Биологическая роль некоторых химических элементов

Органические элементы клетки

Важнейшими органическими веществами клетки являются белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Органические соединения составляют в среднем 20–30 % массы клетки живого организма.

Белки

Биополимеры.Мономерами являются аминокислоты – низкомолекулярные соединения. Различают 20 аминокислот. Общая формула:

где NH₂ – аминогруппа (основные свойства), СООН – карбоксильная группа (кислотные свойства), R – радикал (20 вариантов). Это амфотерные соединения.

Физические свойства белков: бесцветные, кристаллические, растворимы в воде, нерастворимы в органических растворителях.

Аминокислоты, соединяясь, образуют пептидную связь (ковалентную, прочную).

Липиды и жиры

Жиры (триглицериды)– сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот.

Общая формула:

Жиры бывают:

1) Насыщенные (твердые) – стеариновая, пальмитиновая, масляная кислоты (говяжий, свиной жир).

2) Ненасыщенные (жидкие) – олеиновая, линолевая кислоты (подсолнечное масло, рыбий жир).

Жиры нерастворимы в воде и растворимы в органических растворителях (эфире, спирте, бензине и др.).

Классификация липидов:

1. Простые липидыпредставляют собой эфиры спирта и жирных кислот (триглицериды):

а) стероиды– производные спирта холестерола (половые гормоны, холе­стерол, кортикостероиды, витамин D);

б)терпены– вещества, в основе структуры которых лежит пятиугольный углеводород изопрен (хлорофилл, каротиноиды, витамин А);

в)жиро­растворимыевитамины(А, Д, Е, К);

г)воска– сложные эфиры высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов.

2. Сложные липиды– это соединение эфиров спирта, жирных кислот
и других веществ. К ним относятся:

а) фосфолипиды– соединения глицерина, жирных кислот и остатков фосфорной кислоты;

б)гликолипиды– соединения липидов и углеводов;

в) липопротеиды– соединения липидов и белков;

г) пигменты(каротиноиды, гемоглобин, хлорофилл и др.).

 Функции липидов:

1.  Энергетическая– при окислении 1 г липидов выделяется 38,9 кДж тепла. Липиды обеспечивают 25-30 % всей энергии, необходимой организму.

2.  Строительная(структурная) – входят в состав биомембраны.

3.  Гормональная и регуляторная– стероидные гормоны регулируют обмен веществ и размножение, витамины.

4.  Запасающая– в растительных клетках семян плодов растений, в животных – жировая ткань.

5.  Источник эндогенной воды– при окислении 1 г жиров образуется 1,1 мл воды.

6.  Термоизоляционная– участие в теплообмене.

7.  Защитная– от механических повреждений.

8.  Выделительная– «жировое тело» насекомых.

9.  Специальные функции– химические сигналы (феромоны у насекомых), образование водоотталкивающих покрытий у растений (воска), окраска плодов и семян, участие в фотосинтезе (пигменты).

Углеводы

Углеводы – это углеводородные соединения. Общая формула – С_n(Н₂0)_m

Классификация углеводов:

1. Простые углеводы – моносахариды. В зависимости от числа углеводных атомов в их молекуле различают: триозы(глицеральдегид), тетрозы(эрит­роза), пентозы(рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеиновых кислот, АТФ), гексозы(глюкоза, фруктоза).

2. Сложные углеводы – это полимеры, состоящие из моносахаридов, соеди­ненных гликозидной связью. Различают:

а)олигосахариды– углеводы, построенные из небольшого числа (2–10) мо­носахаридных остатков, растворимые, имеют сладкий вкус;

б) дисахариды– углеводы, объединяющие два моносахарида (сахароза, мальтоза, лактоза);

в) полисахариды– сложные высокомолекулярные углеводы, образованные сотнями и тысячами молекул моносахаридов, нерастворимые, не имеют сладкого вкуса. Это линейные и разветвленные полимеры, мономеры которых соединены гликозидной связью;

г) гомополисахариды– состоят из множества одинаковых моносахаридных остатков (крахмал, гликоген, целлюлоза);

д) гетерополисахариды– состоят из моносахаридов разных видов (гепарин).

Функции углеводов:

1.  Структурная (строительная) – входят в состав клеточной стенки растений, бактерий, грибов.

2.  Энергетическая – при окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии.

3.  Запасающая – крахмал у растений, гликоген у животных.

4.  Составной компонент ДНК, РНК, АТФ, ФАД²⁺, НАД⁺, НАДФ⁺.

5.  Защитная – рецепторы тканевой совместимости, хитиновый покров чле­нистоногих.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты(от лат. nukleus – ядро, впервые были обнаружены в ядре) – сложные природные высокомолекулярные соединения, обеспечиваю­щие хранение и передачу наследственной информации в живых организмах. Составляют 1–5 % от сухой массы клетки и представлены моно- и полину­клеотидами.

Полинуклеотиды– линейные биополимеры с огромной молекулярной массой. Мономерами нуклеиновых кислотявляются нуклеотиды, состоящие из азотистого основания, сахара – пентозы и остатка фосфорной кислоты (рис. 3).

1) Азотистые основанияпредставлены производными пурина и пиримидина. Пуриновые основания: А – аденин; Г – гуанин. Пиримидиновые основания: Ц – цитозин; Т – тимин; У – урацил.

2) В образовании нуклеотидов принимают участие два моносахарида – пентозы. Это рибоза (в РНК) и дезоксирибоза (в ДНК).

3) Третьим компонентом ну­клеотидов является остаток фосфорной кислоты – фосфат.

Соединения азотистого основания и сахара называются нуклеозидами, а с присоединенным фосфатом – нуклеотидами. Название нуклеотидов обусловле­но входящими в их состав азотистыми основаниями и обозначается заглавными буквами.

В природе существуют два типа нуклеиновых кислот, отличающихся по со­ставу, строению и функциям: ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, РНК – рибонуклеиновая кислота.