають різну хімічну будову.

Серед ліпідів найпоширеніші жири. Вони є основною речовиною жирових включень клітин. їхній вміст у клітині становить від 5 до 15% її сухої маси, а у клітинах жирової тканини - до 90%. Підвищений вміст жирів у нервовій тканині.

Фосфоліпіди – найбільша частина ліпідів, які входять до складу мембран.

Стероїди є важливим компонентом статевих гормонів, що виробляються кірковим шаром надниркових залоз.

Воски виконують захисну функцію, змащують шкіру і волосся.

Функції ліпідів.

1) Енергетична. При повному розщепленні 1г жирів вивільняється 38,9 кДж енергії, тобто вдвічі більше, ніж при повному розщепленні такої ж кількості вуглеводів або білків, а також утворюється майже 1,1г води.

2) Будівельна. Вони складають основу біологічних мембран, входять до складу нервових волокон тощо.

3) Захисна. Полягає в захисті органів від механічних пошкоджень (наприклад, нирки вкриті м'яким жировим шаром).

4) Теплоізоляційна. Накопичуються у підшкірній жировій клітковині.