Содержание элементов в клетке. Химические элементы в клетках живых организмов

Болдырева Любовь 9Б класс гимназия "Перспектива" г.о. Самара

Презентация к обобщающему уроку химии на тему "Химичкские элеметы". Мжет быть использована на уроках биологии.

Скачать:

Предварительный просмотр:

https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

Х имические элементы в клетках живых организмов

По содержанию в клетке можно выделить три группы элементов. В первую группу входят кислород, углерод, водород и азот. На их долю приходится почти 98% всего состава клетки. Во вторую группу входят калий, натрий, кальций, сера, фосфор, магний, железо, хлор. Их содержание в клетке составляет десятые и сотые доли процента. Элементы этих двух групп относят к макроэлементам. МАКРОЭЛЕМЕНТЫ

Микроэлементы Остальные элементы, представленные в клетке сотыми и тысячными долями процента, входят в третью группу. Это микроэлементы.

Каких-либо элементов, присущих только живой природе, в клетке не обнаружено. Все перечисленные химические элементы входят и в состав неживой природы. Это указывает на единство живой и неживой природы. Недостаток какого-либо элемента может привести к заболеванию и даже гибели организма, так как каждый элемент играет определенную роль. Макроэлементы первой группы составляют основу биополимеров - белков, углеводов, нуклеиновых кислот, а также липидов, без которых жизнь невозможна. Сера входит в состав некоторых белков, фосфор - в состав нуклеиновых кислот, железо - в состав гемоглобина, а магний - в состав хлорофилла. Кальций играет важную роль в обмене веществ.

Минеральные соли Часть химических элементов, содержащихся в клетке, входит в состав неорганических веществ - минеральных солей и воды. Минеральные соли находятся в клетке, как правило, в виде катионов (K+, Na +, Ca2+, Mg2+) и анионов (HPO42-, H2PO4-, Сl -, HCO3), соотношение которых определяет важную для жизнедеятельности клеток кислотность среды.

Вода Из неорганических веществ в живой природе огромную роль играет вода. *Без воды жизнь невозможна. Она составляет значительную массу большинства клеток. Много воды содержится в клетках мозга и эмбрионов человека: воды более 80%; в клетках жировой ткани - всего 40%. К старости содержание воды в клетках снижается. Человек, потерявший 20% воды, погибает. Уникальные свойства воды определяют ее роль в организме. Она участвует в теплорегуляции, которая обусловлена высокой теплоемкостью воды - потреблением большого количества энергии при нагревании.

Чем определяется высокая теплоемкость воды? В молекуле воды атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Молекула воды полярна, так как атом кислорода имеет частично отрицательный заряд, а каждый из двух атомов водорода имеет частично положительный заряд. Между атомом кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой молекулы образуется водородная связь. Водородные связи обеспечивают соединение большого числа молекул воды. При нагревании воды значительная часть энергии расходуется на разрыв водородных связей, что и определяет ее высокую теплоемкость.

Гидрофильные вещества По отношению к воде все вещества клетки делятся на гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильными называют вещества, которые растворяются в воде. К ним относят ионные соединения (например, соли) и некоторые несонные соединения (например, сахара) .

Гидрофобными называют вещества, нерастворимые в воде. К ним относят, например, липиды. Вода играет большую роль в химических реакциях, протекающих в клетке в водных растворах. Она растворяет ненужные организму продукты обмена веществ и тем самым способствует выводу их из организма. Большое содержание воды в клетке придает ей упругость. Вода способствует перемещению различных веществ внутри клетки или из клетки

Спасибо за внимание! Болдырева Любовь 9Б

Тип урока: урок изучения нового материала

Форма проведения: урок-исследование.

Цели и задачи урока:

  • Довести до осознания и осмысления учащихся понятие о химических элементах, входящих в состав живых организмов, значении некоторых химических элементов в жизнедеятельности живых организмов.
  • Продолжить формирование единства естественно - научной картины мира; совершенствовать умения проводить лабораторные опыты, доказывающие химический состав систем.
  • Развивать умения анализировать, сравнивать, делать выводы; развивать логическое мышление (устанавливать причинно-следственные связи, подтверждая на данном предметном материале зависимость свойств объекта от состава и строения); развивать познавательную активность учащихся; повышать учебную мотивацию к изучению химии и биологии.
  • Воспитывать чувство ответственности за сохранение своего здоровья, бережное отношение к окружающему миру.

Оборудование и реактивы:
на столах учащихся: приготовленный заранее насыщенный говяжий бульон, раствор щелочи (NaOH), раствор медного купороса (CuSO 4), красная кровяная соль (K 3 , нейтральный раствор, полученный из золы, раствор нитрата серебра, спиртовый раствор йода, клубни картофеля, семянки подсолнечника, раствор яичного белка; штатив с пробирками, фильтровальная бумага, ступка с пестиком.

Технические средства обучения: компьютер, мультимедийной проектор.

Методическая литература:

  1. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов «Настольная книга учите6ля. Химия. 9 класс». М. Дрофа, 2002 г.
  2. Серия «Библиотека учителя». Г.В. Пичугина «Химия и повседневная жизнь человека». М. Дрофа, 2004 г.
  3. В.И. Астафьев «Основы химического анализа. Учебное пособие по факультативному курсу для учащихся IX-X классов», М.Просвещение, 1977
  4. «Химия» - учебно-методическая газета для учителей химии и естествознания № 9, 2011 г. М. Издательский дом «Первое сентября».

Интернет-ресурсы:

ХОД УРОКА

Вводное слово учителя. (Презентация . Слайд 2)

Многим химикам известны крылатые слова, сказанные в 40-х годах прошлого столетия немецкими учеными Вальтером и Идой Ноддак, что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все элементы Периодической системы. Вначале эти слова были встречены далеко не с единодушным одобрением. Однако, по мере того как разрабатывались все более точные методы аналитического определения химических элементов, ученые все больше убеждались в справедливости этих слов.

Если согласиться с тем, что в каждом булыжнике содержатся все элементы, то это должно быть справедливо и для любого живого организма. Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. В состав веществ, образующих клетки живых организмов обнаружено более 70 элементов.

(Слайд 3,4) Ученые договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 0,01%, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 0,001-0,00001 %. Если содержание элемента ниже 0,00001 %, его считают ультрамикроэлементом (медь, марганец, бор, фтор) . Конечно, такая градация условна.

Учитель: Перед вами находится таблица, в которой указано содержание химических элементов в живой клетке. Ваша задача определить и выписать в тетрадь, какие элементы относятся к макроэлементам и микроэлементам (Приложение 1).

Вывод: к макроэлементам относятся C, O, N, H (98%), Mg, K, Ca, Na, F, S, Cl, (1,9%)
Микроэлементы: Fe, Zn, Mn, B,Cu, I, F,Co, Br, Al и др. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов, гормонов.
(Слайд 5). В. В. Ковальский, выдающийся ученый — биогеохимик, биохимик, эколог, один из создателей учения о микроэлементах - исходя из значимости для жизнедеятельности, подразделил химические элементы на три группы.

Жизненно необходимые (незаменимые) элементы

Они постоянно содержатся в организме человека, входят в состав ферментов, гормонов и витаминов: Н, О, Са, N, К, Р, Na, S, Mg, I, Mn, Cu, Co, Fe, Zn, Mo, V. Их дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека.

Постоянные элементы

Эти элементы постоянно содержатся в организме животных и человека: Ga, Sb, Sr, Br, F, В, Be, Li, Si, Sn, Cs, Al, Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. Биологическая роль их мало выяснена или неизвестна.

Примесные элементы

Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb и др. Обнаружены в организме человека и животных. Данные о количестве и биологическая роль пока не выяснены.

Элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности различных клеток и организмов, называются биогенными элементами.

(Сайд 6). Какова же топография важнейших биогенных элементов в организме человека?
Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, то есть микро- и макроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Большинство микроэлементов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Эти ткани являются основным депо (запасником) для многих микроэлементов.
Микроэлементы могут проявлять специфическое родство по отношению к некоторым органам и содержатся в них в высоких концентрациях.

Хорошо известно, что
цинк концентрируется в поджелудочной железе,
йод - в щитовидной железе,
фтор - в эмали зубов,
алюминий , мышьяк , ванадий накапливаются в волосах и ногтях,
кадмий , ртуть , молибден - в почках,
олово - в тканях кишечника,
стронций - в пигментной сетчатке глаза,
бром , марганец , хром - в гипофизе и т.д.

(Слайд 7). Недостаток биогенных элементов может привести к нарушению деятельности организма человека. Перед вами находится таблица, в которой указаны симптомы дефицита химических элементов для организма человека (Приложение 2).
Сейчас вы выступите в роли диагностов. По симптомам, используя таблицу, определите дефицит, какого элемента испытывает организм человека?

Задача 1. У пациента отмечались: потеря массы тела, замедление роста волос и ногтей, ухудшение роста, дерматит. Кроме того, его темные волосы приобрели красноватый оттенок (марганец).

Задача 2. Больной жаловался врачу, что в последние несколько месяцев он наблюдает у себя увеличение щитовидной железы (йод).

Существует два теста для определения недостатка йода в организме:

Тест № 1. Обмакнув ватную палочку в спиртовой раствор йода, нанесите йодную сетку на любой участок кожи, кроме области щитовидной железы. На следующий день внимательно рассмотрите это место. Если вы ничего не обнаружите, то ваш организм нуждается в йоде, если следы йода останутся - у вас нет йододефицита.

Тест № 2, Перед тем как ложиться спать, нанесите на кожу в области предплечья три линии йодного раствора длиной 10 см: тонкую, чуть толще и самую толстую. Если утром исчезла только первая линия - с йодом у вас все в порядке. Если исчезли первые две - обратите внимание на состояние здоровья. А если не осталось ни одной линии - у вас явный недостаток йода в организме.

Задача 3 . Проблемой нехватки этого элемента врачи озаботились давно. В давние времена считалось, что это заболевание характерно для юных девушек. В ходу был даже такой термин «бледная немочь». Лица многих девушек в то далекое время действительно выглядели бледными. О каком элементе идёт речь? (железо).

Задача 4. У больного наблюдалось ломкость и исчерченность ногтей, волосы стали ломкими и тусклыми; появился множественный кариес зубов. Он стал раздражительным, плаксивым. У него появились приступы страха (магний).

(Слайд 8). Учитель: Обратите внимание на рис. 40 на странице 95 «Химические элементы в организме человека». Расположите химические элементы в порядке уменьшения их содержания в организме человека.
Но если в организме человека содержание микроэлементов невелико, это не значит, что они не нужны, в чём мы уже убедились на конкретных примерах. Человек и животные получают нужные им для нормальной жизнедеятельности элементы с пищей (в основном это относится к микроэлементам). Если в пище не хватает каких-нибудь элементов, то возможны различные заболевания. Добавка долей миллиграмма нужного элемента к суточному рациону человека устраняет их.

Учитель: (Слайды 9,10) А теперь решим несколько расчётных задач:

Задача 1. Фосфат кальция со-ставляет минеральную основу костей и зу-бов. Су-точная потребность организма в кальции составляет от 0,8 до 2 г. Источниками каль-ция служат молоко, кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а так-же яйца, гречка и овсянка, морковь и горох.
Обеспечит ли суточную потребность организма в кальции добавление в пишу 1 г карбоната кальция при условии его полного усвоения?

Количество кальция в карбонате кальция равно количеству карбоната кальция:
Из формулы СаСO 3 следует, что n (Са) = n (СаСO 3),
n(CaCO 3) = m/M = 1/100 = 0,01моль
Отсюда
n(Ca) = 0.01 моль
m(Ca) = M x n = 0,01 x 40 = 0,4 г.
Таким образом, это меньше суточной по-требности организма (0,8-2 г/день).

Задача 2 . В человеческом организме в общей сложности содержится примерно 25 мг иода (в составе различных соедине-ний), причем половина всей массы иода на-ходится в щитовидной железе. Подсчитай-те, сколько атомов иода находится: а) в щи-товидной железе; б) в человеческом организ-ме в целом.

Число атомов иода в человеческом орга-низме
N (I) = Nа. n (I) = Nа. m (I)/M (I);
N (I) = 6 .10 20 . 25/127 = 1,18 . 10 20
В щитовидной железе число атомов иода в 2 раза меньше:
N1 (I) = 0,5 . 1,18 . 10 20 = 5,9 . 10 19 .

Учитель: (Слайд 11) Зная о химическом составе клетки, мы можем сделать определённый вывод. Скажите, есть ли в составе живой клетки какие-либо особые элементы, которые отсутствуют в неживой природе. Следовательно, на атомном уровне различий между живой и неживой природой нет. Недаром поэт Н.С. Гумилёв писал:
«Этот камень рычал когда-то,
Этот плющ парил в облаках»
- Как вы это понимаете?
(Слайд 12) На уроках биологии вы изучали химический состав клетки организма человека. Скажите, какие органические вещества входят в её состав?
- белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, гормоны, ферменты. Т.е. различия между живой и неживой природой наблюдаются на молекулярном уровне.
Органические вещества в основном состоят из углерода, водорода, кислорода и азота, т.е. из макроэлементов.
Сейчас при помощи опытов мы докажем наличие некоторых неорганических и органических веществ в составе клеток живых организмов.

Выполнение лабораторной работы (инструктивная карта) (Слайды 13,14)
(При подготовке к лабораторным опытам можно воспользоваться технологической картой (Приложение 3).
(Слайд 15) Итак, на основании полученных знаний ранее мы можем сделать вывод словами С.П. Щипачёва из стихотворения «Читая Менделеева»

Другого ничего в природе нет
Ни здесь, ни там, в космических глубинах:
Все - от песчинок малых до планет -
Из элементов состоит единых

(Слайд 16) Рефлексия: Продолжите выражения:

  • сегодня я узнал…
  • я удивился…
  • теперь я умею…
  • я хотел бы…

Домашнее задание: §16 упр. 1-6

Цитология

    Основные положения клеточной теории. Клетка – структурная и функциональная единица живого стр. 1

    Органические вещества клетки: липиды, АТФ, биополимеры (углеводы, белки, нуклеиновые кислоты) и их роль в клетке. стр.5

    Ферменты, их роль в процессе жизнедеятельности стр.7

    Особенности строения клеток прокариот и эукариот стр. 9

    Основные структурные компоненты клетки стр. 11

    Поверхностный аппарат клетки стр. 12

    Транспорт молекул через мембраны стр. 14

    Рецепторная функция и ее механизм стр. 18

    Структура и функции клеточных контактов стр. 19

    Локомоторная и индивидуализирующая функции ПАК стр. 20

    Органеллы общего значения. Эндоплазматическая сеть стр. 21

    Комплекс Гольджи стр. 23

    Лизосомы стр. 24

    Пероксисомы стр. 26

    Митохондрии стр. 26

    Рибосомы стр.27

    Пластиды стр.28

    Клеточный центр стр. 28

    Органеллы специального значения стр. 29

    Ядро клетки. Строение и функции стр. 29

    Обмен веществ и превращение энергии в клетке стр. 32

    Хемосинтез стр. 36

    Основные положения клеточной теории. Клетка – структурная и функциональная единица живого.

Цитология - наука о клетки. Цитология изучает строение и химический состав клетки, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных, растений, размножение и развитие клеток. Из 5 царств органического мира, только царство Вирусы, представленные формами живого, не имеют клеточного строения. Остальные 4 царства имеют клеточное строение: царство Бактерии объединяют прокариотов – доядерные формы. Ядерные формы – эукариоты, к ним относятся царства Грибы, Растения, Животные. Основные положения клеточной теории : Клетка – функциональная и структурная единица живого. Клетка – элементарная система – основа строения и жизнедеятельности организма. Открытие клетки связано с открытием микроскопа: 1665г. – Гук изобрел микроскоп и на срезе пробки он увидел ячейки, которые он назвал клетками. 1674г. – А. Левингук впервые обнаружил в воде одноклеточные организмы. Начало 19в. – Я. Пуркинье назвал протоплазмой вещество, заполняющее клетку. 1831г. – Броун обнаружил ядро. 1838-1839гг. – Шванн сформулировал основные положения клеточной теории. Основные положения клеточной теории:

1. Клетка – главная структурная единица всех организмов.

2. Процесс образования клеток обуславливается ростом, развитием и дифференцировкой растительных и животных клеток.

1858г. – вышел труд Вирхова “Целлюлярная патология”, в которой он связал патологические изменения в организме с изменениями в строении клеток, положив основу патологии – началу теоретической и практической медицины. Конец 19в. – Бэр открыл яйцеклетку, показав, что все живые организмы берут начало из одной клетки (зиготы). Было обнаружено сложное строение клетки, описаны органоиды, изучен митоз. Начало 20в. – стало ясным значение клеточных структур и передачи наследственных свойств. Современная клеточная теория включает следующие положения:

    Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

    Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлением жизнедеятельности и обмену веществ.

    Размножение клеток происходит путем из деления, и каждая новая клетка образуется путем деления исходной (материнской) клетки.

    В сложных многоклеточных организмах клетки специализированны по выполняемым функциям и образуют ткани. Из тканей состоят органы, которые связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Клетка – является открытой системой для всех живых организмов, для которой характерны потоки вещества, энергии и информации, связанные с обменом веществ (ассимиляцией и диссимиляцией). Самообновление осуществляется в результате обмена веществ. Саморегуляция осуществляется на уровне обменных процессов по принципу обратной связи. Самовоспроизведение клетки обеспечивается при ее размножении на основе потока вещества, энергии и информации. Клетка и клеточное строение обеспечивает:

    Благодаря большой поверхности – благоприятные условия для обмена веществ.

    Наилучшее хранение и передача наследственной информации.

    Способность организмов хранить и передавать энергию и превращать ее в работу.

    Постепенная замена всего организма (многоклеточного) отмирающих частей без замены всего организма.

    В многоклеточном организме специализация клеток обеспечивает широкую приспосабливаемость организма и его эволюционные возможности.

Клетки имеют структурное сходство , т.е. сходство на разных уровнях: атомарном, молекулярном, надмолекулярном и т.д. Клетки имеют функциональное сходство , единство химических процессов метаболизма.

Химическая организация клетки: 80% - вода. 1-2% - липиды 1-2% - неорганические вещества. 1-2% - нуклеиновые кислоты. 1-1,5% - низкомолекулярные вещества. 1-2% - углеводы. 10-12% - белки. Химический состав неорганических веществ клетки:

Кислород – 65-75 %

Магний – 0,02-0,03%

Цинк – 0,0003%

Углерод – 15-18%

Натрий – 0,02-0,03%

Медь – 0,0002%

Водород – 8-10%

Кальций – 0,04-2,00%

Йод – 0,0001%

Азот – 1,5-3.0%

Железо – 0,01-0,015%

Фтор – 0,0001%

Сера – 0,15-0,20%

Калий – 0,15-0,40%

Фосфор – 0,20-1,00%

Хлор – 0,05-0,10%

Вода – обязательный компонент клетки. В ней растворены многие вещества, в т.ч. органические (гидрофильные – углеводы и гидрофобные – белки). Вода необходима для работы ферментов. Функции воды:

    Служит для протекания реакций.

    Участвует в химических реакциях

    Регулирует обмен веществ

    Участвует в терморегуляции

    Смачивание поступающей пищи.

Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной структуры. Осмос – проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. Давление воды, с которой она давит на мембрану – осмотическое давление. Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление называются изотоническими. Растворы:

    Гипертонические – вызывают сморщивание клеток

    Гипотонические – вызывают разрыв клеток

Тургор – давление, с которым вода давит изнутри на оболочку. Соли: К неорганическим веществам кроме воды относятся и соли. Они находятся в диссоциироранном состоянии: Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ - катионы и HPO 4 2- , H 2 PO 4 - , HCO 3 - - анионы . От концентрации солей зависит осмотическое давление и ее буферные свойства, т.е. поддерживать реакцию на слабощелочном или нейтральном уровне РН. РН – отрицательный логарифм концентрации водородных ионов. РН = 7 – среда нейтральная. РН = (7;14) – щелочная среда. РН = (1;7) – кислая среда. В некоторых клетках находятся нерастворимые минеральные соли (костные клетки) за счет присутствия Ca 3 PO 4 , CaCO 3.

    Органические вещества клетки: липиды, АТФ, биополимеры (углеводы, белки, нуклеиновые кислоты) и их роль в клетке.

Липиды - сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Липиды содержатся во всех клетках животных и растений. Они входят в состав многих клеточных структур. Витамины А, D, E, К – являются жирорастворимыми. Функции жиров:

    Энергетическая – 1г. жира – 9,2 ккал.

    Строительная – входит в состав всех мембран.

    Некоторые липиды являются предшественниками гормонов – регулируют обмен веществ.

    Защитная.

    Терморегуляторная.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) АТФ обеспечивает клетку энергией. Любое проявление жизнедеятельности нуждается в затрате энергии. Энергетический обмен связан с пластическим. Все реакции пластического обмена нуждаются в затрате энергии. Для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный синтез ферментов, т.к. продолжительность жизни ферментов невелика. Через пластический и энергетический обмен осуществляется связь клетки с внешней средой. Живая клетка представляет собой открытую систему, т.к. между клеткой и внешней средой постоянно происходит обмен веществ и энергией. Клетка – высокоорганизованная структура, в которой экономно расходуется материалы и энергия и процессы идут с высоким КПД. КПД митохондрий - 45-60%, хлоропластов – 25%. Использование энергии АТФ:

    Ассимиляция.

    Транспорт веществ.

    Деление клетки и ее органоидов.

    На процессы жизнедеятельности.

Углеводы - органические вещества с общей формулой (CH 2 O) n . В живой клетке - 1-2%, в печени и мышцах – до 5%. В растительной клетке до 90% (картофель, семена). Углеводы:

    Простые – моносахариды – определяются по числу атомов углерода: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы. Наиболее важны: пентозы C 5 H 10 O 5 и гексозы C 6 H 12 O 6 . Из петоз выделяют рибозы и дезоксирибозы (рибозы входят в состав РНК, АТФ; дезоксирибозы - ДНК). Из гексоз выделяют глюкозу, фруктозу, галактозу.

    Сложные – дисахариды, полисахариды.

Дисахариды – сахароза (глюкоза + фруктоза), лактоза (глюкоза + галактоза). Подисахариды – состоят из множества молекул моносахаридов: целлюлоза (полимер из 150-200 молекул глюкозы), крахмал. Функции углеводов:

    Энергетическая – окисление в митохондриях мышц.

    Строительная – целлюлоза в клеточной стенки растений, хитин в скелете членистоногих.

Белки - входят в состав всех организмов. По химической природе – белки – полимеры, мономеры которых – аминокислоты. Аминокислота – органическая кислота. Состав аминокислоты:

    Аминогруппа – NH 2

    Карбоксильная группа – СООН

Аминогруппа в цепи белка соединена пептидной связью (CO-NH), образована карбоксильной группой и группой другой аминокислоты. Живыми организмами используется только 20 аминокислот, хотя существует их значительно больше: глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, серин, треонин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, аспарагин, глутамин, лизин, аргинин, цистеин, метионин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин, пролин. Различают 4структуры белка: Первичная структура - аминокислотная цепь, связанная между собой пептидными связями. Вторичная структура - белковая нить закручена в спираль и соединение участков цепи происходит за счет водородных связей (Н-Н). Третичная структура – сворачивание вторичной структуры в клубок. Эта структура специфическая для каждой молекулы белка. Сворачивание происходит за счет дисульфидных мостиков (-S-S-), и сульфгидрильных мостиков (-S-H-). Четвертичная структура – имеется не у всех белков – объединение нескольких структур (субъединиц). Например: гемоглобин. По своему составу белки бывают:

    Простые – состоят только из аминокислот

    Сложные – содержат нуклеиновые кислоты (нуклеопротеиды), жиры (липопротеиды), углеводы (гликопротеиды), металлы (металлопротеиды).

Функции белков:

    Строительная (мембраны, ядро).

    Транспортная (перенос О 2 гемоглобином).

    Ферментативная (ускорение биохимических реакций).

    Двигательная (сократительная).

    Защитная (гаммаглобулины).

    Энергетическая (1г. – 4,2 ккал).

    Сигнальная.

Нарушение природной структуры белка называется денатурацией. Денатурация бывает обратимой и необратимой. Ренатурация – восстановление структуры белка после прекращения воздействия. 4. Ферменты, их роль в процессе жизнедеятельности. По химической природе ферменты – белки . Ферменты – биологические катализаторы. Они способствуют ускорению реакций, входят в состав тканей.

Ферменты специфически катализируют химические реакции, т.е. 1 фермент катализирует 1 тип реакций. И превращает лишь в соответствующий субстрат. Ферменты в основном катализируют превращение веществ, размеры которых по сравнению с размерами фермента очень малы. Ферменты бывают:

Простые – состоят только из белка, молекулы которых имеют активный центр – определенную, специфическую для фермента группу аминокислот в молекуле. В основном это гидролитические ферменты: амилаза, пепсин, трипсин и др. Сложные – состоят из белковой и небелковой части. Белок называется апоферментом (носителем фермента). Небелковая часть – коферментом или простатической группой: пример – органические вещества: витамины, НАД, НАДФ; неорганические вещества: атомы металлов – железо, цинк, магний. Апофетмент отвечает за специфичность молекулы фермента с молекулой субстрата. Кофермент отвечает за тип катализируемой реакции. Механизм действия ферментов: Снижение энергии активации, т.е. снижение уровня энергии, необходимой для придания реакционной способности молекулы субстрата т.к. молекула фермента имеет большую величину, то возникает сильное электрическое поле, в которой молекула субстрата становится асимметричной, в результате чего химические связи в ней ослабевают. Фермент образует с субстратом фермент-субстратный комплекс. Присоединение субстрата происходит с помощью активного центра. По завершению реакции комплекс распадается на фермент и продукт реакции. Ферменты образуют в клетке ферментные системы (мультиферментативные комплексы). При этом продукт предыдущей реакции является субстратом для последующей. Активность ферментов в клетках контролируется на генетическом уровне по принципу обратной связи. Свойства ферментов:

    Специфичны

    В отличие от химических катализаторов – ускоряют реакции в обычных условиях.

    Активность ферментов меняется в зависимости от Т 0 , РН, концентрации субстрата.

    Активируют в малых количествах, т.е. не разрушаются в процессе реакций

    Ферменты – белки и имеют свойства белков.

Классификация ферментов: В 1961 году Международный биохимический съезд утвердил классификацию ферментов, в основу которого положен тип реакции, катализируемый данным ферментом. По этому принципу все ферменты разделены на 6 классов:

    Оксидоредуктазы – ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.

    Трансферазы – катализирующие перенос атомов или радикалов: пример – каталаза – 2Н 2 О 2 = 2Н 2 О + О 2

    Гидролазы - ферменты разрывающие внутримолекулярные связи путем присоединения молекул воды: например – фосфатаза.

    Лиазы – Ферменты, отщепляющие от субстрата ту или иную группу негидролитическим путем, например, отщепление карбоксильной группы декарбоксилазой.

    Изомеразы – ферменты, катализирующие превращение одного изомера в другой: глюкозо-6-фосфат в глюкозо-1-фосфат.

    Синтеазы – ферменты, катализирующие реакции синтеза, синтез пептидов из аминокислот, т.е. катализируют реакции соединения молекул с образование новых связей.

    Особенности строения клеток прокариот и эукариот.

По особенностям организации выделяют клетки прокариотического и эукариотического типов. К царству Прокариот относят царство Бактерий, к царству эукариот – все остальные царства: Грибы, Растения, Животные. Эволюционно прокариоты более ранние, чем эукариоты, они возникли в Архейскую эру (около 3*10 9 лет назад). Первые эукариоты появились около 2*10 9 лет назад, возможно от прокариот. Прокариоты – доядерные – не имеют морфологически обособленного ядра, т.к. ядерный материал не отграничен от цитоплазмы ядерной мембраной. Эукариоты – ядерные – генетический материал окружен ядерной оболочкой. Типичной прокариотической клеткой является бактериальные клетка: снаружи окружена клеточной стенкой особого химического состава, под клеточной стенкой – плазматическая мембрана, окружающая цитоплазму, в которой находится нуклеотид – аналог ядра. Сравнительная характеристика эукариот и прокариот:

Признак

Прокариоты

Эукариоты

1. Величина клетки

От 0,5 до 5 мкм

Оболочка клетки

Есть, отличная по химическому строению от эукариот. В стенке – пептидогликан.

Есть, различны у растений и животных, нет пептидогликана

Плазматическая мембрана

Мезосомы

Цитоплазма

Есть, движение отсутствует

Есть, движение есть

Мембранные органеллы -ЭПС, аппарат Гольджи, хлоропласты, митохондрии, лизосомы, пероксисомы, вакуоли.

Ядерная мембрана, наличие ядра

Организация генетического материала

1 молекула ДНК, кольцевая, находится в нуклеиде, не окружена ядерной мембраной; истинного ядра и хромосом нет

Линейная ДНК, связанная белками – гистонами и РНК, образуют хромосомы, находящиеся в ядре.

Внехромасомные факторы наследственности (цитоплазматические)

Рибосомы в цитоплазме

Включения

Цитоскелет

Простые микротрубочки отсутствуют, напоминают 1 из мкротрубочек оруженной плазматической мембраной

Сложные, с микротрубочками 2*9+2, окружены плазматической мембраной

Способность к активизации движений

Способность к эндоцитозу

Размножение

Бинарное деление

Митоз, мейоз

Скорость размножения

1 деление в 20 минут

1 деление в несколько минут

Спорообразование

Для сохранения вида – 1 спора

Для размножения много спор

Бактерии – плазматической мембраной. Цианобактерии – в цитоплазматических мембранах

В митохондриях

Фотосинтез

В мембранах, не имеющих специфической упаковки; хлоропластов нет

В сложноустроенных хлоропластах с гранулами

Способность к фиксации

Есть у некоторых

Неспособны

6. Основные структурные компоненты клетки Цитоплазма – представляет собой содержимое клетки, исключая ядерный аппарат (ядро). В состав цитоплазмы входит гиалоплазма, система эндомембран (мембранные органоиды) и не органоиды, в некоторых клетках цитоплазма содержит цитоплазматические включения. Гиалоплазма – является желеподобным веществом. В ней локализуются и функционируют все органоиды клетки. Гиалоплазма содержит множество ионов и низкомолекулярных белков (метаболитов) и высокомолекулярных белков. Этот компонент является микросредой, которая обеспечивает и регулирует процессы, протекающие в цитоплазме. Состав: 90% - вода, 10% - белки и водные растворы органических и неорганических веществ клетки. Система эндомембран – состоит из мембранных органоидов с их содержимым. К этим органоидам относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, микротельца и митохондрии. 7. Поверхностный аппарат клетки. Поверхностный аппарат клетки – является универсальной субсистемой, имеется у всех клеток. Поверхностный аппарат клетки определяет границу между цитоплазмой и внеклеточной средой, регулирует взаимодействие клетки с внешней средой. В составе поверхностного аппарата клетки выделяют 3 компонента: 1. Плазматическую мембрану, или плазмолемму 2. Надмембранный комплекс, или гликокаликс 3. Субмембранный комплекс или субмембранный опорно-сократительный аппарат. Плазмолемма – является структурной и функциональной основой поверхностного аппарата клетки и представляет собой сферически замкнутую биомембрану. Структура плазмолеммы соответствует жидкостно-мозаичной модели мембран. Надмембранный комплекс, или гликокаликс является наружней частью поверхностного аппарата клетки, располагаясь над плазмолеммой. В состав надмембранного комплекса включают: 1. Углеводные части гликолипидов и гликопротеидов 2. Периферические мембранные белки, расположенные на наружней части билипидного слоя 3. Интегральные и полуинтегральные белки, имеющие наружную зону, выступающую над билипидном слоем. 4. Специфические углеводы, не связанные химически с компонентами мембраны, локализованные над билипидном слоем. 5. Субмембранный комплекс или субмембранный опорно-сократительный аппарат – располагается под плазмолеммой, с внутренней стороны поверхностного аппарата клетки. В состав субмембранного опорно-сократительного аппарата выделяют периферическую гиалоплазму и опорно-сократительную систему. Периферическая гиалоплазма – является специализированной частью цитоплазмы, расположенной под плазмолеммой. Это жидкое высоко дифференцированное гетерогенное вещество, которое содержит в растворе разнообразные низкомолекулярные и высокомолекулярные молекулы. Периферическая гиалоплазма фактически является микросредой, в которой протекают общие и специфические процессы метаболизма. Она обеспечивает реализацию многих функций поверхностного аппарата клетки. В периферической гиалоплазме располагается второй компонент субмембранного опорно-сократительного аппарата - опорно-сократительная система. Опорно-сократительная система состоит из:

    Микрофибрилл, или микрофиламентов

    Скелетных фибрилл, или промежуточных филаментов

    Микротрубочек

Микрофиблиллы - нитивидные структуры, состоящие из: 1. Сократительного белка актина 2. Миозина Молекулы глобулярного актина образуют протофибриллы, формируют двойную спираль, к которой присоединяются белки. Для полимеризации необходимы: АТФ, высокая концентрация ионов Mg и белок филамин. Деполяризация актиновых миотфибрилл происходит при участии белка профилина. Процессы полимеризации и деполяризации происходят параллельно на противоположных концах миофибрилл. В опорно-сократительной системе имеются миозиновые микрофибриллы. Особенностями их строения является наличие “головок”, способных расщеплять АТФ. В ходе этого процесса головка присоединяются к актиновым микрофиламентам по отношению к миозиновым микрофилиментам. Скелетные фибриллы - образуются путем полимеризации отдельных белковых молекул. Скелетные фибриллы разного типа клеток состоят из разных белков. В эпителиальных клетках скелетные фибриллы формируются белком прекератином и называются тонофибриллами. Все скелетные фибриллы устойчивы к физическим и физическим агентам. Они выполняют опорную функцию и являются элементом цитоскелета. Число и длина скелетных фибрилл регулируется клеточными механизмами, изменения которых может вызывать аномалии функции клеток. Микротрубочки - занимают наиболее отдаленное от плазмолеммы положение. Стенки микротрубочек сформированы белками тубулинами. Структурной единицей микротрубочек являются димеры, состоящие из молекул -тубулина и  -тубулина. Микротрубочки включают и другие виды белков, которые называются МАР-белки. Эти белки обеспечивают эффективное функционирование микротрубочек. Формирование микротрубочек основано на процессе полимеризации тубулиновых димеров. Сначала образуются тубулиновые нити – протофиламенты , которые взаимодействуют между собой, образуя стенку микротрубочки. Как правило стенка микротрубочки состоит из 13 протофиламентов. В клетке полимеризация микротрубочек происходит путем самосборки при определенных условиях. Таким условием является наличие ГТФ (аналог АТФ), ионов магния, отсутствие кальция. Формирование новых микротрубочек осуществляется в центрах организации микротрубочек. Наиболее мощным центром организации микротрубочек являются центриоли. В инициации полимеризации микротрубочек играет белок -  -фактор .

    Транспорт молекул через мембраны

Обмен веществ между клеткой и средой определяется транспортной функцией ПАК. В своей деятельности клетка использует несколько видов транспорта молекул и веществ через ПАК:

    Свободный транспорт, или простая диффузия.

    Пассивный транспорт, или облегченная диффузия

    Активный транспорт

    Транспорт в мембранной упаковке или цитоз.

Свободный транспорт – осуществляется только при наличии электрического градиента по обе стороны мембраны. Этот градиент существует только при разности концентрации и\или зарядов транспортируемых молекул. Величина градиента определяет направление и скорость свободного транспорта. Такое направление транспорта называют транспортом по градиенту концентрации. При этом скорость свободного транспорта прямолинейна величине градиента. Транспорт по градиенту концентрации приводит к уменьшению разности концентраций и постепенному снижению скорости свободного транспорта. Биологическая роль свободного транспорта ограничена. Это определяется его недостаточной избирательностью. Через билипидный слой могут проходить любые гидрофобные молекулы. Большинство биологически активных молекул являются гидрофильными, поэтому их свободный транспорт через билипидный слой затруднен. Пассивный транспорт – облегченная диффузия – также осуществляется только по градиенту концентраций и без затрат АТФ. Скорость пассивного транспорта намного больше, чем свободного. При увеличении разности концентраций наступает момент, когда скорость становится постоянной. Транспорт осуществляется специальными молекулами – переносчиками. С их помощью через мембрану по градиенту концентрации транспортируются крупные гидрофильные молекулы (сахара, аминокислоты). В ПАК имеются пассивные переносчики для различных ионов (К + , Na + , Ca 2+ , Cl - , HCO 3 -). Особенностью пассивных переносчиков является их высокая специфичность (избирательность) по отношению к транспортируемым молекулам. Вторая особенность – высокая скорость транспорта, которая может составлять 10 4 молекул в секунду и более. Клетка может регулировать количественный и качественный набор переносчиков в своем ПАК. Это позволяет клетке дифференцироваться и реагировать на изменения условий. Механизм действия переносчиков основан на их способности образовывать каналы, специфические для определенных молекул. Например: пассивный переносчик глюкозы. Изменять параметры пассивного транспорта в клетке можно с помощью лекарственных препаратов, антибиотиков. Антибиотики выступают в роли пассивных переносчиков. У эукариотичекких клетках нарушение пассивного транспорта могут вызывать некоторые токсины и яды.