Хімічні елементи та неорганічні сполуки відповідно до процентного вмісту в клітині ділять на три групи:
макроелементи: водень, вуглець, азот, кисень (концентрація у клітині - 99,9 %);
мікроелементи: натрій, магній, фосфор, сірка, хлор, калій, кальцій (концентрація у клітині -0,1 %);
ультрамікроелементи: бір, кремній, ванадій, марганець, залізо, кобальт, мідь, цинк, молібден (концентрація у клітині – менше 0,001 %).
Мінеральні речовини, солі та іони складають 2...6 % об'єму клітини, деякі мінеральні компоненти присутні в клітині у неіонізованій формі. Наприклад, залізо, пов'язане з вуглецем, міститься в гемоглобіні, феритині, цитохромах та інших ферментах, необхідних підтримки нормальної активності клітини.
Мінеральні солі дисоціюються на аніони та катіони і тим самим підтримують осмотичний тиск та кислотно-основну рівновагу клітини. Неорганічні іони служать кофакторами, необхідні реалізації ферментативної активності. З неорганічного фосфату утворюється в процесі окисного фосфорилювання аденозинтрифосфат (АТФ) - речовина, в якій запасається енергія, необхідна для життєдіяльності клітини. Іони кальцію знаходяться в циркулюючій крові та в клітинах. У кістках вони у поєднанні з фосфатними та карбонатними іонами утворюють кристалічну структуру.
Вода -це універсальне дисперсійне середовище живої матерії. Активні клітини складаються на 60-95% з води, однак і в клітинах і тканинах, що покояться, наприклад у спорах і насінні, на частку води зазвичай припадає не менше 10-20 %>. У клітці вода знаходиться у двох формах: вільної та пов'язаної. Вільна вода становить 95 % усієї води в клітині і використовується головним чином як розчинник та дисперсійне середовище колоїдної системи протоплазми. Пов'язана вода (4-5 % всієї води клітини) неміцно з'єднана з водневими білками та іншими зв'язками.
Органічні речовини – сполуки, що містять вуглець (крім карбонатів). Більшість органічних речовин- полімери, що складаються з часток, що повторюються - мономерів.
Білки- біологічні полімери, що становлять основну масу органічних речовин клітини, частку яких припадає близько 40...50 % сухої маси протоплазми. Білки містять вуглець, водень, кисень, азот, а також сірку та фосфор.
Білки, що складаються лише з амінокислот, називають простими – протеїни (від гр. protos – перший, найважливіший). Вони зазвичай відкладаються в клітині як запасну речовину. Складні білки (протеїди) утворюються в результаті з'єднання простих білків з вуглеводами, жирними кислотами, нуклеїновими кислотами. Білкову природу має більшість ферментів, що визначають і регулюють усі життєві процеси у клітині.
Залежно від просторової конфігурації розрізняють чотири структурні рівні організації молекул білка. Первинна структура: амінокислоти нанизані як намистини на нитки, послідовність розташування має важливе біологічне значення. Вторинна структура: молекули є компактні, жорсткі, не подовжені частинки, за конфігурацією такі білки нагадують спіраль. Третинна структура: поліпептидні ланцюги внаслідок складного просторового укладання утворюють компактну структуру про глобулярних білків. Четвертична структура: складається з двох або більше ланцюгів, які можуть бути однаковими чи різними.
Білки складаються з мономерів - амінокислот (з відомих 40 амінокислот 20 входять до складу білків). Амінокислоти - амфотерні сполуки, що містять одночасно кислотну (карбоксильну) та основну (амінну) групи. При конденсації амінокислот, що веде до утворення білкової молекули, кисла група однієї амінокислоти з'єднується з основною групою іншої амінокислоти. Кожен білок містить сотні амінокислотних молекул, з'єднаних у різному порядку та співвідношеннях, що визначає різноманіття функцій білкових молекул.
Нуклеїнові кислоти- природні високомолекулярні біологічні полімери, що забезпечують зберігання та передачу спадкової (генетичної) інформації у живих організмах. Це найважливіша група біополімерів, хоча вміст вбирається у 1-2 % маси протоплазми.
Молекули нуклеїнових кислот- це довгі лінійні ланцюги, які з мономерів - нуклеотидів. Кожен нуклеотид містить азотисту основу, моносахарид (пентозу) та залишок фосфорної кислоти. Основна кількість ДНК міститься в ядрі, РНК знаходиться як у ядрі, так і в цитоплазмі.
Одноланцюгова молекула рибонуклеїнової кислоти (РНК) налічує 4...6 тис. нуклеотидів, що складаються з рибози, залишку фосфорної кислоти та чотирьох типів азотистих основ: аденіну (А), гуаніну (Г), урацилу (У) та цитозину (Ц ).
Молекули ДНК складаються з 10...25 тис. окремих нуклеотидів, побудованих з дезоксирибози, залишку фосфорної кислоти та чотирьох типів азотистих основ: аденіну (А), гуаніну (Г), урацилу (У) та тиміну (Т).
Молекула ДНК і двох комплементарних ланцюгів, довжина яких сягає кількох десятків і навіть сотень мікрометрів.
У 1953 р. Д. Вотсон та Ф. Крик запропонували просторову молекулярну модель ДНК (подвійна спіраль). ДНК здатна нести в собі генетичну інформацію і точно відтворюватися - це одне з найзначніших відкриттів у біології XX ст., що дозволило пояснити механізм спадковості і дав потужний поштовх розвитку молекулярної біології.
Ліпіди- жироподібні речовини, різноманітні за будовою та функціями. Прості ліпіди – жири, віск – складаються із залишків жирних кислотта спиртів. Складні ліпіди – комплекси ліпідів з білками (ліпопротеїди), ортофосфорною кислотою (фосфоліпіди), цукрами (гліколіпіди). Зазвичай вони містяться у кількості 2...3%. Ліпіди - це структурні компонентимембран, які впливають їх проникність, і навіть службовці енергетичним резервом освіти АТФ.
Фізичні та Хімічні властивостіліпідів визначаються наявністю в їх молекулах як полярних (електрично заряджених) груп (СООН, -ОН, -NH та ін), так і неполярних вуглеводневих ланцюгів. Завдяки такій будові більшість ліпідів – поверхнево-активні речовини. Вони дуже погано розчиняються у воді (через високий вміст гідрофобних радикалів та груп) та в оліях (через наявність полярних груп).
Вуглеводи- органічні сполуки, які за ступенем складності поділяють на моносахариди (глюкоза, фруктоза), дисахариди (сахароза, мальтоза та ін.), полісахариди (крохмаль, глікоген та ін.). Моносахариди - первинні продукти фотосинтезу, використовуються для біосинтезу полісахаридів, амінокислот, жирних кислот та ін. Гідрофільні полісахариди підтримують водний балансклітин.
Аденозинтрифосфорна кислота(АТФ) складається з азотистої основи - аденіну, вуглеводу рибози та трьох залишків фосфорної кислоти, між якими існують макроергічні зв'язки.
Білки, вуглеводи та жири – не лише будівельний матеріал, з якого складний організм, а й джерела енергії. Окислюючи в процесі дихання білки, вуглеводи, жири, організм перетворює енергію складних органічних сполук на багаті енергією зв'язки в молекулі АТФ. АТФ синтезується в мітохондріях, а потім надходить у різні ділянкиклітини, забезпечуючи енергією усі процеси життєдіяльності.
Всі живі організми складаються з клітин. Організм людини теж має клітинна будова, завдяки якому можливе його зростання, розмноження та розвиток.
Організм людини складається з величезної кількості клітин різної форми та розмірів, які залежать від виконуваної функції. Вивченням будови та функцій клітинзаймається цитологія.
Кожна клітина покрита мембраною, що складається з декількох шарів молекул, яка забезпечує вибіркову проникність речовин. Під мембраною в клітині знаходиться в'язка напіврідка речовина – цитоплазма з органоїдами.
Мітохондрії- Енергетичні станції клітини, рибосоми - місце утворення білка, ендоплазматична мережа, що виконує функцію транспортування речовин, ядро - місце зберігання спадкової інформації, всередині ядра - ядерце. У ньому утворюється рибонуклеїнова кислота. Біля ядра розташований клітинний центр, необхідний при розподілі клітини.
Клітини людинискладаються з органічних та неорганічних речовин.
Неорганічні речовини:
Вода становить 80 % маси клітини, розчиняє речовини, бере участь у хімічних реакціях;
Мінеральні солі у вигляді іонів – беруть участь у розподілі води між клітинами та міжклітинною речовиною. Вони необхідні синтезу життєво важливих органічних речовин.
Органічні речовини:
Білки - основні речовини клітини, найскладніші з речовин, що зустрічаються в природі. Білки входять до складу мембран, ядра, органоїдів, виконують у клітині структурну функцію. Ферменти – білки, прискорювачі реакції;
Жири виконують енергетичну функцію, вони входять до складу мембран;
Вуглеводи - також при розщепленні утворюють велику кількість енергії, добре розчиняються у воді і тому при їх розщепленні енергія утворюється дуже швидко.
Нуклеїнові кислоти – ДНК та РНК, вони визначають, зберігають та передають спадкову інформацію про склад білків клітини від батьків до потомства.
Клітини людського організмумають низку життєво важливих властивостей і виконують певні функції:
У клітинах йде обмін речовин, що супроводжується синтезом та розпадом органічних сполук; обмін речовин супроводжується перетворенням енергії;
Коли в клітині утворюються речовини, вона зростає, зростання клітин пов'язане зі збільшенням їх числа, це пов'язано з розмноженням шляхом поділу;
Живі клітини мають збудливість;
Одна з характерних рис клітини – рух.
Клітці людського організмупритаманні такі життєві властивості: обмін речовин, зростання, розмноження та збудливість. За підсумками цих функцій здійснюється функціонування цілого організму.
Хімічний склад клітини.
Основні властивості та рівні організації живої природи
Рівні організації живих систем відображають підпорядкованість, ієрархічність структурної організації життя:
Молекулярно-генетичний – окремі біополімери (ДНК, РНК, білки);
Клітинний - елементарна самовідтворювана одиниця життя (прокаріоти, одноклітинні еукаріоти), тканини, органи;
Організмовий – самостійне існування окремої особини;
Популяційно-видовий - елементарна одиниця, що еволюціонує, - популяція;
Біогеоценотичний - екосистеми, що складаються з різних популяцій та середовища їх проживання;
Біосферний - все живе населення Землі, що забезпечує кругообіг речовин у природі.
Природа - це весь існуючий матеріальний світ у всьому різноманітті його форм.
Єдність природи проявляється в об'єктивності її існування, спільності елементного складу, підпорядкованості тим самим фізичним законам, в системності організації.
Різні природні системи, як живі, і неживі, взаємопов'язані і взаємодіють між собою. Прикладом системної взаємодії біосфера.
Біологія - це комплекс наук, що вивчають закономірності розвитку та життєдіяльності живих систем, причини їх різноманіття та пристосованості до навколишньому середовищі, взаємозв'язок з іншими живими системами та об'єктами неживої природи
Об'єктом вивчення біології є жива природа.
Предметом дослідження біології є:
Загальні та приватні закономірності організації, розвитку, обміну речовин, передачі спадкової інформації;
Різноманітність форм життя та самих організмів, а також їх зв'язки з навколишнім середовищем.
Все різноманіття життя Землі пояснюється еволюційним процесомта дією навколишнього середовища на організми.
Сутність життя визначається М.В.
Волькенштейном як існування на Землі «живих тіл, що являють собою відкриті саморегулюючі та самовідтворювані системи, побудовані з біополімерів - білків та нуклеїнових кислот».
Основні властивості живих систем:
Обмін речовин;
саморегуляція;
Подразливість;
Мінливість;
Спадковість;
Розмноження;
Хімічний склад клітини.
Неорганічні речовини клітини
Цитологія - наука, що вивчає будову та функції клітин. Клітина є елементарною структурною та функціональною одиницею живих організмів. Кліткам одноклітинних організмівпритаманні всі властивості та функції живих систем.
Клітини багатоклітинних організмів диференційовані за будовою та функціями.
Атомний склад: до складу клітини входить близько 70 елементів Періодичної системиелементів Менделєєва, причому 24 їх присутні у всіх типах клітин.
Макроелементи - Н, Про, N, З, мікроелементи - Mg, Na, Са, Fe, До, Р, CI, S, ультрамікроелементи - Zn, Су, I, F, Мn, Со, Si та інших.
Молекулярний склад: до складу клітини входять молекули неорганічних та органічних сполук.
Неорганічні речовини клітини
Молекула води має нелінійну просторову структуру і має полярність. Між окремими молекулами утворюються водневі зв'язки, що визначають фізичні та хімічні властивості води.
1. Молекула води Мал. 2. Водневі зв'язки між молекулами води
Фізичні властивості води:
Вода може перебувати в трьох станах - рідкому, твердому та газоподібному;
Вода – розчинник. Полярні молекули води розчиняють полярні молекули інших речовин. Речовини, розчинні у воді, називають гідрофільними. Речовини, що не розчиняються у воді, - гідрофобними;
Висока питома теплоємність. Для розриву водневих зв'язків, які утримують молекули води, потрібно поглинути велику кількість енергії.
Ця властивість води забезпечує підтримку теплового балансу в організмі;
Висока теплота пароутворення. Для випаровування води потрібна досить велика енергія. Температура кипіння води вища, ніж у багатьох інших речовин. Ця властивість води захищає організм від перегріву;
Молекули води перебувають у постійному русі, вони стикаються один з одним у рідкій фазі, що важливо для процесів обміну речовин;
Зчеплення та поверхневий натяг.
Водневі зв'язки зумовлюють в'язкість води та зчеплення її молекул із молекулами інших речовин (когезія).
Завдяки силам зчеплення молекул на поверхні води утворюється плівка, яку характеризує поверхневий натяг;
Густина. При охолодженні рух молекул води сповільнюється. Кількість водневих зв'язків між молекулами стає максимальною. Найбільшу густину вода має при 4°С. Замерзаючи, вода розширюється (необхідне місце для утворення водневих зв'язків), і її щільність зменшується, тому лід плаває на поверхні води, що захищає водоймище від промерзання;
Здатність до утворення колоїдних структур.
Молекули води утворюють навколо нерозчинних молекул деяких речовин оболонку, що перешкоджає утворенню великих частинок. Такий стан цих молекул називається дисперсним (розсіяним). Найдрібніші частинки речовин, оточені молекулами води, утворюють колоїдні розчини (цитоплазма, міжклітинні рідини).
Біологічні функції води:
Транспортна - вода забезпечує пересування речовин у клітині та організмі, поглинання речовин та виведення продуктів метаболізму.
У природі вода переносить продукти життєдіяльності у ґрунти та до водойм;
Метаболічна - вода є середовищем для всіх біо хімічних реакційі донором електронів при фотосинтезі, вона необхідна гідролізу макромолекул до їх мономерів;
Бере участь в освіті:
1) змащувальних рідин, які зменшують тертя (синовіальна - у суглобах хребетних тварин, плевральна, плевральної порожнини, перикардіальна - у навколосерцевій сумці);
2) слизів, які полегшують пересування речовин кишечником, створюють вологе середовище на слизових оболонках дихальних шляхів;
3) секретів (слина, сльози, жовч, сперма тощо) та соків в організмі.
Неорганічні іони.
Неорганічні іони клітини представлені: катіонами К+, Na+, Са2+, Mg2+, NH3 та аніонами Сl-, NOi2-, H2PO4-, HCO3-, HPO42-.
Різниця між кількістю катіонів та аніонів на поверхні та всередині клітини забезпечує виникнення потенціалу дії, що лежить в основі нервового та м'язового збудження.
Аніони фосфорної кислоти створюють фосфатну буферну систему, що підтримує рН внутрішньоклітинного середовища організму на рівні 6-9.
Вугільна кислота та її аніони створюють бікарбонатну буферну систему та підтримують рН позаклітинного середовища (плазми крові) на рівні 4-7.
З'єднання азоту є джерелом мінерального харчування, синтезу білків, нуклеїнових кислот.
Атоми фосфору входять до складу нуклеїнових кислот, фосфоліпідів, а також кісток хребетних, хітинового покриву членистоногих. Іони кальцію входять до складу речовини кісток, вони також необхідні здійснення м'язового скорочення, згортання крові.
Хімічний склад клітини. Неорганічні речовини
Атомний та молекулярний склад клітини. У мікроскопічній клітині міститься кілька тисяч речовин, що беруть участь у різноманітних хімічних реакціях. Хімічні процеси, що протікають у клітині, - одна з основних умов її життя, розвитку, функціонування.
Всі клітини тварин і рослинних організмів, а також мікроорганізмів подібні за хімічним складом, що свідчить про єдність органічного світу.
У таблиці наведено дані про атомний склад клітин.
Зі 109 елементів періодичної системи Менделєєва в клітинах виявлено значну їх більшість. Одні елементи містяться в клітинах у відносно великій кількості, інші - в малому. Особливо великий вміст у клітині чотирьох елементів - кисню, вуглецю, азоту і водню. У сумі вони складають майже 98% всього вмісту клітини. Наступну групу складають вісім елементів, вміст яких у клітині обчислюється десятими та сотими частками відсотка. Це сірка, фосфор, хлор, калій, магній, натрій, кальцій, залізо.
У сумі вони становлять 1,9%. Всі інші елементи містяться у клітині у винятково малих кількостях (менше 0,01 %).
Таким чином, у клітці немає якихось особливих елементів, характерних тільки для живої природи. Це вказує на зв'язок та єдність живої та неживої природи.
На атомному рівні відмінностей між хімічним складом органічного та неорганічного світу немає. Відмінності виявляються більш високому рівніорганізації - молекулярному.
Як видно з таблиці, в живих тілах поряд з речовинами, поширеними в неживій природі, міститься безліч речовин, характерних тільки для живих організмів.
Вода. На першому місці серед речовин клітини стоїть вода. Вона становить майже 80 % маси клітини. Вода - найважливіший компонент клітини не тільки за кількістю. Їй належить істотна і різноманітна роль життя клітини.
Вода визначає, фізичні властивості клітини - її об'єм, пружність.
Велике значення води в освіті структури молекул органічних речовин, зокрема структури білків, необхідної для виконання їх функцій. Велике значення води як розчинника: багато речовин надходять у клітину із зовнішнього середовища в водному розчиніі у водному ж розчині відпрацьовані продукти виводяться з клітини.
Нарешті, вода є безпосереднім учасником багатьох хімічних реакцій (розщеплення білків, вуглеводів, жирів та ін).
Пристосованість клітини до функціонування у водному середовищі є доказом на користь того, що життя на Землі зародилося у воді.
Біологічна роль води визначається особливістю її молекулярної структури: полярністю її молекул.
Вуглеводи.
Вуглеводи являють собою складні органічні з'єднання, до їх складу входять атоми вуглецю, кисню та водню.
Розрізняють прості та складні вуглеводи.
Прості вуглеводи називають моносахаридами. Складні вуглеводи представляють собою полімери, в яких моносахариди грають роль мономерів.
Із двох моносахаридів утворюється дисахарид, із трьох — триса-харид, із багатьох — полісахарид.
Всі моносахариди - безбарвні речовини, добре розчинні у воді. Майже всі вони мають приємний солодкий смак. Найпоширеніші моносахариди - глюкоза, фруктоза, рибоза та дезоксирибозу.
2.3 Хімічний склад клітини. Макро- та мікроелементи
Солодкий смак фруктів та ягід, а також меду залежить від вмісту в них глюкози та фруктози. Рибоза та дезоксирибоза входять до складу нуклеїнових кислот (с. 158) та АТФ (с.
Ді- і трисахариди, подібно до моносахаридів, добре розчиняються у воді, мають солодкий смак. Зі збільшенням числа мономерних ланок розчинність полісахаридів зменшується, солодкий смак зникає.
З дисахаридів важливі буряковий (або очеретяний) та молочний цукор, з полісахаридів широко поширені крох-малий (у рослин), глікоген (у тварин), клітковина (целюло-за).
Деревина – майже чиста целюлоза. Мономерами цих полісахаридів є глюкоза.
Біологічна роль вуглеводів. Вуглеводи грають роль джерела енергії, необхідної для здійснення клітиною різних форм активності. Для діяльності клітини - руху, секреції, біосинтезу, світіння і т. д. - необхідна енергія. Складні за структурою, багаті на енергію, вуглеводи піддаються в клітині глибокого розщеплення і в результаті перетворюються на прості, бідні на енергію сполуки — оксид вуглецю (IV) і воду (СО2 та Н20).
Під час цього процесу звільняється енергія. При розщепленні 1 г вуглеводу звільняється 17,6 кДж.
Крім енергетичної, вуглеводи виконують будівельну функцію. Наприклад, з целюлози складаються стінки рослинних клітин.
Ліпіди. Ліпіди містяться у всіх клітинах тварин та рослин. Вони входять до складу багатьох клітинних структур.
Ліпіди являють собою органічні речовини, нерозчинні у воді, але розчинні в бензині, ефірі, ацетоні.
З ліпідів найпоширеніші та найвідоміші – жири.
Існують, проте, клітини, у яких близько 90% жиру. У тварин такі клітини знаходяться під шкірою, грудних залозах, сальник. Жир міститься в молоці всіх ссавців. У деяких рослин велика кількість жиру зосереджена в насінні та плодах, наприклад у соняшнику, коноплі, волоського горіха.
Крім жирів у клітинах присутні й інші ліпіди, наприкладлецитин, холестерин. До Ліпідів відносяться деякі вітаміни (А, О) і гормони (наприклад, статеві).
Біологічне значення ліпідів велике і різноманітне.
Зазначимо, насамперед, їхню будівельну функцію. Ліпіди гідрофобні. Найтонший шар цих речовин входить до складу клітинних мембран. Велике значення найпоширенішого з ліпідів - жиру - як джерела енергії. Жири здатні окислятися в клітині до оксиду вуглецю (IV) і води. У ході розщеплення жиру звільняється вдвічі більше енергії, ніж при розщепленні вуглеводів. Тварини та рослини відкладають жир у запас і витрачають його у процесі життєдіяльності.
Необхідно зазначити далі значення. жиру як джерела води. З 1 кг жиру за його окисленні утворюється майже 1,1 кг води. Це пояснює, яким чином деякі тварини можуть обходитися досить значний час без води. Верб-люди, наприклад, що здійснюють перехід через безводну пустелю, можуть не пити протягом 10-12 днів.
Ведмеді, бабаки та інші тварини в сплячці не п'ють більше двох місяців. Необхідну для життєдіяльності воду ці тварини отримують в результаті окислення жиру. Крім структурної та енергетичної функції, ліпіди виконують захисні функції:, жир має низьку теплопровідність. Він відкладається під шкірою, утворюючи у деяких тварин значні скупчення. Так, у кита товщина підшкірного шару жиру досягає 1м, що дозволяє цій тварині жити в холодній воді полярних морів.
Біополімери: білки, нуклеїнові кислоти.
З усіх органічних речовин основну масу в клітині (50-70%) складають білки.Оболонка клітини та всі її внутрішні структури побудовані за участю молекул білків. Молекули білків дуже великі, оскільки складаються з багатьох сотень різних мономерів, що утворюють всілякі комбінації. Тому різноманіття видів білків та його властивостей воістину нескінченно.
Білки входять до складу волосся, пір'я, рогів, м'язових волокон, живильник-
них речовин яєць і насіння та багатьох інших частин організму.
Молекула білка – полімер. Мономерами молекул білка є амінокислоти.
У природі відомо більше 150 різних амінокислот, але в побудові білків живих організмів зазвичай беруть участь лише 20. Довга нитка послідовно приєднаних один до одного амінокислот представляє первинну структурумолекули білка (вона відображає його хімічну формулу).
Зазвичай ця довга нитка туго скручується в спіраль, витки якої міцно з'єднані між собою водневими зв'язками.
Спірально скручена нитка молекули - це вторинна структура, молекулибілка. Такий білок вже рудо розтягнути. Згорнута в спіраль молекула білка потім скручується на річ більш щільну конфігурацію. третинну структуру.У деяких білків зустрічається ще більш складна форма - четвертинна структура,наприклад у гемоглобіну. В результаті такого багаторазового скручування довга і тонка нитка молекули білка стає коротшою, товщою і збирається в компактний комок. глобулуТільки глобулярний білок виконує у клітині свої біологічні функції.
Якщо порушити структуру білка, наприклад, нагріванням або хімічним впливом, він втрачає свої якості і розкручується.
Цей процес називається денатурацією. Якщо денатурація торкнулася лише третинну чи вторинну структуру, вона оборотна: може знову закрутитися в спіраль і вкластися в третичную структуру (явище денатурації). При цьому відновлюються функції білка. Це найважливіша властивість білків є основою дратівливості живих систем, тобто.
здатності живих клітин реагувати на зовнішні або внутрішні подразники.
Багато білків виконують роль каталізаторіву хімічних реакціях,
що проходять у клітці.
Їх називають ферментами.Ферменти беруть участь у переносі атомів і молекул, у розщепленні та побудові білків, жирів, вуглеводів та всіх інших сполук (тобто в клітинному обміні речовин). Жодна хімічна реакція в живих клітинах і тканинах не обходиться без участі ферментів.
Всі ферменти мають специфічність дії — упорядковують перебіг процесів або прискорюють реакції в клітині.
Білки в клітині виконують безліч функцій: беруть участь у її будові, зростанні та у всіх процесах життєдіяльності. Без білків життя клітини неможливе.
Нуклеїнові кислоти вперше були виявлені в ядрах клітин, у зв'язку з чим і отримали свою назву (лат.
пuсlеus - ядро). Є два види нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнова кислота (скорочено ДІК) та рибонуклеїнова кислота (РІК). Молекули нуклеїнових кислот перед-
являють собою дуже довгі полімерні ланцюжки (тяжі), мономерами
яких є нуклеотиди.
Кожен нуклеотид містить у собі по одній молекулі фосфорної кислоти і цукру (дезоксирибозу або рибозу), а також одне з чотирьох азотистих основ. Азотистими основами ДНК є аденін гуанін і цumозuн,і mі.хв,.
Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК)- Найважливіша речовина в живій клітині. Молекула ДНК є носієм спадкової інформації клітини та організму в цілому. З молекули ДНК утворюється хромосоми.
У організмів кожного біологічного виду певна кількість молекул ДНК на клітину. Послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК також завжди суворо індивідуальна. неповторна як для кожного біологічного виду, але й окремих особин.
Така специфічність молекул ДНК є основою встановлення спорідненої близькості організмів.
Молекули ДНК у всіх еукаріотів знаходяться в ядрі клітини. У прокаріотів немає ядра, тому їхня ДНК міститься в цитоплазмі.
у всіх живих істот макромолекули ДНК побудовані за одним і тим же типом. Вони складаються з двох полінуклеотидних ланцюжків (тяжів), скріплених між собою водневими зв'язками азотистих основ нуклеотидів (на кшталт застібки «блискавка»).
У вигляді подвійної (парної) спіралі молекула ДНК скручується в напрямку зліва направо.
Послідовність у розташуванні нуклеотидів у молекулі дик визначає спадкову інформацію клітини.
Структуру молекули ДНК розкрили 1953 р. американський біохімік
Джеймс Вотсон та англійський фізик Френсіс Крик.
За це відкриття вчені були удостоєні 1962 р. Нобелівської премії. Вони довели, що молекула
ДНК складається із двох полінуклеотидних ланцюгів.
При цьому нуклеотиди (моно-заходи) з'єднуються один з одним не випадково, а вибірково і парами за допомогою азотистих сполук. Аденін (А) завжди стикується з тиміном (Т), а гуанін (г) – з цитозином (Ц). Цей подвійний ланцюг туго закручений у спіраль. Здатність нуклеотидів до виборчого з'єднання в пари називається комплементарністю(Лат. complementus - Доповнення).
Реплікація відбувається в такий спосіб.
За участю спеціальних клітинних механізмів (ферментів) подвійна спіраль ДНК розкручується, нитки розходяться (на кшталт того, як розстібається «блискавка»), і поступово до кожного з двох ланцюжків добудовується компліментарна їй половина з відповідних нуклеотидів.
8 результаті замість однієї молекули ДНК утворюються дві нові однакові молекули. При цьому кожна новостворена дволанцюжкова молекула ДНК складається з одного «старого» ланцюжка нуклеотидів та одного «нового».
Оскільки ДНК є основним носієм інформації, то її здатність до подвоєння дозволяє при розподілі клітини передавати ту спадкову інформацію в дочірні клітини, що знову утворюються.
Попередня12345678Наступна
ПОДИВИТИСЯ ЩЕ:
Буферність та осмос.
Солі живих організмах перебувають у розчиненому стані як іонів – позитивно заряджених катіонів і негативно заряджених аніонів.
Концентрація катіонів і аніонів у клітині та навколишньому середовищі неоднакова. У клітці міститься чимало калію і дуже мало натрію. У позаклітинному середовищі, наприклад у плазмі крові, морській водінавпаки, багато натрію і мало калію. Подразливість клітини залежить від співвідношення концентрацій іонів Na+, K+, Ca2+, Mg2+.
Різниця концентрацій іонів по різні сторонимембрани забезпечує активне перенесення речовин через мембрану.
У тканинах багатоклітинних тварин Са2+ входить до складу міжклітинної речовини, що забезпечує зчепленість клітин та впорядковане їхнє розташування.
Хімічний склад клітини
Від концентрації солей залежать осмотичний тиск у клітині та її буферні властивості.
Буферністю називається здатність клітини підтримувати слаболужну реакцію її вмісту постійному рівні.
Існує дві буферні системи:
1)фосфатна буферна система – аніони фосфорної кислоти підтримують рН внутрішньоклітинного середовища на рівні 6,9
2) бікарбонатна буферна система – аніони вугільної кислоти підтримують рН позаклітинного середовища на рівні 7,4.
Розглянемо рівняння реакцій, які у буферних розчинах.
Якщо у клітині збільшується концентраціяН+ , то відбувається приєднання катіону водню до карбонат-аніону:
При збільшенні концентрації гідроксид-аніонів відбувається їх зв'язування:
Н + ВІН + Н2О.
Так карбонат-аніон може підтримувати постійне середовище.
Осмотичніназивають явища, що відбуваються в системі, що складається з двох розчинів, розділених напівпроникною мембраною.
У рослинній клітині роль напівпроникних плівок виконують прикордонні шари цитоплазми: плазмалема та тонопласт.
Плазмалемма – зовнішня мембрана цитоплазми, що прилягає до клітинної оболонки. Тонопласт - внутрішня мембрана цитоплазми, що оточує вакуолю. Вакуолі є порожнини в цитоплазмі, заповнені клітинним соком - водним розчином вуглеводів, органічних кислот, солей, білків з низькою молекулярною вагою, пігментів.
Концентрація речовин у клітинному соку та у зовнішньому середовищі (у ґрунті, водоймах) зазвичай не однакові. Якщо внутрішньоклітинна концентрація речовин вища, ніж у зовнішньому середовищі, вода з середовища надходитиме в клітину, точніше у вакуолю, з більшою швидкістю, ніж у зворотному напрямку. При збільшенні об'єму клітинного соку внаслідок надходження в клітину води збільшується його тиск на цитоплазму, що щільно прилягає до оболонки. За повного насичення клітини водою вона має максимальний об'єм.
Стан внутрішньої напруги клітини, обумовлений високим змістомводи і тиском вмісту клітини, що розвивається, на її оболонку носить назву тургора Тургор забезпечує збереження органами форми (наприклад, листям, неодревесневшими стеблами) і положення в просторі, а також опір їх дії механічних факторів. З втратою води пов'язане зменшення тургору та в'янення.
Якщо клітина знаходиться в гіпертонічному розчині, концентрація якого більша за концентрацію клітинного соку, то швидкість дифузії води з клітинного соку буде перевищувати швидкість дифузії води в клітину з навколишнього розчину.
Внаслідок виходу води із клітини обсяг клітинного соку скорочується, тургор зменшується. Зменшення обсягу клітинної вакуолі супроводжується відділенням цитоплазми від оболонки – відбувається плазмоліз.
У ході плазмолізу форма плазмолізованого протопласту змінюється. Спочатку протопласт відстає від клітинної стінки лише окремих місцях, найчастіше у куточках. Плазмоліз такої форми називають кутовим
Потім протопласт продовжує відставати від клітинних стінок, зберігаючи зв'язок з ними в окремих місцях, поверхня протопласту між цими точками має увігнуту форму.
На цьому етапі плазмоліз називають увігнутим. Поступово протопласт відривається від клітинних стінок по всій поверхні і набуває округлої форми. Такий плазмоліз має назву опуклого
Якщо плазмолізовану клітину помістити в гіпотонічний розчин, концентрація якого менша за концентрацію клітинного соку, вода з навколишнього розчину надходитиме всередину вакуолі. В результаті збільшення обсягу вакуолі підвищиться тиск клітинного соку на цитоплазму, яка починає наближатися до стінок клітини, доки не прийме початкове положення - відбудеться деплазмоліз
Завдання №3
Прочитавши запропонований текст, дайте відповідь на наступні запитання.
1) визначення буферності
2) від концентрації яких аніонів залежать буферні властивості клітини
3) роль буферності в клітині
4) рівняння реакцій, що протікають у бікарбонатній буферній системі (на магнітній дошці)
5) визначення осмосу (навести приклади)
6) визначення плазмолізу та деплазмолізу слайди
У клітині зустрічається близько 70 хімічних елементів Періодичної системи Д. І. Менделєєва, проте вміст цих елементів суттєво відрізняється від їх концентрацій у навколишньому середовищі, що доводить єдність органічного світу.
Хімічні елементи, що є в клітині, ділять на три великі групи: макроелементи, мезоелементи (олігоелементи) та мікроелементи.
До них відносяться вуглець, кисень, водень та азот, що входять до складу основних органічних речовин. Мезоелементи – це сірка, фосфор, калій, кальцій, натрій, залізо, магній, хлор, що становлять у сумі близько 1,9 % маси клітини.
Сірка та фосфор є компонентами найважливіших органічних сполук. Хімічні елементи, концентрація яких у клітині близько 0,1 %, відносяться до мікроелементів. Це цинк, йод, мідь, марганець, фтор, кобальт та ін.
Речовини клітини поділяють на неорганічні та органічні.
До неорганічних речовин належать вода та мінеральні солі.
Завдяки своїм фізико-хімічним властивостям вода в клітині є розчинником, середовищем для протікання реакцій, вихідною речовиною та продуктом хімічних реакцій, виконує транспортну та терморегуляторну функції, надає клітині пружність, забезпечує ту prop рослинної клітини.
Мінеральні солі в клітині можуть перебувати в розчиненому або не розчиненому стані.
Розчинні солі дисоціюють на іони. Найбільш важливими катіонами є калій і натрій, що полегшують перенесення речовин через мембрану та беруть участь у виникненні та проведенні нервового імпульсу; кальцій, який бере участь у процесах скорочення м'язових волокон та зсіданні крові, магній, що входить до складу хлорофілу, та залізо, що входить до складу ряду білків, у тому числі гемоглобіну. Цинк входить до складу молекули гормону підшлункової залози – інсуліну, мідь потрібна для процесів фотосинтезу та дихання.
Найважливішими аніонами є фосфат-аніон, що входить до складу АТФ та нуклеїнових кислот, та залишок вугільної кислоти, що пом'якшує коливання рН середовища.
Нестача кальцію та фосфору призводить до рахіту, нестача заліза – до анемії.
Органічні речовини клітини представлені вуглеводами, ліпідами, білками, нуклеїновими кислотами, АТФ, вітамінами та гормонами.
До складу вуглеводів входять в основному три хімічні елементи: вуглець, кисень та водень.
Їх загальна формула Cm(H20)n. Розрізняють прості та складні вуглеводи. Прості вуглеводи (моносахариди) містять єдину молекулу цукру. Їх класифікують за кількістю вуглецевих атомів, наприклад, пентоз (С5) і гексоз (С6). До пентозів належать рибоза та дезоксирибоза. Рибоза входить до складу РНК та АТФ. Дезоксирибозу є компонентом ДНК. Гексози – це глюкоза, фруктоза, галактоза та ін.
Вони беруть активну участь в обміні речовин у клітині та входять до складу складних вуглеводів - олігосахаридів та полісахаридів. До олігосахаридів (дисахаридів) відносяться сахароза (глюкоза + фруктоза), лактоза або молочний цукор (глюкоза + галактоза) та ін.
Прикладами полісахаридів є крохмаль, глікоген, целюлоза та хітин.
Вуглеводи виконують у клітині пластичну (будівельну), енергетичну ( енергетична цінністьрозщеплення 1 г вуглеводів - 17, 6 кДж), що запасає та опорну функції. Вуглеводи можуть також входити до складу складних ліпідівта білків.
Ліпіди – це група гідрофобних речовин.
До них відносять жири, стероїди воску, фосфоліпіди і т.д.
Будова молекули жиру
Жир – це складний ефір триатомного спирту гліцерину та вищих органічних (жирних) кислот. У молекулі жиру можна виділити гідрофільну частину - "головку" (залишок гліцерину) і гідрофобну частину - "хвости" (залишки жирних кислот), тому у воді молекула жиру орієнтується строго певним чином: гідрофільна частина спрямована до води, а гідрофобна - від неї.
Ліпіди виконують у клітині пластичну (будівельну), енергетичну (енергетична цінність розщеплення 1 г жиру - 38, 9 кДж), запасну, захисну (амортизаційну) та регуляторну ( стероїдні гормони) функції.
Білки – це біополімери, мономерами яких є амінокислоти.
Амінокислоти містять аміногрупу, карбоксильну групу та радикал. Відрізняються амінокислоти лише радикалами. До складу білків входить 20 основних амінокислот. Поєднуються амінокислоти між собою з утворенням пептидного зв'язку.
Ланцюжок більш ніж з 20 амінокислот називається поліпептидом або білком. Білки утворюють чотири основні структури: первинну, вторинну, третинну та четвертинну.
Первинна структура - це послідовність амінокислот, з'єднаних пептидним зв'язком.
Вторинна структура - це спіраль, або складчаста структура, яка утримується водневими зв'язками між атомами кисню та водню пептидних угруповань різних витків спіралі чи складок.
Третинна структура (глобула) утримується гідрофобними, водневими, дисульфідними та іншими зв'язками.
Третинна структура білка
Третинна структура характерна більшості білків організму, наприклад, міоглобіну м'язів.
Четвертична структура білка.
Четвертична структура найбільш складна, утворена кількома поліпептидними ланцюгами, з'єднаними в основному тими ж зв'язками, що і в третинному.
Четвертична структура характерна для гемоглобіну, хлорофілу та ін.
Білки можуть бути простими та складними. Прості білкискладаються тільки з амінокислот, тоді як складні білки (ліпопротеїни, хромопротеїни, глікопротеїни, нуклеопротеїни та ін) містять білкову та небілкову частини.
Наприклад, до складу гемоглобіну крім чотирьох поліпептидних ланцюгів білка глобіну входить небілкова частина - гем, в центрі якої знаходиться іон заліза, що надає гемоглобіну червоного забарвлення.
Функціональна активність білків залежить від умов довкілля.
Втрата білкової молекулою своєї структури до первинної називається денатурацією. Зворотний процес відновлення вторинної та вищих структур - це ренатурація. Повне руйнування білкової молекули називається деструкцією.
Білки виконують у клітині ряд функцій: пластичну (будівельну), каталітичну (ферментативну), енергетичну (енергетична цінність розщеплення 1 г білка - 17, 6 кДж), сигнальну (рецепторну), скорочувальну (рухову), транспортну, захисну, регуляторну, запасну.
Нуклеїнові кислоти – це біополімери, мономерами яких є нуклеотиди.
До складу нуклеотиду входять азотна основа, залишок цукру-пентози та залишок ортофосфорної кислоти. Виділяють два типи нуклеїнових кислот: рибонуклеїнову (РНК) та дезоксирі-бонуклеїнову (ДНК).
ДНК включає чотири типи нуклеотидів: аденін (А), тимін (Т), гуанін (Г) та цитозин (Ц). До складу цих нуклеотидів входить цукор дезоксирибозу. Для ДНК встановлені правила Чаргафа:
1) кількість аденілових нуклеотидів у ДНК дорівнює кількості тимідилових (А = Т);
2) кількість гуанілових нуклеотидів у ДНК дорівнює кількості цитидилових (Г = Ц);
3) сума аденілових та гуанілових нуклеотидів дорівнює сумі тимідилових і цитидилових (А + Г = Т + Ц).
Структура ДНК було відкрито Ф.
Криком і Д. Вотсоном ( Нобелівська преміяз фізіології та медицини 1962 р.). Молекула ДНК є дволанцюжковою спіраль.
Клітина та її хімічний склад
Нуклеотиди з'єднуються між собою через залишки фосфорної кислоти, утворюючи фосфодіефірний зв'язок, при цьому азотисті основи спрямовані всередину. Відстань між нуклеотидами в ланцюзі дорівнює 0,34 нм.
Нуклеотиди різних ланцюгівз'єднуються між собою водневими зв'язками за принципом комплементарності: аденін з'єднується з тиміном двома водневими зв'язками (А = Т), а гуанін з цитозином - трьома (Г = Ц).
Будова нуклеотиду
Найважливішим властивістю ДНК є здатність до реплікації (самоподвоєння).
Основною функцією ДНК є зберігання та передача спадкової інформації.
Вона зосереджена в ядрі, мітохондріях та пластидах.
До складу РНК входять також чотири нуклеотиди: аденін (А), ура-цил (У), гуанін (Г) та цитозин (Ц). Залишок цукру-пентози у ній представлений рибозою.
РНК - переважно одноланцюгові молекули. Виділяють три види РНК: інформаційну (і-РНК), транспортну (т-РНК) та рибосомальну (р-РНК).
Будова тРНК
Всі вони беруть активну участь у процесі реалізації спадкової інформації, яка з ДНК переписується на і-РНК, а на останній здійснюється синтез білка, т-РНК у процесі синтезу білка приносить амінокислоти до рибосом, р-РНК входить до складу самих рибосом.
Хімічний склад живої клітини
До складу клітини входять різні хімічні сполуки. Одні з них – неорганічні – зустрічаються й у неживій природі. Однак для клітин найбільш характерні органічні сполуки, молекули яких мають дуже складну будову.
Неорганічні сполуки клітини. Вода та солі відносяться до неорганічних сполук. Найбільше у клітинах води. Вона необхідна всім життєвих процесів.
Вода – добрий розчинник. У водному розчині відбувається хімічна взаємодіярізних речовин. Перебувають у розчиненому стані поживні речовиниз міжклітинної речовини проникають у клітину через мембрану. Вода також сприяє видаленню з клітини речовин, які утворюються в результати реакцій, що протікають в ній.
Найбільш важливі для процесів життєдіяльності клітини солі К, Na, Са, Mg та ін.
Органічні сполуки клітини. Головна рольу виконанні функції клітини належить органічним сполукам. Серед них найбільше значеннямають білки, жири, вуглеводи та нуклеїнові кислоти.
Білки - це основні та найскладніші речовини будь-якої живої клітини.
За розмірами білкова молекула в сотні та тисячі разів перевищує молекули неорганічних сполук. Без білків немає життя. Деякі білки прискорюють хімічні реакції, виконуючи роль каталізаторів. Такі білки називають ферментами.
Жири та вуглеводи мають менш складну будову.
Вони є будівельним матеріаломклітини і є джерелами енергії для процесів життєдіяльності організму.
Нуклеїнові кислоти утворюються у клітинному ядрі. Звідси і походить їх назва (лат. Нуклеус - ядро). Входячи до складу хромосом, нуклеїнові кислоти беруть участь у зберіганні та передачі спадкових властивостей клітини. Нуклеїнові кислоти забезпечують утворення білків.
Життєві властивості клітини. Основна життєва властивість клітини – обмін речовин.
З міжклітинної речовини до клітин постійно надходять поживні речовини і кисень і виділяються продукти розпаду. Речовини, що надійшли у клітину, беруть участь у процесах біосинтезу. Біосинтез - це утворення білків, жирів, вуглеводів та їх сполук із більш простих речовин. У процесі біосинтезу утворюються речовини, властиві певним клітинам організму.
Наприклад, у клітинах м'язів синтезуються білки, що забезпечують їхнє скорочення.
Одночасно з біосинтезом у клітинах відбувається розпад органічних сполук. В результаті розпаду утворюються речовини більше простої будови. Більша частинаРеакція розпаду йде за участю кисню та звільненням енергії.
Хімічна організація клітини
Ця енергія витрачається на життєві процеси, які у клітині. Процеси біосинтезу та розпаду становлять обмін речовин, який супроводжується перетвореннями енергії.
Клітинам властиві зростання і розмноження. Клітини тіла людини розмножуються поділом навпіл. Кожна з дочірніх клітин, що утворилися, росте і досягає розмірів материнської. Нові клітини виконують функцію материнської клітини.
Тривалість життя клітин різна: від кількох годин до десятків років.
Живі клітини здатні реагувати на фізичні та хімічні зміни навколишнього середовища. Цю властивість клітин називають збудливістю. При цьому зі стану спокою клітини переходять у робочий стан- Збудження. При збудженні у клітинах змінюється швидкість біосинтезу та розпаду речовин, споживання кисню, температура. У збудженому стані різні клітинивиконують властиві їм функції.
Залізисті клітини утворюють і виділяють речовини, м'язові - скорочуються, нервових клітинахвиникає слабкий електричний сигнал - нервовий імпульс, який може поширюватися клітинними мембранами.
Внутрішнє середовище організму.
Більшість клітин тіла не пов'язані із зовнішнім середовищем. Їх життєдіяльність забезпечується внутрішнім середовищем, яке складають 3 типи рідин: міжклітинна (тканинна) рідина, з якою клітини безпосередньо стикаються, кров та лімфа. Внутрішнє середовище забезпечує клітини речовинами, необхідними їхньої життєдіяльності, і її видаляються продукти розпаду.
Внутрішнє середовище організму має відносну сталість складу та фізико-хімічних властивостей. Тільки за цієї умови клітини можуть нормально функціонувати.
Обмін речовин, біосинтез та розпад органічних сполук, зростання, розмноження, збудливість – основні життєві властивості клітин.
Життєві властивості клітин забезпечуються відносною сталістю складу внутрішнього середовищаорганізм.
З курсу ботаніки та зоології ви знаєте, що тіла рослин та тварин побудовані з клітин. Організм людини також складається з клітин. Завдяки клітинної будовиорганізму можливі його зростання, розмноження, відновлення органів прокуратури та тканин та інші форми діяльності.
Форма та розміри клітин залежать від виконуваної органом функції. Основним приладом вивчення будови клітини є мікроскоп. Світловий мікроскоп дозволяє розглядати клітину зі збільшенням приблизно трьох тисяч разів; електронний мікроскоп, в якому замість світла використовується потік електронів, - у сотні тисяч разів. Вивченням будови та функцій клітин займається цитологія (від грецьк. «цитос» - клітина).
| |
Цитоплазма- в'язка напіврідка речовина. Цитоплазма містить ряд дрібних структур клітини - органоїдів,які виконують різні функції. Розглянемо найважливіші з органоїдів: мітохондрії, мережу канальців, рибосоми, клітинний центр, ядро.
Мітохондрії- короткі потовщені тільця із внутрішніми перегородками. У них утворюється речовина, багата на енергію, необхідну для процесів, що відбуваються в клітині АТФ. Помічено, що чим активніше працює клітина, то більше в ній мітохондрій.
Мережа канальцівпронизує всю цитоплазму. Цими канальцями відбувається пересування речовин і встановлюється зв'язок між органоїдами.
Рибосоми- щільні тільця, що містять білок та рибонуклеїнову кислоту. Вони є місцем утворення білків.
Клітинний центрутворений тільцями, які беруть участь у розподілі клітини. Вони розташовані біля ядра.
Ядро- це тільце, яке є обов'язковою складовою клітини. Під час клітинного поділу будова ядра змінюється. Коли поділ клітини закінчується, ядро повертається до колишнього стану. В ядрі є особлива речовина. хроматин,з якого перед розподілом клітини утворюються ниткоподібні тільця - Хромосоми.Для клітин характерна постійна кількість хромосом певної форми. У клітинах тіла людини міститься по 46 хромосом, а статевих клітинах по 23.
Хімічний склад клітини.Клітини організму людини складаються з різноманітних хімічних сполукнеорганічної та органічної природи. До неорганічних речовин клітини відносяться вода та солі. Вода становить близько 80% маси клітини. Вона розчиняє речовини, що беруть участь у хімічних реакціях: переносить поживні речовини, виводить із клітини відпрацьовані та шкідливі сполуки. Мінеральні солі - хлорид натрію, хлорид калію та ін - відіграють важливу роль у розподілі води між клітинами та міжклітинною речовиною. Окремі хімічні елементи, такі як кисень, водень, азот, сірка, залізо, магній, цинк, йод, фосфор, беруть участь у створенні життєво важливих органічних сполук. Органічні сполуки утворюють до 20-30 % маси кожної клітини. Серед органічних сполук найбільше значення мають вуглеводи, жири, білки та нуклеїнові кислоти.
Вуглеводискладаються з вуглецю, водню та кисню. До вуглеводів відносяться глюкоза, тваринний крохмаль – глікоген. Багато вуглеводів добре розчиняються у воді і є основними джерелами енергії для здійснення всіх життєвих процесів. При розпаді 1 г вуглеводів звільняється 17,6 кДж енергії.
Жириутворені тими самими хімічними елементами, як і вуглеводи. Жири нерозчинні у воді. Вони входять до складу клітинних мембран. Жири також є запасним джерелом енергії в організмі. При повному розщепленні 1 г жиру звільняється 38,9 кДж енергії.Білкиє основними речовинами клітини. Білки - найскладніші з органічних речовин, що зустрічаються в природі, хоча і складаються з відносно невеликої кількості хімічних елементів - вуглецю, водню, кисню, азоту, сірки. Найчастіше до складу білка входить фосфор. Молекула білка має великі розміриі являє собою ланцюг, що складається з десятків і сотень більше простих з'єднань– 20 видів амінокислот.
Білки є головним будівельним матеріалом. Вони беруть участь у формуванні мембран клітини, ядра, цитоплазми, органоїдів. Багато білків виконують роль прискорювачів перебігу хімічних реакцій. ферментів.Біохімічні процеси можуть відбуватися у клітині лише у присутності особливих ферментів, які прискорюють хімічні перетворення речовин у сотні мільйонів разів.
Білки мають різноманітну будову. Тільки одній клітині налічується до 1000 різних білків.
При розпаді білків в організмі звільняється приблизно така кількість енергії, як і при розщепленні вуглеводів – 17,6 кДж на 1 г.
Нуклеїнові кислотиутворюються у клітинному ядрі. З цим пов'язана їхня назва (від лат. «нуклеус» – ядро). Вони складаються з вуглецю, кисню, водню та азоту та фосфору. Нуклеїнові кислоти бувають двох типів – дезоксирибонуклеїнові (ДНК) та рибонуклеїнові (РНК). ДНК перебувають переважно у хромосомах клітин. ДНК визначає склад білків клітини та передачу спадкових ознак та властивостей від батьків до потомства. Функції РНК пов'язані з утворенням характерних для цієї клітини білків.
Основні терміни та поняття:
Клітина є основною елементарною одиницею всього живого, тому їй притаманні всі властивості живих організмів: високоупорядкована будова, отримання енергії ззовні та її використання для виконання роботи та підтримання упорядкованості, обмін речовин, активна реакція на подразнення, зростання, розвиток, розмноження, подвоєння та передача біологічної інформації нащадкам, регенерація (відновлення пошкоджених структур), адаптація до довкілля.
Німецький вчений Т. Шван в середині XIX століття створив клітинну теорію, основні положення якої свідчили про те, що всі тканини та органи складаються з клітин; клітини рослин та тварин принципово подібні між собою, всі вони виникають однаково; діяльність організмів – сума життєдіяльності окремих клітин. Великий впливна подальший розвиток клітинної теоріїі взагалі на вчення про клітину надав великий німецький вчений Р. Вірхов. Він не тільки звів докупи всі численні розрізнені факти, але й переконливо показав, що клітини є постійною структурою і виникають тільки шляхом розмноження.
Клітинна теорія в сучасної інтерпретаціївключає у собі такі основні тези: клітина є універсальної елементарної одиницею живого; клітини всіх організмів принципово подібні за своєю будовою, функції та хімічним складом; клітини розмножуються лише шляхом поділу вихідної клітини; Багатоклітинні організми є складними клітинними ансамблями, що утворюють цілісні системи.
Завдяки сучасним методамдослідження були виявлені два основних типи клітин: більш складно організовані, високодиференційовані еукаріотичні клітини (рослини, тварини та деякі найпростіші, водорості, гриби та лишайники) та менш складно організовані прокаріотичні клітини (синьо-зелені водорості, актиноміцети, бактерії, спірохети, мікоплазми, рикетсії).
На відміну від прокаріотичної еукаріотичної клітини має ядро, обмежене подвійною ядерною мембраною, і велика кількість мембранних органел.
УВАГА!
Клітина є основною структурною та функціональною одиницею живих організмів, що здійснює зростання, розвиток, обмін речовин та енергії, що зберігає, переробляє та реалізує генетичну інформацію. З погляду морфології клітина є складну системубіополімерів, відокремлену від зовнішнього середовищаплазматичною мембраною (плазмолемою) і що складається з ядра та цитоплазми, в якій розташовуються органели та включення (гранули).
Які клітини бувають?
Клітини різноманітні за своєю формою, будовою, хімічним складом та характером обміну речовин.
Усі клітини гомологічні, тобто. мають низку загальних структурних ознак, яких залежить виконання основних функцій. Клітинам властива єдність будови, метаболізму (обміну речовин) та хімічного складу.
Разом про те різні клітини мають і специфічні структури. Це з виконанням ними спеціальних функцій.
Будова клітини
Ультрамікроскопічна будова клітини:
1 – цитолема (плазматична мембрана); 2 – піноцитозні бульбашки; 3 – центросома клітинний центр (цитоцентр); 4 – гіалоплазма; 5 – ендоплазматична мережа: а – мембрана зернистої мережі; б - рибосоми; 6 – зв'язок перинуклеарного простору з порожнинами ендоплазматичної мережі; 7 – ядро; 8 – ядерні пори; 9 – незерниста (гладка) ендоплазматична мережа; 10 - ядерце; 11 - внутрішній сітчастий апарат (комплекс Гольджі); 12 – секреторні вакуолі; 13 - мітохондрія; 14 - ліпосоми; 15 - три послідовні стадії фагоцитозу; 16 - зв'язок клітинної оболонки (цитолеми) з мембранами ендоплазматичної мережі.
Хімічний склад клітини
До складу клітини входить понад 100 хімічних елементів, на частку чотирьох з них припадає близько 98% маси, це органогени: кисень (65–75%), вуглець (15–18%), водень (8–10%) та азот (1) ,5-3,0%). Інші елементи поділяються на три групи: макроелементи – їх вміст в організмі перевищує 0,01%); мікроелементи (0,00001-0,01%) та ультрамікроелементи (менше 0,00001).
До макроелементів належать сірка, фосфор, хлор, калій, натрій, магній, кальцій.
До мікроелементів - залізо, цинк, мідь, йод, фтор, алюміній, мідь, марганець, кобальт та ін.
До ультрамікроелементів - селен, ванадій, кремній, нікель, літій, срібло та до. Незважаючи на дуже малий вміст, мікроелементи та ультрамікроелементи відіграють дуже важливу роль. Вони впливають, головним чином, обмін речовин. Без них неможлива нормальна життєдіяльністькожної клітини та організму як цілого.
Клітина складається з неорганічних та органічних речовин. Серед неорганічних найбільша кількістьводи. Відносна кількість води у клітині становить від 70 до 80%. Вода - універсальний розчинник, у ній відбувається всі біохімічні реакції у клітині. За участю води здійснюється теплорегуляція. Речовини, що розчиняються у воді (солі, основи, кислоти, білки, вуглеводи, спирти та ін), називаються гідрофільними. Гідрофобні речовини (жири та жироподібні) не розчиняються у воді. Інші неорганічні речовини(солі, кислоти, основи, позитивні та негативні іони) становлять від 1,0 до 1,5%.
Серед органічних речовин переважають білки (10-20%), жири або ліпіди (1-5%), вуглеводи (0,2-2,0%), нуклеїнові кислоти (1-2%). Вміст низькомолекулярних речовин вбирається у 0,5%.
Молекула білка є полімером, який складається з великої кількості одиниць мономерів, що повторюються. Мономери білка амінокислоти (їх 20) з'єднані між собою пептидними зв'язками, утворюючи поліпептидний ланцюг (первинну структуру білка). Вона закручується в спіраль, утворюючи, своєю чергою, вторинну структуру білка. Завдяки певній просторовій орієнтації поліпептидного ланцюга виникає третинна структура білка, що визначає специфічність та біологічну активність молекули білка. Декілька третинних структур, об'єднуючись між собою, утворюють четвертинну структуру.
Білки виконують найважливіші функції. Ферменти - біологічні каталізатори, що збільшують швидкість хімічних реакцій у клітині сотні тисяч мільйони разів, є білками. Білки, входячи до складу всіх клітинних структур, виконують пластичну (будівельну) функцію. Рухи клітин також здійснюють білки. Вони забезпечують транспорт речовин у клітину, з клітини та всередині клітини. Важливою є захисна функціябілків (антитіла). Білки є одним із джерел енергії. Вуглеводи поділяються на моносахариди та полісахариди. Останні побудовані з моносахаридів, що є, подібно до амінокислот, мономерами. Серед моносахаридів у клітині найбільш важливі глюкоза, фруктоза (містить шість атомів вуглецю) та пентоза (п'ять атомів вуглецю). Пентози входять до складу нуклеїнових кислот. Моносахариди добре розчиняються у воді. Полісахариди погано розчиняються у воді (у тваринних клітинах глікоген, у рослинних - крохмаль і целюлоза. Вуглеводи є джерелом енергії, складні вуглеводи, з'єднані з білками (глікопротеїди), жирами (гліколіпіди), беруть участь в утворенні клітинних поверхонь та взаємодіях клітин.
До ліпідів відносяться жири та жироподібні речовини. Молекули жирів побудовані з гліцерину та жирних кислот. До жироподібних речовинналежать холестерин, деякі гормони, лецитин. Ліпіди, що є основним компонентом клітинних мембран, виконують цим будівельну функцію. Ліпіди - найважливіші джерелаенергії. Так, якщо при повному окисненні 1 г білка або вуглеводів звільняється 17,6 кДж енергії, то при повному окисненні 1 г жиру – 38,9 кДж. Ліпіди здійснюють терморегуляцію, захищають органи (жирові капсули).
ДНК та РНК
Нуклеїнові кислоти є полімерними молекулами, утвореними нуклеотидами мономерами. Нуклеотид складається з пуринової або піримідинової основи, цукру (пентози) та залишку фосфорної кислоти. У всіх клітинах існує два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонулеїнова (ДНК) та рибонуклеїнова (РНК), які відрізняються за складом основ та цукрів.
Просторова структурануклеїнових кислот:
(за Б. Албертсом і співавт., З ізм.). I - РНК; II – ДНК; стрічки - сахарофосфатні кістяки; A, C, G, T, U – азотисті основи, грати між ними – водневі зв'язки.
Молекула ДНК
Молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених одна довкола іншої у вигляді подвійної спіралі. Азотисті основи обох ланцюгів з'єднані між собою комплементарно водневими зв'язками. Аденін з'єднується тільки з тиміном, а цитозин – з гуаніном (А – Т, Г – Ц). У ДНК записана генетична інформація, яка визначає специфічність білків, що синтезуються клітиною, тобто послідовність амінокислот в поліпептидному ланцюгу. ДНК передає у спадок всі властивості клітини. ДНК міститься в ядрі та мітохондріях.
Молекула РНК
Молекула РНК утворена одним полінуклеотидним ланцюгом. У клітинах існує три типи РНК. Інформаційна, або месенджер РНК тРНК (від англ. Messenger – «посередник»), яка переносить інформацію про нуклеотидну послідовність ДНК у рибосоми (див. нижче). Транспортна РНК (тРНК), яка переносить амінокислоти рибосоми. Рибосомальна РНК (рРНК), яка бере участь у освіті рибосом. РНК міститься в ядрі, рибосомах, цитоплазмі, мітохондріях, хлоропластах.
Склад нуклеїнових кислот.
Атлас: анатомія та фізіологія людини. Повне практичний посібникОлена Юріївна Зігалова
Хімічний склад клітини
Хімічний склад клітини
До складу клітини входить понад 100 хімічних елементів, на частку чотирьох з них припадає близько 98% маси, це органогени: кисень (65–75 %), вуглець (15–18 %), водень (8–10 %) та азот (1,5–3,0 %). Інші елементи поділяються на три групи: макроелементи - їх вміст в організмі перевищує 0,01%); мікроелементи (0,00001-0,01%) та ультрамікроелементи (менше 0,00001). До макроелементів належать сірка, фосфор, хлор, калій, натрій, магній, кальцій. До мікроелементів – залізо, цинк, мідь, йод, фтор, алюміній, мідь, марганець, кобальт та ін. До ультрамікроелементів – селен, ванадій, кремній, нікель, літій, срібло та до. Незважаючи на дуже малий вміст, мікроелементи та ультрамікроелементи відіграють дуже важливу роль. Вони впливають, головним чином, обмін речовин. Без них неможлива нормальна життєдіяльність кожної клітини та організму як цілого.
Мал. 1. Ультрамікроскопічна будова клітини. 1 – цитолема (плазматична мембрана); 2 – піноцитозні бульбашки; 3 - центросома клітинний центр (цитоцентр); 4 – гіалоплазма; 5 – ендоплазматична мережа: а – мембрана зернистої мережі; б – рибосоми; 6 – зв'язок перинуклеарного простору із порожнинами ендоплазматичної мережі; 7 – ядро; 8 – ядерні пори; 9 – незерниста (гладка) ендоплазматична мережа; 10 - ядерце; 11 - внутрішній сітчастий апарат (комплекс Гольджі); 12 – секреторні вакуолі; 13 - мітохондрія; 14 - ліпосоми; 15 – три послідовні стадії фагоцитозу; 16 – зв'язок клітинної оболонки (цитолеми) з мембранами ендоплазматичної мережі
Клітина складається з неорганічних та органічних речовин. Серед неорганічних є найбільша кількість води. Відносна кількість води у клітині становить від 70 до 80 %. Вода – універсальний розчинник, у ній відбувається всі біохімічні реакції у клітині. За участю води здійснюється теплорегуляція. Речовини, що розчиняються у воді (солі, основи, кислоти, білки, вуглеводи, спирти та ін), називаються гідрофільними. Гідрофобні речовини (жири та жироподібні) не розчиняються у воді. Інші неорганічні речовини (солі, кислоти, основи, позитивні та негативні іони) становлять від 1,0 до 1,5%.
Серед органічних речовин переважають білки (10-20%), жири або ліпіди (1-5%), вуглеводи (0,2-2,0%), нуклеїнові кислоти (1-2%). Вміст низькомолекулярних речовин вбирається у 0,5 %.
Молекула білкає полімером, який складається з великої кількості одиниць мономерів, що повторюються. Мономери білка амінокислоти (їх 20) з'єднані між собою пептидними зв'язками, утворюючи поліпептидний ланцюг (первинну структуру білка). Вона закручується в спіраль, утворюючи, своєю чергою, вторинну структуру білка. Завдяки певній просторовій орієнтації поліпептидного ланцюга виникає третинна структура білка, що визначає специфічність та біологічну активність молекули білка. Декілька третинних структур, об'єднуючись між собою, утворюють четвертинну структуру.
Білки виконують найважливіші функції. Ферменти– біологічні каталізатори, що збільшують швидкість хімічних реакцій у клітині у сотні тисяч мільйонів разів, є білками. Білки, входячи до складу всіх клітинних структур, виконують пластичну (будівельну) функцію. Рухи клітин також здійснюють білки. Вони забезпечують транспорт речовин у клітину, з клітини та всередині клітини. Важливою є захисна функція білків (антитіла). Білки є одним із джерел енергії.
Вуглеводиподіляються на моносахариди та полісахариди. Останні побудовані з моносахаридів, що є, подібно до амінокислот, мономерами. Серед моносахаридів у клітині найбільш важливі глюкоза, фруктоза (містить шість атомів вуглецю) та пентоза (п'ять атомів вуглецю). Пентози входять до складу нуклеїнових кислот. Моносахариди добре розчиняються у воді. Полісахариди погано розчиняються у воді (у тваринних клітинах глікоген, у рослинних – крохмаль та целюлоза. Вуглеводи є джерелом енергії, складні вуглеводи, з'єднані з білками (глікопротеїди), жирами (гліколіпіди), беруть участь в утворенні клітинних поверхонь та взаємодіях клітин.
До ліпідамвідносяться жири та жироподібні речовини. Молекули жирів побудовані з гліцерину та жирних кислот. До жироподібних речовин належать холестерин, деякі гормони, лецитин. Ліпіди, що є основним компонентом клітинних мембран (вони описані нижче), виконують цим будівельну функцію. Ліпіди – найважливіші джерела енергії. Так, якщо при повному окисненні 1 г білка чи вуглеводів звільняється 17,6 кДж енергії, то при повному окисненні 1 г жиру – 38,9 кДж. Ліпіди здійснюють терморегуляцію, захищають органи (жирові капсули).
Нуклеїнові кислотиє полімерними молекулами, утвореними нуклеотидними мономерами. Нуклеотид складається з пуринової або піримідинової основи, цукру (пентози) та залишку фосфорної кислоти. У всіх клітинах існує два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонулеїнова (ДНК) та рибонуклеїнова (РНК), які відрізняються за складом основ та цукрів (табл. 1, Мал. 2).
Мал. 2. Просторова структура нуклеїнових кислот (за Б. Албертсом та співавт., З ізм.). I – РНК; II – ДНК; стрічки - сахарофосфатні кістяки; A, C, G, T, U – азотисті основи, грати між ними – водневі зв'язки
Молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених одна довкола іншої у вигляді подвійної спіралі. Азотисті основи обох ланцюгів з'єднані між собою комплементарно водневими зв'язками. Аденін з'єднується тільки з тиміном, а цитозин – з гуаніном(А - Т, Г - Ц). У ДНК записана генетична інформація, яка визначає специфічність білків, що синтезуються клітиною, тобто послідовність амінокислот в поліпептидному ланцюгу. ДНК передає у спадок всі властивості клітини. ДНК міститься в ядрі та мітохондріях.
Молекула РНК утворена одним полінуклеотидним ланцюгом. У клітинах існує три типи РНК. Інформаційна, або месенджер РНК тРНК (від англ. Messenger - "посередник"), яка переносить інформацію про нуклеотидну послідовність ДНК в рибосоми (див. нижче).
Транспортна РНК (тРНК), яка переносить амінокислоти рибосоми. Рибосомальна РНК (рРНК), яка бере участь у освіті рибосом. РНК міститься в ядрі, рибосомах, цитоплазмі, мітохондріях, хлоропластах.
Таблиця 1
Склад нуклеїнових кислот
Loading...