Органические вещества

Органические вещества составляют 20-30% от всей массы клетки: белки, нуклеиновые кислоты (НК), углеводы, жиры, гормоны, пигменты, АТФ.

Белки

  • 10-18% массы клетки
  • Полипептиды
  • Большая молекулярная масса

В организме человека около 5 млн. типов белковых молекул. Они различаются не только между разными видами, но и между особями одного вида.

В состав большинства белков входят 20 аминокислот.

В каждой аминокислоте есть аминогруппа и карбоксильная группа:

NH2 и COOH

Химическая формула аминокислоты

Радикалы
— участки молекул, лежащие вне амино- и карбоксильной групп аминокислот.

Примеры аминокислот: глицин, аланин, сирин, цистеин.

Соединение из двух аминокислот называется дипептидом. Из двадцати и более — полипептидом.

В живых организмах белки состоят из нескольких тысяч аминокислот.

Образование дипептида
Уровни организации белковой молекулы:

  1. Первичная структура — линейная последовательность аминокислот.
  2. Вторичная — спиралевидная цепочка, поддерживаемая водородными связями.
  3. Третичная — спиральная цепочка, поддерживаемая сульфидными связями; определяется первичной структурой белка. Биологическая активность проявляется именно в этой структуре.
  4. Четвертичная — белковые образования, состоящие из нескольких молекул третичной структуры (гемоглобин).

Белки делятся на простые (состоящие только из аминокислот) и сложные — пептиды — аминокислота + НК, липиды и др. Сложные белки называются липопротеидами, фосфопротеидами и т.п.

При воздействии на белковую молекулу температуры (t) или других факторов происходит утрата ее структуры — денатурация. Денатурация бывает полная, частичная, обратимая и необратимая.

При прекращении воздействия обычно происходит обратный процесс — восстановление структуры — ренатурация. Данное свойство используется в медицине и пищевой промышленности (химическая завивка, денатурация яблочного сока при t = 60-700C).

Функции белков:

  1. Строительная (мембраны клеток, органоиды и др.)
  2. Каталитическая, или ферментативная. Белки-ферменты увеличивают скорость реакций. Обычно фермент действует в слабощелочной среде при нормальном давлении и только на одну реакцию. В этом проявляется специфичность ферментов.
  3. Двигательная. Актин и миозин входят в состав мышечной ткани.
  4. Транспортная. Белки могут переносить некоторые вещества: O2, CO2, гормоны.
  5. Защитная (антитела, антибиотики, токсины, антигены)
  6. Энергетическая
  7. Регуляторная — гормоны.
  8. Сигнальная. Белки входят в состав рецепторов.
  9. Механическая. Обеспечивают прочность различных структур.

Углеводы

  • Состоят из C, H, O
  • Общая формула – Cn(H2O)m

Углеводами названы Шмидтом в 1844 г.

Содержание углеводов в животной клетке составляет 1-4%, в печени – 5%, в растительной клетке – до 90% в семенах.

Углеводы в зависимости от строения делят на моносахариды (не распадаются при гидролизе), олигосахариды (ди-, три-, тетра-), полисахариды.

Моносахариды – твердые кристаллические вещества, сладкие на вкус, растворимые в воде.

В зависимости от количества атомов углерода моносахариды делят на

  • триозы (молочная кислота, ПВК),
  • тетрозы (эритрозы),
  • пентозы (рибоза, дезоксирибоза),
  • гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза).

К дисахаридам относится сахароза (C12H22O11 + H20 = 2C6H12O6), мальтоза и лактоза.

Обычно полисахариды включают более 50 остатков глюкозы или других сахаридов – крахмала, целлюлозы, гликогена.

Функции углеводов:

  1. Энергетическая
  2. Строительная. Входят в состав оболочки клеток, скелета насекомых.
  3. Запасные вещества – крахмал (растения), гликоген (животные).
  4. Защитная. Составные части слизи.
  5. Составные части НК — рибоза, дезоксирибоза.

Жиры

Липиды (липос – жир) имеют разную структуру. Объединяются общими свойствами. Обычно растворяются только в органических растворителях (бензин, ацетон, эфир). Легче воды.

Содержатся во всех клетках в среднем 5-15%, в жировой ткани по массе до 90%.

Строение было установлено французом Шавриэлем.

Жиры
– сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и карбоновых кислот.

Образование жира из глицерина и карбоновых кислот

Предельные жиры — твердые вещества, непредельные — жидкие.

R — радикалы жирных кислот (стеариновая и др.).

Жирные кислоты бывают насыщенными (нет двойных связей — пальмитиновая, стеариновая) и ненасыщенными (олеиновая).

Кроме обычных жиров большое значение имеют фосфолипиды, которые входят в состав мембран.

Человек не способен синтезировать некоторые непредельные кислоты. Они должны поступать с пищей.

Функции жиров:

  1. Структурная
  2. Запасание веществ. Своеобразные "энергетические консервы".
  3. Энергетическая. При окислении 1г жира выделяется до 40КДж Q.
  4. Терморегуляция. Подкожный слой жира служит хорошим теплоизолятором.
  5. Источник воды (верблюды, медведи).
  6. Защитная. Защищает некоторые органы от сотрясения, ударов (жировая подушка у глаз).
  7. Компонент витаминов и пигментов.
  8. Гидроизоляция (жировая смазка перьев птиц).

Нуклеиновые кислоты

НК
– высокомолекулярные органические соединения, отвечающие за генетическую информацию.

НК определяют свойства живого.

Термин "нуклеин" предложен в 1869 г. Мишером, который открыл НК.

НК делятся на два вида ДНК и РНК.

ДНК

В результате гидролиза ДНК получаются азотистые основания (пуриновые и перемединовые), правовращающаяся дезоксирибоза и фосфорная кислота.

Пуриновые основания (аденин и гуанин) являются производными пурина. Перемединовые основания – цитозин, тимин; в РНК – урацил.

ДНК и РНК состоят из нуклеотидов (азотистое основание, сахар, фосфорная кислота).

В 1905 г. Чаргафф сформулировал несколько правил. Наиболее важное из них: А=Т, Г=Ц.

Затем было выявлено, что ДНК — двойная спираль.

В 1953 г. Утсон и Крик предложили гипотезу строения молекулы ДНК, которая подтвердилась исследованиями. Одна цепочка ДНК удерживается рядом с другой по принципу комплиментарности двумя или тремя водородными связями: А-Т, Г-Ц.

Выводы:

  • Число цепей равно двум.
  • Спирали содержат по 10 оснований в витке.
  • Цепь удерживается водородными связями.
  • Цепи комплиментарны друг другу.

Гены закодированы в виде последовательности нуклеотидов.

В структуре ДНК могут происходить изменения в чередовании нуклеотидов (мутации).

РНК

В отличие от ДНК имеет

  • одну нить,
  • вместо тимина – урацил,
  • вместо дизоксирибозы – рибозу.
  • Содержание в клетке не постоянно.

Различают три типа РНК.

т-РНК

  • Включает 80-100 нуклеотидов.
  • Молекулярный состав 25-30 тыс.
  • Находится обычно в цитоплазме.
  • Выполняет функцию переноса аминокислот.

От всей массы РНК т-РНК составляет 1/10 часть.

р-РНК

  • Включает от 3 до 5 тыс. нуклеотидов.
  • Входит в состав рибосом.

От всей массы РНК составляет около 90%.

и-РНК

  • Находится в ядре и цитоплазме.
  • Переносит информацию от ДНК к рибосоме.

На ее долю приходится около 1% РНК.

Сравнение ДНК и РНК

Признак ДНК РНК
Местонахождение Ядро, митохондрии, хлоропласты Ядро, рибосомы, цитоплазма, митохондрии, хлоропласты
Строение молекулы Двойной линейный правозакрученный полимер Одиночная полинуклеотидная цепочка
Мономеры Дезоксирибонуклеотиды Рибонуклеотиды
Состав нуклеотида Аденин, гуанин, тимин, цитозин и дезоксирибоза Аденин, гуанин, урацил, цитозин и рибоза
Свойства Способна к самоудвоению – редупликации. Стабильна. Не способна к самоудвоению. Лабильна.
Функции Химическая основа гена.
Синтез ДНК и РНК.
Информация о структуре белка.
и-РНК передает код от ДНК к белку.
р-РНК входит в состав рибосом.
т-РНК переносит аминокислоты.

АТФ

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота.

АМФ входит в состав всех РНК.

Из состава АТФ под воздействием фермента АТФ-азы отщепляются остатки фосфорной кислоты: АТФ → АДФ → АМФ.

Реакция отщепления каждой молекулы H3PO4 сопровождается освобождением энергии.

В АТФ имеется две макроэнергетические связи.

АТФ играет центральную роль в клеточном превращении энергии.

Основной синтез АТФ происходит в митохондриях.span class=