4.6. Неорганични вещества Неорганичните вещества в кръвната плазма и серума (калий, натрий, калций, фосфор, магнезий, желязо, хлор и др.) определят физикохимичните свойства на кръвта. Количеството неорганични вещества в плазмата е около 1%. В тъканите на тялото те се намират в

6.9. Стволови клетки Вече е модерно да се говори за стволови клетки. Когато хората ме питат какво мисля за това, отговарям на въпроса с въпроса: „Къде? В Русия или в света?“ Ситуациите в тази област са напълно различни в Русия и в света. По света се провеждат интензивни изследвания и

вода.От неорганичните вещества, изграждащи клетката, най-важна е водата. Количеството му варира от 60 до 95% обща масаклетки Водата играе жизненоважна роля в живота на клетките и живите организми като цяло. Освен, че е част от състава им, за много организми е и местообитание.

Ролята на водата в клетката се определя от нейния уникален химичен състав и физични свойства, свързано главно с малкия размер на молекулите, с полярността на молекулите му и със способността им да образуват водородни връзки помежду си.

Водата като компонент на биологичните системи извършва следното: основни функции:

1. вода- универсален разтворителза полярни вещества, като соли, захари, алкохоли, киселини и др. Веществата, които са силно разтворими във вода, се наричат хидрофилен.Когато дадено вещество премине в разтвор, неговите молекули или йони могат да се движат по-свободно; Съответно реактивността на веществото се увеличава. Поради тази причина повечето химични реакции в клетката протичат във водни разтвори. Неговите молекули участват в много химични реакции, например в образуването или хидролизата на полимери. В процеса на фотосинтеза водата е донор на електрони, източник на водородни йони и свободен кислород.
2. Водата не разтваря неполярни вещества и не се смесва с тях, тъй като не може да образува водородни връзки с тях. Веществата, които са неразтворими във вода, се наричат хидрофобен.Хидрофобните молекули или части от тях се отблъскват от водата, а в нейно присъствие се привличат една към друга. Такива взаимодействия играят важна роляв осигуряването на стабилността на мембраните, както и на много протеинови молекули, нуклеинови киселини и редица субклетъчни структури.
3. Водата има висока специфичност топлинен капацитет.Разкъсването на водородните връзки, които държат водните молекули заедно, изисква усвояването на голямо количество енергия. Това свойство осигурява поддържането на топлинния баланс на тялото при значителни промени в температурата заобикаляща среда. Освен това водата е различна висока топлопроводимост,което позволява на тялото да поддържа еднаква температура в целия си обем.
4. Водата се характеризира висока топлина на изпаряване, т.е.д. способността на молекулите да отвеждат значително количество топлина, като същевременно охлаждат тялото. Благодарение на това свойство на водата, което се проявява при изпотяване при бозайници, термичен задух при крокодили и други животни и транспирация при растения, се предотвратява прегряването.
5. Характерно е изключително за водата високо повърхностно напрежение.Това свойство е много важно за процесите на адсорбция, за движението на разтворите през тъканите (кръвообращение, възходящи и низходящи токове в растенията). За много малки организми повърхностното напрежение им позволява да се носят по водата или да се плъзгат по повърхността й.
6. Водата осигурява движение на веществатав клетката и тялото, усвояване на вещества и отделяне на метаболитни продукти.
7. При растенията водата определя тургорклетки, а при някои животни изпълнява поддържащи функции,като хидростатичен скелет (кръгли и пръстеновидни, бодлокожи).
8. вода - компонент смазочни течности(синовиална - в ставите на гръбначните животни, плеврална - в плевралната кухина, перикардна - в околосърдечната торбичка) и слуз(улесняват движението на веществата през червата, създават влажна среда върху лигавиците на дихателните пътища). Влиза в състава на слюнката, жлъчката, сълзите, спермата и др.

Минерални соли.Неорганични вещества в клетката, с изключение на вода, Precspavlev минерални соли.Молекулите на солта в воден разтворразграждат се на катиони и аниони. Най-висока стойностимат катиони (K +, Na +, Ca 2+, Mg:+, NH 4 +) и аниони (C1, H 2 P0 4 -, HP0 4 2-, HC0 3 -, NO3 2--, SO 4 2- ) Значително е не само съдържанието, но и съотношението на йони в клетката.

Разликата между количествата катиони и аниони на повърхността и вътре в клетката осигурява възникването потенциал за действие,което е в основата на възникването на нервно и мускулно възбуждане. Разликата в концентрациите на йони от различните страни на мембраната определя активния трансфер на вещества през мембраната, както и преобразуването на енергията.

Както вече знаем, клетката се състои от химически веществаорганичен и неорганичен тип. Основните неорганични вещества, които изграждат клетката, са солите и водата.

Водата като компонент на живите същества

Водата е доминиращият компонент на всички организми. важно биологични функцииводата се реализира благодарение на уникалните свойства на нейните молекули, по-специално наличието на диполи, които правят възможно възникването на водородни връзки между клетките.

Благодарение на водните молекули в тялото на живите същества протичат процесите на термостабилизация и терморегулация. Процесът на терморегулация се дължи на високия топлинен капацитет на водните молекули: външните температурни промени не влияят на температурните промени в тялото.

Благодарение на водата, органи човешкото тялозапазват своята еластичност. Водата е един от основните компоненти на смазочните течности, необходими за ставите на гръбначните животни или перикардната торбичка.

Той е част от слузта, която улеснява движението на веществата през червата. Водата е съставна част на жлъчката, сълзите и слюнката.

Соли и други неорганични вещества

В допълнение към водата клетките на живия организъм съдържат неорганични вещества като киселини, основи и соли. Най-важните в живота на тялото са Mg2+, H2PO4, K, CA2, Na, C1-. Слабите киселини гарантират стабилност вътрешна средаклетки (леко алкални).

Концентрацията на йони в междуклетъчното вещество и вътре в клетката може да бъде различна. Например Na+ йони са концентрирани само в междуклетъчната течност, докато K+ се намира изключително в клетката.

Рязкото намаляване или увеличаване на броя на определени йони в състава на клетката води не само до нейната дисфункция, но и до смърт. Например, намаляването на количеството Ca+ в клетката причинява конвулсии вътре в клетката и нейната по-нататъшна смърт.

Някои неорганични вещества често взаимодействат с мазнини, протеини и въглехидрати. Ярък пример са органичните съединения с фосфор и сяра.

Сярата, която е част от протеиновите молекули, е отговорна за образуването на молекулярни връзки в тялото. Благодарение на синтеза на фосфор и органични вещества, енергията се освобождава от протеиновите молекули.

Калциеви соли

Калциевите соли допринасят за нормалното развитие на костната тъкан, както и за функционирането на главния и гръбначния мозък. Калциевият метаболизъм в организма се осъществява благодарение на витамин D. Излишъкът или дефицитът на калциеви соли води до дисфункция на тялото.

Растителните и животински клетки съдържат неорганични и органични вещества. Неорганичните вещества включват вода и минерали. Органичните вещества включват протеини, мазнини, въглехидрати и нуклеинови киселини.

Неорганични вещества

водае връзка, която жива клеткасъдържа в най-голямото число. Водата съставлява около 70% от масата на клетката. Повечето вътреклетъчни реакции протичат в водна среда. Водата в клетката е в свободно и свързано състояние.

Значението на водата за живота на клетката се определя от нейната структура и свойства. Съдържанието на вода в клетките може да варира. 95% от водата е свободна в клетката. Необходим е като разтворител на органични и неорганични вещества. Всички биохимични реакции в клетката протичат с участието на вода. Водата се използва за отстраняване на различни вещества от клетката. Водата има висока топлопроводимост и предотвратява внезапни температурни колебания. 5% от водата е в свързано състояние, образувайки слаби съединения с протеини.

Минерали в клетката те могат да бъдат в дисоциирано състояние или в комбинация с органични вещества.

Химически елементи, които участват в метаболитните процеси и имат биологична активност се наричат ​​биогенни.

Цитоплазмасъдържа около 70% кислород, 18% въглерод, 10% водород, калций, азот, калий, фосфор, магнезий, сяра, хлор, натрий, алуминий, желязо. Тези елементи съставляват 99,99% от състава на клетката и се наричат макроелементи.Например, калцият и фосфорът са част от костите. Желязото е съставна част на хемоглобина.

Манган, бор, мед, цинк, йод, кобалт - микроелементи.Те представляват хилядни от процента от клетъчната маса. Микроелементите са необходими за образуването на хормони, ензими и витамини. Те засягат метаболитните процеси в организма. Например, йодът е част от хормона на щитовидната жлеза, кобалтът е част от витамин B 12.

Злато, живак, радий и др. ултрамикроелементи- представляват милионни от процента от състава на клетката.

Липсата или излишъкът на минерални соли нарушава жизнените функции на организма.

Органична материя

Кислород, водород, въглерод, азот са част от органичните вещества. Органичните съединения са големи молекули, наречени полимери. Полимерите са изградени от много повтарящи се единици (мономери). Органичните полимерни съединения включват въглехидрати, мазнини, протеини, нуклеинови киселини и АТФ.

Въглехидрати

Въглехидратисе състои от въглерод, водород, кислород.

Мономеривъглехидратите са монозахариди.Въглехидратите се делят на монозахариди, дизахариди и полизахариди.

Монозахариди- прости захари с формулата (CH 2 O) n, където n е всяко цяло число от три до седем. В зависимост от броя на въглеродните атоми в молекулата се различават триози (3С), тетрози (4С), пентози (5С), хексози (6С) и хептози (7С).

ТриозиC3H6O3 - например глицералдехид и дихидроксиацетон - играят ролята на междинни продукти в процеса на дишане и участват във фотосинтезата. Тетрозите C 4 H 8 O 4 се намират в бактериите. Пентози C 5 H 10 O 5 - например рибоза - е част от РНК, дезоксирибоза е част от ДНК. Хексози - C 6 H 12 O 6 - например глюкоза, фруктоза, галактоза. Глюкозата е източник на енергия за клетката. Заедно с фруктозата и галактозата, глюкозата може да участва в образуването на дизахариди.

Дизахаридисе образуват в резултат на реакция на кондензация между два монозахарида (хексози) със загуба на водна молекула.

Формулата на дизахаридите е C 12 H 22 O 11 Сред дизахаридите най-разпространени са малтозата, лактозата и захарозата.

Захарозата или тръстиковата захар се синтезира в растенията. Малтозата се образува от нишесте по време на храносмилането му в животните. Лактозата или млечната захар се намира само в млякото.

Полизахариди (прости) се образуват в резултат на реакция на кондензация голямо числомонозахариди. Простите полизахариди включват нишесте (синтезирано в растения), гликоген (намиращ се в чернодробните клетки и мускулите на животни и хора), целулоза (образува клетъчната стена в растенията).

Сложни полизахариди се образуват в резултат на взаимодействието на въглехидратите с липидите. Например гликолипидите са част от мембраните. Сложните полизахариди също включват съединения на въглехидрати с протеини (гликопротеини). Например, гликопротеините са част от слузта, секретирана от жлезите на стомашно-чревния тракт.

Функции на въглехидратите:

1. Енергия:Тялото получава 60% от енергията си от разграждането на въглехидратите. При разграждането на 1 g въглехидрати се освобождават 17,6 kJ енергия.

2. Структурни и поддържащи:въглехидратите са част от плазмената мембрана, мембраната на растителните и бактериалните клетки.

3. Съхранение:хранителни вещества (гликоген, нишесте) се съхраняват в клетките.

4. Защитен:секрети (слуз), отделяни от различни жлези, предпазват стените на кухите органи, бронхите, стомаха и червата от механични повреди, вредни бактерии и вируси.

5. Участвайте в фотосинтеза.

Мазнини и мастноподобни вещества

мазнинисе състои от въглерод, водород, кислород. Мономеримазнините са мастна киселинаИ глицерол.Определят се свойствата на мазнините висококачествен съставмастни киселини и тяхното количествено съотношение. Растителните мазнини са течни (масла), животинските са твърди (например свинска мас). Мазнините са неразтворими във вода – те са хидрофобни съединения. Мазнините се комбинират с протеини, за да образуват липопротеини, и се комбинират с въглехидрати, за да образуват гликолипиди. Гликолипидите и липопротеините са вещества, подобни на мазнини.

Мазноподобните вещества са част от клетъчните мембрани, мембранните органели и нервната тъкан. Мазнините могат да се свързват с глюкозата и да образуват гликозиди. Например дигитоксин гликозидът е вещество, използвано при лечението на сърдечни заболявания.

Функции на мазнините:

1. Енергия:с пълно разграждане 1 г мазнини до въглероден двуокиси вода се отделя 38,9 kJ енергия.

2. Структурни:са част от клетъчната мембрана.

3. Защитен:слой мазнина предпазва тялото от хипотермия, механични удари и удари.

4. Регулаторни:Стероидните хормони регулират метаболитните процеси и възпроизводството.

5. Дебел- източник ендогенна вода.При окисляване на 100 g мазнина се отделят 107 ml вода.

катерици

Протеините съдържат въглерод, кислород, водород и азот. Мономерикатерици са аминокиселини.Протеините са изградени от двадесет различни аминокиселини. Формула на аминокиселини:

Съставът на аминокиселините включва: NH 2 - аминогрупа с основни свойства; COOH е карбоксилна група и има киселинни свойства. Аминокиселините се различават една от друга по своите радикали – R. Аминокиселините са амфотерни съединения. Те са свързани помежду си в протеиновата молекула с помощта на пептидни връзки.

Схема на аминокиселинна кондензация (образуване на пептидна връзка)

Има първични, вторични, третични и кватернерни протеинови структури. Редът, количеството и качеството на аминокиселините, които изграждат една протеинова молекула, определят нейната първична структура. Протеините с първична структура могат да се съединят в спирала с помощта на водородни връзки и да образуват вторична структура. Полипептидните вериги са усукани по определен начин в компактна структура, образувайки глобула (топка) - това е третичната структура на протеина. Повечето протеини имат третична структура. Аминокиселините са активни само на повърхността на глобулата. Протеините, които имат глобуларна структура, се комбинират, за да образуват кватернерна структура. Замяната на една аминокиселина води до промяна в свойствата на протеина (фиг. 30).

При излагане на висока температура, киселини и други фактори може да настъпи разрушаване на протеиновата молекула. Това явление се нарича денатурация (фиг. 31). Понякога денатуриран

Ориз. тридесет.Различни структури на протеинови молекули.

1 - първичен; 2 - вторичен; 3 - третичен; 4 - кватернер (използвайки примера на кръвния хемоглобин).

Ориз. 31.Денатурация на протеини.

1 - протеинова молекула преди денатурация;

2 - денатуриран протеин;

3 - възстановяване на оригиналната протеинова молекула.

Когато условията се променят, изкъпаният протеин може отново да възстанови структурата си. Този процес се нарича ренатурация и е възможен само когато първичната структура на протеина не е разрушена.

Протеините могат да бъдат прости или сложни. Простите протеини се състоят само от аминокиселини: например албумини, глобулини, фибриноген, миозин.

Сложните протеини са изградени от аминокиселини и др органични съединения: например липопротеини, гликопротеини, нуклеопротеини.

Функции на протеините:

1. Енергия.Разграждането на 1 g протеин освобождава 17,6 kJ енергия.

2. Каталитичен.Служат като катализатори за биохимични реакции. Катализаторите са ензими. Ензимите ускоряват биохимичните реакции, но не са част от крайните продукти. Ензимите са строго специфични. Всеки субстрат има свой собствен ензим. Името на ензима включва името на субстрата и края "аза": малтаза, рибонуклеаза. Ензимите са активни, когато определена температура(35 - 45°С).

3. Структурни.Протеините са част от мембраните.

4. транспорт.Например хемоглобинът пренася кислород и CO 2 в кръвта на гръбначните животни.

5. Защитен.Защита на тялото от вредни ефекти: производство на антитела.

6. Контрактилен.Поради наличието на протеини актин и миозин в мускулните влакна възниква мускулна контракция.

Нуклеинова киселина

Има два вида нуклеинови киселини: ДНК(дезоксирибонуклеинова киселина) и РНК(рибонуклеинова киселина). Мономеринуклеиновите киселини са нуклеотиди.

ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина). ДНК нуклеотидът съдържа една от азотните бази: аденин (А), гуанин (G), тимин (Т) или цитозин (С) (фиг. 32), въглехидратната дезоксирибоза и остатък от фосфорна киселина. Молекулата на ДНК е двойна спирала, изградена на принципа на комплементарността. Следните азотни бази са комплементарни в молекулата на ДНК: A = T; G = C. Две спирали на ДНК са свързани с водородни връзки (фиг. 33).

Ориз. 32.Нуклеотидна структура.

Ориз. 33.Секция на ДНК молекула. Комплементарно свързване на нуклеотиди от различни вериги.

ДНК е способна на самоудвояване (репликация) (фиг. 34). Репликацията започва с разделянето на две допълващи се вериги. Всяка верига се използва като шаблон за образуване на нова ДНК молекула. Ензимите участват в процеса на синтез на ДНК. Всяка от двете дъщерни молекули задължително включва една стара спирала и една нова. Новата ДНК молекула е абсолютно идентична със старата по нуклеотидна последователност. Този метод на репликация осигурява точно възпроизвеждане в дъщерните молекули на информацията, която е записана в майчината ДНК молекула.

Ориз. 34.Дублиране на ДНК молекула.

1 - матрична ДНК;

2 - формиране на две нови вериги на базата на матрицата;

3 - дъщерни ДНК молекули.

Функции на ДНК:

1. Съхранение на наследствена информация.

2. Осигуряване на трансфер на генетична информация.

3. Наличие в хромозомата като структурен компонент.

ДНК се намира в клетъчното ядро, както и в клетъчни органели като митохондрии и хлоропласти.

РНК (рибонуклеинова киселина). Има 3 вида рибонуклеинови киселини: рибозомен, транспортИ информационенРНК. Нуклеотидът на РНК се състои от една от азотните бази: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), урацил (U), въглехидратната рибоза и остатък от фосфорна киселина.

Рибозомна РНК (рРНК) в комбинация с протеина влиза в състава на рибозомите. рРНК съставлява 80% от цялата РНК в клетката. Синтезът на протеини се извършва върху рибозомите.

Пратеник РНК (иРНК) съставлява от 1 до 10% от цялата РНК в клетката. Структурата на иРНК е комплементарна на част от ДНК молекулата, носител на информацияотносно синтеза на специфичен протеин. Дължината на иРНК зависи от дължината на ДНК секцията, от която е прочетена информацията. иРНК носи информация за протеиновия синтез от ядрото през цитоплазмата до рибозомата.

Трансферна РНК (тРНК) съставлява около 10% от цялата РНК. Има къса верига от нуклеотиди във формата на трилистник и се намира в цитоплазмата. В единия край на трилистника има триплет от нуклеотиди (антикодон), който кодира специфична аминокиселина. В другия край има триплет от нуклеотиди, към които е прикрепена аминокиселина. Всяка аминокиселина има своя собствена тРНК. тРНК транспортира аминокиселини до мястото на протеинов синтез, т.е. към рибозомите (фиг. 35).

РНК се намира в ядрото, цитоплазмата, рибозомите, митохондриите и пластидите.

ATP - Аденазин трифосфорна киселина. Аденазин трифосфорната киселина (АТФ) се състои от азотна основа - аденин, захар - рибоза,И три остатъка от фосфорна киселина(фиг. 36). Молекулата на АТФ натрупва голямо количество енергия, необходима за биохимичните процеси, протичащи в клетката. Синтезът на АТФ се извършва в митохондриите. Молекулата на АТФ е много нестабилна

активни и способни да отделят една или две фосфатни молекули, освобождавайки голямо количество енергия. Връзките в молекулата на АТФ се наричат макроергичен.

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

Ориз. 35.Структура на тРНК.

A, B, C и D - области на комплементарна връзка в рамките на една РНК верига; D - място (активен център) на свързване с аминокиселина; E - място на комплементарна връзка с молекулата.

Ориз. 36.Структурата на АТФ и превръщането му в АДФ.

Въпроси за самоконтрол

1. Какви вещества в клетката се класифицират като неорганични?

2. Какви вещества в клетката се класифицират като органични?

3. Какъв е мономерът на въглехидратите?

4. Каква структура имат въглехидратите?

5. Какви функции изпълняват въглехидратите?

6. Какво представлява мономерът на мазнините?

7. Каква структура имат мазнините?

8. Какви функции изпълняват мазнините?

9. Какво е протеинов мономер? 10. Каква структура имат протеините? 11. Какви структури имат протеините?

12. Какво се случва, когато една протеинова молекула денатурира?

13.Какви функции изпълняват протеините?

14.Какви нуклеинови киселини са известни?

15. Какво представлява мономерът на нуклеиновите киселини?

16. Какво е включено в нуклеотида на ДНК?

17. Каква е структурата на РНК нуклеотида?

18. Каква е структурата на ДНК молекулата?

19.Какви функции изпълнява ДНК молекулата?

20. Каква е структурата на рРНК?

21. Каква е структурата на иРНК?

22. Каква е структурата на тРНК?

23.Какви функции изпълняват рибонуклеиновите киселини?

24. Каква е структурата на АТФ?

25.Какви функции изпълнява АТФ в клетка?

Ключови думи на тема " Химичен съставклетки"

азотна база албумин

аминокиселинна група

амфотерни съединения

антикодон

бактерии

катерици

биологична активност биологичен катализатор

биохимични реакции

заболяване

вещества

видова специфика

витамини

вода

водородни връзки вторична структура производство на антитела топлинагалактоза хексози хемоглобин хепарин

хидрофобни съединения

гликоген

гликозиди

гликопротеини

глицерол

глобула

глобулини

глюкоза

хормони

гуанин

двойна спирала дезоксирибоза денатуриращ дизахарид

дисоциирано състояние

ДНК

единица информация жив организъм животно жизнена дейност мастни киселини мастна тъкан мастноподобни вещества мазнини

излишък от хранителни вещества

индивидуална специфика

източник на енергия

капки

карбоксилна група

качествена киселина

кодон на клетъчната стена

температурни колебания

количество

взаимно допълване

крайни продукти

кости

нишесте

лактоза

лечение

липопротеини

макронутриенти

макроергични връзки

малтоза

тегло

клетъчната мембрана

микроелементи

минерални соли

миозин

митохондриите

молекула

млечна захар

мономер

монозахарид

мукополизахариди

мукопротеини

дефицит на наследствена информация

неорганични вещества нервна тъкан нуклеинови киселини нуклеопротеини нуклеотиден метаболизъм метаболитни процеси органични вещества пентози

пептидни връзки първична структура пренос на кислород плодове

подкожна тъкан

полимерен полизахарид

полупропусклива мембрана

поръчка

загуба

проникване на вода

процента

радикален

унищожаване

гниене

разтворител

растение

разделяне

реакция на кондензация

ренатурация

рибоза

рибонуклеаза

рибозома

РНК

захар

съсирване на кръвта

свободна държава

обвързано състояние

семена

сърце

протеинов синтез

слой

слюнка

контрактилни протеини

структура

субстрат

топлопроводимост

тетроза тимин

тъканна специфичност

третична структура

Детелина

триози

триплет

въглехидрати от тръстикова захар

ултрамикроелементи

урацил

парцел

ензими

фибриноген

формула

фосфорна киселина фотосинтеза фруктоза функция

химически елементи

хлоропласти

хромозома

целулоза

верига

цитозин

цитоплазма

кватернерна структура топка

щитовидната жлеза

елементи

сърцевина