Яка група речовин переважає у клітині. Органічні речовини живих систем. Розподіл клітини - основа зростання, розвитку та розмноження організмів. Роль мітозу та мейозу

Поточна сторінка: 2 (загалом у книги 19 сторінок) [доступний уривок для читання: 13 сторінок]

Шрифт:

100% +

2. Органічні речовини, що входять до складу клітини

Згадайте!

Визначення життя за Енгельсом Визначення життя за Волькенштейном Полімери Ферменти Антитіла

Антигени Полісахариди Нуклеїнові кислоти

Біологічна інформація

Органічні сполуки становлять у середньому 20–30 % маси клітин живого організму. До них відносяться біологічні полімери – білки, нуклеїнові кислоти та вуглеводи, а також жири та ряд невеликих молекул – гормони, пігменти, амінокислоти, прості цукри, нуклеотиди тощо. Різні типиклітин містять різні кількості органічних сполук. Так, у рослинних клітинах переважають вуглеводи. Навпаки, білків більше у тваринній клітині, ніж у рослинній (40–50 % проти 20–35 %).

Кожна група органічних речовин у клітині будь-якого типу виконує подібні функції.

Білки. Серед органічних речовин клітини білки посідають перше місце як за кількістю, і за значенням. Це високомолекулярні полімерні сполуки, мономером яких є амінокислоти. В організмі людини зустрічається 5 млн. типів білкових молекул, що відрізняються не тільки один від одного, але і від білків інших організмів. Така різноманітність забезпечується поєднанням лише 20 різних амінокислот, що становлять кілька сотень, а іноді й тисяч комбінацій. Наприклад, з 20 залишків амінокислот теоретично можна скласти близько 2×10 18 варіантів білкових молекул, що відрізняються порядком чергування амінокислот, а отже, і формою, і властивостями. Молекули білків можуть бути спіралеподібними, складчастими або кулястими (рис. 3).

Мал. 3. Схема укладання поліпептидного ланцюга в білковій молекулі

Функції білків у клітині надзвичайно різноманітні. Одна з найважливіших – будівельна (структурна) функція:білки беруть участь в утворенні всіх клітинних мембран та органоїдів клітини, а також позаклітинних структур.

Винятково важливе значення має каталітична рольбілків. Усі ферменти – речовини білкової природи, вони прискорюють хімічні реакції, які у клітині, в десятки і сотні тисяч разів.

Двигуна функціяживих організмів забезпечується спеціальними скорочувальними білками. Ці білки беруть участь у всіх видах руху, до яких здатні клітини та організми: утворення псевдоподій, мерехтіння вій і биття джгутиків у найпростіших, скорочення м'язів у багатоклітинних тварин, рух листя у рослин та ін.

Транспортна функціябілків полягає в приєднанні хімічних елементів (наприклад, кисню) або біологічно активних речовин (гормонів) та перенесенні їх до різних тканин та органів тіла.

Захисна функція.При вступі до організму чужорідних білків чи мікроорганізмів у білих кров'яних тільцях – лейкоцитах – утворюються особливі білки – антитіла. Вони пов'язують та знешкоджують невластиві організму речовини (антигени).

Білки служать і одним із джерел енергії в клітині, тобто виконують енергетичну функцію.При повному розщепленні 1 г білка виділяється 17,6 кДж енергії.

Вуглеводи. Вуглеводи, або сахариди, – органічні речовини із загальною формулою С n(Н 2 O) m. Більшість вуглеводів число молекул води вдвічі перевищує кількість атомів вуглецю, тому вони й були названі вуглеводами.

У тваринній клітині вуглеводів міститься всього 1–2 %, іноді 5 %, у рослинних клітинах їх вміст у деяких випадках досягає 90 % сухої маси (клубні картоплі, насіння тощо).

Вуглеводи поділяються на моносахариди, дисахариди та полісахариди. Моносахариди– це прості цукри. З них найбільш поширені глюкоза, фруктоза та галактоза. Глюкоза міститься у крові (0,1–0,12 %). Рибоза та дезоксирибоза входять до складу нуклеїнових кислот.

Сполуки, що містять два моносахаридних залишки, називають дисахаридами– це мальтоза, лактоза та сахароза. Сахароза (тростинний цукор) найбільш поширена в рослинах. До її складу входять глюкоза та фруктоза.

Складні вуглеводи, утворені залишками багатьох моносахаридів, називають полісахаридами.Мономером таких полісахаридів, як крохмаль, глікоген, целюлоза є глюкоза.

Вуглеводи виконують дві основні функції: будівельнуі енергетичну.Наприклад, целюлоза утворює стінки рослинних клітин; складний полісахарид хітин – головний структурний компонент зовнішнього кістяка членистоногих. Будівельну функцію хітин виконує у грибів.

Вуглеводи відіграють роль основного джерела енергії у клітині. У процесі окиснення 1 г вуглеводів звільняється 17,6 кДж енергії. Крохмаль у рослин та глікоген у тварин, відкладаючись у клітинах, служать резервом їжі та енергії.

Ліпіди.Нерозчинні у воді органічні речовини називають ліпідами. Це група з'єднань, що відрізняються великою різноманітністю.

Найпоширеніші з ліпідів, що зустрічаються в природі, – нейтральні жири.Їх прийнято ділити на жири і олії залежно від цього, залишаються вони твердими при 20 °З (жири) чи мають за цієї температури рідку консистенцію (олії).

Основна функція жирів – служити енергетичним резервуаром.Калорійність ліпідів вища за енергетичну цінність вуглеводів. У ході розщеплення 1 г жирів до СО 2 та Н 2 O звільняється 38,9 кДж енергії. Вміст жиру в клітині коливається в межах 5-15% маси сухої речовини. У клітинах жирової тканини кількість жиру зростає до 90%. В організмі тварин, що впадають у сплячку, накопичується надлишок жиру, у хребетних тварин жир відкладається ще й під шкірою – у так званій підшкірній клітковині, де він служить для теплоізоляції. Одним із продуктів окислення жирів є вода. Ця метаболічна вода є дуже важливою для мешканців пустель. Так, жир, яким заповнений горб верблюда, служить насамперед не джерелом енергії (як часто помилково вважають), а джерелом води.

Дуже важливу роль для живих організмів грають фосфоліпіди, які є компонентами мембран, тобто виконують будівельну функцію.

З ліпідів можна відзначити також віск, який використовується у рослин і тварин як водовідштовхувальне покриття. З воску бджоли будують стільники. Широко представлені у тварині та рослинному світістероїди – це жовчні кислоти та його солі, статеві гормони, вітамін D, холестерол, гормони кори надниркових залоз тощо. буд. Вони виконують ряд важливих біохімічних і фізіологічних функцій.

Нуклеїнові кислоти.Значення нуклеїнових кислот у клітині дуже велике. Завдяки особливостям своєї хімічної будови вони зберігають, переносять та передають у спадок дочірнім клітинам інформацію про структуру білкових молекул, які синтезуються у кожній тканині на певному етапі індивідуального розвитку. Більшість властивостей та ознак клітин обумовлено білками, тому зрозуміло, що стабільність нуклеїнових кислот – найважливіша умованормальної життєдіяльності клітин та цілих організмів. Будь-які зміни будови нуклеїнових кислот спричиняють зміни структури клітин або активності фізіологічних процесів у них, впливаючи таким чином на життєздатність організму.

Структуру нуклеїнових кислот встановили у 1953 р. американський біолог Дж. Вотсон та англійський фізикФ. Крик. Вивчення її має виключно важливе значення для розуміння механізму успадкування ознак у організмів та закономірностей функціонування як окремих клітин, так і клітинних систем – тканин та органів.

Нуклеїнові кислоти – це полімери, побудовані з великої кількості мономерних одиниць, званих нуклеотидами.

Розрізняють два типи нуклеїнових кислот. Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК)- дволанцюжковий полімер з дуже великою молекулярною масою. В одну молекулу можуть входити 108 і більше нуклеотидів (рис. 4). ДНК несе в собі закодовану інформацію про послідовність амінокислот у білках, що синтезуються клітиною, і має здатність до відтворення.

Мал. 4. Схема будови молекули ДНК

Рибонуклеїнова кислота (РНК),на відміну від ДНК, буває здебільшого одноланцюжковою. Існує кілька видів РНК: інформаційні (іРНК), транспортні (тРНК)і рибосомальні (РРНК).Вони розрізняються за структурою, величиною молекул, розташуванням у клітині і виконуваним функціям.

1. Назвіть основні групи органічних речовин, що входять до складу клітини.

2. З яких простих органічних сполук складаються білки?

3. Складіть схему «Функції білків у клітині».

4. Які хімічні сполуки називають вуглеводами?

5. Назвіть основні функції вуглеводів. Які клітини і чому найбагатші вуглеводами?

6. Згадайте із попередніх курсів біології, яку функцію виконує глюкоза в організмі людини. Яка кількість глюкози у крові є нормою? Чим небезпечне різке зниження концентрації глюкози у плазмі крові?

7. Поясніть, чому терміни «жири» та «ліпіди» не є синонімами.

8. Які функції виконують ліпіди? У яких клітинах та тканинах їх особливо багато?

9. Звідки в організмі береться метаболічна вода?

10. Що таке нуклеїнові кислоти? Які типи нуклеїнових кислот ви знаєте? Чим відрізняються РНК та ДНК?

11. Порівняйте хімічний складживих організмів та тіл неживої природи. Які висновки можна зробити на основі цього порівняння?

12. Які особливості будови атома вуглецю зумовлюють його ключову роль формуванні молекул органічних речовин?

Робота з комп'ютером

Знайдіть в Інтернеті

Глава 3. Обмін речовин та перетворення енергії в клітині

Для підтримки життєдіяльності клітин у них безперервно йдуть процеси біологічного синтезу, або біосинтезу. За допомогою ферментів із простих низькомолекулярних речовин утворюються складні високомолекулярні сполуки: із амінокислот синтезуються білки, із моносахаридів – складні вуглеводи. Азотисті основи включаються до складу нуклеотидів, у тому числі формуються нуклеїнові кислоти. Різноманітні ліпіди виникають шляхом хімічних перетворень порівняно простих речовин, джерелом яких є залишок оцтової кислоти – ацетат. Так утворюються жирні кислоти, що відрізняються одна від одної числом атомів вуглецю в молекулі. Поєднуючись з гліцерином, вони утворюють відомі нам жири та олії. У кінцевому рахунку структура всіх органічних молекул, синтез яких здійснюється за допомогою ферментів, визначається сукупністю генів цієї клітини. генотипом.

Синтезовані речовини використовуються в процесі зростання для побудови клітин та їх органоїдів та для заміни витрачених чи зруйнованих молекул. Усі реакції синтезу йдуть із поглинанням енергії. У результаті реакцій розпаду, навпаки, енергія виділяється.

3. Пластичний обмін. Біосинтез білків

Згадайте!

Амінокислоти Нуклеотиди Рибосоми Генетичний код

РНК ДНК

Сукупність реакцій біологічного синтезу називають пластичним обміном(або асиміляцією).Назва цього виду обміну відбиває його сутність: з простих речовин, які у клітину ззовні, утворюються речовини клітини.

Розглянемо одну з найважливіших форм пластичного обміну – біосинтез білків. Як зазначалося, все різноманіття їх властивостей у кінцевому рахунку визначається послідовністю амінокислот в білковому ланцюгу. Безліч відібраних еволюцією унікальних поєднань амінокислот відтворюється шляхом синтезу нуклеїнових кислот із послідовністю азотистих основ, що відповідає послідовності амінокислот у білках. Кожній амінокислоті в поліпептидному ланцюжку в молекулі ДНК відповідає комбінація з трьох нуклеотидів. триплет.Ця залежність між триплетами основ та амінокислотами називається генетичним кодом.У такий код входить 64 різних триплети – можливі поєднання трьох із чотирьох азотистих основ.

Деякі амінокислоти кодуються кількома триплетами. Така надмірність кодупідвищує надійність передачі генетичної інформації. Випадкова заміна третього нуклеотиду цих триплетах ніяк не позначиться на структурі синтезованого білка. У кожній молекулі ДНК, що складається з мільйонів нуклеотидних пар, записано інформацію про послідовність амінокислот у сотнях різних білків. Яким чином ділянка молекули ДНК, яка несе інформацію про структуру одного білка, відмежовується від інших ділянок? Існують триплети, які «запускають» синтез полінуклеотидного ланцюжка, і триплети, які припиняють синтез, тобто служать розділовими знаками.

Одна з основних властивостей коду – його специфічність.Один триплет завжди відповідає одній амінокислоті. Код універсальнийдля живого – від мікроорганізмів до людини.

Для того щоб синтезувався білок, інформація про послідовність амінокислот у його структурі має бути доставлена до рибосом – органоїдів клітини, що здійснюють синтез білка. Для цього на одному з ланцюгів молекули ДНК синтезується одноланцюжкова молекула РНК, послідовність нуклеотидів якої точно відповідає (комплементарна)послідовності нуклеотидів матриці – полінуклеотидного ланцюга ДНК Так утворюється інформаційна РНК (іРНК), яка потім переміщається до цитоплазми клітини (рис. 5).

У цитоплазмі до одного з кінців іРНК прикріплюються субодиниці рибосоми і починається синтез поліпептиду. Рибосома переміщається молекулою иРНК не плавно, а переривчасто, триплет за триплетом (рис. 6).

У міру переміщення рибосоми молекулою іРНК до поліпептидного ланцюжка одна за одною прилаштовуються амінокислоти, що відповідають триплетам іРНК. Точна відповідність амінокислоти коду триплету іРНК забезпечується транспортною РНК. Для кожної амінокислоти існує своя тРНК, один із триплетів якої комплементарний строго певному триплету іРНК. Так само кожній амінокислоті відповідає свій фермент, що приєднує її до тРНК. Після завершення синтезу поліпептидний ланцюжок відокремлюється від матриці – молекули іРНК. Молекула іРНК можна використовувати для синтезу поліпептидів багаторазово, як і рибосома. В цілому процес перекладу інформації, укладеної в послідовності нуклеотидів в ДНК, послідовність амінокислот в білку показаний на малюнку 5.

Мал. 5. Схема біосинтезу білка (чорною стрілкою позначено напрямок руху рибосоми)

Мал. 6. Синтез поліпептидного ланцюга на рибосомі: А, Б, В, Г – послідовні стадії трансляції

Опис синтезу білків тут дуже спрощено. Насправді цей процес надзвичайно складний і пов'язаний з участю багатьох ферментів та витратою великої кількостіенергії.

Вражаюча складність системи біосинтезу та її висока енергоємність забезпечують високу точність та впорядкованість синтезу поліпептидів.

Питання для повторення та завдання

1. Що таке асиміляція?

2. Складіть та заповніть таблицю «Основні властивості генетичного коду та їх значення».

3. Поясніть, чому рибосома переміщається іРНК не плавно, а переривчасто, по триплетах.

4. Де синтезуються рибонуклеїнові кислоти?

5. У якій частині клітини відбувається синтез білка?

6. Обговоріть у класі, чому біосинтез білка вважають однією з найважливіших форм пластичного обміну.

7. Наведіть приклади біологічних реакцій, які можна віднести до пластичного обміну. Поясніть свій вибір.

Робота з комп'ютером

Зверніться до електронної програми.Вивчіть матеріал уроку та виконайте запропоновані завдання.

Знайдіть в Інтернетісайти, матеріали яких можуть бути додатковим джерелом інформації, що розкриває зміст ключових понять параграфа.

Підготуйтеся до наступного уроку.Використовуючи додаткові джерела інформації (книги, статті, ресурси Інтернету та ін.), зробіть повідомлення по ключовим словамта словосполученням наступного параграфа.

4. Енергетичний обмін. Способи харчування

Згадайте!

Бродіння Дихання Нітрифікуючі бактерії

Фотосинтез Хемосинтез Фототрофи Хемотрофи

Мітохондрії

Процесом, протилежним до синтезу, є дисиміляція- Сукупність реакцій розщеплення. При розщепленні високомолекулярних сполук виділяється енергія, необхідна реакцій біосинтезу. Тому дисиміляцію називають ще енергетичним обміномклітини.

Хімічна енергія поживних речовин полягає у різних ковалентних зв'язках між атомами в молекулі органічних сполук. У глюкозі кількість потенційної енергії, укладеної у зв'язках між атомами С, Н та О, становить 2800 кДж на 1 моль (тобто на 180 г глюкози). При розщепленні глюкози енергія виділяється поетапно за участю низки ферментів:

З 6 Н 12 O 6 + 6O 2 → 6Н 2 O + 6С 2 + 2800 кДж.

Частина енергії, що звільняється з поживних речовин, розсіюється у формі теплоти, а частина акумулюється, тобто накопичується, у багатих на енергію фосфатних зв'язках аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Саме АТФ забезпечує енергією всі клітинні функції: біосинтез, механічну роботу (розподіл клітини, скорочення м'язів), активне перенесення речовин через мембрани, підтримку мембранного потенціалу у процесі проведення нервового імпульсу, виділення різних секретів.

Молекула АТФ складається з азотистої основи аденіну, цукру рибози та трьох залишків фосфорної кислоти. Аденін, рибоза та перший фосфат утворюють аденозинмонофосфат (АМФ). Якщо до першого фосфату приєднується другий, виходить аденозиндіфосфат (АДФ). Молекула з трьома залишками фосфорної кислоти (АТФ) є найбільш енергоємною. Відщеплення кінцевого фосфату АТФ супроводжується виділенням 40 кДж, а чи не 12 кДж енергії, як із розриві звичайних хімічних зв'язків. Завдяки багатим енергією зв'язкам у молекулах АТФ клітина може накопичувати велику кількість енергії та витрачати її при необхідності. Синтез АТФ здійснюється головним чином у спеціальних органоїдах клітини – мітохондрії (див. § 6, рис. 11). Звідси молекули АТФ вступають у різні ділянки клітини, забезпечуючи енергією процеси життєдіяльності.

Етапи енергетичного обміну. Енергетичний обмін зазвичай ділять на три етапи. Перший етап- Підготовчий. На цьому етапі молекули ді– та полісахаридів, жирів, білків розпадаються на дрібні молекули – глюкозу, гліцерин та жирні кислоти, амінокислоти; великі молекули нуклеїнових кислот – на нуклеотиди. При цьому виділяється невелика кількість енергії, що розсіюється як теплоти.

Другий етап- Безкисневий, що здійснюється в цитоплазмі клітин. Він називається також анаеробним диханням (гліколізом)або бродінням.Термін «бродіння» зазвичай застосовують по відношенню до процесів, що протікають у клітинах мікроорганізмів або рослин. Речовини, що утворюються на цьому етапі, за участю ферментів піддаються подальшому розщепленню.

У дріжджових грибів молекула глюкози без участі кисню перетворюється на етиловий спирт та діоксид вуглецю (спиртове бродіння).

В інших мікроорганізмів гліколіз може завершуватися утворенням ацетону, оцтової кислоти тощо.

У м'язах внаслідок анаеробного (безкисневого) дихання одна молекула глюкози розпадається на дві молекули молочної кислоти. У реакціях розщеплення глюкози беруть участь фосфорна кислота та АДФ.

У всіх випадках розпад однієї молекули глюкози супроводжується утворенням двох молекул АТФ. У ході безкисневого розщеплення глюкози у вигляді хімічного зв'язку в молекулі АТФ зберігається 40% енергії, а решта розсіюється як теплоти.

Третій етапенергетичного обміну – стадія аеробного дихання,або кисневого розщеплення,реакції якої каталізуються ферментами. При доступі кисню речовини, що утворилися в клітині під час попереднього етапу, окислюються до кінцевих продуктів - Н 2 O і С 2 . Це супроводжується виділенням великої кількості енергії та акумуляцією їх у молекулах АТФ – при окисленні двох молекул молочної кислоти утворюється 36 молекул АТФ. Отже, основну роль забезпеченні клітини енергією грає аеробне дихання.

Способи харчування.У процесі харчування організми отримують хімічні сполуки, які у подальшому всім процесів життєдіяльності. За способом одержання органічних речовин, тобто за способом харчування, всі організми поділяються на дві групи: автотрофні та гетеротрофні.

Автотрофи- Це організми, які здатні самі синтезувати необхідні їм органічні речовини, отримуючи з навколишнього середовища вуглець у вигляді СО2, воду та мінеральні солі. До них відносяться деякі бактерії та всі зелені рослини.

Залежно від того, яке джерело енергії автотрофні організми використовують для синтезу органічних сполук, їх поділяють на дві групи: фототрофиі хемотрофи.Для фототрофів джерелом енергії служить світло, а хемотрофи використовують енергію, що звільняється при окислювально-відновних реакціях.

Зелені рослини – фототрофи. За допомогою хлорофілу, що міститься в хлоропластах, вони здійснюють фотосинтез- Перетворення світлової енергії в енергію хімічних зв'язків. Відбувається це в такий спосіб. Кванти світла - фотони - взаємодіють з молекулами хлорофілу, внаслідок чого ці молекули на дуже короткий час переходять у багатший на енергію «збуджений» стан. Прагнучи повернутися у вихідний стан, молекули хлорофілу віддають цю надлишкову енергію, яка частково перетворюється на теплову. Інша частина надлишкової енергії запасається як АТФ, т. е. накопичується енергія, необхідна подальших реакцій.

У водному розчині завжди присутні іони водню (Н+) та гідроксид-іони (ОН-). Частина надлишкової енергії збуджених молекул хлорофілу витрачається на перетворення іонів Н + на атоми водню, які активно з'єднуються зі складними органічними сполуками – переносниками водню. Іони гідроксилу ВІН – віддають свої електрони іншим молекулам і перетворюються на вільні радикали ВІН. Радикали ВІН взаємодіють один з одним, внаслідок чого утворюються вода та молекулярний кисень:

4ON → O 2 + 2Н 2 O.

Таким чином, джерелом молекулярного кисню, що утворюється у процесі фотосинтезу і що у атмосферу, є фотоліз – розкладання води під впливом світла.Крім фотолізу води, енергія світла використовується у світловій фазі для синтезу АТФ з АДФ та фосфату без участі кисню. Це дуже ефективний процес: у хлоропластах утворюється у 30 разів більше АТФ, ніж у мітохондріях тих самих рослин за участю кисню. Таким шляхом накопичується енергія, необхідна для зв'язування ЗО 2 . У цих реакціях беруть участь молекули АТФ та атоми водню, що утворилися в процесі фотолізу води та пов'язані з молекулами-переносниками:

Так енергія сонячного світла перетворюється на енергію хімічних зв'язків складних органічних сполук.

Деякі бактерії, позбавлені хлорофілу, теж здатні до синтезу органічних сполук, у своїй використовують енергію хімічної реакції неорганічних речовин. Перетворення енергії хімічних реакцій на хімічну енергію синтезованих органічних сполук називають хемосинтезом.До групи автотрофів-хемосинтетиків (хемотрофів) відносяться бактерії, що нітрифікують. Деякі їх використовують енергію окислення аміаку в азотисту кислоту, інші – енергію окислення азотистої кислоти в азотну. Відомі хемосинтетики, що окислюють двовалентне залізо до тривалентного або сірководень до сірчаної кислоти. Фіксуючи атмосферний азот, переводячи нерозчинні мінерали у форму, придатну для засвоєння рослинами, бактерії, що хемосинтезують, відіграють важливу роль у кругообігу речовин у природі.

Організми, не здатні самі синтезувати органічні речовини з неорганічних, потребують надходження їх із навколишнього середовища. Ці організми називають гетеротрофними.До них відносять більшість бактерій, гриби та всіх тварин.

Питання для повторення та завдання

1. Що таке дисиміляція?

2. Зобразіть схематично етапи енергетичного обміну.

3. У чому полягає роль АТФ у клітині?

4. У яких структурах клітини здійснюється синтез АТФ?

5. Порівняйте відомі вам типи харчування організмів.

6. Які організми називають автотрофними? На які групи поділяють автотрофні організми?

7. Чому в результаті фотосинтезу у зелених рослину атмосферу виділяється вільний кисень?

8. Поясніть, чому, незважаючи на те, що в процесі фотосинтезу синтезується АТФ, фотосинтез відносять до пластичного обміну.

9. Що таке хемосинтез? Розкажіть про значення хемосинтезуючих бактерій у природі.

10. Які організми називають гетеротрофними? Наведіть приклади.

Робота з комп'ютером

Зверніться до електронної програми.Вивчіть матеріал уроку та виконайте запропоновані завдання.

Знайдіть в Інтернетісайти, матеріали яких можуть бути додатковим джерелом інформації, що розкриває зміст ключових понять параграфа.

Підготуйтеся до наступного уроку.Використовуючи додаткові джерела інформації (книги, статті, ресурси Інтернету та ін.), зробіть повідомлення за ключовими словами та словосполученнями наступного параграфа.

Ці хімічні елементи утворюють неорганічні та органічні речовини. Незважаючи на те, що в живих організмах переважають неорганічні речовини, саме органічні речовини визначають унікальність їхнього хімічного складу та феномена життя в цілому, оскільки вони синтезуються переважно організмами у процесі життєдіяльності та відіграють у реакціях найважливішу роль.

Вивченням хімічного складу організмів та хімічних реакцій, що протікають у них, займається наука біохімія.

Слід зазначити, що вміст хімічних речовин у різних клітинах та тканинах може суттєво різнитися. Наприклад, якщо у тварин клітинах серед органічних сполук переважають білки, то клітинах рослин - вуглеводи.

Хімічний елемент	Земна кора	Морська вода	Живі організми
O	49.2	85.8	65–75
C	0.4	0.0035	15–18
H	1.0	10.67	8–10
N	0.04	0.37	1.5–3.0
P	0.1	0.003	0.20–1.0
S	0.15	0.09	0.15–0.2
K	2.35	0.04	0.15–0.4
Ca	3.25	0.05	0.04–2.0
Cl	0.2	0.06	0.05–0.1
Mg	2.35	0.14	0.02–0.03
Na	2.4	1.14	0.02–0.03
Fe	4.2	0.00015	0.01–0.015
Zn	< 0.01	0.00015	0.0003
Cu	< 0.01	< 0.00001	0.0002
I	< 0.01	0.000015	0.0001
F	0.1	2.07	0.0001

Макро- та мікроелементи

У живих організмах зустрічається близько 80 хімічних елементів, однак лише для 27 з цих елементів встановлені їх функції у клітині та організмі. Інші елементи присутні у незначних кількостях, і, мабуть, потрапляють в організм із їжею, водою та повітрям. Зміст хімічних елементів у організмі значно відрізняється. Залежно від концентрації їх ділять на макроелементи та мікроелементи.

Концентрація кожного з макроелементівв організмі перевищує 0,01%, а їхній сумарний вміст - 99%. До макроелементів відносять кисень, вуглець, водень, азот, фосфор, сірку, калій, кальцій, натрій, хлор, магній та залізо. Перші чотири з перерахованих елементів (кисень, вуглець, водень та азот) називають також органогеннимиоскільки вони входять до складу основних органічних сполук. Фосфор і сірка також є компонентами ряду органічних речовин, наприклад, білків і нуклеїнових кислот. Фосфор необхідний формування кісток і зубів.

Без макроелементів, що залишилися, неможливе нормальне функціонування організму. Так, калій, натрій та хлор беруть участь у процесах збудження клітин. Калій також необхідний роботи багатьох ферментів і утримання води у клітині. Кальцій входить до складу клітинних стінок рослин, кісток, зубів і раковин молюсків і потрібно скорочення м'язових клітин, і навіть для внутрішньоклітинного руху. Магній є компонентом хлорофілу - пігменту, що забезпечує протікання фотосинтезу. Він також бере участь у біосинтезі білка. Залізо, крім того, що воно входить до складу гемоглобіну, що переносить кисень у крові, необхідне протікання процесів дихання і фотосинтезу, і навіть функціонування багатьох ферментів.

Мікроелементимістяться в організмі в концентраціях менше 0,01%, а їхня сумарна концентрація в клітині не досягає і 0,1%. До мікроелементів належать цинк, мідь, марганець, кобальт, йод, фтор та ін. Цинк входить до складу молекули гормону підшлункової залози – інсуліну, мідь потрібна для процесів фотосинтезу та дихання. Кобальт є компонентом вітаміну В12, відсутність якого призводить до анемії. Йод необхідний синтезу гормонів щитовидної залози, які забезпечують нормальне протікання обміну речовин, а фтор пов'язані з формуванням емалі зубів.

Як недолік, і надлишок чи порушення обміну макро- і мікроелементів призводять до розвитку різних захворювань. Зокрема, недолік кальцію та фосфору викликає рахіт, брак азоту – тяжку білкову недостатність, дефіцит заліза – анемію, а відсутність йоду – порушення утворення гормонів щитовидної залози та зниження інтенсивності обміну речовин. Зменшення надходження фтору з водою та їжею значною мірою обумовлює порушення оновлення емалі зубів і, як наслідок, схильність до карієсу. Свинець токсичний майже всім організмів. Його надлишок викликає незворотні пошкодження головного мозку та центральної нервової системи, що проявляється втратою зору та слуху, безсонням, нирковою недостатністю, судомами, а також може призвести до паралічу та такого захворювання, як рак. Гостре отруєння свинцем супроводжується раптовими галюцинаціями та закінчується комою та смертю.

Нестачу макро- та мікроелементів можна компенсувати шляхом збільшення їх вмісту в їжі та питну воду, а також за рахунок прийому лікарських препаратів. Так, йод міститься в морепродуктах та йодованій солі, кальцій – у яєчній шкаралупі тощо.

Взаємозв'язок будови та функцій неорганічних та органічних речовин (білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів, АТФ), що входять до складу клітини. Роль хімічних речовин у клітині та організмі людини

Неорганічні речовини

Вода(Н 2 О) - найбільш поширена неорганічна речовина клітини, що має унікальні фізико-хімічними властивостями. Вона не має ні смаку, ні кольору, ні запаху. Щільність та в'язкість всіх речовин оцінюється по воді. Як і багато інших речовин, вода може перебувати в трьох агрегатних станах: твердому (лід), рідкому та газоподібному (пар). Температура плавлення води – 0°С, температура кипіння – 100°С, проте розчинення у воді інших речовин може змінювати ці характеристики. Теплоємність води також досить велика - 4200 кДж/моль К, що дає їй можливість брати участь у процесах терморегуляції. У молекулі води атоми водню розташовані під кутом 105°, причому загальні електронні пари відтягуються більш електронегативним атомом кисню. Це зумовлює дипольні властивості молекул води (один їх кінець заряджений позитивно, а інший негативно) і можливість утворення між молекулами води водневих зв'язків. Зчеплення молекул води лежить в основі явища поверхневого натягу, капілярності та властивостей води як універсального розчинника. Внаслідок цього всі речовини поділяються на розчинні у воді (гідрофільні) та нерозчинні у ній (гідрофобні). Завдяки цим унікальним властивостям зумовлено те, що вода стала основою життя Землі.

Середній вміст води в клітинах організму неоднаковий і може змінюватися з віком. Так, у півторамісячного ембріона людини вміст води в клітинах досягає 97,5%, у восьмимісячного – 83%, у новонародженого знижується до 74%, а у дорослої людини становить у середньому 66%. Однак клітини організму відрізняються вмістом води. Так, у кістках міститься близько 20 % води, у печінці – 70 %, а у мозку – 86 %. Загалом можна сказати, що концентрація води в клітинах прямо пропорційна інтенсивності обміну речовин.

Мінеральні соліможуть перебувати у розчиненому чи нерозчиненому станах. Розчинні солідисоціюють на іони - катіони та аніони. Найбільш важливими катіонами є іони калію та натрію, що полегшують перенесення речовин через мембрану та беруть участь у виникненні та проведенні нервового імпульсу; а також іони кальцію, який бере участь у процесах скорочення м'язових волокон та зсіданні крові; магнію, що входить до складу хлорофілу; заліза, що входить до складу низки білків, у тому числі гемоглобіну. Найважливішими аніонами є фосфат-аніон, що входить до складу АТФ та нуклеїнових кислот, та залишок вугільної кислоти, що пом'якшує коливання рН середовища. Іони мінеральних солей забезпечують і проникнення самої води у клітину, і її утримання у ній. Якщо в середовищі концентрація солей нижче, ніж у клітині, вода проникає в клітину. Також іони визначають буферні властивості цитоплазми, тобто її здатність підтримувати сталість слаболужної рН цитоплазми, незважаючи на постійне утворення у клітині кислотних та лужних продуктів.

Нерозчинні солі(CaCO 3 , Ca 3 (PO 4) 2 та ін.) входять до складу кісток, зубів, раковин і панцирів одноклітинних та багатоклітинних тварин.

Крім того, в організмах можуть вироблятися інші неорганічні сполуки, наприклад кислоти і оксиди. Так, клітини обкладання шлунка людини виробляють соляну кислоту, яка активує травний фермент пепсин, а оксид кремнію просочує клітинні стінки хвощів і утворює панцирі діатомових водоростей. В останні роки досліджується також роль оксиду азоту (II) у передачі сигналів у клітинах та організмі.

Органічні речовини

Блок 2. Клітина як біологічна система

2.3. Хімічний склад клітини. Макро- та мікроелементи. Взаємозв'язок будови та функцій неорганічних та органічних речовин (білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів, АТФ), що входять до складу клітини. Роль хімічних речовин у клітині та організмі людини.

Хімічний склад клітини

У складі живих організмів виявлено більшість хімічних елементів Періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва, відкритих до теперішнього часу. З одного боку, в них не міститься жодного елемента, якого не було б у неживій природі, а з іншого боку, їх концентрації у тілах неживої природи та живих організмах суттєво різняться.
Ці хімічні елементи утворюють неорганічні та органічні речовини. Незважаючи на те, що в живих організмах переважають неорганічні речовини, саме органічні речовини визначають унікальність їх хімічного складу та феномена життя в цілому, оскільки вони синтезуються переважно організмами в процесі життєдіяльності та відіграють у реакціях найважливішу роль.
Вивченням хімічного складу організмів і хімічних реакцій, які у них, займається наука біохімія.
Слід зазначити, що вміст хімічних речовин у різних клітинах та тканинах може суттєво різнитися. Наприклад, якщо у тварин клітинах серед органічних сполук переважають білки, то клітинах рослин — вуглеводи.

Хімічний елемент	Земна кора	Морська вода	Живі організми
Про	49,2	85,8	65-75
З	0,4	0,0035	15-18
Н	1,0	10,67	8-10
N	0,04	0,37	1,5-3,0
Р	0,1	0,003	0,20-1,0
S	0,15	0,09	0,15-0,2
До	2,35	0,04	0,15-0,4
Са	3,25	0,05	0,04-2,0
Сl	0,2	0,06	0,05-0,1
Mg	2,35	0,14	0,02-0,03
Na	2,4	1,14	0,02-0,03
Fe	4,2	0,00015	0,01-0,015
Zn	< 0,01	0,00015	0,0003
Су	< 0,01	< 0,00001	0,0002
I	< 0,01	0,000015	0,0001
F	0,1	2,07	0,0001

Макро- та мікроелементи

У живих організмах зустрічається близько 80 хімічних елементів, проте тільки для 27 з цих елементів встановлені їх функції в клітині та організмі. Інші елементи присутні в незначних кількостях, і, мабуть, потрапляють в організм з їжею, водою та повітрям. Зміст хімічних елементів у організмі значно відрізняється. Залежно від концентрації їх ділять на макроелементи та мікроелементи.
Концентрація кожного з макроелементів в організмі перевищує 0,01%, а їхній сумарний вміст — 99%. До макроелементів відносять кисень, вуглець, водень, азот, фосфор, сірку, калій, кальцій, натрій, хлор, магній та залізо. Перші чотири з перерахованих елементів (кисень, вуглець, водень та азот) називають також органогенними, оскільки вони входять до складу основних органічних сполук. Фосфор і сірка також є компонентами ряду органічних речовин, наприклад, білків і нуклеїнових кислот. Фосфор необхідний формування кісток і зубів.
Без макроелементів, що залишилися, неможливе нормальне функціонування організму. Так, калій, натрій та хлор беруть участь у процесах збудження клітин. Калій також необхідний роботи багатьох ферментів і утримання води у клітині. Кальцій входить до складу клітинних стінок рослин, кісток, зубів і раковин молюсків і потрібно скорочення м'язових клітин, і навіть для внутрішньоклітинного руху. Магній є компонентом хлорофілу - пігменту, що забезпечує протікання фотосинтезу. Він також бере участь у біосинтезі білка. Залізо, крім того, що воно входить до складу гемоглобіну, що переносить кисень у крові, необхідне протікання процесів дихання і фотосинтезу, і навіть функціонування багатьох ферментів.
Мікроелементи містяться в організмі в концентраціях менше 0,01%, а їхня сумарна концентрація в клітині не досягає і 0,1%. До мікроелементів належать цинк, мідь, марганець, кобальт, йод, фтор та ін. Цинк входить до складу молекули гормону підшлункової залози – інсуліну, мідь потрібна для процесів фотосинтезу та дихання. Кобальт є компонентом вітаміну В12, відсутність якого призводить до анемії. Йод необхідний синтезу гормонів щитовидної залози, які забезпечують нормальне протікання обміну речовин, а фтор пов'язані з формуванням емалі зубів.
Зміст хімічних елементів у різних клітинах та організмах неоднаковий, значною мірою він обумовлений умовами навколишнього середовища. Так, клітини морських водоростей містять відносно багато йоду, хребетних тварин – заліза, а молюсків та ракоподібних – міді.
Як недолік, і надлишок чи порушення обміну макро- і мікроелементів призводять до розвитку різних захворювань. Зокрема, недолік кальцію та фосфору викликає рахіт, брак азоту – тяжку білкову недостатність, дефіцит заліза – анемію, а відсутність йоду – порушення утворення гормонів щитовидної залози та зниження інтенсивності обміну речовин. Зменшення надходження фтору з водою та їжею значною мірою обумовлює порушення оновлення емалі зубів і, як наслідок, схильність до карієсу. Свинець токсичний майже всім організмів. Його надлишок викликає незворотні ушкодження головного мозку та центральної нервової системи, що проявляється втратою зору та слуху, безсонням, нирковою недостатністю, судомами, а також може призвести до паралічу і такого захворювання, як рак. Гостре отруєння свинцем супроводжується раптовими галюцинаціями та закінчується комою та смертю.
Нестачу макро- та мікроелементів можна компенсувати шляхом збільшення їх вмісту в їжі та питній воді, а також за рахунок прийому лікарських препаратів. Так, йод міститься у морепродуктах та йодованій солі, кальцій – у яєчній шкаралупі тощо.

Неорганічні речовини клітини

Хімічні елементи клітини утворюють різні сполуки - неорганічні та органічні. До неорганічних речовин клітини відносяться вода, мінеральні солі, кислоти та ін, а до органічних - білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди, АТФ, вітаміни та ін.
Вода (Н 2 0) - Найбільш поширена неорганічна речовина клітини, що має унікальні фізико-хімічні властивості. Вона не має ні смаку, ні кольору, ні запаху. Щільність та в'язкість всіх речовин оцінюється по воді. Як і багато інших речовин, вода може перебувати в трьох агрегатних станах: твердому (лід), рідкому та газоподібному (пар). Температура плавлення води - 0 ° С, температура кипіння - 100 ° С, проте розчинення у воді інших речовин може змінювати ці характеристики. Теплоємність води також досить велика - 4200 кДж/моль.К, що дає можливість брати участь у процесах терморегуляції. У молекулі води атоми водню розташовані під кутом 105°, причому загальні електронні пари відтягуються більш електро-негативним атомом кисню. Це зумовлює дипольні властивості молекул води (один їх кінець заряджений позитивно, а інший негативно) і можливість утворення між молекулами води водневих зв'язків. Зчеплення молекул води лежить в основі явища поверхневого натягу, капілярності та властивостей води як універсального розчинника. Внаслідок цього всі речовини поділяються на розчинні у воді (гідрофільні) та нерозчинні у ній (гідрофобні). Завдяки цим унікальним властивостям зумовлено те, що вода стала основою життя Землі.
Середній вміст води в клітинах організму неоднаковий і може змінюватися з віком. Так, у півторамісячного ембріона людини вміст води в клітинах досягає 97,5%, у восьмимісячного – 83%, у новонародженого знижується до 74%, а у дорослої людини становить у середньому 66%. Однак клітини організму відрізняються вмістом води. Так, у кістках міститься близько 20% води, у печінці – 70%, а у мозку – 86%. Загалом можна сказати, що концентрація води у клітинах прямо пропорційна інтенсивності обміну речовин.
Мінеральні солі можуть перебувати у розчиненому чи нерозчиненому станах. Розчинні солі дисоціюють на іони - катіони та аніони. Найбільш важливими катіонами є іони калію та натрію, що полегшують перенесення речовин через мембрану та беруть участь у виникненні та проведенні нервового імпульсу; а також іони кальцію, який бере участь у процесах скорочення м'язових волокон та зсіданні крові; магнію, що входить до складу хлорофілу; заліза, що входить до складу низки білків, у тому числі гемоглобіну. Найважливішими аніонами є фосфат-аніон, що входить до складу АТФ та нуклеїнових кислот, та залишок вугільної кислоти, що пом'якшує коливання рН середовища. Іони мінеральних солей забезпечують і проникнення самої води у клітину, і її утримання у ній. Якщо в середовищі концентрація солей нижче, ніж у клітині, вода проникає в клітину. Також іони визначають буферні властивості цитоплазми, тобто її здатність підтримувати сталість слаболужної рН цитоплазми, незважаючи на постійне утворення у клітині кислотних та лужних продуктів.
Нерозчинні солі (СаС0 3 Са 3 (Р0 4) 2 та ін) входять до складу кісток, зубів, раковин і панцирів одноклітинних і багатоклітинних тварин.
Крім того, в організмах можуть вироблятися інші неорганічні сполуки, наприклад кислоти і оксиди. Так, клітини обкладання шлунка людини виробляють соляну кислоту, яка активує травний фермент пепсин, а оксид кремнію просочує клітинні стінки хвощів і утворює панцирі діатомових водоростей. В останні роки досліджується також роль оксиду азоту (II) у передачі сигналів у клітинах та організмі.

Органічні речовини

Загальна характеристика органічних речовин клітини

Органічні речовини клітини можуть бути представлені як відносно простими молекулами, так і складнішими. У тих випадках, коли складна молекула (макромолекула) утворена значною кількістю простих молекул, що повторюються, її називають полімером, а структурні одиниці — мономерами. Залежно від того, повторюються чи ні ланки полімерів, їх відносять до регулярних чи нерегулярних. Полімери становлять до 90% маси сухої речовини клітини. Вони відносяться до трьох основних класів органічних сполук - вуглеводів (полісахариди), білків та нуклеїнових кислот. Регулярними полімерами є полісахариди, а білки та нуклеїнові кислоти – нерегулярними. У білках і нуклеїнових кислотах послідовність мономерів є вкрай важливою, оскільки вони виконують інформаційну функцію.

Вуглеводи - це органічні сполуки, до складу яких входять в основному три хімічні елементи - вуглець, водень і кисень, хоча цілий ряд вуглеводів містить також азот або сірку. Загальна формула вуглеводів - З m (Н 2 0) n . Їх ділять на прості та складні вуглеводи.
Прості вуглеводи (моносахариди) містять єдину молекулу цукру, яку неможливо розщепити більш прості. Це кристалічні речовини, солодкі на смак та добре розчинні у воді. Моносахариди беруть активну участь в обміні речовин у клітині та входять до складу складних вуглеводів - олігосахаридів та полісахаридів.
Моносахариди класифікують за кількістю вуглецевих атомів (З 3 -З 9), наприклад, пентози (З 5) та гексози (З 6). До пентозів належать рибоза та дезоксирибоза. Рибоза входить до складу РНК та АТФ. Дезоксирибозу є компонентом ДНК. Гексози (З 6 Н 12 06) - це глюкоза, фруктоза, галактоза та ін.
Глюкоза(Виноградний цукор) зустрічається у всіх організмах, у тому числі в крові людини, оскільки є енергетичним резервом. Вона входить до складу багатьох складних Цукрів: сахарози, лактози, мальтози, крохмалю, целюлози та ін.
Фруктоза(плодовий цукор) у найбільших концентраціях міститься в плодах, меді, коренеплодах цукрових буряків. Вона не тільки бере активну участь у процесах обміну речовин, а й входить до складу сахарози та деяких полісахаридів, наприклад, інсуліну.
Більшість моносахаридів здатна давати реакцію «срібного дзеркала» та відновлювати мідь при додаванні фелінгової рідини (суміш розчинів сульфату міді (II) та калій-натрій виннокислого) та кип'ятінні.
До олігосахаридів відносять вуглеводи, утворені кількома залишками моносахаридів. Вони в основному також добре розчиняються у воді і солодкі на смак. Залежно кількості цих залишків розрізняють дисахариди (два залишку), трисахариды (три) та інших. До дисахаридам ставляться сахароза, лактоза, мальтоза та інших.
Сахароза (буряковий або очеретяний цукор) складається з залишків глюкози та фруктози, вона зустрічається в запасних органах деяких рослин. Особливо багато сахарози в корені-плодах цукрових буряків та цукрової тростини, звідки їх одержують промисловим способом. Вона є стандартом солодощі вуглеводів.
Лактоза, або молочний цукор, утворена залишками глюкози та галактози, міститься в материнському та коров'ячому молоці.
Мальтоза(солодовий цукор) складається із двох залишків глюкози. Вона утворюється в процесі розщеплення полісахаридів у насінні рослин та в травної системилюдини, що використовується при виробництві пива.
Полісахариди - це біополімери, мономерами яких є залишки моно-або дисахаридів. Більшість полісахаридів нерозчинні у воді та несолодкі на смак. До них відносяться крохмаль, глікоген, целюлоза та хітин.
Крохмаль - це біла порошкоподібна речовина, що не змочується водою, але утворює при заварюванні гарячою водою завись - клейстер. Насправді крохмаль складається з двох полімерів – менш розгалуженої амілози та більш розгалуженого амілопектину. Мономером як амілози, і амілопектину є глюкоза. Крохмаль - основна запасна речовина рослин, яка у величезних кількостях накопичується в насінні, плодах, бульбах, кореневищах та інших запасних органах рослин. Якісною реакцією на крохмаль є реакція з йодом, при якій крохмал забарвлюється в синьо-фіолетовий колір.
Глікоген(Тваринний крохмаль) - це запасний полісахарид тварин і грибів, який у людини великих кількостяхнакопичується в м'язах та печінці. Він також нерозчинний у воді та несолодкий на смак. Мономером глікогену є глюкоза. Порівняно з молекулами крохмалю молекули глікогену ще більш розгалужені.
Целюлоза, або клітковина, - Основний опорний полісахарид рослин. Мономером целюлози є глюкоза. Нерозгалужені молекули целюлози утворюють пучки, що входять до складу клітинних стінок рослин та деяких грибів. Целюлоза є основою деревини, вона використовується у будівництві, при виробництві тканин, паперу, спирту та багатьох органічних речовин. Целюлоза хімічно інертна і розчиняється ні кислотах, ні лугах. Вона також не розщеплюється ферментами травної системи людини, проте її перетравленню сприяють бактерії товстого кишечника. Крім того, клітковина стимулює скорочення стінок шлунково-кишкового тракту, сприяючи покращенню його роботи.
Хітін— це полісахарид, мономером якого є азотомісткий моносахарид. Він входить до складу клітинних стінок грибів і панцирів членистоногих. У травній системі людини також відсутній фермент перетравлення хітину, його мають лише деякі бактерії.
Функції вуглеводів.Вуглеводи виконують у клітині пластичну (будівельну), енергетичну, запасну та опорну функції. Вони утворюють клітинні стінки рослин та грибів. Енергетична цінність розщеплення 1 г вуглеводів становить 17,2 кДж. Глюкоза, фруктоза, сахароза, крохмаль та глікоген є запасними речовинами. Вуглеводи можуть також входити до складу складних ліпідів та білків, утворюючи гліколіпіди та глікопротеїни, зокрема у клітинних мембранах. Не менш важливою представляється роль вуглеводів у міжклітинному впізнанні та сприйнятті сигналів зовнішнього середовища, оскільки вони у складі глікопротеїнів виконують функції рецепторів.
Ліпіди - це різнорідна в хімічному відношенні група низькомолекулярних речовин із гідрофобними властивостями. Дані речовини нерозчинні у воді, утворюють емульсії, але при цьому добре розчиняються в органічних розчинниках. Ліпіди масляністи на дотик, багато хто з них залишає на папері характерні невисихаючі сліди. Разом з білками та вуглеводами вони є одними з основних компонентів клітин. Вміст ліпідів у різних клітинах неоднаковий, особливо багато їх у насінні та плодах деяких рослин, у печінці, серці, крові.
Залежно від будови молекули ліпіди ділять на прості та складні. До простих ліпідів відносяться нейтральні ліпіди (жири), воски, стерини та стероїди. Складні ліпіди містять інший, неліпідний компонент. Найбільш важливими з них є фосфоліпіди, гліколіпіди та ін.
Жири є похідними триатомного спирту гліцерину та вищих жирних кислот. Більшість жирних кислот містить 14-22 вуглецевих атоми. Серед них є як насичені, так і ненасичені, тобто такі, що містять подвійні зв'язки. З насичених жирних кислот найчастіше зустрічаються пальмітинова та стеаринова, а з ненасичених – олеїнова. Деякі ненасичені жирні кислоти не синтезуються в організмі людини або синтезуються в недостатній кількості, і тому незамінні. Залишки гліцерину утворюють гідрофільні "головки", а залишки жирних кислот - "хвости".
Білки - Це високомолекулярні сполуки, біополімери, мономерами яких є амінокислоти, пов'язані пептидними зв'язками.
Амінокислотоюназивають органічну сполуку, що має аміногрупу, карбоксильну групу та радикал. Всього в природі зустрічається близько 200 амінокислот, які відрізняються радикалами та взаємним розташуванням функціональних груп, але тільки 20 з них можуть входити до складу білків. Такі амінокислоти називають протеїногенними.
На жаль, не всі протеїногенні амінокислоти можуть синтезуватися в організмі людини, тому їх ділять на замінні та незамінні.
Замінні амінокислоти утворюються в організмі людини у необхідній кількості, а незамінні – ні. Вони повинні надходити з їжею, але можуть і частково синтезуватись мікроорганізмами кишечника. Повністю незамінних амінокислот налічується 8. До них відносяться валін, ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, треонін, триптофан і фенілаланін. Незважаючи на те, що в рослинах синтезуються абсолютно всі протеїногенні амінокислоти, рослинні білки є неповноцінними, оскільки не містять повного набору амінокислот, до того ж наявність білка у частинах рослин вегетативних рідко перевищує 1-2% маси. Тому необхідно вживати в їжу білки не тільки рослинного, а й тваринного походження.
Послідовність з двох амінокислот, пов'язаних пептидними зв'язками, називається дипептидом, з трьох-трипептидом і т. д. Серед пептидів зустрічаються такі важливі сполуки, як гормони (окситоцин, вазопресин), антибіотики та ін. Ланцюжок з більш ніж десяти амінокислот називається поліпептидом, поліпептиди, що містять понад 50 амінокислотних залишків, це білки.
рівні структурної організації білка.Білки можуть мати первинну, вторинну, третинну та четвертинну структури.
Первинна структура білка- Це послідовність амінокислот, з'єднаних пептидним зв'язком. Первинна структура в кінцевому підсумку визначає специфічність білка і його унікальність, оскільки, якщо навіть припустити, що в середньому білок містить 500 амінокислотних залишків, то їх можливих комбінацій становить 20 500. Тому зміна розташування хоча б однієї амінокислоти в первинній структурі тягне вторинної та більш високих структур, а також властивостей білка в цілому.
Особливості будови білка зумовлюють його просторове укладання - виникнення вторинної та третинної структур.
Вторинна структураявляє собою просторове укладання білкової молекули у вигляді спіралі або складок, що утримується водневими зв'язками між атомами кисню та водню пептидних угруповань різних витків спіралі або складок. Багато білків містять більш-менш довгі ділянки з вторинною структурою. Це, наприклад, кератини волосся та нігтів, фіброїн шовку.
Третинна структурабілка також є формою просторового укладання поліпептидного ланцюга, що утримується гідрофобними, водневими, дисульфідними (S-S) та іншими зв'язками. Вона властива більшості білків організму, наприклад міоглобіну м'язів.
Четвертична структура— найбільш складна, утворена кількома поліпептидними ланцюгами, з'єднаними в основному тими ж зв'язками, що й у третинному (гідрофобними, іонними та водневими), а також іншими слабкими взаємодіями. Четвертична структура характерна для небагатьох білків, таких як гемоглобін, хлорофіл та ін.
За формою молекули розрізняють фібрилярні та глобулярні білки. Перші з них витягнуті, як, наприклад, колаген сполучної тканини або кератини волосся та нігтів. Глобулярні білки мають форму клубка (глобули), як міоглобін м'язів.
Прості та складні білки. Білки можуть бути простими та складними. Прості білки складаються тільки з амінокислот, тоді як складні білки (ліпопротеїни, хромопротеїни, глікопротини, нуклеопротеїни та ін) містять білкову та небілкову частини. Хромопротеїни містять забарвлену небілкову частину. До них відносяться гемоглобін, міоглобін, хлорофіл, цитохроми та ін.
Так, у складі гемоглобіну кожен із чотирьох поліпептидних ланцюгів білка глобіну пов'язаний з небілковою частиною — гемом, у центрі якого знаходиться іон заліза, що надає гемоглобіну червоного забарвлення. Небілковою частиною ліпопротеїнів є ліпід, аглікопротеїнів – вуглевод. Як ліпопротеїни, і глікопротеїни входять до складу клітинних мембран. Нуклеопротеїни є комплексами білків і нуклеїнових кислот (ДНК і РНК). Вони виконують найважливіші функції у процесах зберігання та передачі спадкової інформації.
Властивості білків.Багато білків добре розчиняються у воді, проте є серед них і такі, які розчиняються тільки в розчинах солей, лугів, кислот або органічних розчинниках. Структура молекули білка та її функціональна активність залежить від умов довкілля. Втрата білкової молекулою своєї структури, до первинної, називається денатурацією.
Денатураціявідбувається внаслідок зміни температури, рН, атмосферного тиску, під дією кислот, лугів, солей важких металів, органічних розчинників і т.п. ренатурацієюОднак він не завжди можливий. Повне руйнування білкової молекули називається деструкцією.
Білки виконують у клітині ряд функцій: пластичну (будівельну), каталітичну (ферментативну), енергетичну, сигнальну (рецепторну), скорочувальну (рухову), транспортну, захисну, регуляторну та запасну.
Будівельна функція білків пов'язана з їх наявністю в клітинних мембранах та структурних компонентівклітини. Енергетична — обумовлена тим, що з розщепленні 1 р білка вивільняється 17,2 кДж енергії. Білки-рецептори мембран беруть активну участь у сприйнятті сигналів навколишнього середовища та їх передачі клітиною, а також у міжклітинному впізнанні. Без білків неможливий рух клітин та організмів у цілому, оскільки вони становлять основу джгутиків та вій, а також забезпечують скорочення м'язів та переміщення внутрішньоклітинних компонентів. У крові людини та багатьох тварин білок гемоглобін переносить кисень та частину вуглекислого газу, інші білки транспортують іони та електрони. Захисна роль білків пов'язана, в першу чергу, з імунітетом, оскільки інтерферон білок здатний знищувати багато вірусів, а білки-антитіла пригнічують розвиток бактерій та інших чужорідних агентів. Серед білків та пептидів чимало гормонів, наприклад, гормон підшлункової залози, інсулін, що регулює концентрацію глюкози у крові. У деяких організмів білки можуть відкладатися в запас, як у бобових у насінні, або білки курячого яйця.
Нуклеїнові кислоти - Це біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. В даний час відомо два типи нуклеїнових кислот: рибонуклеїнова (РНК) та дезоксирибонуклеїнова (ДНК).
Нуклеотид утворений азотистою основою, залишком цукру-пентози та залишком ортофосфорної кислоти. Особливості нуклеотидів в основному визначаються азотистими основами, що входять до їх складу, тому навіть умовно нуклеотиди позначаються за першими літерами їх назв.
До складу нуклеотидів можуть входити п'ять азотистих основ: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т), урацил (У) та цитозин (Ц). Пентози нуклеотидів - рибоза та дезоксирибозу - визначають, який нуклеотид буде утворений - рибонуклеотид або дезоксирибонуклеотид. Рибонуклеотиди є мономерами РНК, можуть виступати як сигнальні молекули (цАМФ) і входити до складу макроергічних сполук, наприклад АТФ, і коферментів, таких як НАДФН + Н + , НАДН + Н + , ФАДН 2 та ін, а дезоксирибонуклеотиди входять до складу ДНК.
Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК)- дволанцюжковий біополімер, мономерами якого є дезоксирибонуклеотиди. До складу дезоксирибонуклеотидів входять лише чотири азотисті основи з п'яти можливих - аденін (А), тимін (Т), гуанін (Г) і цитозин (Ц), а також залишки дезоксирибози та ортофосфорної кислоти. Нуклеотиди в ланцюзі ДНК з'єднуються між собою через залишки ортофосфорної кислоти, утворюючи фосфодіефірний зв'язок. При утворенні дволанцюгової молекули азотисті основи спрямовані всередину молекули. Однак з'єднання ланцюгів ДНК відбувається не випадково - азотисті основи різних ланцюгів з'єднуються між собою водневими зв'язками за принципом комплементарності: аденін з'єднується з тиміном двома водневими зв'язками (А=Т), а гуанін з цитозином - трьома (Г≡Ц).
Для неї було встановлено правила Чаргафа :
1. Кількість нуклеотидів ДНК, що містять аденін, дорівнює кількості нуклеотидів, що містять тімін (А=Т).
2. Кількість нуклеотидів ДНК, що містять гуанін, дорівнює кількості нуклеотидів, що містять цитозин (Г≡Ц).
3. Сума дезоксирибонуклеотидів, що містять аденін та гуанін, дорівнює сумі дезоксирибонуклеотидів, що містять тімін та цитозин (А+Г = Т+Ц).
4.Ставлення суми дезоксирибонуклеотидів, що містять аденін і тимін, до суми дезоксирибонуклеотидів, що містять гуанін та цитозин, залежить від виду організмів.
Структура ДНК була розшифрована Ф. Криком та Д. Вотсоном ( Нобелівська преміяз фізіології та медицини, 1962 р.). Згідно з їхньою моделлю, молекула ДНК являє собою правозакручену подвійну спіраль. Відстань між нуклеотидами в ланцюзі ДНК дорівнює 0,34 нм.
Найважливішим властивістю ДНК є здатність до реплікації (самоподвоєння). Основною функцією ДНК є зберігання та передача спадкової інформації, яка записана у вигляді послідовностей нуклеотидів. Стабільність молекули ДНК підтримується за рахунок потужних систем репарації (відновлення), але навіть вони не здатні повністю усунути несприятливі впливи, що зрештою призводить до виникнення мутацій. ДНК еукаріотичних клітин зосереджена в ядрі, мітохондріях та пластидах, а прокаріотичних – знаходиться прямо в цитоплазмі. Ядерна ДНК є основою хромосом, вона представлена незамкнутими молекулами. ДНК мітохондрій, пластид та прокаріот має кільцеву форму.
Рибонуклеїнова кислота (РНК)- Біополімер, мономерами якого є рибонуклеотиди. Вони містять також чотири азотисті основи - аденін (А), урацил (У), гуанін (Г) і цитозин (Ц), відрізняючись тим самим від ДНК по одній з основ (замість тиміну в РНК зустрічається урацил). Залишок цукру-пентози у рибонуклеотидах представлений рибозою. РНК — переважно одноланцюгові молекули, крім деяких вірусних. Виділяють три основні типи РНК: інформаційні або матричні (іРНК, мРНК), рибосомальні (рРНК) і транспортні (тРНК). Усі вони утворюються у процесі транскрипції — переписування з молекул ДНК.
іРНК складають найменшу фракцію РНК у клітині (2-4 %), що компенсується їх різноманітністю, тому що в одній клітині можуть міститися тисячі різних іРНК. Це одноланцюгові молекули, що є матрицями для синтезу поліпептидних ланцюгів. Інформація про структуру білка записана у вигляді послідовностей нуклеотидів, причому кожну амінокислоту кодує триплет нуклеотидів — кодон.
рРНК є найбільш численним типом РНК у клітині (до 80 %). Їхня молекулярна маса становить у середньому 3000-5000; утворюються в ядерцях і входять до складу клітинних органоїдів - рибосом. рРНК, мабуть, також відіграють певну роль процесі синтезу білка.
тРНК — найменші молекул РНК, оскільки містять всього 73-85 нуклеотидів. Їх частка від загальної кількості РНК клітини становить близько 16%. Функція тРНК – транспорт амінокислот до місця синтезу білка (на рибосоми). За формою молекули тРНК нагадують листок конюшини. На одному з кінців молекули знаходиться ділянка для прикріплення амінокислоти, а в одній із петель — триплет нуклеотидів, комплементарний кодону іРНК і визначальний, яку саме амінокислоту переноситиме тРНК — антикодон.
Усі типи РНК беруть активну участь у процесі реалізації спадкової інформації, яка з ДНК переписується на іРНК, але в останній здійснюється синтез білка. тРНК у процесі синтезу білка доставляє амінокислоти до рибосом, а рРНК входить до складу безпосередньо рибосом.
Аденозинтрифосфорна кислота (АТФ) — це нуклеотид, що містить, крім азотистої основи аденіну та залишку рибози, три залишки фосфорної кислоти.
Зв'язки між двома останніми фосфорними залишками - макроергічні (при розщепленні виділяється 42 кДж/моль енергії), тоді як стандартний хімічний зв'язок при розщепленні дає 12 кДж/моль. При необхідності в енергії макроергічний зв'язок АТФ розщеплюється, утворюються аденозиндифосфорна кислота (АДФ), фосфорний залишок та виділяється енергія:
АТФ + Н 20 → АДФ + Н 3 Р0 4 + 42 кДж.
АДФ також може розщеплюватися з утворенням АМФ (аденозинмонофосфорної кислоти) та залишку фосфорної кислоти:
АДФ + Н 20 → АМФ + Н 3 Р0 4 + 42 кДж.
У процесі енергетичного обміну (при диханні, бродінні), а також у процесі фотосинтезу АДФ приєднує фосфорний залишок та перетворюється на АТФ. Реакція відновлення АТФ називається фосфорилуванням. АТФ є універсальним джерелом енергії всім процесів життєдіяльності живих організмів.
Вивчення хімічного складу клітин всіх живих організмів показало, що вони містять одні й самі хімічні елементи, хімічні речовини, виконують однакові функції. Більш того, ділянка ДНК, перенесена з одного організму в інший, працюватиме в ньому, а білок, синтезований бактеріями або грибами, виконуватиме функції гормону або ферменту в організмі людини. Це є одним із доказів єдності походження органічного світу.
Жири виконують у клітинах переважно запасає функцію і є джерелом енергії. Ними багата підшкірна жирова клітковина, що виконує амортизаційну та термоізоляційну функції, а у водних тварин - ще й підвищує плавучість. Жири рослин здебільшого містять ненасичені жирні кислоти, внаслідок чого вони є рідкими і називаються маслами.
Віски- це складні суміші жирних кислот та жирних спиртів. У рослин вони утворюють плівку на поверхні листа, яка захищає від випаровування, проникнення патогенів тощо. У ряду тварин вони покривають тіло або служать для побудови стільників.
До стеринів відноситься такий ліпід, як холестерол - обов'язковий компонент клітинних мембран, а до стероїдів - статеві гормони естрадіол, тестостерон та ін.
Фосфоліпіди, крім залишків гліцерину та жирних кислот, містять залишок ортофосфорної кислоти. Вони входять до складу клітинних мембран та забезпечують їх бар'єрні властивості.
Гліколіпіди також є компонентами мембран, але їх вміст там невеликий. Неліпідною частиною гліколіпідів є вуглеводи.
Функції ліпідів.Ліпіди виконують у клітині пластичну (будівельну), енергетичну, запасну, захисну та регуляторну функції, крім того, вони є розчинниками для низки вітамінів. Це обов'язковий компонент клітинних мембран. При розщепленні 1 г ліпідів виділяється 38,9 кДж енергії. Вони відкладаються в запас у різних органах рослин та тварин. До того ж підшкірна жирова клітковина захищає внутрішні органи від переохолодження або перегрівання, а також ударів. Регуляторна функція ліпідів пов'язана з тим, деякі з них є гормонами.

Органічні сполуки становлять загалом 20-30 % маси клітини живого організму.

До них відносяться біологічні полімери:

- білки

Нуклеїнові кислоти

Вуглеводи

Ряд невеликих молекул - гормони, пігменти, амінокислоти, прості цукри, нуклеотиди і т.д.

Різні типиклітин відрізняються кількісним вмістом органічних сполук. Так, у рослинних клітинах переважають вуглеводи. Навпаки, білки у більшій кількості містяться у тваринній клітині, ніж у рослинній (40-50 % проти 20-35 %). Тим не менш, кожна з груп органічних речовин в клітині будь-якого типу виконує подібні функції.

Білки займають перше місце серед органічних речовин клітини як за кількістю, і за значенням.

Білки - це високомолекулярні полімерні сполуки, мономером яких є амінокислоти.

Ланцюги амінокислот називаються пептидами.

Білки – це пептиди, але більшої довжини (поліпептиди). Кордон між істинними білками та пептидами умовна: білками вважають пептиди, ланцюг яких містить понад 50 амінокислотних залишків (молекулярна маса білків від 5 тисяч дальтонів і вище).

Амінокислоти з'єднуються між собою пептидним зв'язком.

Пептидна зв'язок виникає при утворенні білків і пептидів внаслідок взаємодії аміногрупи (-NH2) однієї амінокислоти з карбоксильною групою (-СООН) іншої амінокислоти.

Схема пептидного зв'язку

Усього біохімікам відомо близько 200 різних природних амінокислот.20 амінокислот, що виявляються в білках, - це протеїногенні амінокислоти - тобто амінокислоти, з яких будуються білкові молекули. У людини зустрічається 5 млн. типів білкових молекул, відмінних як друг від друга, а й від білків інших організмів.

Чотири рівні структурної організації:

третинна структура	характеризує просторове укладання молекул білка, якщо вона утворена одним поліпептидним ланцюгом. Визначено нековалентними взаємодіями між спіральними та /3-структурними ділянками поліпептидного ланцюга в сукупності із взаємодіями R-груп та функціональних груп кістяка молекули. Третинна структура має пряме відношеннядо форми молекул білка, яка може бути кулястою (глобулярною) або ниткоподібною (фібрилярною). Дисульфідні (S-S) зв'язки не визначають характер зсідання поліпептидного ланцюга, але стабілізують третинну структуру після завершення процесу згортання. Такі зв'язки утворюються спонтанно, коли відповідні-SH-групи виявляються поруч.	згортання спіралі в більш тісне утворення за рахунок додаткового «зшивання» слабкими зв'язками
Четвертична структура	характеризує просторове взаєморозташування субодиниць білка в тому випадку, якщо він складається з більш ніж одного поліпептидного ланцюга.

Денатурація білка -порушення структурної організації білків (втрата структури, властивої даної білкової молекули) внаслідок зміни фізичних умов, зокрема зміна рН, температури чи обробка водними розчинами деяких неорганічних речовин.

При денатурації молекула розгортається та втрачає здатність виконувати свою звичайну біологічну функцію. Ця зміна може мати тимчасовий чи постійний характер, але амінокислотна послідовність у молекулі білка залишається незмінною.

Денатурований білок істотно відрізняється за своєю просторовою організацією від білка в природному (нативному) стані і позбавлений біологічної активності. Денатуруючі впливи тією чи іншою мірою руйнують нековалентну структуру нативного білка (вторинну, третинну та четвертинну). Деякі білки при незначних змінах структури не втрачають біологічної активності, інші навіть за незначних перебудов, які не фіксуються звичайними методами, повністю інактивуються.

Ренатурація білка -відновлення структури білка та його функціональної активності при відновленні нормальних умов середовища повністю.

Ця властивість білків повністю відновлювати втрачену структуру широко використовується в медичній та харчовій промисловості для приготування деяких медичних препаратів, наприклад антибіотиків, для отримання харчових концентратів, які тривалий час зберігають у висушеному вигляді свої поживні властивості, вакцин, сироваток, ферментів.

Функції білків

будівельна (структурна)	білки беруть участь в утворенні всіх клітинних мембран та органоїдів клітини, а також позаклітинних структур.
каталітична	ферменти - речовини білкової природи, вони прискорюють хімічні реакції, що протікають у клітині, у десятки та сотні тисяч разів.
Двигуна	забезпечується спеціальними скорочувальними білками. Ці білки беруть участь у всіх видах руху, до яких здатні клітини та організми: утворення псевдоподій, мерехтіння вій і биття джгутиків у найпростіших, скорочення м'язів у багатоклітинних тварин, рух листя у рослин та ін.
Транспортна	полягає в приєднанні хімічних елементів (наприклад, кисню) або біологічно активних речовин (гормонів) та перенесенні їх до різних тканин та органів тіла.
захисна	При вступі до організму чужорідних білків чи мікроорганізмів у білих кров'яних тільцях - лейкоцитах - утворюються особливі білки - антитіла. Вони пов'язують та знешкоджують невластиві організму речовини (антигени)
енергетична	При повному розщепленні 1 г білка виділяється 17,6 кДж енергії

Вуглеводи ( сахариди)

Органічні речовини із загальною формулою С n (Н 2 Про) m

У тваринній клітині вміст вуглеводів становить 1-2% (5%).

У рослинній клітині досягає 90% сухої маси (клубні картоплі, насіння тощо).

Класи вуглеводів

олігосахариди

містять 2-10 моносахаридних залишків Найбільш важливі дисахариди- мальтоза, лактоза та сахароза. Мальтоза утворюється з крохмалю в його перетравлення, вона складається з двох залишків глюкози. Лактоза (молочний цукор), що міститься тільки в молоці, складається з глюкози та галактози. Сахароза (тростинний цукор) найбільш поширена в рослинах. До її складу входять глюкоза та фруктоза.

полісахариди

містять більше 10 залишків мономеру крохмалю, глікогену, целюлози -глюкозу.

У глікогену має довжина менше гілочок - 11-18 залишків глюкози і більш розгалужений - через кожні 8-10 залишків. За рахунок цих особливостей глікоген компактніше укладений, що важливо для тваринної клітини. Целюлоза ферментами людини не перетравлюється. Але в товстому кишечнику під дією мікрофлоридо 75% її кількості гідролізується з утворенням целобіозу та глюкози. Глюкоза частково використовується самою мікрофлорою та окислюється до органічних кислот (масляної, молочної), що стимулюють перистальтику кишечника. Частково глюкоза може всмоктуватись у кров. Основна роль целюлози для людини:

стимулювання перистальтики кишечника,
формування калових мас,
стимуляція жовчовиділення,
абсорбція холестеролу та інших речовин, що перешкоджає їх всмоктуванню.

Функції вуглеводів

Ліпіди.

Це нерозчинні у воді органічні речовини, які можна витягти з клітин органічними розчинниками (ефіром, хлороформом, бензолом). Їх поєднує лише одна властивість – гідрофобність

Ліпіди складаються з жирних кислот та спиртів. Зокрема, лдна молекула гліцерину (трихатомного спирту) і три молекули жирної кислоти утворюють одну молекулу ліпіду і три молекули води.

По відношенню до гідролізу в лужному середовищі всі ліпіди поділяють на великі групи: омилюваніі неомилювані.

Справжні ліпіди – складні ефіри жирних кислот та будь-якого спирту.

Жирні кислоти, що є компонентами ліпідів, у вільному вигляді у природі зустрічаються рідко.

Жирні кислоти, що входять до складу ліпідів, складаються з довгого ланцюга атомів вуглецю та водню, сполученого з карбоксильною групою (СООН). Саме вуглеводневі хвости молекул визначають багато властивостей ліпідів, у тому числі і нерозчинність їх у воді. Вуглеводневі хвости гідрофобні.

Найпоширеніші з ліпідів, що зустрічаються в природі, - нейтральні жири.Ці сполуки є ефірами жирних кислот і гліцерину СН 2 ОН-СНОН-СН 2 ОН. Одна, дві або три гідроксильні групи гліцерину можуть вступати в реакцію конденсації з жирною кислотою. Найчастіше в реакцію вступають усі три гідроксильні групи, утворюючи тригліцериди.

Тригліцериди прийнято ділити на жири та олії залежно від того, чи залишаються вони твердими при 20 0 С (жири) або мають при цій температурі рідку консистенцію (олії).

Функції жирів

Вміст жиру в клітині коливається в межах 5-15% маси сухої речовини. У клітинах жирової тканини кількість жиру зростає до 90%. В організмі тварин, що впадають у сплячку, накопичується надлишок жиру, у хребетних тварин жир відкладається ще й під шкірою – у так званій підшкірній клітковині, де він служить для теплоізоляції. Одним із продуктів окислення жирів є вода. Ця метаболічна вода є дуже важливою для мешканців пустель. Так, жир, яким заповнений горб верблюда, служить насамперед не джерелом енергії, а джерелом води.

Широко представлені у тваринному та рослинному світі стероїди. Вони виконують ряд важливих біохімічних та фізіологічних функцій – це жовчні кислоти та їх солі, статеві гормони, вітамін D, холестерол, гормони кори надниркових залоз тощо.

Відповіді до шкільних підручників

Елементи, що зустрічаються в живій природі, широко поширені і в неживій природі - атмосфері, воді, земної кори. Немає таких елементів, які зустрічалися виключно в живих організмах. Але співвідношення хімічних елементів, їхній внесок у освіту речовин, що становлять живий організм і неживе тіло, різко різняться. У живому організмі більшість елементів перебуває у вигляді хімічних сполук- Речовин, розчинених у воді. Винятково у живих організмах містяться органічні речовини: білки, жири, вуглеводи та нуклеїнові кислоти.

2. Чи подібний хімічний склад рослинної та тваринної клітин?

Хімічний склад рослинної та тваринної клітин подібний. Всі живі організми складаються з тих самих елементів, неорганічних і органічних сполук. Однак вміст різних елементів у різних клітинах відрізняється. У кожен тип клітин входить неоднакова кількість певних органічних молекул. У рослинних клітинах переважають складні вуглеводи (клітковина, крохмаль), у тварин – більше білків та жирів. Кожна з груп органічних речовин (білки, вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти) у будь-якому типі клітин виконує властиві їй функції (нуклеїнова кислота – зберігання та передачу спадкової інформації, вуглеводи – енергетичну тощо).

3. Перерахуйте елементи, найпоширеніші у живих організмах.

До складу клітки входить близько 80 хімічних елементів. Залежно від цього, у якому числі містяться хімічні елементи у складі речовин, що утворюють живий організм, прийнято виділяти кілька груп. Одну групу утворюють чотири елементи, що становлять близько 98% маси клітини: кисень, водень, вуглець та азот. Їх називають макроелементами. Це домінуючі складові всіх органічних сполук.

В іншу групу входять сірка та фосфор, калій та натрій, кальцій та магній, марганець, залізо та хлор. Вони знаходяться в клітинах у менших кількостях (десяті та соті частки відсотка). Кожен із них виконує у клітині важливу функцію. Наприклад, кальцій і фосфор беруть участь у освіті кісткової тканини, визначаючи міцність кістки. Залізо входить до складу гемоглобіну - білка червоних кров'яних тілець (еритроцитів), що бере участь у перенесенні кисню від легень до тканин.

4. Які речовини належать до органічних?

До органічних речовин належать білки, нуклеїнові кислоти, жири, вуглеводи, а також гормони, пігменти, АТФ та деякі ін. Вони становлять у середньому 20-30% маси клітини живого організму.

5. У чому полягає роль білків у клітині?

Серед органічних речовин клітини білки посідають перше місце як за кількістю, і за значенням. У тварин ними припадає близько 50% сухої маси клітини.

Роль білків у клітині надзвичайно велика і різноманітна. Одна з найважливіших функцій білків - будівельна: білки беруть участь у формуванні мембран та органоїдів не мембранної будови. Важливе значення має й інша функція - каталітична: певні білки прискорюють хімічні реакції, що протікають у клітині, у десятки та сотні тисяч разів.

Двигуна функція організму забезпечується скорочувальними білками. Ці білки беруть участь у всіх видах руху, яких здатні клітини і організми тварин.

Транспортна функція білків полягає у приєднанні хімічних елементів (наприклад, кисню) або біологічно активних речовин (гормонів) та перенесенні їх до різних тканин та органів тіла.

При вступі до організму чужорідних білків чи мікроорганізмів у білих кров'яних тільцях (лейкоцитах) утворюються особливі білки - антитіла. Вони пов'язують та знешкоджують невластиві організму речовини. У цьому полягає захисна функція білків.

Білки є одним із джерел енергії в клітині, тобто виконують енергетичну функцію.

6. Які речовини є основним джерелом енергії?

Основним джерелом енергії у клітинах тварин та рослин є вуглеводи. До них відносяться глюкоза, сахароза, клітковина, крохмаль та ін. «Спалюючи» глюкозу, організм отримує необхідну енергію для процесів обміну речовин, що проходять в ньому. Живі організми можуть запасати вуглеводи у вигляді крохмалю (у рослин) та глікогену (у тварин та грибів). У бульбах картоплі крохмаль може становити до 80% маси, а у тварин особливо багато вуглеводів у клітинах печінки та м'язах – до 5%.

Вуглеводи виконують інші функції, наприклад опорну і захисну. Клітковина входить до складу деревини, хітин утворює зовнішній скелет комах, ракоподібних та інших членистоногих.

7. Охарактеризуйте роль жирів у організмі.

Жири виконують в організмі ряд функцій, наприклад, служать запасним джерелом енергії. Вони дають організму до 30% всієї необхідної енергії. Виконують жири та будівельну функцію, входячи обов'язковими компонентами до складу клітинної та ядерної мембран. У деяких тварин жири накопичуються у великих кількостях і служать утеплювачем, тобто оберігають організм від втрати тепла (наприклад, у китів товщина жирового шару досягає 1 м).

Велике значення мають жири як внутрішній резерв води: в результаті розщеплення 1 кг жиру утворюється до 1,1 кг води. Це дуже важливо для тварин, що впадають у зимову сплячку, - ховрахів, бабаків: завдяки своїм підшкірним жировим запасам вони можуть не пити в цей час до двох місяців. Верблюди під час переходів пустелею обходяться без пиття до двох тижнів - необхідну організму воду вони витягають зі своїх горбів - вмістилищ жиру.

8. Яка роль води у клітці?

Найпоширеніша неорганічна сполука у живих організмах - вода. Її зміст коливається в широких межах: у клітинах емалі зубів - близько 10%, а в клітинах зародка, що розвивається, - більше 90%. У середньому, у багатоклітинному організмі вода становить близько 80% маси тіла. Насамперед, вода визначає фізичні властивості клітини, її об'єм, пружність. Численні хімічні реакції проходять саме у водному середовищі, оскільки вода – добрий розчинник. Та й сама вода бере участь у багатьох хімічних перетвореннях.

Вода допомагає видаленню з організму непотрібних і шкідливих речовин, що утворюються в результаті обміну (видільна функція), сприяє переміщенню кисню, вуглекислого газу та поживних речовин по організму (транспортна функція).

Вода має гарну теплопровідність і велику теплоємність. При зміні температури довкілля вода поглинає чи виділяє теплоту. Внаслідок цього температура всередині клітини залишається незмінною або її коливання виявляються значно меншими, ніж у навколишньому клітині середовищі (теплорегулююча функція).

9. Назвіть відомі вам вуглеводи.

До вуглеводів відносять такі природні органічні сполуки: глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, лактозу, хітин, крохмаль, глікоген та целюлозу.

10. Яку роль виконують у клітині нуклеїнові кислоти?

Нуклеїнові кислоти відповідальні за зберігання та передачу спадкових ознак від батьків до потомства. Вони входять до складу хромосом - особливих структур, розташованих у клітинному ядрі. Нуклеїнові кислоти знаходяться також у цитоплазмі та її органоїдах.

11. Який хімічний склад живих організмів?

Найбільш поширені елементи в живих організмах – кисень, вуглець, водень та азот. До складу живих організмів входять органічні речовини (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти) та неорганічні речовини (вода, мінеральні солі).