Презентация по теме "Химический состав клетки"

Клетка как структурно – функциональная единица всего живого. Химический состав клетки.

Открытия в биологии клетки.

Биогенные элементы

• Биогенные элементы – химические элементы которые входят в состав клеток и выполняют биологические функции ( H, O, N, C, P, S)

Молекула серотонина, секретный код счастья

Содержание химических соединений в клетке

Химическое соединение

Содержание в клетке

Вода

75-85%

Белки

10-20%

Жиры

1-5%

Углеводы

0,2-2%

Нуклеиновые кислоты

1-2%

Неорганические вещества

1-1,5%

Вода

Вода – одно из самых распространенных веществ на Земле, она покрывает большую часть земной поверхности и входит в состав всех живых организмов.

• Среди веществ клетки на первом месте по массе стоит вода. Содержание воды в разных клетках колеблется от 60 до 98%.

• Это зависит от типа клеток

• и интенсивности обмена веществ.

Кости – 20%

В клетках эмбриона- 90-95%, в старых организмах – 60%

Нейрон – 85%

Зубная эмаль – 10%

Высокое содержание воды в клетке - важнейшее условие ее деятельности .

При 20% потери воды

наступает СМЕРТЬ!

При потере большей части воды многие

организмы гибнут, а ряд одноклеточных и даже

многоклеточных организмов временно утрачивают

все признаки жизни (анабиоз):

• При потере воды до 2% массы тела (1-1,5 л) появляется жажда, при утрате 6-8% наступает полуобморочное состояние,
• При нехватке 10% появляются галлюцинации, нарушается глотание.
• При потере воды в объеме 12 % от массы тела, человек погибает.

Свойства воды довольно необычны и связаны с малыми размерами молекулы воды, с полярностью ее молекул и с их способностью соединяться друг с другом водородными связями.

Значение воды в клетке

• Вода – хороший растворитель

Вода превосходный растворитель полярных веществ (соли, сахара, простые спирты). Растворимые вещества в воде называются гидрофильными.

Абсолютно неполярные вещества типа жиров или масел вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку она не может образовывать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными.

2.Транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетку, из клетки, а также внутри самой клетки и организме.

3. Метаболическая. Вода является средой для всех биохимических реакций в клетке.

а) реакции гидролиза

б) В процессе фотосинтеза вода является донором электронов и источником атомов водорода. Она же является источником свободного кислорода. Фотолиз воды – расщепление воды под действием света до Н+ и О2

4. Структурная.

а) Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95 % воды. У растений вода определяет тургор клеток, а у некото­рых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие ).

б) Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей (синовиальная в суставах позвоночных; плевральная в плевральной полости, перикардиальная в околосердечной сумке) и слизей (которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др.

Продолжение. Значение воды в клетке

• Теплорегуляция . Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Это свойство обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде. Кроме того, вода обладает высокой теплопроводностью , что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.

Минеральные соли клетки

• Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы.

СОЛЬ

Диссоциация

Ионы

Сl - HCO 3 - HSO 4 -

Отрицательно заряженные

(анионы)

Положительно заряженные

(катионы)

К + Na + Ca 2+

Значение ионов солей

• Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения.
• Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану, а также преобразование энергии.

• Сцепление клеток между собой ( Ca 2+ )

• Буферность клетки – способность поддерживать pH на постоянном уровне (7,0)

• Ионы некоторых металлов являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов (Fe в состав гемоглобина крови, Zn – гормона инсулина, Mg – в состав хлорофилла)

• Соединения азота, фосфора, кальция и др. неорганические вещества используются для синтеза органических молекул (аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и др.)

Органические вещества

Белки

Аминокислоты

H H O

H C C C

H NH 2 OH

Основными структурными компонентами белков являются аминокислоты

Образование пептидной связи

• Аминокислоты могут реагировать друг с другом: карбоксильная группа одной аминокислоты реагирует с аминогруппой другой аминокислоты с образованием пептидной связи и молекулы воды.

NH 2 – CH 2 – COOH + NH 2 – CH 2 – COOH =

NH 2 – CH 2 – CO – NH – CH 2 – COOH + H 2 O

• Связь – CO – NH – , соединяющая отдельные аминокислоты в пептид, называется пептидной.

Структура белка

• Первичная структура – это полипептидная цепь линейной формы из последовательно соединенных пептидной связью ( – CO – NH –) аминокислот.

– NH – CH – CO – NH – CH – CO – NH – CH –

R 1 R 2 R 3

Структура белка

• Вторичная структура – возникает за счет скручивания первичной структуры в спираль или в гармошку за счет водородных связей между соседними витками или звеньями

Структура белка

• Третичная структура – это глобулярная форма, образующаяся за счет гидрофобных связей между радикалами аминокислот вторичной структуры

Структура белка

• Четвертичная структура представляет собой объединение нескольких глобул с третичной структурой в единый конгломерат

Свойства белков. Биуретовая реакция (наличие пептидных связей)

O O O

NH 2 – CH 2 – C – NH – CH 2 – C – NH – CH 2 – C-H- + NaOH →

OH OH

NH 2 – CH 2 – C = N – CH 2 – C =N – CH 2 – C=N-

+ CuSO 4 →

Биуретовый комплекс

Свойства белков. Ксантопротеиновая реакция (наличие бензольных групп в аминокислотах)

• Ксантопротеиновая реакция

NH 2 – CH – CO – NH – CH 2 – COOH

+HNO 3 →

Свойства белков. Растворимость

• Белки в зависимости от их состава и структуры :

-растворимые в воде,

-нерастворимые в воде

Свойства белков. Коллоиды

Водорастворимые белки образуют коллоидные растворы ( золи )

Свойства белков. Высаливание и пенообразование

• При обработке солями легких металлов (Na,Mg,Zn) и аммония белки высаливаются из раствора с образованием пены . Этот процесс обратим.

Свойства белков. Денатурация

• Кислоты, щелочи, высокая температура и температура ниже 0 0 разрушают структуру белков и приводят к их денатурации .
• Белки также денатурируют под действием спирта и солей тяжелых металлов (Fe,Pb,Hg).
• Денатурация – процесс необратимого изменения четвертичной, вторичной и третичной структур.

Пептиды и белки Денатурация белков

Денатурация белков — это разрушение их природной (нативной) пространственной структуры с сохранением первичной структуры

Денатурация белков сопровождается следующими важнейшими изменениями:

-Потерей индивидуальных свойств

-Потерей биологической активности -Повышением атакуемости пищеварительными ферментами -Потерей способности к гидратации ( набуханию ) -Потерей устойчивости глобул, происходит агрегирование ( коагуляция )

Свойства белков. Набухание (гидратация)

• Неограниченное набухание — это набухание, заканчивающееся растворением

• Ограниченное набухание -набухание, при котором полимер поглощает жидкость, а сам в ней не растворяется или растворяется очень мало

Моносахариды

глюкоза фруктоза

галактоза

Дисахариды

Сахароза (свекловичный сахар)

трегалоза

лактоза

мальтоза

Полисахариды (С 6 Н 10 О 5 ) n -полимеры, состоящие из мономеров – остатков молекул моносахаридов

Крахмал (картофельная мука)

Крахмал состоит из полимера амилозы , мономером которой является глюкоза

Свойства моно- и дисахаридов

• Растворимы в воде

• Концентрированные растворы обладают высокой вязкостью

• При длительном нагревании карамелизуются

Свойства полисахаридов

• Практически нерастворимы в воде
• При нагревании и кипячении происходит растворение в воде, набухание и гидролиз
• При взаимодействии с I 2

дает качественную реакцию-

раствор становится

фиолетовым

свойства

• Цвет

сахароза

2. Растворимость в холодной воде

крахмал

3. Растворимость в горячей воде

4. Взаимодействие с йодом

Качественная реакция на глюкозу:

Вначале образуется комплекс меди ярко-синего цвета. При нагревании образуется CuOH желтого цвета, переходящий при кипячении в Сu 2 O красного цвета

Жиры (триглицериды) –смесь сложных эфиров глицерина и высших карбоновых кислот

CH 2 -O-C(O)-R¹

|

CH-О-C(O)-R²

|

CH 2 -O-C(O)-R³,

Классификация жиров по химическому составу

Образованы предельными

Образованы

(насыщенными)

непредельными

жирными кислотами:

(ненасыщенными)

• Масляная C 3 H 7 COOH
• Стеариновая C 17 H 35 COOH
• Пальмитиновая C 15 H 31 COOH

жирными кислотами:

• Мононенасыщенные( МНН ):

пальмитолеиновая (C 15 H 29 COOH)

олеиновая (C 17 H 33 COOH)

• Полиненасыщенные ( ПНН ):
• линолевая (C 17 H 31 COOH)
• линоленовая (C 17 H 29 COOH)
• арахидоновая (C 19 H 31 COOH)

В зависимости от температуры плавления:

• Твердые жиры

• Жидкие жиры (масла)

Образованы

Образованы

предельными

Непредельными

жирными кислотами

жирными кислотами

Большинство

Большинство

животных масел,

растительных масел,

гусиный, рыбий жир

Кокосовое масло

• Нуклеиновые кислоты
• «нуклеус»- от лат. –ядро. НК-биополимеры.
• Впервые были обнаружены в ядре. Играют важную роль в синтезе белков в клетке, в мутациях.
• Мономеры НК-нуклеотиды.
• Обнаружены в ядрах лейкоцитов в 1869г. Ф.Мишером.

Сравнительная характеристика НК

Признаки

РНК

1. Нахождение в клетке

ДНК

Ядро, митохондрии, рибосомы, хлоропласты.

2. Нахождение в ядре

Ядро,

Ядрышко

3. Состав нуклеотида

митохондрии, хлоропласты.

Хромосомы

Одинарная полинуклеотидная цепочка, кроме вирусов

Двойная, свернутая правозакрученная спираль (Дж.Уотсон и Ф.Крик в 1953г.)

Сравнительная характеристика НК

Признаки

РНК

4. Состав нуклеотида

ДНК

1.Азотистое основание

( А-аденин , У-урацил , Г-гуанин,Ц-цитозин ).

1.Азотистое основание

2.Углевод рибоза

( А-аденин , Т-тимин ,

3.Остаток фосфорной кислоты

Г-гуанин,Ц-цитозин ).

2.Углевод дезоксирибоза 3.Остаток фосфорной кислоты

Сравнительная характеристика НК

Признаки

РНК

5. Свойства

ДНК

Не способна к самоудвоению.

6. Функции

Лабильна

и-РНК (или м-РНК)определяет порядок расположения АК в белке;

Способна к самоудвоению по принципу компли-ментарности:А-Т; Т-А; Г-Ц;Ц-Г. Стабильна.

Т-РНК- подносит АК к месту синтеза белка(к рибосомам); p-РНК определяет структуру рибосом.

Химическая основа гена. Хранение и передача наследственной информации о структуре белков .

Реши задачу:

• Одна из цепей фрагмента молекулы ДНК имеет следующее строение:

Г-Г-Г-А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т.

• Укажите строение противоположной цепи.
• Укажите последовательность нуклеотидов в молекуле и-РНК, построенной на этом участке цепи ДНК.

АТФ. Почему АТФ называют «аккумулятором» клетки?

• АТФ-аденозинтрифосфорная кислота

Структура молекулы АТФ

Ф

Ф

Ф

аденин

Рибоза

Макроэргические связи

• АТФ+Н 2 О АДФ+Ф+Е(40кДж/моль )

2. АДФ+Н 2О АМФ+Ф+Е(40кДж/моль)

Энергетическая эффективность 2-ух макроэргических связей -80кДж/моль

• АТФ Образуется в митохондриях клеток животных и хлоропластах растений.

• Энергия АТФ используется на движение, биосинтез, деление и т.д.
• Средняя продолжительность жизни1 молекулы АТФ менее !мин, т.к. она расщепляется и восстанавливается 2400раз в сутки.