Химический состав клетки

Цитология – наука, изучающая клетку. (Греч. Kytos – вместилище, клетка и logos – учение)

1665 г. Английский ученый Роберт Гук рассмотрел оболочки растительной клетки.

Нидерландский ученый Антоний ван Левенгук в 1674 году наблюдал некоторых простейших и отдельные клетки животных.

Особенности живых клеток

Все клетки живых организмов сходны по химическому составу

Химический состав клетки:
вещества
органические
неорганические
минеральные
соли
вода
белки
жиры
углеводы
нуклеиновые
кислоты

Химический состав клетки:
1. Макроэлементы (1-98% всего состава): О, С, Н, N, Р, Са
2. Микроэлементы (0,01%): S, К,Na, Сl, Mg, Fe
3. Ультрамикроэлементы (менее 0,01%): Mn, I, Br, F, Zn, Cu, В и др.

Неорганические вещества клетки
Вода
60 – 98 %
Минеральные соли
1 – 1,5 %

Вода:
Является универсальным растворителем;
Определяет объем и тургор клеток и тканей;
Является средой, где протекают хим. реакции;
Является катализатором;
Является участником всех реакций гидролиза;
Составляет внутреннюю среду организма

Минеральные вещества
В клетках в виде ионов
Создают кислую и щелочную реакцию среды;
Активизируют деятельность ферментов;
Способствуют проведению нервных импульсов и возбудимости клетки;
Участвуют в свертывании крови;
Входят в состав хлорофилла, гормонов тироксина, инсулина, гемоглобина, костей

Органические вещества клетки
Углеводы
Липиды (ЖИРЫ)
Белки
Нуклеиновые кислоты

Углеводы важнейший компонент органических веществ клетки

Благодаря углероду возможно образование таких сложных и разнообразных соединений , как органические вещества

УГЛЕВОДЫ:
Сахаристые или сахороподобные вещества с общей формулой Cn (H2O)m
В кл. животных – 1-3%; в кл. растений до 90%
Являются основным строительным и запасным питательным веществом растительной клетки
Простые углеводы – моносахариды и дисахариды
Сложные углеводы - полисахариды

Моносахариды и дисахариды
Моносахариды – глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза
Дисахариды – сахароза, лактоза
Бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, имеют сладкий вкус

Полисахариды
Полисахариды – крахмал, гликоген, целлюлоза
Слабо растворимы или нерастворимы в воде
Образованы из моносахаридов, в частности из глюкозы, и при гидролизе образуют глюкозу

Липиды – это нерастворимые в воде жироподобные вещества, входящие в состав всех живых клеток

ЛИПИДЫ:
Сложные эфиры глицерина (или других спиртов) и высших жирных кислот
Образуют триглицериды (жиры и масла), фосфолипиды, воски, стериды (холестерин, стероидные гармоны).
В клетктах от 5 до 90%
Являются компонентами витаминов D, Е; источником воды в клетке; запасным питательным веществом

Функции липидов:
Энергетическая (1 г жира дает 38,9 кДЖ)
Строительная (фосфолипиды входят в состав мембранных структур клеток)
Защитная
Терморегуляторная
Гормональная (стероиды, гармоны)

Белки

БЕЛКИ
Полимеры с большой молекулярной массой, состоящей из 20 различных аминокислот
Аминокислоты соединены друг с другом пептидной связью, поэтому белки часто называют пептидами
Белки каждого организма строго специфичны, что выражается в различном количестве и порядке чередования аминокислот

Первичные белки
Последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Эта последовательность определяется наследственной программой каждого организма.

Вторичные белки
Определенная компоновка полипептидной цепи за счет водородных связей, возникающих между атомами водорода и кислорода.
Существует два типа спирали:
α-Спираль (спирально закрученная полипептидная цепь; такую структуру имеют белки-ферменты)
Β-Спираль (слоистая структура, образованная из несколько параллельно расположенных полипептидных цепей.

Третичные белки
Пространственная конфигурация α-Спирали в виде компактных глобул
Поддерживается за счет ковалентных, ионных дисульфидных и водородных связей

Четвертичная структура белка
Суперструктура, образующаяся при взаимодействии нескольких полипептидных молекул.

Функции белков:
Ферментативная
Строительная
Транспортная
Защитная
Регуляторная

Нуклеиновые кислоты - это высокомолекулярные органические соединения.
Впервые они были обнаружены в ядрах клеток, отсюда и получили соответствующее название (нуклеус — ядро).

Нуклеиновые кислоты
Два типа кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).
Это биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
Нуклеотид = остаток фосфорной кислоты+ углевод рибозы (в РНК) или дезоксорибозы (в ДНК) + 4 азотистых основания.
Количество нуклеотид может достигать 30000.

Формула Нуклеотида

Два типа нуклеиновых кислот выделяют, исходя из разных видов пентозы, присутствующей в нуклеотиде: рибонуклеиновые кислоты (РНК) содержат рибозу(C5H10O5), а дезоксирибонуклеиновые (ДНК) — дезоксирибозу(C5H10O4 ).

4 Азотистых основания:
Аденин (А)
Гуанин (Г)
Цитозин (ц)
Тимин (Т) – в ДНК или Урацил (У) – в РНК

Азотистые основания могут образовывать между собой водородные связи попарно:
А=Т (в ДНК) или А=У (в РНК) образуют две связи (=)
Ц≡Г образуют три связи (≡)
Парные связи между которыми возникают водородные связи называются комплементарными

ДНК
Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, свитых вместе вокруг одной продольной оси, в результате чего образуется двойная спираль.

В клетках ДНК находится в ядре
Способна к самоудвоению – репликации. ДНК раскручивается с одного конца и на каждой цепи синтезируется новая цепь по принципу комплементарности. Т.о. в новых двух молекулах ДНК одна цепь остается исходной материнской, а вторая – новой дочерней.

синтез ДНК и получил название репликации (удвоения): каждая молекула ДНК как бы сама себя удваивает. Иными словами, каждая нить ДНК служит матрицей, а ее удвоение называется матричным синтезом.

ФУНКЦИИ ДНК:
Роль ДНК заключается в хранении, воспроизведении и передаче из поколения в поколение на­ следственной информации. ДНК несет в себе закодированную информацию о последовательности аминокислот в белках, синтезируемых клеткой.
На матрице ДНК идет синтез РНК

РНК
Молекулы РНК состоят из одной полипептидной цепи, которая может иметь спиральные участки, образовывать петли, приобретать различную конфигурацию.

Находится в ядре, цитоплазме, хлоропластах, митохондриях, рибосомах.
Существует несколько видов РНК

Транспортная Т-РНК
Переносит аминокислоты к месту синтеза белка на рибосомы
Молекулы т-РНК самые короткие и состоят из 76 — 85 нуклеотидов

Информационная и-РНК
Переносит информацию о структуре белка от ДНК на рибосомы
Размер этих РНК зависит от длины участка ДНК, на котором они были синтезированы. Молекулы мРНК могут состоять из 300 — 30 000 нуклеотидов

Рибосомная р-Рнк
Строят тело рибосом
Молекулы р-РНК относительно невелики и состоят из 3 — 5 тыс. нуклеотидов

РНК
Все виды РНК синтезируются в ядре клетки по тому же принципу комплементарности на одной из цепей ДНК. Значение РНК состоит в том, что они обеспечивают синтез в клетке специфических для нее белков.

АТФ - аденозинтрифосфат
Нуклеотид состоящий из рибозы, аденина и трех остатков фосфорной кислоты, между которыми имеются две макроэргические связи.