Хiмiчний склад клiтки
Хiмiчнi процеси, що протiкають у клiтцi, — одне з основних умов ïï життя, розвитку, функцiонування. Всi клiтки рослинних i тваринних органiзмiв, а також мiкроорганiзмiв подiбнi по хiмiчному складi, що свiдчить про єднiсть органiчного миру. З 109 елементiв перiодичноï системи Менделєєва в клiтках виявлена значна ïхня бiльшiсть. Однi елементи втримуються в клiтках у вiдносно великiй кiлькостi, iншi — у малому (див. таблицю нижче).Змiст хiмiчних елементiв у клiтцi
| Елементи | Кiлькiсть (в %) | Елементи | Кiлькiсть (в %) |
| Кисень
Вуглець Водень Азот Фосфор Калiй Сiрка Хлор | 65 — 70
15 — 18 8 — 10 1,5 — 3,0 ,20 — 1,00 ,15 — 0,4 ,15 — 0,2 ,05 — 0,10 | Кальцiй
Магнiй Натрiй Залiзо Цинк Мiдь Йод Фтор | 0,04 — 2,00
,02 — 0,03 ,02 — 0,03 ,01 — 0,015 ,0003 ,0002 ,0001 ,0001 |
Змiст у клiтцi хiмiчних сполук
| З'єднання (в %) | |||
| Неорганiчнi | Органiчнi | ||
Вода
Неорганiчнi речовини | 70 — 80
1,0 — 1,5 | Бiлки Вуглеводи
Жири Нуклеиновие кислоти АТФ i iншi низькомолекулярнi органiчнi речовини | 10 — 20
,2 — 2,0 1 — 5 1,0 — 2,0 ,1 — 0,5 |
Вода визначає фiзичнi властивостi клiтки — ïï обсяг, пружнiсть. Велике значення води в утвореннi структури молекул органiчних речовин, зокрема структури бiлкiв, що необхiдна для виконання ïхнiх функцiй. Велике значення води як розчинника: багато речовин надходять у клiтку iз зовнiшнього середовища у водяному розчинi й водному ж розчинi вiдпрацьованi продукти виводяться iз клiтки. Нарештi, вода є безпосереднiм учасником багатьох хiмiчних реакцiй (розщеплення бiлкiв, вуглеводiв, жирiв i iн.).
Пристосованiсть клiтки до функцiонування у водному середовищi служить доводом на користь того, що життя на Землi зародилася вводе.
Бiологiчна роль води визначається особливiстю ïï молекулярноï структури, полярнiстю ïï молекул
До неорганiчних речовин клiтки, крiм води, ставляться також солi . Для процесiв життєдiяльностi iз вхiдних до складу солей катiонiв найбiльш важливi K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , з анiонiв — HPO 4 - , H 2 PO 4 - , Cl - , HCO 3 - .
Концентрацiя катiонiв i анiонiв у клiтцi й у середовищi ïï перебування, як правило, рiзко рiзна. Поки клiтка жива, спiввiдношення iонiв усерединi й поза клiткою непохитно пiдтримується. Пiсля смертi клiтки змiст iонiв у клiтцi й у середовищi швидко вирiвнюється. iони, Що Втримуються в клiтцi, мають велике значення для нормального функцiонування клiтки, а також для пiдтримки усерединi клiтки постiйноï реакцiï. Незважаючи на те що в процесi життєдiяльностi безупинно утворяться кислоти й луги, у нормi реакцiя клiтки слабощелочная, майже нейтральна
Неорганiчнi речовини втримуються в клiтцi не тiльки в розчиненому, але й у твердому станi. Зокрема, мiцнiсть i твердiсть кiстковоï тканини забезпечуються фосфатом кальцiю, а раковин молюскiв — карбонатом кальцiю
Органiчнi речовини Органiчнi речовини утворять близько 20 — 30% складу клiтки Биополимери. До биополимерам ставляться вуглеводи й бiлки
Вуглеводи. До складу вуглеводiв входять атоми вуглецю, кисню, водню. Розрiзняють простi й складнi вуглеводи. Простi — моносахариди. Складнi — полiмери, мономерами яких є моносахариди (олигосахариди й полисахариди). Зi збiльшенням числа мономерних ланок розчиннiсть полисахаридов зменшується, солодкий смак зникає. Бiологiчна роль вуглеводiв — див. таблицю нижче.
Бiологiчна роль вуглеводiв
загальна формула C n H 2 n O n
| Вуглеводи | Де втримуються | Бiологiчна роль | Якi бiлки-ферменти й бiлки-гормони дiють на вуглеводи |
| Моносахариди :
Глюкоза Рибоза | У клiтках У сотаве нуклеинових кислот | Джерело енергiï
Входить у структуру гена | Ферменти клiтинних мембранФермент рибонуклеаза |
| Дисахариди:
Буряковий цукор Молочний цукор | У клiтках рослин
У молоцi | Джерело енергiï
Джерело енергiï | Ферменти кишечника
людини й тварин
Ферменти соку пiдшлунковоï залози |
| Полисахариди:
Крохмаль Глiкоген | У клiтках рослин
У клiтках печiнки | Джерело енергiï
Джерело енергiï | Ферменти слини, соку пiдшлунковоï залози
Бiлок-Гормон iнсулiн |
Бiлки - неперiодичнi полiмери, мономерами яких є амiнокислоти. До складу всiх бiлкiв входять атоми вуглецю, водню, кисню, азоту. У багато бiлкiв, крiм того, входять атоми сiрi. Є бiлки, до складу яких входять також атоми металiв — залiза, цинку, мiдi. Наявнiсть кислотноï й основноï груп обумовлює високу реактивнiсть амiнокислот. З аминогруппи однiєï амiнокислоти й карбоксилу iншоï видiляється молекула води, а електрони, що звiльнилися, утворять пептидную зв'язок: CO — NN (ïï вiдкрив в 1888 роцi професор А. Я. Данилевський), тому бiлки називають полiпептидами. Молекули бiлкiв — макромолекули. Вiдомо багато амiнокислот. Але як мономери будь-яких природних бiлкiв — тваринних, рослинних, мiкробних, вiрусних — вiдомо тiльки 20 амiнокислот. Вони одержали назву “чарiвних”. Той факт, що бiлки всiх органiзмiв побудованi з тих самих амiнокислот — ще один доказ єдностi живого миру на Землi
Двадцять амiнокислот, що входять до складу природних бiлкiв (”чарiвнi” амiнокислоти)
| Амiнокислота | Скорочене
назва | Амiнокислота | Скорочене
назва |
|
Аланин Аргiнiн Аспарагин Аспарагiнова кислота Валин Гистидин Глiцин Глутамин Глутаминовая кислота Изолейцин | Червона
Арг Асн Асп Вал Гис Гли Глн Глу Мулi | Лейцин
Лiзин Метiонiн Пролин Серин Тирозин Треонин Триптофан Фенилаланин Цистеин | Лий
Лиз Позначок Про Сiрий Тир Тре Три Фен Цис |
Первинна структура — полiпептидний ланцюг з амiнокислот, зв'язаних у певнiй послiдовностi ковалентними пептидними зв'язками;
Вторинна структура — полiпептидний ланцюг у виглядi спирали. Мiж пептидними зв'язками сусiднiх виткiв i iнших атомiв виникають численнi водневi зв'язки, що забезпечують мiцну структуру;
Третинна структура — специфiчна для кожного бiлка конфiгурацiя — глобула. Утримується малопрочними гiдрофобними зв'язками або силами зчеплення мiж неполярними радикалами, якi зустрiчаються в багатьох амiнокислот. Є також ковалентнi S — S -зв'язку, що виникають мiж вилученими друг вiд друга радикалами серосодержащей амiнокислоти цистеина;
Четвертинна структура виникає при з'єднаннi декiлькох макромолекул, що утворять агрегати. Так, гемоглобiн кровi людини представляє агрегат iз чотирьох макромолекул
Порушення природноï структури бiлка називають денатурацiєю. Вона виникає пiд впливом високоï температури, хiмiчних речовин, променистоï енергiï й iн. факторiв
Роль бiлка в життi клiток i органiзмiв:
Будiвельна (структурна) — бiлки — будiвельний матерiал органiзму (оболонки, мембрани, органоиди, тканини, органи);
Каталiтична функцiя — ферменти, що прискорюють реакцiï в сотнi мiльйонiв разiв;
Опорно-рухова функцiя — бiлки, що входять до складу костей кiстяка, сухожиль; рух жгутикових, iнфузорiй, скорочення м'язiв;
Транспортна функцiя — гемоглобiн кровi;
Захисна — антитiла кровi знешкоджують чужорiднi речовини;
Енергетична функцiя — при розщепленнi бiлкiв 1 г звiльняє 17,6 кДж енергiï;
Регуляторнi й гормональна — бiлки входять до складу багатьох гормонiв i беруть участь у регуляцiï життєвих процесiв органiзму;
Рецепторна — бiлки здiйснюють процес виборчого дiзнавання окремих речовин i ïхнє приєднання кмолекулам.
Ферменти - бiлки й биополимери. Синтезуються в рибосомах. Бувають двох типiв: однокомпонентнi (складаються тiльки з бiлка) i двухкомпонентние (з бiлка й небiлкового компонента неорганiчного [металу] i органiчного [вiтамiну]). Майже кожна хiмiчна реакцiя в клiтцi катализируется особливим ферментом. Обов'язковим етапом у катализируемой реакцiï є взаємодiя ферменту з речовиною, перетворення якого вiн катализирует — iз субстратом. Утвориться фермент — субстратний комплекс. Активний центр — це дiлянка бiлковоï молекули, що забезпечує з'єднання ферменту iз субстратом i дає можливiсть для подальших перетворень субстрату (це або функцiональна група, або окрема амiнокислота). Фермент орiєнтує функцiональнi групи, що входять в активний центр, щоб виявилася найбiльша каталiтична активнiсть. Ферменти беруть участь у синтезi бiлка, ДНК i РНК. Вони втримуються в слинi, у шлунковому соку, у кожнiй клiтцi
Лiпiди - нерозчиннi у водi жири й жироподобние речовини, що складаються iз глiцерину й високомолекулярних жирних кислот. Жири — складнi ефiри трехатомного спирту глiцерину й вищих жирних кислот. Твариннi жири втримуються в молоцi, м'ясi, пiдшкiрнiй клiтковинi. У рослин — у насiннях, плодах. Крiм жирiв у клiтках присутнi i ïхнi похiднi — стероïди (холестерин, гормони й жирорастворимие вiтамiни А, D, ДО, Е, F ).
Лiпiди є:
Структурними елементами мембран клiток i клiтинних органелл;
Енергетичним матерiалом (1г жиру, окисляючись, видiляє 39 кДж енергiï);
Запасними речовинами;
Виконують захисну функцiю (у морських i полярних тварин);
Впливають на функцiонування нервовоï системи;
Джерело води для органiзму (1кг, окисляючись, дає 1,1кг води).
Нуклеиновие кислоти. Назва “нуклеиновие кислоти” походить вiд латинського слова “нуклеус”, тобто ядро: вони вперше були виявленi в клiтинних ядрах. Бiологiчне значення нуклеинових кислот дуже велико. Вони вiдiграють центральну роль у зберiганнi й передачi спадкоємних властивостей клiтки, тому ïх часто називають речовинами спадковостi. Нуклеиновие кислоти забезпечують у клiтцi синтез бiлкiв, точно таких же, як у материнськiй клiтцi й передачу спадкоємноï iнформацiï. Iснує два види нуклеинових кислот — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) i рибонуклеиновая кислота (РНК).
Молекула ДНК складається iз двох спiрально закручених ланцюгiв. ДНК — полiмер, мономерами якого є нуклеотиди. Нуклеотиди — з'єднання, що складаються з молекули фосфорноï кислоти, вуглеводу дезоксирибози й азотистоï пiдстави. У ДНК чотири типи азотистих пiдстав: аденин (А), гуанiн (Г), цитозин (Ц), тимин (Т). Кожний ланцюг ДНК — полинуклеотид, що складається з декiлькох десяткiв тисяч нуклеотидов. Подвоєння ДНК — редуплiкацiя — забезпечує передачу спадкоємноï iнформацiï вiд материнськоï клiтки кдочерним.
РНК - полiмер, за структурою подiбний з одним ланцюжком ДНК, але менших розмiрiв. Мономери РНК — нуклеотиди, що складаються з фосфорноï кислоти, вуглеводу рибози й азотистоï пiдстави. Замiсть тимина в РНК є присутнiм урацил. Вiдомi три види РНК: iнформацiйна ( i-рнк) — передає iнформацiю про структуру бiлка з молекули ДНК; транспортна ( т-рнк) — транспортує амiнокислоти до мiсця синтезу бiлка; рибосомная ( р-рнк) — утримується в рибосомах, бере участь у пiдтримцi структури рибосоми
АТФ. Дуже важливу роль у бiоенергетицi клiтки грає адениловий нуклеотид, до якого приєднанi два залишки фосфорноï кислоти. Таку речовину називають аденозинтрифосфорной кислотою (АТФ). АТФ — унiверсальний бiологiчний акумулятор енергiï: свiтлова енергiя сонця й енергiя, укладена в споживанiй ïжi, запасається в молекулах АТФ. АТФ — нестiйка структура, при переходi АТФ в АДФ (аденозиндифосфат) видiляється 40 кДж енергiï. АТФ утвориться в мiтохондрiях клiток тварин i при фотосинтезi в хлоропластах рослин. Енергiя АТФ використовується для здiйснення хiмiчноï (синтез бiлкiв, жирiв, вуглеводiв, нуклеинових кислот), механiчноï (рух, робота м'язiв) робiт, трансформацiï в електричнi або свiтлову (розряди електричних скатiв, вугрiв, свiтiння комах) енергiï
