Organske tvari koje čine staničnu tablicu. Voda i anorganski spojevi, njihova uloga u stanici

To uključuje vodu i mineralne soli.

Voda nužna za provođenje životnih procesa u stanici. Njegov sadržaj je 70-80% stanične mase. Glavne funkcije vode:

je univerzalno otapalo;

je okolina u kojoj se odvijaju biokemijske reakcije;

određuje fiziološka svojstva stanice (elastičnost, volumen);

sudjeluje u kemijskim reakcijama;

održava toplinsku ravnotežu tijela zbog visokog toplinskog kapaciteta i toplinske vodljivosti;

je glavno sredstvo za prijenos tvari.

Mineralne soli prisutni u stanici u obliku iona: kationi K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+; anioni – Cl -, HCO 3 -, H 2 PO 4 -.

3. Organske tvari stanice.

Organski spojevi stanice sastoje se od mnogo ponavljajućih elemenata (monomera) i velike su molekule - polimeri. To uključuje proteine, masti, ugljikohidrate i nukleinske kiseline. Njihov sadržaj u stanici: proteini -10-20%; masti - 1-5%; ugljikohidrati - 0,2-2,0%; nukleinske kiseline - 1-2%; organske tvari niske molekulske mase – 0,1-0,5%.

Vjeverice – visoka molekularna težina (visoka molekularna težina) organska tvar. Strukturna jedinica njihove molekule je aminokiselina. U stvaranju proteina sudjeluje 20 aminokiselina. Molekula svakog proteina sadrži samo određene aminokiseline prema redoslijedu karakterističnom za taj protein. Aminokiselina ima sljedeću formulu:

H 2 N – CH – COOH

U sastav aminokiselina ulazi NH 2 - amino skupina bazičnih svojstava; COOH – karboksilna skupina s kiselim svojstvima; radikali koji razlikuju aminokiseline jedne od drugih.

Postoje primarne, sekundarne, tercijarne i kvaternarne strukture proteina. Aminokiseline koje su međusobno povezane peptidnim vezama određuju njegovu primarnu strukturu. Proteini primarne strukture povezani su u spiralu vodikovim vezama i tvore sekundarnu strukturu. Polipeptidni lanci, uvijajući se na određeni način u kompaktnu strukturu, tvore globulu (kuglu) - tercijarnu strukturu proteina. Većina proteina ima tercijarnu strukturu. Treba napomenuti da su aminokiseline aktivne samo na površini globule. Proteini s globularnom strukturom spajaju se u kvaternarnu strukturu (na primjer, hemoglobin). Kada su izložene visokoj temperaturi, kiselinama i drugim čimbenicima, složene proteinske molekule se uništavaju - denaturacija proteina. Kada se uvjeti poboljšaju, denaturirani protein može obnoviti svoju strukturu ako njegova primarna struktura nije uništena. Ovaj proces se zove renaturacija.

Proteini su specifični za vrstu: svaku životinjsku vrstu karakterizira niz specifičnih proteina.

Postoje jednostavni i složeni proteini. Jednostavni se sastoje samo od aminokiselina (na primjer, albumini, globulini, fibrinogen, miozin itd.). Dio složenih proteina Osim aminokiselina, postoje i drugi organski spojevi, na primjer, masti i ugljikohidrati (lipoproteini, glikoproteini itd.).

Proteini obavljaju sljedeće funkcije:

enzimski (na primjer, enzim amilaza razgrađuje ugljikohidrate);

strukturne (na primjer, dio su membrana i drugih staničnih organela);

receptor (na primjer, protein rodopsin potiče bolji vid);

transport (na primjer, hemoglobin prenosi kisik ili ugljični dioksid);

zaštitni (na primjer, proteini imunoglobulina uključeni su u stvaranje imuniteta);

motor (na primjer, aktin i miozin sudjeluju u kontrakciji mišićnih vlakana);

hormonski (na primjer, inzulin pretvara glukozu u glikogen);

energije (pri razgradnji 1 g proteina oslobađa se 4,2 kcal energije).

Masti (lipidi) - spojevi trohidričnog alkohola glicerola i masnih kiselina visoke molekulske mase. Kemijska formula mast:

CH2-O-C(O)-R1

CH 2 -O-C(O)-R³, pri čemu radikali mogu biti različiti.

Funkcije lipida u stanici:

strukturni (sudjeluju u izgradnji stanične membrane);

energije (pri razgradnji 1 g masti u tijelu oslobađa se 9,2 kcal energije);

zaštitni (štiti od gubitka topline, mehaničkih oštećenja);

mast je izvor endogene vode (oksidacijom 10 g masti oslobađa se 11 g vode);

regulacija metabolizma.

Ugljikohidrati – njihova se molekula može prikazati općom formulom C n (H 2 O) n – ugljik i voda.

Ugljikohidrati se dijele u tri skupine: monosaharidi (obuhvataju jednu molekulu šećera - glukozu, fruktozu i dr.), oligosaharide (obuhvataju od 2 do 10 monosaharidnih ostataka: saharoza, laktoza) i polisaharide (spojevi visoke molekulske mase - glikogen, škrob i dr.). ).

Funkcije ugljikohidrata:

služe kao početni elementi za izgradnju raznih organskih tvari, na primjer, tijekom fotosinteze - glukoze;

glavni izvor energije za tijelo; tijekom njihove razgradnje uz pomoć kisika oslobađa se više energije nego tijekom oksidacije masti;

zaštitni (na primjer, sluz koju izlučuju razne žlijezde sadrži puno ugljikohidrata; štiti stijenke šupljih organa (bronhija, želuca, crijeva) od mehaničkih oštećenja; ima antiseptička svojstva);

strukturne i potporne funkcije: uključene u plazma membrana.

Nukleinske kiseline su biopolimeri koji sadrže fosfor. To uključuje deoksiribonukleinska kiselina (DNA) I ribonukleinske (RNA) kiseline.

DNK - najveći biopolimeri, njihov monomer je nukleotid. Sastoji se od ostataka tri tvari: dušične baze, ugljikohidrata deoksiriboze i fosforne kiseline. Postoje 4 poznata nukleotida uključena u formiranje molekule DNK. Dvije dušične baze su derivati ​​pirimidina - timin i citozin. Adenin i guanin su klasificirani kao derivati ​​purina.

Prema modelu DNA koji su predložili J. Watson i F. Crick (1953.), molekula DNA sastoji se od dva lanca koja se spiralno okreću jedan oko drugog.

Dvije niti molekule drže zajedno vodikove veze koje se pojavljuju između njih. komplementarni dušične baze. Adenin je komplementaran timinu, a gvanin citozinu. DNK se u stanicama nalazi u jezgri, gdje zajedno s proteinima nastaje kromosoma. DNK se također nalazi u mitohondrijima i plastidima, gdje su njihove molekule raspoređene u prsten. Glavni funkcija DNA– pohranjivanje nasljednih informacija sadržanih u nizu nukleotida koji čine njegovu molekulu i prijenos tih informacija stanicama kćerima.

Ribonukleinska kiselina jednolančani. RNA nukleotid se sastoji od jedne od dušičnih baza (adenin, gvanin, citozin ili uracil), ugljikohidrata riboze i ostatka fosforne kiseline.

Postoji nekoliko vrsta RNA.

Ribosomska RNA(r-RNA) u kombinaciji s proteinom dio je ribosoma. Ribosomi vrše sintezu proteina. Glasnička RNA(i-RNA) prenosi informacije o sintezi proteina iz jezgre u citoplazmu. Prijenosna RNA(tRNA) nalazi se u citoplazmi; veže određene aminokiseline na sebe i dostavlja ih ribosomima, mjestu sinteze proteina.

RNK se nalazi u jezgrici, citoplazmi, ribosomima, mitohondrijima i plastidima. U prirodi postoji još jedna vrsta RNA - virusna. U nekim virusima obavlja funkciju pohranjivanja i prijenosa nasljednih informacija. Kod drugih virusa ovu funkciju obavlja virusna DNA.

Adenozin trifosforna kiselina (ATP) je poseban nukleotid koji se sastoji od dušične baze adenina, ugljikohidrata riboze i tri ostatka fosforne kiseline.

ATP je univerzalni izvor energije potreban za biološke procese koji se odvijaju u stanici. Molekula ATP je vrlo nestabilna i sposobna je odvojiti jednu ili dvije molekule fosfata, oslobađajući veliku količinu energije. Ta se energija troši kako bi se osigurale sve vitalne funkcije stanice - biosinteza, kretanje, stvaranje električnog impulsa itd. Veze u molekuli ATP-a nazivaju se makroergičkim. Cijepanje fosfata iz molekule ATP-a prati oslobađanje 40 kJ energije. Sinteza ATP-a odvija se u mitohondrijima.

Organizmi se sastoje od stanica. Stanice različitih organizama imaju sličan kemijski sastav. Tablica 1 prikazuje glavne kemijske elemente koji se nalaze u stanicama živih organizama.

Tablica 1. Sadržaj kemijski elementi u kavezu

Na temelju sadržaja u ćeliji mogu se razlikovati tri skupine elemenata. U prvu skupinu spadaju kisik, ugljik, vodik i dušik. Oni čine gotovo 98% ukupnog sastava stanice. U drugu skupinu spadaju kalij, natrij, kalcij, sumpor, fosfor, magnezij, željezo, klor. Njihov sadržaj u ćeliji je desetinke i stotinke postotka. Elementi ove dvije skupine klasificirani su kao makronutrijenata(od grčkog makro- velik).

Preostali elementi, predstavljeni u ćeliji stotinkama i tisućinkama postotka, uključeni su u treću skupinu. Ovaj mikroelemenata(od grčkog mikro- mali).

U ćeliji nisu pronađeni elementi svojstveni živoj prirodi. Svi navedeni kemijski elementi također su dio nežive prirode. To ukazuje na jedinstvo žive i nežive prirode.

Nedostatak bilo kojeg elementa može dovesti do bolesti, pa čak i smrti organizma, budući da svaki element ima određenu ulogu. Makroelementi prve skupine čine osnovu biopolimera - proteina, ugljikohidrata, nukleinskih kiselina, kao i lipida, bez kojih je život nemoguć. Sumpor je dio nekih proteina, fosfor je dio nukleinskih kiselina, željezo je dio hemoglobina, a magnezij je dio klorofila. Kalcij ima važnu ulogu u metabolizmu.

Neki od kemijskih elemenata sadržanih u stanici dio su anorganskih tvari - mineralnih soli i vode.

Mineralne soli nalaze se u stanici, u pravilu, u obliku kationa (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) i aniona (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3), od čijeg omjera ovisi kiselost okoliša, važna za život stanica.

(U mnogim stanicama okolina je blago alkalna i njezin se pH gotovo ne mijenja, budući da se u njoj stalno održava određeni omjer kationa i aniona.)

Od anorganskih tvari u živoj prirodi veliku ulogu igra voda.

Bez vode život je nemoguć. Čini značajnu masu većine stanica. Puno vode sadrže stanice mozga i ljudski embriji: više od 80% vode; u stanicama masnog tkiva – samo 40.% Do starosti smanjuje se sadržaj vode u stanicama. Osoba koja je izgubila 20% vode umire.

Jedinstvena svojstva vode određuju njezinu ulogu u tijelu. Sudjeluje u termoregulaciji, što je posljedica visokog toplinskog kapaciteta vode - potrošnje velike količine energije pri zagrijavanju. Što određuje visok toplinski kapacitet vode?

U molekuli vode atom kisika kovalentno je vezan na dva atoma vodika. Molekula vode je polarna jer je atom kisika djelomično negativni naboj, a svaki od dva atoma vodika ima

Djelomično pozitivan naboj. Vodikova veza nastaje između atoma kisika jedne molekule vode i atoma vodika druge molekule. Vodikove veze osiguravaju vezu veliki broj molekule vode. Kada se voda zagrijava, značajan dio energije troši se na kidanje vodikovih veza, što određuje njen visok toplinski kapacitet.

voda - dobro otapalo. Zbog svoje polarnosti, njegove molekule međusobno djeluju s pozitivno i negativno nabijenim ionima, čime potiču otapanje tvari. U odnosu na vodu sve se stanične tvari dijele na hidrofilne i hidrofobne.

Hidrofilan(od grčkog hidro- voda i filleo- ljubav) nazivaju se tvari koje se otapaju u vodi. To uključuje ionske spojeve (na primjer, soli) i neke neionske spojeve (na primjer, šećere).

Hidrofobno(od grčkog hidro- voda i Fobos- strah) su tvari koje su netopljive u vodi. To uključuje, na primjer, lipide.

Voda ima važnu ulogu u kemijskim reakcijama koje se odvijaju u stanici. vodene otopine. Otapa produkte metabolizma koji tijelu nisu potrebni i time potiče njihovo uklanjanje iz organizma. Visok sadržaj vode u stanici daje elastičnost. Voda potiče kretanje razne tvari unutar stanice ili od stanice do stanice.

Tijela žive i nežive prirode sastoje se od istih kemijskih elemenata. Živi organizmi sadrže anorganske tvari – vodu i mineralne soli. Životno važne brojne funkcije vode u stanici određene su karakteristikama njezinih molekula: njihovom polarnošću, sposobnošću stvaranja vodikovih veza.

ANORGANSKI DIJELOVI STANICE

Oko 90 elemenata nalazi se u stanicama živih organizama, a oko 25 ih se nalazi u gotovo svim stanicama. Prema sadržaju u stanici kemijski elementi se dijele na tri velike skupine: makroelementi (99%), mikroelementi (1%), ultramikroelementi (manje od 0,001%).

U makroelemente spadaju kisik, ugljik, vodik, fosfor, kalij, sumpor, klor, kalcij, magnezij, natrij, željezo.
Mikroelementi uključuju mangan, bakar, cink, jod, fluor.
U ultramikroelemente spadaju srebro, zlato, brom i selen.

ORGANSKI DIJELOVI STANICE

Enzimi.

Najvažnija funkcija proteina je katalitička. Proteinske molekule koje povećavaju brzinu kemijskih reakcija u stanici za nekoliko redova veličine nazivaju se enzima. Niti jedan biokemijski proces u tijelu ne odvija se bez sudjelovanja enzima.

Trenutno je otkriveno preko 2000 enzima. Njihova učinkovitost višestruko je veća od učinkovitosti anorganskih katalizatora koji se koriste u proizvodnji. Dakle, 1 mg željeza u enzimu katalaze zamjenjuje 10 tona anorganskog željeza. Katalaza povećava brzinu razgradnje vodikovog peroksida (H 2 O 2) za 10 11 puta. Enzim koji katalizira reakciju stvaranja ugljične kiseline (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) ubrzava reakciju 10 7 puta.

Važno svojstvo enzima je specifičnost njihova djelovanja; svaki enzim katalizira samo jednu ili malu skupinu sličnih reakcija.

Tvar na koju enzim djeluje naziva se supstrat. Strukture molekula enzima i supstrata moraju točno odgovarati jedna drugoj. Time se objašnjava specifičnost djelovanja enzima. Kada se supstrat kombinira s enzimom, mijenja se prostorna struktura enzima.

Slijed interakcije između enzima i supstrata može se shematski prikazati:

Supstrat+Enzim - Kompleks enzim-supstrat - Enzim+proizvod.

Dijagram pokazuje da se supstrat spaja s enzimom i tvori kompleks enzim-supstrat. U tom slučaju supstrat se pretvara u novu tvar - proizvod. U završnoj fazi, enzim se oslobađa iz proizvoda i ponovno stupa u interakciju s drugom molekulom supstrata.

Enzimi djeluju samo pri određenoj temperaturi, koncentraciji tvari i kiselosti okoliša. Promjenjivi uvjeti dovode do promjena u tercijarnoj i kvaternarnoj strukturi proteinske molekule, a posljedično i do potiskivanja aktivnosti enzima. Kako se to događa? Samo određeni dio molekule enzima, tzv aktivno središte. Aktivni centar sadrži od 3 do 12 aminokiselinskih ostataka i nastaje kao rezultat savijanja polipeptidnog lanca.

Pod utjecajem različitih čimbenika mijenja se struktura molekule enzima. U tom slučaju, prostorna konfiguracija aktivnog centra je poremećena, a enzim gubi svoju aktivnost.

Enzimi su proteini koji djeluju kao biološki katalizatori. Zahvaljujući enzimima, brzina kemijskih reakcija u stanicama povećava se za nekoliko redova veličine. Važno svojstvo enzima je njihova specifičnost djelovanja u određenim uvjetima.

Nukleinske kiseline.

Nukleinske kiseline otkrivene su u drugoj polovici 19. stoljeća. Švicarski biokemičar F. Miescher, koji je izolirao tvar iz staničnih jezgri sa visok sadržaj dušika i fosfora i nazvao ga “nuklein” (od lat. jezgra- jezgra).

Nukleinske kiseline pohranjuju nasljedne informacije o građi i funkcioniranju svake stanice i svih živih bića na Zemlji. Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina - DNA (dezoksiribonukleinska kiselina) i RNA (ribonukleinska kiselina). Nukleinske kiseline, kao i proteini, specifične su za vrstu, odnosno organizmi svake vrste imaju svoj tip DNK. Da biste saznali razloge specifičnosti vrste, razmotrite strukturu nukleinskih kiselina.

Molekule nukleinske kiseline su vrlo dugi lanci koji se sastoje od mnogo stotina pa čak i milijuna nukleotida. Svaka nukleinska kiselina sadrži samo četiri vrste nukleotida. Funkcije molekula nukleinskih kiselina ovise o njihovoj strukturi, nukleotidima koje sadrže, njihovom broju u lancu i redoslijedu spoja u molekuli.

Svaki nukleotid sastoji se od tri komponente: dušične baze, ugljikohidrata i fosforne kiseline. Svaki nukleotid DNA sadrži jednu od četiri vrste dušičnih baza (adenin - A, timin - T, gvanin - G ili citozin - C), kao i deoksiribozni ugljik i ostatak fosforne kiseline.

Dakle, nukleotidi DNA razlikuju se samo po vrsti dušične baze.

Molekula DNA sastoji se od ogromnog broja nukleotida povezanih u lanac u određenom nizu. Svaka vrsta molekule DNA ima svoj broj i slijed nukleotida.

Molekule DNA su vrlo dugačke. Na primjer, da bi se slovima zapisao redoslijed nukleotida u molekulama DNK iz jedne ljudske stanice (46 kromosoma), bila bi potrebna knjiga od oko 820.000 stranica. Izmjenom četiri vrste nukleotida može nastati beskonačan broj varijanti molekula DNA. Ove strukturne značajke molekula DNA omogućuju im pohranjivanje ogromne količine informacija o svim karakteristikama organizama.

Godine 1953. američki biolog J. Watson i engleski fizičar F. Crick stvorili su model strukture molekule DNA. Znanstvenici su otkrili da se svaka molekula DNK sastoji od dva lanca međusobno povezana i spiralno uvijena. Izgleda kao dvostruka spirala. U svakom se lancu izmjenjuju četiri vrste nukleotida u određenom nizu.

Sastav nukleotida DNA varira između različiti tipovi bakterije, gljive, biljke, životinje. Ali ne mijenja se s godinama, malo ovisi o promjenama okoliš. Nukleotidi su upareni, odnosno broj adenin nukleotida u bilo kojoj molekuli DNA jednak je broju timidinskih nukleotida (A-T), a broj citozinskih nukleotida jednak je broju guanin nukleotida (C-G). To je zbog činjenice da se veza dvaju lanaca međusobno u molekuli DNA pokorava određeno pravilo, naime: adenin jednog lanca uvijek je povezan s dvije vodikove veze samo s timinom drugog lanca, a gvanin - s tri vodikove veze s citozinom, odnosno nukleotidni lanci jedne molekule DNA su komplementarni, međusobno se nadopunjuju.

Molekule nukleinske kiseline – DNA i RNA – građene su od nukleotida. Nukleotidi DNA uključuju dušičnu bazu (A, T, G, C), ugljikohidrat deoksiribozu i ostatak molekule fosforne kiseline. Molekula DNK je dvostruka spirala, koja se sastoji od dva lanca povezana vodikovim vezama po principu komplementarnosti. Funkcija DNK je pohranjivanje nasljednih informacija.

Stanice svih organizama sadrže molekule ATP-a - adenozin trifosforne kiseline. ATP je univerzalna stanična tvar, čija molekula ima energetski bogate veze. Molekula ATP-a je jedan jedinstveni nukleotid, koji se, kao i drugi nukleotidi, sastoji od tri komponente: dušične baze - adenina, ugljikohidrata - riboze, ali umjesto jednog sadrži tri ostatka molekula fosforne kiseline (slika 12). Veze označene na slici ikonom bogate su energijom i nazivaju se makroergički. Svaka molekula ATP-a sadrži dvije visokoenergetske veze.

Kada se visokoenergetska veza prekine i uz pomoć enzima odvoji jedna molekula fosforne kiseline, oslobađa se 40 kJ/mol energije, a ATP se pretvara u ADP - adenozin difosfornu kiselinu. Kad se ukloni još jedna molekula fosforne kiseline, oslobađa se još 40 kJ/mol; Nastaje AMP – adenozin monofosforna kiselina. Ove reakcije su reverzibilne, odnosno AMP se može pretvoriti u ADP, ADP u ATP.

Molekule ATP-a se ne samo razgrađuju, već i sintetiziraju, pa je njihov sadržaj u stanici relativno konstantan. Važnost ATP-a u životu stanice je ogromna. Ove molekule imaju vodeću ulogu u energetski metabolizam nužna za osiguranje života stanice i organizma u cjelini.

Molekula RNK je obično jedan lanac, koji se sastoji od četiri vrste nukleotida - A, U, G, C. Poznate su tri glavne vrste RNK: mRNA, rRNA, tRNA. Sadržaj RNA molekula u stanici nije stalan, one sudjeluju u biosintezi proteina. ATP je univerzalna energetska tvar stanice koja sadrži energetski bogate veze. ATP ima središnju ulogu u metabolizmu stanične energije. RNA i ATP se nalaze i u jezgri i u citoplazmi stanice.

Zadaci i testovi na temu "Tema 4. "Kemijski sastav stanice."

• polimer, monomer;
• ugljikohidrat, monosaharid, disaharid, polisaharid;
• lipid, masna kiselina, glicerol;
• aminokiselina, peptidna veza, protein;
• katalizator, enzim, aktivno mjesto;
• nukleinska kiselina, nukleotid.

Algoritam za rješavanje problema.

Tip 1. Samokopiranje DNK.

Jedan od lanaca DNA ima sljedeći nukleotidni niz:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Koju sekvencu nukleotida ima drugi lanac iste molekule?

Za pisanje nukleotidnog slijeda drugog lanca molekule DNK, kada je poznat slijed prvog lanca, dovoljno je timin zamijeniti adeninom, adenin timinom, gvanin citozinom, a citozin gvaninom. Izvršivši ovu zamjenu, dobivamo niz:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

Tip 2. Kodiranje proteina.

Lanac aminokiselina proteina ribonukleaze ima sljedeći početak: lizin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lizin...
Kojim nukleotidnim slijedom počinje gen koji odgovara tom proteinu?

Da biste to učinili, upotrijebite tablicu genetskog koda. Za svaku aminokiselinu nalazimo njenu kodnu oznaku u obliku odgovarajuće trojke nukleotida i zapisujemo je. Poredajući te triplete jedan za drugim istim redoslijedom kao i odgovarajuće aminokiseline, dobivamo formulu za strukturu dijela glasničke RNK. Takvih trojki u pravilu ima više, odabir se vrši prema vašoj odluci (ali se uzima samo jedna od trojki). Sukladno tome, može postojati nekoliko rješenja.
AAAAAAAACUGCGGCUGCGAAG

Kojim slijedom aminokiselina počinje protein ako je kodiran sljedećim slijedom nukleotida:
ACCTTCCATGGCCGGT...

Koristeći načelo komplementarnosti, pronalazimo strukturu dijela glasničke RNA formirane na danom segmentu molekule DNA:
UGCGGGGUACCGGCCCA...

Zatim prelazimo na tablicu genetskog koda i za svaku trojku nukleotida, počevši od prve, nalazimo i ispisujemo odgovarajuću aminokiselinu:
Cistein-glicin-tirozin-arginin-prolin-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Opća biologija". Moskva, "Prosvjetljenje", 2000

• Tema 4." Kemijski sastav stanice." §2-§7 str. 7-21
• Tema 5. "Fotosinteza." § 16-17 str. 44-48
• Tema 6. "Stanično disanje." § 12-13 str. 34-38
• Tema 7. "Genetske informacije." § 14-15 str. 39-44

Stanica sadrži oko 70 elemenata Mendeljejeva periodnog sustava elemenata, a njih 24 prisutna su u svim vrstama stanica. Svi elementi prisutni u ćeliji dijele se, ovisno o njihovom sadržaju u ćeliji, na skupine:

• makronutrijenata– H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
• mikroelemenata– B, Ni, Cu, Co, Zn, Mb itd.;
• ultramikroelementi– U, Ra, Au, Pb, Hg, Se itd.

• organogeni(kisik, vodik, ugljik, dušik),
• makroelementi,
• mikroelemenata.

Molekule koje čine stanicu neorganski I organski veze.

Anorganski spojevi stanice – voda I neorganski ioni.
Voda- najvažnija anorganska tvar stanice. Sve biokemijske reakcije odvijaju se u vodenim otopinama. Molekula vode ima nelinearnu prostorna struktura i ima polaritet. Između pojedinih molekula vode stvaraju se vodikove veze koje određuju fizikalnu i Kemijska svojstva voda.

Anorganski ioni:
kationi K+, Na+, Ca2+, Mg2+ i anioni Cl–, NO3-, PO4 2-, CO32-, HPO42-.

Razlika između broja kationa i aniona (Na + , TO + , Cl-) na površini i unutar stanice osigurava pojavu akcijskog potencijala koji je u osnovi živčana i mišićna stimulacija.
Anioni fosforne kiseline stvaraju sustav fosfatnog pufera, održavajući pH unutarstaničnog okoliša tijela na razini od 6-9.
Ugljična kiselina i njezini anioni stvaraju bikarbonatni puferski sustav te održavaju pH izvanstanične sredine (krvne plazme) na razini 7-4.
Dušikovi spojevi služe izvor mineralna ishrana, sinteza proteina, nukleinske kiseline.
Atomi fosfora dio su nukleinskih kiselina, fosfolipida, kao i kostiju kralježnjaka i hitinskog pokrova člankonožaca.
Ioni kalcija dio su supstance kostiju; nužni su i za provedbu kontrakcija mišića, zgrušavanja krvi.

Stol. Uloga makroelemenata na staničnoj i organskoj razini organizacije.

Stol.

Tematski zadaci

Dio A

A1. Polaritet vode određuje njenu sposobnost
1) provodi toplinu
3) otopiti natrijev klorid
2) apsorbiraju toplinu
4) otopiti glicerin

A2. Djeci s rahitisom treba davati lijekove koji sadrže
1) željezo
2) kalij
3) kalcij
4) cink

A3. Provođenje živčanog impulsa osiguravaju ioni:
1) kalij i natrij
2) fosfor i dušik
3) željezo i bakar
4) kisik i klor

A4. Slabe veze između molekula vode u njenoj tekućoj fazi nazivaju se:
1) kovalentni
2) hidrofobni
3) vodik
4) hidrofilni

A5. Hemoglobin sadrži
1) fosfor
2) željezo
3) sumpor
4) magnezij

A6. Odaberite skupinu kemijskih elemenata koji su nužno uključeni u proteine
1) Na, K, O, S
2) N, P, C, Cl
3) C, S, Fe, O
4) C, H, O, N

A7. Bolesnicima s hipotireozom daju se lijekovi koji sadrže
1) jod
2) željezo
3) fosfor
4) natrij

Dio B

U 1. Odaberite funkcije vode u kavezu
1) energija
2) enzimatski
3) prijevoz
4) građenje
5) podmazivanje
6) termoregulacijski

U 2. Odaberite samo fizička svojstva voda
1) sposobnost disocijacije
2) hidroliza soli
3) gustoća
4) toplinska vodljivost
5) električna vodljivost
6) donacija elektrona

Dio C

C1. Koja fizikalna svojstva vode određuju njezino biološko značenje?

Kao što već znamo, stanica se sastoji od organskih i anorganskih kemikalija. Glavne anorganske tvari koje čine stanicu su soli i voda.

Voda kao sastavni dio živih bića

Voda je dominantna komponenta svih organizama. Važno biološke funkcije vode provode se zbog jedinstvenih svojstava njezinih molekula, posebice prisutnosti dipola koji čine moguća pojava vodikove veze između stanica.

Zahvaljujući molekulama vode u tijelu živih bića odvijaju se procesi termostabilizacije i termoregulacije. Proces termoregulacije događa se zbog visokog toplinskog kapaciteta molekula vode: promjene vanjske temperature ne utječu na promjene temperature unutar tijela.

Zahvaljujući vodi, organi ljudskog tijela zadržavaju svoju elastičnost. Voda je jedna od glavnih komponenti mazivih tekućina potrebnih za zglobove kralježnjaka ili perikardijalnu vrećicu.

Dio je sluzi, što olakšava kretanje tvari kroz crijeva. Voda je sastavni dio žuči, suza i sline.

Soli i druge anorganske tvari

Osim vode, stanice živog organizma sadrže anorganske tvari kao što su kiseline, baze i soli. Najvažniji u životu organizma su Mg2+, H2PO4, K, CA2, Na, C1-. Slabe kiseline jamče stabilno unutarnje stanično okruženje (slabo alkalno).

Koncentracija iona u međustaničnu tvar a unutar stanice mogu biti različiti. Na primjer, ioni Na+ koncentrirani su samo u međustaničnoj tekućini, dok se K+ nalazi isključivo u stanici.

Naglo smanjenje ili povećanje broja određenih iona u staničnom sastavu ne samo da dovodi do njegove disfunkcije, već i do smrti. Na primjer, smanjenje količine Ca+ u stanici uzrokuje konvulzije unutar stanice i njezino daljnje odumiranje.

Neke anorganske tvari često stupaju u interakcije s mastima, bjelančevinama i ugljikohidratima. Tako svijetli primjer su organski spojevi s fosforom i sumporom.

Sumpor, koji je dio proteinskih molekula, odgovoran je za stvaranje molekularnih veza u tijelu. Zahvaljujući sintezi fosfora i organskih tvari, energija se oslobađa iz proteinskih molekula.

Kalcijeve soli

Normalan razvoj koštanog tkiva, kao i funkcioniranje mozga i leđna moždina doprinose soli kalcija. Metabolizam kalcija u tijelu provodi se zahvaljujući vitaminu D. Višak ili nedostatak kalcijevih soli dovodi do disfunkcije tijela.

Biljne i životinjske stanice sadrže anorganske i organske tvari. Anorganske tvari uključuju vodu i minerale. Organske tvari uključuju bjelančevine, masti, ugljikohidrate i nukleinske kiseline.

Anorganske tvari

Vodaje veza koja živa stanica sadrži u najveći broj. Voda čini oko 70% mase stanice. Većina unutarstaničnih reakcija događa se u vodeni okoliš. Voda je u stanici u slobodnom i vezanom stanju.

Važnost vode za život stanice određena je njezinom građom i svojstvima. Sadržaj vode u stanicama može varirati. 95% vode je slobodno u ćeliji. Neophodan je kao otapalo za organske i anorganske tvari. Sve biokemijske reakcije u stanici odvijaju se uz sudjelovanje vode. Voda se koristi za uklanjanje raznih tvari iz stanice. Voda ima visoku toplinsku vodljivost i sprječava nagle temperaturne promjene. 5% vode je u vezanom stanju, stvara slabe spojeve s proteinima.

Minerali u stanici mogu biti u disociranom stanju ili u kombinaciji s organskim tvarima.

Kemijski elementi, koji sudjeluju u metaboličkim procesima i imaju biološku aktivnost nazivaju se biogeni.

Citoplazmasadrži oko 70% kisika, 18% ugljika, 10% vodika, kalcij, dušik, kalij, fosfor, magnezij, sumpor, klor, natrij, aluminij, željezo. Ovi elementi čine 99,99% sastava stanice i tzv makroelemenata. Na primjer, kalcij i fosfor su dio kostiju. Željezo je sastavni dio hemoglobina.

Mangan, bor, bakar, cink, jod, kobalt - mikroelemenata. Oni čine tisućinke postotka stanične mase. Mikroelementi su potrebni za stvaranje hormona, enzima i vitamina. Utječu metabolički procesi u organizmu. Na primjer, jod je dio hormona štitnjače, kobalt je dio vitamina B 12.

Zlato, živa, radij, itd. - ultramikroelementi- čine milijunti dio postotka sastava stanice.

Nedostatak ili višak mineralnih soli remeti vitalne funkcije organizma.

Organska tvar

Kisik, vodik, ugljik, dušik dio su organskih tvari. Organski spojevi su velike molekule koje se nazivaju polimeri. Polimeri se sastoje od mnogo jedinica koje se ponavljaju (monomera). Organski polimerni spojevi uključuju ugljikohidrate, masti, proteine, nukleinske kiseline i ATP.

Ugljikohidrati

Ugljikohidratisastoji se od ugljika, vodika, kisika.

Monomeriugljikohidrati su monosaharidima. Ugljikohidrati se dijele na monosaharide, disaharide i polisaharide.

Monosaharidi- jednostavni šećeri formule (CH 2 O) n, gdje je n bilo koji cijeli broj od tri do sedam. Ovisno o broju ugljikovih atoma u molekuli razlikuju se trioze (3C), tetroze (4C), pentoze (5C), heksoze (6C) i heptoze (7C).

TrioseC 3 H 6 O 3 - na primjer, gliceraldehid i dihidroksiaceton - igraju ulogu međuproizvoda u procesu disanja i uključeni su u fotosintezu. Tetroze C 4 H 8 O 4 nalaze se u bakterijama. Pentoze C 5 H 10 O 5 - na primjer, riboza - dio je RNK, deoksiriboza je dio DNK. Heksoze - C 6 H 12 O 6 - na primjer glukoza, fruktoza, galaktoza. Glukoza je izvor energije za stanicu. Zajedno s fruktozom i galaktozom, glukoza može sudjelovati u stvaranju disaharida.

Disaharidinastaju kao rezultat reakcije kondenzacije između dvaju monosaharida (heksoza) uz gubitak molekule vode.

Formula disaharida je C 12 H 22 O 11 Od disaharida najrasprostranjeniji su maltoza, laktoza i saharoza.

Saharoza ili šećer od šećerne trske sintetizira se u biljkama. Maltoza nastaje iz škroba tijekom njegove probave u životinja. Laktoza ili mliječni šećer nalazi se samo u mlijeku.

Polisaharidi (jednostavni) nastaju kao rezultat reakcije kondenzacije velikog broja monosaharida. Jednostavni polisaharidi uključuju škrob (sintetiziran u biljkama), glikogen (nalazi se u jetrenim stanicama i mišićima životinja i ljudi), celulozu (tvori stanične stijenke u biljkama).

Složeni polisaharidi nastaju kao rezultat interakcije ugljikohidrata s lipidima. Na primjer, glikolipidi su dio membrana. U složene polisaharide spadaju i spojevi ugljikohidrata s proteinima (glikoproteini). Na primjer, glikoproteini su dio sluzi koju izlučuju žlijezde gastrointestinalnog trakta.

Funkcije ugljikohidrata:

1. energija: Tijelo dobiva 60% energije razgradnjom ugljikohidrata. Pri razgradnji 1 g ugljikohidrata oslobađa se 17,6 kJ energije.

2. Struktura i podrška: ugljikohidrati su dio plazma membrane, membrane biljnih i bakterijskih stanica.

3. Skladištenje: hranjive tvari (glikogen, škrob) pohranjuju se u stanicama.

4. zaštitni: izlučevine (sluz) koje luče razne žlijezde štite stijenke šupljih organa, bronha, želuca i crijeva od mehanička oštećenja, štetne bakterije i virusi.

5. Sudjelujte u fotosinteza.

Masti i tvari slične mastima

mastisastoji se od ugljika, vodika, kisika. Monomeri masti su masna kiselina I glicerol. Svojstva masti određena su kvalitativnim sastavom masnih kiselina i njihovim kvantitativnim odnosom. Biljne masti su tekuće (ulja), a životinjske su čvrste (npr. svinjska mast). Masti su netopljive u vodi – hidrofobni su spojevi. Masti se spajaju s proteinima u lipoproteine, a u kombinaciji s ugljikohidratima stvaraju glikolipide. Glikolipidi i lipoproteini su tvari slične mastima.

Tvari slične mastima dio su staničnih membrana, membranskih organela i živčanog tkiva. Masti se mogu spojiti s glukozom i formirati glikozide. Na primjer, digitoksin glikozid je tvar koja se koristi u liječenju bolesti srca.

Funkcije masti:

1. energija: uz potpunu razgradnju 1 g masti do ugljični dioksid i vode oslobađa se 38,9 kJ energije.

2. Strukturni: dio su stanične membrane.

3. zaštitni: sloj masti štiti tijelo od hipotermije, mehaničkih udara i udara.

4. Regulatorno: Steroidni hormoni reguliraju metaboličke procese i reprodukciju.

5. Mast- izvor endogena voda. Pri oksidaciji 100 g masti oslobađa se 107 ml vode.

Vjeverice

Proteini sadrže ugljik, kisik, vodik i dušik. Monomeri vjeverice su aminokiseline. Proteini su izgrađeni od dvadeset različitih aminokiselina. Formula aminokiselina:

U sastav aminokiselina ulaze: NH 2 - amino skupina bazičnih svojstava; COOH je karboksilna skupina i ima kisela svojstva. Aminokiseline se međusobno razlikuju po svojim radikalima – R. Aminokiseline su amfoterni spojevi. Oni su međusobno povezani u molekuli proteina pomoću peptidnih veza.

Shema kondenzacije aminokiselina (stvaranje peptidne veze)

Postoje primarne, sekundarne, tercijarne i kvaternarne strukture proteina. Redoslijed, količina i kvaliteta aminokiselina koje čine proteinsku molekulu određuju njezinu primarnu strukturu. Proteini s primarnom strukturom mogu se spojiti u spiralu pomoću vodikovih veza i formirati sekundarnu strukturu. Polipeptidni lanci su na određeni način upleteni u kompaktnu strukturu, tvoreći globulu (kuglu) - to je tercijarna struktura proteina. Većina proteina ima tercijarnu strukturu. Aminokiseline su aktivne samo na površini globule. Proteini koji imaju globularnu strukturu spajaju se u kvaternarnu strukturu. Zamjenom jedne aminokiseline dolazi do promjene svojstava proteina (slika 30).

Kada je izložen visokoj temperaturi, kiselinama i drugim čimbenicima, može doći do uništenja proteinske molekule. Ta se pojava naziva denaturacija (slika 31). Ponekad denaturiran

Riža. trideset.Različite strukture proteinskih molekula.

1 - primarni; 2 - sekundarni; 3 - tercijarni; 4 - kvartar (na primjeru hemoglobina u krvi).

Riža. 31.Denaturacija proteina.

1 - proteinska molekula prije denaturacije;

2 - denaturirani protein;

3 - obnova izvorne proteinske molekule.

Kada se uvjeti promijene, okupani protein može ponovno obnoviti svoju strukturu. Taj se proces naziva renaturacija i moguć je samo kada primarna struktura proteina nije uništena.

Proteini mogu biti jednostavni i složeni. Jednostavni proteini sastoje se samo od aminokiselina: na primjer, albumini, globulini, fibrinogen, miozin.

Složeni proteini sastoje se od aminokiselina i drugih organskih spojeva: na primjer, lipoproteina, glikoproteina, nukleoproteina.

Funkcije proteina:

1. energija. Razgradnjom 1 g proteina oslobađa se 17,6 kJ energije.

2. Katalitički. Služe kao katalizatori biokemijskih reakcija. Katalizatori su enzimi. Enzimi ubrzavaju biokemijske reakcije, ali nisu dio konačnih proizvoda. Enzimi su strogo specifični. Svaki supstrat ima svoj enzim. Naziv enzima uključuje naziv supstrata i završetak "ase": maltaza, ribonukleaza. Enzimi su aktivni pri određenoj temperaturi (35 - 45 O C).

3. Strukturalni. Proteini su dio membrana.

4. Prijevoz. Na primjer, hemoglobin prenosi kisik i CO 2 u krvi kralješnjaka.

5. Zaštitni.Štiti tijelo od štetni učinci: proizvodnja antitijela.

6. Kontraktilna. Zbog prisutnosti proteina aktina i miozina u mišićnim vlaknima dolazi do kontrakcije mišića.

Nukleinske kiseline

Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: DNK(dezoksiribonukleinska kiselina) i RNA(ribonukleinska kiselina). Monomeri nukleinske kiseline su nukleotidi.

DNA (dezoksiribonukleinska kiselina). Nukleotid DNA sadrži jednu od dušikovih baza: adenin (A), gvanin (G), timin (T) ili citozin (C) (slika 32), ugljikohidrat deoksiribozu i ostatak fosforne kiseline. Molekula DNK je dvostruka spirala građena po principu komplementarnosti. Sljedeće dušične baze komplementarne su u molekuli DNA: A = T; G = C. Dvije spirale DNA povezane su vodikovom vezom (slika 33).

Riža. 32.Struktura nukleotida.

Riža. 33.Odsječak molekule DNA. Komplementarna veza nukleotida različitih lanaca.

DNA je sposobna za samoumnožavanje (replikaciju) (slika 34). Replikacija počinje odvajanjem dvaju komplementarnih niti. Svaki se lanac koristi kao predložak za formiranje nove molekule DNA. Enzimi sudjeluju u procesu sinteze DNA. Svaka od dvije molekule kćeri nužno uključuje jednu staru spiralu i jednu novu. Nova molekula DNA apsolutno je identična staroj u pogledu slijeda nukleotida. Ova metoda replikacije osigurava točnu reprodukciju u molekulama kćerima informacija koje su zabilježene u matičnoj molekuli DNK.

Riža. 34.Umnožavanje molekule DNA.

1 - predložak DNA;

2 - formiranje dva nova lanca na temelju matrice;

3 - molekule kćeri DNA.

Funkcije DNK:

1. Pohranjivanje nasljednih informacija.

2. Osiguravanje prijenosa genetske informacije.

3. Prisutnost u kromosomu kao strukturnoj komponenti.

DNA se nalazi u staničnoj jezgri, kao iu staničnim organelama poput mitohondrija i kloroplasta.

RNA (ribonukleinska kiselina). Postoje 3 vrste ribonukleinskih kiselina: ribosomski, transport I informativni RNA. RNA nukleotid se sastoji od jedne od dušičnih baza: adenina (A), gvanina (G), citozina (C), uracila (U), ugljikohidrata riboze i ostatka fosforne kiseline.

Ribosomska RNA (rRNA) u kombinaciji s proteinom ulazi u sastav ribosoma. rRNK čini 80% sve RNK u stanici. Sinteza proteina odvija se na ribosomima.

glasnička RNA (mRNA) čini od 1 do 10% ukupne RNK u stanici. Struktura mRNA komplementarna je dijelu molekule DNA koji nosi informaciju o sintezi specifičnog proteina. Duljina mRNA ovisi o duljini dijela DNK s kojeg je informacija pročitana. mRNA prenosi informacije o sintezi proteina od jezgre do citoplazme do ribosoma.

prijenosna RNA (tRNA) čini oko 10% sve RNK. Ima kratki lanac nukleotida u obliku trolista i nalazi se u citoplazmi. Na jednom kraju trolista nalazi se triplet nukleotida (antikodon) koji kodira određenu aminokiselinu. Na drugom kraju je triplet nukleotida na koji je vezana aminokiselina. Svaka aminokiselina ima svoju tRNA. tRNA prenosi aminokiseline do mjesta sinteze proteina, tj. na ribosome (slika 35).

RNK se nalazi u jezgrici, citoplazmi, ribosomima, mitohondrijima i plastidima.

ATP - Adenazin trifosforna kiselina. Adenazin trifosforna kiselina (ATP) sastoji se od dušične baze - adenin, šećer - riboza, I tri ostatka fosforne kiseline(Slika 36). Molekula ATP-a akumulira veliku količinu energije potrebne za biokemijske procese koji se odvijaju u stanici. Sinteza ATP-a odvija se u mitohondrijima. Molekula ATP je vrlo nestabilna

aktivan i sposoban odvojiti jednu ili dvije molekule fosfata, oslobađajući veliku količinu energije. Veze u molekuli ATP-a nazivaju se makroergički.

ATP → ADP + P + 40 kJ ADP → AMP + P + 40 kJ

Riža. 35. Struktura tRNA.

A, B, C i D - područja komplementarne veze unutar jednog lanca RNA; D - mjesto (aktivni centar) veze s aminokiselinom; E - mjesto komplementarne veze s molekulom.

Riža. 36.Struktura ATP-a i njegova pretvorba u ADP.

Pitanja za samokontrolu

1. Koje se tvari u stanici klasificiraju kao anorganske?

2. Koje se tvari u stanici svrstavaju u organske?

3. Što je monomer ugljikohidrata?

4. Kakvu strukturu imaju ugljikohidrati?

5. Koje funkcije obavljaju ugljikohidrati?

6. Što je monomer masti?

7. Kakvu strukturu imaju masti?

8. Koje funkcije obavljaju masti?

9. Što je proteinski monomer? 10. Kakvu strukturu imaju proteini? 11.Kakve strukture imaju proteini?

12. Što se događa kada se molekula proteina denaturira?

13.Koje funkcije obavljaju proteini?

14.Koje su nukleinske kiseline poznate?

15.Što je monomer nukleinskih kiselina?

16. Što je uključeno u nukleotid DNA?

17.Kakva je struktura RNA nukleotida?

18.Kakva je struktura molekule DNA?

19.Koje funkcije obavlja molekula DNA?

20. Kakva je struktura rRNA?

21.Kakva je struktura mRNA?

22.Kakva je struktura tRNA?

23.Koje funkcije obavljaju ribonukleinske kiseline?

24.Kakva je struktura ATP-a?

25.Koje funkcije ATP obavlja u stanici?

Ključne riječi teme “Kemijski sastav stanica”

dušična baza albumin

skupina aminokiselina

amfoterni spojevi

antikodon

bakterije

vjeverice

biološka aktivnost biological catalyst

biokemijske reakcije

bolest

tvari

specifičnosti vrste

vitamini

voda

vodikove veze sekundarna struktura proizvodnja antitijela toplina galaktoza heksoze hemoglobin heparin

hidrofobni spojevi

glikogen

glikozidi

glikoproteini

glicerol

kap

globulini

glukoza

hormoni

guanin

dvostruka spirala deoksiriboza denaturacijski disaharid

disocirano stanje

DNK

jedinica informacije živi organizam animal vital activity masne kiseline masno tkivo masti slične tvari fats

zaliha hranjivim tvarima višak

individualna specifičnost

izvor energije

Kapi

karboksilna skupina

kvalitetna kiselina

kodon stanične stijenke

temperaturna fluktuacija

količina

komplementarnost

finalni proizvodi

kosti

škrob

laktoza

liječenje

lipoproteini

makronutrijenata

makroergičke veze

maltoza

težina

stanična membrana

mikroelemenata

mineralne soli

miozin

mitohondrije

molekula

mliječni šećer

monomer

monosaharid

mukopolisaharidi

mukoproteini

nedostatak nasljednih informacija

anorganske tvari živčano tkivo nukleinske kiseline nukleoproteini metabolizam nukleotida metabolički procesi organske tvari pentoze

peptidne veze primarna struktura prijenos kisika plodovi

potkožno tkivo

polimerni polisaharid

polupropusna membrana

narudžba

gubitak

prodor vode

postotak

radikal

uništenje

propadanje

otapalo

biljka

podjela

reakcija kondenzacije

renaturacija

riboza

ribonukleaza

ribosom

RNA

šećer

zgrušavanja krvi

slobodna država

vezano stanje

sjemenke

srce

sinteza proteina

sloj

slina

kontraktilne bjelančevine

struktura

supstrat

toplinska vodljivost

tetroza timin

tkivna specifičnost

tercijarna struktura

djetelina

trioze

trojka

ugljikohidrati šećerne trske

ultramikroelementi

uracil

zemljište

enzima

fibrinogen

formula

fosforna kiselina fotosinteza funkcija fruktoze

kemijski elementi

kloroplasti

kromosom

celuloza

lanac

citozin

citoplazma

lopta kvaternarne strukture

štitnjača

elementi

jezgra