Группы органических веществ.

Углеводы

 

Это органические вещества, которые состоят из 3-ех атомов: углерода, кислорода и водорода. Для большинства из них, не зависимо от того как они будут выглядеть общая формула записывается как C_n(H₂O)_m. В среднем в клетках они составляют от 1 до 5% массы сухого вещества.

Есть клетки где углеводы составляют до 90% массы сухого вещества, это там где они запасаются, например, в картофеле крахмал. Углеводы разделяются на группы в зависимости от своего строения:

a) моносахариды (глюкоза, сахароза, уксусная кислота):

глюкоза (виноградный сахар) – основной источник энергии клетки.

b) дисахариды ( частный случай олигосахаридов ):

димерные молекулы - их молекулы состоят из 2-ух моносахаридов.

Пример: сахароза (тросниковый или свекольный сахар), состоит из двух молекул фруктозы + глюкозы;

Лактоза – молочный сахар (основной источник энергии для детенышей)

Эти первые две группы гидрофильные их растворы имеют сладкий вкус отсюда название сахара.

 

c) полисахариды -длинные ветвящиеся и неветвящиеся цепи.

Чем больше моносахаридов они содержат, тем менее они растворимы в воде. Примером служит крахмал, его аналог гликоген, целлюлоза или клетчатка. Это все полимеры глюкозы.

 

Функции углеводов:

1. Энергетическая.

Что бы соединить два атома углерода в одну молекулу их нужно сблизить. Два электрона начинают отталкиваться, что бы их заставить изменить свою орбиту нам нужно потратить энергию. В итоге образуется ковалентная связь.

Химическая энергия ковалентной связи.

Когда мы ее разрываем, электроны возвращаются на свои места. Они нам эту энергию и отдают.

 

О

При расщеплении одного 1 грамма глюкозы высвобождается 17,6 кДж энергии.

 

2. Запасающая. Глюкоза как источник энергии запасается в виде крахмала у растений и в виде гликогена у животных и грибов. Место, где хранится гликоген это печень. Максимум что она может запасти это 300 грамм гликогена и еще скелетная мышца, там есть запас, который при необходимости от него можно отщеплять глюкозу и выбрасывать ее в кровь.

3. Структурно-строительная. Например, полисахарид целлюлоза образует клеточную стенку у растений. Хитин, хитиновый панцирь у членистоногих или клеточная стенка у грибов (поэтому мы не можем их нормально переваривать).

4. Защитная. Хитиновый панцирь защищает тело членистоногих. Или целлюлоза защищает клетку растения. Но есть полисахариды (в нашем организме) которые образуют слизистые секреты, т.к. они плохо растворяются в воде, то слизистая оболочка – это живые клетки, которые непосредственно соприкасаются с внешней средой (носовая полость, ротовая полость) и любая клетка сразу высыхает и погибает (должна быть покрыта влажным субстратом) если смачивать водой, то вода быстро испаряется. Слизистый секрет раствор полисахарида, который плохо испаряет воду.

5. Сигнальная (рецепторная). Полисахариды входят в состав рецепторов клеточных мембран (смотреть белки).

 

Липиды

 

В основе строения липидов спирты, которые соединяются с жирными кислотами. Жирные кислоты содержат очень много атомов углерода (более 15). Это тяжелые полимеры и они плохо растворяются в воде. Поэтому все липиды гидрофобные. Но они растворимы в неполярных растворителях, например, эфир, хлороформ, бензол. Это все у нас вызывает отравление организма и мутацию, т.к. разрушают наши клеточные мембраны.

В клетке липиды составляют 5 -15% массы сухого вещества. У нас есть стратегический запас в клетках подкожной жировой клетчатке жиров до 90%.

Группы липиды:

Стероиды.

a) Половые гормоны.

b) Кортикостероиды - гормоны стресса.

2. Воска. Покрываю листья у некоторых растений, кожу, перья, шерсть у некоторых животных (гидрофобные вещества).

3. Каротиноиды. Например, предшественники витамина А.

4. Нейтральные жиры. Триглицериды.

Соединение трехатомного спирта глицерина и жирных кислот, например, стеариновая кислота, пальмитиновая. Растительные жиры при комнатной температуре жидкие и называются масла, исключение кокосовое масло. Животные жиры при комнатной температуре твердые, исключение рыбий жир.

5. Фосфолипиды. Это органические вещества липиды, которые содержат остаток неорганической фосфорной кислоты. Эти молекулы уникальны.

Голова содержит остаток фосфорной кислоты. Она полярная т.к. фосфорная кислота сбрасывает водород.

Неполярные хвосты жирных кислот.

 

 

Гидрофобные хвосты друг к другу притягиваются. Образуются билипидный слой.

- клеточная мембрана и основа всех оболочек нервных волокон.

 

Функции липидов:

1. Энергетическая. Жиры дополнительный источник энергии тогда, когда не хватает углеводов. При расщеплении 1 грамма жира высвобождается 38,9 кДж энергии.

2. Эндогенный (внутренний). Эндогенный источник воды в организме. Т.к. жир состоит из углерода, кислорода и водорода. Когда мы расщепляем жир, то выделяется много энергии и воды. При расщеплении 1кг жира образуется 1,1 литра воды.

3. Запасающая. Жиры накапливаются в тканях как источник энергии и как источник воды.

4. Защитная. Подкожная жировая клетчатка обеспечивает нам две защиты. Защита внутренних органов от механических повреждений и теплоизоляция.

Воск защита от смачиваемости (промокания).

5. Регуляторная. Гормоны. Жироподобные витамины: A, D, E, K. Они контролируют работу отдельных клеток, целых систем органов, а иногда и организма в целом (половое поведение).

6. Структурно-строительная. Фосфолипиды образуют основу всех биологических мембран и оболочек нервных волокон.

 

Липиды у все одинаковые, отличаются только количеством.

 

 

Белки.

 

Белки составляют от 50 до 80% сухой массы клетки. Это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

Все белки построены из азота. Радикалом может быть все что угодно, начиная от атомов кислорода и заканчивая гидроциклами сложными. На сегодняшний день известно 60 видов аминокислот. Все они отличаются только радикалом. Из этих 60 аминокислот 22 входят в состав всех живых организмов. Какой организм ни взять все его белки содержат 22 вида аминокислот не больше и не меньше. Белки отличаются только составом аминокислот.

 

Аминокислоты собираются в линейный биополимер, соединяясь ковалентной связью, образуют цепочку белка. Они соединяются друг с другом пептидной связью:

В среднем в молекуле белка от 300 до 500 аминокислотных остатков. Часто называют полипептидная цепь вместо молекулы белка. Если в цепочке от 2 до 17 аминокислот, то их называют пептиды, если больше то уже белок.

 

 

В структуре белковой молекулы выделяют 4 уровня организации:

 

 

 

Первичная структура: строго определенный порядок расположения аминокислот в полипептидной цепи. Для каждого белка он уникален. Именно он определяет все свойства и функции белка. Эта структура закодирована в генах.

Вторичная структура: самопроизвольное сворачивание цепочки аминокислот в правую спираль.

В виде такой спирали существуют некоторые белки, например, коллаген.

На этом уровне находятся фибриллярные (нитчатые) белки. Например, мышечные белки: актин, ниозин, фибриноген.

Третичная структура (глобулярная): Многократное сворачивание спирали в 3-ех мерное образование глобулу (комок). Форма глобулы для каждого белка строго определенная.

Именно форма глобулы обеспечивает белком его определённых функций.

 

 

Четвертичная структура: объединение нескольких белковых молекул (субъединиц) в одну систему. В качестве субъединиц могут быть спирали, глобулы. По своему составу субъединицы могут быть идентичными, а могут быть разными. Пример такого белка, гемоглобин.

 

Пространственной конфигурацией белка, начиная с вторичной структуры, называют конформацией. Белки подвижны (изменяются) под воздействием физических и химических воздействий. Изменяется, например, температура, кислотность, давление и конформациея белка начинает меняться. Такая способность к изменению лежит в основе свойства, которое называется пластичность белка. Пластичность белка лежит в основе пластичности клетки, лежит в основе пластичности нервной системы, а это лежит в основе нашей психики, нашего поведения, а все идет от пластичности белка.

Пластичность белка это способность белковой молекулы обратимо изменять конформациею под влиянием физических и химических факторов. Воздействие прекратилось и белок возвращается в исходное состояние. Бывают воздействия на клетку неадекватные, тогда под действием разных факторов белок начинает разрушаться, такой процесс называется денатурацией белка.

Денатурацией белка - разрушение структуры белка под влиянием вредящих физических и химических факторов.

В зависимости от того что произошло с белком денатурация бывает 2-ух видов:

обратимая и необратимая.

Обратимая денатурация – процесс, когда сохраняется первичная структура. В этом случае все остальные структуры белка самопроизвольно восстанавливаются (ренатурация).

Необратимая денатурация – ситуация в которой разрушается первичная структура. В этом случае восстановление остальных структур невозможно.

 

Работа белков:

Катализатор – это вещество в присутствии, которого реакция протекает намного быстрее, чем без него, но само оно в реакции не участвует.

Ферменты (энзимы) – биологические катализаторы, ускоряющие биохимические реакции в 1000 раз. Большинство ферментов являются белками, потому что есть ферменты нуклеиновые кислоты.

Субстрат – вещество, которое подвергается действию фермента.

Как функционирует фермент?

 

 

Конформация активного центра, распределение зарядов в нем может быть. Оно соответствует тому субстрату, на который будет действовать тот фермент, как замок к ключу. Субстрат и фермент взаимно дополняют друг друга. Если у фермента стоит отрицательный заряд, то у субстрата должен быть положительный.

Комплементарность – означает, что 2, 3, или более молекул пространственное дополняют друг друга (принцип пазла).

Катализ реакции осуществляет не вся молекула фермента, а только ее активный центр, который комплементарен конкретному субстрату.

Как работает фермент:

Фермент фиксируется в мембране, чтобы не болтаться в цитоплазме и он такая подвижная молекула, как чашечка его активный центр, то открывается, то закрывается. А мимо цитоплазмой гонятся все молекулы органических и неорганических веществ и каждая молекула тычется в этот активный центр. Как только пришедшая молекула комплементарна этому активному центру, то все это ее субстрат. Соответственно тут же субстрат фиксируется в активном центре фермента, а дальше фермент пластичен, он изменяет свою конформацию, а субстрат разрывается на два, произошла реакция расщепления. Как только субстрат был поделен, он был одной молекулой, а стал двумя, его конформация изменилась, он уже не может соединяться с активным центром, выбрасывается из активного центра. А раз на фермент ни чего не действует, то он возвращается в исходное состояние и ждет следующей молекулы. Одна молекула фермента может превращать 10 000 молекул субстрата в минуту.

Свойства ферментов:

1. Субстратная специфичность. Фермент узнает только определённую группу субстратов и катализирует их превращение.

2. Специфичность действия. Каждый фермент катализирует определенный тип реакции: синтез, расщепление, перенос, какой то группы.

3. Коферменты и витамины. Коферменты часть фермента, помощник фермента. Фермент без этого кусочка работать может, но реакция идет медленнее. Кофермент наш организм синтезировать не может.

Если мы ее не можем синтезировать, то для нас она является витамином. И мы ее едим.

Витамины пополняют функции коферментов. Без них в организме начинаются патологические изменения.

4. Все ферменты активны только в определенных физико-химических условиях, которые обеспечивают их поддержание нормальной конфирмаций. Для нас это температура от 36 до 37 С, pH средний = 7,2 – 7,4. В желудки нужна кислая среда.

5. Ферменты – это биологически или физиологические активные вещества. Это значит, что они в малых дозах обладают мощными эффектами. Например, одна молекула в минуту превращает до 10 000 субстратов.

 

Белки - рецепторы.

Рецептор – универсальный.

Это белки, которые встроены в мембрану клетки. Пронизывают ее насквозь. В той части, где они выступают наружу, есть небольшой участок, к нему прикрепляются усики полисахаридов. И эта часть называется активный центр.

Функции белков:

1. Структурно-строительная. Белки входят в состав всех клеточных структур, начиная от мембраны и заканчивая органоидами.

2. Каталитическая. Белки ферменты контролируют биохимические процессы в клетках.

3. Транспортная. Белки обеспечивают транспорт веществ через мембрану, а так же по организму в целом. Гемоглобин переносит кислород, например.

4. Двигательная. Белки мышечной ткани актин, миозин. Это сократительные белки. Именно за счет их скольжения друг относительно друга, мышцы сокращаются и именно через это сокращение обеспечивается движения многоклеточного организма, как движения тела, так и речь.

5. Защитная. Антитела крови. Защитные белки иммунной системы. Фибриноген. Активируются при повреждении стенок сосуда и приводят к формированию тромба.

Одного белка нахватает – гемофилия.

6. Сигнальная (рецепторная). Белки образуют рецепторы клеточных мембран и обеспечивают восприятие сигналов и ответ клетки на это.

7. Регуляторная. Функцию выполняют белковые гормоны, например белок инсулин.

8. Энергетическая. Белок не откладывается в запас. При расщеплении 1 грамма белка высвобождается 17,6 кДж энергии. Эту функцию использования белков в качестве энергии, белки начинают использовать только тогда, когда истощены запасы углеводов и жиров.

Если белки служат источником энергии это называется самоперевариванием. Иногда, на каком-то этапе расщепления белков процесс становится необратимым и в клетках запускается генно-клеточная смерть- это называется запрограммированная клеточная смерть (апоптоз). И организм погибает, даже если его начинают кормить. Процесс становится необратимым – это называется самоперевариванием.

9. Исключительная функция Запасающая. Запас белков в яйцеклетке (желток) для обеспечения начальных этапов развития зародыша, пока он сам еще не может синтезировать.

 

 

Нуклеиновые кислоты.

Нуклеус – ядро. Были обнаружены в ядре. Гигантский полимер, мономерами которого являются нуклеотиды.

Виды нуклеиновых кислот:

1. ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота.

 

ДНК – носитель наследственной информации.

Наследственная информация – информация о свойствах и признаках каждой клетки и организма в целом, которая передается из поколения в поколение.

Функции ДНК:

1. Хранение наследственной информации. Единица хранения наследственной информации это ген. Ген – участок молекулы ДНК. Гены бывают двух видов:

a) Структурные. Это гены, которые кодируют первичную структуру полимерных молекул (белка или РНК). Из всех 46 молекул структурные гены составляют не более 20% всех ДНК. Все остальное это не информативные участки. Их составляют регуляторные гены.

b) Регуляторные. Регуляторные гены это не кодирующие участки, которые регулируют активность (экспрессию) структурных генов.

 

2. Реализация наследственной информации через синтез белка. Синтезированный белок начинает выполнять свою функцию. И тогда появляется свойства или признак клетки или организма.

3. Передача наследственной информации дочерним клеткам при делении. В основе такого механизма уникальная способность молекулы ДНК к самоудвоению (Доклад).

 

2. РНК.

Существуют три вида РНК. Все они представляют функциональную систему, которая обеспечивает реализацию наследственной информации через процесс синтеза белка. Они обеспечивают синтез белка. Определенный участок ДНК является структурным геном. В этом гене хранится информация первичное строение белка. Первое, что нужно сделать - это снять копию с этого гена (участка ДНК) и перенести туда, где эта структура будет собираться. Первый вид РНК, называется информационное РНК.

 

a) Информационное РНК (иРНК). Это копия структурного гена. Дальше она будет перемещаться в цитоплазму. Т.к. белок построен из аминокислот, то эти аминокислоты нужно куда-то подносить, к месту синтеза белка. Отсюда второй вид РНК это транспортное РНК.

b) Транспортное РНК (тРНК). Она обеспечивает транспорт аминокислот к месту синтеза белка. Осталось соединить два этих видов РНК, чтобы точно правильно собрать эти аминокислоты и не ошибиться. Для этого существует место которое называется рибосома. Это маленькое тельце состоящие из белков.

 

 

Рибосома представляет собой две субъединицы, между которыми зажимается иРНК. В месте, где зажата иРНК подходят тРНК. Эти тРНК несут аминокислоты. В этом месте эти аминокислоты будут соединять аминокислоты, и синтезировать белок. Пространственную организацию рибосомы (сборки белка) определяет рРНК, чтобы процесс сборки белка происходил правильно и ни одна тРНК в своих действиях не ошиблась.

Итак, первый вид:

Информационная иРНК, иначе матричная (мРНК) – это копия структурного гена ДНК которая переносит информацию о строении белка от ДНК, т.е. из ядра к месту синтеза белка (рибосоме). Она служит матрицей, по которой собирают белок.

Второй вид РНК, транспортный РНК, они транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка (рибосоме) и непосредственно участвуют в этой сборке.

c) Третий вид это рибосомная рРНК. Она формирует рибосому и таким образом обеспечивает правильное пространственное взаиморасположение информационной и транспортной РНК в рибосоме.

 

АТФ