Виды органических веществ — роль и строение

Виды органических веществ — роль и строение

Органические вещества — это вещества, которые входят в состав живых организмов и образуются только при их участии. Как правило, все живые существа содержат органические вещества.

К органическим веществам относятся белки, жиры и углеводы, которых насчитывается около 10 миллионов.

Виды органических веществ, классификация

Белки

Белки — это строительные блоки жизни. Они жизненно важны для нашего существования и присутствуют в каждом организме на Земле. Белки — наиболее распространенные молекулы, встречающиеся в клетках. На самом деле они составляют больше сухого вещества клетки, чем жиры, углеводы и все другие молекулы вместе взятые.

Белок состоит из одной или нескольких полипептидных цепей, и каждая полипептидная цепь построена из более мелких молекул, называемых «аминокислотами». Существует в общей сложности 20 аминокислот, которые могут быть организованы триллионами различных способов для создания белков, выполняющих огромное разнообразие функций.

Белки являются наиболее распространенными органическими компонентами человеческого организма и во многих отношениях наиболее важными. Они составляют от 10 до 30 % клеточной массы и являются основными структурными материалами организма.

Белки жизненно важны для многих функций организма. На поверхности клеток некоторые белки соединяются с углеводами, превращаясь в гликопротеины. Они позволяют клеткам реагировать на определенные молекулы, которые связываются с ними.

Белки включают биологические катализаторы (ферменты), сократительные белки мышц и гемоглобин крови. В человеческом организме насчитывается более 200 000 типов белков, полный набор которых известен как протеом.

Антитела — это белки, которые обнаруживают и уничтожают чужеродные вещества.

Все белки содержат атомы углерода, водорода, кислорода и азота, а также небольшое количество серы. Двадцать распространенных аминокислот, как незаменимых, так и несущественных, составляют белки, существующие в организме человека и большинства других живых организмов.

Аминокислоты являются строительными блоками белков, состоящими из двух основных групп: аминов и органических кислот. Все аминокислоты абсолютно одинаковы, за исключением одной группы атомов, известной как группа SR аминокислоты.

Белки бывают самых разнообразных форм и выполняют широкий спектр функций. Примеры белков включают ферменты, антитела и некоторые гормоны, помогающие ускорить химические реакции, защищающие от болезней и регулирующие активность клеток. Белки также играют важную роль в движении, структурной поддержке, хранении, коммуникации между клетками, пищеварении и транспортировке веществ по организму.

Существуют моторные белки, такие как миозин и динеины. Они обладают способностью преобразовывать химическую энергию в движение.

Миозин — это белок, содержащийся в мышцах и вызывающий сокращение мышечных волокон в них. Динеины обеспечивают энергию, приводящую в движение жгутики. Жгутики — это длинные тонкие структуры, прикрепленные снаружи к определенным клеткам (таким, как сперматозоиды), и отвечающие за их подвижность.

Многие белки обеспечивают структурную поддержку определенным частям организма. Кератин, например, является белком, содержащимся во внешних слоях кожи, и делает кожу прочным защитным слоем от внешнего мира. Кератин также является структурным белком, из которого состоят волосы, рога и ногти.

Клетки взаимодействуют с окружающей их средой и другими клетками. Рецепторные белки в клеточной мембране получают сигналы извне клетки и передают сообщения в клетку.

Как только сигнал попадает внутрь клетки, он обычно передается между несколькими белками, прежде чем достигнет конечного пункта назначения (чаще всего тоже это белок).

Пищеварение также управляется белками. Ферменты — это белки, которые стимулируют пищеварение, ускоряя химические реакции. Пищеварение — это расщепление пищи из крупных нерастворимых молекул на более мелкие молекулы, которые могут растворяться в воде. Поскольку более мелкие молекулы растворимы в воде, они могут попадать в кровь и транспортироваться по всему организму.

Пищеварительные ферменты — это ферменты, ответственные за расщепление молекул пищи на более мелкие, растворимые в воде молекулы. Некоторые примеры пищеварительных белков включают:

• амилазу — фермент в слюне, расщепляющий крахмал на растворимые сахара;
• липазу — расщепляет жиры и другие липиды;
• пепсин — расщепляет белки в пище.

Жиры нерастворимы в воде, но могут растворяться в других липидах, маслах, эфире, хлороформе или спирте. Липиды включают в себя множество соединений, таких как триглицериды, фосфолипиды и стероиды, выполняющие жизненно важные клеточные функции.

Жиры являются наиболее распространенным типом липидов. Они обеспечивают примерно в два раза больше энергии, чем углеводы. Липиды помогают поддерживать температуру тела. Подобно углеводам, молекулы жира также содержат углерод, водород и кислород, но имеют гораздо меньше атомов кислорода, чем углеводы. Некоторые сложные липиды также содержат фосфор.

Жиры — это триглицерид (тип липида), который обычно является твердым при комнатной температуре. Другими типами липидов являются жирные кислоты, глицерин, глицерофосфолипид, сфинголипид, стерол-липид.

По определению, липид представляет собой жирное или воскообразное органическое соединение, которое легко растворимо в неполярном растворителе (например, эфире), но не в полярном растворителе (воде).

В пищевой науке жир и липид считаются одним и тем же веществом. Однако не все липиды являются жирами. Масло также отличается от жира, оно является одним из видов липидов. В отличие от жира, масло не затвердевает при комнатной температуре. Это происходит потому, что масло состоит из коротких или ненасыщенных цепей жирных кислот, которые при комнатной температуре остаются жидкими.

Жиры служат средством накопления энергии для большинства эукариот, а также служат источником пищи. Они обладают самым высоким потенциалом накопления энергии среди макроэлементов и очень химически стабильны, что делает их идеальными для хранения энергии для последующего использования.

Макроэлементы относятся не к размеру молекулы, а к количеству, необходимому для поддержания жизни. Витамины и минералы считаются микроэлементами.

Углеводы

Углеводы — это природные органические соединения, содержащиеся во всех клетках живых организмов и выполняющие важные функции.

Они жизненно важны для жизни на Земле и выполняют целый ряд функций, таких как обеспечение энергией и структурная поддержка. Углевод — это либо сахар, либо полимер сахаров. Полимер — это два или более простых сахара, соединенных вместе.

Углеводы — это молекулы на основе углерода, в которых водород и кислород связаны цепочкой атомов углерода.

Некоторые из более сложных углеводов обеспечивают структурную поддержку и защиту. Клетки растений и грибов имеют клеточные стенки, состоящие из углеводов. Эти клеточные стенки обеспечивают защиту и поддержку клетки и всего организма.

Углеводы также участвуют в межклеточном распознавании. Клетки имеют углеводы на внешней поверхности своих клеточных мембран, которые действуют как рецепторы. Рецепторы могут взаимодействовать с углеводами на мембранах других клеток и помогать клеткам идентифицировать друг друга.

Углеводы обеспечивают большую часть энергии, необходимой клеткам организма, и помогают строить клеточные структуры.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты — это биомолекулы, которые необходимы для каждой формы жизни, присутствующей на земле. Они присутствуют во всех организмах, от мелких вирусов и бактерий до крупных и сложных животных, таких как люди и киты.

Термин «нуклеиновая кислота» используется совместно для обозначения ДНК и РНК. Размеры нуклеиновых кислот варьируются от небольших биомолекул до крупных биополимеров. Они состоят из повторяющихся субъединиц, называемых нуклеотидами.

Две нуклеиновые кислоты различаются по своей структуре, функциям, свойствам и расположению внутри клетки:

1. ДНК, также известная как дезоксирибонуклеиновая кислота, является наиболее важной биологической молекулой, присутствующей в живых клетках. Вся генетическая информация хранится в клетке в виде ДНК. Происшествие ДНК присутствует во всех живых клетках в той или иной форме.

Биологические функции ДНК заключаются в следующем:

1. Генетическая информация упакована в клетках в виде ДНК.
2. Вся структурная и функциональная информация организма присутствует в форме ДНК.
3. ДНК кодирует синтез всех типов белков.
4. Генетическая информация передается следующему поколению клеток в виде ДНК.

2. РНК, также известная как рибонуклеиновая кислота, является второй по значимости нуклеиновой кислотой, присутствующей в живых организмах. Это полимер рибонуклеотидов, содержащий рибозу в качестве пентозного сахара.

В большинстве живых клеток ДНК и РНК работают сообща, выполняя свои функции.

РНК также присутствует почти во всех живых клетках. У бактерий он присутствует в цитоплазме клетки, а также в бактериальных рибосомах. Эта кислота в изобилии присутствует в цитоплазме в свободной форме и в составе рибосом. Она синтезируется в ядре из ДНК в процессе транскрипции. Три типа РНК полностью отличаются друг от друга по структуре и функциям:

Молекула Пользы

Рубрики: Человеческий организм

Содержание : В данной статье в порядке ниспадающей важности рассмотрены питательные вещества пищи, которые являются структурными элементами человеческого тела после их превращения в организме.

Наше тело состоит из большого количества различных веществ. И существует всего два естественных пути, которыми эти вещества могут в организм попасть. Первый путь предназначен всего лишь для одного, зато наиболее важного элемента — кислорода. Все остальные вещества должны поступать в организм перорально 1 . Другие пути введения веществ в организм — неестественны и должны применяться только в тех ситуациях, когда пероральный путь либо невозможен, либо нецелесообразен.

Предназначение веществ, поступающих с пищей в организм, разное. В данной статье мы посмотрим на все глазами строителя. Из каких составляющих состоит человеческое тело. Что в нем содержится и в каких количествах.

Вашему вниманию предлагается рейтинг «строительных» 2 веществ организма.

№1 ВОДА

Больше всего в нас — воды. В организме млекопитающего вода составляет более половины веса тела. Она не только единственная среда, в которой происходят все биохимические реакции. Это и строительный материал любого «участка» тела: от крови, мышц и мозга (где ее много) до ногтей и волос (где ее мало). Соответственно, и поступать в организм воды должно больше, чем других веществ.

Особенностью выпитой воды является то, что только 20% ее «встраивается» в клетки, а 80% проходит транзитом, «вымывая» продукты обмена веществ.

Поэтому воде следует уделять заслуженное особое внимание и поэтому, воду ставим №1 в рейтинге структурных 2 питательных веществ.

№2 БЕЛКИ

Про то, что белки являются «строительным» материалом для мышц, знают, многие. Но, скелетные мышцы — это лишь один из множества органов, в состав которых входят белки. Внутренние органы (органы пищеварения, дыхания, мочевыведения, кровообращения) тоже состоят преимущественно из белков. И наличие в них белков намного важнее, чем в скелетной мускулатуре, ибо поперечнополосатые мышцы не являются жизненно важным органом. (Ну, может же человек жить с ненакачанным бицепсом). Также вещества белковой природы составляют до 40% состава костей. В сумме тело человека содержит около 15% белков. Итого: 2 место.

№3 ЛИПИДЫ (жиры)

Возможно, многие читатели будут удивлены, но третье место в рейтинге «строительных материалов» принадлежит липидам (по-простому — жирам). У многих липиды ассоциируются с жирами подкожной жировой клетчатки. И это не удивительно, ведь от толщины этой «подкожки» очень сильно зависит физическая привлекательность человека. Процент липидов в организме может очень сильно варьировать именно за счет жиров (простых липидов) подкожной клетчатки и внутреннего жира (околокишечного и околосердечного). Такие «вариации» возможны благодаря тому, что жиры (= триглицериды) помимо структурной функции выполняют также и энергетическую. А то, в каких пределах человек может «запасать энергию», лучше всего иллюстрирует население США, где у каждого третьего жителя — ожирение.

Кроме триглицеридов, в организме есть более важные их «последователи» — сложные липиды : фосфолипиды, гликолипиды, стероиды и др.

Фосфолипиды (липиды, соединенные с фосфорной кислотой) формируют клеточные стенки всех клеток живых веществ. И от их наличия зависит, сможет ли клетка правильно «впускать» и «выпускать» из себя другие вещества. Много фосфолипидов в составе нервной ткани и, особенно, в головном мозге. И поэтому становится понятным совет употреблять рыбу и творог для улучшения памяти.

Половые гормоны (и другие гормоны коркового вещества надпочечников) состоят из стероидов и об их важности догадываются все половозрелые особи.

Липиды — так же основа строения иммунных клеток, особенно тех, которые отвечают за «противоопухолевый» иммунитет.

Поэтому, никогда не ограничивайте себя в пищевых жирах (но и меру знайте). «Приемлемым» считается содержание липидов в пище и в организме до 25%. [1]

№4 МАКРО- и МИКРОЭЛЕМЕНТЫ

Макро- и микроэлементы — это химические элементы и различные их соединения. Чаще всего — это металлы и их соли.

Из «английских» языков к нам пришел и прочно укоренился термин « минеральные вещества ». (О его неправильности вы можете почитать в статье « Биологически значимые элементы » в Википедии).

Помимо множества выполняемых функций, макро- и микроэлементы являются пластическим 2 материалом. Например, кальция в организме содержится более 1кг и почти весь он находится в костях и зубах. 70-80% кальция организм каждый день «теряет» и «восстанавливает». И проблема «не восстановления» этого элемента очень велика: около 150 заболеваний человека связаны с дефицитом кальция. [2] Вот почему о кальции столько разговоров.

Кроме кальция структурными элементами являются фосфор, магний, железо, а также др. элементы, количество которых в организме невелико, однако роль — огромная.

№5 УГЛЕВОДЫ

Углеводы — это «страшная вещь», их все боятся. Перед ними трепещут все особи женского пола, для которых красота физического тела является фактором №1 для достижения счастья в жизни. И понимание процессов, происходящих в организме у которых, воспитано глянцевыми журналами.

Углеводов в рационе 3 должно содержаться около 55% 4 , а в состав организма их входит не более 1,5% (в виде гликогена и в составе ДНК, РНК, АТФ).

Как видно на примере углеводов: количество структурных элементов организма не зависит от количества употребляемых пищевых веществ . У каждого свое предназначение.

Напомним, что речь в данной статье шла только о тех элементах человеческого организма, которые поступают с пищей и только о тех их количествах, которые выполняют структурную функцию. Например, липидов в организме может быть значительно больше белков (особенно это касается женщин и является их физиологической особенностью), но пластическую роль больше выполняют именно белки, а жиры при их заметной массе — «законсервированная» впрок энергия.

Итак, подводя итог:

Стоит обратить внимание на то, что приведено общее процентное содержание в организме пищевых веществ (без учета выполняемых функций). Невозможно точно узнать, у какого их количества пластическое, а у какого иное предназначение. Наиболее ярко эту ситуацию иллюстрируют липиды: они осуществляют структурную, энергетическую, термоизоляционную и регуляционную функции. Ведь одни и те же количества липидов являются полифункциональными.

Кроме того, приведенные здесь значения усреднены и относительны. Не учтены такие факторы как возраст, пол, тип телосложения, вид деятельности. А они могут влиять на содержание и изменять вышеуказанные показатели в широких пределах. И у большинства женщин «за двадцать» белки с липидами в нашем рейтинге поменялись бы местами.

Представленный «рейтинг» не опубликует авторитетный американский журнал, о нем не расскажет известная радиостанция, его не покажут по телеканалу с многомиллионной аудиторией. Несмотря на важность и значимость, популярность информации о питании в СМИ невелика. Спасибо, что проявляете интерес к данной теме, спасибо, что Вы — «другие» . ■

1 Перорально (от лат.) — через рот.
2 Под «строительными» веществами следует понимать «структурные» или «пластические».
3 Рацион — набор продуктов на определённый срок (чаще всего на сутки).
4 Процентное содержание основных компонентов пищи принято рассчитывать исходя из общей их калорийности.

Химический состав клетки

Биология

Клетка — элементарная единица жизни на Земле. Химический состав клетки очень разнообразен и его мы сегодня будем изучать. Клетка обладает всеми признаками живого организма: растет, размножается, обменивается с окружающей средой веществами и энергией, реагирует на внешние раздражители. Начало биологической эволюции связано с появлением на Земле клеточных форм жизни. Одноклеточные организмы представляют собой существующие отдельно друг от друга клетки. Тело всех многоклеточных — животных и растений — построено из большего или меньшего числа клеток, которые являются своего рода блоками, составляющими сложный организм. Независимо от того, представляет ли собой клетка целостную живую систему — отдельный организм или составляет лишь его часть, она наделена набором признаков и свойств, общим для всех клеток.

Химический состав клетки

В клетках обнаружено около 60 элементов периодической системы Менделеева, встречающихся и в неживой природе. Это одно из доказательств общности живой и неживой природы. В живых организмах наиболее распространены водород, кислород, углерод и азот, которые составляют около 98 % массы клеток. Такое обусловлено особенностями химических свойств водорода, кислорода, углерода и азота, вследствие чего они оказались наиболее подходящими для образования молекул, выполняющих биологические функции. Эти четыре элемента способны образовывать очень прочные ковалентные связи посредством спаривания электронов, принадлежащих двум атомам. Ковалентно связанные атомы углерода могут формировать каркасы бесчисленного множества различных органических молекул. Поскольку атомы углерода легко образуют ковалентные связи с кислородом, водородом, азотом, а также с серой, органические молекулы достигают исключительной сложности и разнообразия строения.

Кроме четырех основных элементов в клетке в заметных количествах (10-ые и 100-ые доли процента) содержатся железо, калий, натрий, кальций, магний, хлор, фосфор и сера. Все остальные элементы (цинк, медь, йод, фтор, кобальт, марганец и др.) находятся в клетке в очень малых количествах и поэтому называются микроэлементами.

Химические элементы входят в состав неорганических и органических соединений. К неорганическим соединениям относятся вода, минеральные соли, диоксид углерода, кислоты и основания. Органические соединения — это белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры (липиды) и липоиды. Кроме кислорода, водорода, углерода и азота в их состав могут входить другие элементы. Некоторые белки содержат серу. Составной частью нуклеиновых кислот является фосфор. Молекула гемоглобина включает железо, магний участвует в построении молекулы хлорофилла. Микроэлементы, несмотря на крайне низкое содержание в живых организмах, играют важную роль 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 некоторых рыб место железа в молекулах пигментов, переносящих кислород, занимает медь.

Неорганические вещества

Н2О — самое распространенное соединение в живых организмах. Содержание ее в разных клетках колеблется в довольно широких пределах: от 10% в эмали зубов до 98% в теле медузы, но среднем она составляет около 80% массы тела. Исключительно важная роль воды в обеспечении процессов жизнедеятельности обусловлена ее физико-химическими свойствами. Полярность молекул и способность образовывать водородные связи делают воду хорошим растворителем для огромного количества веществ. Большинство химических реакций, протекающих в клетке, может происходить только в водном растворе. Вода участвует и во многих химических превращениях.

Общее число водородных связей между молекулами воды изменяется в зависимости от t°. При t° таяния льда разрушается примерно 15% водородных связей, при t° 40°С — половина. При переходе в газообразное состояние разрушаются все водородные связи. Этим объясняется высокая удельная теплоемкость воды. При изменении t° внешней среды вода поглощает или выделяет теплоту вследствие разрыва или новообразования водородных связей. Таким путем колебания t° внутри клетки оказываются меньшими, чем в окружающей среде. Высокая теплота испарения лежит в основе эффективного механизма теплоотдачи у растений и животных.

Вода как растворитель принимает участие в явлениях осмоса, играющего важную роль в жизнедеятельности клетки организма. Осмосом называют проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор какого-либо вещества. Полупроницаемыми называются мембраны, которые пропускают молекулы растворителя, но не пропускают молекулы (или ионы) растворенного вещества. Следовательно, осмос — односторонняя диффузия молекул воды в направлении раствора.

Минеральные соли

Большая часть неорганических в-в клетки находится в виде солей в диссоциированном, либо в твердом состоянии. Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей ее среде неодинакова. В клетке содержится довольно много К и очень много Nа. Во внеклеточной среде, например в плазме крови, в морской воде, наоборот, много натрия и мало калия. Раздражимость клетки зависит от соотношения концентраций ионов Na+, K+, Ca2+, Mg2+. В тканях многоклеточных животных К входит в состав многоклеточного вещества, обеспечивающего сцепленность клеток и упорядоченное их расположение. От концентрации солей в большой мере зависят осмотическое давление в клетке и ее буферные свойства. Буферностью называется способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию ее содержимого на постоянном уровне. Буферность внутри клетки обеспечивается главным образом ионами Н2РО4 и НРО42-. Во внеклеточных жидкостях и в крови роль буфера играют Н2СО3 и НСО3-. Анионы связывают ионы Н и гидроксид-ионы (ОН-), благодаря чему реакция внутри клетки внеклеточных жидкостей практически не меняется. Нерастворимые минеральные соли (например, фосфорнокислый Са) обеспечивает прочность костной ткани позвоночных и раковин моллюсков.

Органические вещества клетки

Белки

Среди органических веществ клетки белки стоят на первом месте как по количеству (10 – 12% от общей массы клетки), так и по значению. Белки представляют собой высокомолекулярные полимеры (с молекулярной массой от 6000 до 1 млн. и выше), мономерами которых являются аминокислоты. Живыми организмами используется 20 аминокислот, хотя их существует значительно больше. В состав любой аминокислоты входит аминогруппа (-NH2), обладающая основными свойствами, и карбоксильная группа (-СООН), имеющая кислотные свойства. Две аминокислоты соединяются в одну молекулу путем установления связи HN-CO с выделением молекулы воды. Связь между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксилом другой называется пептидной. Белки представляют собой полипептиды, содержащие десятки и сотни аминокислот. Молекулы различных белков отличаются друг от друга молекулярной массой, числом, составом аминокислот и последовательностью расположения их в полипептидной цепи. Понятно поэтому, что белки отличаются огромным разнообразием, их количество у всех видов живых организмов оценивается числом 1010 – 1012.

Цепь аминокислотных звеньев, соединенных ковалентное пептидными связями в определенной последовательности, называется первичной структурой белка. В клетках белки имеют вид спирально закрученных волокон или шариков (глобул). Это объясняется тем, что в природном белке полипептидная цепочка уложена строго определенным образом в зависимости от химического строения входящих в ее состав аминокислот.

Вначале полипептидная цепь сворачивается в спираль. Между атомами соседних витков возникает притяжение и образуются водородные связи, в частности, между NH- и СО- группами, расположенными на соседних витках. Цепочка аминокислот, закрученная в виде спирали, образует вторичную структуру белка. В результате дальнейшей укладки спирали возникает специфичная для каждого белка конфигурация, называемая третичной структурой. Третичная структура обусловлена действием сил сцепления между гидрофобными радикалами, имеющимися у некоторых аминокислот, и ковалентными связями между SH- группами аминокислоты цистеина (S-S- связи). Количество аминокислот гидрофобными радикалами и цистеина, а также порядок их расположения в полипептидной цепочке специфичны для каждого белка. Следовательно, особенности третичной структуры белка определяются его первичной структурой. Биологическую активность белок проявляет только в виде третичной структуры. Поэтому замена даже одной аминокислоты в полипептидной цепочке может привести к изменению конфигурации белка и к снижению или утрате его биологической активности.

В некоторых случаях белковые молекулы объединяются друг с другом и могут выполнять свою функцию только в виде комплексов. Так, гемоглобин — это комплекс из четырех молекул и только в такой форме способен присоединять и транспортировать О. подобные агрегаты представляют собой четвертичную структуру белка. По своему составу белки делятся на два основных класса — простые и сложные. Простые белки состоят только из аминокислот нуклеиновые кислоты (нуклеотиды), липиды (липопротеиды), Ме (металлопротеиды), Р (фосфопротеиды).

Функции белков в клетке чрезвычайно многообразны. Одна из важнейших – строительная функция: белки участвуют в образовании всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внутриклеточных структур. Исключительно важное значение имеет ферментативная (каталитическая) роль белков. Ферменты ускоряют химические реакции, протекающие в клетке, в 10ки и 100ни миллионов раз. Двигательная функция обеспечивается специальными сократительными белками. Эти белки участвуют во всех видах движений, к которым способны клетки и организмы: мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у животных, движение листьев у растений и др. Транспортная функция белков заключается в присоединении химических элементов (например, гемоглобин присоединяет О) или биологически активных веществ (гормонов) и переносе их к тканям и органам тела. Защитная функция выражается в форме выработки особых белков, называемых антителами, в ответ на проникновение в организм чужеродных белков или клеток. Антитела связывают и обезвреживают чужеродные вещества. Белки играют немаловажную роль как источники энергии. При полном расщеплении 1г. белков выделяется 17,6 кДж (~4,2 ккал).

Углеводы

Углеводы, или сахариды — органические вещества с общей формулой (СН2О)n. У большинства углеводов число атомов Н вдвое больше числа атомов О, как в молекулах воды. Поэтому эти вещества и были названы углеводами. В живой клетке углеводы находятся в количествах, не превышающих 1 – 2, иногда 5% (в печени, в мышцах). Наиболее богаты углеводами растительные клетки, где их содержание достигает в некоторых случаях 90% от массы сухого вещества (семена, клубни картофеля и т.д.).

Углеводы бывают простые и сложные. Простые углеводы называются моносахаридами. В зависимости от числа атомов углевода в молекуле моносахариды называются триозами, тетрозами, пентозами или гексозами. Из шести углеродных моносахаридов — гексоз — наиболее важное значение имеют глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза содержится в крови (0,1 – 0,12%). Пентозы рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение называется дисахаридом. Пищевой сахар, получаемый из тростника или сахарной свеклы, состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы, молочный сахар — из глюкозы и галактозы.

Сложные углеводы, образованные многими моносахаридами, называются полисахаридами. Мономером таких полисахаридов, как крахмал, гликоген, целлюлоза, является глюкоза. Углеводы выполняют две основные функции: строительную и энергетическую. Целлюлоза образует стенки растительных клеток. Сложный полисахарид хитин служит главным структурным компонентом наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполняет и у грибов. Углеводы играют роль основного источника энергии в клетке. В процессе окисления 1 г. углеводов освобождается 17,6 кДж (~4,2 ккал). Крахмал у растений и гликоген у животных откладываются в клетках и служат энергетическим резервом.

Нуклеиновые кислоты

Значение нуклеиновых кислот в клетке очень велико. Особенности их химического строения обеспечивают возможность хранения, переноса и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой ткани на определенном этапе индивидуального развития. Поскольку большинство свойств и признаков клеток обусловлено белками, то понятно, что стабильность нуклеиновых кислот – важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых организмов. Любые изменения структуры клеток или активности физиологических процессов в них, влияя, таким образом, на жизнедеятельность. Изучение структуры нуклеиновых кислот имеет исключительно важное значение для понимания наследования признаков у организмов и закономерностей функционирования, как отдельных клеток, так и клеточных систем — тканей и органов.

Существуют 2 типа нуклеиновых кислот — ДНК и РНК. ДНК — полимер, состоящий из двух нуклеотидных спиралей, заключенных так, что образуется двойная спираль. Мономеры молекул ДНК представляют собой нуклеотиды, состоящие из азотистого основания (аденина, тимина, гуанина или цитозина), углевода (дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основания в молекуле ДНК соединены между собой неодинаковым количеством Н-связей и располагаются попарно: аденин (А) всегда против тимина (Т), гуанин (Г) против цитозина (Ц). Схематически расположение нуклеотидов в молекуле ДНК можно изобразить так:

Рисунок 1. Расположение нуклеотидов в молекуле ДНК

Из рис.1. видно, что нуклеотиды соединены друг с другом не случайно, а избирательно. Способность к избирательному взаимодействию аденина с тимином и гуанина с цитозином называется комплементарностью. Комплементарное взаимодействие определенных нуклеотидов объясняется особенностями пространственного расположения атомов в их молекулах, которые позволяют им сближаться и образовывать Н-связи. В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой через сахар (дезоксирибозу) и остаток фосфорной кислоты. РНК так же, как и ДНК, представляет собой полимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Азотистые основания трех нуклеотидов те же самые, что входят в состав ДНК (А, Г, Ц); четвертое — урацил (У) – присутствует в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК отличаются от нуклеотидов ДНК и по строению входящего в их состав углевода (рибоза вместо дизоксирибозы).

В цепочке РНК нуклеотиды соединяются путем образования ковалентных связей между рибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого. По структуре различаются двух цепочечные РНК. Двух цепочечные РНК являются хранителями генетической информации у ряда вирусов, т.е. выполняют у них функции хромосом. Одно цепочечные РНК осуществляют перенос информации о структуре белков от хромосомы к месту их синтеза и участвуют в синтезе белков.

Существует несколько видов одно цепочечной РНК. Их названия обусловлены выполняемой функцией или местом нахождения в клетке. Большую часть РНК цитоплазмы (до 80 – 90%) составляет рибосомальная РНК (рРНК), содержащаяся в рибосомах. Молекулы рРНК относительно невелики и состоят в среднем из 10 нуклеотидов. Другой вид РНК (иРНК), переносящие к рибосомам информацию о последовательности аминокислот в белках, которые должны синтезироваться. Размер этих РНК зависит от длины участка ДНК, на котором они были синтезированы. Транспортные РНК выполняют несколько функций. Они доставляют аминокислоты к месту синтеза белка, «узнают» (по принципу комплементарности) триплет и РНК, соответствующий переносимой аминокислоте, осуществляют точную ориентацию аминокислоты на рибосоме.

Жиры и липоиды

Жиры представляют собой соединения жирных высокомолекулярных кислот и трехатомного спирта глицерина. Жиры не растворяются в воде – они гидрофобны. В клетке всегда есть и другие сложные гидрофобные жироподобные вещества, называемые липоидами. Одна из основных функций жиров — энергетическая. В ходе расщепления 1 г. жиров до СО2 и Н2О освобождается большое количество энергии – 38,9 кДж (~9,3 ккал). Содержание жира в клетке колеблется в пределах 5 – 15% от массы сухого вещества. В клетках живой ткани количество жира возрастает до 90%. Главная функция жиров в животном (и отчасти — растительном) мире — запасающая.

При полном окислении 1 г жира (до углекислого газа и воды) выделяется около 9 ккал энергии. (1 ккал = 1000 кал; калория (кал, cal) — внесистемная единица количества работы и энергии, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 мл воды на 1 °C при стандартном атмосферном давлении 101,325 кПа; 1 ккал = 4,19 кДж). При окислении (в организме) 1 г белков или углеводов выделяется только около 4 ккал/г. У самых разных водных организмов — от одноклеточных диатомовых водорослей до гигантских акул — жир случит «поплавком», уменьшая среднюю плотность тела. Плотность животных жиров составляет около 0,91 – 0,95 г/см³. Плотность костной ткани позвоночных близка к 1,7 – 1.8 г/см³, а средняя плотность большинства других тканей близка к 1 г/см³. Понятно, что жира нужно довольно много, чтобы «уравновесить» тяжелый скелет.

Жиры и липоиды выполняют и строительную функцию: они входят в состав клеточных мембран. Благодаря плохой теплопроводности жир способен к защитной функции. У некоторых животных (тюлени, киты) он откладывается в подкожной жировой ткани, образуя слой толщиной до 1 м. Образование некоторых липоидов предшествует синтезу ряда гормонов. Следовательно, этим веществам присуща и функция регуляции обменных процессов.

Теперь сделаем несколько заданий ЕГЭ по биологии на тему «Химический состав клетки»

Задания ЕГЭ по теме

Задание 1.

Какие структурные компоненты входят в состав нуклеотидов молекулы ДНК?

Варианты:

1. азотистые основания: А, Т, Г, Ц
2. разнообразные аминокислоты
3. липопротеины
4. углевод дезоксирибоза
5. азотная кислота
6. фосфорная кислота

Ответ: 146

Решение: нуклеотиды связаны между собой через сахар (дезоксирибозу) и остаток фосфорной кислоты и нуклеотиды РНК отличаются от нуклеотидов ДНК и по строению входящего в их состав углевода (рибоза вместо дизоксирибозы), а у нас спрашивают про днк, значит еще отмечаем дизоксирибозу.

Задание 2.

Каковы свойства, строение и функции в клетке полисахаридов?

Варианты:

1. выполняют структурную и запасающую функции
2. выполняют каталитическую и транспортную функции
3. состоят из остатков молекул моносахаридов
4. состоят из остатков молекул аминокислот
5. растворяются в воде
6. не растворяются в воде

Решение: моносахариды в воде растворяются, а полисахариды не растворяются в воде.

Задание 3.

Какие клеточные структуры содержат ДНК кольцевой формы?

Варианты:

1. субъединицы рибосом
2. хромосомы ядер
3. нуклеоиды бактерий
4. микротрубочки цитоскелета
5. хлоропласты
6. митохондрии

Ответ: 356

Решение: ДНК человека, находящаяся в ядрах клеток имеет форму двух спиралей, соединенных между собой. ДНК, которая находится в других структурах и органоидах, и нуклеоиды бактерий имеют кольцевую форму.

Задание 4.

Какие функции выполняет в клетке вода?

Варианты:

1. строительную
2. растворителя
3. каталитическую
4. запасающую
5. транспортную
6. придает клетке упругость

Ответ: 256

Решение: Многие вещества растворимы в воде, а гидрофобные структуры могут перемещаться по организму с током крови и лимфы.

Задание 5.

Какую функцию выполняют в клетке нуклеиновые кислоты?

Варианты:

1. являются хранителями наследственной информации
2. осуществляют гомеостаз
3. переносят наследственную информацию из ядра к рибосоме
4. участвуют в синтезе белка
5. входят в состав клеточной мембраны
6. выполняют сигнальную функцию

Ответ: 134

Решение: К нуклеиновым кислотам относятся ДНК, иРНК, тРНК, рРНК. Каждая из этих структур имеет свою функцию. Благодаря нуклеиновым кислотам происходят такие процессы, как репликации ДНК, трансляция и транскрипция.

Задание 6.

Выберите признаки РНК.

Варианты:

1. содержится в рибосомах и ядрышке
2. способна к репликации
3. состоит из одной цепи
4. содержится в хромосомах
5. набор нуклеотидов АТГЦ
6. набор нуклеотидов АГЦУ

Ответ: 136

Решение: Нуклеиновые кислоты РНК и ДНК отличаются набором азотистых оснований нуклеотидов, в их состав входят разные углеводы, к тому же они имеют разную пространственную форму.

Задание 7.

Какие функции выполняют углеводы в организме животных?

Варианты:

1. каталитическую
2. структурную
3. запасающую
4. гормональную
5. сократительную
6. энергетическую

Ответ: 236

Решение: Катализаторами могут быть только ферменты, являющиеся белками, а гормональная функция присуща липидам, ведь они являются предшественниками стероидных гормонов.

Задание 8.

Какие признаки характерны для молекулы ДНК?

Варианты:

1. состоит из одной полипептидной нити
2. состоит из двух полинуклеотидных нитей, закрученных в спираль
3. имеет нуклеотид, содержащий урацил
4. имеет нуклеотид, содержащий тимин
5. сохраняет наследственную информацию
6. переносит информацию о строении белка из ядра к рибосоме

Ответ: 245

Решение: Нуклеиновые кислоты РНК и ДНК отличаются набором азотистых оснований нуклеотидов: у ДНК это А, Т, Ц, Г, а у РНК — А, У, Ц, и Г, к тому же они имеют разную пространственную форму и выполняют различные функции.

Задание 9.

Моносахариды в клетке выполняют функции:

Варианты:

1. энергетическую
2. составных компонентов полимеров
3. информационную
4. составных компонентов нуклеиновых кислот
5. защитную
6. транспортную

Ответ: 124

Решение: При расщеплении 1г глюкозы выделяется 17 кДж энергии, а рибоза и дезоксирибоза входят в состав РНК и ДНК соответственно.

Задание 10.

Липиды в клетке выполняют функции:

Варианты:

1. запасающую
2. регуляторную
3. транспортную
4. ферментативную
5. переносчика наследственной информации

Ответ: 12

Решение: Липиды являются предшественниками гормонов, влияющих на жизнедеятельность организма.

Задание 11.

Каковы особенности строения и свойств молекул белков?

Варианты:

1. имеют первичную, вторичную, третичную, четвертичную структуры
2. имеют вид одиночной спирали
3. мономеры – аминокислоты
4. мономеры – нуклеотиды
5. способны к репликации
6. способны к денатурации

Ответ: 136

Решение: В организме белки встречаются чаще всего в виде глобул. При высоких температурах или воздействии радиации структура белка может быть разрушена.

Задание 12.

Белки и липиды играют роль в образовании:

Варианты:

1. рибосом
2. мембран митохондрий и хлоропластов
3. плазматической мембраны
4. оболочки ядра
5. микротрубочек
6. центриолей

Ответ: 234

Решение: Мембраны всех органоидов клетки сходны по строению с цитоплазматической мембраной.

Задание 13

Что характерно для ферментов?

Варианты:

1. представляют собой фрагменты молекулы ДНК
2. имеют белковую природу
3. ускоряют химические реакции
4. участвуют в терморегуляции
5. регулируют процессы жизнедеятельности
6. могут содержать витамины

Ответ: 124

Решение: Ферменты в организме выполняют каталитическую функцию.

Задание 14.

Какие функции выполняют липиды в организме животных?

Варианты:

1. ферментативную
2. запасающую
3. энергетическую
4. структурную
5. сократительную
6. рецепторную

Ответ: 234

Решение: Липиды входят в состав клеточной мембраны, а при сгорании 1 г жира выделяется 39 кДж энергии

Задание 15.

Выберите особенности строения молекул белков.

Варианты:

1. состоят из жирных кислот
2. состоят из аминокислот
3. мономеры молекулы удерживаются пептидными связями
4. состоят из одинаковых по строению мономеров
5. представляют собой многоатомные спирты
6. четвертичная структура молекул состоит из нескольких глобул

Ответ: 236

Решение: Молекулы белков состоят из аминокислот, которые удерживаются пептидными связями. В организме человека существует 20 аминокислот, причем 8 из них являются незаменимыми.

Задание 16.

Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания значения белков в организме человека и животных. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.

Варианты:

1. служат основным строительным материалом
2. расщепляются в кишечнике до глицерина и жирных кислот
3. образуются из аминокислот
4. в печени превращаются в гликоген
5. в качестве ферментов ускоряют химические реакции

Ответ: 24

Решение: Гликоген синтезируется в печени под действием гормона инсулина, выделяемого поджелудочной железой, из глюкозы при ее повышенном содержании в крови.

Задание 17.

Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для определения функций липидов в клетке. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

Варианты:

1. запасающая
2. регуляторная
3. транспортная
4. ферментативная
5. строительная

Ответ: 34

Решение: Липиды входят в состав мембран клетки, выполняют накопительную функцию и являются предшественниками гормонов.

Задание 18.

Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания яичного белка альбумина. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

Варианты:

1. состоит из аминокислот
2. пищеварительный фермент
3. денатурирует обратимо при варке яйца
4. мономеры связаны пептидными связями
5. молекула образует первичную, вторичную и третичную структуры

Ответ: 23

Решение: При очень высокой температуре происходит разрушение первичной структуры белка.

Теперь вы знаете что такое химический состав клетки, на часть экзаменационных вопросов сможете ответить. Главное — четко выучить состав клетки и что выполняет каждая ее составляющая в организме.

Источник https://wika.tutoronline.ru/biologiya-prirodovedenie/class/5/vidy-organicheskih-veshhestv—rol-i-stroenie

Источник http://molekula-polzy.ru/stroitelnye-veshhestva-organizma/

Источник https://novstudent.ru/himicheskiy-sostav-kletki/