Глава 1. Химический состав клетки

РЕФЕРАТ

по курсу «Концепции современного естествознания»

На тему Химическая сущность процессов жизнедеятельности живой клетки

Выполнил: студент 1 курса, очной

формы обучения, группы СДП-16

Рябов Сергей Вячеславович

Научный руководитель: к.п.н., доцент

Каткова Ольга Владимировна

Н. Новгород

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

Глава 1. Химический состав клетки…………………………………………..4

1.1 Органические вещества…………………………………...... ……………….5

1.2 Неорганические вещества…………………………………………………..10

Глава 2. Обмен веществ и преобразование энергии в клетке…………...11

2.1 Пластический обмен………………………………………………………...11

2.2 Энергетический обмен……………………………………………………...14

Заключение……………………………………………………………………...16

Приложение……………………………………………………………………..17

Список использованной литературы………………………………………..22

Введение

Клетка - структурно-функциональная элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов.

Признаки живого организма и клетки очень схожи:

-Рост.

-Размножение.

-Обмена с окружающей средой веществами и энергией.

-Реагирование на внешние раздражения.

Именно с началом появления клетки связанно начало биологической эволюции

Одноклеточные организмы представляют под собой более простое строение в отличие от многоклеточных организмов. Одноклеточные – это существующие отдельно друг от друга клетки. Многоклеточные - те же животные и растения - построены из большего или меньшего числа клеток, составляющими сложный организм. Любая клетка, независимо от сложности строения организма, имеет признаки и свойства присущим всем клеткам.

Цель: Изучить химическую сущность процессов жизнедеятельности живой клетки

Задачи:

1. Изучить химический состав клетки.

2. Рассмотреть обмен веществ и преобразование энергии в клетке.

Глава 1. Химический состав клетки

В клетках найдено приблизительно 60 компонентов периодической системы Менделеева, встречающихся и в неживой природе. Это доказывает нам, что живая и неживая природа сильно взаимосвязаны. Многие знают, что в живых организмах распространены водород, кислород, углерод и азот, которые составляют приблизительно 98% массы клеток. Химические свойства водорода, воздуха, углерода и азота, стали более оптимальными с целью создания молекул, исполняющих биофункции. Данные 4 компонента готовы формировать весьма крепкие ковалентные взаимосвязи с помощью спаривания электронов, которые принадлежат двум атомам. Ковалентно сопряженные атомы углерода могут формировать каркасы бесчисленного множества разных органических молекул. Так как атомы углерода свободно формируют ковалентные связи с кислородом, водородом, азотом, а кроме того с серой, органические молекулы добиваются необыкновенной сложности и многообразия структуры.

Кроме водорода, кислорода, углерода и азота, в клетке присутствуют железо, калий, натрий, кальций, магний, хлор, фосфор и сера. Все другие компоненты (цинк, медь, йод, фтор, кобальт, марганец и др.) находятся в небольших количествах и по этой причине именуются микроэлементами.

Химические элементы входят в состав неорганических и органических соединений. К неорганическим соединениям принадлежат вода, минеральные соли, диоксид углерода, кислоты и основания. Органические соединения – это белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры (липиды) и липоиды. Помимо кислорода, водорода, углерода и азота в их состав могут входить прочие элементы. Определенные белки содержат серу. Составной частью нуклеиновых кислот считается фосфор. Молекула гемоглобина содержит железо, магний принимает участие в построении молекулы хлорофилла. Микроэлементы, невзирая на чрезвычайно низкое содержание в живых организмах, представляют немаловажную значимость в процессах жизнедеятельности. Йод входит в состав гормона щитовидной железы – тироксина, кобальт – в состав витамина В12 . гормон островковой части поджелудочной железы – инсулин – содержит цинк. У отдельных рыб место железа в молекулах пигментов, переносящих кислород, занимает медь.

Органические вещества

Белки

Белки - протеины, сложные химические соединения, обладающие большой молекулярной массой.

Белки находятся на первом месте по степени значимости и количеству. Белки представлены высокомолекулярными полимерами, мономерами которых являются аминокислоты. Все живые организмы используют только 20 аминокислот, хотя их имеется существенно больше. В структуре каждой аминокислоты вступает группа (-NH2 ), обладающая основными свойствами, и карбоксильная группа (-СООН), обладающая кислотными свойствами. Две аминокислоты объединяются в одну молекулу посредством определения взаимосвязи HN-CO с выделением H2O. Взаимосвязь между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксилом другой называется пептидной. Белки представляют собой полипептиды, содержащие десятки, а то и сотни аминокислот. Молекулы белков различаются по следующим характеристикам:

-Молекулярная масса

-Число

-Состав аминокислот

-Последовательность их местоположения в полипептидной цепи

Очевидно по этой причине, белки отличаются большим многообразием.

Белок имеет несколько уровней структуры, это первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры. (см. Приложение 1)

Первичная структура белка- цепь аминокислотных звеньев, объединенных ковалентно пептидными взаимосвязями в конкретной последовательности.

В клетках, белки имеют вид спирально закрученных волокон либо шариков (глобул). Данное разъясняется тем, что в природном белке полипептидная цепочка уложена определённо конкретным образом в зависимости от химического структуры входящих в ее состав аминокислот.

Вторичная структура белка- цепь аминокислот, закрученная в виде спирали.

Вследствие последующей укладки спирали возникает специфичная для каждого белка структура, именуемая третичной структурой. Характерные черты третичной структуры белка обусловливаются его первичной структурой. Биоактивность белок выражает только лишь в виде третичной структуры. По этой причине замена даже одной аминокислоты в полипептидной цепочке может послужить причиной к изменению конфигурации белка и к уменьшению либо потере его биологической активности.

В отдельных вариантах белковые молекулы соединяются друг с другом и могут осуществлять собственную функцию только в виде комплексов. Таким образом, гемоглобин – это комплекс из четырех молекул и только в такой форме способен присоединять и транспортировать кислород. Аналогичные установки предполагают собою четвертичную структуру белка.

По составу белки бывают- простые и сложные.

Простые белки состоят только из аминокислот (альбумин, фибрин).
Сложные же содержат белковую и небелковую части (липиды, углеводы, ионы металлов, протеолипиды, гемоглобин)

Функции белков в клетке очень многообразны. Строительная функция- является одной из самых важнейших в клетке. Именно белки играют большую роль в образовании всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внутриклеточных структур. Конечно же и ферментативная (каталитическая) роль белков имеет большое значение. Ферменты ускоряют химические реакции, происходящие в клетке. Сократительные белки обеспечивают двигательную функцию. Данные белки участвуют в абсолютно всех видах движений, к которым способны клетки и организмы: мерцание ресничек и пульсация жгутиков у простейших, сокращение мышц у животных, движение лепестков у растений и т.д. Транспортная роль белков состоит в присоединении химических компонентов (к примеру, гемоглобин присоединяет кислород) либо гормонов и переносе их к тканям и органам тела. Защитная функция выявляется в виде выработки особых белков, называемых антителами, в ответ на проникновение в организм чужеродных белков или клеток. Антитела связывают и уничтожают чужеродные вещества. Также белки выполняют функцию источника энергии.

Итак, выделим основные функции белка:

-Строительная

-Ферментативная

-Двигательная

-Транспортная

-Защитная

-Энергетическая

Углеводы

Углеводы - это органические соединения углерода, водорода и кислорода с общей формулой (СН2) n.

Углеводы бывают простые и сложные. Простые углеводы – моносахариды и дисахариды. (см. Приложение 2) В связи с количеством атомов углевода в молекуле моносахариды именуются триозами, тетрозами, пентозами, либо гексозами. Из шестиуглеродных моносахаридов – гексоз – наиболее главное значение имеют глюкоза, фруктоза и галактоза. В крови содержится глюкоза. В состав нуклеиновых кислот и АТФ входят пентозы рибоза и дезоксирибоза. Дисахарид- это соединение двух моносахаридов в одной молекуле. Пищевой сахар, состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы, молочный сахар, состоит из глюкозы и галактозы.

Полисахариды- сложные углеводы, состоящие из многих моносахаридов. Полисахаридами являются: крахмал, хитин, гликоген, целлюлоза, мономером же их является глюкоза. Целлюлоза образует стенки растительных клеток.

Отличительной особенностью полисахарида от моносахарида связанно с тем, что полисахарид не растворяется в воде, а моносахарид растворяется.

Углеводам свойственны две главные функции: строительная и энергетическая. Целлюлоза формирует стенки растительных клеток . Сложный полисахарид хитин служит основным структурным компонентом внешнего скелета членистоногих. Строительную функцию хитин осуществляет и у грибов. Углеводы представляют роль главного источника энергии в клетке. Крахмал у растений и гликоген у животных откладываются в клетках и служат энергетическим запасом. Так у человека гликоген запасается в клетках печени.

Итак, выделим основные функции углеводов:

-Энергетическая

-Строительная

-Запасательная

Жиры и липоиды (Липиды)

Жиры - соединения жирных высокомолекулярных кислот и глицерина. Жиры - гидрофобны (не растворяются в воде). Липиды- жироподобные вещества, которые так же не растворяются в воде. (см. Приложение 3) Одна из основных функций жиров – энергетическая. Накапливаясь в клетках жировой тканях животных, в семенах и плодах растений, жир служит резервным источником энергии. Так же жиры и липиды осуществляют строительную функцию они входят в состав клеточных мембран. Жир имеет плохую теплопроводность, поэтому способен и к защитной функции. Так, жир, запасаясь в подкожно - жировой ткани, защищает наш организм от переохлаждения. Формирование некоторых липоидов предшествует синтезу ряда гормонов. Таким образом, данным веществам присуща и роль регуляции обменных процессов.

Итак, выделим основные функции жиров и липоидов:

-Энергетическая

-Защитная

-Регуляторная и терморегуляторная

-Строительная

-Запасательная

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты образуются в ядре клетки. Характерные черты химического строения нуклеиновых кислот гарантируют возможность хранения, переноса и передачи по наследству дочерним клеткам данных о структуре белковых молекул, которые синтезируются в любой ткани на определенном этапе индивидуального развития. Большинство свойств и признаков клеток обусловлено белками, поэтому ясно, что стабильность нуклеиновых кислот – важное требование нормальной жизнедеятельности клеток и организмов.

Имеются два типа нуклеиновых кислот – ДНК и РНК. ДНК – полимер, состоящий из двух нуклеотидных спиралей. (рис.) Мономерами ДНК являются нуклеотиды, состоящие из азотистого основания (аденина, тимина, гуанина или цитозина), углевода (дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. (см. Приложение 4)

РНК тоже является полимером, мономерами которого являются нуклеотиды.

Вместо тимина, в молекуле РНК присутствует урацил. Так же в РНК, рибоза заменяет дезоксирибозу. (см. Приложение 5)

По структуре бывают двухцепочечные РНК и одноцепочечные. Двухцепочечные РНК являются хранителями генетической информации у некоторых вирусов. Одноцепочечные РНК реализуют перенос информации о структуре белков от хромосомы к месту их синтеза и осуществляют свою деятельность в синтезе белков.

Итак, выделим основные функции нуклеиновых кислот:

-Хранение информации

-Перенос информации

-Передача информации

Неорганические вещества

Вода

Вода входит в состав каждого живого организма, в среднем содержание воды составляет 80% от всей массы тела. Крайне главная роль воды в обеспечении процессов жизнедеятельности определена её физико-химическими свойствами. Множество химических реакций, происходящих в клетке, может быть только в водном растворе. Вода устанавливает физические особенности клетки - её объем, эластичность.

H2O (см. Приложение 6) - это отличный растворитель, большое количество веществ поступают в клетку в водном растворе, и в том же растворе обработанные продукты выводятся. Так же вода играет роль в образовании смазывающих жидкостей, слизей, секретов и соков в организме.

Минеральные соли

В основном неорганические вещества находятся в клетке, в виде солей, в растворенном или твердом состоянии. В клетке довольно большое содержание калия и еще больше натрия. Так же минеральные соли входят в состав цитоплазмы. Помимо этого, соли необходимы для размножения клеток. Ключевая роль минеральных солей состоит в определении ими кислотно-щелочного состояния протоплазмы.