Презентация: "Химия клетки".

1. Химический состав клетки. Элементы
Кислород - О
Углерод - С
Водород - Н
Азот - N
Макроэлементы – 99,9%
Натрий
Калий
Кальций
Фосфор
Сера
Железо
Магний
Хлор
1,9%
Микроэлементы ( I, Zn, Co, Mn и др. ) - 0,1%
(концентрация каждого – от 0,001% до 0,000001%)
О,С,Н,N –
органогены – 98 %
Роль в организме макроэлементов

2. Роль органогенов:
- кислород входит в состав воды, почти всех органических соединений (его мало в
липидах), служит конечным акцептором электронов и водорода при дыхании
- углерод – образует каркас органических молекул, в составе СаСО3 входит в состав
раковин и костей скелета
- водород – входит в состав воды и всех органических молекул, в виде протонов
участвует в окислительно-восстановительных реакциях, в работе протонной помпы
- азот – обязательный компонент аминокислот, из которых строятся белки, и
азотистых оснований нуклеотидов, из которых строятся АТФ и нуклеиновые кислоты;
входит в состав порфириновых колец хлорофилла и гема гемоглобина. NO в низких
концентрациях действует как посредник в передаче клеточных сигналов внутри
клетки и между клетками. Оксид азота, производимый клетками эндотелия сосудов,
отвечает за расслабление гладких мышц сосудов и их расширение, предотвращает
агрегацию тромбоцитов и адгезию нейрофилов к эндотелию, участвует в различных
процессах в нервной, репродуктивной и иммунной системах. NO также обладает
цитотоксическими и цитостатическими свойствами. Клетки-киллеры иммунной
системы используют оксид азота для уничтожения бактерий и клеток
злокачественных опухолей. (В 1998 году Роберту Ферчготту, Луису Игнарро и
Фериду Мураду была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине
«За открытие роли оксида азота как сигнальной молекулы в регуляции сердечно-
сосудистой системы»). Избыточный азот у животных выводится в составе аммиака,
мочевины, мочевой кислоты

3. Роль собственно макроэлементов:
Калий - участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного
импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы (расслабляет).
Натрий - участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного
импульса, процессы осморегуляции (в том числе работы почек у человека) и создании
буферной системы крови.
Фосфор - входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде
остатков фосфорной кислоты), в состав фосфолипидов, которые образуют основу
клеточных мембран, в костную ткань и зубную эмаль (в виде минеральных солей), а
также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов).
Сера - входит в состав двух аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В
небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и
межклеточных жидкостях.
Магний – находится в центре молекулы хлорофилла, кофактор более 300 ферментов,
участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК;
Кальций — участвует в свёртывании крови, необходим для мышечного сокращения и
передачи нервного импульса через синапс, необходим для внедрения сперматозоида в
яйцеклетку. Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов
позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.
Железо – входит в состав гема, компонента миоглобина, гемоглобина, леггемоглобина;
входит в состав более 100 ферментов, обеспечивает активность интерферона и Т-
киллеров, принимает участие в обезвреживании токсинов в печени
Хлор - поддерживает электронейтральность клетки.

4. Роль наиболее известных микроэлементов:
Йод – входит в состав тироксина – гормона щитовидной железы; для усвоения йода
нужен селен, действуют совместно
Медь – необходима для синтеза тироксина и женских половых гормонов,
цитохромоксидазы, для созревания эритроцитов, влияет на уровень мелатонина,
адреналина, норадреналина и серотонина в крови, участвует в образовании фермента
супероксиддисмутазы, которая является ключевым ферментом- антиоксидантом.
Цинк – наряду с селеном является одним из самых эффективных антиоксидантов,
входит в состав активных центров более 200 ферментов, в том числе белков рибосом и
алкогольдегидрогеназы, участвует в выработке тестостерона, необходим для работы
тимуса и усвоения витамина А
Фтор – входит в состав эмали зубов
Хром – регулирует углеводный обмен и уровень глюкозы в крови, нормализует
проницаемость клеточных мембран для глюкозы
Кобальт – стимулирует процесс кроветворения, участвует в синтезе белков и
углеводном обмене; важнейшая роль кобальта состоит в эндогенном синтезе витамина
В12 (цианокобаламина).
Марганец – антиоксидант, активизирует клетки противоопухолевого иммунитета,
необходим для выработки инсулина и усвоения кальция, для нормального
метаболизма жира и обмена холестерина, обладает антигистаминным действием
Кремний входит в состав коллагена и эластина, скрепляет волокна, поэтому необходим
для сосудов, кожи и волос; у микроорганизмов может входить в состав наружного
скелета

5. Вещества клетки
Вещества
Неорганические Органические
Вода Минеральные
вещества
Белки Нуклеиновые
кислоты
Углеводы Липиды
В клетке могут быть органические вещества с комбинированным
составом – липопротеиды, гликопротеиды, нуклеопротеиды,
фосфолипиды и др.

6. Вода
Если бы водородных связей не было,
вода закипала бы при температуре –
80 °С, а замерзала при –100 °С. Наша
Земля превратилась бы в безжизненную
пустыню: все реки, моря и океаны
выкипели бы

7. Связь между строением и функциями воды в
живых организмах и окружающей их среде
1. Вода образует среду обитания со свойствами, обеспечивающими
жизнедеятельность организмов – жидкая в большом диапазоне температур,
теплая вода и лед имеют пониженную плотность, прозрачна. Следствия –
обеспечивает пассивный транспорт, защищает от замерзания, разрешает
фотосинтез и зрение
2. Молекулы воды - диполи, поэтому растворяет полярные и заряженные
молекулы, укладывает гидрофобные – это предпосылка для химических реакций
3. Между диполями образуются водородные связи, формируются кластеры,
поэтому у воды высокая теплоемкость – это не допускает резких перепадов
температуры, и высокая теплота парообразования – при испарении охлаждает.
Благодаря кластерам образует пленку поверхностного натяжения, создает
капиллярную силу в почве и в проводящей ткани растений
4. Имеет относительно высокую вязкость, поэтому снижает трение при работе
внутренних органов
5. Практически не сжимается, поэтому служит амортизатором – защищает от
ударов жизненно важные органы
6. Способна к химическим реакциям – ведет гидролиз молекул, при фотосинтезе
в результате фотолиза воды обеспечивается синтез органических веществ,
образуется молекулярный кислород, необходимый для всех аэробов

8. Органические вещества
Основа молекул - скелет из атомов углерода; если атом углерода один, то
по массе составляет более 50% от массы молекулы
Один из четырех классов (липиды) имеет молекулы в своей основе
гидрофобные – они не полярны и не заряжены, отталкиваются от воды;
Оставшиеся три класса гидрофильные, при этом если молекулы мелкие –
в воде растворяются, если крупные – вокруг них образуется гидратная
оболочка. Эти три класса способны к полимеризации - из мономеров
образуются полимеры.
Мономеры – низкомолекулярные соединения, молекулы которых способны
реагировать между собой с образованием полимеров; полимеры при
гидролизе расщепляются на мономеры.
Биополимеры подразделяются на регулярные – состоят из одного или
нескольких монотонно повторяющихся мономеров (это углеводы), и на
нерегулярные, молекулы которых построены из разных мономеров,
которые следуют друг за другом в разном порядке (это белки и НК)

9. Липиды
Простые – спиртовые эфиры жирных кислот
Спирт – обычно глицерол
ЖК - Ненасыщенные с низкой температурой
плавления – в составе мембранных
липидов, в растительных маслах
Насыщенные – в животных жирах
Воск - сложный эфир высших одноосновных
жирных кислот и высших одноатомных
жирных спиртов;

11. Другие важнейшие липиды и
их производные:
- стерины (холестерин)
- стероиды (половые гормоны)
- фосфолипиды
- гликолипиды
- жирорастворимые витамины
(А, D, E, K)
- терпены (эфирные масла,
каучук, камфора, различные
гормоны растений)

12. Основные функции липидов и их производных:
- Строительная – основа клеточной мембраны (фосфолипиды и гликолипиды,
холестерин – влияет на текучесть мембраны)
- Энергетическая – запасной источник энергии (38,9 кДжг)
- Регуляторная – стероидные гормоны: тестостерон, эстрадиол, кортизол и др.
- Участие в обмене веществ – витамины, желчные кислоты, кофакторы
ферментов, бурый жир является источником метаболической воды
- Защита механическая и от теплопотери, обеспечение плавучести
- В составе родопсина обеспечивает зрение

13. Углеводы – Cn(H2O)m = сахара
Моносахариды – растворимы в воде Фруктоза
Гексозы - (С6) Пентозы - (С5)
Изомеры глюкозы
(крахмал, гликоген)
(целлюлоза)

14. Дисахариды – растворимы в воде, сладкие
Сахароза - из глюкозы и фруктозы
Мальтоза - из двух молекул глюкозы
Лактоза - из глюкозы и галактозы

15. Полисахариды
– регулярные
биополимеры, могут
ветвиться
Полисахариды
гидрофильны, но в
воде не растворяются
из-за большого
размера молекул
Крахмал – запасной углевод у растений

16. Гликоген
- запасной углевод у
животных и грибов

17. Целлюлоза
– полимер
бета-глюкозы,
образует
каркас
клеточной
стенки у
растений
Хитин – полимер
N-ацетилглюкозамина,
образует каркас клеточной
стенки у грибов, основу
наружного скелета
членистоногих
Функции углеводов:
- пентозы – входят в состав нуклеотидов
- гексозы – ключевые метаболиты, источники энергии (17,4 кДж/г)
- дисахариды – транспортная форма углеводов
- полисахариды – запасные источники энергии, либо строительный материал