Биология – наука о живой природе.

Введение.

Биология – наука о живой природе.

Биология представляет собой совокупность наук о живой природе. Изучает строение и жизнедеятельность живых организмов и их сообществ, а так же их распространение, происхождение, индивидуальное и историческое развитие, взаимоотношения организмов друг с другом и с окружающей средой.

Впервые термин «Биология» предложил Руз в 1779 году, а термин «биология» для обозначения науки о жизни предложили независимо друг от друга Ж.Б. Ламарк и Тревиранус (1802) год.

Разнообразие живых организмов на Земле огромно. В настоящее время известны более 500.000 видов растений и 2,5 млн. животных.

Классификация биологических наук.

Современная биология состоит из относительно самостоятельных научных дисциплин, которые можно классифицировать по различным признакам:

1. По объектам изучения:

А) Вирусология — наука о вирусах

Б) Микробиология — наука о микроорганизмах

В) Микология — наука о грибах

Г) Ботаника — наука о растениях (альгология — наука о водорослях, лихенология—наука о лишайниках, бриология — наука о мхах)

Д) Зоология — наука о животных.

протозоология — наука о простейших,

гельминтология — наука о паразитических червях,

малакология — наука о моллюсках,

карцинология — наука о ракообразных,

арахнология — наука о паукообразных,

энтомология — наука о насекомых,

ихтиология — наука о рыбах,

герпетология — наука о земноводных и пресмыкающихся,

орнитология — наука о птицах,

териология (маммология) — наука о млекопитающих,

антропология — наука о становлении и развитии человека.

2. По уровню организации живой материи:

А) Молекулярная биология (проявление свойств жизни на молекулярном уровне).

Б) Генетика (о закономерностях наследственности и изменчивости организма).

В) Цитология (наука о клетке).

Г) Гистология (наука о тканях).

Д) Анатомия (о внешнем и внутреннем строении).

Е) Физиология (о процессах жизнедеятельности).

3. В отношении развития живой природы:

А) Эмбриология — наука о зародышевом периоде.

Б) Биология индивидуального развития — наука, прослеживающая развитие организма от об­разования зиготы и до естественной смерти.

В) Теория эволюции — комплекс знаний об историческом развитии живых организмов.

Г) Палеонтология — наука, изучающая организмы, существовавшие ранее или вымершие к настоящему времени.

Д) Неонтология — наука, изучающая развитие жизни в настоящее время.

4. По изучению жизни сообществ живых организмов:

А) Экология-наука, изучающая взаимоотношения живых организмов между собой и окру­жа­ющей средой.

Б) Этология — наука, изучающая поведение животных.

В) Биогеография — наука, изучающая распространение организмов на Земле (фитогео­графия (растения), зоогеография (животные)).

5. В отношении практического использования биологических знаний:

А) Биохимия — изучение химических веществ, входящих в состав живых организмов, в их структуру, функции, взаимопревращение.

Б) Биофизика — изучение физиологических процессов и явлений, характерных для живых ор­ганизмов.

В) Биотехнология — изучение совокупности промышленных методов, позволяющих ис­поль­зовать живые организмы для получения необходимых веществ.

Г) Агробиология — возделывание сельских культур: животноводство, ветеринария.

Биологические науки тесно связаны с другими науками. Объединяет не только объект изучения, но и методы изучения.

Методы изучения живой природы.

1. Наблюдение – целенаправленное восприятие явлений и процессов, проводится для изуче­ния в естественных условиях.

2. Описание – фиксация сведений об изучаемом объекте при помощи естественного и искус­ствен­ного языка.

3. Измерение – действия, выполняемые с целью нахождения числового значения измененной вели­чины.

4. Эксперимент (опыт) – активный метод, позволяющий в управляемых условиях изучать объ­ект.

5. Моделирование – изучение явления или процесса на основе построения его копии (мо­дели), за­мещающей оригинал.

6. Сравнение – изучение сходства и различия строения и функций организмов или частей.

Кроме основных методов существуют специфические: при изучении клетки — цитологические ме­тоды, при изучении генов — генетические методы. Так же инструментальные методы, световая и электронная микроскопия.

Предметы и задачи общей биологии.

Под термином «Общая биология» понимают отдельные фундаментальные области биологии (ци­толо­гия, биохимия, генетика, экология, эволюционное учение, биология развития и т.д.), изучаю­щие наиболее универсальные и общие закономерности, присущие всем живым организмам.

Общая биология отвечает на вопросы:

1. Кто такое жизнь?

2. Как она возникла?

3. Чем живые организмы отличаются от неживых тел?

4. Каковы наиболее общие свойства, присущие всем живым организмам на всех уровнях органи­за­ции?

Предметом общей биологии являются живые объекты различных уровней организации.

Основные задачи.

1. Производство продовольствия и медицинских препаратов (для обеспечения питания необхо­димо иметь высокопродуктивные сорта сельхоз. растений и пород домашних жи­вотных). Теоритической основой являются генетика и селекция.

2. Разработка методов предупреждения заболевания человека. Решение требует глубокого ис­следо­вания жизненных процессов и механизмов в отдельных клетках и в организме в целом.

3. Охрана природы и преумножение ее богатств. Под влиянием жизнедеятельности человека про­исходит загрязнение, следовательно, уменьшается численность и гибель многих видов животных и растений.

 

 

Уровни организации живой природы.

Уровеньорганизации живой природы – функциональное место данной биологической системы опре­деленной степени сложности в общей системе живого.

Развитие уровней в процессе происхождения из низшего в высшее, с появлением более высшего уровня предыдущий не исчезал, а лишь утрачивал ведущую роль, входил в состав как подчинен­ная структура или функциональная единица.

Таблица№1. Уровни организации живого.

Название уровня	Биосистема	Понятие	Элементы, обр. си­стему.	Науки
Молекулярно-генетический. (обмен в-в и передача насл. информации)	Биополимеры (белки, нукле­иновые кис­лоты, полиса­хариды).	Биополимеры – сложные орга­нические вещества с огромной молекулярной массой, состоя­щие из мономеров.	АК, нуклеотиды, моно­сахариды	Генетика Мол. Био­логия Биохимия Биофизика
Клеточный. (кроме виру­сов)	Клетка	Клетка – структурно-функцио­нальная единица живого.	Оболочка Цитоплазма Ядро	Цитология
Организмен­ный. Подчиняет подуровни: Тканевый Органный.	Ткань => Ор­ганы=> Си­стемы орга­нов=> Организм	Ткань – совокупность клеток, сходных по строению, проис­хождению и выполняющие общие функции. Орган – часть тела, выполня­ющая определенные функции. Система органов – ряд органов, имеющих общий план строе­ния, единство происхождения и выполняющих одну большую функцию. Организм – любое существо, обладающее свойствами жи­вого.	Клетки. Межклеточное в-во. Ткань. Системы органов	Гистоло­гия Анатомия Физиоло­гия
Надорганизменные уровни
Популяционно-видовой. Подчиняет: Популяцион­ный Видовой	Популяция Вид	Популяция – совокупность особей одного вида, населяю­щих пространство с однород­ными условиями. Вид – совокупность популя­ций, особи которых занимают определенный ареал, способ­ные скрещиваться и давать плодовитое потомство.	Особи Популяции	Популя­цион­ная экология
Биогеоценоти­ческий	Биогеоценоз (сообщество живых орга­низмов)+ Биотоп (уча­сток абиотиче­ской среды)	Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов, оби­тающих на определенной тер­ритории и взаимосвязанных между собой пространствен­ными и пищеварительными связями. Осн. функция – круговорот веществ и энергии, который заключается в превращении энергии Солнца во все виды энергии.	Виды	Экология со­обществ
Биосферный	Биосфера	Биосфера – оболочка Земли, заселенная живыми организ­мами, включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы.	Биогеоценозы	Экология

Раздел 1.

История развития цитологии.

Развитие цитологии связано с созданием и совершенствованием оптических устройств, позволяющих рассматривать и изучать клетки.

1610- голландский ученый Галилео Галилей сконструировал первый микроскоп, а после его усовер­шенствования в 1924 году его можно было использовать для первых исследований.

1665 – английский ученый Р. Гук с помощью увеличительных линз наблюдал в тонком срезе пробко­вой пластинки и назвал их клетками.

Во второй половине XVΙΙ века описания Гука легли в основу исследований анатомии растений Маль­пиге, который подтверждал теорию Гука.

1680 – голландский ученый Антони ван Левенгук открыл мир одноклеточных и увидел клетки жи­вотных. Открыл и описал эритроциты, сперматозоиды, клетки сердечной мышцы.

Дальнейший прогресс в изучении клетки связан с развитием микроскопии XΙX века. Изменились представления о строении клеток: главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а цитоплазма (Пуркине, 1830г).

В 30х годах XΙX века английский ученый английский ученый Броун обнаружил в клетках растений ядро и предложил термин «ядро». Обнаружил ядро в клетках грибов и животных. Эти и другие мно­гочисленные наблюдения позволили Шванну сделать ряд обобщений. Так Шванн показал, что клетки растений и животных принципиально схожи между собой. Шванном была сформулирована клеточная теория, т.к. при создании теории он пользовался трудами Шлейдена, то его так же считают создателем теории.

Методы изучения клеток.

Цитология возникла как ветвь микроанатомиии, до сих пор основными методами являются методы световой микроскопии. Революционным событием стало применение электронной микроскопии, от­крывшей широкие перспективы. Все методы изучения можно разделить на 5 групп:

Ι. Световая микроскопия.

ΙΙ. Электронная микроскопия.

ΙΙΙ. Прижизненное изучение натуральных объектов.

ΙV. Фиксированные клетки.

V. Другие методы.

Ι. Световая микроскопия.

Световой микроскоп – сложная оптическая система, состоящая из конденсора, объектива, окуляра, использующаяся для рассмотрения и изучения объекта.

Принцип работы: пучок света от источника освещения собирается в конденсоре и направляется на объект, пройдя через объект, лучи попадают в систему увеличительных линз, где строится первичное изображение, где увеличивается за счет линз и строится вторичное изображение.

Увеличительная способность = умножение окуляра на кратность объектива.

Главной характеристикой светового микроскопа является разрешающая способность.

Разрешающая способность глаза = 0,1 мм.; светового микроскопа = 2 х 10^-4; электронного микроскопа = 0,2 х 10^-6.

Человеческий глаз не различает двух точек на расстоянии менее 0,1 мм, а в электронном микроскопе изображение точек рядом можно увидеть на 0,2 нм или 0,2 х 10^-6.

Методы.

1. Фазово-контрастная микроскопия используется для наблюдения за живыми клетками. Основана на том, что отдельные части клетки отличаются по плотности и светопреломлению. Метод позволяет повысить контрастность изображения объектива.

2. Поляризационная микроскопия. С ее помощью изучают объект с двойным преломлением. Эффект яркосветящегося объекта на темном фоне.

3. Интерференционная микроскопия. Свет разделяется на два пучка – один проходит через объект, а другой мимо. Части, обладающие разной плотностью, будут, отличаются по контрасту.

4. Ультрафиолет. Отдельные компоненты, не поглощающие видимый свет, обладают поглощаемо­стью ультрафиолета, позволяющего при регулировке его длины волны выявить вещества без окрашивания.

ΙΙ. Электронная микроскопия.

По принципу конструкции сходна с оптическим. Вместо глаза – электроны – они вместо лучей попа­дают на люминесцентный экран. Увеличение до 500.000 раз, при печати 10- ти кратное увеличение. Разрешающая способность – 10⁶ раз. Однако максимально разрешающая способность используется при исследовании кристаллических решеток. На биологических объектах разрешение не удается из-за низкой контрастности.

Методы.

1. Трансмиссионная микроскопия – изображение на светящемся экране при рассеивании пучка электро­нов. Чем больше рассеяность, тем больше плотность на экране.

2. Сканирующая микроскопия – по поверхности пробегают электроны, создавая 3D-изображение, изучая форму, очертания и информацию о химическом составе.

ΙΙΙ. Прижизненное изучение натуральных объектов.

Суть: объекты помещаются в каплю воды на предметное стекло и наблюдаются.

Методы.

1. Метод клеточных структур – для изучения клеток животных их помещают в камеру с питатель­ными веществами, через некоторое время на периферии кусочка происходит деление клеток. Их отделяют и изучают. Условия: поддержание температуры и стерильности.

2. Микрохирургия – с помощью микрорегулятора, клетки разрезают, достают части клетки с помо­щью микрохирургических инструментов. Позволяет: поворачивать веретено деления, растаскивать хромосомы, вставлять меченые атомы.

ΙV. Фиксированные клетки.

Объект: клетки тканей, изучаемых с помощью специфической обработки и применения красителей, позволяющих выявить различные детали клетки. После фиксации их обезвоживают, делают тонкие срезы и окрашивают. Опускают в «канадский бальзам» и под стекло. Можно долго хранить.

Методы.

1. Цитохимический метод - принцип специфического связывания красителей с определенными компонентами или веществами. Можно определить локализацию структур и веществ.

2. Метод меченых атомов – применяется при изучении биохимических процессов в клетке. Для того чтобы проследить за превращением вещества, заменяют один из атомов радиоактивным изотопом, который показывает свое положение.

V. Другие методы.

1. Дифференциальное центрифугирование. Основан на том, что различные части клетки имеют раз­ную плотность и массу. При этом более плотные компоненты оседают при маленьких ско­ростях, более легкие – при более высоких. Их разделяют и изучают.

2. Рентгеноструктурный анализ основан на явлении рассеивания рентгеновских лучей при прохож­дении их через кристалл. Если позади кристалла поставить пластинку, то на ней по­явится пятно от луча и множество мелких пятен, соответствующих отражением от различных групп параллельных плоскостей кристалла. Проанализировав положение и интенсивность каждого пятна, можно определить структуру молекулы.

Химический состав клетки.

Элементарный состав клетки.

Химические анализы показывают, что элементарный состав клеток и тел неживой природы каче­ственно одинаковый. В живых организмах содержится более 80 элементов и 24 элемента из них яв­ляются обязательными и находятся во всех типах клеток.

По процентному содержанию все химические элементы делятся на:

1. Макроэлементы (химические элементы, содержащиеся в клетках живых организмов в концен­трации от 0.001-70% от массы тела; к ним относятся: органогенные элементы (N, H, O, C) и P, Na, K, Ca, Mg, S, Fe, Cl).

2. Микроэлементы (химические элементы, доля которых составляет от 0.001-0.000001%, (2% от массы клетки)), к ним относятся: Cu, Zn, Co, Ni, B, F, Mn, Sr, Ag, I. Входят в состав ферментов, вли­яют на рост, размножение, кровь и другие процессы).

3. Ультрамикроэлементы (элементы, концентрация которых не превышает 0.000001-0.001% от массы клетки) к ним относятся: Ra, Y, Au, Hg, Be, Cs, но их роль в организме еще не выяснена до конца).

Таблица№2. «Роль химических элементов в жизни клеток».

Макроэлементы: N, O, C, H- органогенные элементы, входящие в состав всех веществ в орга­низме. Также к макроэлементам относят:
Ca, CaCO3, Ca3(PO4)2	Образует ткани зубов и скелета
K, Na, Cl, P	Находятся в составе солей, участвуют в поддержании осмотического давления в клетке.
S	1.содержится в составе некоторых аминокислот (метионина, цистеина). 2. также важна для нормального функционирования кожи и роста волос. 3. дисульфидные связи (S-S) поддерживают третичную форму белка. 4.входит в состав витаминов (В1) 5. в составе эфирных масел лука, редьки играет защитную функцию.
P	1. Входит в состав нуклеиновых кислот, ДНК, РНК, АТФ. 2. Фосфолипиды входят в состав мембран клетки ткани.
Mg	Входит в состав хлорофилла и некоторых других ферментов.
Fe	Входит в состав ферментов, участвующих в синтезе АТФ. Содержится в транспортных белках гемоглобине и миоглобине.
Cl	Содержится в соляной кислоте, которая входит в состав желудочного сока.
Микроэлементы:
Cu	В составе фермента гемоцианина, придающего голубой цвет гемолимфе членистоно­гих и моллюсков. Является составной частью ферментов, участвующих в клеточном дыхании.
Zn	Входит в состав инсулина и более 100 ферментов.
Co	Содержится в витамине В12, регулирующем кроветворную функцию.
I	Содержится в гормоне тироксине, вырабатывающимся щитовидной железой. В организме повышает интенсивность окислительных реакций в клетках и выделе­ние тепла, участвует в процессах роста и развития, поддерживает гормональную возбудимость нервных центров и сердечной мышцы.
F	Содержится в костной ткани и в дентине и эмали зубов.

Молекулярный состав клеток

Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов или компонентов молекул неорганических и органических веществ.

Неорганические вещества – относительно простые вещества, в состав которых необязательно вхо­дит углерод.

Такие вещества встречаются как в живой, так и в неживой природе.

Неорганическими веществами в клетке являются:

А) Вода(70 - 80%)

Б) Минеральные вещества (1 - 2%)

Органические вещества – сложные химические высокомолекулярные соединения углерода, синте­зирующиеся живыми организмами.

К органическим веществам относят:

А) Белки(10 – 20%)

Б) Жиры и липиды (1 – 5%)

В) Углеводы (1 – 2%)

Г) Нуклеиновые кислоты (1 – 2%)

Физические свойства воды

Уникальные физико-химические свойства воды определяются:

1. Малыми размерами молекул воды.

2. Полярностью каждой молекулы воды.

3. Способностью молекул соединяться друг с другом посредством водородных связей.

Образование водородных связей

В молекуле воды кислород связан с двумя атомами водорода. Кислород, как более сильный элемент, притягивает электронное облако атома водорода, и молекула становится диполем, т.е. молекулой, один конец которой имеет частично положительный заряд, а другой конец - частично отрицательный. По законам физики, разноименные заряды притягиваются, поэтому молекулы как бы «склеиваются». Возникают водородные связи.

Но молекула способна образовывать 4 связи, и эта возможность влияет на физико-химические свой­ства воды: большая теплоемкость, парообразование (объясняется тем, что большая часть тепла ухо­дит на разрыв водородных связей).

Биологическая роль воды

1. Универсальный растворитель (в клетке множество реакций могут происходить только в вод­ной среде). По отношению к воде вещества делятся на гидрофильные (хорошо растворимые - соли, кислоты, простые сахара, спирты, щелочи) и гидрофобные (плохорастворимые или нерастворимые – жиры, нуклеиновые кислоты, белки).

2. Вода – среда для многих физиологических и биохимических процессов, все реакции гидро­лиза (расщепления) происходят с участием ферментов в водной среде.

3. Вода определяет физические свойства клеток (упругость, пластичность) благодаря тургор­ному давлению.

4. Вода – терморегулятор, благодаря большой теплоемкости и большой теплоте испарения.

5. Адгезия – процесс сцепления молекул различных тел друг с другом под действием сил притяже­ния.

Когезия – процесс сцепления молекул одного вещества между собой под действием сил притяжения.

6. Вода является источником кислорода в процессе фотосинтеза.

 

Пептиды.

Пептиды – органические вещества, состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью.

Пептидная связь – ковалентная химическая связь, возникающая между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты.

До 10 остатков - аминопептиды

Более 10 остатков - полипептиды

Белки.

Белки – высокомолекулярные органические вещества, состоящие из мономеров аминокислот.

Химический состав: C, H, O, N и S, Fe, P.

Имеют огромную молекулярную массу. Альбумин – 36000; гемоглобин – 152000.

Мономерами белков являются аминокислоты (АК).

АК – класс органических соединений, содержащих карбоксильную группу (СООН) и амино-группу (NH₂), имеющий свойства, как кислот, так и оснований.

По составу:

Простые (протеины) – только из АК.	Сложные (протеиды) – кроме АК имеется небелковая часть.
	Липопротеиды – в составе мембран
Гликопротеиды – ферменты
Фосфопротеиды - казеин
Гемопротеиды – гемоглобин
Нуклеопротеиды – ДНК, РНК, вирусы, рибосомы, хромосомы.

Соединения аминокислот.

Общая формула:

Таблица№3. Основные группы аминокислот.

Группа	Структура
Углеводородная	Изолейцин (иле) Глицин (гли) Аланин (ала) Валин (вал) Лейцин (лей)
Окси - группа	Серин (сер) Треонин (тре)
Сера	Цистеин (цис) Метионин (мет)
Кислые	Аспарагиновая кислота (асп) Глутаминовая кислота (глу)
Амидоаминокислота	Аспарагин (асн) Глутамин (глн)
Амидные	Лизин (лиз) Аргинин (арг)
Циклические кислоты	Тирозин (тир) Фенилаланин (фен) Триптофан (трп)
Гетероциклические кислоты	Гистидин (гис) Пролин (про)

 

По структуре белки бывают:

1. Глобурярные (полипептидные цепи в виде клубков). Гемоглобин, неоглобин, инсулин.

2. Фибриллярные (цепи в виде длинных нитей, нерастворимы). Коллаген, казеин.

Таблица№4. Биологическая роль белков.

Группа	Функции	Примеры
Ферменты	Биокатализаторы, ускоряют в 100.000 —1000000 раз.	Амилаза, и т.д.
Структурные	Явл. структурными компонентами мембран. В составе волос, ногтей, сухожилий, стенок сосудов.	Коллаген, этастин, кератин
Двигательные	Движения (мышцы, жгутики, реснички, листья).	Актин,меозин,тубулин.
Защитные	Предохраняют от антигенов и механических воздействий.	Антитела,фибриногены, тромбины.
Запасные	Питают зародыш на ранних стадиях, запасают пит.вещества и ионы.	Казеин, ферритин, яичный белок.
Транспортные	Связывают и переносят молекулы и ионы.	Гемоглобин, альбулин
Регуляторные	Гормональная регуляция	Инсулин, адреналин.
Источник энергии	1г – 17,6 кДж. Используется в крайних случаях.
Сигнальные	Прием сигналов из внешней и внутренней среды, изменяют третичную структуру на влияние факторов.

Ферменты.

Все химические реакции осуществляется при наличии белков-ферментов.

Ферменты – специфические белки, обязательно присутствующих в клетках в роли биокатализаторов.

Свойства:

1. Специфичность (каждый катализатор регулирует одну реакцию в одном направлении);

2. Глобулярные белки третичной и четвертичной структуры.

3. При денатурации дают характерные реакции. При гидролизе ферменты образуют АК. Есть ферменты, активность которых регулируется коферментами. Большинство обладают огромной молекулярной массой.Каталаза-222000, синтетаза – 1000000, нуклеаза -14000. Ферменты увеличивают скорость химических реакций в 10⁴-10⁶ раз, но сами не расходуются. В каждой клетке находится столько ферментов, сколько разновидностей реакций в ней происходит.В клетках печени – до 10000, в жировых клетках – 8000 ферментов.

4. Ферменты активны в определенной среде и при определенной температуре, при повышении до 40^оС, активность фермента возрастает (увеличение на 10^оС – увеличение скорости в 2 раза)., при 40-45^оС – процесс денатурации и его активность падает и прекращается вовсе. Для большинства реакций оптимум 35-38^оС. Для каждого фермента существует оптимум РН среды. Пепсиин – 1,5 – 2,5 РН, Липаза – 4,7 – 5,0 РН.Для большинства ферментов оптимальна нейтральная среда.

5. Большая эффективность действия при малом содержании т.к. ферменты не разружаются т.е. небольшое количество катализирует относительно большое количество веществ.

6. Реакции с ферментами обратимы.

 

Строение.

Ферменты – глобулярные белки третичной и четвертичной структуры.

В молекуле различают:

1) Субстратный центр(S) активный центр фермента

2) Каталитический центр (К)

3) Регуляторный центр (А)

S-центр отвечает за связывание фермента и субстрата, подготовку субстрата к химической реакции.

К-центр преобразует субстрат в продукт реакции, отвечает за протекание реакции.

А-центр участок фермента, с которым могут соединяться различные вещества (регуляторы, активаторы, ингибиторы).

.

Механизм действия

Реакция происходит в несколько этапов.

1)Фермент соединяется с субстратом, образует короткоживущий субстратно-ферментный комплекс.

2) происходит химическая реакция, образуется фермент-субстратный комплекс с видоизмененным субстратом, а потом фермент-продукт реакции.

3) Фермент-продукт реакции распадается на продукт реакции и фермент.

Фермент не изменяется и может взаимодействовать с другими молекулами вещества.

Е+S=ES=ES¹=EP=E+P

E. -фермент

S. -субстрат

Р. - продукт

Классификация ферментов

По строению

А) простые (однокомпонентные) состоит только из белковой части, активность обусловлена А-центром;

Б) сложные (двухкомпонентные) состоит из белка и небелковой части (кофермента).

Коферментами могут быть:

Витамины (E, K, B₁, B₆, B₁₂ , С и т.п.)

НАД (никотинамидадениндинуклеотид)

НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат)

ФАД (флавинадениндинуклеотид)

АТФ (аденинтрифосфат).

Номенклатура

Научное название дают по химическому названию субстрата, на который фермент воздействует или по типу катализируемой реакции.

Рабочее название дается по субстрату + аза (амилаза, липаза и т.д.)

По типу катализируемой реакции

1) Оксидоредуктазы – реакции ОВР, путем переноса протонов и электронов.

А•Н + В = А⁺ + В•Н Дегидрогеназа, оксидаза.

2) Трансферазы – реакция переноса групп атомов или молекулы от одного вещества к другому.

А•В + С = А⁺ + В•С Аминотрансфераза, фосфортрансфераза.

3) Гидролазы – реакция расщепления водой.

АВ+ НОН = АОН + ВН Амилаза, мальтаза, липаза.

4) Лиазы - реакция негидролитического отщепления групп атомов с образованием двойной связи.

R-C-C-ОН = R-C-H + CO₂ Альдолаза

‖ ‖ ‖

O O O

5) Изомеразы – реакция создания изомеров вещества.

АВ=ВА Мутаза

6) Синтетазы – реакции присоединения друг к другу мономеров с потреблением энергии

А+В+ АТФ = АВ + АДФ + Ф синтетаза

Углеводы.

Углеводы – сложные органические вещества, содержащие в составе атомы С, Н, О в соотношении 1:2:1. Общая формула С_хН_2хО_х, где х ≥ 3.

Содержание углеводов в клетке животных – 1-5%, в растениях – до 70% сухой массы.

Образуется из углекислого газа и воды в реакции фотосинтеза.

6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

По химической организации различают простые и сложные.

Таблица№5. Характеристика моносахаридов.

Группа	Название	Функции
Триозы	Молочная, пировиноградная кислоты, глицеральдегид.	Промежуточные вещества в дыхании и фотосинтезе.
Тетрозы	Эритроза	Промежуточное в-во.
Пентозы	Рибоза, дезоксирибоза	Рибоза в составе АМФ,АДФ,АТФ. Дезоксирибоза в составе ДНК.
Гексозы	Глюкоза (виноградный сахар). Может существовать в форме α и β изомеров.	Источник энергии в клетках, является обязательным компонентом крови и регулирует осмотическое давление.
Фруктоза. В плодах, фруктах, меду. Слаще глюкозы.	Питание больных сахарным диабетом.
Галоктоза – изомер глюкозы.	Олиго и полисахаридов. В составе лактозы.

Сложные углеводы.

Полисахариды – углеводы, состоящие из двух и более мономерных звеньев.

Общая формула С_мН_2мО_х, где м > х.

К сложным улеводам относят олигосахариды и полисахариды.

Олигосахариды.

Олигосахариды – сложные углеводы, имеющие от 2 до 10 мономерных остатков. В зависимости от числа звеньев различают дисахариды, трисахариды, тетрасахариды.

Физические свойства сходны с моносахаридами.

Дисахариды – олигосахариды, образованные двумя остатками моносахаридов.В природе – свободные или в составе полисахаридов. Образуются в результате конденсации двух гексоз.

Связь между 2 моносахаридами - гликозидная связь.

 

Таблица№6. Характеристика дисахаридов.

Вещество	Характеристика	Функции
Сахароза С12Н22О11	Состоит из остатков глюкозы и фруктозы. Растворяется в воде.	Источник глюкозы. Питание.
Лактоза	Из остатков глюкозы и галактозы, в составе молока	Питание млекопитающих. Питательная среда.
Мальтоза	Из 2 остатков глюкозы, хорошо растворима.	Строительный элемент полисахаридов.

Полисахариды.

Полисахариды – сложные органические вещества, образованные остатками моносахаридов или их производными. Молекулярная масса – 10⁴-10⁶ единиц.

Химические свойства: гидрофобные, не кристаллизуются, не обладают вкусом.

Важнейшие полисахариды:крахмал, целлюлоза (у растений), гликоген, хитин (у животных).

Есть две формы полисахаридов, определяющие различную структуру.

Амилоза	Амилопектин
Линейные или слаборазветвленные	Разветвленные
1-4 гликозидная связь	1-4 и 1-6 гликозидная связь

Классификация

1. По структуре макромолекулы

a. Неразветвленные(целлюлоза, хитин).

b. Разветвленные (крахмал, гликоген).

2. По функциям

a. Структурные (целлюлоза, хитин).

b. Запасные (крахмал, гликоген).

3. По составу

a. Монополисахариды

b. Гетерополисахариды

Таблица№7. Характеристика полисахаридов.

Крахмал	В растениях, клубнях, семенах, разветвленный, нерастворим.	Углевод растений
Гликоген	В печени, мышцах, грибах, дрожжах, разветвленный, растворим.	Углевод животных
Целлюлоза	Клеточные стенки растений, линейный, нерастворим, набухает в воде.	Стенки клеток, промышленное значение, пища.
Хитин	Грибы, членистоногие.	Опорная, структурная.

Функции:

1. Энергетическая – основной источник энергии. 1 г = 17,6 кДж.

2. Структурная – в составе клеточных мембран, клеточных стенок, грибов, бактерий, твердых покровов. Рибоза и дезоксирибоза – в составе ДНК и РНК.

3. Запасающая – крахмал, гликоген – источники глюкозы, высвобождаемой при необходимиости.

4. Рецепторная – олигосахаридные цепи, гликопротеиды, гликолипиды – роль рецепторов, принимающих сигналы из внешней среды.

5. Защитная – в составе слизи, защищающей внутренние органы от микробов и механического воздействия. Гепарин предотвращает свертывание крови.

Липиды.

Жиры – сложные органические вещества, входящие в состав всех клеток и играющие важную роль в процессах жизни. Относятся к гидрофобным веществам, но хорошо растворимым в органических растворителях. Содержится во всех клетках. Среднее содержание – 5-15%. У животных – жировая ткань, у сердца, у печени (до 90%), у растений – в плодах и семенах.

Химический состав.

Сложные эфиры высших жирных кислот и глицерина. Сложный эфир – продукт реакции между кислотой и спиртом.Каждая группа ОН глицнрина вступает в реакцию конденсации с кислотой. Возникает 3-сложноэфирная связь. 3-глицерид.

СООН – гидрофильна, R-гидрофобен (группы СН₂).

В зависимости от наличия или отсутствия двойных связей выделяют:

1. Насыщенные. Не содержат двойных связей, плавятся при высоких температурах.

2. Ненасыщенные. В хвосте есть двойные связи, плавятся при более низких температурах.

От состава молекул зависят химические свойства. Если преобладают насыщенные радикалы – жиры твердые, если ненасыщенные – жидкие.

Классы жиров.

1. Средние жиры – самые распространенные жиры.

2. Воски – сложные эфиры высших жирных кислот и многоатомных спиртов.У животных – строительный (соты), предохранение волос и кожи от воды (ланалин). У растений – защитная функция (восковый налет на пластинке листа).

3. Фосфолипиды - сложные липиды, содержащие фосфорную кислоту. Состоит из полярной головки и двух хвостов. Большое количество фосфолипидов находится в нервной ткани, сердце и печени, в яйцах птиц