4.Особенности хим.Строения живых организмов. Биологическое значение некоторых химических элементов( биоэлементы, иерархия клеточной организации).
4.1. . Состав химических элементов живых систем отличаются от химических элементов земной коры. В земной коре O,Si,Al,Na,Fe,K,в живых организмах H,O,C,N. Всех других элементов менее 1%. В любом живом организме можно найти все элементы окружающей среды, правда, в разном количестве. Однако это не означает, что они необходимы. Необходимы 20 химических элементов – тех, без которых живая система обойтись не может. В зависимости от окружающей среды и обмена веществ набор этих веществ разный. Некоторые химические элементы входят в состав всех живых организмов (универсальные химические элементы) H,C,N,O.Na,Mg,P,S,Ca,K,Cl,Fe,Cu,Mn,Zn,B,V,Si,Co,Mo. Кремний входит в состав мукополисахаридов соединительной ткани. В состав живых организмов входят 4 элемента, которые удивительно подошли для выполнения функций живого: О,С,Н,N. Они обладают общим свойством: они легко образуют ковалентные связи посредством спаривания электронов. Атомы С обладают свойством: могут соединяться в длинные цепи и кольца, с которыми могут связываться другие химические элементы. Соединений С очень много. Ближе всего к углероду кремний, но С образует СО2, который широко распространен в природе и доступен всем, а оксид кремния - элемент песка (нерастворим).
Макромолекулы – нуклеиновые кислоты, белки, полипептиды, липиды, полисахариды – полимеры, образованные мономерами, соединенными ковалентными связями. Любой живой организм на 90% состоит из 6 химических элементов – С,О,Н,Р,N,S – биоэлементы (биогенные элементы).
Все живые организмы используют общие материалы для жизнедеятельности. Используются около 120 (20 аминокислот, 5 азотистых оснований, 4 класса липидов, малых молекул – простых кислот, воды, фосфатов – 70). Это продукты химической эволюции (органические соединения живых систем и компоненты неживой материи).
Биоэлементы подразделяются на две группы: • Макроэлементы, присутствующие в больших количествах в пище (до нескольких процентов сухой массы) и необходимые организму в конкретных весовых количествах для правильного его функционирования. • Микроэлементы, необходимые организму в следовых количествах (порядка от 10-2 до 10-11% живой массы организма). Они очень важны для метаболических процессов и выработки гормонов и энзимов.
Минеральные элементы, называемые также биоэлементами, в организме человека играют важную роль: • являются строительным материалом (кальций, фосфор, железо); • регулируют многие биохимические процессы в ходе обмена веществ (калий, натрий, йод, хлор, медь, марганец, селен и другие); • принимают участие в процессе свертывания крови (кальций); • поддерживают водный баланс организма (натрий, калий); • влияют на сохранение кислотно-щелочного равновесия; • входят в состав ферментов (энзимов).
Макромолекулы – нуклеиновые кислоты, белки, полипептиды, липиды, полисахариды – полимеры, образованные мономерами, соединенными ковалентными связями. Любой живой организм на 90% состоит из 6 химических элементов – С,О,Н,Р,N,S – биоэлементы (биогенные элементы).
4.2.Иерархическая система.
Иерархической называется система, в которой части ,или элементы ,расположены в порядке от низшего к высшего. Иерархический принцип позволяет выделить в живой природе отдельные уровни, что удобно с точки зрения изучения жизни как сложного природного явления.
Самые крупные компоненты эукариотических клеток, органеллы, построены из более мелких субструктур - надмолекулярных ансамблей, а те в свою очередь из макромолекул. Например, в одной из органелл-клеточном ядре присутствует несколько типов надмолекулярных ансамблей, таких, как мембраны, хроматин и рибосомы. Каждый такой надмолекулярный ансамбль состоит из макромолекул; в хроматине, например, содержатся ДНК, различные белки и небольшое количество РНК. Каждая макромолекула в свою очередь состоит из небольших строительных блоков.
В белках, нуклеиновых кислотах и полисахаридах отдельные строительные блоки соединены друг с другом ковалентными связями, тогда как в надмолекулярных ансамблях (в рибосомах, мембранах или хроматине) объединение макромолекул происходит при помощи значительно более слабых взаимодействий. К таким взаимодействиям относятся, в частности, водородные связи, энергия которых составляет всего лишь несколько килокалорий, тогда как энергия ковалентных связей достигает 80-100 ккал/моль. В рибосомах, представляющих собой характерные и специфические трехмерные комплексы, молекулы белков и РНК связаны друг с другом благодаря точному соответствию их структур и образованию многочисленных слабых связей (например, водородных), которые, однако, в совокупности оказываются достаточно сильными (рис. 3-14).
Хотя молекулы, играющие роль строительных блоков, очень малы по сравнению с клетками и органеллами, они могут влиять на форму и функции этих гораздо более крупных структур. Так, при генетическом заболевании человека - серповидноклеточной анемии в эритроцитах больных обнаруживаются дефектные молекулыгемоглобина, осуществляющего перенос кислорода. Это обусловлено тем, что при синтезе молекул гемоглобина, состоящих почти из 600 аминокислотных остатков, два из них заменяются на другие. Столь незначительное структурное изменение крошечного участка молекулы гемоглобина приводит к нарушению его нормальных функций: эритроциты больных приобретают неправильную форму и утрачивают способность нормально функционировать. Этот пример показывает, что размеры, форма и биологические функции не только макромолекул, но и целых клеток могут зависеть от размеров и формы их элементарных структурных компонентов.
