Органические вещества клетки

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Октября 2014 в 23:21, реферат

Краткое описание

В клетке содержится множество разнообразных органических соединений, разнообразных по структуре и выполняемым функциям. Органические вещества могут быть низкомолекулярными (аминокислоты, сахары, органические кислоты, нуклеотиды, липиды и т.д.) и высокомолекулярными. Большинство высокомолекулярных органических соединений в клетке являются биополимерами. Полимерами называются молекулы, состоящие из большого числа повторяющихся единиц –мономеров, соединенных друг с другом ковалентными связями. К биополимерам, т.е. к полимерам, входящим в состав клетки, относятся белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Биология.doc

— 111.00 Кб (Скачать документ)

 

 

 

 

Реферат по биологии на тему: Органические вещества клетки

 

 

 

 

 

 

Выполнила :

Бражникова Екатерина

Студенка 1 курса

Группы С-114

 


 

 

Органические вещества клетки

В клетке содержится множество разнообразных органических соединений, разнообразных по структуре и выполняемым функциям. Органические вещества могут быть низкомолекулярными (аминокислоты, сахары, органические кислоты, нуклеотиды, липиды и т.д.) и высокомолекулярными. Большинство высокомолекулярных органических соединений в клетке являются биополимерами. Полимерами называются молекулы, состоящие из большого числа повторяющихся единиц –мономеров, соединенных друг с другом ковалентными связями. К биополимерам, т.е. к полимерам, входящим в состав клетки, относятся белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты.

Особую группу органических соединений клетки составляют липиды (жиры и жироподобные вещества). Все они являются гидрофобными соединениями, т.е. нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных органических растворителях (хлороформе, бензоле, эфире) К липидам относятся нейтральные жиры, фосфолипиды, воски, стероиды и некоторые другие соединения. Функции липидов в живых организмах разнообразны. Фосфолипиды присутствуют во всех клетках, выполняя структурную функцию в качестве основы биологических мембран. Стероид холестерин является важным компонентом мембран у животных. Нейтральные жиры и некоторые другие липиды обеспечивают энергетическую функцию. Они накапливаются в живых организмах в качестве запасных питательных веществ. При окислении 1 г жира высвобождается 38 кДж энергии, что в два раза больше, чем при окислении такого же количества глюкозы. С энергетической функцией жиров связана их запасающая функция. В виде жира хранится значительная часть энергетического запаса организма. Кроме того, жиры служат источником воды, которая выделяется при его окислении. Это особенно важно для пустынных животных, испытывающих дефицит воды. Например, именно жировые отложения находятся в горбе у верблюда. Для ряда липидов свойственна защитная функция. У млекопитающих подкожный жир выступает в качестве термоизолятора. Воск предохраняет перья и шерсть животных от смачивания. Ряд липидов выполняет в организме регуляторную функцию. Например, гормоны коры надпочечников по своей химической природе являются стероидами. Часть липидов принимают активное участие в обмене веществ, например жирорастворимые витамины А, D, E и K .

Углеводы (сахары, сахариды) представляют собой соединения с общей химической формулой Сn(H2O)n. По количеству звеньев в полимерной цепи различают три основных класса углеводов: моносахариды (простые сахары),олигосахариды (состоят из 2-10 молекул простых сахаров)и полисахариды (состоят более чем из 10 молекул простых сахаров). В зависимости от числа атомов углерода, входящих в состав моносахарида, различают триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы. В природе наиболее распространены гексозы (глюкоза и фруктоза) и пентозы (рибоза идезоксирибоза). Глюкоза является основным источником энергии для клетки, при полном окислении 1 г глюкозы выделяется 17,6 кДж энергии. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Из олигосахаридов наиболее часто встречаются дисахариды мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар), сахароза (свекловичный сахар). Моносахарида и дисахариды хорошо растворимы в воде и обладают сладким вкусом. Полисахаридыимеют высокую молекулярную массу, не имеют сладкого вкуса и неспособны растворяться в воде. Они являются биополимерами. К наиболее распространенным в природе полисахаридам относятся полимеры глюкозы крахмалгликоген и целлюлоза, а такжехитин, состоящий из остатков глюкозамина. Крахмал является основным запасным веществом у растений, гликоген – у животных. Целлюлоза и хитин выполняют защитную функцию, обеспечивая прочность покровов растений, животных и грибов. Таким образом, основные функции углеводов в природе - энергетическая, запасающая и структурная.

Белки– это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В образовании белков участвует 20 различных аминокислот. Аминокислоты в молекулах белка соединены ковалентными пептидными связями. В молекулу белка может входить до нескольких тысяч аминокислот. Выделяют 4 уровня пространственной организации молекулы белков. Последовательность аминокислот в полипептидной цепочке называется первичной структурой белка. Первичная структура молекулы любого белка уникальна и определяет его пространственную организацию, свойства и функции в клетке. Вторичная структура белка определяется укладкой цепочки аминокислот в определенные структуры, называемые a-спиралью и b-слоем. Вторичная структура белка формируется за счет водородных связей. Третичная структура образуется при сворачивании полипептидной цепи с элементами вторичной структуры в клубок (глобулу) и поддерживается за счет ионных, гидрофильных и ковалентных (дисульфидных) связей между различными остатками аминокислот. Четвертичная структурахарактерна для белков, состоящих из нескольких полипептидных цепей. Утрата белковой молекулой своей структурной организации, например вследствие нагревания, называется денатурацией. Денатурация может быть обратимой инеобратимой. При обратимой денатурации может нарушаться четвертичная, третичная и вторичная структуры белка, но первичная структура не нарушается, и при возвращении нормальных условий за счет этого возможна ренатурация – восстановление нормальной конфигурации. При нарушении первичной структуры денатурация бывает необратимой.

Класс белков

Выполняемая функция

Примеры белков

Ферменты

Каталитическая

увеличивают скорость химических реакций организма в тысячи раз

Амилаза расщепляет крахмал до глюкозы, липаза расщепляет жиры

Структурные белки

Структурная

являются компонентами биологических мембран и многих внутриклеточных органелл, главными компонентами опорных структур

Коллаген составляет основу хрящей и сухожилий, эластин – соединительной ткани, кератин – волос и ногтей

Сократительные белки

Двигательная

обеспечивают движение клетки и внутриклеточных структур

Актин и миозин обеспечивают сокращение мышечного волокна, тубулин - микротрубочек

Транспортные белки

Транспортная

связывают и переносят различные молекулы и ионы через клеточную мембрану и в разные части целого организма

Гемоглобин переносит кислород и углекислый газ, сывороточный альбумин – жирные кислоты

Пищевые белки

Энергетическая и запасающая

при расщеплении 1 г белка высвобождается 17,6 кДж энергии; питают зародыш на ранних стадиях развития и запасают ценные вещества

Казеин молока; ферритин, запасающий железо в селезенке

Защитные белки

Защитная

защищают организм от вторжения других организмов и повреждений

Антитела блокируют чужеродные агенты (антигены); фибриноген и тромбин предохраняют организм от кровопотерь

Регуляторные белки (гормоны, нейромедиаторы и др.)

Регуляторная

участвуют в регуляции активности клеток в организме

Инсулин регулирует обмен глюкозы, гистоны – активность генов




 

 

Важнейшей функцией белков является каталитическая. Все ферменты, биологические катализаторы являются белками. Благодаря ферментам скорость химических реакций в клетке возрастает в миллионы раз. Ферменты высокоспецифичны: каждый фермент катализирует определенный тип химической реакции в клетке. Именно благодаря ферментам возможны все реакции обмена веществ, происходящие в живых организмах. Основные функции белков в клетке представлены в табл. 1.

Таблица 1

Основные функции белков

Нуклеиновые кислоты выступают в клетке в роли носителей генетической информации и обеспечивают ее реализацию в процессе жизнедеятельности организма. Они представляют собой биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара пентозы и остатка фосфорной кислоты (рис. 3).

Рис. 3.Схема образования нуклеотида из азотистого основания -цитозина, пентозы - дезоксирибозы и фосфорной кислоты

Сами по себе нуклеотиды также играют в клетках исключительно важную роль. Например, молекула АТФ (аденозинтрифосфат) является богатым энергией соединением, оно используется фактически во всех энергозависимых процессах в клетке. Во всех живых клетках присутствует два типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Вирусы содержат лишь один тип нуклеиновых кислот (либо ДНК, либо РНК).

МолекулаДНК является универсальным носителем генетической информации в клетке. Именно благодаря строению и функциям этой молекулы признаки передаются от родителей детям, т.е. осуществляется всеобщее свойство живого –наследственность. Каждый нуклеотид ДНК содержит сахар дезоксирибозу и одно из четырех азотистых оснований – аденин (А), гуанин (Г, G), цитозин (Ц, C) и тимин (Т). Аденин и гуанин относятся к производным пурина, тимин и цитозин – к производным пиримидина.

Структурная организация молекулы ДНК была расшифрована в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком, получившим за это открытие Нобелевскую премию. Молекула ДНК состоит из двух нитей, расположенных параллельно друг другу и закрученных в двойную спираль. Ширина спирали около 2 нм. Нуклеотиды в каждой ните ДНК связаны ковалентными фосфодиэфирными связями. Две нити ДНК удерживаются в виде двойной спирали за счет водородных связей между азотистыми основаниями противоположных цепей (рис. 4), эти связи весьма многочисленны, что делает двойную спираль очень устойчивой структурой.

 

Рис. 4.Модель двухспиральной молекулы ДНК по Уотсону и Крику

Азотистые основания в двойной спирали ДНК образуют водородные связи в соответствии с принципом комплиментарности: аденин образует водородные связи только с тимином, а гуанин с цитозином. Зная какое азотистое основание находится в данном месте молекулы ДНК, благодаря принципу комплиментарности, можно определить, какое азотистое основание расположено напротив в другой нити. Именно поэтому на одной нити как на матрице можно синтезировать вторую нить ДНК, что и позволяет живым организмам сохранять генетическую информацию и передавать ее без изменения потомкам, т.е. обеспечивать такое важное свойство живого, как наследственность. Процесс удвоения молекулы ДНК называется репликацией. Репликация - полуконсервативный процесс: дочерние клетки получают по одной нити материнской и одной нити вновь синтезированной ДНК (рис. 5). В норме репликация всегда предшествует делению клетки, и дочерние клетки получают по копии молекулы ДНК.

Рис. 5.Схема репликации молекулы ДНК: каждая из двух цепей родительской молекулы ДНК используется в качестве матрицы для синтеза новых комплиментарных нитей (А). Схема, иллюстрирующая полу-консервативный характер репликации ДНК, родительские цепи показаны темным, а вновь синтезированные - светлым

У прокариот в клетке обычно имеется одна кольцевая молекула ДНК (кольцевая хромосома), она расположена в цитоплазме. Кроме того, в клетке прокариот могут присутствовать относительно небольшие кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами. Обычно плазмиды кодируют какое-то полезное для клетки свойство, например, устойчивость к антибиотикам или способность к азотофиксации. У эукариот линейные молекулы ДНК (хромосомы) находятся в ядре. ДНК линейных хромосом эукариот находятся в комплексе со специальными белками, гистонами.

В отличие от ДНК, молекула РНК, как правило, представляет собой одноцепочечный линейный биополимер, состоящий из нуклеотидов. Каждый нуклеотид РНК, как и ДНК, состоит из азотистого основания, остатка пятиуглеродного сахара рибозы и остатка фосфорной кислоты. В нуклеотидах РНК, как и в ДНК, присутствуют азотистые основания аденин (А), гуанин (Г, G), цитозин (Ц, C), а вместо пиримидина тимина, присутствующего в ДНК, имеется пиримидин урацил (У, U). Как и в молекуле ДНК, нуклеотиды в молекуле РНК соединены фосфодиэфирными связями. Нуклеотиды одной молекулы РНК могут вступать в комплиментарные взаимодействия с другими нуклеотидами этой же цепочки, в результате образуется вторичная и третичная структура молекулы РНК. При этом гуанин образует комплиментарную пару с цитозином, а аденин с урацилом.

Функция молекулы РНК заключается в реализации наследственной информации (см. далее). В клетке присутствует три основных типа молекул РНК: информационная (матричная, иРНК, мРНК), рибосомная (рРНК) и транспортная (трансферная, тРНК).

 

 


Информация о работе Органические вещества клетки