Органічні речовини у клітиніВони становлять 20-30% маси клітини. До них відносяться біополімери – білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, жири, АТФ тощо. У різні типи клітин входять неоднакова кількість органічних сполук. У рослинних клітинах переважають складні вуглеводи, тварин – білки та жири. Тим не менш, кожна група органічних речовин у будь-якому типі клітин виконує функції: забезпечення енергією, є будівельним матеріалом, несе інформацію і т.д. Білки.Серед органічних речовин клітини, білки займають перше місце за кількістю та за значенням. У тварин ними припадає 50% сухої маси клітини. В організмі людини зустрічається безліч типів молекул білків, що відрізняються один від одного і від білків інших організмів. Не дивлячись на велику різноманітність і складність будови, білки побудовані з 20 амінокислот: 
Пептидна зв'язок:
Об'єднуючись, молекули утворюють: дипептид, трипептид чи полипептид. Це з'єднання 20 і більше амінокислот. Порядок перетворення амінокислот у молекулі найрізноманітніший. Це дозволяє існування 
варіантів, що відрізняються вимогою та властивостями молекул білка. Послідовність амінокислот у молекулі називається структурою. Первинна – лінійна. Вторинна – спіральна. Третинна – глобули. Четвертична - об'єднання глобул (гемоглобін). Втрата молекулою структурної організації називається денатурацією. Вона викликається зміною температури, РН, опроміненням. При незначному вплив молекула може відновлювати свої властивості. Це використовується у медицині (антибіотики). Функції білків у клітині різноманітні. Найважливіша – будівельна. Білки беруть участь у освіті всіх клітинних мембран в органоїдах. Винятково важливою є каталітична функція – всі ферменти – це білки. Двигуну функцію забезпечують скоротливі білки. Транспортна – полягає у приєднанні хімічних елементів та перенесенні їх до тканин. Захисна функція забезпечується спеціальними білками - антитілами, що утворюються в лейкоцитах. Білки є джерелом енергії – при повному розщепленні 1г білка виділяється 11,6 кДж. Вуглеводи.Це сполуки вуглецю водню та кисню. Представлені цукром. У клітині міститься до 5%. Найбільш багаті – рослинні клітини – до 90% маси (картопля, рис). Вони поділяються на прості та складні. Прості - моноцукору (глюкоза) З 6 Н 12 Про 6, виноградний цукор, фруктоза. Дисахара – (сахароза) З ]2 Н 22 Про 11 буряковий і очеретяний цукор. Полисахара (целюлоза, крохмаль) (C 6 H 10 O 5)n. Вуглеводи виконують в основному будівельну та енергетичну функції. При окисненні 1г вуглеводу виділяється 17,6 кДж. Крохмаль і глікоген є енергетичним запасом клітини. Ліпіди.Це жири та жироподібні речовини в клітині. Є складними ефірами гліцерину і високомолекулярних насичених і ненасичених кислот. Можуть бути твердими та рідкими – олії. У рослин містяться в насінні, від 5-15% сухої речовини. Основна функція – енергетична – при розщепленні 1г жиру виділяється 38,9 кДж. Жири - це запаси поживних речовин. Жири виконують будівельну функцію, є гарним утеплювачем. Нуклеїнові кислоти.Це складні органічні сполуки. Складаються з, Н 2 ,О 2 ,N 2 , P. Містяться в ядрах і цитоплазмі. 
а) ДНК – біологічний полінуклеотид, що складається із двох ланцюгів нуклеотидів. Нуклеотиди – складаються з 4-х азотистих основ: 2-х пуринів – Аденіна та Валіна, 2-х піримедів Цитозину та Гуаніну, а також цукру – дезоксирибози та залишку фосфорної кислоти. У кожному ланцюзі нуклеотиди з'єднані ковалентними зв'язками. Ланцюги нуклеотидів утворюють спіралі. Спіраль ДНК, упакована білками, утворює структуру – хромосому. б) РНК – це полімер, мономерами якого є нуклеотиди, близькі ДНК, азотисті основи – А, Р, Ц. Замість тиміну є Урація. Вуглеводом РНК є рибоза, є залишок фосфорної кислоти.
Дволанцюгові РНК – носії генетичної інформації. Одноланцюгові – переносять інформацію про послідовність амінокислот у білку. Існує кілька одноланцюжкових РНК: - рибосомна – 3-5 тис.нуклеотидів; - інформаційна – 300-30000 нуклеотидів; - Транспортна – 76-85 нуклеотидів. Синтез білка складає рибосомах за участю всіх видів РНК.
Контрольні питання
1. Клітина – організм чи його частина? 2. Елементарний склад клітин. 3. Вода та мінеральні речовини. 4. Органічні речовини клітини. 5. Білки. 6. Вуглеводи, жири. 7. ДНК. 8. РНК.
Тема 2.2 Будова та функції клітини
Контрольні питання
1. Що розуміють під рівнем організації клітини? 2. Характеристика прокаріотів та еукаріотів. 3. Будова прокаріотів. 4. Морфологія прокаріотів. 5. Будова еукаріотів. 6. Будова та функції ядра. 7. Каріотип та його особливості. 8. Будова та функції ядерця. Тема 2.2.1 Комплекс Гольджі, лізосоми, мітохондрії,
рибосоми, клітинний центр; органоїди руху
Цитоплазма– це внутрішнє напіврідке середовище клітини, в якому протікають усі біохімічні процеси. Вона містить структури – органоїди та здійснює зв'язок між ними. Органоїди мають закономірні особливості будови та поведінки у різні періоди життєдіяльності клітини та виконують певні функції. Є органоїди властиві всім клітинам - мітохондрії, клітинний центр, апарат Гольджі, рибосоми, ЕПС, лізосоми. Органоїди руху – джгутики та вії характерні для одноклітинних організмів. У цитоплазмі відкладаються різні речовини – включення. Це постійні структури, що виникають у процесі життєдіяльності. Щільні включення – це гранули, рідкі – вакуолі. Їхні розміри обумовлені життєдіяльністю клітин. В основі структурної організації клітин лежить мембранний принцип будови. Це означає, що клітина переважно побудована з мембран. Усі мембрани мають схожу будову. Прийнятою вважається модель рідинно-мозаїчної будови: мембрана утворена двома рядами ліпідів, які на різну глибину занурені молекули білків. Зовнішня цитоплазматична мембранаВона є у всіх клітин та відокремлює цитоплазму від зовнішнього середовища, утворюючи поверхню клітини. Поверхня клітини неоднорідна, її фізіологічні властивості різні. Клітина має високу міцність і еластичність. У цитоплазматичної мембрані є пори, якими відбувається перехід молекул речовин. Надходження речовин у клітину - це процес, що йде з витратою енергії. Клітинна мембрана має властивість напівпроникності. Механізмом забезпечує напівпроникність є осмос. Крім осмосу, хімічні речовини та тверді тіла можуть проникати в клітину за рахунок випинання – це піноцетоз та фагоцитоз. Цитоплазматична мембрана також забезпечує зв'язок між клітинами в тканинах багатоклітинних організмів рахунок численних складок і виростів.Органічні речовини, що входять до складу клітини.
Органічні сполуки становлять загалом 20-30% маси клітини живого організму. До них відносяться біологічні полімери - білки, нуклеїнові кислоти та вуглеводи, а також жири та ряд невеликих молекул - гормонів, пігментів, АТФ та багато інших. У різні типи клітин входить неоднакова кількість органічних сполук. У рослинних клітинах переважають складні вуглеводи – полісахариди; у тварин – більше білків та жирів. Тим не менш, кожна з груп органічних речовин у будь-якому типі клітин виконує подібні функції.
Білки. Серед органічних речовин клітини білки посідають перше місце як за кількістю, так і за значенням. У тварин ними припадає близько 50% сухої маси клітини. У людини зустрічається 5 млн. типів білкових молекул, відмінних як друг від друга, а й від білків інших організмів.
Незважаючи на таку різноманітність і складність будови, вони побудовані лише з 20 різних амінокислот.
Білки, виділені з живих організмів - тварин, рослин і мікроорганізмів, включають кілька сотень, а іноді і тисяч комбінацій 20 основних амінокислот. Порядок їх чергування найрізноманітніший, що уможливлює існування великої кількості молекул білка, відмінних друг від друга. Наприклад, для білка, що складається всього з 20 залишків амінокислот, теоретично можливо близько 21018 варіантів, що відрізняються чергуванням амінокислот, а значить, і властивостями різних білкових молекул. Послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі прийнято називати первинною структурою білка. Проте молекула білка як ланцюга амінокислот, послідовно з'єднаних між собою пептидними зв'язками, ще здатна виконувати специфічні функції. Для цього потрібна більш висока структурна організація. Шляхом утворення водневих зв'язків між залишками карбоксильних та аміногруп різних амінокислот білкова молекула набуває вигляду спіралі. Це вторинна структура білка. Але її часто недостатньо набуття характерної активності. Тільки молекула, що має третинну структуру, може виконувати роль каталізатора або будь-яку іншу. Третинна структура утворюється завдяки взаємодії радикалів, зокрема радикалів амінокислоти цистеїну, що містять сірку. Атоми сірки двох амінокислот, що знаходяться на певній відстані один від одного в поліпептидному ланцюзі, з'єднуються, утворюючи так звані дисульфідні, або 5-3 зв'язки. Завдяки цим взаємодіям, а також іншим менш сильним зв'язкам білкова спіраль згортається і набуває форми кульки, або глобули. Спосіб укладання поліпептидних спіралей у глобули називають третинною структурою білка. Багато білків, що мають третинну структуру, можуть виконувати свою біологічну роль у клітині. Однак для деяких функцій організму потрібна участь білків із ще вищим рівнем організації. Така організація називається четвертинною структурою. Вона є функціональне об'єднання кількох (двох, трьох і більше) молекул білка з третинною організацією. Приклад такого складного білка – гемоглобін. Його молекула складається із чотирьох пов'язаних між собою молекул.
Втрата білкової молекулою своєї структурної організації називається денатурацією.
Денатурація може бути викликана зміною температури, зневодненням, опроміненням рентгенівськими променями та іншими впливами. Спочатку руйнується найслабша структура - четвертинна, потім третинна, вторинна і за найжорсткіших умов - первинна. Якщо зміна умов середовища не призводить до руйнування первинної структури молекули, то за відновлення нормальних умов середовища повністю відтворюється і структура білка. Такий процес зветься ренатурації. Ця властивість білків повністю відновлювати втрачену структуру широко використовується в медичній та харчовій промисловості для приготування деяких медичних препаратів, наприклад антибіотиків, для отримання харчових концентратів, що зберігають тривалий час у висушеному вигляді свої поживні властивості.
Функції білків у клітині надзвичайно різноманітні. Одна з найважливіших – будівельна функція: білки беруть участь в утворенні всіх клітинних мембран та органоїдів клітини, а також позаклітинних структур. Винятково важливе значення має каталітична роль білків. Усі ферменти - речовини білкової природи, вони прискорюють хімічні реакції, які у клітині у десятки і сотні тисяч разів.
Двигуна функція живих організмів забезпечується спеціальними скорочувальними білками. Ці білки беруть участь у всіх видах руху, до яких здатні клітини та організми: мерехтіння вій і биття джгутиків у найпростіших, скорочення м'язів у багатоклітинних тварин, рух листя у рослин та ін.
Транспортна функція білків полягає в приєднанні хімічних елементів (наприклад, кисню) або біологічно активних речовин (гормонів) та перенесенні їх до різних тканин та органів тіла.
При вступі до організму чужорідних білків чи мікроорганізмів у білих кров'яних тільцях - лейкоцитах - утворюються особливі білки - антитіла. Вони пов'язують та знешкоджують не властиві організму речовини – це захисна функція.
Білки є одним із джерел енергії в клітині, тобто виконують енергетичну функцію. При повному розщепленні 1 г білка виділяється 17,6 кДж енергії.
Вуглеводи. Вуглеводи, або сахариди, - органічні речовини. Більшість вуглеводів число атомів водню вдвічі перевищує кількість атомів кисню. Тому ці речовини були названі вуглеводами.
У тваринній клітині вуглеводи перебувають у кількостях, що не перевищують 1-2, іноді 5%. Найбільш багаті на вуглеводи рослинні клітини, де їх вміст у деяких випадках досягає 90 % сухої маси (клубні картоплі, насіння тощо).
Вуглеводи бувають прості та складні. Прості вуглеводи називаються моносахаридами. Залежно від числа атомів вуглецю в молекулі моносахариди називаю тріозами – 3 атоми, тетрозами – 4, пентозами – 5 та гексозами – 6 атомів вуглецю. З шестивуглецевих моносахаридів - гексоз найбільш важливі глюкоза, фруктоза та галактоза. Глюкоза міститься у крові (0,1-0,12 %). Пентози – рибоза та дезоксирибоза – входять до складу нуклеїнових кислот та АТФ. Якщо в одній молекулі об'єднуються два моносахариди, така сполука називається дисахаридом. Харчовий цукор, що отримується з очерету або цукрових буряків, складається з однієї молекули глюкози та однієї молекули фруктози, молочний цукор - з глюкози та галактози.
Складні вуглеводи, утворені багатьма моносахаридами, називають полісахаридами. Мономером таких полісахаридів, як крохмаль, глікоген, целюлоза, є глюкоза.
Вуглеводи виконують дві основні функції: будівельну та енергетичну. Наприклад, целюлоза утворює стінки рослинних клітин; Складний полісахарид хітин - головний структурний компонент зовнішнього скелета членистоногих. Будівельну функцію хітин виконує й у грибів. Вуглеводи відіграють роль основного джерела енергії у клітині. У процесі окиснення 1 г вуглеводів звільняється 17,6 кДж. Крохмаль у рослин і глікоген у тварин, відкладаючись у клітинах, є енергетичним резервом.
Жири та ліпоїди. Жири (ліпіди) є сполуками високомолекулярних жирних кислот і триатомного спирту гліцерину. Жири не розчиняються у воді – вони гідро-фобні. У клітинах завжди є інші складні гідрофобні жироподібні речовини, звані ліпоїдами.
Одна з основних функцій жирів – енергетична. У ході розщеплення 1 г жирів звільняється велика кількість енергії – 38,9 кДж. Вміст жиру в клітині коливається в межах 5-15% маси сухої речовини. У клітинах жирової тканини кількість жиру зростає до 90%. Нагромаджуючись у клітинах жирової тканини тварин, у насінні та плодах рослин, жир служить запасним джерелом енергії.
Жири та ліпоїди виконують і будівельну функцію, вони входять до складу клітинних мембран. Завдяки поганій теплопровідності жир здатний виконувати функцію теплоізолятора. У деяких тварин (тюлені, кити) він відкладається у підшкірній жировій тканині, яка у китів утворює шар завтовшки до 1 м. Утворення деяких ліпоїдів передує синтезу низки гормонів. Отже, цим речовин властива і функція регуляції обмінних процесів.
Нуклеїнові кислоти. Значення нуклеїнових кислот у клітині дуже велике. Особливості їхньої хімічної будови забезпечують можливість зберігання, перенесення та передачі у спадок дочірнім клітинам інформації про сгруктуру білкових молекул, які синтезуються в кожній тканині на певному етапі індивідуального розвитку. Оскільки більшість властивостей та ознак клітин обумовлено білками, то зрозуміло, що стабільність нуклеїнових кислот – найважливіша умова нормальної життєдіяльності клітин та цілих організмів. Будь-які зміни будови нуклеїнових кислот спричиняють зміни структури клітин або активності фізіологічних процесів у них, впливаючи, таким чином, на життєздатність. Вивчення структури нуклеїнових кислот, яку вперше встановили американський біолог Вотсон та англійський фізик Крик, має винятково важливе значення для успадкування ознак у організмів та закономірностей функціонування, як окремих клітин, так і клітинних систем – тканин та органів.
Існують два типи нуклеїнових кислот: ДНК та РНК. ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) - біологічний полімер, що складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, з'єднаних один з одним. Мономери, що становлять кожну з ланцюгів ДНК, є складними органічними сполуками, що включають азотисті основи - аденін (А) або тимін (Т), цитозин (Ц) або гуанін (Г); п'ятиатомний цукор пентозу - дезоксирибозу на ім'я якої отримала назву і сама ДНК, а також залишок фосфорної кислоти. Ці сполуки звуться нуклеотидів. У кожному ланцюзі нуклеотиди з'єднуються між собою утворюючи кобалетні зв'язки між дезокарибозою одного нуклеотиду та залишком фосфорної кислоти іншого. Нуклеотиди можуть з'єднуватися тільки попарно: азотна основа А одного ланцюга полінуклеотидів завжди пов'язана двома водневими зв'язками з азотистою основою Т протилежного по-лінуклеотидного ланцюжка, а Г трьома водневими зв'язками з Ц. Така здатність до вибіркового з'єднання нуклеотидів, в результаті чого утворюються і Г-Ц, називається комплементарністю.
РНК (рибонуклеїнова кислота) також, як ДНК, є полімером, мономерами якого є нуклеотиди. Азотисті основи трьох нуклеотидів ті самі, що входять до складу ДНК (аденін, гуанін, цитозин), четверте - ура-цил - присутній в молекулі РНК замість тиміну. Нуклеотиди РНК відрізняються від нуклеотидів ДНК і за будовою вуглеводу, що входить до їх складу: вони включають іншу пентозу - ри-бозу (замість дезоксирибози). У ланцюжку РНК нуклеотиди з'єднуються шляхом утворення ковалентних зв'язків між дезоксирибозою одного нуклеотиду та залишком фосфорної кислоти іншого.
РНК переносять інформацію про послідовність амінокислот у білках, тобто про структуру білків від хромосом до місця їх синтезу, та беруть участь у синтезі білків.
Існує кілька видів РНК. Їх назви обумовлені виконуваною функцією чи місцезнаходженням у клітині. Більшу частину РНК цитоплазми (до 80-90%) становить рибосомальна РНК (рРНК), що міститься в рибосомах. Молекули рРНК відносно невеликі складаються з 3-5 тис. нуклеотидів. Інший вид РНК - інформаційні (іРНК), що переносять до рибосом інформацію про послідовність амінокислот в білках, які повинні синтезуватися. Розмір цих РНК залежить від довжини ділянки ДНК, де вони були синтезовані. Молекули іРНК можуть складатися із 300-30000 нуклеотидів. Транспортні Р/-//((тРНК) включають 76-85 нуклеотидів і виконують кілька функцій. Вони доставляють амінокислоти до місця синтезу білка, "дізнаються" (за принципом комплементарності) триплет іРНК, відповідний амінокислоті, що переноситься, здійснюють точну орієнтацію амінокислоти рибосомі.
І 33 дивитись у 31.
Відповіді до шкільних підручників
Елементи, які у живої природі, поширені й у неживої природі - атмосфері, воді, земної корі. Немає таких елементів, які зустрічалися виключно в живих організмах. Але співвідношення хімічних елементів, їхній внесок у освіту речовин, що становлять живий організм і неживе тіло, різко різняться. У живому організмі більшість елементів перебуває у вигляді хімічних сполук - речовин, розчинених у воді. Винятково у живих організмах містяться органічні речовини: білки, жири, вуглеводи та нуклеїнові кислоти.
2. Чи подібний хімічний склад рослинної та тваринної клітин?
Хімічний склад рослинної та тваринної клітин подібний. Всі живі організми складаються з тих самих елементів, неорганічних і органічних сполук. Однак вміст різних елементів у різних клітинах відрізняється. У кожен тип клітин входить неоднакова кількість певних органічних молекул. У рослинних клітинах переважають складні вуглеводи (клітковина, крохмаль), у тварин – більше білків та жирів. Кожна з груп органічних речовин (білки, вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти) у будь-якому типі клітин виконує властиві їй функції (нуклеїнова кислота – зберігання та передачу спадкової інформації, вуглеводи – енергетичну тощо).
3. Перерахуйте елементи, найпоширеніші у живих організмах.
До складу клітки входить близько 80 хімічних елементів. Залежно від цього, у якому числі містяться хімічні елементи у складі речовин, що утворюють живий організм, прийнято виділяти кілька груп. Одну групу утворюють чотири елементи, що становлять близько 98% маси клітини: кисень, водень, вуглець та азот. Їх називають макроелементами. Це домінуючі складові всіх органічних сполук.
В іншу групу входять сірка та фосфор, калій та натрій, кальцій та магній, марганець, залізо та хлор. Вони знаходяться в клітинах у менших кількостях (десяті та соті частки відсотка). Кожен із них виконує у клітині важливу функцію. Наприклад, кальцій і фосфор беруть участь у освіті кісткової тканини, визначаючи міцність кістки. Залізо входить до складу гемоглобіну - білка червоних кров'яних тілець (еритроцитів), що бере участь у перенесенні кисню від легень до тканин.
4. Які речовини належать до органічних?
До органічних речовин належать білки, нуклеїнові кислоти, жири, вуглеводи, а також гормони, пігменти, АТФ та деякі ін. Вони становлять у середньому 20-30% маси клітини живого організму.
5. У чому полягає роль білків у клітині?
Серед органічних речовин клітини білки посідають перше місце як за кількістю, так і за значенням. У тварин ними припадає близько 50% сухої маси клітини.
Роль білків у клітині надзвичайно велика і різноманітна. Одна з найважливіших функцій білків - будівельна: білки беруть участь у формуванні мембран та органоїдів не мембранної будови. Важливе значення має й інша функція - каталітична: певні білки прискорюють хімічні реакції, що протікають у клітині, у десятки та сотні тисяч разів.
Двигуна функція організму забезпечується скорочувальними білками. Ці білки беруть участь у всіх видах руху, яких здатні клітини і організми тварин.
Транспортна функція білків полягає в приєднанні хімічних елементів (наприклад, кисню) або біологічно активних речовин (гормонів) та перенесенні їх до різних тканин та органів тіла.
При вступі до організму чужорідних білків чи мікроорганізмів у білих кров'яних тільцях (лейкоцитах) утворюються особливі білки - антитіла. Вони пов'язують та знешкоджують невластиві організму речовини. У цьому полягає захисна функція білків.
Білки є одним із джерел енергії в клітині, тобто виконують енергетичну функцію.
6. Які речовини є основним джерелом енергії?
Основним джерелом енергії у клітинах тварин та рослин є вуглеводи. До них відносяться глюкоза, сахароза, клітковина, крохмаль та ін. «Спалюючи» глюкозу, організм отримує необхідну енергію для процесів обміну речовин, що проходять в ньому. Живі організми можуть запасати вуглеводи у вигляді крохмалю (у рослин) та глікогену (у тварин та грибів). У бульбах картоплі крохмаль може становити до 80% маси, а у тварин особливо багато вуглеводів у клітинах печінки та м'язах – до 5%.
Вуглеводи виконують інші функції, наприклад опорну і захисну. Клітковина входить до складу деревини, хітин утворює зовнішній скелет комах, ракоподібних та інших членистоногих.
7. Охарактеризуйте роль жирів у організмі.
Жири виконують в організмі ряд функцій, наприклад, служать запасним джерелом енергії. Вони дають організму до 30% всієї необхідної енергії. Виконують жири та будівельну функцію, входячи обов'язковими компонентами до складу клітинної та ядерної мембран. У деяких тварин жири накопичуються у великих кількостях і служать утеплювачем, тобто оберігають організм від втрати тепла (наприклад, у китів товщина жирового шару досягає 1 м).
Велике значення мають жири як внутрішній резерв води: в результаті розщеплення 1 кг жиру утворюється до 1,1 кг води. Це дуже важливо для тварин, що впадають у зимову сплячку, - ховрахів, бабаків: завдяки своїм підшкірним жировим запасам вони можуть не пити в цей час до двох місяців. Верблюди під час переходів пустелею обходяться без пиття до двох тижнів - необхідну організму воду вони витягають зі своїх горбів - вмістилищ жиру.
8. Яка роль води у клітці?
Найпоширеніша неорганічна сполука у живих організмах - вода. Її зміст коливається в широких межах: у клітинах емалі зубів - близько 10%, а в клітинах зародка, що розвивається, - більше 90%. У середньому, у багатоклітинному організмі вода становить близько 80% маси тіла. Насамперед, вода визначає фізичні властивості клітини, її об'єм, пружність. Численні хімічні реакції проходять саме у водному середовищі, оскільки вода – добрий розчинник. Та й сама вода бере участь у багатьох хімічних перетвореннях.
Вода допомагає видаленню з організму непотрібних та шкідливих речовин, що утворюються в результаті обміну (видільна функція), сприяє переміщенню кисню, вуглекислого газу та поживних речовин по організму (транспортна функція).
Вода має гарну теплопровідність і велику теплоємність. При зміні температури навколишнього середовища вода поглинає чи виділяє теплоту. Внаслідок цього температура всередині клітини залишається незмінною або її коливання виявляються значно меншими, ніж у навколишньому клітині середовищі (теплорегулююча функція).
9. Назвіть відомі вам вуглеводи.
До вуглеводів відносять такі природні органічні сполуки: глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, лактозу, хітин, крохмаль, глікоген та целюлозу.
10. Яку роль виконують у клітині нуклеїнові кислоти?
Нуклеїнові кислоти відповідальні за зберігання та передачу спадкових ознак від батьків до потомства. Вони входять до складу хромосом - спеціальних структур, розташованих у клітинному ядрі. Нуклеїнові кислоти знаходяться також у цитоплазмі та її органоїдах.
11. Який хімічний склад живих організмів?
Найбільш поширені елементи в живих організмах – кисень, вуглець, водень та азот. До складу живих організмів входять органічні речовини (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти) та неорганічні речовини (вода, мінеральні солі).
Органічні сполуки становлять загалом 20-30% маси клітини живого організму. До них відносяться біологічні полімери - білки, нуклеїнові кислоти та вуглеводи, а також жири та ряд невеликих молекул - гормонів, пігментів, АТФ та багато інших.
У різні типи клітин входить неоднакова кількість органічних сполук. У рослинних клітинах переважають складні вуглеводи – полісахариди, у тварин – більше білків та жирів. Тим не менш, кожна з груп органічних речовин у будь-якому типі клітин виконує подібні функції.
Білки, як правило, є потужними високоспецифічними ферментами та регулюють обмін речовин клітини.
Нуклеїнові кислоти є хранителями спадкової інформації. Крім того, нуклеїнові кислоти контролюють утворення відповідних білків-ферментів у потрібній кількості та у потрібний час.
Ліпіди . Серед низькомолекулярних органічних сполук, що входять до складу живих організмів, важливу роль відіграють ліпіди, до яких відносять жири, воски та різноманітні жироподібні речовини. Це гідрофобні сполуки, які не розчиняються у воді. Зазвичай загальний вміст ліпідів у клітині коливається в межах 5–15 % маси сухої речовини.
Однак у клітинах підшкірної жирової клітковини їх кількість зростає до 90%.
Широко поширені у природі нейтральні жири, які є сполуки високомолекулярних жирних кислот і трихатомного спирту гліцерину.
Модель (А) та схема будови (Б) молекули нейтрального жиру
У цитоплазмі клітин нейтральні жири відкладаються як жирових крапель.
Жири є джерелом енергії. При окисленні 1 г жиру до вуглекислого газу та води виділяється 38,9 кДж енергії (при окисленні 1 г глюкози – всього 17 кДж).
Жири є джерелом метаболічної води, з 1 г жиру утворюється 1,1 г води. Використовуючи свої жирові запаси, верблюди або суслики, що впадають в зимову сплячку, можуть обходитися без води тривалий час.
Жири переважно відкладаються у клітинах жирової тканини. Ця тканина служить енергетичним депо організму, оберігає його від втрати тепла та виконує захисну функцію. У порожнині тіла між внутрішніми органами у хребетних тварин формуються пружні жирові прокладки, які захищають органи від ушкоджень, а підшкірна жирова клітковина створює теплоізоляційний шар.
Віски –пластичні речовини, що мають водовідштовхувальні властивості. У комах вони є матеріалом для будівництва сот. Восковий наліт на поверхні листя, стебел, плодів захищає рослини від механічних пошкоджень, ультрафіолетового випромінювання та відіграє важливу роль у регуляції водного балансу.
Не менш важливе значення в організмі мають жироподібні речовини.
Представники цієї групи – фосфоліпіди – формують основу всіх біологічних мембран. За своєю структурою фосфоліпіди подібні до жирів, але в їх молекулі один або два залишки жирних кислот заміщені залишком фосфорної кислоти.
Важливу роль у життєдіяльності всіх живих організмів, особливо тварин, відіграє жироподібна речовина. холестерин. У кірковому шарі надниркових залоз, у статевих залозах і в плаценті з нього утворюються стероїдні гормони (кортикостероїди та статеві гормони). У клітинах печінки із холестерину синтезуються жовчні кислоти, необхідні нормального перетравлення жирів.
До жироподібних речовин відносять також жиророзчинні вітаміни А, D, E, K, які мають високу біологічну активність.
Вуглеводами називають речовини із загальною формулою Сn(H2O) m. Вуглеводи – одна з основних груп органічних речовин клітин. Вони є первинними продуктами фотосинтезу та вихідними продуктами біосинтезу інших органічних речовин у рослинах (органічні кислоти, спирти, амінокислоти та ін.), а також входять до складу клітин всіх інших організмів. У тваринній клітині міститься I-2% вуглеводів, у рослинних у деяких випадках – 85-90%.
Виділяють три групи вуглеводів:
- моносахариди, або прості цукри;
- олігосахариди-з'єднання, що складаються з 2-10 послідовно з'єднаних молекул простих Сахарів;
- полісахариди, що складаються з більш ніж 10 молекул простих Сахарів або їх похідних.
Моносахариди, це сполуки, в основі яких лежить нерозгалужена вуглецева ланцюжок, в якій при одному з атомів вуглецю знаходиться карбонільна група (С=0), а при решті - по одній гідроксильної групи. Залежно від довжини вуглецевого скелета (кількості атомів вуглецю) моносахариди поділяють на тріози (С3), гетрози (С4), пентози (С5), гексози (С6), гептози (С7). Прикладами пентоз є рибоза, дезоксирибозу, гексоз-глюкозу, фруктозу, галактозу.
Моносахариди добре розчиняються у воді, вони солодкі на смак. У водному розчині моносахариди, починаючи з пентоз, набувають кільцевої форми.
Олігосахариди.При гідролізі олігосахариди утворюють кілька молекул простих цукрів. В олігосахаридах молекули простих Сахарів з'єднані так званими глікозидними зв'язками, що з'єднують атом вуглецю однієї молекули через кисень з атомом вуглецю іншої молекули, наприклад:
До найважливіших олігосахаридів відносяться мальтоза (солодовий цукор), лактоза (молочний цукор) і сахароза (тростинний або буряковий цукор):
глюкоза + глюкоза = мальтоза;
глюкоза + галактоза – лактоза;
глюкоза + фруктоза = саxароза.
Ці цукру називають також дисахаридами.
Полісахариди. Це високомолекулярні (до 10 000 000 Так) біополімери, що складаються з великої кількості мономерів - простих Цукрів та їх похідних.
Полісахариди можуть складатися з моносахаридів одного або різних типів. У першому випадку вони називаються гомополісахариди (крохмаль, целюлоза, хітин та ін), у другому - гетеро-полісахариди (гепарин).
Полісахариди можуть мати лінійну, нерозгалужену структуру (целюлозу) або розгалужену (глікоген). Усі полісахариди не розчиняються у воді і не мають солодкого смаку. Деякі їх здатні набухати і ослизняться.
Найбільш важливими полісахаридами є:
- Целюлоза - лінійний полісахарид, що складається з кількох прямих паралельних кіл, з'єднаних між собою водневими зв'язками.
- Крохмаль (у рослин) і глікоген (у тварин, людини та грибів) є основними запасними полісахаридами з ряду причин: будучи нерозчинними у воді, вони не надають на клітину ні осмотичного, ні хімічного впливу, що важливо при тривалому знаходженні їх у живій клітці.
- Хітин утворений молекулами pVD-глюкози, в якій гідроксильна група при другому атомі вуглецю заміщена азотовмісною групою NHCOCH3. Його довгі паралельні ланцюги, як і ланцюги целюлози, зібрані в пучки. Хітін - основний структурний елемент покривів членистоногих та клітинних стінок грибів.
Функції вуглеводів:
Енергетична. Глюкоза - основне джерело енергії, що вивільняється у клітинах живих організмів у ході клітинного дихання. Крохмаль та глікоген складають енергетичний запас у клітинах.
Структурна. Целюлоза входить до складу клітинних оболонок рослин; хітин служить структурним компонентом покривів членистоногих та клітинних стінок багатьох грибів. Деякі олігосахариди - складова частина цитоплазматичної мембрани клітини (у вигляді глікопротеїнів та гліколіпідів), що утворює глікоколікс. Пентози беруть участь у синтезі нуклеїнових кислот (рибоза входить до складу РНК, дезоксирибозу - до складу ДНК), деяких коферментів (наприклад НАД, НАДФ, коферменту А, ФАД), АМФ; беруть участь у фотосинтезі (рибулозо-дифосфат є акцептором С02 у темновій фазі фотосинтезу).
Захисна.У тварин гепарин перешкоджає зсіданню крові, у рослин камеді та слизу, що утворюються при пошкодженні тканин, виконують захисну функцію.
2.3. Хімічний склад клітини. Макро- та мікроелементи. Взаємозв'язок будови та функцій неорганічних та органічних речовин (білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів, АТФ), що входять до складу клітини. Роль хімічних речовин у клітині та організмі людини.
Хімічний склад клітини
У складі живих організмів виявлено більшість хімічних елементів Періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва, відкритих до теперішнього часу. З одного боку, в них не міститься жодного елемента, якого не було б у неживій природі, а з іншого боку, їх концентрації в тілах неживої природи та живих організмах суттєво різняться.
Ці хімічні елементи утворюють неорганічні та органічні речовини. Незважаючи на те, що в живих організмах переважають неорганічні речовини, саме органічні речовини визначають унікальність їх хімічного складу та феномена життя в цілому, оскільки вони синтезуються переважно організмами в процесі життєдіяльності та відіграють у реакціях найважливішу роль.
Вивченням хімічного складу організмів і хімічних реакцій, які у них, займається наука біохімія.
Слід зазначити, що вміст хімічних речовин у різних клітинах та тканинах може суттєво різнитися. Наприклад, якщо у тварин клітинах серед органічних сполук переважають білки, то клітинах рослин — вуглеводи.
| Хімічний елемент | Земна кора | Морська вода | Живі організми |
| Про | 49,2 | 85,8 | 65-75 |
| З | 0,4 | 0,0035 | 15-18 |
| Н | 1,0 | 10,67 | 8-10 |
| N | 0,04 | 0,37 | 1,5-3,0 |
| Р | 0,1 | 0,003 | 0,20-1,0 |
| S | 0,15 | 0,09 | 0,15-0,2 |
| До | 2,35 | 0,04 | 0,15-0,4 |
| Са | 3,25 | 0,05 | 0,04-2,0 |
| Сl | 0,2 | 0,06 | 0,05-0,1 |
| Mg | 2,35 | 0,14 | 0,02-0,03 |
| Na | 2,4 | 1,14 | 0,02-0,03 |
| Fe | 4,2 | 0,00015 | 0,01-0,015 |
| Zn | < 0,01 | 0,00015 | 0,0003 |
| Су | < 0,01 | < 0,00001 | 0,0002 |
| I | < 0,01 | 0,000015 | 0,0001 |
| F | 0,1 | 2,07 | 0,0001 |
Макро- та мікроелементи
У живих організмах зустрічається близько 80 хімічних елементів, проте тільки для 27 з цих елементів встановлені їх функції в клітині та організмі. Інші елементи присутні в незначних кількостях, і, мабуть, потрапляють в організм з їжею, водою та повітрям. Зміст хімічних елементів у організмі значно відрізняється. Залежно від концентрації їх ділять на макроелементи та мікроелементи.
Концентрація кожного з макроелементів в організмі перевищує 0,01%, а їхній сумарний вміст — 99%. До макроелементів відносять кисень, вуглець, водень, азот, фосфор, сірку, калій, кальцій, натрій, хлор, магній та залізо. Перші чотири з перерахованих елементів (кисень, вуглець, водень та азот) називають також органогенними, оскільки вони входять до складу основних органічних сполук. Фосфор і сірка також є компонентами ряду органічних речовин, наприклад, білків і нуклеїнових кислот. Фосфор необхідний формування кісток і зубів.
Без макроелементів, що залишилися, неможливе нормальне функціонування організму. Так, калій, натрій та хлор беруть участь у процесах збудження клітин. Калій також необхідний роботи багатьох ферментів і утримання води у клітині. Кальцій входить до складу клітинних стінок рослин, кісток, зубів і раковин молюсків і потрібно скорочення м'язових клітин, і навіть для внутрішньоклітинного руху. Магній є компонентом хлорофілу - пігменту, що забезпечує протікання фотосинтезу. Він також бере участь у біосинтезі білка. Залізо, крім того, що воно входить до складу гемоглобіну, що переносить кисень у крові, необхідне протікання процесів дихання і фотосинтезу, і навіть функціонування багатьох ферментів.
Мікроелементи містяться в організмі в концентраціях менше 0,01%, а їхня сумарна концентрація в клітині не досягає і 0,1%. До мікроелементів належать цинк, мідь, марганець, кобальт, йод, фтор та ін. Цинк входить до складу молекули гормону підшлункової залози – інсуліну, мідь потрібна для процесів фотосинтезу та дихання. Кобальт є компонентом вітаміну В12, відсутність якого призводить до анемії. Йод необхідний синтезу гормонів щитовидної залози, які забезпечують нормальне протікання обміну речовин, а фтор пов'язані з формуванням емалі зубів.
Зміст хімічних елементів у різних клітинах та організмах неоднаковий, значною мірою він обумовлений умовами навколишнього середовища. Так, клітини морських водоростей містять відносно багато йоду, хребетних тварин – заліза, а молюсків та ракоподібних – міді.
Як недолік, і надлишок чи порушення обміну макро- і мікроелементів призводять до розвитку різних захворювань. Зокрема, недолік кальцію та фосфору викликає рахіт, брак азоту – тяжку білкову недостатність, дефіцит заліза – анемію, а відсутність йоду – порушення утворення гормонів щитовидної залози та зниження інтенсивності обміну речовин. Зменшення надходження фтору з водою та їжею значною мірою обумовлює порушення оновлення емалі зубів і, як наслідок, схильність до карієсу. Свинець токсичний майже всім організмів. Його надлишок викликає незворотні ушкодження головного мозку та центральної нервової системи, що проявляється втратою зору та слуху, безсонням, нирковою недостатністю, судомами, а також може призвести до паралічу і такого захворювання, як рак. Гостре отруєння свинцем супроводжується раптовими галюцинаціями та закінчується комою та смертю.
Нестачу макро- та мікроелементів можна компенсувати шляхом збільшення їх вмісту в їжі та питній воді, а також за рахунок прийому лікарських препаратів. Так, йод міститься у морепродуктах та йодованій солі, кальцій – у яєчній шкаралупі тощо.
Неорганічні речовини клітини
Хімічні елементи клітини утворюють різні сполуки - неорганічні та органічні. До неорганічних речовин клітини відносяться вода, мінеральні солі, кислоти та ін, а до органічних - білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди, АТФ, вітаміни та ін.
Вода (Н 2 0)
- Найбільш поширена неорганічна речовина клітини, що має унікальні фізико-хімічні властивості. Вона не має ні смаку, ні кольору, ні запаху. Щільність та в'язкість всіх речовин оцінюється по воді. Як і багато інших речовин, вода може перебувати в трьох агрегатних станах: твердому (лід), рідкому та газоподібному (пар). Температура плавлення води - 0 ° С, температура кипіння - 100 ° С, проте розчинення у воді інших речовин може змінювати ці характеристики. Теплоємність води також досить велика - 4200 кДж/моль.К, що дає можливість брати участь у процесах терморегуляції. У молекулі води атоми водню розташовані під кутом 105°, причому загальні електронні пари відтягуються більш електро-негативним атомом кисню. Це зумовлює дипольні властивості молекул води (один їх кінець заряджений позитивно, а інший негативно) і можливість утворення між молекулами води водневих зв'язків. Зчеплення молекул води лежить в основі явища поверхневого натягу, капілярності та властивостей води як універсального розчинника. Внаслідок цього всі речовини діляться на розчинні у воді (гідрофільні) та нерозчинні у ній (гідрофібні). Завдяки цим унікальним властивостям зумовлено те, що вода стала основою життя Землі.
Середній вміст води в клітинах організму неоднаковий і може змінюватися з віком. Так, у півторамісячного ембріона людини вміст води в клітинах досягає 97,5%, у восьмимісячного – 83%, у новонародженого знижується до 74%, а у дорослої людини становить у середньому 66%. Проте клітини організму різняться вмістом води. Так, у кістках міститься близько 20% води, у печінці – 70%, а у мозку – 86%. Загалом можна сказати, що концентрація води у клітинах прямо пропорційна інтенсивності обміну речовин.
Мінеральні солі
можуть перебувати у розчиненому чи нерозчиненому станах. Розчинні солі дисоціюють на іони - катіони та аніони. Найбільш важливими катіонами є іони калію та натрію, що полегшують перенесення речовин через мембрану та беруть участь у виникненні та проведенні нервового імпульсу; а також іони кальцію, який бере участь у процесах скорочення м'язових волокон та зсіданні крові; магнію, що входить до складу хлорофілу; заліза, що входить до складу низки білків, у тому числі гемоглобіну. Найважливішими аніонами є фосфат-аніон, що входить до складу АТФ та нуклеїнових кислот, та залишок вугільної кислоти, що пом'якшує коливання рН середовища. Іони мінеральних солей забезпечують і проникнення самої води у клітину, і її утримання у ній. Якщо в середовищі концентрація солей нижче, ніж у клітині, вода проникає в клітину. Також іони визначають буферні властивості цитоплазми, тобто її здатність підтримувати сталість слаболужної рН цитоплазми, незважаючи на постійне утворення у клітині кислотних та лужних продуктів.
Нерозчинні солі (СаС0 3 Са 3 (Р0 4) 2 та ін) входять до складу кісток, зубів, раковин і панцирів одноклітинних і багатоклітинних тварин.
Крім того, в організмах можуть вироблятися інші неорганічні сполуки, наприклад кислоти і оксиди. Так, клітини обкладання шлунка людини виробляють соляну кислоту, яка активує травний фермент пепсин, а оксид кремнію просочує клітинні стінки хвощів і утворює панцирі діатомових водоростей. В останні роки досліджується також роль оксиду азоту (II) у передачі сигналів у клітинах та організмі.
Органічні речовини
Загальна характеристика органічних речовин клітини
Органічні речовини клітини можуть бути представлені як відносно простими молекулами, так і складнішими. У тих випадках, коли складна молекула (макромолекула) утворена значною кількістю простих молекул, що повторюються, її називають полімером, а структурні одиниці — мономерами. Залежно від того, повторюються чи ні ланки полімерів, їх відносять до регулярних чи нерегулярних. Полімери становлять до 90% маси сухої речовини клітини. Вони відносяться до трьох основних класів органічних сполук - вуглеводів (полісахариди), білків та нуклеїнових кислот. Регулярними полімерами є полісахариди, а білки та нуклеїнові кислоти – нерегулярними. У білках і нуклеїнових кислотах послідовність мономерів є вкрай важливою, оскільки вони виконують інформаційну функцію.
Вуглеводи
- Це органічні сполуки, до складу яких входять в основному три хімічні елементи - вуглець, водень і кисень, хоча цілий ряд вуглеводів містить також азот або сірку. Загальна формула вуглеводів - З m (Н 2 0) n . Їх ділять на прості та складні вуглеводи.
Прості вуглеводи (моносахариди) містять єдину молекулу цукру, яку неможливо розщепити більш прості. Це кристалічні речовини, солодкі на смак та добре розчинні у воді. Моносахариди беруть активну участь в обміні речовин у клітині та входять до складу складних вуглеводів - олігосахаридів та полісахаридів.
Моносахариди класифікують за кількістю вуглецевих атомів (З 3 -З 9), наприклад, пентози (З 5) та гексози (З 6). До пентозів належать рибоза та дезоксирибоза. Рибоза входить до складу РНК та АТФ. Дезоксирибозу є компонентом ДНК. Гексози (З 6 Н 12 06) - це глюкоза, фруктоза, галактоза та ін.
Глюкоза(Виноградний цукор) зустрічається у всіх організмах, у тому числі в крові людини, оскільки є енергетичним резервом. Вона входить до складу багатьох складних Цукрів: сахарози, лактози, мальтози, крохмалю, целюлози та ін.
Фруктоза(плодовий цукор) у найбільших концентраціях міститься в плодах, меді, коренеплодах цукрових буряків. Вона не тільки бере активну участь у процесах обміну речовин, а й входить до складу сахарози та деяких полісахаридів, наприклад, інсуліну.
Більшість моносахаридів здатна давати реакцію «срібного дзеркала» та відновлювати мідь при додаванні фелінгової рідини (суміш розчинів сульфату міді (II) та калій-натрій виннокислого) та кип'ятінні.
До олігосахаридів відносять вуглеводи, утворені кількома залишками моносахаридів. Вони в основному також добре розчиняються у воді і солодкі на смак. Залежно кількості цих залишків розрізняють дисахариди (два залишку), трисахариды (три) та інших. До дисахаридам ставляться сахароза, лактоза, мальтоза та інших.
Сахароза (буряковий або очеретяний цукор) складається з залишків глюкози та фруктози, вона зустрічається в запасних органах деяких рослин. Особливо багато сахарози в корені-плодах цукрових буряків та цукрової тростини, звідки їх одержують промисловим способом. Вона є стандартом солодощі вуглеводів.
Лактоза, або молочний цукор, утворена залишками глюкози та галактози, міститься в материнському та коров'ячому молоці.
Мальтоза(солодовий цукор) складається із двох залишків глюкози. Вона утворюється в процесі розщеплення полісахаридів у насінні рослин та в травній системі людини, що використовується при виробництві пива.
Полісахариди - це біополімери, мономерами яких є залишки моно-або дисахаридів. Більшість полісахаридів нерозчинні у воді та несолодкі на смак. До них відносяться крохмаль, глікоген, целюлоза та хітин.
Крохмаль - це біла порошкоподібна речовина, що не змочується водою, але утворює при заварюванні гарячою водою завись - клейстер. Насправді крохмаль складається з двох полімерів – менш розгалуженої амілози та більш розгалуженого амілопектину. Мономером як амілози, і амілопектину є глюкоза. Крохмаль - основна запасна речовина рослин, яка у величезних кількостях накопичується в насінні, плодах, бульбах, кореневищах та інших запасних органах рослин. Якісною реакцією на крохмаль є реакція з йодом, при якій крохмал забарвлюється в синьо-фіолетовий колір.
Глікоген(Тваринний крохмаль) - це запасний полісахарид тварин і грибів, який у людини в найбільших кількостях накопичується в м'язах та печінці. Він також нерозчинний у воді та несолодкий на смак. Мономером глікогену є глюкоза. Порівняно з молекулами крохмалю молекули глікогену ще більш розгалужені.
Целюлоза, або клітковина, - Основний опорний полісахарид рослин. Мономером целюлози є глюкоза. Нерозгалужені молекули целюлози утворюють пучки, що входять до складу клітинних стінок рослин та деяких грибів. Целюлоза є основою деревини, вона використовується у будівництві, при виробництві тканин, паперу, спирту та багатьох органічних речовин. Целюлоза хімічно інертна і розчиняється ні кислотах, ні лугах. Вона також не розщеплюється ферментами травної системи людини, проте її перетравленню сприяють бактерії товстого кишківника. Крім того, клітковина стимулює скорочення стінок шлунково-кишкового тракту, сприяючи покращенню його роботи.
Хітін— це полісахарид, мономером якого є азотомісткий моносахарид. Він входить до складу клітинних стінок грибів і панцирів членистоногих. У травній системі людини також відсутній фермент перетравлення хітину, його мають лише деякі бактерії.
Функції вуглеводів.Вуглеводи виконують у клітині пластичну (будівельну), енергетичну, запасну та опорну функції. Вони утворюють клітинні стінки рослин та грибів. Енергетична цінність розщеплення 1 г вуглеводів становить 17,2 кДж. Глюкоза, фруктоза, сахароза, крохмаль та глікоген є запасними речовинами. Вуглеводи можуть також входити до складу складних ліпідів та білків, утворюючи гліколіпіди та глікопротеїни, зокрема у клітинних мембранах. Не менш важливою представляється роль вуглеводів у міжклітинному впізнанні та сприйнятті сигналів зовнішнього середовища, оскільки вони у складі глікопротеїнів виконують функції рецепторів.
Ліпіди
- це різнорідна в хімічному відношенні група низькомолекулярних речовин із гідрофобними властивостями. Дані речовини нерозчинні у воді, утворюють емульсії, але при цьому добре розчиняються в органічних розчинниках. Ліпіди масляністи на дотик, багато хто з них залишає на папері характерні невисихаючі сліди. Разом з білками та вуглеводами вони є одними з основних компонентів клітин. Вміст ліпідів у різних клітинах неоднаковий, особливо багато їх у насінні та плодах деяких рослин, у печінці, серці, крові.
Залежно від будови молекули ліпіди ділять на прості та складні. До простих ліпідів відносяться нейтральні ліпіди (жири), воски, стерини та стероїди. Складні ліпіди містять інший, неліпідний компонент. Найбільш важливими з них є фосфоліпіди, гліколіпіди та ін.
Жири є похідними триатомного спирту гліцерину та вищих жирних кислот. Більшість жирних кислот містить 14-22 вуглецевих атоми. Серед них є як насичені, так і ненасичені, тобто такі, що містять подвійні зв'язки. З насичених жирних кислот найчастіше зустрічаються пальмітинова та стеаринова, а з ненасичених – олеїнова. Деякі ненасичені жирні кислоти не синтезуються в організмі людини або синтезуються в недостатній кількості, і тому незамінні. Залишки гліцерину утворюють гідрофільні "головки", а залишки жирних кислот - "хвости".
Білки
- Це високомолекулярні сполуки, біополімери, мономерами яких є амінокислоти, пов'язані пептидними зв'язками.
Амінокислотоюназивають органічну сполуку, що має аміногрупу, карбоксильну групу та радикал. Всього в природі зустрічається близько 200 амінокислот, які відрізняються радикалами та взаємним розташуванням функціональних груп, але тільки 20 з них можуть входити до складу білків. Такі амінокислоти називають протеїногенними.
На жаль, не всі протеїногенні амінокислоти можуть синтезуватися в організмі людини, тому їх ділять на замінні та незамінні.
Замінні амінокислоти утворюються в організмі людини у необхідній кількості, а незамінні – ні. Вони повинні надходити з їжею, але можуть і частково синтезуватись мікроорганізмами кишечника. Повністю незамінних амінокислот налічується 8. До них відносяться валін, ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, треонін, триптофан і фенілаланін. Незважаючи на те, що в рослинах синтезуються абсолютно всі протеїногенні амінокислоти, рослинні білки є неповноцінними, оскільки не містять повного набору амінокислот, до того ж наявність білка у частинах вегетативних рослин рідко перевищує 1-2% маси. Тому необхідно вживати в їжу білки не тільки рослинного, а й тваринного походження.
Послідовність з двох амінокислот, пов'язаних пептидними зв'язками, називається дипептидом, з трьох-трипептидом і т. д. Серед пептидів зустрічаються такі важливі сполуки, як гормони (окситоцин, вазопресин), антибіотики та ін. Ланцюжок з більш ніж десяти амінокислот називається поліпептидом, поліпептиди, що містять понад 50 амінокислотних залишків, це білки.
рівні структурної організації білка.Білки можуть мати первинну, вторинну, третинну та четвертинну структури.
Первинна структура білка- Це послідовність амінокислот, з'єднаних пептидним зв'язком. Первинна структура в кінцевому підсумку визначає специфічність білка і його унікальність, оскільки, якщо навіть припустити, що в середньому білок містить 500 амінокислотних залишків, то їх можливих комбінацій становить 20 500. Тому зміна розташування хоча б однієї амінокислоти в первинній структурі тягне вторинної та більш високих структур, а також властивостей білка в цілому.
Особливості будови білка зумовлюють його просторове укладання - виникнення вторинної та третинної структур.
Вторинна структураявляє собою просторове укладання білкової молекули у вигляді спіралі або складок, що утримується водневими зв'язками між атомами кисню та водню пептидних угруповань різних витків спіралі або складок. Багато білків містять більш-менш довгі ділянки з вторинною структурою. Це, наприклад, кератини волосся та нігтів, фіброїн шовку.
Третинна структурабілка також є формою просторового укладання поліпептидного ланцюга, що утримується гідрофобними, водневими, дисульфідними (S-S) та іншими зв'язками. Вона властива більшості білків організму, наприклад міоглобіну м'язів.
Четвертична структура— найбільш складна, утворена кількома поліпептидними ланцюгами, з'єднаними в основному тими ж зв'язками, що й у третинному (гідрофобними, іонними та водневими), а також іншими слабкими взаємодіями. Четвертична структура характерна для небагатьох білків, таких як гемоглобін, хлорофіл та ін.
За формою молекули розрізняють фібрилярні та глобулярні білки. Перші з них витягнуті, як, наприклад, колаген сполучної тканини або кератини волосся та нігтів. Глобулярні білки мають форму клубка (глобули), як міоглобін м'язів.
Прості та складні білки. Білки можуть бути простими та складними. Прості білки складаються тільки з амінокислот, тоді як складні білки (ліпопротеїни, хромопротеїни, глікопротини, нуклеопротеїни та ін) містять білкову та небілкову частини. Хромопротеїни містять забарвлену небілкову частину. До них відносяться гемоглобін, міоглобін, хлорофіл, цитохроми та ін.
Так, у складі гемоглобіну кожен із чотирьох поліпептидних ланцюгів білка глобіну пов'язаний з небілковою частиною — гемом, у центрі якого знаходиться іон заліза, що надає гемоглобіну червоного забарвлення. Небілковою частиною ліпопротеїнів є ліпід, аглікопротеїнів – вуглевод. Як ліпопротеїни, і глікопротеїни входять до складу клітинних мембран. Нуклеопротеїни є комплексами білків і нуклеїнових кислот (ДНК і РНК). Вони виконують найважливіші функції у процесах зберігання та передачі спадкової інформації.
Властивості білків.Багато білків добре розчиняються у воді, проте є серед них і такі, які розчиняються тільки в розчинах солей, лугів, кислот або органічних розчинниках. Структура молекули білка та її функціональна активність залежить від умов довкілля. Втрата білкової молекулою своєї структури, до первинної, називається денатурацією.
Денатураціявідбувається внаслідок зміни температури, рН, атмосферного тиску, під дією кислот, лугів, солей важких металів, органічних розчинників і т.п. ренатурацієюОднак він не завжди можливий. Повне руйнування білкової молекули називається деструкцією.
Білки виконують у клітині ряд функцій: пластичну (будівельну), каталітичну (ферментативну), енергетичну, сигнальну (рецепторну), скорочувальну (рухову), транспортну, захисну, регуляторну та запасну.
Будівельна функція білків пов'язана з їх наявністю у клітинних мембранах та структурних компонентах клітини. Енергетична — обумовлена тим, що з розщепленні 1 р білка вивільняється 17,2 кДж енергії. Білки-рецептори мембран беруть активну участь у сприйнятті сигналів навколишнього середовища та їх передачі клітиною, а також у міжклітинному впізнанні. Без білків неможливий рух клітин та організмів загалом, оскільки вони становлять основу джгутиків та вій, а також забезпечують скорочення м'язів та переміщення внутрішньоклітинних компонентів. У крові людини та багатьох тварин білок гемоглобін переносить кисень та частину вуглекислого газу, інші білки транспортують іони та електрони. Захисна роль білків пов'язана, в першу чергу, з імунітетом, оскільки інтерферон білок здатний знищувати багато вірусів, а білки-антитіла пригнічують розвиток бактерій та інших чужорідних агентів. Серед білків та пептидів чимало гормонів, наприклад, гормон підшлункової залози, інсулін, що регулює концентрацію глюкози у крові. У деяких організмів білки можуть відкладатися в запас, як у бобових у насінні, або білки курячого яйця.
Нуклеїнові кислоти
- Це біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. В даний час відомо два типи нуклеїнових кислот: рибонуклеїнова (РНК) та дезоксирибонуклеїнова (ДНК).
Нуклеотид утворений азотистою основою, залишком цукру-пентози та залишком ортофосфорної кислоти. Особливості нуклеотидів в основному визначаються азотистими основами, що входять до їх складу, тому навіть умовно нуклеотиди позначаються за першими літерами їх назв.
До складу нуклеотидів можуть входити п'ять азотистих основ: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т), урацил (У) та цитозин (Ц). Пентози нуклеотидів - рибоза та дезоксирибозу - визначають, який нуклеотид буде утворений - рибонуклеотид або дезоксирибонуклеотид. Рибонуклеотиди є мономерами РНК, можуть виступати як сигнальні молекули (цАМФ) і входити до складу макроергічних сполук, наприклад АТФ, і коферментів, таких як НАДФН + Н + , НАДН + Н + , ФАДН 2 та ін, а дезоксирибонуклеотиди входять до складу ДНК.
Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК)- дволанцюжковий біополімер, мономерами якого є дезоксирибонуклеотиди. До складу дезоксирибонуклеотидів входять лише чотири азотисті основи з п'яти можливих - аденін (А), тимін (Т), гуанін (Г) і цитозин (Ц), а також залишки дезоксирибози та ортофосфорної кислоти. Нуклеотиди в ланцюзі ДНК з'єднуються між собою через залишки ортофосфорної кислоти, утворюючи фосфодіефірний зв'язок. При утворенні дволанцюгової молекули азотисті основи спрямовані всередину молекули. Однак з'єднання ланцюгів ДНК відбувається не випадковим чином - азотисті основи різних ланцюгів з'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).
Для неї було встановлено правила Чаргафа
:
1. Кількість нуклеотидів ДНК, що містять аденін, дорівнює кількості нуклеотидів, що містять тімін (А=Т).
2. Кількість нуклеотидів ДНК, що містять гуанін, дорівнює кількості нуклеотидів, що містять цитозин (Г≡Ц).
3. Сума дезоксирибонуклеотидів, що містять аденін та гуанін, дорівнює сумі дезоксирибонуклеотидів, що містять тімін та цитозин (А+Г = Т+Ц).
4.Ставлення суми дезоксирибонуклеотидів, що містять аденін і тимін, до суми дезоксирибонуклеотидів, що містять гуанін та цитозин, залежить від виду організмів.
Структура ДНК була розшифрована Ф. Криком та Д. Вотсоном (Нобелівська премія з фізіології та медицини, 1962 р.). Згідно з їхньою моделлю, молекула ДНК являє собою правозакручену подвійну спіраль. Відстань між нуклеотидами в ланцюзі ДНК дорівнює 0,34 нм.
Найважливішим властивістю ДНК є здатність до реплікації (самоподвоєння). Основною функцією ДНК є зберігання та передача спадкової інформації, яка записана у вигляді послідовностей нуклеотидів. Стабільність молекули ДНК підтримується за рахунок потужних систем репарації (відновлення), але навіть вони не здатні повністю усунути несприятливі впливи, що зрештою призводить до виникнення мутацій. ДНК еукаріотичних клітин зосереджена в ядрі, мітохондріях та пластидах, а прокаріотичних – знаходиться прямо в цитоплазмі. Ядерна ДНК є основою хромосом, вона представлена незамкнутими молекулами. ДНК мітохондрій, пластид та прокаріот має кільцеву форму.
Рибонуклеїнова кислота (РНК)- Біополімер, мономерами якого є рибонуклеотиди. Вони містять також чотири азотисті основи - аденін (А), урацил (У), гуанін (Г) і цитозин (Ц), відрізняючись тим самим від ДНК по одній з основ (замість тиміну в РНК зустрічається урацил). Залишок цукру-пентози у рибонуклеотидах представлений рибозою. РНК — переважно одноланцюгові молекули, крім деяких вірусних. Виділяють три основні типи РНК: інформаційні або матричні (іРНК, мРНК), рибосомальні (рРНК) і транспортні (тРНК). Усі вони утворюються у процесі транскрипції — переписування з молекул ДНК.
іРНК становлять найменшу фракцію РНК у клітині (2-4 %), що компенсується їх різноманітністю, тому що в одній клітині можуть міститися тисячі різних іРНК. Це одноланцюгові молекули, що є матрицями для синтезу поліпептидних ланцюгів. Інформація про структуру білка записана у вигляді послідовностей нуклеотидів, причому кожну амінокислоту кодує триплет нуклеотидів — кодон.
рРНК є найбільш численним типом РНК у клітині (до 80 %). Їхня молекулярна маса становить у середньому 3000-5000; утворюються в ядерцях і входять до складу клітинних органоїдів - рибосом. рРНК, мабуть, також відіграють певну роль процесі синтезу білка.
тРНК — найменші молекул РНК, оскільки містять всього 73-85 нуклеотидів. Їх частка від загальної кількості РНК клітини становить близько 16%. Функція тРНК – транспорт амінокислот до місця синтезу білка (на рибосоми). За формою молекули тРНК нагадують листок конюшини. На одному з кінців молекули знаходиться ділянка для прикріплення амінокислоти, а в одній із петель — триплет нуклеотидів, комплементарний кодону іРНК і визначальний, яку саме амінокислоту переноситиме тРНК — антикодон.
Усі типи РНК беруть активну участь у процесі реалізації спадкової інформації, яка з ДНК переписується на іРНК, але в останній здійснюється синтез білка. тРНК у процесі синтезу білка доставляє амінокислоти до рибосом, а рРНК входить до складу безпосередньо рибосом.
Аденозинтрифосфорна кислота (АТФ)
— це нуклеотид, що містить, крім азотистої основи аденіну та залишку рибози, три залишки фосфорної кислоти.
Зв'язки між двома останніми фосфорними залишками - макроергічні (при розщепленні виділяється 42 кДж/моль енергії), тоді як стандартний хімічний зв'язок при розщепленні дає 12 кДж/моль. При необхідності в енергії макроергічний зв'язок АТФ розщеплюється, утворюються аденозиндифосфорна кислота (АДФ), фосфорний залишок та виділяється енергія:
АТФ + Н 20 → АДФ + Н 3 Р0 4 + 42 кДж.
АДФ також може розщеплюватися з утворенням АМФ (аденозинмонофосфорної кислоти) та залишку фосфорної кислоти:
АДФ + Н 20 → АМФ + Н 3 Р0 4 + 42 кДж.
У процесі енергетичного обміну (при диханні, бродінні), а також у процесі фотосинтезу АДФ приєднує фосфорний залишок та перетворюється на АТФ. Реакція відновлення АТФ називається фосфорилуванням. АТФ є універсальним джерелом енергії всім процесів життєдіяльності живих організмів.
Вивчення хімічного складу клітин всіх живих організмів показало, що вони містять одні й самі хімічні елементи, хімічні речовини, виконують однакові функції. Більш того, ділянка ДНК, перенесена з одного організму в інший, працюватиме в ньому, а білок, синтезований бактеріями або грибами, виконуватиме функції гормону або ферменту в організмі людини. Це є одним із доказів єдності походження органічного світу.
Жири
виконують у клітинах переважно запасає функцію і є джерелом енергії. Ними багата підшкірна жирова клітковина, що виконує амортизаційну та термоізоляційну функції, а у водних тварин - ще й підвищує плавучість. Жири рослин здебільшого містять ненасичені жирні кислоти, внаслідок чого вони є рідкими і називаються маслами.
Віски- це складні суміші жирних кислот та жирних спиртів. У рослин вони утворюють плівку на поверхні листа, яка захищає від випаровування, проникнення патогенів тощо. У ряду тварин вони покривають тіло або служать для побудови стільників.
До стеринів відноситься такий ліпід, як холестерол - обов'язковий компонент клітинних мембран, а до стероїдів - статеві гормони естрадіол, тестостерон та ін.
Фосфоліпіди, крім залишків гліцерину та жирних кислот, містять залишок ортофосфорної кислоти. Вони входять до складу клітинних мембран та забезпечують їх бар'єрні властивості.
Гліколіпіди також є компонентами мембран, але їх вміст там невеликий. Неліпідною частиною гліколіпідів є вуглеводи.
Функції ліпідів.Ліпіди виконують у клітині пластичну (будівельну), енергетичну, запасну, захисну та регуляторну функції, крім того, вони є розчинниками для низки вітамінів. Це обов'язковий компонент клітинних мембран. При розщепленні 1 г ліпідів виділяється 38,9 кДж енергії. Вони відкладаються в запас у різних органах рослин та тварин. До того ж підшкірна жирова клітковина захищає внутрішні органи від переохолодження або перегрівання, а також ударів. Регуляторна функція ліпідів пов'язана з тим, деякі з них є гормонами.
Завантаження...