Като биохимия. Както вече знаем, всички живи организми са изградени от клетки. Клетките от своя страна се състоят от химични елементи. Наричат се химичните елементи, без които животът на Земята би бил невъзможен хранителни вещества.
Биогенните елементи са химически елементи, които са част от клетките на тялото, както и онези елементи, без които жизнената дейност на клетките е невъзможна: органични и неорганични вещества, полимер и ниско молекулно тегло. Всеки от нас знае от детството, че повече от половината от човек се състои от вода. Съответно първото и най-важно хранително вещество е водата.
Основни химични елементи на организмите:
- водород;
- кислород;
- фосфор;
- сяра;
- азот;
- въглерод.
Неорганични съединенияв живите организми:
- карбонати;
- фосфати;
- амониеви соли;
- сулфати.
Следните също могат да бъдат класифицирани като биогенни елементи: неметали:
1) йоди йодните съединения са много важни за тялото, играят голяма роля в метаболитни процеси. Йодът е част от тироксин, хормон на щитовидната жлеза.
2) хлор. Анионите на този елемент поддържат солната среда на тялото на ниво, необходимо за правилното функциониране. Също така се включва в някои органични съединения.
3) Силиций. Част от връзките и хрущяла (ортосилициева киселина), служи като свързващо вещество в някои полизахаридни вериги.
4) Селени неговите производни. Съдържа някои ензими (селеноцестеин).
Други органични вещества, които изграждат жив организъм:
- ацеталдехид;
- Оцетна киселина;
- Етанолът е продукт и субстрат на биохимичните реакции.
Също толкова важни са следните връзки:
HEM е съединение на желязото с парафинова молекула;
Кобаламинът е кобалтово съединение (витамин B12).
Калций и магнезий- основни метали, които наред с желязонай-често срещани в биологичните системи. Магнезият и неговите йони играят важна роля за функционирането на клетката, по-точно на рибозомите и протеиновия синтез в клетката. Магнезият също е част хлорофил. Калцият в живото тяло може да присъства под формата на неразтворими соли:
- калциев карбонат- веществото, от което са направени черупките на мекотелите;
- калциев фосфат- участва в изграждането на скелета.
Ензимите съдържат много метали от 4-тия период на периодичната таблица:
1) Желязото участва в процеса на насищане на клетките с кислород, като е част от хемоглобина.
2) Цинкови йонинамира се в почти всички ензими.
3) Мангансъщо е част от някои ензими, но играе по-важна роля в поддържането на нормална външна биосфера: осигурява освобождаването на кислород в атмосферата и също така участва във фотохимичното намаляване на водата.
4) Молибдене неразделна част от нитродиназата, ензим на азотфиксиращи бактерии, който подпомага редуцирането на външния азот до амоняк.
5) Кобалт- както вече казахме, е част кобаламинили витамин B12.
Съединения с ниско молекулно тегло, които са част от живите организми:
- Аминокиселини- От тях се изграждат протеините.
- Моно и олигозахариди- Те изграждат структурните тъкани на организмите.
- Нуклеамиди- Нуклеиновите киселини са изградени от тях.
- Липиди- компоненти на клетъчните мембрани.
Има и много други вещества, които активно участват в живота на живите организми: коензими, терпени и много други.
Клетката се състои от приблизително 70 основни елемента , които могат да бъдат намерени в периодичната таблица. Само от тези 24 открити в абсолютно всички клетки.
Основните елементи са водород, въглерод, кислород и азот. Това са основните клетъчни елементи, но елементи като калий, йод, магнезий, хлор, желязо, калций и сяра също играят също толкова важна роля. Това са макроелементи, от които клетките съдържат относително малки количества (до десети от процента).
В клетките има още по-малко микроелементи (по-малко от 0,01% от клетъчната маса). Те включват мед, молибден, бор, флуор, хром, цинк, силиций и кобалт.
Значението и съдържанието на елементите в клетките на организмите е дадено в таблицата.
| елемент | Символ | Съдържание в % | Значение за клетките и организмите |
| Кислород | ОТНОСНО | 62 | Част от вода и органични вещества; участва в клетъчното дишане |
| въглерод | СЪС | 20 | Съдържа всички органични вещества |
| Водород | н | 10 | Част от водата и органичните вещества; участва в процесите на преобразуване на енергия |
| Азот | н | 3 | Съдържа аминокиселини, протеини, нуклеинови киселини, АТФ, хлорофил, витамини |
| калций | Sa | 2,5 | Част от клетъчната стена на растенията, костите и зъбите, повишава съсирването на кръвта и контрактилитета на мускулните влакна |
| Фосфор | Р | 1,0 | Част от костната тъкан и зъбния емайл, нуклеинови киселини, АТФ и някои ензими |
| Сяра | С | 0,25 | Част от аминокиселините (цистеин, цистин и метионин), някои витамини, участва в образуването на дисулфидни връзки при формирането на третичната структура на протеините |
| калий | ДА СЕ | 0,25 | Съдържа се в клетката само под формата на йони, активира ензимите на протеиновия синтез, определя нормалния ритъм на сърдечната дейност, участва в процесите на фотосинтеза и генерирането на биоелектрични потенциали |
| хлор | кл | 0,2 | В тялото на животните преобладава отрицателният йон. Солно-кисел компонент на стомашния сок |
| Натрий | Na | 0,10 | Съдържащ се в клетката само под формата на йони, той определя нормалния ритъм на сърдечната дейност и влияе върху синтеза на хормони |
| Магнезий | Mg | 0,07 | Част от молекулите на хлорофила, както и костите и зъбите, активира енергийния метаболизъм и синтеза на ДНК |
| йод | 1 | 0,01 | Съдържа хормони на щитовидната жлеза |
| Желязо | Fe | 0,01 | Част от много ензими, хемоглобин и миоглобин, участва в биосинтезата на хлорофил, в транспорта на електрони, в процесите на дишане и фотосинтеза |
| Мед | Cu | Стъпки | Той е част от хемоцианините при безгръбначните, част от някои ензими и участва в процесите на хематопоеза, фотосинтеза и синтез на хемоглобин. |
| Манган | Мн | Стъпки | Част от или повишава активността на определени ензими, участва в развитието на костите, усвояването на азота и процеса на фотосинтеза |
| Молибден | мо | Стъпки | Част от някои ензими (нитратредуктаза), участва в процесите на фиксиране на атмосферен азот от нодулни бактерии |
| Кобалт | Co | Стъпки | Част от витамин B12, участва във фиксирането на атмосферния азот от нодулните бактерии |
| Бор | IN | Стъпки | Повлиява процесите на растеж на растенията, активира редуктивните дихателни ензими |
| Цинк | Zn | Стъпки | Част от някои ензими, които разграждат полипептидите, участва в синтеза на растителни хормони (ауксини) и гликолиза |
| Флуор | Е | Стъпки | Съдържа емайла на зъбите и костите |
Биология- наука за живота. Най-важната задача на биологията е изучаването на разнообразието, структурата, жизнената активност, индивидуалното развитие и еволюцията на живите организми, техните взаимоотношения с околната среда.
Живи организмиимат редица особености, които ги отличават от неживата природа. Поотделно, всяка от разликите е доста произволна, така че те трябва да се разглеждат в комбинация.
Признаци, които отличават живата материя от неживата:
- способността за възпроизвеждане и предаване на наследствена информация на следващото поколение;
- метаболизъм и енергия;
- възбудимост;
- адаптивност към специфични условия на живот;
- строителен материал - биополимери (най-важните от тях са протеини и нуклеинови киселини);
- специализация от молекули до органи и висока степен на тяхната организация;
- височина;
- стареене;
- смърт.
Нива на организация на живата материя:
- молекулярно,
- клетъчен,
- плат,
- орган,
- организмов,
- популация-вид,
- биогеоценотичен,
- биосфера.
Разнообразието на живота
Безядрените клетки бяха първите, които се появиха на нашата планета. Повечето учени приемат, че ядрените организми са се появили в резултат на симбиозата на древни архебактерии със синьо-зелени водорасли и окислителни бактерии (теорията на симбиогенезата).
Цитология
Цитология- науката за клетка. Изучава структурата и функциите на клетките на едноклетъчните и многоклетъчните организми. Клетката е елементарна единица за структура, функциониране, растеж и развитие на всички живи същества. Следователно процесите и моделите, характерни за цитологията, са в основата на процесите, изучавани от много други науки (анатомия, генетика, ембриология, биохимия и др.).
Химични елементи на клетката
Химичен елемент- определен вид атом със същия положителен ядрен заряд. В клетките са открити около 80 химични елемента. Те могат да бъдат разделени на четири групи:
Група 1 - въглерод, водород, кислород, азот (98% от клетъчното съдържание),
Група 2 - калий, натрий, калций, магнезий, сяра, фосфор, хлор, желязо (1,9%),
Група 3 - цинк, мед, флуор, йод, кобалт, молибден и др. (по-малко от 0,01%),
Група 4 - злато, уран, радий и др. (по-малко от 0,00001%).
Елементите от първата и втората група в повечето ръководства се наричат макронутриенти, елементи от третата група - микроелементи, елементи от четвърта група - ултрамикроелементи. За макро- и микроелементите са изяснени процесите и функциите, в които участват. За повечето ултрамикроелементи не е установена биологична роля.
| Химичен елемент | Вещества, които съдържат химичен елемент | Процеси, в които участва химичен елемент |
|---|---|---|
| Въглерод, водород, кислород, азот | Протеини, нуклеинови киселини, липиди, въглехидрати и други органични вещества | Синтез на органични вещества и целия комплекс от функции, изпълнявани от тези органични вещества |
| Калий, натрий | Na+ и K+ | Осигуряване на мембранна функция, по-специално поддържане на електрическия потенциал на клетъчната мембрана, работата на Na + /Ka + помпата, провеждането на нервни импулси, анионен, катионен и осмотичен баланс |
| калций | Sa +2 | Участие в процеса на съсирване на кръвта |
| Калциев фосфат, калциев карбонат | Костна тъкан, зъбен емайл, черупки на мекотели | |
| Калциев пектат | Образуване на средната пластина и клетъчната стена в растенията | |
| Магнезий | Хлорофил | фотосинтеза |
| Сяра | катерици | Образуване на пространствена протеинова структура поради образуването на дисулфидни мостове |
| Фосфор | Нуклеинови киселини, АТФ | Синтез на нуклеинова киселина |
| хлор | Cl- | Поддържане на електрическия потенциал на клетъчната мембрана, работата на Na + /Ka + помпата, провеждането на нервните импулси, анионния, катионния и осмотичния баланс |
| НС1 | Активиране на храносмилателните ензими в стомашния сок | |
| Желязо | Хемоглобин | Пренос на кислород |
| Цитохроми | Пренос на електрони по време на фотосинтеза и дишане | |
| Манган | Декарбоксилази, дехидрогенази | Окисляване на мастни киселини, участие в процесите на дишане и фотосинтеза |
| Мед | Хемоцианин | Пренос на кислород при някои безгръбначни |
| Тирозиназа | Образуване на меланин | |
| Кобалт | Витамин В 12 | Образуване на червени кръвни клетки |
| Цинк | Алкохолна дехидрогеназа | Анаеробно дишане при растенията |
| Карбоанхидраза | Транспорт на CO 2 при гръбначни животни | |
| Флуор | Калциев флуорид | Костна тъкан, зъбен емайл |
| йод | Тироксин | Регулиране на основния метаболизъм |
| Молибден | нитрогеназа | Фиксиране на азот |
Атомите на химичните елементи в живите организми се образуват неорганичен(вода, соли) и органични съединения(протеини, нуклеинови киселини, липиди, въглехидрати). На атомно ниво няма разлики между живата и неживата материя; разликите ще се появят на следващите, по-високи нива на организация на живата материя.
вода
вода- най-често срещаното неорганично съединение. Съдържанието на вода варира от 10% (зъбен емайл) до 90% от клетъчната маса (развиващ се ембрион). Без вода животът е невъзможен; биологичното значение на водата се определя от нейните химични и физични свойства.
Молекулата на водата има ъглова форма: водородните атоми образуват ъгъл от 104,5° спрямо кислорода. Частта от молекулата, където се намира водородът, е положително заредена, частта, където се намира кислородът, е отрицателно заредена и следователно водната молекула е дипол. Между водните диполи се образуват водородни връзки. Физични свойства на водата:прозрачен, максимална плътност при 4 °C, висок топлинен капацитет, практически не се компресира; Чистата вода е лош проводник на топлина и електричество, замръзва при 0 °C, кипи при 100 °C и т.н. Химични свойства на водата:добър разтворител, образува хидрати, претърпява реакции на хидролитично разлагане, взаимодейства с много оксиди и др. Във връзка със способността да се разтварят във вода се разграничават: хидрофилни вещества- силно разтворим, хидрофобни вещества- практически неразтворим във вода.
Биологично значение на водата:
- е основата на вътрешната и вътреклетъчната среда,
- осигурява поддържането на пространствената структура,
- осигурява транспорт на вещества
- хидратира полярните молекули,
- служи като разтворител и среда за дифузия,
- участва в реакциите на фотосинтеза и хидролиза,
- помага за охлаждане на тялото,
- е местообитание за много организми,
- насърчава миграцията и разпространението на семена, плодове, ларви,
- е средата, в която се извършва оплождането,
- в растенията осигурява транспирация и покълване на семената,
- насърчава равномерното разпределение на топлината в тялото и много други. и т.н.
Други неорганични съединения на клетката
Други неорганични съединения са представени главно от соли, които могат да бъдат намерени или в разтворена форма (дисоцирани на катиони и аниони) или в твърдо състояние. Катионите K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ (виж таблицата по-горе) и анионите HPO 4 2 - , Cl - , HCO 3 - са важни за живота на клетката, осигурявайки буферните свойства на клетката . Буфериране- способността да се поддържа рН на определено ниво (рН е десетичният логаритъм на реципрочната стойност на концентрацията на водородни йони). Стойност на рН 7,0 съответства на неутрален разтвор, под 7,0 на кисел разтвор и над 7,0 на алкален разтвор. Клетките и тъканите се характеризират с леко алкална среда. Фосфатната (1) и бикарбонатната (2) буферни системи са отговорни за поддържането на тази леко алкална реакция.
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 съединението, което живата клетка съдържа в най-голямо количество. Водата съставлява около 70% от масата на клетката. Повечето вътреклетъчни реакции протичат във 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 източникът 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 реакцията на кондензация на голям брой монозахариди. 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:хранителните 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.Свойствата на мазнините се определят от качествения състав на мастните 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 мастноподобни вещества.
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:при пълното разграждане на 1 g мазнина на въглероден диоксид и вода се освобождават 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 се състоят от аминокиселини и други 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 при определена температура (35 - 45 O C).
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 организма от вредни влияния: 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 самодупликация (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.Удвояване 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: рибозомален, 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 участъка от молекулата на ДНК, който носи информация за синтеза на специфичен протеин. Дължината на тРНК 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 от темата „Химичен състав на клетките“
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 висока температура галактоза 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
тройка
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
В зависимост от съдържанието на химичните елементи в клетката те се разделят на групи: макроелементи, микроелементи и ултрамикроелементи.Отделна група сред макроелементите се състои от органогенни елементи(O, C, H, N), които образуват молекулите на всички органични вещества.
Макроелементи, тяхната роля в клетката.Органогенни елементи -кислородът, въглеродът, водородът и азотът съставляват ≈98% от химичното съдържание на клетката. Те лесно образуват ковалентни връзки чрез споделяне на два електрона (по един от всеки атом) и по този начин образуват голямо разнообразие от органични вещества в клетката.
Други макроелементи в животинските и човешките клетки (калий, натрий, магнезий, калций, хлор, желязо) също са жизненоважни, съставлявайки около 1,9%.
По този начин йоните на калия и натрия регулират осмотичното налягане в клетката, определят нормалния ритъм на сърдечната дейност, възникването и провеждането на нервен импулс. Калциевите йони участват в кръвосъсирването и свиването на мускулните влакна. Неразтворимите калциеви соли участват в образуването на костите и зъбите.
Магнезиевите йони играят важна роля във функционирането на рибозомите и митохондриите. Желязото е част от хемоглобина.
Микроелементи, тяхната роля в клетката.Биологичната роля на микро- и ултрамикроелементите се определя не от процентното им съдържание, а от факта, че те влизат в състава на ензими, витамини и хормони. Например кобалтът е част от витамин В12, йодът е част от хормона тироксин, медта е част от ензимите, които катализират редокс процесите.
Ултрамикроелементи, тяхната роля в клетката.Тяхната концентрация не надвишава 0,000001%. Това са следните елементи: злато, сребро, олово, уран, селен, цезий, берилий, радий и др. Физиологичната роля на много химични елементи все още не е установена, но те са необходими за нормалното функциониране на организма. Например недостигът на ултрамикроелемента Селен води до развитие на рак.
Обобщена информация за биологичното значение на основните химични елементи, съдържащи се в клетките на живите организми, е представена в таблица 4.1.
Когато има недостиг на важен химичен елемент в почвата на даден регион, което причинява дефицита му в организма на местните жители, т.нар. ендемични заболявания.
Всички химични елементи се съдържат в клетката под формата на йони или са част от химични вещества.
Таблица 4.1.Основни химични елементи на клетката и тяхното значение за живота и дейността на организмите
| елемент | Символ | Съдържание | Значение за клетките и организмите |
| въглерод | о | 15-18 | |
| Кислород | н | 65-75 1,5-3,0 | Основният структурен компонент на всички органични съединения на клетката |
| Азот | з | 8-10 | Основен компонент на аминокиселините |
| Водород | К | 0.0001 | Основният структурен компонент на всички органични съединения на клетката |
| Фосфор | С | 0,15-0,4 | Част от костната тъкан и зъбния емайл, нуклеинови киселини, АТФ и някои ензими |
| калий | кл | 0,15-0,20 | Съдържа се в клетката само под формата на йони, активира ензимите на протеиновия синтез, определя ритъма на сърдечната дейност и участва в процесите на фотосинтеза. |
| Сяра | ок | 0,05-0,10 | Влиза в състава на някои аминокиселини, ензими, витамин В |
| хлор | Mg | 0,04-2,00 | Най-важният отрицателен йон в животинския организъм, компонент на НС1 в стомашния сок |
| калций | Na | 0,02-0,03 | Част от клетъчната стена на растения, кости и зъби, активира кръвосъсирването и свиването на мускулните влакна |
| Магнезий | Fe | 0,02-0,03 | Част от молекулите на хлорофила, както и костите и зъбите, активира енергийния метаболизъм и синтеза на ДНК |
| Натрий | аз | 0,010-0,015 | Съдържащ се в клетката само под формата на йони, той определя нормалния ритъм на сърдечната дейност и влияе върху синтеза на хормони |
| Желязо | Cu | 0,0001 | Част от много ензими, хемоглобин и миоглобин, участва в биосинтезата на хлорофила, в процесите на дишане и фотосинтеза |
| йод | Мн | 0,0002 | Съдържа хормони на щитовидната жлеза |
| Мед | мо | 0.0001 | Той е част от някои ензими и участва в процесите на кръвообразуване, фотосинтеза и синтез на хемоглобин. |
| Манган | Co | 0,0001 | Влиза в състава на някои ензими или повишава тяхната активност, участва в развитието на костите, усвояването на азота и процеса на фотосинтеза |
| Молибден | Zn | 0.0001 | Той е част от някои ензими и участва в процесите на фиксиране на атмосферния азот от растенията. |
| Кобалт | о | 0,0003 | Част от витамин B12, участва във фиксирането на атмосферния азот от растенията и развитието на червените кръвни клетки |
| Цинк | н | 15-18 | Част от някои ензими, участва в синтеза на растителни хормони (фуксин) и алкохолна ферментация |
Клетъчни химикали