Химический состав клетки

      Комментарии к записи Химический состав клетки отключены

Все клетки животных и растений сходны не только по строению, но и

по химическому составу. Они содержат как неорганические, так и органические вещества.

Неорганические вещества клетки.В состав клетки входят более 80 химических элементов периодической системы Менделеева. При этом на долю шести из них – углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы приходится около 99% общей массы клетки. Химические элементы находятся в клетке либо в виде ионов, либо в виде соединений. Первое место среди веществ клетки занимает вода, имеющая химическую формулу Н2О. Вода составляет около 70% массы клетки. Большинство реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водной среде. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью.

Благодаря этим свойствам в клетке поддерживается тепловое равновесие. Она – основное средство передвижения веществ в клетке и организме. Велико значение воды как растворителя: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе и в водном же растворе выводятся из клетки отработанные продукты. Вода определяет физические свойства клетки – ее объем, упругость. При потере большого количества воды организмы гибнут.

К неорганическим веществам клетки, кроме воды, относят соли. Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны катионы К+, Na+, Ca2+, Mg2+, а также анионы Н2Р04– Cl–, НСО3–. Концентрация катионов и анионов во внутриклеточной и внеклеточной средах различна. Так, внутри клетки всегда довольно высокая концентрация ионов калия и очень низкая – ионов натрия. Напротив, в окружающей клетку среде – в тканевой жидкости меньше ионов калия и больше ионов натрия. Пока клетка жива, эти различия в концентрациях ионов калия и натрия между клеточной и внеклеточной средами сохраняют постоянство. После гибели клетки содержание ионов в клетке и окружающей ее среде быстро выравнивается.

Основные сложные органические химические вещества, присутствующие в клетках человека. Их состав и функции.

Органические вещества (биомолекулы) Строительные блоки Главные функции
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) нуклеотиды (азотистое основание + углевод + фосфорная кислота) генетический материал
РНК (рибонуклеиновая кислота) нуклеотиды матрица для синтеза белков
Белки аминокислоты строительная, ферментативная, двигательная, транспортная, защитная, энергетическая
Полисахар иды глюкоза запас энергии на короткое время
Липиды жирные кислоты компоненты мембран, запас энергии на длительное время

Органические вещества клетки (табл. 1). Можно сказать, что почти все молекулы клетки относятся к соединениям углерода. Благодаря небольшому размеру и наличию на внешней оболочке четырех электронов, атом углерода может образовывать четыре прочные ковалентные связи с другими атомами, создавая большие и сложные молекулы. Углеродсодержащие вещества характерны только для живых клеток и организмов.

Большинство органических соединений, входящих в состав клетки, характеризуются большим размером молекул. Поэтому их называют макромолекулами (от греч. macros – большой). Такие молекулы состоят из повторяющихся сходных по структуре и связанных между собой соединений – мономеров (от греч. monos – один). Образованную мономерами макромолекулу называют полимером (от греч. poly – много).

Белки. Белки составляют основную массу цитоплазмы и ядра клетки. В состав всех белков входят атомы водорода, кислорода и азота. Во многие белки входят атомы серы, фосфора. Каждая молекула белка состоит из тысяч атомов, например молекула белка гемоглобина (C3832H4616О872N780S8Fe4) .

Существует огромное количество различных белков. Все они построены из аминокислот. Каждая аминокислота содержит карбоксильную группу (СООН), имеющую кислотные свойства, и аминогруппу (NН2), имеющую основные свойства. Участки молекул, лежащие вне амино- и карбоксильной групп, которыми отличаются аминокислоты, называют радикалами (R).

К числу важнейших аминокислот относят аланин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты, пролин, лейцин, цистеин. Соединения аминокислот друг с другом называют пептидами. Пептид из двух аминокислот называют дипептидом, из трех аминокислот – трипептидом, из многих аминокислот – полипептидом. Таким образом, белки являются полимерами, мономерами которых служат аминокислоты. В состав большинства белков входит 300 – 500 аминокислот, но есть и более крупные белки, состоящие из 1500 и более аминокислот.

Белки отличаются составом, числом и порядком чередования аминокислотных звеньев в полипептидной цепи. Установлено, что именно последовательность чередования аминокислот имеет первостепенное значение в существующем разнообразии белков. Многие молекулы белков имеют большую длину и молекулярную массу. Так, молекулярная масса инсулина – 5700, гемоглобина – 65 000, а воды – всего 18.

Полипептидные цепи белков не всегда вытянуты в длину. Они могут скручиваться, изгибаться или свертываться самым различным образом.

Разнообразие физических и химических свойств белков обеспечивает им выполнение множества функций: строительную, ферментативную, двигательную, транспортную, защитную, энергетическую.

Углеводы – это сложные органические вещества, в состав которых входят атомы углерода, кислорода и водорода. Общая формула углеводов Сn(Н20)n, где n – не меньше трех. Различают простые и сложные углеводы. Простые углеводы называют моносахаридами. Сложные углеводы представляют собой полимеры, в которых моносахариды играют роль мономеров. Из двух мономеров образуется дисахарид, из трех – трисахарид, из многих – полисахарид. Все моносахариды – бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде. Самые распространенные моносахариды в животной клетке – глюкоза, рибоза, дезоксирибоза.

Глюкоза – первичный источник энергии для клетки. Подвергаясь расщеплению, она превращается в оксид углерода и воду (СО2+Н2О).

В ходе этой реакции освобождается энергия (при расщеплении 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии). Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и аденозинтрифосфорной кислоты.

Липиды образованы теми же химическими элементами, что и углеводы, – углеродом, водородом и кислородом. Они представляют собой органические вещества, нерастворимые в воде. Самые распространенные липиды – жиры. Жир – основной источник энергии. При его расщеплении выделяется в 2 раза больше энергии, чем при расщеплении углеводов. Липиды гидрофобны, они входят в состав клеточных мембран.

Нуклеиновые кислоты-ДНК и РНК. Название «нуклеиновые кислоты» происходит от латинского слова «нуклеус», т.е. ядро, где они и были впервые обнаружены. Нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами, т. е. представляют собой последовательно соединенные друг с другом нуклеотиды. Нуклеотид – это химическое соединение, состоящее из одной молекулы фосфорнои кислоты, одной молекулы моносахарида и одной молекулы органического основания. Органические основания при взаимодействии с кислотами могут образовывать соли.

Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК.) представляет собой две цепи, спирально закрученные одна вокруг другой. Каждая цепь – полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, в состав которых входят азотистые основания (аденин, тимин, гуанин, цитозин), углевод (дезоксирибоза) и фосфорная кислота.

При образовании двойной спирали комплементарные азотистые основания одной цепи «стыкуются» с азотистыми основаниями другой. Основания подходят друг к другу настолько близко, что между ними возникают водородные связи. В полинуклеотидных цепях ДНК каждые три следующие друг за другом нуклеотида составляют триплет (совокупность из трех компонентов). Наивысшее число возможных триплетов 64, т. е. 43.

ДНК имеет уникальное свойство – способность к удвоению, которым не обладает ни одна из других известных молекул. В определенные моменты ДНК может существовать в виде одноцепочной молекулы. При достаточном наборе нуклеотидов и в присутствии специальных ферментов происходит воссоздание (образование) недостающей половины на основе принципа комплементарности (дополнения к имеющейся).

Молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК) также полимер, мономерами которой являются нуклеотиды, в состав которой входят азотистые основания (аденин, урацил, гуанин, цитозин), углевод (рибоза) и фосфорная кислота. РНК представляет собой одноцепочную молекулу. В РНК, так же как и в ДНК, комбинации из трех нуклеотидов образуют триплеты, или информационные единицы. Каждый триплет управляет включением в белок совершенно определенной аминокислоты.

Наивысшее число возможных триплетов, так же как и в ДНК – 64.

По выполняемым функциям выделяют несколько видов РНК: транспортная РНК (тРНК) в основном содержится в цитоплазме клетки; рибосомная РНК (рРНК) составляет существенную часть структуры рибосом; информационная РНК (иРНК), или матричная (мРНК), содержится в ядре и цитоплазме клетки и переносит информацию о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит своего рода матрицей.

Ферменты. Реакции органических соединений в клетках и тканях протекают с очень низкой скоростью. В то же время живая клетка имеет особые вещества для ускорения реакций, которые называют ферментами. Ферменты, расщепляющие углеводы называют сахаразами, отщепляющие водород – дегидрогеназами, расщепляющие жиры – липазами.

Дополнительные материалы:

Химический состав клетки


Похожие статьи: