Клетка: хемиски состав, структура, функции на органели.

Хемиски состав на клетката. Макро- и микроелементи. Односот меѓу структурата и функциите на неоргански и органска материја(протеини, нуклеински киселини, јаглехидрати, липиди, АТП) кои ја сочинуваат клетката. Улога хемиски супстанцииво човечката клетка и тело.

Организмите се составени од клетки. Клетките на различни организми имаат слични хемиски состав. Табела 1 ги прикажува главните хемиски елементи кои се наоѓаат во клетките на живите организми.

Табела 1. Содржина хемиски елементиво кафез

Елемент	Квантитет, %	Елемент	Квантитет, %
Кислород	65-75	Калциум	0,04-2,00
Јаглерод	15-18	Магнезиум	0,02-0,03
Водород	8-10	Натриум	0,02-0,03
Азот	1,5-3,0	Железо	0,01-0,015
Фосфор	0,2-1,0	Цинкот	0,0003
Калиум	0,15-0,4	Бакар	0,0002
Сулфур	0,15-0,2	Јод	0,0001
Хлор	0,05-0,10	Флуор	0,0001

Првата група вклучува кислород, јаглерод, водород и азот. Тие сочинуваат речиси 98% од вкупниот состав на клетката.

Втората група вклучува калиум, натриум, калциум, сулфур, фосфор, магнезиум, железо, хлор. Нивната содржина во ќелијата е десетини и стотинки од процентот. Елементите од овие две групи се класифицирани како макронутриенти(од грчки макро- големо).

Останатите елементи, претставени во ќелијата со стотинки и илјадити проценти, се вклучени во третата група. Ова микроелементи(од грчки микро- мали).

Во ќелијата не се пронајдени елементи уникатни за живата природа. Сите наведени хемиски елементи се исто така дел од неживата природа. Ова укажува на единството на живата и неживата природа.

Недостатокот на кој било елемент може да доведе до болест, па дури и до смрт на телото, бидејќи секој елемент игра специфична улога. Макроелементите од првата група ја формираат основата на биополимерите - протеини, јаглени хидрати, нуклеински киселини, како и липиди, без кои животот е невозможен. Сулфурот е дел од некои протеини, фосфорот е дел од нуклеинските киселини, железото е дел од хемоглобинот, а магнезиумот е дел од хлорофилот. Калциумот игра важна улогаво метаболизмот.

Некои од хемиските елементи содржани во клетката се дел од неоргански материи - минерални соли и вода.

Минерални солисе наоѓаат во клетката, по правило, во форма на катјони (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) и анјони (HPO 2-/4, H 2PO -/4, CI -, HCO 3), чиј сооднос ја одредува киселоста на околината, што е важно за животот на клетките.

(Во многу клетки, околината е малку алкална и нејзината pH вредност скоро и да не се менува, бидејќи во неа постојано се одржува одреден сооднос на катјони и анјони.)

Од неорганските материи во живата природа, игра огромна улога вода.

Без вода, животот е невозможен. Сочинува значителна маса од повеќето клетки. Многу вода се содржи во клетките на мозокот и човечките ембриони: повеќе од 80% вода; во клетките на масното ткиво - само 40,% До старост, содржината на вода во клетките се намалува. Умира човек кој изгубил 20% од водата.

Уникатните својства на водата ја одредуваат нејзината улога во телото. Тој е вклучен во терморегулацијата, која е предизвикана од високиот топлински капацитет на вода - потрошувачка големо количествоенергија кога се загрева. Што го одредува високиот топлински капацитет на водата?

Во молекулата на водата, атом на кислород е ковалентно поврзан со два атоми на водород. Молекулата на водата е поларна бидејќи атомот на кислород е делумно негативен полнеж, и секој од двата атоми на водород има

Делумно позитивен полнеж. Водородна врска се формира помеѓу атомот на кислород на една молекула на вода и водородниот атом на друга молекула. Водородните врски обезбедуваат врска голем бројмолекулите на водата. Кога водата се загрева, значителен дел од енергијата се троши на раскинување на водородните врски, што го одредува нејзиниот висок топлински капацитет.

Вода - добар растворувач. Поради нивниот поларитет, неговите молекули комуницираат со позитивно и негативно наелектризираните јони, а со тоа промовираат растворање на супстанцијата. Во однос на водата, сите клеточни супстанции се поделени на хидрофилни и хидрофобни.

Хидрофилна(од грчки хидро- вода и филео- љубов) се нарекуваат материи кои се раствораат во вода. Тие вклучуваат јонски соединенија (на пример, соли) и некои нејонски соединенија (на пример, шеќери).

Хидрофобни(од грчки хидро- вода и Фобос- страв) се материи кои се нерастворливи во вода. Тие вклучуваат, на пример, липиди.

Водата игра голема улогаво хемиски реакции кои се случуваат во клетка во водени раствори. Ги раствора метаболните производи кои на телото не му се потребни и со тоа го промовира нивното отстранување од телото. Одлична содржинавода во кафезот го дава еластичност. Водата го поттикнува движењето разни материиво клетка или од клетка до клетка.

Телата од жива и нежива природа се состојат од исти хемиски елементи. Живите организми содржат неоргански материи - вода и минерални соли. Витално важните бројни функции на водата во клетката се одредени од карактеристиките на нејзините молекули: нивниот поларитет, способноста за формирање водородни врски.

НЕОРГАНСКИ КОМПОНЕНТИ НА КЛЕТКАТА

Друг тип на класификација на елементи во ќелија:

Макроелементите вклучуваат кислород, јаглерод, водород, фосфор, калиум, сулфур, хлор, калциум, магнезиум, натриум, железо.
Микроелементите вклучуваат манган, бакар, цинк, јод, флуор.
Ултрамикроелементите вклучуваат сребро, злато, бром и селен.

ЕЛЕМЕНТИ	СОДРЖИНА ВО ТЕЛОТО (%)	БИОЛОШКО ЗНАЧЕЊЕ
Макронутриенти:
O.C.H.N.	О - 62%, Ц - 20%, H - 10%, N - 3%	Ја содржи целата органска материја во клетките, вода
Фосфор Р	1,0	Тие се дел од нуклеинските киселини, АТП (формира високо-енергетски врски), ензими, коскеното ткиво и забната глеѓ
Калциум Ca +2	2,5	Кај растенијата е дел од клеточната мембрана, кај животните - во составот на коските и забите, го активира згрутчувањето на крвта
Микроелементи:	1-0,01
Сулфур С	0,25	Содржи протеини, витамини и ензими
Калиум К+	0,25	Ја одредува имплементацијата нервните импулси; ензимски активатор синтеза на протеини, процеси на фотосинтеза, раст на растенијата
Хлор CI -	0,2	Е компонента гастричен соккако на хлороводородна киселина, ги активира ензимите
Натриум Na +	0,1	Обезбедува спроведување на нервните импулси, го одржува осмотскиот притисок во клетката, ја стимулира синтезата на хормоните
Магнезиум Mg +2	0,07	Дел од молекулата на хлорофилот, која се наоѓа во коските и забите, ја активира синтезата на ДНК и енергетскиот метаболизам
Јод I -	0,1	Дел од хормонот тироидната жлезда- тироксин, влијае на метаболизмот
Железо Fe + 3	0,01	Тој е дел од хемоглобинот, миоглобинот, леќата и рожницата на окото, ензимски активатор и е вклучен во синтезата на хлорофилот. Обезбедува транспорт на кислород до ткивата и органите
Ултрамикроелементи:	помалку од 0,01, количини во трагови
Бакар Si +2		Учествува во процесите на хематопоеза, фотосинтеза, ги катализира интрацелуларните оксидативни процеси
Манган Mn		Ја зголемува продуктивноста на растенијата, го активира процесот на фотосинтеза, влијае на хематопоетските процеси
Бор В		Влијае процеси на растрастенијата
Флуор Ф		Тој е дел од емајлот на забите, ако има недостаток се развива кариес, ако има вишок се развива флуороза.
Супстанции:
N 2 0	60-98	Сочинува внатрешно опкружувањеорганизам, учествува во процесите на хидролиза, ја структурира клетката. Универзален растворувач, катализатор, учесник хемиски реакции

ОРГАНСКИ СОСТАВКИ НА КЛЕТКИТЕ

СУПСТАНЦИИ	СТРУКТУРА И СВОЈСТВА	ФУНКЦИИ
Липиди
	Виши естри масни киселинии глицерин. Составот на фосфолипидите дополнително го вклучува и остатокот H 3 PO4. Имаат хидрофобни или хидрофилно-хидрофобни својства и висок енергетски интензитет	Градба- го формира билипидниот слој на сите мембрани. Енергија. Терморегулаторна. Заштитна. Хормонални(кортикостероиди, полови хормони). Компоненти витамини Д, Е. Извор на вода во телото Резервна хранлива материја
Јаглехидрати
Моносахариди: гликоза, фруктоза, рибоза, деоксирибоза	Високо растворлив во вода	Енергија
Дисахариди: сахароза, малтоза (шеќер од слад)	Растворлив во вода	Компоненти ДНК, РНК, АТП
Полисахариди: скроб, гликоген, целулоза	Слабо растворлив или нерастворлив во вода	Резервна хранлива материја. Конструкција - школка на растителна клетка
Верверички	Полимери. Мономери - 20 амино киселини.	Ензимите се биокатализатори.
	Структурата I е низа на амино киселини во полипептидниот синџир. Бонд - пептид - CO-NH-	Конструкција - се дел од мембрански структури, рибозоми.
	II структура - а-спирала, врска - водород	Моторни (контрактилни мускулни протеини).
	III структура - просторна конфигурација а-спирали (глобула). Врски - јонски, ковалентни, хидрофобни, водородни	Транспорт (хемоглобин). Заштитни (антитела) Регулаторни (хормони, инсулин)
	IV структурата не е карактеристична за сите протеини. Поврзување на неколку полипептидни синџири во една надградба.Слабо растворлив во вода. Дејството на високите температури концентрирани киселинии алкали, соли на тешки метали предизвикуваат денатурација
Нуклеински киселини:	Биополимери. Составен од нуклеотиди
ДНК е деоксирибонуклеинска киселина.	Состав на нуклеотид: деоксирибоза, азотни бази - аденин, гванин, цитозин, тимин, остаток на фосфорна киселина - H 3 PO 4. Комплементарност на азотни бази A = T, G = C. Двојна спирала. Способни за само-удвојување	Тие формираат хромозоми. Складирање и пренос наследни информации, генетски код. Биосинтеза на РНК и протеини. Ја кодира примарната структура на протеинот. Содржани во јадрото, митохондриите, пластидите
РНК е рибонуклеинска киселина.	Нуклеотиден состав: рибоза, азотни бази - аденин, гванин, цитозин, урацил, остаток H 3 PO 4 Комплементарност на азотни бази A = U, G = C. Еден синџир
Гласник РНК		Пренос на информации за примарната структура на протеинот, учествува во биосинтезата на протеините
Рибозомална РНК		Го гради рибозомското тело
Трансфер на РНК		Кодира и транспортира амино киселини до местото на синтеза на протеини - рибозоми
Вирусна РНК и ДНК		Генетски апарат на вируси

Структура на протеини

Ензими.

Најважната функција на протеините е каталитичката. Протеински молекули, зголемувањето на брзината на хемиските реакции во клетката за неколку реда на големина се нарекуваат ензими. Ниту еден биохемиски процес во телото не се јавува без учество на ензими.

Во моментов, откриени се над 2000 ензими. Нивната ефикасност е многу пати повисока од онаа на неоргански катализаторисе користи во производството. Така, 1 mg железо во ензимот каталаза заменува 10 тони неорганско железо. Каталазата ја зголемува стапката на распаѓање на водород пероксид (H 2 O 2) за 10 11 пати. Ензим кој ја катализира реакцијата на формирање јаглеродна киселина(CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3), ја забрзува реакцијата за 10 7 пати.

Важно својство на ензимите е специфичноста на нивното дејство; секој ензим катализира само една или мала група слични реакции.

Супстанцијата на која делува ензимот се нарекува супстрат. Структурите на молекулите на ензимот и супстратот мора точно да се совпаѓаат една со друга. Ова ја објаснува специфичноста на дејството на ензимите. Кога супстратот се комбинира со ензим, просторната структура на ензимот се менува.

Редоследот на интеракција помеѓу ензимот и супстратот може да се прикаже шематски:

Супстрат+Ензим - Ензим-супстрат комплекс - Ензим+производ.

Дијаграмот покажува дека супстратот се комбинира со ензимот за да формира комплекс ензим-супстрат. Во овој случај, подлогата се трансформира во нова супстанција - производ. Во последната фаза, ензимот се ослободува од производот и повторно комуницира со друга молекула на супстратот.

Ензимите функционираат само кога одредена температура, концентрација на материи, киселост на околината. Промената на условите води до промени во терциерната и кватернарната структура на протеинската молекула и, следствено, до сузбивање на ензимската активност. Како се случува ова? Само одреден дел од молекулата на ензимот, наречен активен центар. Активниот центар содржи од 3 до 12 остатоци од аминокиселини и се формира како резултат на свиткување на полипептидниот синџир.

Под влијание различни факторисе менува структурата на молекулата на ензимот. Во овој случај, просторната конфигурација на активниот центар е нарушена, а ензимот ја губи својата активност.

Ензимите се протеини кои делуваат како биолошки катализатори. Благодарение на ензимите, брзината на хемиските реакции во клетките се зголемува за неколку реда на големина. Важен имотензими - специфичност на дејство под одредени услови.

Нуклеински киселини.

Нуклеинските киселини биле откриени во втората половина на 19 век. Швајцарскиот биохемичар F. Miescher, кој изолирал супстанца од клеточните јадра со висока содржинаазот и фосфор и го нарече „нуклеин“ (од лат. јадро- јадро).

Нуклеинските киселини складираат наследни информации за структурата и функционирањето на секоја клетка и сите живи суштества на Земјата. Постојат два вида нуклеински киселини - ДНК (деоксирибонуклеинска киселина) и РНК (рибонуклеинска киселина). Нуклеинските киселини, како и протеините, се специфични за видовите, односно организмите од секој вид имаат свој тип на ДНК. За да ги дознаете причините за специфичноста на видовите, разгледајте ја структурата на нуклеинските киселини.

Молекулите на нуклеинската киселина се многу долги синџири кои се состојат од многу стотици, па дури и милиони нуклеотиди. Секоја нуклеинска киселина содржи само четири типа на нуклеотиди. Функциите на молекулите на нуклеинската киселина зависат од нивната структура, нуклеотидите што ги содржат, нивниот број во синџирот и низата на соединението во молекулата.

Секој нуклеотид се состои од три компоненти: азотна база, јаглени хидрати и фосфорна киселина. Секој нуклеотид на ДНК содржи еден од четирите типа на азотни бази (аденин - А, тимин - Т, гванин - G или цитозин - C), како и јаглени хидрати деоксирибоза и остаток на фосфорна киселина.

Така, ДНК нуклеотидите се разликуваат само во типот на азотна база.

Молекулата на ДНК се состои од огромна разновидностнуклеотиди поврзани во синџир во одредена низа. Секој тип на молекула на ДНК има свој број и низа на нуклеотиди.

Молекулите на ДНК се многу долги. На пример, за да се запише низата нуклеотиди во молекулите на ДНК од една човечка клетка (46 хромозоми) со букви би била потребна книга од околу 820.000 страници. Може да се формираат наизменични четири типа на нуклеотиди бесконечно множествоваријанти на молекулите на ДНК. Овие структурни карактеристики на молекулите на ДНК им овозможуваат да складираат огромна количина на информации за сите карактеристики на организмите.

Во 1953 г американски биологЏ. Вотсон и англиски физичарФ. Крик создаде модел на структурата на молекулата на ДНК. Научниците открија дека секоја молекула на ДНК се состои од два синџири меѓусебно поврзани и спирално искривени. Таа изгледа како двојна спирала. Во секој синџир, четири типа на нуклеотиди се менуваат во одредена низа.

Нуклеотидниот состав на ДНК варира помеѓу различни типовибактерии, габи, растенија, животни. Но, тоа не се менува со возраста и малку зависи од промените во животната средина. Нуклеотидите се спарени, односно бројот на аденин нуклеотиди во која било молекула на ДНК е еднаков на бројот на тимидинските нуклеотиди (A-T), а бројот на нуклеотиди на цитозин е еднаков на бројот на нуклеотиди на гванин (C-G). Ова се должи на фактот дека поврзувањето на два синџири едни со други во молекулата на ДНК се покорува одредено правило, имено: аденинот од еден синџир е секогаш поврзан со две водородни врски само со Тимин од другиот синџир, а гванин - со три водородни врски со цитозин, односно нуклеотидните синџири на една молекула на ДНК се комплементарни, се надополнуваат еден со друг.

Молекулите на нуклеинската киселина - ДНК и РНК - се составени од нуклеотиди. Нуклеотидите на ДНК вклучуваат азотна база (A, T, G, C), јаглени хидрати деоксирибоза и остаток од молекула на фосфорна киселина. Молекулата на ДНК е двојна спирала, која се состои од два синџири поврзани со водородни врски според принципот на комплементарност. Функцијата на ДНК е да складира наследни информации.

Клетките на сите организми содржат молекули на АТП - аденозин трифосфорна киселина. АТП е универзална клеточна супстанција, чија молекула има врски богати со енергија. АТП молекулата е еден единствен нуклеотид, кој, како и другите нуклеотиди, се состои од три компоненти: азотна база - аденин, јаглени хидрати - рибоза, но наместо еден содржи три остатоци од молекули на фосфорна киселина (сл. 12). Врските наведени на сликата со икона се богати со енергија и се нарекуваат макроергичен. Секоја молекула на АТП содржи две високо-енергетски врски.

Кога ќе се прекине високоенергетската врска и ќе се отстрани една молекула на фосфорна киселина со помош на ензими, се ослободува 40 kJ/mol енергија, а АТП се претвора во АДП - аденозин дифосфорна киселина. Кога ќе се отстрани друга молекула на фосфорна киселина, се ослободуваат уште 40 kJ/mol; Се формира AMP - аденозин монофосфорна киселина. Овие реакции се реверзибилни, односно AMP може да се претвори во ADP, ADP во ATP.

Молекулите на АТП не само што се разградуваат, туку и се синтетизираат, така што нивната содржина во клетката е релативно константна. Важноста на АТП во животот на клетката е огромна. Овие молекули играат водечка улога во енергетскиот метаболизам неопходен за да се обезбеди живот на клетката и на организмот како целина.

Ориз. Шема на структурата на АТП.

аденин -

Молекулата на РНК е обично еден синџир, кој се состои од четири типа нуклеотиди - A, U, G, C. Познати се три главни типа на РНК: mRNA, rRNA, tRNA. Содржината на молекулите на РНК во клетката не е константна, тие учествуваат во биосинтезата на протеините. АТП е универзална енергетска супстанца на клетката, која содржи врски богати со енергија. АТП игра централна улога во клеточниот енергетски метаболизам. РНК и АТП се наоѓаат и во јадрото и во цитоплазмата на клетката.

Клетката е елементарна структурна единица на живите организми. Сите живи суштества - без разлика дали се луѓе, животни, растенија, габи или бактерии - имаат клетка во нивното јадро. Во нечие тело има многу од овие клетки - стотици илјади клетки го сочинуваат телото на цицачи и рептили, но во нечие тело има малку - многу бактерии се состојат од само една клетка. Но, бројот на клетки не е толку важен како нивното присуство.

Одамна е познато дека клетките ги имаат сите својства на живите суштества: тие дишат, се хранат, се размножуваат, се прилагодуваат на новите услови, па дури и умираат. И, како и сите живи суштества, клетките содржат органски и неоргански материи.

Многу повеќе, бидејќи тоа е и вода и, се разбира, најголемиот делДелот наречен „неоргански супстанции на клетката“ се доделува на вода - сочинува 40-98% од вкупниот волумен на клетката.

Водата во кафез прави многу работи суштински функции: ја обезбедува еластичноста на клетката, брзината на хемиските реакции што се случуваат во неа, движењето на влезните материи низ клетката и нивното отстранување. Покрај тоа, многу супстанции се раствораат во вода, таа може да учествува во хемиски реакции, а водата е одговорна за терморегулација на целото тело, бидејќи водата има добра топлинска спроводливост.

Покрај водата, неорганските материи на клетката исто така вклучуваат многу минерали, поделени на макроелементи и микроелементи.

Макроелементите вклучуваат супстанции како што се железо, азот, калиум, магнезиум, натриум, сулфур, јаглерод, фосфор, калциум и многу други.

Микроелементите се, во најголем дел, тешки метали, како што се бор, манган, бром, бакар, молибден, јод и цинк.

Телото содржи и ултрамикроелементи, вклучувајќи злато, ураниум, жива, радиум, селен и други.

Сите неоргански материи на клетката играат своја важна улога. Така, азотот е вклучен во голема разновидност на соединенија - и протеински и непротеински, и придонесува за формирање на витамини, амино киселини и пигменти.

Калциумот е антагонист на калиум и служи како лепак за растителните клетки.

Железото е вклучено во процесот на дишење и е дел од молекулите на хемоглобинот.

Бакарот е одговорен за формирање на крвни зрнца, здравје на срцето и добар апетит.

Борот е одговорен за процесот на растење, особено кај растенијата.

Калиумот ги обезбедува колоидните својства на цитоплазмата, формирањето на протеини и нормалната работа на срцето.

Натриумот, исто така, обезбедува правилен ритам на срцевата активност.

Сулфурот е вклучен во формирањето на некои амино киселини.

Фосфорот е вклучен во формирањето на огромен број есенцијални соединенија, како што се нуклеотиди, некои ензими, AMP, ATP, ADP.

И само улогата на ултрамикроелементите сè уште е целосно непозната.

Но, неорганските материи на клетката сами по себе не можеа да ја направат целосна и жива. Органската материја е исто толку важна.

Ц вклучуваат јаглехидрати, липиди, ензими, пигменти, витамини и хормони.

Јаглехидратите се поделени на моносахариди, дисахариди, полисахариди и олигосахариди. Моно-ди- и полисахаридите се главниот извор на енергија за клетките и телото, но олигосахаридите нерастворливи во вода го лепат сврзното ткиво заедно и ги штитат клетките од негативни надворешни влијанија.

Липидите се поделени на самите масти и липоиди - супстанции слични на масти кои формираат ориентирани молекуларни слоеви.

Ензимите се катализатори кои забрзуваат биохемиски процесиво организмот. Покрај тоа, ензимите ја намалуваат количината што се консумира за давање реактивностмолекула на енергија.

Витамините се неопходни за регулирање на оксидацијата на амино киселините и јаглехидратите, како и за целосен раст и развој.

Хормоните се неопходни за регулирање на функционирањето на телото.

Хемискиот состав на растителните и животинските клетки е многу сличен, што укажува на единството на нивното потекло. Во клетките се пронајдени повеќе од 80 хемиски елементи.

Хемиските елементи присутни во клетката се поделени на 3 големи групи : макронутриенти, мезоелементи, микроелементи.

Макроелементите вклучуваат јаглерод, кислород, водород и азот. Мезоелементи- ова е сулфур, фосфор, калиум, калциум, железо. Микроелементи - цинк, јод, бакар, манган и други.

Биолошки важни хемиски елементи на клетката:

Азот -структурна компонентапротеини и НК.

Водород- е дел од водата и сите биолошки соединенија.

Магнезиум- ја активира работата на многу ензими; структурна компонента на хлорофилот.

Калциум- главна компонента на коските и забите.

Железо- е вклучен во хемоглобинот.

Јод- е дел од тироиден хормон.

Клеточните супстанции се поделени на органски(протеини, нуклеински киселини, липиди, јаглени хидрати, АТП) и неоргански(вода и минерални соли).

Водасочинува до 80% од клеточната маса, игра важна улога:

водата во ќелијата е растворувач

· транспортира хранливи материи;

· водата се отстранува од телото штетни материи;

· висок топлински капацитет на водата;

· Испарувањето на водата помага да се оладат животните и растенијата.

· дава еластичност на клетката.

Минерали:

· учествуваат во одржувањето на хомеостазата преку регулирање на протокот на вода во клетката;

· калиумот и натриумот обезбедуваат пренос на супстанции преку мембраната и се вклучени во појавата и спроведувањето на нервните импулси.

· минералните соли, првенствено калциум фосфати и карбонати, даваат цврстина на коскеното ткиво.

Решете проблем за генетиката на човечката крв

Протеини, нивната улога во телото

Протеини- органски материи кои се наоѓаат во сите клетки, кои се состојат од мономери.

Протеини- непериодичен полимер со висока молекуларна тежина.

Мономере амино киселина (20).

Амино киселините содржат амино група, карбоксилна група и радикал. Амино киселините се поврзани едни со други за да формираат пептидна врска. Протеините се исклучително разновидни; на пример, во човечкото тело има над 10 милиони од нив.

Разновидноста на протеините зависи од:

1. различна низа на АК

2. во зависност од големината

3. од составот

Протеински структури

Примарната структура на протеинот -низа од амино киселини поврзани со пептидна врска (линеарна структура).

Протеинска секундарна структура -спирална структура.

Протеинска терцијарна структура- глобула (гломеруларна структура).

Кватернарна протеинска структура- се состои од неколку глобули. Карактеристично за хемоглобинот и хлорофилот.

Својства на протеините

1. Комплементарност: способност на протеинот да одговара на некоја друга супстанција во форма како клуч на бравата.

2. Денатурација: повреда природна структурапротеин (температура, киселост, соленост, додавање на други супстанции итн.). Примери за денатурација: промена на својствата на протеините при варење јајца, трансфер на протеини од течна состојбаво цврста.

3. Ренатурација - реставрација на протеинската структура доколку примарната структура не е оштетена.

Функции на протеини

1. Конструкција: формирање на сите клеточни мембрани

2. Каталитички: протеините се катализатори; забрзување на хемиските реакции

3. Мотор: актинот и миозинот се дел од мускулните влакна.

4. Транспорт: пренос на супстанции во разни ткиваи органите на телото (хемоглобинот е протеин кој е дел од црвените крвни зрнца)

5. Заштитни: антитела, фибриноген, тромбин - протеини вклучени во развојот на имунитетот и згрутчувањето на крвта;

6. Енергија: учествувајте во реакциите на размена на пластика за да се изградат нови протеини.

7. Регулаторна: улогата на хормонот инсулин во регулацијата на шеќерот во крвта.

8. Складирање: акумулација на протеини во телото како резервни протеини хранливи материи, на пример во јајца, млеко, растителни семиња.

Тие вклучуваат вода и минерални соли.

Воданеопходни за спроведување на животните процеси во клетката. Неговата содржина е 70-80% од клеточната маса. Главните функции на водата:

е универзален растворувач;

е средина во која се случуваат биохемиски реакции;

дефинира физиолошки својстваклетки (еластичност, волумен);

учествува во хемиски реакции;

одржува топлинска рамнотежа на телото поради високиот топлински капацитет и топлинската спроводливост;

е главното средство за транспорт на материи.

Минерални солиприсутни во клетката во форма на јони: катјони K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+; анјони – Cl -, HCO 3 -, H 2 PO 4 -.

3. Органски материи на клетката.

Органските соединенија на клетката се состојат од многу повторливи елементи (мономери) и се големи молекули - полимери. Тие вклучуваат протеини, масти, јаглени хидрати и нуклеински киселини. Нивната содржина во клетката: протеини -10-20%; масти - 1-5%; јаглехидрати - 0,2-2,0%; нуклеински киселини - 1-2%; органски материи со ниска молекуларна тежина – 0,1-0,5%.

Верверички – органски материи со висока молекуларна тежина (висока молекуларна тежина). Структурната единица на нивната молекула е амино киселина. Во формирањето на протеините учествуваат 20 аминокиселини. Молекулата на секој протеин содржи само одредени аминокиселини по редослед на распоред карактеристичен за овој протеин. Аминокиселината ја има следната формула:

H 2 N – CH – COOH

Составот на амино киселини вклучува NH 2 - амино група со основни својства; COOH – карбоксилна група со кисели својства; радикали кои ги разликуваат амино киселините една од друга.

Постојат основни, секундарни, терциерни и кватернарни протеински структури. Амино киселините поврзани едни со други со пептидни врски ја одредуваат нејзината примарна структура. Верверички примарна структураКористејќи водородни врски, тие се поврзани во спирала и формираат секундарна структура. Полипептидните синџири, извртувајќи се на одреден начин во компактна структура, формираат топка (топка) - терциерна структура на протеинот. Повеќето протеини имаат терциерна структура. Треба да се напомене дека амино киселините се активни само на површината на топката. Протеините со глобуларна структура се комбинираат за да формираат кватернарна структура (на пример, хемоглобин). Кога се изложени висока температура, киселините и другите фактори, сложените протеински молекули се уништуваат - денатурација на протеини. Кога условите се подобруваат, денатурираниот протеин може да ја врати својата структура доколку неговата примарна структура не е уништена. Овој процес се нарекува ренатурација.

Протеините се специфични за видовите: секој животински вид се карактеризира со збир на специфични протеини.

Постојат едноставни и сложени протеини. Едноставните се состојат само од амино киселини (на пример, албумини, глобулини, фибриноген, миозин, итн.). Комплексните протеини, покрај амино киселините, вклучуваат и други органски соединенија, на пример, масти и јаглени хидрати (липопротеини, гликопротеини, итн.).

Протеините ги извршуваат следниве функции:

ензимски (на пример, ензимот амилаза ги разградува јаглехидратите);

структурни (на пример, тие се дел од мембрани и други клеточни органели);

рецептор (на пример, протеинот родопсин промовира подобар вид);

транспорт (на пример, хемоглобинот носи кислород или јаглерод диоксид);

заштитни (на пример, имуноглобулинските протеини се вклучени во формирањето на имунитетот);

мотор (на пример, актин и миозин се вклучени во контракцијата на мускулните влакна);

хормонални (на пример, инсулинот ја претвора гликозата во гликоген);

енергија (кога се разградува 1 g протеин, се ослободува 4,2 kcal енергија).

Масти (липиди) - соединенија на трихидричен алкохол глицерол и масни киселини со висока молекуларна тежина. Хемиска формуламасти:

CH2-O-C(O)-R1

CH 2 -O-C(O)-R³, каде што радикалите можат да бидат различни.

Функции на липидите во клетката:

структурни (учествуваат во изградбата на клеточната мембрана);

енергија (кога 1 g маснотии се распаѓа во телото, се ослободуваат 9,2 kcal енергија);

заштитна (заштити од загуба на топлина, механички оштетувања);

мастите се извор на ендогена вода (со оксидација на 10 g маснотии се ослободуваат 11 g вода);

регулирање на метаболизмот.

Јаглехидрати – нивната молекула може да се претстави со општата формула C n (H 2 O) n – јаглерод и вода.

Јаглехидратите се поделени во три групи: моносахариди (вклучуваат една молекула на шеќер - гликоза, фруктоза, итн.), олигосахариди (вклучуваат од 2 до 10 остатоци од моносахариди: сахароза, лактоза) и полисахариди (соединенија со висока молекуларна тежина - гликоген, скроб, итн. ).

Функции на јаглени хидрати:

служат како почетни елементи за изградба на разни органски супстанции, на пример, за време на фотосинтезата - гликоза;

главен извор на енергија за телото; за време на нивното распаѓање со помош на кислород, се ослободува повеќе енергија отколку за време на оксидацијата на маснотиите;

заштитни (на пример, слузта што ја лачат разни жлезди содржи многу јаглени хидрати; ги штити ѕидовите на шупливите органи (бронхијалните цевки, желудникот, цревата) од механичко оштетување; има антисептички својства);

структурни и потпорни функции: дел од плазма мембраната.

Нуклеински киселини се биополимери кои содржат фосфор. Тие вклучуваат деоксирибонуклеинска киселина (ДНК)И рибонуклеински (РНК) киселини.

ДНК -најголемите биополимери, нивниот мономер е нуклеотид. Се состои од остатоци од три супстанции: азотна база, јаглени хидрати деоксирибоза и фосфорна киселина. Постојат 4 познати нуклеотиди вклучени во формирањето на молекула на ДНК. Две азотни бази се деривати на пиримидин - тимин и цитозин. Аденин и гванин се класифицирани како пурински деривати.

Според моделот на ДНК предложен од J. Watson и F. Crick (1953), молекулата на ДНК се состои од две нишки кои се движат спирално една околу друга.

Двете нишки на молекулата се држат заедно со водородни врски што се јавуваат меѓу нив. комплементарниазотни бази. Аденин е комплементарен на тимин, а гванин е комплементарен на цитозин. ДНК во клетките се наоѓа во јадрото, каде што заедно со протеините се формира хромозоми. ДНК се наоѓа и во митохондриите и пластидите, каде нивните молекули се распоредени во прстен. Главна Функција на ДНК– складирање на наследни информации содржани во низата нуклеотиди кои ја формираат неговата молекула и пренесување на овие информации до ќерките клетки.

Рибонуклеинска киселинаедноверижни. РНК нуклеотид се состои од една од азотни бази (аденин, гванин, цитозин или урацил), јаглени хидрати рибоза и остаток на фосфорна киселина.

Постојат неколку видови на РНК.

Рибозомална РНК(r-RNA) во комбинација со протеин е дел од рибозомите. Рибозомите вршат синтеза на протеини. Гласник РНК(i-RNA) носи информации за синтезата на протеините од јадрото до цитоплазмата. Трансфер на РНК(tRNA) се наоѓа во цитоплазмата; прикачува одредени амино киселини за себе и ги доставува до рибозомите, местото на синтеза на протеини.

РНК се наоѓа во јадрото, цитоплазмата, рибозомите, митохондриите и пластидите. Постои уште еден вид на РНК во природата - вирусна. Кај некои вируси ја врши функцијата на складирање и пренесување на наследни информации. Кај други вируси, оваа функција ја врши вирусна ДНК.

Аденозин трифосфорна киселина (ATP) е специјален нуклеотид формиран од азотна база аденин, јаглени хидрати рибоза и три остатоци од фосфорна киселина.

АТП е универзален извор на енергија неопходен за биолошките процеси што се случуваат во клетката. АТП молекулата е многу нестабилна и е способна да отцепи една или две фосфатни молекули, ослободувајќи голема количина на енергија. Оваа енергија се троши за да се обезбедат сите витални функции на клетката - биосинтеза, движење, создавање електричен импулс итн. Врските во молекулата на АТП се нарекуваат макроергични. Расцепувањето на фосфатот од молекулата на АТП е придружено со ослободување на 40 kJ енергија. Синтезата на АТП се јавува во митохондриите.

Составот на жива клетка ги вклучува истите хемиски елементи кои се дел од неживата природа. Од 104 елементи периодниот системД.И. Менделеев пронајде 60 во ќелиите.

Тие се поделени во три групи:

1. главни елементи се кислород, јаглерод, водород и азот (98% од составот на клетката);
2. елементи кои сочинуваат десетини и стотинки од процентот - калиум, фосфор, сулфур, магнезиум, железо, хлор, калциум, натриум (вкупно 1,9%);
3. сите други елементи присутни во уште помали количини се микроелементи.

Молекуларниот состав на клетката е сложен и хетероген. Поединечни соединенија - вода и минерални соли - исто така се наоѓаат во нежива природа; други - органски соединенија: јаглени хидрати, масти, протеини, нуклеински киселини итн. - се карактеристични само за живите организми.

НЕОРГАНСКИ СУПСТАНЦИИ

Водата сочинува околу 80% од масата на клетката; во млади брзорастечки клетки - до 95%, во стари клетки - 60%.

Улогата на водата во клетката е голема.

Тој е главен медиум и растворувач, учествува во повеќето хемиски реакции, движење на супстанции, терморегулација, формирање клеточни структури, го одредува волуменот и еластичноста на клетката. Повеќето супстанции влегуваат и излегуваат од телото во воден раствор. Биолошка улогаводата се одредува според специфичноста на нејзината структура: поларитетот на нејзините молекули и способноста да се формираат водородни врски, поради што се појавуваат комплекси од неколку молекули на вода. Ако енергијата на привлекување помеѓу молекулите на водата е помала отколку помеѓу молекулите на водата и супстанцијата, таа се раствора во вода. Таквите супстанции се нарекуваат хидрофилни (од грчкиот „хидро“ - вода, „филе“ - љубов). Тоа се многу минерални соли, протеини, јаглени хидрати итн. Ако енергијата на привлекување помеѓу молекулите на водата е поголема од енергијата на привлекување помеѓу молекулите на водата и супстанцијата, таквите супстанции се нерастворливи (или малку растворливи), тие се нарекуваат хидрофобни ( од грчкиот „фобос“ - страв) - масти, липиди итн.

Минералните соли во водените клеточни раствори се дисоцираат во катјони и анјони, обезбедувајќи стабилна количина на неопходни хемиски елементи и осмотски притисок. Од катјоните, најважни се K +, Na +, Ca 2+, Mg +. Концентрацијата на поединечни катјони во клетката и во екстрацелуларната средина не е иста. Во жива клетка, концентрацијата на K е висока, Na + е ниска, а во крвната плазма, напротив, концентрацијата на Na + е висока, а K + е мала. Ова се должи на селективната пропустливост на мембраните. Разликата во концентрацијата на јоните во клетката и околината обезбедува проток на вода од околината во клетката и апсорпција на водата од корените на растенијата. Недостатокот на поединечни елементи - Fe, P, Mg, Co, Zn - го блокира формирањето на нуклеински киселини, хемоглобин, протеини и други витални важни материии води кон сериозни болести. Анјоните ја одредуваат константноста на pH-клеточната средина (неутрална и малку алкална). Од анјоните, најважни се HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -

ОРГАНСКИ СУПСТАНЦИИ

Органските супстанции во комплексот формираат околу 20-30% од составот на клетките.

Јаглехидрати- органски соединенија кои се состојат од јаглерод, водород и кислород. Тие се поделени на едноставни - моносахариди (од грчкиот "монос" - еден) и сложени - полисахариди (од грчкиот "поли" - многу).

Моносахариди(нивните општа формула C n H 2n O n) се безбојни супстанции со пријатен сладок вкус, многу растворливи во вода. Тие се разликуваат по бројот на јаглеродни атоми. Од моносахаридите најзастапени се хексозите (со 6 атоми C): гликоза, фруктоза (се наоѓа во овошјето, медот, крвта) и галактозата (се наоѓа во млекото). Од пентозите (со 5 атоми C), најзастапени се рибозата и деоксирибозата, кои се дел од нуклеинските киселини и АТП.

Полисахаридисе однесуваат на полимери - соединенија во кои истиот мономер се повторува многу пати. Мономерите на полисахаридите се моносахариди. Полисахаридите се растворливи во вода и многу од нив имаат сладок вкус. Од нив, наједноставни се дисахаридите, составени од два моносахариди. На пример, сахарозата се состои од гликоза и фруктоза; млечен шеќер - од гликоза и галактоза. Како што се зголемува бројот на мономери, растворливоста на полисахаридите се намалува. Од високомолекуларните полисахариди, гликогенот е најчест кај животните, а скробот и влакната (целулозата) кај растенијата. Вториот се состои од 150-200 молекули на гликоза.

Јаглехидрати- главен извор на енергија за сите форми на клеточна активност (движење, биосинтеза, секреција итн.). Разградувајќи ги на наједноставните производи CO 2 и H 2 O, 1 g јаглени хидрати ослободува 17,6 kJ енергија. Јаглехидратите вршат градежна функција кај растенијата (нивните лушпи се состојат од целулоза) и улогата на складишни материи (кај растенијата - скроб, кај животните - гликоген).

Липиди- Станува збор за супстанции и масти кои се нерастворливи во вода, слични на масти, кои се состојат од глицерол и високомолекуларни масни киселини. Животинските масти се наоѓаат во млекото, месото и поткожното ткиво. На собна температураОва цврсти материи. Во растенијата, мастите се наоѓаат во семињата, овошјето и другите органи. На собна температура тие се течности. Со масти хемиска структурасупстанции слични на масти се слични. Има многу од нив во жолчката на јајцата, мозочните клетки и другите ткива.

Улогата на липидите се одредува според нивната структурна функција. Тие се состојат од клеточните мембрани, кои поради својата хидрофобност спречуваат мешање на содржината на клетките со животната средина. Липидите вршат енергетска функција. Со распаѓање на CO 2 и H 2 O, 1 g маснотии ослободува 38,9 kJ енергија. Тие слабо ја спроведуваат топлината, се акумулираат во поткожното ткиво (и другите органи и ткива), вршат заштитна функцијаи улогата на резервните материи.

Верверички- најспецифичен и најважен за телото. Тие припаѓаат на непериодични полимери. За разлика од другите полимери, нивните молекули се состојат од слични, но неидентични мономери - 20 различни амино киселини.

Секоја аминокиселина има свое име, посебна структура и својства. Нивната општа формула може да се претстави на следниов начин

Молекулата на аминокиселината се состои од специфичен дел (радикал R) и дел кој е ист за сите амино киселини, вклучувајќи амино група (- NH 2) со основни својства и карбоксилна група (COOH) со кисели својства. Присуството на киселински и базни групи во една молекула ја одредува нивната висока реактивност. Преку овие групи, амино киселините се комбинираат за да формираат полимер - протеин. Во овој случај, молекула на вода се ослободува од амино групата на една аминокиселина и карбоксил на друга, а ослободените електрони се комбинираат за да формираат пептидна врска. Затоа, протеините се нарекуваат полипептиди.

Протеинската молекула е синџир од неколку десетици или стотици аминокиселини.

Протеинските молекули се огромни по големина, поради што се нарекуваат макромолекули. Протеините, како и амино киселините, се многу реактивни и можат да реагираат со киселини и алкалии. Тие се разликуваат по состав, количина и низа на амино киселини (бројот на такви комбинации од 20 амино киселини е речиси бесконечен). Ова ја објаснува разновидноста на протеините.

Постојат четири нивоа на организација во структурата на протеинските молекули (59)

• Примарна структура- полипептиден ланец на амино киселини поврзани во одредена низа со ковалентни (силни) пептидни врски.
• Секундарна структура- полипептиден синџир извиткан во цврста спирала. Во него, водородните врски со мала јачина се појавуваат помеѓу пептидните врски на соседните вртења (и другите атоми). Заедно тие обезбедуваат прилично силна структура.
• Терцијарна структурапретставува бизарна, но специфична конфигурација за секој протеин - топка. Се задржува со хидрофобни врски со ниска цврстина или адхезивни сили помеѓу неполарните радикали, кои се наоѓаат во многу амино киселини. Поради нивното изобилство, тие обезбедуваат доволна стабилност на протеинската макромолекула и нејзината подвижност. Терциерната структура на протеините се одржува и поради ковалентни S - S (es - es) врски кои се јавуваат помеѓу далечните радикали на аминокиселината што содржи сулфур - цистеин.
• Кватернарна структуране е типично за сите протеини. Се јавува кога неколку протеински макромолекули се комбинираат за да формираат комплекси. На пример, хемоглобинот во човечката крв е комплекс од четири макромолекули на овој протеин.

Оваа сложеност на структурата на протеинските молекули е поврзана со разновидноста на функциите својствени за овие биополимери. Сепак, структурата на протеинските молекули зависи од својствата на околината.

Повреда природна структурасе вика верверицата денатурација. Може да се појави под влијание на топлина, хемикалии, зрачна енергија и други фактори. На слабо влијаниеСе распаѓа само квартерната структура, со посилна структура - терциерна, а потоа секундарна, а протеинот останува во форма на примарна структура - полипептиден синџир.Овој процес е делумно реверзибилен, а денатурираниот протеин е способен да ја врати својата структура.

Улогата на протеинот во животот на клетката е огромна.

Верверички- Ова градежен материјалтело. Тие учествуваат во изградбата на лушпата, органелите и мембраните на клетката и поединечните ткива (коса, крвни садови и сл.). Многу протеини делуваат како катализатори во клетката - ензими кои ги забрзуваат клеточните реакции десетици или стотици милиони пати. Познати се околу илјада ензими. Покрај протеините, нивниот состав вклучува метали Mg, Fe, Mn, витамини итн.

Секоја реакција се катализира од свој специфичен ензим. Во овој случај, не дејствува целиот ензим, туку одреден регион - активниот центар. Се вклопува во подлогата како клуч во брава. Ензимите работат на одредена температура и pH на околината. Специјални контрактилни протеини обезбедуваат моторни функцииклетки (движење на флагелати, цилијати, мускулна контракција итн.). Индивидуалните протеини (хемоглобин во крвта) вршат транспортна функција, доставувајќи кислород до сите органи и ткива на телото. Специфичните протеини - антитела - вршат заштитна функција, неутрализирајќи ги туѓите супстанции. Некои протеини вршат енергетска функција. Разградувајќи се на аминокиселини, а потоа на уште поедноставни супстанции, 1 g протеин ослободува 17,6 kJ енергија.

Нуклеински киселини(од латинскиот „јадро“ - јадро) за прв пат беа откриени во јадрото. Тие се од два вида - деоксирибонуклеински киселини(ДНК) и рибонуклеинските киселини(РНК). Нивната биолошка улога е голема, тие ја одредуваат синтезата на протеините и преносот на наследни информации од една генерација во друга.

Молекулата на ДНК има комплексна структура. Се состои од два спирално искривени синџири. Ширината на двојната спирала е 2 nm 1, должината е неколку десетици, па дури и стотици микромикрони (стотици или илјадници пати поголема од најголемата протеинска молекула). ДНК е полимер чии мономери се нуклеотиди - соединенија кои се состојат од молекула на фосфорна киселина, јаглени хидрати - деоксирибоза и азотна база. Нивната општа формула е како што следува:

Фосфорната киселина и јаглехидратите се исти во сите нуклеотиди, а азотните бази се од четири типа: аденин, гванин, цитозин и тимин. Тие го одредуваат името на соодветните нуклеотиди:

• аденил (А),
• гуанил (G),
• цитозил (C),
• тимидил (Т).

Секоја нишка на ДНК е полинуклеотид кој се состои од неколку десетици илјади нуклеотиди. Во него, соседните нуклеотиди се поврзани со силна ковалентна врска помеѓу фосфорната киселина и деоксирибозата.

Со оглед на огромната големина на молекулите на ДНК, комбинацијата од четири нуклеотиди во нив може да биде бескрајно голема.

Кога се формира ДНК двојна спирала, азотните бази на еден синџир се наоѓаат строго во по одреден редоследпротив азотни бази е друго. Во овој случај, T е секогаш против A, а само C е против G. Ова се објаснува со фактот дека A и T, како и G и C, строго одговараат еден на друг, како две половини скршено стакло, и се дополнителни или комплементарни(од грчкиот „комплемент“ - додаток) едни на други. Ако е позната низата на нуклеотиди во еден синџир на ДНК, тогаш според принципот на комплементарност е можно да се одредат нуклеотидите на другиот синџир (види Додаток, задача 1). Комплементарни нуклеотиди се поврзани со помош на водородни врски.

Постојат две врски помеѓу А и Т и три меѓу G и C.

Удвојувањето на молекулата на ДНК е нејзината уникатна карактеристика, која обезбедува пренос на наследни информации од матичната клетка до клетките ќерки. Процесот на удвојување на ДНК се нарекува Редупликација на ДНК.Се спроведува на следниот начин. Непосредно пред клеточната делба, молекулата на ДНК се одмотува и нејзината двојна жичка, под дејство на ензим, се дели на едниот крај на два независни синџири. На секоја половина од слободните нуклеотиди на клетката, според принципот на комплементарност, се гради втор синџир. Како резултат на тоа, наместо една молекула на ДНК, се појавуваат две целосно идентични молекули.

РНК- полимер сличен по структура на една нишка на ДНК, но многу помал по големина. РНК мономерите се нуклеотиди кои се состојат од фосфорна киселина, јаглени хидрати (рибоза) и азотна база. Три азотни бази на РНК - аденин, гванин и цитозин - одговараат на оние на ДНК, но четвртата е различна. Наместо тимин, РНК содржи урацил. Формирањето на РНК полимер се случува преку ковалентни врскипомеѓу рибозата и фосфорната киселина на соседните нуклеотиди. Познати се три типа на РНК: гласник РНК(i-RNA) пренесува информации за структурата на протеинот од молекулата на ДНК; трансферна РНК(tRNA) транспортира амино киселини до местото на синтеза на протеини; рибозомалната РНК (р-РНК) е содржана во рибозомите и е вклучена во синтезата на протеините.

АТП- аденозин трифосфорна киселина - важно органско соединение. Неговата структура е нуклеотид. Содржи азотна база аденин, јаглени хидрати рибоза и три молекули фосфорна киселина. АТП е нестабилна структура; под влијание на ензимот, врската помеѓу „Р“ и „О“ е прекината, молекулата на фосфорна киселина се разделува и АТП оди во