Celulă

Din punctul de vedere al conceptului de sisteme vii după A. Lehninger.

O celulă vie este un sistem izoterm de molecule organice capabil de autoreglare și auto-reproducere, extragând energie și resurse din mediu.

Într-o celulă au loc un număr mare de reacții secvențiale, a căror viteză este reglată de celula însăși.

Celula se menține într-o stare staționară stare dinamică, departe de echilibru cu mediu inconjurator.

Celulele funcționează pe principiul consumului minim de componente și procese.

Acea. O celulă este un sistem deschis elementar, capabil de existență, reproducere și dezvoltare independentă. Este unitatea structurală și funcțională elementară a tuturor organismelor vii.

Compoziție chimică celule.

Din cele 110 elemente ale tabelului periodic al lui Mendeleev, s-a descoperit că 86 sunt prezente în mod constant în corpul uman. 25 dintre ele sunt necesare pentru o viață normală, 18 dintre ele sunt absolut necesare, iar 7 sunt utile. În conformitate cu conținutul procentual din celulă, elementele chimice sunt împărțite în trei grupe:

Macroelemente Principalele elemente (organogeni) sunt hidrogenul, carbonul, oxigenul, azotul. Concentrația lor: 98 – 99,9%. Sunt componente universale ale compușilor organici celulari.

Microelemente - sodiu, magneziu, fosfor, sulf, clor, potasiu, calciu, fier. Concentrația lor este de 0,1%.

Ultramicroelemente - bor, siliciu, vanadiu, mangan, cobalt, cupru, zinc, molibden, seleniu, iod, brom, fluor. Ele afectează metabolismul. Absența lor provoacă boli (zinc - Diabet, iod - gușă endemică, fier - anemie pernicioasă etc.).

Medicina modernă știe fapte despre interacțiunile negative dintre vitamine și minerale:

Zincul reduce absorbția cuprului și concurează cu fierul și calciul pentru absorbție; (iar deficiența de zinc cauzează slăbirea sistem imunitar, o serie de stări patologice ale glandelor endocrine).

Calciul și fierul reduc absorbția manganului;

Vitamina E nu se combină bine cu fierul, iar vitamina C nu se combină bine cu vitaminele B.

Interacțiune pozitivă:

Vitamina E și seleniul, precum și calciul și vitamina K, acționează sinergic;

Vitamina D este necesară pentru absorbția calciului;

Cuprul favorizează absorbția și crește eficiența utilizării fierului în organism.

Componentele anorganice ale celulei.

Apă– cea mai importantă componentă a celulei, mediul universal de dispersie a materiei vii. Celulele active ale organismelor terestre constau în 60-95% apă. În celulele și țesuturile în repaus (semințe, spori) există 10 - 20% apă. Apa din celulă este sub două forme - liberă și legată de coloizii celulari. Apa liberă este solventul și mediul de dispersie al sistemului coloidal al protoplasmei. Este de 95%. Apa legată (4–5%) din toată apa celulară formează legături slabe de hidrogen și hidroxil cu proteinele.

Proprietățile apei:

Apa este un solvent natural pentru ionii minerali și alte substanțe.

Apa este faza dispersivă a sistemului coloidal al protoplasmei.

Apa este mediul reacțiilor metabolice celulare, deoarece procese fiziologice apar într-un mediu exclusiv acvatic. Oferă reacții de hidroliză, hidratare, umflare.

Participă la multe reacții enzimatice ale celulei și se formează în timpul metabolismului.

Apa este o sursă de ioni de hidrogen în timpul fotosintezei la plante.

Semnificația biologică a apei:

Cele mai multe bio reacții chimice apare numai într-o soluție apoasă; multe substanțe intră și ies din celule în formă dizolvată. Aceasta caracterizează funcția de transport a apei.

Apa asigură reacții de hidroliză - descompunerea proteinelor, grăsimilor, carbohidraților sub influența apei.

Datorită căldurii mari de evaporare, corpul este răcit. De exemplu, transpirația la oameni sau transpirația la plante.

Capacitatea ridicată de căldură și conductibilitatea termică a apei contribuie la distribuirea uniformă a căldurii în celulă.

Datorita fortelor de aderenta (apa - sol) si de coeziune (apa - apa), apa are proprietatea de capilaritate.

Incompresibilitatea apei determină starea de stres a pereților celulari (turgor) și scheletul hidrostatic la viermi rotunzi.

Celulele vegetale și animale conțin substanțe anorganice și organice. Substanțele anorganice includ apa și mineralele. Substanțele organice includ proteine, grăsimi, carbohidrați și acizi nucleici.

Substante anorganice

Apăeste o legătură care celula vie contine in cea mai mare cantitate. Apa reprezintă aproximativ 70% din masa celulei. Majoritatea reacțiilor intracelulare apar în mediu apos. Apa din celulă este într-o stare liberă și legată.

Importanța apei pentru viața unei celule este determinată de structura și proprietățile acesteia. Conținutul de apă din celule poate varia. 95% din apă este liberă în celulă. Este necesar ca solvent pentru substanțele organice și anorganice. Toate reacțiile biochimice dintr-o celulă au loc cu participarea apei. Apa este folosită pentru a elimina diferite substanțe din celulă. Apa are o conductivitate termică ridicată și previne fluctuațiile bruște de temperatură. 5% din apă este în stare legată, formând compuși slabi cu proteinele.

Minerale în celulă pot fi în stare disociată sau în combinaţie cu substanţe organice.

elemente chimice, care participă la procesele metabolice și au activitate biologică se numesc biogene.

Citoplasmaconține aproximativ 70% oxigen, 18% carbon, 10% hidrogen, calciu, azot, potasiu, fosfor, magneziu, sulf, clor, sodiu, aluminiu, fier. Aceste elemente alcătuiesc 99,99% din compoziția celulei și sunt numite macroelemente. De exemplu, calciul și fosforul fac parte din oase. Fierul este o componentă a hemoglobinei.

Mangan, bor, cupru, zinc, iod, cobalt - microelemente. Ele alcătuiesc miimi de procent din masa celulară. Microelementele sunt necesare pentru formarea hormonilor, enzimelor și vitaminelor. Ei influențează procesele metaboliceîn organism. De exemplu, iodul face parte din hormon glanda tiroida, cobalt - în compoziția vitaminei B 12.

Aur, mercur, radiu etc. - ultramicroelemente- constituie milionatimi de procent din compozitia celulei.

Lipsa sau excesul de săruri minerale perturbă funcțiile vitale ale organismului.

Materie organică

Oxigenul, hidrogenul, carbonul, azotul fac parte din substanțele organice. Compușii organici sunt molecule mari numite polimeri. Polimerii sunt formați din multe unități repetate (monomeri). Compușii polimerici organici includ carbohidrați, grăsimi, proteine, acizi nucleici și ATP.

Carbohidrați

Carbohidrațiconstau din carbon, hidrogen, oxigen.

Monomeriicarbohidrații sunt monozaharide. Carbohidrații sunt împărțiți în monozaharide, dizaharide și polizaharide.

Monozaharide- zaharuri simple cu formula (CH 2 O) n, unde n este orice număr întreg de la trei la șapte. În funcție de numărul de atomi de carbon din moleculă, se disting trioze (3C), tetroze (4C), pentoze (5C), hexoze (6C) și heptoze (7C).

TriozeC 3 H 6 O 3 - de exemplu, gliceraldehida si dihidroxiacetona - joaca rolul de produse intermediare in procesul de respiratie si sunt implicate in fotosinteza. Tetrozele C 4 H 8 O 4 se găsesc în bacterii. Pentozele C 5 H 10 O 5 - de exemplu, riboza - face parte din ARN, dezoxiriboza face parte din ADN. Hexoze - C 6 H 12 O 6 - de exemplu glucoză, fructoză, galactoză. Glucoza este sursa de energie pentru celulă. Împreună cu fructoza și galactoza, glucoza poate participa la formarea dizaharidelor.

dizaharidese formează ca urmare a unei reacții de condensare între două monozaharide (hexoze) cu pierderea unei molecule de apă.

Formula dizaharidelor este C 12 H 22 O 11 Dintre dizaharide, cele mai răspândite sunt maltoza, lactoza și zaharoza.

Zaharoza, sau zahărul din trestie, este sintetizată în plante. Maltoza se formează din amidon în timpul digestiei sale la animale. Lactoza, sau zahărul din lapte, se găsește numai în lapte.

Polizaharide (simple) se formează ca urmare a unei reacții de condensare un numar mare monozaharide. Polizaharidele simple includ amidonul (sintetizat în plante), glicogenul (găsit în celulele hepatice și în mușchii animalelor și oamenilor), celuloza (forme perete celularîn plante).

Polizaharide complexe se formează ca urmare a interacțiunii carbohidraților cu lipidele. De exemplu, glicolipidele fac parte din membrane. Polizaharidele complexe includ și compuși ai carbohidraților cu proteine ​​(glicoproteine). De exemplu, glicoproteinele fac parte din mucusul secretat de glandele tractului gastrointestinal.

Funcțiile carbohidraților:

1. Energie: Organismul primește 60% din energia sa din descompunerea carbohidraților. Când 1 g de carbohidrați este descompus, se eliberează 17,6 kJ de energie.

2. Structural si suport: carbohidrații sunt incluși membrană plasmatică, membranele celulelor vegetale și bacteriene.

3. Depozitare: nutrienții (glicogen, amidon) sunt stocați în celule.

4. De protecţie: secrețiile (mucusul) secretate de diferite glande protejează pereții organelor goale, bronhiile, stomacul și intestinele de deteriorare mecanică, bacterii dăunătoareși viruși.

5. Participa la fotosinteză.

Grăsimi și substanțe asemănătoare grăsimilor

Grasimiconstau din carbon, hidrogen, oxigen. Monomerii grăsimile sunt acid grasȘi glicerol. Proprietățile grăsimilor sunt determinate de compoziția calitativă a acizilor grași și raportul lor cantitativ. Grăsimile vegetale sunt lichide (uleiuri), grăsimile animale sunt solide (de exemplu, untură). Grăsimile sunt insolubile în apă - sunt compuși hidrofobi. Grăsimile se combină cu proteinele pentru a forma lipoproteine ​​și se combină cu carbohidrații pentru a forma glicolipide. Glicolipidele și lipoproteinele sunt substanțe asemănătoare grăsimilor.

Substanțele asemănătoare grăsimilor fac parte din membranele celulare, organele membranare și țesutul nervos. Grasimile se pot combina cu glucoza si forma glicozide. De exemplu, glicozida digitoxină este o substanță utilizată în tratamentul bolilor de inimă.

Funcțiile grăsimilor:

1. Energie: cu descompunere completă 1 g de grăsime la dioxid de carbonși apă, se eliberează 38,9 kJ de energie.

2. Structural: fac parte din membrana celulară.

3. De protecţie: un strat de grasime protejeaza organismul de hipotermie, socuri mecanice si socuri.

4. de reglementare: Hormonii steroizi reglează procesele metabolice și reproducerea.

5. Gras- sursă apa endogena. Când se oxidează 100 g de grăsime, se eliberează 107 ml de apă.

Veverițe

Proteinele conțin carbon, oxigen, hidrogen și azot. Monomerii veveritele sunt aminoacizi. Proteinele sunt construite din douăzeci de aminoacizi diferiți. Formula aminoacizilor:

Compoziția aminoacizilor include: NH 2 - o grupare amino cu proprietăți bazice; COOH este o grupare carboxil și are proprietăți acide. Aminoacizii diferă între ei prin radicalii lor - R. Aminoacizii sunt compuși amfoteri. Ele sunt conectate între ele în molecula de proteină folosind legături peptidice.

Schema de condensare a aminoacizilor (formarea legăturii peptidice)

Există structuri proteice primare, secundare, terțiare și cuaternare. Ordinea, cantitatea și calitatea aminoacizilor care alcătuiesc o moleculă proteică determină structura sa primară. Proteinele cu structură primară se pot uni într-o spirală folosind legături de hidrogen și formează o structură secundară. Lanțurile polipeptidice sunt răsucite într-un anumit fel într-o structură compactă, formând un glob (minge) - aceasta este structura terțiară a proteinei. Majoritatea proteinelor au o structură terțiară. Aminoacizii sunt activi numai pe suprafața globului. Proteinele care au o structură globulară se combină împreună pentru a forma o structură cuaternară. Înlocuirea unui aminoacid duce la o modificare a proprietăților proteinei (Fig. 30).

Când sunt expuse temperatura ridicata, acizi și alți factori, poate apărea distrugerea moleculei proteice. Acest fenomen se numește denaturare (Fig. 31). Uneori denaturat

Orez. treizeci.Diverse structuri ale moleculelor de proteine.

1 - primar; 2 - secundar; 3 - terțiar; 4 - cuaternar (folosind exemplul hemoglobinei sanguine).

Orez. 31.Denaturarea proteinelor.

1 - molecula proteica inainte de denaturare;

2 - proteina denaturata;

3 - refacerea moleculei proteice originale.

Când condițiile se schimbă, proteina scăldată își poate restabili structura. Acest proces se numește renaturare și este posibil numai atunci când structura primară a proteinei nu este distrusă.

Proteinele pot fi simple sau complexe. Proteinele simple constau numai din aminoacizi: de exemplu, albumine, globuline, fibrinogen, miozina.

Proteinele complexe constau din aminoacizi și alți compuși organici: de exemplu, lipoproteine, glicoproteine, nucleoproteine.

Funcțiile proteinelor:

1. Energie. Descompunerea a 1 g de proteine ​​eliberează 17,6 kJ de energie.

2. catalitic. Servește ca catalizatori pentru reacțiile biochimice. Catalizatorii sunt enzime. Enzimele accelerează reacțiile biochimice, dar nu fac parte din produsele finale. Enzimele sunt strict specifice. Fiecare substrat are propria sa enzimă. Denumirea enzimei include numele substratului și terminația „ase”: maltază, ribonuclează. Enzimele sunt active la o anumită temperatură (35 - 45 O C).

3. Structural. Proteinele fac parte din membrane.

4. Transport. De exemplu, hemoglobina transportă oxigen și CO 2 în sângele vertebratelor.

5. De protecţie. Protejarea organismului de efecte nocive: producerea de anticorpi.

6. contractilă. Datorită prezenței proteinelor actinei și miozinei în fibrele musculare, are loc contracția musculară.

Acizi nucleici

Există două tipuri de acizi nucleici: ADN(acid dezoxiribonucleic) și ARN(Acid ribonucleic). Monomerii acizii nucleici sunt nucleotide.

ADN (acid dezoxiribonucleic). Nucleotida ADN conține una dintre bazele azotate: adenină (A), guanină (G), timină (T) sau citozină (C) (Fig. 32), carbohidratul dezoxiriboză și un reziduu de acid fosforic. Molecula de ADN este un dublu helix construit după principiul complementarității. Următoarele baze azotate sunt complementare într-o moleculă de ADN: A = T; G = C. Două elice de ADN sunt legate prin legături de hidrogen (Fig. 33).

Orez. 32.Structura nucleotidelor.

Orez. 33.Secțiunea unei molecule de ADN. Legătura complementară a nucleotidelor diferitelor lanțuri.

ADN-ul este capabil de auto-duplicare (replicare) (Fig. 34). Replicarea începe cu separarea a două catene complementare. Fiecare catenă este folosită ca șablon pentru a forma o nouă moleculă de ADN. Enzimele sunt implicate în procesul de sinteză a ADN-ului. Fiecare dintre cele două molecule fiice include în mod necesar un helix vechi și unul nou. Noua moleculă de ADN este absolut identică cu cea veche în ceea ce privește secvența de nucleotide. Această metodă de replicare asigură reproducerea corectă în moleculele fiice a informațiilor care au fost înregistrate în molecula de ADN-mamă.

Orez. 34.Duplicarea unei molecule de ADN.

1 - ADN șablon;

2 - formarea a două noi lanțuri pe baza matricei;

3 - molecule de ADN fiice.

Funcțiile ADN-ului:

1. Stocarea informațiilor ereditare.

2. Asigurarea transferului de informații genetice.

3. Prezenţa în cromozom ca componentă structurală.

ADN-ul se găsește în nucleul celulei, precum și în organele celulare, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele.

ARN (acid ribonucleic). Există 3 tipuri de acizi ribonucleici: ribozomal, transportȘi informativ ARN. O nucleotidă ARN este formată din una dintre bazele azotate: adenină (A), guanină (G), citozină (C), uracil (U), carbohidratul riboză și un reziduu de acid fosforic.

ARN ribozomal (ARNr) în combinație cu proteinele face parte din ribozomi. ARNr reprezintă 80% din tot ARN-ul dintr-o celulă. Sinteza proteinelor are loc pe ribozomi.

ARN mesager (ARNm) constituie de la 1 la 10% din tot ARN-ul din celulă. Structura ARNm este complementară cu secțiunea moleculei de ADN care poartă informații despre sinteza unei anumite proteine. Lungimea ARNm depinde de lungimea secțiunii de ADN din care au fost citite informațiile. ARNm transportă informații despre sinteza proteinelor de la nucleu la citoplasmă la ribozom.

Transfer ARN (ARNt) reprezintă aproximativ 10% din tot ARN-ul. Are un lanț scurt de nucleotide în formă de trefoil și se găsește în citoplasmă. La un capăt al trefoliului se află un triplet de nucleotide (un anticodon) care codifică un aminoacid specific. La celălalt capăt se află un triplet de nucleotide de care este atașat un aminoacid. Fiecare aminoacid are propriul său ARNt. ARNt transportă aminoacizi la locul sintezei proteinelor, adică. la ribozomi (Fig. 35).

ARN-ul se găsește în nucleol, citoplasmă, ribozomi, mitocondrii și plastide.

ATP - acid adenazin trifosforic. Acidul adenazin trifosforic (ATP) constă dintr-o bază azotată - adenina, zahar - riboza,Și trei resturi de acid fosforic(Fig. 36). Molecula de ATP acumulează o cantitate mare de energie necesară proceselor biochimice care au loc în celulă. Sinteza ATP are loc în mitocondrii. Molecula de ATP este foarte instabilă

activ și capabil să despartă una sau două molecule de fosfat pentru a le elibera cantitate mare energie. Legăturile dintr-o moleculă de ATP se numesc macroergice.

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

Orez. 35. Structura ARNt.

A, B, C și D - zone de conexiune complementară în cadrul unui lanț de ARN; D - locul (centrul activ) de legătură cu un aminoacid; E - locul conexiunii complementare cu molecula.

Orez. 36.Structura ATP și conversia sa în ADP.

Întrebări pentru autocontrol

1. Ce substanțe dintr-o celulă sunt clasificate drept anorganice?

2. Ce substanțe dintr-o celulă sunt clasificate ca organice?

3. Care este monomerul carbohidraților?

4. Ce structură au carbohidrații?

5. Ce funcții îndeplinesc carbohidrații?

6. Care este monomerul grăsimilor?

7. Ce structură au grăsimile?

8. Ce funcții îndeplinesc grăsimile?

9. Ce este un monomer proteic? 10.Ce structură au proteinele? 11.Ce structuri au proteinele?

12.Ce se întâmplă când o moleculă de proteină se denaturează?

13.Ce funcții îndeplinesc proteinele?

14.Ce acizi nucleici sunt cunoscuți?

15.Ce este un monomer al acizilor nucleici?

16.Ce este inclus în nucleotida ADN?

17.Care este structura unei nucleotide ARN?

18.Care este structura unei molecule de ADN?

19.Ce funcții îndeplinește molecula de ADN?

20. Care este structura ARNr?

21.Care este structura ARNm?

22.Care este structura ARNt?

23.Ce funcții îndeplinesc acizii ribonucleici?

24. Care este structura ATP?

25.Ce funcții îndeplinește ATP într-o celulă?

Cuvinte cheie ale subiectului „Compoziția chimică a celulelor”

albumină de bază azotată

grupa de aminoacizi

compuși amfoteri

anticodon

bacterii

veverite

activitate biologică catalizator biologic

reactii biochimice

boala

substante

specificitatea speciei

vitamine

apă

legături de hidrogen structură secundară producție de anticorpi la temperatură înaltă galactoză hexoze hemoglobină heparină

compuși hidrofobi

glicogen

glicozide

glicoproteine

glicerol

globulă

globuline

glucoză

hormoni

guanina

dizaharidă de denaturare a dezoxiribozei cu dublu helix

stare disociată

ADN

unitate de informație organism viu activitate vitală animală acizi grași țesut adipos substanțe asemănătoare grăsimilor grăsimi

surplusul de nutrienți

specificul individual

sursa de energie

picături

grupare carboxil

acid de calitate

codonul peretelui celular

fluctuatia temperaturii

cantitate

complementaritatea

produse finale

oase

amidon

lactoză

tratament

lipoproteinele

macronutrienti

conexiuni macroergice

maltoză

greutate

membrana celulara

microelemente

saruri minerale

miozina

mitocondriile

moleculă

zahăr din lapte

monomer

monozaharidă

mucopolizaharide

mucoproteine

deficiență de informații ereditare

substante anorganice tesutul nervos acizi nucleici nucleoproteine ​​metabolismul nucleotidelor procese metabolice substante organice pentoze

legături peptidice structura primară fructe de transfer de oxigen

țesut subcutanat

polizaharidă polimerică

membrană semi-permeabilă

Ordin

o pierdere

pătrunderea apei

la sută

radical

distrugere

descompunere

solvent

plantă

Despică

reactie de condensare

renaturare

riboza

ribonuclează

ribozom

ARN

zahăr

coagularea sângelui

stat liber

stare legată

semințe

inima

sinteza proteinei

strat

salivă

proteine ​​contractile

structura

substrat

conductivitate termică

tetroză timină

specificitatea tisulară

structura tertiara

shamrock

trioze

triplet

carbohidrați din trestie de zahăr

ultramicroelemente

uracil

complot

enzime

fibrinogen

formulă

fotosinteza acidului fosforic funcția fructoză

elemente chimice

cloroplaste

cromozom

celuloză

lanţ

citozină

citoplasma

bilă cu structură cuaternară

glanda tiroida

elemente

miez

Celula: compoziția chimică, structura, funcțiile organitelor.

Compoziția chimică a celulei. Macro- și microelemente. Relația dintre structura și funcțiile substanțelor anorganice și organice (proteine, acizi nucleici, carbohidrați, lipide, ATP) care alcătuiesc celula. Rol substanțe chimiceîn celula și corpul uman.

Organismele sunt formate din celule. Celulele diferitelor organisme au compoziții chimice similare. Tabelul 1 prezintă principalele elemente chimice găsite în celulele organismelor vii.

Tabelul 1. Cuprins elemente chimice intr-o cusca

Primul grup include oxigenul, carbonul, hidrogenul și azotul. Ele reprezintă aproape 98% din compoziția totală a celulei.

Al doilea grup include potasiu, sodiu, calciu, sulf, fosfor, magneziu, fier, clor. Conținutul lor în celulă este de zecimi și sutimi de procent. Elementele acestor două grupe sunt clasificate ca macronutrienti(din greaca macro- mare).

Elementele rămase, reprezentate în celulă prin sutimi și miimi de procent, sunt incluse în a treia grupă. Acest microelemente(din greaca micro- mic).

În celulă nu au fost găsite elemente unice naturii vii. Toate elementele chimice enumerate fac, de asemenea, parte din natura neînsuflețită. Aceasta indică unitatea naturii vie și neînsuflețite.

O deficiență a oricărui element poate duce la îmbolnăvire și chiar la moartea corpului, deoarece fiecare element joacă un rol specific. Macroelementele din primul grup formează baza biopolimerilor - proteine, carbohidrați, acizi nucleici, precum și lipide, fără de care viața este imposibilă. Sulful face parte din unele proteine, fosforul face parte din acizii nucleici, fierul face parte din hemoglobina, iar magneziul face parte din clorofila. Calciul joacă un rol important în metabolism.

Unele dintre elementele chimice conținute în celulă fac parte din substanțe anorganice - săruri minerale și apă.

Saruri minerale se găsesc în celulă, de regulă, sub formă de cationi (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) și anioni (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3), al cărui raport determină aciditatea mediului, care este importantă pentru viața celulelor.

(În multe celule, mediul este ușor alcalin și pH-ul său aproape nu se schimbă, deoarece un anumit raport de cationi și anioni este menținut în mod constant în el.)

Dintre substanțele anorganice din natura vie, joacă un rol imens apă.

Fără apă, viața este imposibilă. El constituie o masă semnificativă a majorității celulelor. Multă apă este conținută în celulele creierului și în embrionii umani: mai mult de 80% apă; în celulele țesutului adipos - doar 40,% La bătrânețe, conținutul de apă din celule scade. O persoană care a pierdut 20% din apă moare.

Proprietățile unice ale apei determină rolul acesteia în organism. Este implicat în termoreglare, care se datorează capacității mari de căldură a apei - consumul unei cantități mari de energie la încălzire. Ce determină capacitatea mare de căldură a apei?

Într-o moleculă de apă, un atom de oxigen este legat covalent de doi atomi de hidrogen. Molecula de apă este polară deoarece atomul de oxigen este parțial sarcina negativa, iar fiecare dintre cei doi atomi de hidrogen are

Sarcină parțial pozitivă. O legătură de hidrogen se formează între atomul de oxigen al unei molecule de apă și atomul de hidrogen al altei molecule. Legăturile de hidrogen asigură conexiunea unui număr mare de molecule de apă. Când apa este încălzită, o parte semnificativă a energiei este cheltuită pentru ruperea legăturilor de hidrogen, ceea ce determină capacitatea sa ridicată de căldură.

apa - solvent bun. Datorită polarității lor, moleculele sale interacționează cu ionii încărcați pozitiv și negativ, favorizând astfel dizolvarea substanței. În raport cu apa, toate substanțele celulare sunt împărțite în hidrofile și hidrofobe.

Hidrofil(din greaca hidro- apa si filleo- dragoste) se numesc substante care se dizolva in apa. Acestea includ compuși ionici (de exemplu, săruri) și unii compuși neionici (de exemplu, zaharuri).

Hidrofob(din greaca hidro- apa si Fobos- frica) sunt substante care sunt insolubile in apa. Acestea includ, de exemplu, lipidele.

Apa joacă un rol important în reacțiile chimice care au loc în celulă. solutii apoase. Dizolvă produsele metabolice de care organismul nu are nevoie și, prin urmare, promovează eliminarea lor din organism. Conținutul mare de apă din celulă îl dă elasticitate. Apa facilitează mișcarea diferitelor substanțe în interiorul unei celule sau de la celulă la celulă.

Corpurile naturii vii și neînsuflețite constau din aceleași elemente chimice. Organismele vii conțin substanțe anorganice - apă și săruri minerale. Numeroasele funcții vitale ale apei într-o celulă sunt determinate de caracteristicile moleculelor sale: polaritatea lor, capacitatea de a forma legături de hidrogen.

COMPONENTE ANORGANICE ALE CELULEI

Un alt tip de clasificare a elementelor dintr-o celulă:

Macroelementele includ oxigen, carbon, hidrogen, fosfor, potasiu, sulf, clor, calciu, magneziu, sodiu, fier.
Microelementele includ mangan, cupru, zinc, iod, fluor.
Ultramicroelementele includ argint, aur, brom și seleniu.

COMPONENTELE ORGANICE ALE CELULELE

Structura proteinei

Enzime.

Cea mai importantă funcție a proteinelor este catalitică. Se numesc molecule de proteine ​​care cresc viteza reacțiilor chimice într-o celulă cu câteva ordine de mărime enzime. Nu are loc un singur proces biochimic în organism fără participarea enzimelor.

În prezent, au fost descoperite peste 2000 de enzime. Eficiența lor este de multe ori mai mare decât eficiența catalizatorilor anorganici utilizați în producție. Astfel, 1 mg de fier din enzima catalază înlocuiește 10 tone de fier anorganic. Catalaza crește viteza de descompunere a peroxidului de hidrogen (H 2 O 2) de 10 11 ori. Enzima care catalizează reacţia de formare a acidului carbonic (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) accelerează reacţia de 10 7 ori.

O proprietate importantă a enzimelor este specificitatea acțiunii lor; fiecare enzimă catalizează doar una sau un grup mic de reacții similare.

Substanța asupra căreia acționează enzima se numește substrat. Structurile moleculelor de enzimă și substrat trebuie să se potrivească exact între ele. Aceasta explică specificitatea acțiunii enzimelor. Când un substrat este combinat cu o enzimă structura spatiala enzima se modifică.

Secvența interacțiunii dintre enzimă și substrat poate fi descrisă schematic:

Substrat+Enzimă - Complex enzimă-substrat - Enzimă+Produs.

Diagrama arată că substratul se combină cu enzima pentru a forma un complex enzimă-substrat. În acest caz, substratul este transformat într-o substanță nouă - un produs. În etapa finală, enzima este eliberată din produs și interacționează din nou cu o altă moleculă de substrat.

Enzimele funcționează numai la o anumită temperatură, concentrație de substanțe și aciditate a mediului. Condițiile în schimbare duce la modificări ale structurii terțiare și cuaternare a moleculei proteice și, în consecință, la suprimarea activității enzimatice. Cum se întâmplă asta? Doar o anumită parte a moleculei de enzimă, numită centru activ. Centrul activ conține de la 3 la 12 resturi de aminoacizi și se formează ca urmare a îndoirii lanțului polipeptidic.

Sub influența diverșilor factori, structura moleculei de enzimă se modifică. În acest caz, configurația spațială a centrului activ este perturbată, iar enzima își pierde activitatea.

Enzimele sunt proteine ​​care acționează ca catalizatori biologici. Datorită enzimelor, viteza reacțiilor chimice în celule crește cu câteva ordine de mărime. O proprietate importantă a enzimelor este specificitatea lor de acțiune în anumite condiții.

Acizi nucleici.

Acizii nucleici au fost descoperiți în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Biochimistul elvețian F. Miescher, care a izolat o substanță din nucleele celulare cu continut ridicat azot și fosfor și le-a numit „nucleină” (din lat. miez- miez).

Acizii nucleici stochează informații ereditare despre structura și funcționarea fiecărei celule și a tuturor ființelor vii de pe Pământ. Există două tipuri de acizi nucleici - ADN (acid dezoxiribonucleic) și ARN (acid ribonucleic). Acizii nucleici, ca și proteinele, sunt specifici unei specii, adică organismele fiecărei specii au propriul lor tip de ADN. Pentru a afla motivele specificității speciei, luați în considerare structura acizilor nucleici.

Moleculele de acid nucleic sunt lanțuri foarte lungi formate din multe sute și chiar milioane de nucleotide. Orice acid nucleic conține doar patru tipuri de nucleotide. Funcțiile moleculelor de acid nucleic depind de structura lor, de nucleotidele pe care le conțin, de numărul lor în lanț și de secvența compusului din moleculă.

Fiecare nucleotidă constă din trei componente: o bază azotată, un carbohidrat și un acid fosforic. Fiecare nucleotidă ADN conține unul dintre cele patru tipuri de baze azotate (adenină - A, timină - T, guanină - G sau citozină - C), precum și carbohidratul dezoxiriboză și un reziduu de acid fosforic.

Astfel, nucleotidele ADN diferă doar prin tipul bazei azotate.

Molecula de ADN este formată dintr-un număr mare de nucleotide conectate într-un lanț într-o anumită secvență. Fiecare tip de moleculă de ADN are propriul său număr și secvență de nucleotide.

Moleculele de ADN sunt foarte lungi. De exemplu, pentru a nota secvența de nucleotide din moleculele de ADN dintr-o celulă umană (46 de cromozomi) în litere ar fi nevoie de o carte de aproximativ 820.000 de pagini. Alternarea a patru tipuri de nucleotide poate forma un număr infinit de variante de molecule de ADN. Aceste caracteristici structurale ale moleculelor de ADN le permit să stocheze o cantitate imensă de informații despre toate caracteristicile organismelor.

În 1953, biologul american J. Watson și fizicianul englez F. Crick au creat un model al structurii moleculei de ADN. Oamenii de știință au descoperit că fiecare moleculă de ADN constă din două lanțuri interconectate și răsucite spiralat. Arată ca un dublu helix. În fiecare lanț, patru tipuri de nucleotide alternează într-o secvență specifică.

Compoziția de nucleotide a ADN-ului variază între tipuri diferite bacterii, ciuperci, plante, animale. Dar nu se schimbă cu vârsta și depinde puțin de schimbările de mediu. Nucleotidele sunt pereche, adică numărul de nucleotide de adenină din orice moleculă de ADN este egal cu numărul de nucleotide de timidină (A-T), iar numărul de nucleotide de citozină este egal cu numărul de nucleotide de guanină (C-G). Acest lucru se datorează faptului că legătura a două lanțuri unul cu celălalt într-o moleculă de ADN se supune o anumită regulă, și anume: adenina dintr-un lanț este întotdeauna legată prin două legături de hidrogen numai cu timina din celălalt lanț, iar guanina - prin trei legături de hidrogen cu citozină, adică lanțurile nucleotidice ale unei molecule de ADN sunt complementare, se completează reciproc.

Moleculele de acid nucleic - ADN și ARN - sunt formate din nucleotide. Nucleotidele ADN includ o bază azotată (A, T, G, C), carbohidratul dezoxiriboză și un rest de moleculă de acid fosforic. Molecula de ADN este o dublă helix, constând din două lanțuri legate prin legături de hidrogen conform principiului complementarității. Funcția ADN-ului este de a stoca informații ereditare.

Celulele tuturor organismelor conțin molecule de ATP - acid adenozin trifosforic. ATP este o substanță celulară universală, a cărei moleculă are legături bogate în energie. Molecula ATP este o nucleotidă unică, care, ca și alte nucleotide, constă din trei componente: o bază azotată - adenină, un carbohidrat - riboză, dar în loc de una conține trei resturi de molecule de acid fosforic (Fig. 12). Conexiunile indicate în figură cu o pictogramă sunt bogate în energie și sunt numite macroergice. Fiecare moleculă de ATP conține două legături de înaltă energie.

Când o legătură de înaltă energie este ruptă și o moleculă de acid fosforic este îndepărtată cu ajutorul enzimelor, se eliberează 40 kJ/mol de energie, iar ATP este transformat în ADP - acid adenozin difosforic. Când o altă moleculă de acid fosforic este îndepărtată, se eliberează încă 40 kJ/mol; Se formează AMP - acid adenozin monofosforic. Aceste reacții sunt reversibile, adică AMP poate fi transformat în ADP, ADP în ATP.

Moleculele de ATP nu sunt doar descompuse, ci și sintetizate, astfel încât conținutul lor în celulă este relativ constant. Importanța ATP în viața unei celule este enormă. Aceste molecule joacă un rol principal în metabolismul energetic necesare pentru asigurarea vieţii celulei şi a organismului în ansamblu.

O moleculă de ARN este de obicei o singură catenă, constând din patru tipuri de nucleotide - A, U, G, C. Sunt cunoscute trei tipuri principale de ARN: ARNm, ARNr, ARNt. Conținutul de molecule de ARN dintr-o celulă nu este constant; ele participă la biosinteza proteinelor. ATP este o substanță energetică universală a celulei, care conține legături bogate în energie. ATP joacă un rol central în metabolismul energetic celular. ARN și ATP se găsesc atât în ​​nucleul, cât și în citoplasma celulei.

Lectia 2.

Subiectul lecției : Substante anorganice ale celulei.

Scopul lecției: aprofundarea cunoștințelor despre substanțele anorganice ale celulei.

Obiectivele lecției:

Educational: Luați în considerare caracteristicile structurale ale moleculelor de apă în legătură cu rolul său cel mai important în viața unei celule, dezvăluiți rolul apei și al sărurilor minerale în viața organismelor vii;

Educational: Continuați dezvoltarea gandire logica elevii, continuă să-și dezvolte abilitățile de a lucra cu diverse surse de informații;

Educational: Continuați formarea viziune științifică asupra lumii, educația unei persoane alfabetizate biologic; formarea și dezvoltarea fundamentelor morale și ideologice ale individului; continuă formarea conștiinței de mediu, hrănind dragostea pentru natură;

Echipament: aplicație multimedia pentru manual, proiector, computer, carduri de sarcini,diagrama „Elemente. Substanțe ale celulei”. Eprubete, pahar, gheață, lampă cu alcool, sare de masă, alcool etilic, zaharoză, ulei vegetal.

Noțiuni de bază: dipol, hidrofilitate, hidrofobicitate, cationi, anioni.

Tipul de lecție : combinat

Metode de predare : reproductiv, parțial explorator, experimental.

Elevii trebuie:

Să știi principalele elemente chimice și compuși care alcătuiesc celula;

A fi capabil să explicați importanța substanțelor anorganice în procesele vieții.

Structura lecției

1.Moment organizatoric

Salutări, pregătire pentru muncă.

La începutul și la sfârșitul lecției se efectuează o încălzire psihologică. Scopul său este de a determina starea emoțională a elevilor. Fiecărui elev i se dă o placă cu șase fețe - o scară pentru determinare stare emotionala(Fig. 1). Fiecare elev pune o căpușă sub față a cărei expresie reflectă starea sa de spirit.

2. Testarea cunoștințelor elevilor

Testul „Compoziția chimică a celulei” (Anexă)

3. Stabilirea obiectivelor și motivația

"Apă! Nu ai gust, nu ai culoare, nu ai miros, nu poți fi descris. O persoană se bucură de tine fără să înțeleagă ce ești cu adevărat. Nu se poate spune că ești necesar vieții, ești viața însăși. Dăruiești peste tot și pretutindeni un sentiment de beatitudine care nu poate fi înțeles de niciunul dintre simțurile noastre. Ne dai puterea înapoi. Mila Ta face ca izvoarele uscate ale inimii noastre să prindă viață. Ești cea mai mare bogăție din lume. Sunteți o bogăție care poate fi înfricoșată cu ușurință, dar ne oferi o fericire atât de simplă și prețioasă”, acest imn entuziast la apă a fost scris de scriitorul și pilotul francez Antoine de Saint-Exupéry, care a trebuit să experimenteze durerile de sete în desert fierbinte.

Cu aceste cuvinte minunate începem o lecție al cărei scop este să extindă înțelegerea apei - substanța care a creat planeta noastră.

1. Actualizați

Care este importanța apei în viața umană?

(Răspunsurile elevilor despre importanța apei în viața umană0

1. Prezentarea de material nou.

Apa este cea mai comună substanță anorganică în organismele vii, componenta ei esențială, habitatul multor organisme și principalul solvent al celulei.

Rânduri din poemul lui M. Dudnik:

Se spune că o persoană este formată din optzeci la sută apă,

Din apa, aș putea adăuga, a râurilor sale natale,

Din apă, voi adăuga, ploaia care i-a dat să bea,

Din apă, voi adăuga, din apa antica izvoare,

Din care au băut bunici și străbunici.

Exemple de conținut de apă în celule diferite corp:

Într-un corp tânăr uman sau animal – 80% din masa celulară;

În celulele corpului vechi – 60%

În creier – 85%;

În celulele smalțului dentar – 10-15%.

Dacă o persoană pierde 20% din apă, moare.

Să luăm în considerare structura unei molecule de apă:

H2O - formula moleculara,

H–O–H – formula structurală,

Molecula de apă are o structură unghiulară: este un triunghi isoscel cu un unghi de vârf de 104,5°.

Greutatea moleculară a apei în stare de vapori este de 18 g/mol. Cu toate acestea, greutatea moleculară a apei lichide se dovedește a fi mai mare. Acest lucru indică faptul că în apa lichidă există o asociere de molecule cauzată de legăturile de hidrogen.

Care este rolul apei în celulă?

Datorită polarității mari a moleculelor sale, apa este un solvent pentru alți compuși polari fără egal. Mai multe substanțe se dizolvă în apă decât în ​​orice alt lichid. De aceea, multe reacții chimice au loc în mediul apos al celulei. Apa dizolvă produsele metabolice și le elimină din celulă și din organism în ansamblu.

Apa are o capacitate termică mare, adică capacitatea de a absorbi căldura. Cu o modificare minimă a propriei temperaturi, o cantitate semnificativă de căldură este eliberată sau absorbită. Datorită acestui fapt, protejează celula de schimbările bruște de temperatură. Deoarece se consumă multă căldură pentru a evapora apa, prin evaporarea apei, organismele se pot proteja de supraîncălzire (de exemplu, atunci când transpira).

Apa are o conductivitate termică ridicată. Această proprietate face posibilă distribuirea uniformă a căldurii între țesuturile corpului.

Apa este una dintre principalele substanțe ale naturii, fără de care dezvoltarea lumii organice a plantelor, animalelor și oamenilor este imposibilă. Unde este, există viață.

Demonstrarea experimentelor. Alcătuiește un tabel cu elevii.

a) Se dizolvă în apă următoarele substanțe: sare de masă, alcool etilic, zaharoză, ulei vegetal.

De ce unele substanțe se dizolvă în apă, în timp ce altele nu?

Este dat conceptul de substanțe hidrofile și hidrofobe.

Substanțele hidrofile sunt substanțe foarte solubile în apă.

Substanțele hidrofobe sunt substanțe care sunt slab solubile în apă.

B) Pune o bucată de gheață într-un pahar cu apă.

Ce poți spune despre densitatea apei și a gheții?

Folosind manualul, în grupuri trebuie să completați tabelul „Săruri minerale”. La sfârșitul lucrării, se discută datele introduse în tabel.

Capacitatea tampon este capacitatea unei celule de a menține constanta relativă a unui mediu ușor alcalin.

1. Consolidarea materialului studiat.

Rezolvarea problemelor biologice în grup.

Sarcina 1.

Pentru unele boli, o soluție de 0,85 la sută este injectată în sânge sare de masă, numită soluție salină. Calculați: a) câte grame de apă și sare trebuie să luați pentru a obține 5 kg soluție salină; b) câte grame de sare se introduc în organism când se infuzează 400 g de ser fiziologic.

Sarcina 2.

ÎN practică medicală O soluție de 0,5% de permanganat de potasiu este folosită pentru spălarea rănilor și gargara. Care este volumul soluției saturate (care conține 6,4 g din această sare în 100 g apă) și apă curată trebuie să luați 1 litru de soluție de 0,5 procente pentru a pregăti (ρ = 1 g/cm 3 ).

Exercițiu.

Scrie un subiect syncwin: apa

1. Tema pentru acasă: secțiunea 2.3

Găsiți în operele literare exemple de descrieri ale proprietăților și calităților apei, semnificația ei biologică.

Schema "Elemente. Substanțe ale celulei"

Note de bază pentru lecție

Compoziția unei celule vii include aceleași elemente chimice care fac parte din natura neînsuflețită. Din cele 104 elemente ale tabelului periodic al lui D. I. Mendeleev, 60 au fost găsite în celule.

Ele sunt împărțite în trei grupe:

1. elementele principale sunt oxigenul, carbonul, hidrogenul și azotul (98% din compoziția celulei);
2. elemente constituind zecimi și sutimi de procent - potasiu, fosfor, sulf, magneziu, fier, clor, calciu, sodiu (în total 1,9%);
3. toate celelalte elemente prezente în cantități și mai mici sunt microelemente.

Compoziția moleculară a unei celule este complexă și eterogenă. Compușii individuali - apa și sărurile minerale - se găsesc și în natura neînsuflețită; altele - compuși organici: carbohidrați, grăsimi, proteine, acizi nucleici etc. - sunt caracteristici doar organismelor vii.

SUBSTANȚE ANORGANICE

Apa reprezintă aproximativ 80% din masa celulei; în celulele tinere cu creștere rapidă - până la 95%, în celulele vechi - 60%.

Rolul apei în celulă este mare.

Este principalul mediu și solvent, participă la majoritatea reacțiilor chimice, mișcarea substanțelor, termoreglare, formare structuri celulare, determină volumul și elasticitatea celulei. Majoritatea substanțelor intră și ies din organism într-o soluție apoasă. Rolul biologic apa este determinată de specificul structurii sale: polaritatea moleculelor sale și capacitatea de a forma legături de hidrogen, datorită cărora apar complexe ale mai multor molecule de apă. Dacă energia de atracție dintre moleculele de apă este mai mică decât cea dintre moleculele de apă și o substanță, aceasta se dizolvă în apă. Astfel de substanțe sunt numite hidrofile (din grecescul „hydro” - apă, „filet” - dragoste). Acestea sunt multe săruri minerale, proteine, carbohidrați etc. Dacă energia de atracție dintre moleculele de apă este mai mare decât energia de atracție dintre moleculele de apă și o substanță, astfel de substanțe sunt insolubile (sau ușor solubile), se numesc hidrofobe ( din grecescul „phobos” - frică) - grăsimi, lipide etc.

Sărurile minerale din soluțiile celulare apoase se disociază în cationi și anioni, oferind o cantitate stabilă de elemente chimice necesare și presiune osmotică. Dintre cationi, cei mai importanți sunt K+, Na+, Ca2+, Mg+. Concentrația cationilor individuali în celulă și în mediul extracelular nu este aceeași. Într-o celulă vie, concentrația de K este mare, Na + este scăzută, iar în plasma sanguină, dimpotrivă, concentrația de Na + este mare și K + este scăzută. Acest lucru se datorează permeabilității selective a membranelor. Diferența de concentrație a ionilor din celulă și din mediu asigură curgerea apei din mediu în celulă și absorbția apei de către rădăcinile plantelor. Lipsa elementelor individuale - Fe, P, Mg, Co, Zn - blochează formarea acizilor nucleici, hemoglobinei, proteinelor și a altor substanțe vitale și duce la boli grave. Anionii determină constanța mediului pH-celular (neutru și ușor alcalin). Dintre anioni, cei mai importanți sunt HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -

SUBSTANȚE ORGANICE

Substanțele organice din complex formează aproximativ 20-30% din compoziția celulară.

Carbohidrați- compuși organici formați din carbon, hidrogen și oxigen. Ele sunt împărțite în simple - monozaharide (din grecescul "monos" - unul) și complexe - polizaharide (din grecescul "poli" - multe).

Monozaharide(al lor formula generala C n H 2n O n) sunt substanţe incolore cu gust dulce plăcut, foarte solubile în apă. Ele diferă prin numărul de atomi de carbon. Dintre monozaharide, cele mai frecvente sunt hexozele (cu 6 atomi de C): glucoza, fructoza (se gaseste in fructe, miere, sange) si galactoza (se gaseste in lapte). Dintre pentoze (cu 5 atomi de C), cele mai frecvente sunt riboza și deoxiriboza, care fac parte din acizii nucleici și ATP.

Polizaharide se referă la polimeri - compuși în care același monomer se repetă de multe ori. Monomerii polizaharidelor sunt monozaharide. Polizaharidele sunt solubile în apă și multe au un gust dulce. Dintre acestea, cele mai simple sunt dizaharidele, formate din două monozaharide. De exemplu, zaharoza constă din glucoză și fructoză; zahăr din lapte - din glucoză și galactoză. Pe măsură ce numărul de monomeri crește, solubilitatea polizaharidelor scade. Dintre polizaharidele cu molecul mare, glicogenul este cel mai frecvent la animale, iar amidonul și fibrele (celuloza) la plante. Acesta din urmă este format din 150-200 de molecule de glucoză.

Carbohidrați- principala sursă de energie pentru toate formele de activitate celulară (mișcare, biosinteză, secreție etc.). Descompunând în cele mai simple produse CO 2 și H 2 O, 1 g de carbohidrați eliberează 17,6 kJ de energie. Carbohidrații îndeplinesc o funcție de construcție la plante (cochiliile lor sunt formate din celuloză) și rolul de substanțe de depozitare (la plante - amidon, la animale - glicogen).

Lipidele- Acestea sunt substanțe asemănătoare grăsimilor și grăsimi insolubile în apă, constând din glicerol și acizi grași cu molecul mare. Grăsimile animale se găsesc în lapte, carne și țesutul subcutanat. La temperatura camerei este solide. În plante, grăsimile se găsesc în semințe, fructe și alte organe. La temperatura camerei sunt lichide. Substanțele asemănătoare grăsimilor sunt similare ca structură chimică cu grăsimile. Există multe dintre ele în gălbenușul de ouă, celulele creierului și alte țesuturi.

Rolul lipidelor este determinat de funcția lor structurală. Ele constau din membranele celulare, care, datorită hidrofobicității lor, împiedică amestecarea conținutului celular cu mediul. Lipidele îndeplinesc o funcție energetică. Descompunându-se în CO 2 și H 2 O, 1 g de grăsime eliberează 38,9 kJ de energie. Ei conduc căldura prost, acumulându-se în țesutul subcutanat (și în alte organe și țesuturi) și îndeplinesc o funcție de protecție și servesc ca substanțe de rezervă.

Veverițe- cel mai specific si important pentru organism. Ei aparțin polimerilor neperiodici. Spre deosebire de alți polimeri, moleculele lor constau din monomeri similari, dar neidentici - 20 de aminoacizi diferiți.

Fiecare aminoacid are propriul său nume, structură și proprietăți speciale. Formula lor generală poate fi reprezentată după cum urmează

O moleculă de aminoacizi constă dintr-o parte specifică (radicalul R) și o parte care este aceeași pentru toți aminoacizii, inclusiv o grupare amino (- NH 2 ) cu proprietăți bazice și o grupare carboxil (COOH) cu proprietăți acide. Prezența grupărilor acide și bazice într-o moleculă determină reactivitatea lor ridicată. Prin aceste grupe, aminoacizii sunt combinați pentru a forma un polimer - proteină. În acest caz, o moleculă de apă este eliberată din grupa amino a unui aminoacid și carboxilul altuia, iar electronii eliberați sunt combinați pentru a forma o legătură peptidică. Prin urmare, proteinele sunt numite polipeptide.

O moleculă proteică este un lanț de câteva zeci sau sute de aminoacizi.

Moleculele de proteine ​​sunt de dimensiuni enorme, motiv pentru care sunt numite macromolecule. Proteinele, ca și aminoacizii, sunt foarte reactive și pot reacționa cu acizi și alcalii. Ele diferă prin compoziția, cantitatea și secvența de aminoacizi (numărul de astfel de combinații de 20 de aminoacizi este aproape infinit). Aceasta explică diversitatea proteinelor.

Există patru niveluri de organizare în structura moleculelor de proteine ​​(59)

• Structura primară- un lanț polipeptidic de aminoacizi legați într-o anumită secvență prin legături peptidice covalente (puternice).
• Structura secundară- un lanț polipeptidic răsucit într-o spirală strânsă. În ea, legăturile de hidrogen cu rezistență scăzută apar între legăturile peptidice ale spirelor vecine (și alți atomi). Împreună, ele oferă o structură destul de puternică.
• Structura terțiară reprezinta o configuratie bizara, dar specifica pentru fiecare proteina - un globul. Este ținut de legături hidrofobe de rezistență scăzută sau de forțe adezive între radicalii nepolari, care se găsesc în mulți aminoacizi. Datorită abundenței lor, ele oferă suficientă stabilitate macromoleculei proteice și mobilitatea acesteia. Structura terțiară a proteinelor este menținută și datorită legăturilor covalente S - S (es - es) care apar între radicalii îndepărtați ai aminoacidului care conține sulf - cisteina.
• Structura cuaternară nu tipic pentru toate proteinele. Apare atunci când mai multe macromolecule proteice se combină pentru a forma complexe. De exemplu, hemoglobina din sângele uman este un complex de patru macromolecule ale acestei proteine.

Această complexitate a structurii moleculelor proteice este asociată cu diversitatea funcțiilor inerente acestor biopolimeri. Cu toate acestea, structura moleculelor proteice depinde de proprietățile mediului.

Se numește încălcarea structurii naturale a unei proteine denaturare. Poate apărea sub influența căldurii, a substanțelor chimice, a energiei radiante și a altor factori. Cu un impact slab, doar structura cuaternară se dezintegrează, cu una mai puternică - terțiară, apoi secundară, iar proteina rămâne sub forma unei structuri primare - un lanț polipeptidic.Acest proces este parțial reversibil, iar proteina denaturată. este capabil să-și refacă structura.

Rolul proteinelor în viața unei celule este enorm.

Veverițe- Acesta este materialul de construcție al corpului. Ei participă la construcția cochiliei, organelelor și membranelor celulei și a țesuturilor individuale (păr, vase de sânge etc.). Multe proteine ​​acționează ca catalizatori în celulă - enzime care accelerează reacțiile celulare de zeci sau sute de milioane de ori. Sunt cunoscute aproximativ o mie de enzime. Pe lângă proteine, compoziția lor include metale Mg, Fe, Mn, vitamine etc.

Fiecare reacție este catalizată de propria sa enzimă specifică. În acest caz, nu întreaga enzimă acționează, ci o anumită regiune - centrul activ. Se potrivește în substrat ca o cheie într-o broască. Enzimele operează la o anumită temperatură și pH a mediului. Proteine ​​contractile speciale furnizează funcțiile motorii celule (mișcarea flagelaților, ciliați, contracția musculară etc.). Proteinele individuale (hemoglobina din sânge) îndeplinesc o funcție de transport, furnizând oxigen tuturor organelor și țesuturilor corpului. Proteinele specifice - anticorpii - îndeplinesc o funcție de protecție, neutralizând substanțele străine. Unele proteine ​​îndeplinesc o funcție energetică. Descompunându-se în aminoacizi și apoi în substanțe și mai simple, 1 g de proteină eliberează 17,6 kJ de energie.

Acizi nucleici(din latinescul „nucleu” - nucleu) au fost descoperite pentru prima dată în nucleu. Sunt de două tipuri - acizi dezoxiribonucleici(ADN) și acizi ribonucleici(ARN). Rolul lor biologic este mare; ele determină sinteza proteinelor și transferul de informații ereditare de la o generație la alta.

Molecula de ADN are o structură complexă. Este format din două lanțuri răsucite spiralat. Lățimea dublei helix este de 2 nm 1 , lungimea de câteva zeci și chiar sute de micromicroni (de sute sau mii de ori mai mare decât cea mai mare moleculă de proteină). ADN-ul este un polimer ai cărui monomeri sunt nucleotide - compuși formați dintr-o moleculă de acid fosforic, un carbohidrat - dezoxiriboză și o bază azotată. Formula lor generală este următoarea:

Acidul fosforic și carbohidrații sunt aceleași în toate nucleotidele, iar bazele azotate sunt de patru tipuri: adenină, guanină, citozină și timină. Ele determină numele nucleotidelor corespunzătoare:

• adenil (A),
• guanil (G),
• citozil (C),
• timidil (T).

Fiecare catenă de ADN este o polinucleotidă formată din câteva zeci de mii de nucleotide. În ea, nucleotidele învecinate sunt conectate printr-o legătură covalentă puternică între acidul fosforic și dezoxiriboză.

Având în vedere dimensiunea enormă a moleculelor de ADN, combinația de patru nucleotide din ele poate fi infinit de mare.

Când se formează o dublă helix ADN, bazele azotate ale unui lanț sunt aranjate într-o ordine strict definită opus bazelor azotate ale celuilalt. În acest caz, T este întotdeauna împotriva lui A și numai C este împotriva lui G. Acest lucru se explică prin faptul că A și T, precum și G și C, corespund strict unul cu celălalt, ca două jumătăți. sticlă spartă, și sunt suplimentare sau complementar(din grecescul „complement” - adaos) unul la altul. Dacă secvența nucleotidelor dintr-un lanț de ADN este cunoscută, atunci prin principiul complementarității este posibil să se determine nucleotidele celuilalt lanț (vezi Anexa, sarcina 1). Nucleotidele complementare sunt conectate folosind legături de hidrogen.

Există două conexiuni între A și T și trei între G și C.

Dublarea moleculei de ADN este caracteristica sa unică, care asigură transferul de informații ereditare de la celula mamă la celulele fiice. Procesul de dublare a ADN-ului se numește Reduplicarea ADN-ului. Se realizează după cum urmează. Cu puțin timp înainte de diviziunea celulară, molecula de ADN se desfășoară și dubla sa catenă, sub acțiunea unei enzime, este împărțită la un capăt în două lanțuri independente. Pe fiecare jumătate a nucleotidelor libere ale celulei, conform principiului complementarității, se construiește un al doilea lanț. Ca urmare, în loc de o moleculă de ADN, apar două molecule complet identice.

ARN- un polimer asemănător ca structură cu o catenă de ADN, dar cu dimensiuni mult mai mici. Monomerii ARN sunt nucleotide formate din acid fosforic, un carbohidrat (riboză) și o bază azotată. Trei baze azotate ale ARN - adenina, guanina si citozina - corespund cu cele ale ADN-ului, dar a patra este diferita. În loc de timină, ARN-ul conține uracil. Formarea unui polimer ARN are loc prin legături covalente dintre riboză și acidul fosforic al nucleotidelor învecinate. Sunt cunoscute trei tipuri de ARN: ARN mesager(i-ARN) transmite informații despre structura proteinei din molecula de ADN; transfer ARN(ARNt) transportă aminoacizi la locul de sinteză a proteinelor; ARN-ul ribozomal (r-ARN) este conținut în ribozomi și este implicat în sinteza proteinelor.

ATP- acid adenozin trifosforic - important compus organic. Structura sa este o nucleotidă. Conține baza azotată adenină, carbohidrat riboză și trei molecule de acid fosforic. ATP este o structură instabilă; sub influența enzimei, legătura dintre „P” și „O” este ruptă, o moleculă de acid fosforic este divizată și ATP intră în