1. 1.1. Неорганические соединения
.В земнойкоревстречаетсяоколосотни химических элементов Из них в организмах
60, 16 . 99обнаружено но только элементовявляютсянеобходимымидляжизни Более %
– , ,органической массыприходитсяна долю четырёхвеществ водорода углерода
. , , , , ,кислородаи азота Важноезначениетакже имеют фосфор сера натрий магний железо
, , , , , .хлор калий кальций марганец медь кобальти цинк
8.1.1.1.Рисунок
Содержаниехимических элементовв телечеловека
,Химическиеэлементывходятв составсоединений которыеможно разбитьна две
:группы
• ( , .неорганические вода солии т .);д
• ( , , , .органические белки углеводы липиды нуклеиновыекислотыи т .).д
60От % 95до % . –общеймассыорганизмасоставляетвода Наличиеводы обязательное
;условиежизненной активности клетки всефизиологическиепроцессыпроисходяттолько
. .в воднойсреде Длямногих организмовводаявляетсятакже средоюобитания Значение
: ,водыопределяетсяеёнеобычнымисвойствами малымиразмерамимолекул их
.полярностьюи способностьюобразовыватьводородныесвязидруг с другом Важные
:свойстваводы
8.1.1.2.Рисунок
Молекулаводы
2. • .вода являетсяуниверсальным растворителемдля полярных веществ Это свойство
,также означает что водаслужит средойдлятранспортаразличных веществвнутри
;организма
• ;водаобладаетбольшой теплоёмкостью благодаряэтому биохимические процессы
;идут в маломдиапазонетемператур
• ;вода имеет большую теплоту испарения это используется при терморегуляции у
( ) ( );животных потоотделение и растений охлаждениелистьев
• ;у водыбольшаятеплотаплавления это препятствуетобразованию кристалловльда
;в клетках при понижении температуры
• , ,плотность льда меньше плотности воды поэтому он не тонет и водоёмы
.промерзают сверху вниз В противном случаереки и озерахолодных и умеренных
;поясовпромёрзлибы зазиму насквозь
• значительное поверхностное натяжение играет важную роль при движении воды
;по капилляраморганизмов
• ( ,вода является необходимым компонентом метаболических реакций например в
).процессефотосинтеза
8.1.1.3.Рисунок
–Вода источник жизни на Земле
Также в клетке содержится много различных солей в диссоциированном состоянии. Для
процессов жизнедеятельности из входящих в состав солей катионов наиболее важны K+
,
Na+
, Ca2+
, Mg2+
, из анионов – HPO4
2–
, H2PO4
–
, Cl–
, HCO3
–
.
3. 1.2. Углеводы
,Переходяк рассмотрению органических веществ нельзяне отметитьзначениеуглерода
. , ,дляжизни Вступаяв химическиереакции углеродобразуетпрочныековалентныесвязи
. , ,обобществляячетыреэлектрона Атомы углерода соединяясьмежду собой способны
, .образовыватьстабильныецепи и кольца служащиескелетамимакромолекул Углерод
,также можетобразовыватькратныековалентныесвязис другими углероднымиатомами а
.также с азотоми кислородом Всеэти свойстваобеспечиваютуникальноеразнообразие
.органических молекул
Макромолекулы, 90составляющиеоколо % ,массыобезвоженнойклетки синтезируются
,из болеепростых молекул называемыхмономерами. Существуюттриосновныхтипа
: ,макромолекул полисахариды белки и нуклеиновыекислоты; мономерамидляних
, , ,являются соответственно моносахариды аминокислоты .и нуклеотиды
Углеводами Cназываютвеществас общейформулой x(H2O)y, гдеx и y – натуральные
. « » ,числа Название углеводы говорит о том что в их молекулахводороди кислород
, .находятсяв том же отношении что и в воде
, –В животных клетках содержитсянебольшоеколичествоуглеводов ав растительных
70почти % .от общегоколичестваорганическихвеществ
8.1.2.1.Рисунок
Глюкоза
( ) ( ).Углеводыделятсяна простые моносахариды и сложные дисахаридыи полисахариды
(CHМоносахаридыимеют общую формулу 2O)n, гдеn 3 9.изменяетсяот до Самые
распространённыемоносахариды– глюкозаи фруктоза, (CHимеющиеформулу 2O)6. Все
, .моносахаридыимеют сладкий вкус кристаллизуютсяи легко растворяютсяв воде
4. Моносахаридыиграют роль
промежуточных продуктов в
процессахдыханияифотосин
теза, участвуютв синтезе
,нуклеиновых кислот
,коферментов АТФ и
,полисахаридов
служат источникамиэнергии,
высвобождаемойпри
окислениив процессе
.дыхания Производные
–моносахаридов сахарные
, ,спирты сахарныекислоты
дезоксисахараи аминосахара
– имеютважноезначениев
,процесседыхания атакже
используютсяпри синтезе
,липидов ДНК .и других макромолекул
Дисахаридыобразуютсяв результатереакции конденсациимежду двумя
. .моносахаридами Иногдаони используютсяв качествезапасных питательныхвеществ
Наиболеераспространеннымииз них являютсямальтоза( + ),глюкоза глюкоза лактоза
( + ) ( + ).глюкоза галактозаи сахарозаглюкоза фруктоза Лактозасодержитсятолько в
.молоке Сахароза( ) ;тростниковыйсахар наиболеераспространенав растенияхэтои есть
« », .тот самый сахар который мы обычноупотребляемв пищу
8.1.2.4.Рисунок
Лактоза
8.1.2.2.Рисунок
–Сахароза обычный сахариз магазина
8.1.2.3.Рисунок
Мальтоза
5. 8.1.2.5.Рисунок
Сахароза
Полисахариды .состоятиз моносахаридов Большиеразмерыделаютих молекулы
;практически нерастворимымив воде они не оказываютвлияниена клетку и потому
.удобныв качествезапасных веществ При необходимостиони могут бытьпревращены
.обратнов сахарапутёмгидролиза
Крахмал( )полимерглюкозы запасаетсяв клеткахв видетак называемыхкрахмальных
.зерен Эквивалентомкрахмалав животноморганизмеявляетсягликоген(у позвоночных
).он содержитсяв печении мышцах Крахмали гликоген играют рольрезервапищи и
.энергии
8.1.2.6.Рисунок
Особенномного крахмалав
,клубнях картофеля атакже в
семенахбобовых и злаков
6. 8.1.2.7.Рисунок
–Целлюлоза основнойкомпонент стенок растительныхклеток и
самоераспространённоенаЗемлеорганическоевещество
Целлюлоза . 50также являетсяполимеромглюкозы В ней заключенооколо % ,углерода
.содержащегосяв растениях По общеймассена Землецеллюлозазанимаетпервоеместо
. (средиорганических соединений Формамолекулы длинныецепи с выступающими
–OH- ) .наружу группами обеспечиваетпрочноесцеплениемежду соседнимицепями При
, , ,всейсвоейпрочности макрофибриллы состоящиеиз таких цепей легко пропускают воду
и растворённыев ней веществаи потому служатидеальнымстроительнымматериалом
. – ,длястенок растительнойклетки Целлюлоза ценный источник глюкозы однако дляеё
,расщеплениянеобходимферментцеллюлаза сравнительноредко встречающийсяв
.природе Поэтому в пищу целлюлозуупотребляюттолько некоторыеживотные
( , ). –напримержвачные Великои промышленноезначениецеллюлозы из этоговещества
.изготовляютхлопчатобумажныеткани и бумагу
7. 8.1.2.8.Рисунок
Целлюлоза
8.1.2.9.Рисунок
Хитин
.Иногдапростыесахаравступают в реакцию с сахарнымиспиртамии кислотами
Образующиесяпри этомвеществаблизки к полисахаридами носят
названиемукополисахаридов. Муреиниграетрольструктурного компонентав
клетках прокариот.Хитин ; ,близок к целлюлозе он встречаетсяу некоторых формгрибов
.атакже как важный компонент наружного скелетанекоторых животных Гликопротеины
.и гликолипидыопределяютантигенныесвойстваклеток Гиалуроноваякислотаи
–хондроитинсульфат важныекомпонентысоединительнойткани
.позвоночных Камедии слизиимеют важную защитную функцию в организмахрастений
.и животных
1.2.10.Рисунок
Хитин являетсяосновнымкомпонентомнаружного скелета
членистоногих
8. 8.1.3. Липиды
Липидами ,обычноназываютнерастворимыев водеорганическиевещества являющиеся
( , ).сложными эфирамижирных кислот и спиртов например глицерола Жирныекислоты
R COOH, R – –CHимеют общую формулу ∙ где атомводородаили радикалтипа 3. В
; « »липидахрадикалобычнопредставлендлинной углеводороднойцепью этот хвост
, . ,гидрофобен что и определяетплохую растворимостьлипидовв воде Липиды
,образующиесяиз глицерола называютсяглицеридами.
1.3.2.Рисунок
Стеарин– основнаясоставляющаясвечей
Триацилглицеролы– .самыераспространённыеиз природныхлипидов Они делятся
на жиры, 20остающиесятвёрдымипри ° ,С и масла, находящиесяпри этойтемпературев
. ,жидкой фазе Маславключают ненасыщенныежирныекислоты имеющиев своёмсоставе
C=C, –одну или несколько двойных связей жиры в основномнасыщенныежирные
( ). ,кислоты бездвойных связей Калорийностьлипидоввышекалорийностиуглеводов
.поэтому они откладываютсяв организмеживотных как запасноепитательноевещество
.Жир также служит длятеплоизоляциии обеспечиваютплавучесть Одним из продуктов
;окисленияжиров являетсявода некоторыепустынныеживотныезапасаютжир в
8.1.3.1.Рисунок
Одним из компонентоволивкового маслаявляется
ненасыщеннаяжирнаяолеиноваякислота
9. . (организмеименнодляэтой цели Маслачащевсегонакапливаютсяв растениях семена
, .подсолнечника кокосовойпальмыи т .).п
Фосфолипиды– ,группаглицероловвключающаяостаткижирныхкислоти фосфорной
.кислоты Благодаряналичию полярнойфосфатнойгруппы частьмолекулыприобретает
, .способностьрастворятьсяв воде другаяже частьмолекулыостаётсянерастворимой Из
.фосфолипидовстроятсявсеплазматическиемембраныживых клеток
Воска– .сложныеэфирыжирныхкислоти длинноцепочечныхспиртов Они используются
( ,животными и растениямив качествеводоотталкивающегопокрытия пчелиныесоты
, ).покрытиеперьевптиц эпидермиснекоторых плодови семян
8.1.3.3.Рисунок
Воск используютсяпчёламив качествестроительногоматериала
длясот
Стероидыи терпеныпостроеныиз пятиатомных углеводородныхстроительныхблоков
C5H8. Из всехстероидовв организмечеловекав наибольшемколичестве
присутствуетхолестерол– .ключевойпромежуточныйпродуктсинтезастероидов
( , , ),Стероидамитакже являютсяполовыегормоны эстроген прогестерон тестостерон
D. (витамин К терпенамотносятсяароматическиевещества ментол, камфора),
натуральныйкаучук.
С кровью и лимфойлипидыпереносятсяв виделипопротеинов– соединенийлипидовс
.белками
10. 1.4. Аминокислоты
170В растенияхи животных встречаетсясвыше .различных аминокислот В белках из них
26. .присутствуеттолько Растениясинтезируют всенеобходимыеим аминокислотысами
–Животныедолжны получатьчастьаминокислот так называемыенезаменимые
( , , , , , )–аминокислоты восемьаминокислот в частности валин лизин метионин триптофан с
;пищейв готовомвиде синтезироватьих из других органических соединениймогут
.только растенияи бактерии
1.4.1.Рисунок
Общаяформула
аминокислот
.Общаяформулааминокислотпредставленана рисунке Всеони содержаткарбоксильную
–COOH –NHгруппу и аминогруппу 2. В аминокислотеглицине R-роль группы играетатом
,водорода в аланине– –CH3. Всеаминокислотымогутсуществоватьв двух
: L- D- . L- .конфигурациях формеи форме В природевстречаетсятолько форма
– , .Аминокислоты бесцветныекристаллическиевещества обычно растворимыев воде
,Благодаряпептиднымсвязямаминокислотыобъединяютсядруг с другом образуя
( ).полипептиды белки Дисульфиднымисвязямиполипептидымогут соединятьсякак
, .между собой так и различнымиучасткамиодной и той же цепи
1.5. Белки
,Как уже отмечалосьвыше благодаряпептиднымсвязямаминокислотыобразуют белки.
, , , ,Частьбелковобразуеткомплексыс молекулами содержащимисеру фосфор железо
.цинк и медь Молекулярнаямассабелковых цепейколеблетсяот нескольких тысячдо
( – 40нескольких миллионов в вирусетабачноймозаики около 000 000 );молекул в их
( – ) .составвходятсотни иногда сотни тысяч аминокислотных остатков
–Потенциальномногообразиебелковоченьвелико каждому белку соответствуетсвоя
, .особаяпоследовательностьаминокислот контролируемаягенетически На долю белков
.приходитсяоколополовинысухой массыклетки
11. Классификациябелковкрайнезатрудненаих
.многообразиеми сложностью молекул К простым
, ,белкам состоящимтолько из аминокислот
относятальбумины(яичныйальбумини
сывороточныйальбумин
),крови глобулины( ,антителав крови
),фибрин гистоны, склеропротеины(кератин вол
,ос кожи и
,перьев коллаген ,сухожилий эластин ).связок К
,сложным белкам включающимнебелковый
,материал
относятфосфопротеины(казеин ,молока вителли
н ),яичного желтка гликопротеины( ,плазмакрови
),муцин нуклеопротеины(хромосомыи
),рибосомы хромопротеины(гемоглобин, фитохром, цитохром), липопротеины, флавоп
ротеины,металлопротеины.
( ,По структуребелки делятсяна фибриллярные третичнаяструктурапочти не выражена
, ),нерастворимы представляютсобойдлинныеполипептидныецепи глобулярные
( , ) ( ,третичнаяструктурахорошовыраженарастворимыи промежуточныефибриллярные
). ,но растворимые Первыевходятв составсоединительныхтканей вторыеиграют роль
, , .ферментов гормонов антител
( ,Функциональнобелки могут бытьструктурными компонентысоединительныхтканей
), ( , ),слизистых секретов транспортными переноскрови липидов защитными
( ,антителатромбообразование), ( ),сократительнымив мышечныхтканях запасными
( , ),молоко белок ферментами, , ( ).гормонамитоксинами змеиныйяд
.Каждому белку свойственнаособаягеометрическаяструктура При описании
.пространственнойструктуры обычно описываютчетыреразных уровняорганизации
.Под первичнойструктурой белкаобычно понимают последовательностьаминокислот
Первичнаяструктураинсулинабылаоткрыта .Ф Сэнгером 1944–54 ;в годах в настоящее
.времяизвестнапервичнаяструктуранескольких сотенбелков Последовательность
,аминокислотопределяетбиологическую функцию белка и заменаоднойединственной
.аминокислотыможетрезко изменитьэту функцию
.Обычно белковаямолекулаимеетформуспирали Это так называемаявторичная
, , CO- NH-структура стабилизируемаяводороднымисвязями возникающими между и
. 3,6 .группами На один виток спиралиприходится аминокислотного остатка Существуют
, ,и другиеформывторичной структуры например тройнаяспиральколлагенаи
.складчатыйслойфибрина
, ,Дисульфидные ионныеи водородныесвязи атакже гидрофобноевзаимодействие
.заставляютбольшинствобелковых цепейсворачиватьсяв компактную глобулу Это так
. ,называемаятретичнаяструктурабелка Наконец многиебелки с особосложным
–строениемсостоятиз нескольких полипептидных цепей способих упаковки называется
.четвертичнойструктурой
1.5.1.Рисунок
В составмолокавходит белок казеин
12. 1.5.2.Рисунок
Структурабелка
( , - , ,Рядпричин нагревание воздействиекаких либоизлучений сильныекислотыи щелочи
, )тяжёлыеметаллы органическиерастворители могут вызватьденатурацию .белка
« »Молекулавременноили постояннотеряетсвою третичную структуру и сворачивается
.или выпадаетв осадок Использованиеспиртав качестведезинфецирующегосредства
, .связаноименнос тем что он вызываетденатурацию белкалюбых бактерий
1.6. Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновыекислоты .содержатв себегенетический материалвсехживых организмов
.Выяснениеих структуры открылоновую эру в наших знанияхо природе
.Составнымичастяминуклеиновых кислот являютсянуклеотиды Молекулануклеотида
, .состоит из пентозы азотистого основанияи фосфорнойкислоты В зависимостиот типа
сахараразличаютрибонуклеиновуюкислоту (РНК; )в еёсоставвходитрибоза
и дезоксирибонуклеиноваякислота (ДНК; ,в еёсоставвходитсахардезоксирибозау
).которого на один атомкислородаменьше В обоих типах нуклеиновых кислот
:содержатсячетыретипаоснований аденин( ),А гуанин( ),Г цитозин( ),Ц тимин ( ;Т в
РНК вместонего содержитсяурацил( )).У Первыедваоснованияотносятсяк
классу пуринов, –остальные кпиримидинам. Фосфорнаякислотаопределяеткислотные
.свойствануклеиновых кислот
13. 8.1.6.1.Рисунок
.Структурануклеотида
-1- -2-Гуанозин рибо дифосфат
( )ГДФ
(3'-Соединяясьдруг с другом фосфодиэфирнойсвязью
5'- ),фосфатнаягруппа одного и сахардругого нуклеотида
.двануклеотидаобразуют динуклеотид При синтезе
.полинуклеотидовэтот процессповторяетсямиллионыраз
Фосфодиэфирныймостик являетсяпрочной ковалентной
,связью обеспечиваявсейцепи стабильностьи уменьшая
« » .риск поломок ДНК
1953Выяснить структуру ДНК удалосьв году английским
ученым .Д Уотсону и .Ф Крику. ,Они показаличтоДНК состоитиз двух
. ,полинуклеотидных цепей Каждаяцепьзакрученав спиральвправо и обецепи свиты
, . 3,4вместе образуядвойную спираль Шаг спиралисоставляет ( 10нм по пароснованийв
), – 2витке адиаметрвитка . ,нм Фосфатныегруппировки находятсяснаружи спирали а
– . – ,азотистыеоснования внутри ДНК оченьхрупкаямолекула простоеперемешиваниееё
.раствораможетпривестик разрывуцепейна болеемелкиекуски
1.6.2.Рисунок
ПерваяфотографияДНК
14. Модель1. Комплементарностьнуклеотидов
Числоадениновыхоснованийв любой ДНК равночислу
,тиминовых оснований числогуаниновых оснований
.всегдаравночислу цитозиновых оснований Никаких
ограниченийотносительнопоследовательности
,нуклеотидовв однойцепи не существует но эта
последовательностьв одной цепи полностью определяет
.собойпоследовательностьнуклеотидовв другой Пары
соединяютсяводороднымисвязямимежду основаниямив
( ,строго определённомпорядке аденинс тимином гуанин с
). ,цитозином Таким образом цепи двойной
спираликомплементарны .друг другу
, ,Длятого чтобыДНК являласьгенетическим материалом онадолжнабытьспособна
(нести в себезакодированную информациюи точно воспроизводиться реплицироваться).
,Последующиеисследованиядоказали что ДНК действительносодержит в себе
.генетическую информацию
, ,МолекулаРНК в отличиеот ДНК состоит как правило из одной цепи и имеетгораздо
. : ( - ),меньшиеразмеры Существуеттри основных видаРНК транспортная т РНК
( - ) ( - ). ( - )информационная и РНК и рибосомная р РНК ИнформационнаяРНК и РНК является
,матрицей которую рибосомыиспользуют при синтезебелка. Еёнуклеотидная
1.6.3.Рисунок
ДвойнаяспиральДНК
15. ,последовательностькомплементарнасообщению содержащемусяв определённомучастке
. . -ДНК ТранспортныеРНК переноситаминокислотык месту синтеза Несколько видовр
РНК являютсяосновнымкомпонентомрибосом. -Нуклеотидныепоследовательностит
- .РНК и р РНК также определяютсяопределённымиучасткамиДНК
, , ( ),ДНК находится главнымобразом в ядреклетки у прокариотрассредоточенапо клетке
. ,являясьосновнымвеществомхромосом РНК сконцентрированав ядрышке цитоплазмеи
. (частично в хромосомах Молекул РНК в клетке значительнобольше иногдаих десятки
), .тысяч чеммолекулДНК
.Рольнуклеотидовзаключаетсяне только в синтезенуклеиновых кислот Некоторые
,нуклеотидыиграют важную рольв жизнедеятельностиорганизмов
являяськоферментами. Примероммогутслужитьаденозинфосфорныекислоты,
, .содержащиеаденин рибозу и несколько остатковфосфорнойкислоты Присоединение
,каждой новой фосфатнойгруппы к кислотесопровождаетсяаккумуляциейэнергии аих
– . ( )отщепление выделением Превращениеаденозинтрифосфорнойкислоты АТФ в
( ) .аденозиндифосфорную АДФ являетсяосновойэнергетического обменавнутри клетки
1.7. Витамины, гормоны и ферменты
Витамины– ,сложныеорганическиевеществасодержащиесяв продуктахпитанияв
. ,оченьмалыхколичествах Они не служатисточником энергии но абсолютнонеобходимы
.длянормальнойжизнедеятельностиорганизма Недостаточностьтого или иного витамина
;приводитк нарушению обменавеществ данноесостояниеназываетсяавитаминозом.
, .Его можно прекратить добавляянужный витаминв рацион
A, B, C, D, K .Наиболееважными длячеловекаявляютсявитамины и другие Список
основных витаминови их источников можно посмотретьв таблице.
1.7.2.Рисунок
Витамин С
Гормоны– ,биологическиактивныевеществавырабатываемыеэндокринными железамии
.выделяемыеими непосредственнов кровь Гормонывлияют на жизнедеятельность
1.7.1.Рисунок
Витамин А
16. , ,органов длякоторых они предназначены изменяябиохимическиереакции путем
. 30активацииили торможенияферментативных процессов Известнооколо ,гормонов
.производимыхорганизмамичеловекаи млекопитающих
Ферменты – глобулярные , .белки синтезируемыеживыми клетками В каждой клетке
. ,имеютсясотни ферментов Они помогают осуществлятьбиохимическиереакции
.действуякак катализаторы Безних реакции в клетке протекалибы слишком медленнои
.не могли бы поддерживатьжизнь Ферментыделятсяна анаболические( )реакциисинтеза
и катаболические( ).реакциираспада Нередков процессепревращенияодноговеществав
;другоеучаствуют несколько ферментов такаяпоследовательностьреакций
называетсяметаболическийпуть.
:Основныесвойстваферментов
• ;увеличиваютскоростьреакции
• ;не расходуютсяв реакции
• ;их присутствиене влияетна свойствапродуктов реакции
• pH, , ;активностьферментовзависитот температуры давленияи концентрации
• , ;ферментыизменяют энергию активации при которой можетпроизойти реакция
• - ,ферменты не изменяют сколько нибудь значительно температуру при которой
.происходитреакция
Модель2. Ферментативныйкатализ
,Высокаяспецифичностьферментаобъясняетсяособойформойего молекулы точно
( , ).соответствующеймолекулесубстрата вещества атакуемогоферментом Эту гипотезу
« ». XXназываютгипотезой ключаи замка В середине ,векаисследованияпоказали что
;субстратможетвызыватьизмененияв структурефермента ферментизменяетсвою
, .форму что даётему возможностьнаиболееэффективновыполнятьсвою функцию
,Многим ферментамдляэффективнойработытребуютсянебелковыекомпоненты
называемыекофакторами. ,Такимивеществамимогутбытьнеорганическиеионы
, ,заставляющиеферментыпринятьформу способствующую ферментативнойреакции
( ( ), ),простетическиегруппы флавинадениндинуклеотид ФАД гем занимающиетакое
, ,положение при которомони могут эффективносодействоватьреакции
и коферменты ( , , ).НАД НАДФ АТФ
