Хімічний склад живих організмів

Хімічний склад живих організмів — важлива характеристика, яка визначає структурні особливості, будову і функції Їх на субклітинному, клітинному, тканинному і організменному рівнях.

Усі живі організми — від бактерій до вищих тварин і людини — складаються з одних і тих самих хімічних сполук — органічних і неорганічних, причому в приблизно однакових співвідношеннях. Характерно, що дані сполуки виконують специфічні для всієї живої природи функції. В цьому реалізується важливий принцип біохімічної єдності всіх форм життя.

Основними хімічними сполуками, що входять до складу всіх живих організмів, є білки, вуглеводи, ліпіди, мінеральні солі, вода. Так, до складу організму людини масою 70 кг входить 21,4 % білків (15 кг), І —вуглеводів (0,7), 10 — ліпідів (7), 10 — мінеральних речовин (7) і 57 % води (40 кг).Крім того, в складі живих організмів міститься велика кількість інших органічних сполук — карбонових кислот, спиртів, амінів, альдегідів, кетонів та ін. У рослинах містяться також алкалоїди, барвники, дубильні речовини, ефірні масла, пігменти тощо. Важливу групу складають біологічно-активні сполуки, що виконують в організмі досить специфічні функції. До них належать вітаміни, гормони, ферменти, антибіотики, отрути. Кожна з цих груп сполук входить до складу живих організмів у певних співвідношеннях і виконує досить важливі і специфічні функції.

Отже, як видно з наведених даних, найбільшу масову частку серед хімічних сполук, які входять до складу живих організмів, становить вода. В деяких нижчих організмів майже 99 % всієї маси — це вода. Однак незважаючи на те, що масова частка інших сполук у клітинах значно нижча, саме ці сполуки та сукупність різноманітних процесів, в яких вони беруть участь, унікальні для кожної клітини.

Хімічний склад клітин живих організмів значною мірою залежить від функцій, які вони виконують. Тому, незважаючи на подібність хімічного складу бактерії Е. соїі та вищих організмів на клітинному рівні, між ними існують істотні відмінності. Так, клітини Е.соїі значно відрізняються від клітин печінки, клітини печінки — від клітин жирової тканини тощо.

Для кожного виду клітин, органів і тканин властивий свій хімічний склад, тісно пов'язаних з їх функціями.

Запитання і вправи для самоконтролю

1. У чому суть життя як вищої форми існування живої матерії?

2. Які основні етапи утворення живих систем?

3. Що таке протобіонтн та еубіонти?

4. Яка роль добіологічного природного добору?

5. Яка роль хімічної та біологічної еволюції у вдосконаленні живих систем?

6. Дати характеристику механізмів, які забезпечують існування живих організмів як високоорганізованих, спеціалізованих та впорядкованих систем.

7. Яка роль клітин у забезпеченні структури та функцій організму?

8. Які є види клітин, їх форма та функції?

9. Дати загальну характеристику клітин про- та еукаріот.

10. Які особливості будови тваринної та рослинної клітин?

11. Які функції структурних компонентів клітини?

12. Дати характеристику органел рослинної і тваринної клітин.

13. Яка будова та функції мембранних структур клітини?

14. Яка будова та функції цитоплазматичної мембрани?

15. Що таке активний та пасивний транспорт?

16. Які особливості будови мітохондрій та хлоропластів?

17. Які функції лізосом? л

18. Що таке ендоплазматичний ретикулум, його функції?

19. Яка біологічна функція рибосом?

20. Замалюйте будову мітохондрій і рибосом.

21. Замалюйте будову рослинної і тваринної клітин.

22. Складіть порівняльну таблицю будови клітин про- та еукаріот.

ЧАСТИНА І СТАТИЧНА БІОХІМІЯ

РОЗДІЛ II. БІЛКИ

Білки — високомолекулярні органічні сполуки, азотовмісні нерегулярні біополімери, побудовані з великої кількості залишків амінокислот, сполучених пептидним та іншими видами зв'язків. Свою назву білки дістали від яєчного білка, що з давних-давен використовувався як харчовий продукт. Уперше термін «білки» було застосовано за аналогією з яєчним білком французьким фізіологом Ф. Кене в 1747 р. Пізніше, в 1838 p., дослідником Н. Мульдером білки були названі протеїнами (від грец. npcoT&iov — перший, найважливіший). Нині у літературі використовуються обидва терміни.

Білки є найважливішими в біологічному відношенні і найскладнішими за своєю хімічною структурою сполуками. Вони становлять структурну і функціональну основу всіх живих організмів.

Білки в організмі виконують найрізноманітніші функції.

Структурна функція. Білки в середньому становлять 18—21 % загальної сирої маси організму людини і тварин і до 45—50 % їх сухої маси. Як видно із табл. З, найбільша кількість білків міститься в паренхіматозних органах — селезінці, легенях, нирках та м'язах. Найменша кількість їх міститься у кістковій тканині. Білки входять до складу усіх органів і тканин. Вони беруть участь в утворенні структурної основи клітин і їх органел — мембранних структур, мітохонд-рій, рибосом, цитоплазми. Людині і вищим тваринам білки необхідні для утворення стінок судин, формування покривних, м'язових і сполучних гкании організму, вони становлять основу органічної частини кісткової тканини, хрящів, зв'язок і сухожилля.

Каталітична функція. Усі ферменти — біологічні каталізатори, що зумовлюють перебіг хімічних реакцій в організмі — мають білкову природу. Вони є необхідними для життєдіяльності кожного живого організму.

За участю ферментів у клітинах одночасно проходить багато різних хімічних реакцій, які забезпечують синтез і розщеплення різноманітних сполук з досить великою швидкістю за звичайних температурі і тиску. Зараз відомо близько 2 тисяч білків, які ферментативно активні і більше 200 з яких виділено в кристалічному стані.

Гормональна функція. Значна кількість гормонів також є білками або продуктами білкового обміну. Це, зокрема, такі гормони, як ін-

Таблиця 3. Вміст білків у тканинах різних органів людини і тварини, % на

суху масу

Органи і тканини

.2 *

= .5 то

Органи і тканини

Органи І тканини

Вміст білка

Селезінка		Серце		Шкіра
Легені		Печінка		Кістки
М'язи		Головний мо?ок		Зуби
Нирки		Кишки		Всьго в організмі	45-50

сулін, тетелін, тиреотропш, адренокортикотропний гормон, окси-тоции, вазопресин та ін. Гормони беруть активну участь у регуляції обміну, впливають на проникність клітинних мембран, регулюють активність ферментів, діють на процеси трансляції і транскрипції та ін.

Транспортна функція. Білки виконують також важливу транспортну функцію. Для нормальної життєдіяльності кожного організму необхідне постійне забезпечення його органів і тканин поживними речовинами. Ці речовини переносяться з током крові сполуками білкової природи. Так, перенесення кисню до тканин, а на зворотному шляху вуглекислого газу до легень здійснюється за допомогою складного білка хромоиротеїдного типу — гемоглобіну Транспорт різних груп ліпідів і жиророзчинних вітамінів до різних органів і тканин здійснюється за участю складних білків — ліпопротеїдів.

Захисна функція здійснюється в основному за участю білків Y-глобулінів, з якими пов'язані імунні реакції організму. Антитіла, які утворюються в організмі при несприятливій дії на нього різних факторів (хвороботворних бактерій, вірусів, токсинів), мають білкову природу. Зв'язуючись з мікроорганізмами чи токсинами, вони інакти-вують їх, гальмують патогенну дію і знешкоджують токсичні продукти. Відомо ряд інших процесів, в яких білки також виконують захисну функцію, наприклад у процесах зсідання крові, оберігаючи організм від надмірної втрати її при різних травмах, тощо.

Механічна функція. Білки беруть участь у забезпеченні різних форм механічного руху—скороченні і розслабленні м'язів, ррботі внутрішніх органів — серця, легень, шлунка і т. д. Ці процеси здійснюються за участю таких білків, як актин, міозин, тропоміозин і ряду інших.

Енергетична функція. Білки, як і вуглеводи, і ліпіди, є також важливим джерелом енергії для організму. Так, при розщепленні 1 г білка виділяється 17,7 кДж енергії. За рахунок білків організм людини одержує 10—15 % енергії.

Отже, з далеко неповного переліку функцій білків в організмі видно, що їм належить ведуча роль у забезпеченні процесів життє-

діяльності. Багатоплановість і важливість проблеми білка зумовлена насамперед тим, що 9 нею пов'язано вирішення досить важливого питання про закономірності розвитку живої матерії, пізнання вищої форми її існування, розкриття суті явищ, що лежать в основі життя, і свідомого керування ним.

ХІМІЧНИЙ СКЛАД БІЛКІВ

Елементний склад. Дослідження елементного складу білків розпочалось ще на початку XIX ст. Перші дані про елементарний склад білків з'явились у 1800 р. на основі досліджень Ф. Грена. У результаті хімічного аналізу білків було визначено їх важливі складові елементи та кількісне співвідношення. Так, було встановлено, що до складу білків входять, %: вуглець — 50—55. водень — 6,5—7,3, азот — 15— 17, кисень — 21—23, сірка — 0,3—2,5. У складі білків було виявлено також фосфор, йод, залізо та інші елементи.

Оскільки у складі різних білків найбільш стабільним є вміст азоту (16 %), то за його кількістю почали визначати вміст білків у тканинах органів, рідинах, препаратах тощо. Для цього одержану в результаті аналізу кількість азоту множать на коефіцієнт 6,25 (100 : 16 = = 6,25).

Амінокислотний склад. Разом з визначенням елементного складу білків було розпочато вивчення і їх будови. Спочатку вважали, що основними структурними компонентами молекул білка є пептони, які було виділено при гідролізі різних білків. Пізніше (серед продуктів розщеплення білків) дослідники звернули увагу на речовини, які довгий час розглядалися ними не як складові частини молекул білка, а як продукти дії на білкові речовини сильних хімічних реагентів.

У 1820 р. А. Браконно вперше при кислотному гідролізі білка (желатини) виділив амінокислоту — гліцин. Оскільки амінокислота була солодка на смак, то її назвали глікоколом (від грец. glucus — сололкнй і лат. colla — клей).

Дещо пізніше (в 1871 р. російським хіміком М. М. Любавіним) було доведено, що і при ферментативному гідролізі білки розкладаються на амінокислоти. Отже, в другій половині XIX ст. було встановлено, що основними структурними компонентами білка є амінокислоти.