Химический состав клетки. Элементы

Кислород - О

Углерод - С

Водород - Н

Азот - N

Натрий Калий Кальций Фосфор Сера Железо Магний Хлор

1,9%

Микроэлементы ( I, Zn, Co, Mn и др. ) - 0,1% (концентрация каждого – от 0,001% до 0,000001%)

Макроэлементы – 99,9%

О,С,Н,N – органогены – 98 %

Роль в организме макроэлементов

Роль органогенов: - кислород входит в состав воды, почти всех органических соединений (его мало в липидах), служит конечным акцептором электронов и водорода при дыхании - углерод – образует каркас органических молекул, в составе СаСО3 входит в состав раковин и костей скелета - водород – входит в состав воды и всех органических молекул, в виде протонов участвует в окислительно-восстановительных реакциях, в работе протонной помпы - азот – обязательный компонент аминокислот, из которых строятся белки, и азотистых оснований нуклеотидов, из которых строятся АТФ и нуклеиновые кислоты; входит в состав порфириновых колец хлорофилла и гема гемоглобина. NO в низких концентрациях действует как посредник в передаче клеточных сигналов внутри клетки и между клетками. Оксид азота, производимый клетками эндотелия сосудов, отвечает за расслабление гладких мышц сосудов и их расширение, предотвращает агрегацию тромбоцитов и адгезию нейрофилов к эндотелию, участвует в различных процессах в нервной, репродуктивной и иммунной системах. NO также обладает цитотоксическими и цитостатическими свойствами. Клетки-киллеры иммунной системы используют оксид азота для уничтожения бактерий и клеток злокачественных опухолей. (В 1998 году Роберту Ферчготту, Луису Игнарро и Фериду Мураду была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «За открытие роли оксида азота как сигнальной молекулы в регуляции сердечно-сосудистой системы»). Избыточный азот у животных выводится в составе аммиака, мочевины, мочевой кислоты

Роль собственно макроэлементов:Калий - участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы (расслабляет). Натрий - участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессы осморегуляции (в том числе работы почек у человека) и создании буферной системы крови. Фосфор - входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты), в состав фосфолипидов, которые образуют основу клеточных мембран, в костную ткань и зубную эмаль (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов). Сера - входит в состав двух аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях. Магний – находится в центре молекулы хлорофилла, кофактор более 300 ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; Кальций — участвует в свёртывании крови, необходим для мышечного сокращения и передачи нервного импульса через синапс, необходим для внедрения сперматозоида в яйцеклетку. Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных. Железо – входит в состав гема, компонента миоглобина, гемоглобина, леггемоглобина; входит в состав более 100 ферментов, обеспечивает активность интерферона и Т-киллеров, принимает участие в обезвреживании токсинов в печениХлор - поддерживает электронейтральность клетки.

Роль наиболее известных микроэлементов:Йод – входит в состав тироксина – гормона щитовидной железы; для усвоения йода нужен селен, действуют совместноМедь – необходима для синтеза тироксина и женских половых гормонов, цитохромоксидазы, для созревания эритроцитов, влияет на уровень мелатонина, адреналина, норадреналина и серотонина в крови, участвует в образовании фермента супероксиддисмутазы, которая является ключевым ферментом- антиоксидантом.Цинк – наряду с селеном является одним из самых эффективных антиоксидантов, входит в состав активных центров более 200 ферментов, в том числе белков рибосом и алкогольдегидрогеназы, участвует в выработке тестостерона, необходим для работы тимуса и усвоения витамина АФтор – входит в состав эмали зубовХром – регулирует углеводный обмен и уровень глюкозы в крови, нормализует проницаемость клеточных мембран для глюкозыКобальт – стимулирует процесс кроветворения, участвует в синтезе белков и углеводном обмене; важнейшая роль кобальта состоит в эндогенном синтезе витамина В12 (цианокобаламина). Марганец – антиоксидант, активизирует клетки противоопухолевого иммунитета, необходим для выработки инсулина и усвоения кальция, для нормального метаболизма жира и обмена холестерина, обладает антигистаминным действиемКремний входит в состав коллагена и эластина, скрепляет волокна, поэтому необходим для сосудов, кожи и волос; у микроорганизмов может входить в состав наружного скелета

Вещества клетки

Вещества

Неорганические Органические

Вода Минеральные вещества

Белки Нуклеиновые кислоты

Углеводы Липиды

В клетке могут быть органические вещества с комбинированным составом – липопротеиды, гликопротеиды, нуклеопротеиды,

фосфолипиды и др.

Вода

Если бы водородных связей не было, вода закипала бы при температуре –80 °С, а замерзала при –100 °С. Наша

Земля превратилась бы в безжизненную пустыню: все реки, моря и океаны

выкипели бы

Связь между строением и функциями воды в живых организмах и окружающей их среде

1. Вода образует среду обитания со свойствами, обеспечивающими жизнедеятельность организмов – жидкая в большом диапазоне температур, теплая вода и лед имеют пониженную плотность, прозрачна. Следствия – обеспечивает пассивный транспорт, защищает от замерзания, разрешает фотосинтез и зрение 2. Молекулы воды - диполи, поэтому растворяет полярные и заряженные молекулы, укладывает гидрофобные – это предпосылка для химических реакций3. Между диполями образуются водородные связи, формируются кластеры, поэтому у воды высокая теплоемкость – это не допускает резких перепадов температуры, и высокая теплота парообразования – при испарении охлаждает. Благодаря кластерам образует пленку поверхностного натяжения, создает капиллярную силу в почве и в проводящей ткани растений4. Имеет относительно высокую вязкость, поэтому снижает трение при работе внутренних органов5. Практически не сжимается, поэтому служит амортизатором – защищает от ударов жизненно важные органы 6. Способна к химическим реакциям – ведет гидролиз молекул, при фотосинтезе в результате фотолиза воды обеспечивается синтез органических веществ, образуется молекулярный кислород, необходимый для всех аэробов

Органические вещества

Основа молекул - скелет из атомов углерода; если атом углерода один, то по массе составляет более 50% от массы молекулы

Один из четырех классов (липиды) имеет молекулы в своей основе гидрофобные – они не полярны и не заряжены, отталкиваются от воды;

Оставшиеся три класса гидрофильные, при этом если молекулы мелкие – в воде растворяются, если крупные – вокруг них образуется гидратная оболочка. Эти три класса способны к полимеризации - из мономеров

образуются полимеры.

Мономеры – низкомолекулярные соединения, молекулы которых способны реагировать между собой с образованием полимеров; полимеры при

гидролизе расщепляются на мономеры.

Биополимеры подразделяются на регулярные – состоят из одного или нескольких монотонно повторяющихся мономеров (это углеводы), и на нерегулярные, молекулы которых построены из разных мономеров, которые следуют друг за другом в разном порядке (это белки и НК)

ЛипидыПростые – спиртовые эфиры жирных кислот Спирт – обычно глицерол ЖК - Ненасыщенные с низкой температурой плавления – в составе мембранных липидов, в растительных маслах Насыщенные – в животных жирах

Воск - сложный эфир высших одноосновных жирных кислот и высших одноатомных жирных спиртов;

Другие важнейшие липиды и их производные:

- стерины (холестерин)- стероиды (половые гормоны)- фосфолипиды- гликолипиды- жирорастворимые витамины (А, D, E, K)- терпены (эфирные масла, каучук, камфора, различные гормоны растений)

Основные функции липидов и их производных:- Строительная – основа клеточной мембраны (фосфолипиды и гликолипиды, холестерин – влияет на текучесть мембраны)- Энергетическая – запасной источник энергии (38,9 кДж\г)- Регуляторная – стероидные гормоны: тестостерон, эстрадиол, кортизол и др.- Участие в обмене веществ – витамины, желчные кислоты, кофакторы ферментов, бурый жир является источником метаболической воды- Защита механическая и от теплопотери, обеспечение плавучести - В составе родопсина обеспечивает зрение

Углеводы – Cn(H2O)m = сахара

Изомеры глюкозы

Моносахариды – растворимы в воде Фруктоза

Гексозы - (С6) Пентозы - (С5)

(крахмал, гликоген)

(целлюлоза)

Мальтоза - из двух молекул глюкозы

Сахароза - из глюкозы и фруктозы

Лактоза - из глюкозы и галактозы

Дисахариды – растворимы в воде, сладкие

Полисахариды – регулярные биополимеры,

могут ветвиться

Крахмал – запасной углевод у растений

Полисахариды гидрофильны, но в

воде не растворяются из-за большого

размера молекул

Гликоген- запасной углевод у животных и грибов

Целлюлоза – полимер

бета-глюкозы, образует

каркас клеточной стенки у растений

Хитин – полимер N-ацетилглюкозамина,

образует каркас клеточной стенки у грибов, основу

наружного скелета членистоногих

Функции углеводов:- пентозы – входят в состав нуклеотидов - гексозы – ключевые метаболиты, источники энергии (17,4 кДж/г)- дисахариды – транспортная форма углеводов- полисахариды – запасные источники энергии, либо строительный материал