Функции минеральных веществ

1. Поддержание кислотно-щелочного равновесия – буферности.

Буферностьюназывают способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне (рН около 7,4).

Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами H2PO4- и НРО42-. Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют Н2СО3 и НСО3-

2. Участие в создании мембранных потенциалов

3.      Активация ферментов . Катионы Mg2+, Mn2+, Zn2+, Ca2+ и др. необходимы для нормального функционирования многих ферментов;

4.      Создание осмотического давления в клетке Катионы калия, натрия, хлора

5.      Строительная или структурная функция (соли кальция, азота, фосфора)

6.      Катионы К+, Na+, Ca2+ обеспечивают раздражимость живых организмов;

II. Органические вещества клетки: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.

1. Белки -биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты, связанные пептидной связью.

Существуют 20 типов Аминокислот. Каждый белок характеризуется специфичной аминокислотной последовательностью

Структуры молекулы белка

Первичная структура белка представляет собою последовательность аминокислот в

полипептидной цепи, соединенных пептидными связями.(тип связи ковалентная)

Вторичная структура – белковая нить закручена в виде спирали. Между группами

СООН одного витка и NH2 другого образуются водородные связи 

Третичная структура - укладка полипептидной цепи с образованием компактной,

плотно упакованной структуры - клубок или глобулы (кератин, колаген)

Такая структура поддерживается дисульфидными связями, гидрофобными

взаимодействиями, электростатическими. Третичной структурой объясняется специфичность белковой молекулы, ее биологическая активность.

Четвертичная структура – состоит из нескольких глобул.

Свойства молекул белка

1. Денатурация -это процесс разрушение структуры белка под действием факторов внешней среды (температура, pH). Денатурация может быть обратимой, а может необратимой.

2.Ренатурация -процесс восстановление структуры белка, возможна если сохранена первичная структура. Если разрушена и первичная структура денатурация необратима.

Функции белков

Классификация белков

1. Простые белки или протеины состоят только из остатков аминокислот

· Протамины и гистоны – обладают основными свойствами и входят в состав нуклеопротеидов. Играют важную роль в метаболической активности генома;

· Проламины и глютенины относятся к белкам растительного происхождения, составляют основную массу клейковины.

· Альбумины и глобулины –белки, распространенные в тканях и органах животных. Наиболее богата этими белками сыворотка крови, молоко, яичный белок , мышцы и др.

1. Сложные белки или протеиды –молекулы, в состав котрых входит и небелковая часть – простетатическая группа.

· Хромопротеиды –белки, в которой простетической группой служит пигмент (гемоглобин, миоглобин, цитохромы).

· Нуклеопротеиды белки, связанные с нуклеиновыми кислотами.

· Липопротеиды –белки связанные с липидами

· Фосфопротеиды –состоят из белка и простетической группы, представленной лабильном фосфатом.

· Гликопротеиды - белок связан с углеводами или их производными.

· Металлопротеиды белки, содержащие негемированное железо, а также белки связанные с атомами металлов в составе сложных белков ферментов.

По форме молекулы (структуре) белки делятся на глобулярные (имеют форму глобулы) и фибриллярные (имеют вытянутую форму).

Ферменты-биокатализаторы - вещество ускоряющее химическую реакцию, но не изменяющееся в процессе реакции.

Отличие ферментов от неорганических катализаторов:

1. Сложность химического строения. Например: белок -фермент рибонуклеаза содержит набор 19 аминокислот.
2. Высокоспецифичные (абсолютноспецифичные или групповая специфичность).

3. Более эффективны. Эффективность фермента оценивается числом молекул субстрата, превращаемых ферментом за единицу времени – число оборотов. Каждая молекула фермента способна осуществлять от тысячи до миллиардов операций в минуту, при этом биоферменты не расходуются.

4 Очень чувствительны к изменениям физико-химических условий среды. Для каждого фермента имеется оптимальное значение условий, при которых он наиболее эффективно работает: ph , Т^оС, концентрация субстрата, концентрация фермент-субстратного комплекса.

5 Действие их может быть заторможеноингибиторами Например: неспецифические (тяжелые металлы) вызывают структурные изменения белковой части, а специфические инактивируют лишь определенные ферменты.

6 Ферментативные реакции обратимы. Один и тот же фермент может катализировать и прямую и обратную реакцию.

Локализация ферментов в клетке

Ферменты располагаются и действуют в цитоплазме клетки или в определенных органоидах. Ферменты расщепления углеводов содержатся в цитоплазме, а окисления жирных кислот – в митохондриях. В ядре локализованы ферменты синтеза нуклеиновых кислот, а в хлоропластах содержатся ферменты, участвующие в синтезе углеводов. Выделенные из клетки ферменты не утрачивают каталитические свойства. На этом основано широкое использование их в народном хозяйстве.

Углеводы - Сn(Н2О)n.

 Углеводы (сахариды) — органические соединения, состоящих из углерода, кислорода и водорода.

Классификация

(по способности к гидролизу)

1. Простые сахара или моносахариды

2. Олигосахариды – соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров

3. Сложные или полисахариды состоят более чем из 10 молекул сахаров

Моносахариды – простые сахара с эмпирической формулой Сn(Н2О)n.

В зависимости от числа углеродных атомов моносахариды делятся на триозы, пентозы, гексозы и гептозы. В природе наиболее распространены пентозы (рибоза и дезоксирибоза) и гексозы (глюкоза и фруктоза)

Дисахариды– сахара, образующиеся в результате конденсации двух моносахаридов Полисахариды образованы путем соединения многих моносахаридов. Наиболее часто встречающимся мономером является глюкоза.

В зависимости от типа гликозидных связей полисахариды бывают линейными (неразветвленными – целлюлоза) и разветвленными (крахмал, хитин).

Полисахариды делят на:

• Гомополисахариды – состоящие из молекулы моносахаридов одного типа (так, крахмал и целлюлоза, состоят только из глюкозы
• Гетерополисахариды, в состав которых в качестве мономеров могут входить несколько различных сахаров (гепарин).

Функции углеводов

1. Энергетическая являются основным источником энергии у организмов.

2. Структурная входят в состав клеток всех организмов

3. Опорная функция (только у растений- жесткая клеточная стенка из целлюлозы)

4. Запаса питательных веществ. Крахмал у растений, гликоген у животных.

5. Защитная. Вязкие секреты (слизи) выделяемые животными богаты углеводами. Они защищают полые органы от механических повреждении, проникновения вредных вирусов и бактерий. (пищевод, кишки, бронхи и желудок)

1. Липиды

Липиды – сложные эфиры жирных кислот и спирта. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях. Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода.

Виды липидов:

I. Простые липиды. Представляют собой спиртовые эфиры жирных кислот. К ним относят природные жиры и воска.

1. Глицериды – липиды, построены из трех атомного спирта глицерина и жирных кислот.
2. Воска – сложные эфиры высших жирных кислот и одноатомных высокомолекулярных спиртов.

II. Cложные липиды При гидролизе этих липидов образуются помимо спирта и кислот также и другие соединения. К ним относятся фосфолипиды, гликолипиды.

Фосфолипиды – липид, в состав которого также входит остаток фосфорной кислоты

III. Стероиды В состав липидов входит спирт холесторол. К стероидам принадлежит ряд очень важных веществ: гормоны коры надпочечников и половых желез, витамин д, желчные кислоты, холестерин.

IV. ПигментыКаротиноиды (это животные и растительные пигменты), порфирины, к ним относится биологически важные пигменты (гемоглобин, хлорофилл, билирубин); флавины (лактофлавин молока, рибофлавин).

Биологические функции

1. Структурная - входят в состав внутриклеточных структур; (фосфолипиды, воски др)

2. Энергетическая - выделяют энергию -38,9кДж;

3. Защитная - защищает клетку и организм от резких колебаний температуры и механических повреждений

4. Являются источником метаболической воды

5. Регуляторная. Входят в состав витаминов (A, D, E) и гормонов.

Углеводы и жиры способны в организме превращаться друг в друга. Белки также могут преобразовываться в жиры и углеводы.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты были открыты в 1868 г. швейцарским ученым Ф. Мишером.

Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – линейный полимер, имеющий вид двойной спирали. Пространственная структура молекулы ДНК была смоделирована американскими учеными Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком в 1953 г.

Строение

Каждый нуклеотид ДНК состоит из:

- азотистого основания пуринового (аденин и гуанин) или пиримидинового (тимин и цитозин)

- пятиуглеродного сахара – дезоксирибозы

- фосфатной группы.

Этапы исследований ДНК

• Рентгеноструктурные исследований Уитсона и Френклин

• Правило Чаргаффа: закономерность содержания азотистых оснований: тимина всегда столько же сколько и аденина, а цитозина – сколько гуанина.
• В 1953г, Уотсон и Крик предположили пространственную молекулярную модель ДНК (двойная спираль).

Основные черты модели:

1. Каждая молекула ДНК состоит из двух длинных полинуклеотидных цепей, образующих двойную спираль, закрученную вокруг центральной оси.
2. Каждый нуклеотид расположен в плоскости, перпендекулярной оси спирали
3. Две цепи скреплены водородными связями, обязующимися между основаниями, принадлежащими разным цепям.
4. Спаривание оснований специфично. Нуклеотиды обращены друг к другу в соответствии с правилами комплементарности: напротив аденина расположен тимин, напротив гуанина – цитозин. Пара А – Т соединена двумя водородными связями, а пара Г – Ц – тремя.

Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК определяет ее специфичность, а также специфичность белков организма, которые кодируются этой последовательностью. Эти последовательности индивидуальны и для каждого вида организмов, и для отдельных особей.

Функции ДНК

1. Хранение, передача и воспроизведение наследственной информации
2. Контроль обмена веществ

Репликация ДНК

Репликация ДНК – процесс удвоения ДНК. Это сложный процесс осуществляемый ферментами. В основе репликации лежит способность нуклеотидов к комплементарному взаимодействию с образованием водородных связей между А и Т, Г и Ц.

Этапы репликации:

1. Фермент ДНК-геликаза раскручивает двойную спираль молекулы ДНК и разрывает водородные связи между цепочками;
2. Фермент ДНК-полимераза движется вдоль одной цепочки ДНК и по правилу комплементарности присоединяет соответствующие нуклеотиды. Эта цепочка называется лидирующей; ее удвоение идет непрерывно. Вторая цепочка (отстающая) расположена антипараллельно первой, а ДНК-полимераза может двигаться тлько в одном направлении, следовательно, она копируется эту цепочку отдельными фрагментами по мере раскручивания ДНК. Разнонаправленность копирования цепочек ДНК называется принципом антипараллельности.
3. Фермент ДНК-лигаза сшивает фрагменты в цепочку.

РНК

Рибонуклеиновая кислота (РНК) – линейный полимер, состоящий из одной цепи нуклеотидов.

Строение

Каждый нуклеотид РНК состоит из:

- азотистого основания пуринового (А – аденин или Г – гуанин) или пиримидинового (У - урацил или Ц – цитозин)

- пятиуглеродного сахара – рибозы

- фосфатной группы.

 2. Виды РНК.

1. Матричная, или информационная, РНК.

Синтезируется в ядре при участии фермента РНК-полимеразы. Комплементарна участку ДНК, на котором происходит синтез. Ее функция – снятие информации с ДНК и передача ее к месту синтеза белка – на рибосомы. Составляет 5% РНК клетки.

1. Рибосомная РНК

Синтезируется в ядрышке. Одноцепочный линейный полимер, в комплексе с белками формирует рибосомы. Составляет 85% РНК клетки.

1. Транспортная РНК

Транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка. Самая маленькая из всех РНК и состоит из 70—90 нуклеотидов.

Число различных видов тРНК 20-61 видов. Все они имеют сходную пространственную конфигурацию. Благодаря внутрицепочным комплементарным взаимодействиям молекула тРНК приобретает характерную вторичную структуру в виде клеверного листа. В тРНК выделяют четыре петли или плеча:

· Акцепторная – служит местом прикрепления аминокислоты;

· Антикодоновая – узнает кодон в матричной РНК в процессе трансляции

· Две боковые

Функции РНК

1. Участие в биосинтезе белка
2. Рибосомальная РНК формирует рибосомы и входит в состав ядрышек.

АТФ

Аденозинтрифосфорная кислота – универсальный природный аккумулятор энергии. АТФ представляет собой нуклеотид, состоящий из:

1. азотистого основания – аденина,
2. углевода рибозы
3. трех остатков фосфорной кислоты

При отщеплении одного остатка фосфорной кислоты освобождается 40 кДж/моль энергии. Синтез АТФ происходит в основном в митохондриях ( в хлоропластах синтезированные АТФ расходуются в темновой фазе). Световая энергия солнца и энергия заключенная в потребляемой пище запасается в молекулах АТФ. Запас АТФ в клетке не велик.