Раздел 2 Цитология – учение о клетке

Тема 2.1 Химическая организация клетки. Макро- и микроэлементы

Терминология

1. Биоэлементы – химические элементы, являющиеся основой органических молекул.

2. Макроэлементы – химические элементы, входящие в состав органических молекул в количестве, превышающем 1%.

3. Микроэлементы – химические элементы входящие в состав органических молекул в количестве, не превышающем 0,001%.

4. Гомеостаз – состояние динамического равновесия природной системы, поддерживаемое деятельностью регуляторских систем.

5. Буферные растворы – раствор органических или неорганических веществ, значение РН которых не изменяется при внесении небольших количеств щелочи или кислоты.

Простейшие микроорганизмы представляют собой отдельные клетки. Тело всех многоклеточных состоит из большего или меньшего числа клеток, которые являются блоками, образующими живой организм. Независимо от того, клетка – целостная система или часть ее, она имеет набор признаков, общих для всех клеток.

Химическая организация клеток

В состав клеток входит около 70 элементов периодической системы, встречающихся и в неживой природе. Это одно из доказательств общности живой и неживой природы. Однако соотношение элементов, их вклад в образование элементов, составляющих организм и неживое, резко отличаются.

В зависимости от соотношения элементов в составе организма различают:

1. макроэлементы (98% массы клетки) Н₂, О₂, С, N.

2. микроэлементы (1,5%) S, Р, К, Na, Ca, Mg, Mn, Fe, Cl. Каждый из них выполняет очень важные функции в клетке.

3. прочие (0,5%) В, Zn, Сu, I₂, F₂CO, Se.

Все эти элементы участвуют в построении организма либо в виде ионов, либо в составе тех или иных соединений – молекул органических и неорганических соединений.

Неорганические вещества в клетке

К ним относятся вода и минеральные соли.

Вода – самое распространенное неорганическое соединение в живых организмах. Ее количество колеблется от 10% в эмали зубов до 90% в клетках зародышей. Оно зависит от возраста, времени суток, времени года.

Молекулы воды представлены диполями: в зависимости от температуры молекулы могут быть свободными или объединятся в группы с наличием водородных связей. Дипольный характер обуславливает высокую химическую активность воды. Вода играет роль среды в клетке, она приносит и уносит питательные вещества. Вода вступает в многочисленные реакции гидролиза. Обладая хорошей теплопроводностью вода регулирует температуру в клетке.

Минеральные соли - это большая часть неорганических соединений. Они находятся в виде ионов, либо недиссоциированных молекул. Большое значение имеют К⁺, Na⁺, Са⁺². Они обеспечивают постоянное содержание воды, среду раствора. Буферность среды обеспечивает постоянство всех внутренних процессов в клетке.

Органические вещества в клетке

Они составляют 20-30% массы клетки. К ним относятся биополимеры – белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры, АТФ и т.д. В различные типы клеток входят неодинаковое количество органических соединений. В растительных клетках преобладают сложные углеводы, животных – белки и жиры. Тем не менее каждая группа органических веществ в любом типе клеток выполняет функции: обеспечение энергией, является строительным материалом, несет информацию и т.д.

Белки. Среди органических веществ клетки, белки занимают первое место по количеству и по значению. У животных на них приходится 50% сухой массы клетки.

В организме человека встречается множество типов молекул белков, отличающихся друг от друга и от белков других организмов.

Не смотря на огромное разнообразие и сложность строения, белки построены из 20 аминокислот:

Аминокислоты обладают амфотерными свойствами, поэтому взаимодействуют между собой:

Пептидная связь:

Соединяясь, молекулы образуют: дипептид, трипептид либо полипептид. Это соединение 20 и более аминокислот. Порядок преобразования аминокислот в молекуле самый разнообразный. Это позволяет существование   вариантов, которые отличаются требованием и свойствами молекул белка.

Последовательность аминокислот в молекуле называется структурой.

Первичная – линейная.

Вторичная – спиральная.

Третичная – глобулы.

Четвертичная – объединение глобул (гемоглобин).

Утрата молекулой структурной организации называется денатурацией. Она вызывается изменением температуры, РН, облучением. При незначительном воздействии молекула может восстанавливать свои свойства. Это используется в медицине (антибиотики). Функции белков в клетке разнообразны. Важнейшая – строительная. Белки участвуют в образовании всех клеточных мембран в органоидах. Исключительно важна каталитическая функция – все ферменты – это белки. Двигательную функцию обеспечивают сократимые белки. Транспортная – состоит в присоединении химических элементов и переносе их к тканям. Защитная функция обеспечивается особыми белками – антителами, образующимися в лейкоцитах. Белки служат источником энергии – при полном расщеплении 1г белка выделяется 11,6 кДж.

Углеводы. Это соединения углерода водорода и кислорода. Представлены сахарами. В клетке содержится до 5%. Наиболее богаты – растительные клетки – до 90% массы (картофель, рис). Они делятся на простые и сложные. Простые – моносахара (глюкоза) С₆Н₁₂О₆, виноградный сахар, фруктоза. Дисахара – (сахароза) С_]2Н₂₂О₁₁ свекловичный и тростниковый сахар. Полисахара (целлюлоза, крахмал) (C₆H₁₀O₅)n. Углеводы выполняют в основном строительную и энергетическую функции. При окислении 1г углевода выделяется 17,6 кДж. Крахмал и гликоген служат энергетическим запасом клетки.

Липиды. Это жиры и жироподобные вещества в клетке. Представляют собой сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных насыщенных и ненасыщенных кислот. Могут быть твердыми и жидкими – масла. У растений содержатся в семенах, от 5-15% сухого вещества. Основная функция – энергетическая – при расщеплении 1г жира выделяется 38,9 кДж. Жиры это запасы питательных веществ. Жиры выполняют строительную функцию, являются хорошим теплоизолятором.

Нуклеиновые кислоты. Это сложные органические соединения. Состоят из С, Н₂,О₂,N₂, P. Содержатся в ядрах и цитоплазме.

а) ДНК – биологический полинуклеотид, состоящий из двух цепей нуклеотидов. Нуклеотиды – состоят из 4-х азотистых оснований: 2-х пуринов – Аденина и Валина, 2-х пиримединов Цитозина и Гуанина, а также сахара – дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. В каждой цепи нуклеотиды соединены ковалентными связями. Цепи нуклеотидов образуют спирали. Спираль ДНК, упакованная белками образует структуру – хромосому.

б) РНК – это полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, близкие ДНК, азотистые основания – А, Г, Ц. Вместо тимина есть Урация. Углеводом РНК является рибоза, есть остаток фосфорной кислоты.

Двухцепочные РНК – носители генетической информации. Одноцепочные – переносят информацию о последовательности аминокислот в белке. Существует несколько одноцепочных РНК:

- Рибосомная – 3-5 тыс.нуклеотидов;

- Информационная – 300-30000 нуклеотидов;

- Транспортная – 76-85 нуклеотидов.

Синтез белка осуществляется на рибосомах при участии всех видов РНК.

Контрольные вопросы

1. Клетка – организм или часть его?

2. Элементарный состав клеток.

3. Вода и минеральные вещества.

4. Органические вещества клетки.

5. Белки.

6. Углеводы, жиры.

7. ДНК.

8. РНК.