Органические соединения

Химический состав клетки

Неорганические соединения

1. Вода 70 – 80 %

2. Неорганические вещества 1,0 – 1,5 %

1. Белки 10 – 20 %

2. Углеводы 0,2 – 2,0 %

3. Липиды (жиры) 1,0 – 5,0 %

4. Нуклеиновые кислоты 1,0 – 2,0 %

5. АТФ (аденозин-три-фосфорная кислота) 0,1 – 0,5 %

и другие низкомолекулярные органические вещества

Из числа существующих на Земле химических элементов всеми необходимыми свойствами для того, чтобы быть структурными компонентами живого вещества, обладают только соединения углерода.

Причина – уникальная способность углерода создавать углерод-углеродные связи, составлять полимерные цепи и кольца, содержащие как одинарные, так и кратные углерод-углеродные химические связи. Это позволяет образовывать большое количество разнообразных органических соединений.

Подобным свойством образовывать химические связи с самим собой могут сера S и кремний Si. Но на их основе построение живого вещества невозможно!

Биогенные элементы – химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и необходимые им для жизнедеятельности.

В составе живого вещества > 70 хим. элементов. Больше всего в клетках (~ 98% по массе) кислорода О₂, водорода Н₂, углерода С.

Универсальные хим. элементы, т.е. присутствующие в клетках всех организмов – азот N, кальций Са, калий К, фосфор Р, магний Mg, сера S, хлор Cl, натрий Na.

Микроэлементами называют хим. элементы необходимые для жизнедеятельности клеток и содержащиеся в малых количествах (обычно < 0,001%).

К ним относятся металлы (алюминий Al, железо Fe, медь Cu, марганец Mn, цинк Zn, милибден Mo, кобальт Co, никель Ni, цирконий Sr и др.) и неметаллы (йод I, селен Se, бром Br, фтор F, мышьяк As, бор B и др.). Всего более 30 химических элементов.

В живых клетках обнаруживают следы практически всех элементов, присутствующих в окружающей среде (ОС).

3.5.2. Обмен веществ и энергии

Между живым организмом и средой происходит непрерывный обмен веществами и энергией, которая необходима организму для поддержания всех его жизненно важных функций. Энергия в организме выделяется за счет окисления сложных органических соединений, т.е. белков, жиров и углеводов. Накопление энергии происходит в молекулах аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая является универсальным источником энергии в организме. Высвобождение энергии происходит при разрыве макроэнергетической химической связи концевой фосфатной группы. Часть этой энергии выделяется в виде теплоты, часть идет на совершение работы.

Совокупность в живом организме всех химических превращений, обеспечивающих его жизнедеятельность, называется обменом веществ, или метаболизмом. Процессы метаболизма разделяются на 2 группы: анаболизм, или ассимиляция (пластический обмен)и катаболизм, или диссимиляции (энергетический обмен). Первая группа включает процессы биосинтеза органических веществ. Анаболизм обеспечивает рост, развитие организма, обновление его структур и накопление энергии. Катаболизм – это процессы расщепления сложных молекул до простых веществ. В детском возрасте преобладают процессы ассимиляции, в пожилом превалируют процессы диссимиляции.

Обмен веществ – фундаментальное свойство живых организмов.

Из окружающей среды клетка получает различные вещества, которые затем подвергаются превращениям, ведущим к высвобождению энергии, необходимой для клеточной активности.

Пластический обмен (ассимиляция)– совокупность реакций синтеза органических молекул, идущих на построение тела клетки.

Процессы ассимиляции протекают с поглощением энергии.

В клетках зеленых растений органические вещества могут синтезироваться из неорганических с использованием - энергии света и химической энергии.

В клетках животных ассимиляция может идти только за счет использования для синтеза собственных веществ (готовых органических соединений).

Энергетический обмен (диссимиляция)– совокупность реакций, в результате которых освобождается необходимая для клетки энергия.

ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН

Биосинтез белков.

Любая клетка организма способна синтезировать свои специфические белки.

Эта способность обусловлена генетически и передается из поколения в поколение.

Информация о структуре белков содержится в ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота).

Геном называется участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре конкретного белка (у человека ~ 80000 генов).

Синтез белка начинается с транскрипции – процесса списывания информации о структуре белка с участка ДНК (гена) на информационную РНК (рибонуклеиновая кислота ).

В ядре клетки находятся ДНК, а синтез белка обычно протекает в цитоплазме на рибосомах. Перенос информации о первичной структуре белка к месту синтеза обеспечивает РНК. Аминокислоты, необходимые для сборки белковых молекул, доставляются к рибосомам цитоплазмы транспортными РНК. Биосинтез протекает в присутствии множества ферментов, катализаторов (ускорителей) всех реакций процесса. Процесс идет с участием АТФ, при распаде которой освобождается энергия, необходимая для его осуществления.

Мутация (от лат. mutatio –перемена) – качественные, внезапно появляющиеся изменения генов, передаваемые далее из поколения в поколение.

Эта форма наследственной изменчивости заключается в изменении строения или количества единиц наследственности – генов или их носителей – хромосом.

Мутации могут быть связаны с изменениями во внешней среде!

Фотосинтез.

Фотосинтез– процесс синтеза органических соединений из неорганических веществ, идущий за счет энергии солнечного излучения.

Фотосинтез делает энергию Солнца и углерод доступными для живых организмов и обеспечивает обогащение кислородом атмосферы Земли.

Процесс фотосинтеза описывается суммарным уравнением

6 СО₂ + 6 Н₂О + hn(солнечная энергия) ® C₆Н₁₂О₆ + 6 О₂

глюкоза

Русский ученый К.А. Тимирязев показал, что для осуществления фотосинтеза необходим хлорофилл – вещество зеленого цвета, поглощающее солнечные лучи в красной и сине-фиолетовой частях спектра.

Фотосинтез протекает в две фазы – 1. световую и 2.темновую.

Световая фаза идет только на свету, при этом под действием света молекулы хлорофилла теряют электроны и переходят в возбужденное состояние.

Под влиянием положительно заряженных молекул хлорофилла по уравнению:

2 Н₂О + hn(солнечная энергия) ® 4Н⁺ + О₂­ + 4 е

происходит фотолиз воды с образованием молекулярного кислорода, электронов и протонов.

Энергия солнечного излучения в световой фазе фотосинтеза используется хлоропластами для синтеза АТФ (аденозин-три-фосфорная кислота) из АДФ (аденозин-ди-фосфота) и фосфата, а также для восстановления НАДФ (никотинамид-аденин-динуклеотид фосфата) до НАДФ× Н₂.

В темновой фазе в присутствии АТФ и НАДФ× Н₂ при участии ферментов из диоксида углерода СО₂ и водорода Н₂ образуется глюкоза:

6 СО₂ + 24Н⁺ АТФ ® С₆Н₁₂О₆ + 6 Н₂О

глюкоза

Дата добавления: 2015-06-27