Химический состав клетки. Все клетки животных и растений сходны не только по строению, но и по химическому составу

Все клетки животных и растений сходны не только по строению, но и ПО химическому составу. Они содер­жат как неорганические, так и ор­ганические вещества.

Неорганические вещества клетки. В состав клетки входят более 80 хи­мических элементов периодической системы Менделеева. При этом на долю шести из них — углерода, во­дорода, азота, кислорода, фосфора и серы приходится около 99% общей массы клетки. Химические элементы находятся в клетке либо в виде ионов, либо в виде соединений.

Первое место среди веществ клет­ки занимает вода, имеющая хими­ческую формулу Н2О. Вода состав­ляет около 70% массы клетки. Боль­шинство

реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водной среде. Вода обладает высокой теп­лоемкостью и теплопроводностью.

Благодаря этим свойствам в клетке поддерживается тепловое равновесие. Она — основное средство пере движения веществ в клетке и организме. Велико значение воды как растворителя; многие вещества ступают в клетку из внешней ср. в водном растворе и в водном же растворе выводятся из клетки отработанные продукты. Вода определяет физические свойства клетки объем, упругость. При потере большого количества воды организмы гибнут.

К неорганическим веществам клетки, кроме воды, относят соли. Для процессов жизнедеятельно клетки наиболее важны катионы К Nа+, Са2+,Mg2+. A также анионы

H2PO4-,Сl-, НСО3-. Концентрация

катионов и анионов во внутриrточной и внеклеточной средах различна. Так внутри клетки всегда довольно высокая концентрация ионов Калия и очень низкая — ионов нат­рия Напротив, в окружающей клет­ку среде — в тканевой жидкости меньше ионов калия и больше ионов натрия. Пока клетка жива, эти раз­личия в концентрациях ионов калия и Натрия между клеточной и внекле-точной средами сохраняют постоянство. После гибели клетки содержа­ние ионов в клетке и окружающей среде быстро выравнивается.

Органические вещества клетки (табл. I). Можно сказать, что почти все молекулы клетки относятся к сое-динениям углерода. Благодаря небольшому размеру и наличию на внешней оболочке четырех электронов углерода может образовывать четыре прочные ковалентные связи с другими атомами, создавая большие и сложные молекулы. Углеродсодержащие вещества характерны только для живых клеток и организмов.

Большинство органических соеди­нений, входящих в состав клетки, характеризуются большим размером молекул. Поэтому их называют мак­ромолекулами (от греч. mасгоs — большой). Такие молекулы состоят из повторяющихся сходных по струк­туре и связанных между собой соеди­нений — мономеров (от греч. то­пов — один). Образованную мономе­рами макромолекулу называют поли­мером (от греч. ро1у — много).

Белки. Белки составляют основ­ную массу цитоплазмы и ядра клет­ки. В состав всех белков входят ато­мы водорода, кислорода и азота. Во многие белки входят атомы серы,фосфора. Каждая молекула белка состоит из тысяч атомов, например молекула белка гемоглобина(С3832Н4616,0872S8Fe4).

Существует огромное количество различных белков. Все они построены из аминокислот. Каждая аминокис­лота содержит карбоксильную группу (СООН), имеющую кислотные свойства, и аминогруппу (N1-12), име­ющую основные свойства. Участки молекул, лежащие вне амино- и кар­боксильной групп, которыми отлича­ются аминокислоты, называют ра­дикалами (Я).

К числу важнейших аминокислот относят аланин, глутаминовую и ас-парагиновую кислоты, пролин, лей­цин, цистеин. Соединения аминокис­лот друг с другом называют пепти­дами. Пептид из двух аминокислот называют дипептидом, из трех амино­кислот — трипептидом, из многих аминокислот — полипептидом. Та­ким образом, белки являются по­лимерами, мономерами которых слу­жат аминокислоты. В состав боль­шинства белков входит 300--500 аминокислот, но есть и более круп­ные белки, состоящие из 1500 и более аминокислот.

Белки отличаются составом, чис­лом и порядком чередования амино­кислотных звеньев в полипептидной цепи. Установлено, что именно по­следовательность чередования ами­нокислот имеет первостепенное зна­чение в существующем разнообра­зии белков. Многие молекулы белков имеют большую длину и молекуляр­ную массу. Так, молекулярная масса инсулина —5700, гемоглобина 65 000, а воды — всего 18.

Полипептидные цепи белков не всегда вытянуты в длину. Они мо­гут скручиваться, изгибаться или свертываться самым различным об­разом.

Разнообразие физических и химических свойств белков обеспечивает им выполнение множества функций: строительную, ферментативную, дви­гательную, транспортную, защитную, энергетическую.

Углеводы — это сложные ор­ганические вещества, в состав кото­рых входят атомы углерода, кислорода и водорода. Общая формула углевода Сn(Н₂0)n, где n не меньше трех. Различают простые и сложные углеводы. Простые углеводы называют моносахаридами Сложные углеводы представляют собой полимеры, в которых моносаха риды играют роль мономеров. III двух мономеров образуется дисахарид, из трех—трисахарид, из многих — полисахарид. Все моносахари ды — бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде. Самые распро страненные моносахариды в живот­ной клетке — глюкоза, рибоза, дезок сирибоза.

Глюкоза — первичный источник энергии для клетки. Подвергаясь расщеплению, она превращается в оксид углерода и воду (С0₂+Н₂0).

В ходе этой реакции освобож дается энергия (при расщеплении I г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии). Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и аденозинтрифосфорной кислоты

Липиды образованы теми же химическими элементами, что и угла воды,— углеродом, водородом и кислородом. Они представляют собой органические вещества, нерастворимые в воде. Самые распространен ные липиды — жиры. Жир — основ­ной источник энергии. При его расщеплении выделяется в 2 раза больше энергии, чем при расщеплении углеводов. Липиды гидрофобны, они входят в состав клеточных мембран

Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК. Название «нуклеиновые кислоты» происходит от латинского слова «нуклеус», т. е. ядро где они и были впервые обнаружены Нуклеиновые кислоты являются по динуклеотидами, т.е. представляют собой последовательно соединенные друг с другом нуклеотиды. Нуклеотид — это химическое соединение, состоящее из одной молекулы фосфорной КИСЛОТЫ, одной молекулы моно­сахарида и одной молекулы органи­ческого основания. Органические ос­нования при взаимодействии с кис-лотами могут образовывать соли.

Молекула дезоксирибонуклеино-вой кислоты (ДНК) представляет со-бой две цепи, спирально закручен­ные одна вокруг другой. Каждая цепь. полимер, мономерами кото­рого ЯВЛЯЮТСЯ нуклеотиды, в состав которых входят азотистые основания (аденин, тимин, гуанин, цитозин), углевод (дезоксирибоза) и фосфорная кислота.

При образовании двойной спирали комплементарные азотистые основания одной цепи «стыкуются» с азотистыми основаниями другой. Основания подходят друг к другу на-столько близко, что между ними воз­никают водородные связи. В полинуклеотидных цепях ДНК каждые гри следующие друг за другом ну­клеотида составляют триплет (сово­купность из трех компонентов). Наивысшее число возможных триплетов 64, т. е. 4 в кубе.

ДНК имеет уникальное свойство способность к удвоению, кото-рым не обладает ни одна из других известных молекул. В определен­ные моменты ДНК может существовать в виде одноцепочной молекулы. при достаточном наборе нуклеотидов и в присутствии специальных ферментовпроисходит воссоздание образование) недостающей половины на основе принципа комплементарности (дополнения к имеющейся).

Молекула рибонуклеиновой кис­лоты (РНК) также полимер, моно­мерами которой являются нуклеоти­ды, в состав которой входят азотис­тые основания (аденин, урацил, гуа­нин, цитозин), углевод (рибоза) и фосфорная кислота. РНК представ­ляет собой одноцепочную молеку­лу. В РНК, так же как и в ДНК, комбинации из трех нуклеотидов образуют триплеты, или информа­ционные единицы. Каждый три­плет управляет включением в бе­лок совершенно определенной амино­кислоты. Наивысшее число возмож­ных триплетов, так же как и в ДНК,—64.

По выполняемым функциям выде­ляют несколько видов РНК: тран­спортная РНК (тРНК) в основном содержится в цитоплазме клетки; ри-босомная РНК (рРНК) составляет существенную часть структуры ри­босом; информационная РНК (иРНК), или матричная (мРНК), содержится в ядре и цитоплазме клетки и пере­носит информацию о структуре бел­ка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. Все виды РНК синтези­руются на ДНК, которая служит своего рода матрицей.

Ферменты. Реакции органиче­ских соединений в клетках и тканях протекают с очень низкой скоростью. В то же время живая клетка имеет особые вещества для ускорения реак­ций, которые называют ферментами. Ферменты, расщепляющие углеводы, называют сахаразами, отщепляющие водород - дегидрогеназами, расщепляющие жиры – липазами.