Вещества
Неорганические:
Органические:
Белки: строение, свойства, функции
Белки – высокомолекулярные природные полимеры, построенные из остатков аминокислот, соединенных амидной (пептидной) связью -СО-NH-. Каждый белок характеризуется специфической аминокислотной последовательностью и индивидуальной пространственной структурой (конформацией). В состав природных белков входят 20 аминокислот и два амида (аспарагин и глутамин).
Классификация аминокислот основана на природе специфического радикала R:
- Алифатические : гли цин, ала нин, вал ин, лей цин, и золе йцин. R - углеводородной природы придает гидрофобность,
- Оксиаминокислоты (сер ин, тре онин). Наличие группы -ОН обусловливает гидрофильность,
- Серосодержащие (цис теин, мет ионин) – участвуют в стабилизации третичной структуры белков. Метионин является источником метильных групп.
- Дикарбоновые : глу таминовая, асп арагиновая. Вторая -СООН-группа - придает им высокую химическую активность, гидрофильность, дополнительный отрицательный заряд. При аминировании этих аминокислот образуются амиды глутамин (глн ) и аспарагин (асн ).
- Двухосновные : лиз ин, арг инин - содержат по 2 аминогруппы, имеют щелочные свойства, положительный заряд;
- Ароматические: фен илаланин, тир озин – имеют ароматическую группу, придающую свойство гидрофобности,
- Гетероциклические : три птофан (предшественник витамина РР, фитогормона ИУК), гис тидин – имеет щелочные свойства;
- Иминокислоты (про лин, оксипролин) - обладают высокой гидрофильностью, синтезируются в большом количестве при стрессе («стрессовые» аминокислоты).
Организм человека и животных, в отличие от растений и микроорганизмов не способен синтезировать ряд аминокислот (вал, лей, иле, тре, мет лиз, три, фен, гис , который– необходим для детей), поэтому данные аминокислоты называют незаменимыми . Высокую биологическую ценность имеют белки семян бобовых культур, особенно фасоли, сои. Биологическая ценность пищевых белков зависит в основном от содержания и соотношения входящих в их состав незаменимых аминокислот. Белки животного происхождения (мяса, рыбы, яиц, молочных продуктов), имеют высокую биологическую ценность. Растительные белки лимитированы по ряду незаменимых аминокислот и прежде всего - по лизину, триптофану, треонину. Много биологически ценного белка содержится в семенах бобовых культур (соя, горох, фасоль и др.).
Формулы протеиногенных аминокислот
Уровни структурной организации белков
I. Первичной структурой белков называется линейная полипептидная цепь из аминокислот, соединенных между собой пептидными связями.
II. Вторичная структура представляет собой способ укладки полипептидной цепи в упорядоченную структуру благодаря образованию водородных связей между пептидными группами одной цепи или смежными полипептидными цепями. По конфигурации вторичные структуры делятся на спиральные (α-спираль) и слоисто-складчатые.
III. Третичная - способ укладки полипептидной цепи в пространстве. По форме третичной структуры белки делятся в основном на глобулярные и фибриллярные.
IV. Четвертичная (надмолекулярная): Некоторые белки построены из нескольких полипептидных цепей, каждая из которых имеет третичную структуру. Например, гемоглобин (из 4х субъединиц) фермент РБФ-карбоксилаза из 8 субъединиц.
Функции белков в клетке
Структурная. Белки образуют основу протоплазмы любой живой клетки, в комплексе с липидами они являются основой всех клеточных мембран, элементов цитоскелета (микротрубочек, микрофиламентов); входят в состав клеточных стенок (структурный белок экстенсин).
Ферментативная (каталитическая ). Все ферменты являются белками, простыми или сложными;
Транспортная. Белки участвуют в переносе веществ через мембраны (белки-переносчики челночного типа и энергозависимые, ионные каналы; аквапорины «водяные поры»).
Запасная (запасные отложения белков семян).
Рецепторная. Входят в состав рецепторов, избирательно воспринимающих сигналы внешней и внутренней среды.
Классификация белков
Различают белки простые , состоящие только из аминокислот (протеины) и сложные, которые включают небелковую часть.
Простые белки (протеины) разделяют по растворимости их в определенных растворителях:
Альбумины - растворяются в воде.
Глобулины – белки, растворимые в слабых растворах нейтральных солей.
Проламины - хорошо растворимы в 60-80%-ном этаноле, характерны исключительно для семян злаков, они бедны незаменимыми аминокислотами, но содержат много пролина и глутаминовой кислоты.
Глютелины - хорошо растворимы в щелочных растворах (0,2-2,0%). Запасные белки растений, содержатся в семенах злаков; совместно с проламинами составляют клейковину – комплекс запасных белков злаковых культур. Клейковина сообщает муке способность превращаться в тягучее тесто и качествами ее определяется достоинство муки.
Гистоны - белки щелочного характера, играют важную роль в формировании структуры хроматина (до 40-50% от массы хромосом, содержат много основных аминокислот - арг, лиз).
Сложные белки (устаревшее название протеиды) классифицируют по химизму небелковой
(простетической) части молекулы.
Липопротеины – простетической (небелковой) группой являются различные жироподобные вещества; входят в состав клеточных мембран.
Металлопротеины – комплексы ионов металлов с белками; в составе металлопротеинов часто встречаются: Cu, Fe, Zn, Mo, Mn, Ni, Se, Ca и др.
Гликопротеины - содержат углеводный компонент. Входят в БМ (рецепторная функция, защитная – лектины реакция агглютинации).
Нуклеопротеины - соединение белков с нуклеиновыми кислотами (рибосомы, хромосомы).
.Хромопротеины - сложные белки, у которых небелковой частью оказываются окрашенные соединения, например, Fe-порфириновые структуры (гемоглобин крови, легоглобин); «желтые дыхательные ферменты», в состав которых входят коферменты флавинадениндинуклеотид - ФАД, флавинаденинмононуклеотид – ФМН.
Ферменты
Ферменты (закваска)- специфические катализаторы белковой природы, ускоряющие течение биохимических реакций и играющие важнейшую роль в обмене веществ.
Свойства ферментов
· Они не расходуются в процессе катализа и не входят в состав конечных продуктов реакции, выходят из реакции в первоначальном виде.
· По химической природе все ферменты – белки.
· Эффективность ферментов значительно выше по сравнению с катализаторами небиологической природы. Например, 1 моль Fe за 1 мин разлагает 10-5 моль Н 2 О 2 , а каталаза, содержащая атом Fe - 105 моль Н 2 О 2).
· Регулируемость. Активность ферментов, скорость ферментативных реакций регулируется в зависимости от потребностей самой клетки.
· Специфичность. Они обладают избирательностью действия на субстраты, т.е., на те вещества, превращение которых они катализируют. Специфичность ферментов может быть абсолютной (фермент уреаза – разложение мочевины) или относительной (протеазы – распад белков, имеющих разное происхождение). Специфичность ферментов лежит в основе международной классификации ферментов.
Строение ферментов
Ферменты являются глобулярными белками, их молекулы могут быть представлены как простыми, так и сложными белками. В первом случае ферменты называют однокомпонентными, а во втором – двухкомпонентными . Белковая часть двухкомпонентных ферментов называется апоферментом, а небелковый компонент - коферментом. Соединение белковой части и небелковой части фермента может осуществляться за счет ионных, водородных связей, гидрофобных взаимодействий, реже - с помощью ковалентных связей. В качестве коферментов могут быть производные нуклеотидов и витаминов (НАДФ, ФАД, ФМН, АТФ, УТФ и др.), металлы, а также др. соединения небелковой природы.
Кофакторы (активаторы ) - вещества небелковой природы (часто металлы - К, Са, Mg, Mn, Zn, Mo; Cl), усиливают каталитическую активность ферментов, стабилизируя структуру белковой части фермента. Ингибиторы - вещества, подавляющие активность ферментов; они частично или полностью препятствуют образованию фермент-субстратного комплекса (яды, лекарственные препараты, ионы тяжелых металлов и др.).
Область молекулы фермента, в которой происходит связывание, и превращение субстрата называется активным центром . Активный центр расположен в углублении на поверхности молекулы фермента (рис.).
В ходе ферментативной реакции осуществляется контакт между ферментом (E) и субстратом (S) с образованием промежуточного фермент-субстратного комплекса (ES).
Классификация ферментов
Согласно международной классификации, принятой в 1961 г, все ферменты разделяют на 6 классов в соответствии с характером катализируемых ими реакций.
- Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные реакции.
Ферменты, катализирующие перенос водорода (Н+), называют дегидрогеназами
(имеют коферменты НАД (Ф), ФМН, ФАД):
R 1 H 2 + R 2 R 1 + RH 2
Оксидазами называют ферменты, для которых акцептором водорода (Н+ и е -) служитО 2 (цитохромоксидаза, полифенолоксидазы, пероксидазы, аскорбатоксидаза,
каталаза).
RH 2 + 1/2 O 2 R + H 2 O (оксидазы)
RH 2 + H 2 O 2 R +2H 2 O (пероксидазы)
- Трансферазы катализируют реакции переноса отдельных группировок (карбоксильных, альдегидных, аминогрупп; групп, содержащих серу, фосфор) с одного соединения на другое:
АХ +В А + ВХ
- 3.Гидролазы - ускоряют расщепление сложных веществ (углеводов, жиров, белков) веществ с участием воды (гидролиз). Протеазы, липазы, амилазы, инвертаза и др.
R 1 R 2 + H 2 O R-OH + R-H
- 4. Лиазы катализируют реакцию негидролитического расщепления с образованием двойных связей или реакции присоединения по двойным связям.
- 5.Изомеразы катализируют реакции изомеризации соединений (внутримолекулярный перенос групп), например, взаимопревращение альдосахаров в кетосахара,
ФГА в ФДА, глю-6-Ф во фру-6-Ф.
- Синтетазы (лигазы) - ускоряют реакции синтеза с использованием энергии макроэргических соединений. Синтетазы катализируют реакции образования амидов, биополимеров: белков, олиго - и полисахаридов, нуклеиновых кислот и др.
Углеводы (СН 2 О)n
Первичным источником углеводов для всех живых организмов на Земле, за исключением хемосинтезирующих организмов, является фотосинтез. Углеводы входят в составе клеток и тканей всех растительных и животных организмов, они выполняют как структурные, так и метаболические функции:
- углеродные «скелеты» для построения др. органических веществ;
- запасной источник энергии (крахмал, инулин, сахароза, др.) для метаболических процессов;
- структурные компоненты КС (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектины);
- входят в состав мембран (рецепторы -гликопротеины, иммунные белки - лектины).
Выделяют три группы углеводов: моносахариды , или простые сахара (глюкоза, фруктоза); олигосахариды - соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (сахароза, мальтоза); полисахариды , включающие более 10 молекул сахаров (крахмал, целлюлоза).
Моносахариды - это кетонные или альдегидные производные многоатомных спиртов. В зависимости от количества атомов углерода, их разделяют на: триозы-С3, тетрозы-С4, пентозы-С5, гексозы-С6 и т. д.
Триозы (С3-) в свободном виде обычно не встречаются. Фосфорные эфиры триоз – фосфоглицериновый альдегид (ФГА ) и фосфодигидроацетон (ФДА) образуются как промежуточные продукты превращений более сложных моносахаридов, а также в процессе фотосинтеза.
Тетрозы (С4-). Эритроза - один из промежуточных продуктов фотосинтеза и пентозофосфатного цикла окисления глюкозы.
Пентозы (С5-). Пентозы в свободном виде встречаются очень редко, чаще они входят в состав более сложных углеводов и др. органических соединений. Рибоза и дезоксирибоза - входят в состав нуклеиновых кислот и свободных нуклеотидов. Арабиноза – входит в состав гемицеллюлоз, пектиновых веществ, слизей, гумми. Ксилоза (древесный сахар) входит в состав гемицеллюлоз, растительных слизей; много в соломе, отрубях, древесине, шелухе подсолнечника. Организмом человека ксилоза усваивается плохо.
Гексозы (С6-). Из гексоз наиболее широко распространены глюкоза, фруктоза, галактоза.
Глюкоза (виноградный сахар, декстроза) присутствует в свободном виде в зеленых частях растений, в семенах, различных фруктах и овощах. Глюкоза входит в состав важнейших дисахаридов и полисахаридов. Глюкоза - первичный источник энергии для клеток.
Фруктоза (плодовый сахар ) в свободном состоянии содержится в зеленых частях растений, в плодах, нектаре цветов, меде. Входит в состав многих сложных сахаров, например, сахарозы. Фруктоза - в 1,5 раза слаще сахарозы и в 3 раза слаще глюкозы.
Галактоза вместе с глюкозой входит в состав дисахарида лактозы (молочный сахар), трисахарида рафинозы, тетрасахарида стахиозы и некоторых гликозидов.
Дисахариды - образуются в результате реакции конденсации между двумя моносахаридами, обычно гексозами, 1,4-гликозидной связью. Среди дисахаридов наиболее широко распространены мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (глюкоза + галактоза), сахароза (глюкоза + фруктоза).
Мальтоза (солодовый сахар) - является промежуточным продуктом при гидролизе крахмала, он широко распространен в растительных и животных организмах. Солодовый сахар значительно менее сладок, чем тростниковый (в 0,6 раза).
Лактоза (молочный сахар). Название этого дисахарида возникло в связи с его получением из молока (от лат. lactum - молоко). Лактоза в 4 или 5 раз менее сладка, чем сахароза.
Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар ) - очень распространена в растительном мире. Встречается в листьях, стеблях, корнях, фруктах, ягодах, клубнях. Это наиболее известный и широко применяемый сахар. При гидролизе из него образуются глюкоза и фруктоза. Смесь равных количеств глюкозы и фруктозы, получающаяся в результате инверсии тростникового сахара (в связи с изменением в процессе гидролиза правого вращения раствора на левое), называется инвертным сахаром. Природным инвертным сахаром является мед, состоящий в основном из глюкозы и фруктозы. Сахарозу получают в огромных количествах. Сахарная свекла содержит 16-20 % сахарозы, сахарный тростник - 14-26 %. .
Рафиноза и стахиоза являются мало распространенной транспортной формой углеводов у некоторых древесных растений.
Полисахариды - высокомолекулярные соединения, состоящие из большого числа моносахаридов (до нескольких десятков тысяч). Различают гомополисахариды, состоящие из моносахаридов одного типа (крахмал и целлюлоза состоят только из глюкозы); гетерополисахариды, в состав которых могут входить несколько различных моно сахаров (гемицеллюлозы, пектиновые вещества).В зависимости от выполняемых функций полисахариды делят на запасные и структурные.
Целлюлоза , или клетчатка (от лат. сellula - клеточка) является основным компонентом клеточной стенки растительных клеток. Это линейный полисахарид, состоящий из глюкозы, соединенных 1,4-связями. Клетчатка составляет от 50 до 70 % древесины. Хлопок представляет собой почти чистую клетчатку. Волокна льна и конопли состоят преимущественно из клетчатки. Наиболее чистыми образцами клетчатки является очищенная вата, получаемая из хлопка, и фильтровальная бумага.
Гемицеллюлозы (полуклетчатки) - гетерополисахариды, входят в состав клеточных стенок; являются главными компонентами матрикса клеточных стенок, цементируют волокна целлюлозы в клеточных стенках.В состав гемицеллюлоз входят С6-сахара: манноза, галактоза; С5-сахара: арабиноза, ксилоза.
Крахмал - гомополисахарид, широко распространенный запасной углевод растений. Крахмал образуется при фотосинтезе в зеленых листьях в виде зерен, которые откладываются в хлоропластах (первичный, ассимиляционный крахмал ). Накапливается в виде зерен, главным образом в клетках семян, луковиц, клубней, а также в листьях и стеблях (резервный, запасной крахмал ). Крахмал и его производные широко применяются в медицине, и многих отраслях промышленности: пищевой, текстильной, бумажной, кожевенной, фармацевтической и т.д.
Крахмал состоит из двух полисахаридов - амилозы (15-25%) и амилопектина (75-85%). Амилоза (из 20000-500000 мол глюкозы, соединенных ((1(4)-связями, неразветвленная цепь) легко растворяется в теплой воде и дает маловязкие растворы. Молекулы амилопектина имеют разветвленное строение, в точках ветвления молекулы глюкозы соединены связью а(1-6). При нагревании в воде молекулы амилопектина дают вязкие растворы.
Инулин запасной полифруктозид у ряда растений из сем. Астровых и колокольчиковых (топинамбур, георгин, одуванчик, спаржа, чеснок, цикорий, мать-и-мачеха, артишок и др.);
состоит на 97% из мол-л фру и на 3% мол-л глюкозы.
Пектиновые вещества (П.в).- высокомолекулярные соединения, состоят из остатков галактуроновой кислоты.В растениях присутствуют в виде нерастворимого протопектина в межклеточном веществе, а также в виде растворимого пектина в соке плодов и овощей. Особенно много П.в. во фруктах, ягодах, корнеплодах (сахарная свёкла). В волокнистых растениях П.в. скрепляют между собой растительные волокна. Нерастворимые П.в. составляют большую часть первичных клеточных стенок и межклеточного вещества (срединных пластинок) растений; растворимый пектин содержится в клеточном соке. . Размягчение плодов при созревании происходит вследствие изменения количества и качества П.в. под влиянием пектолитических ферментов. Пектиновые вещества, входящие в состав клеточных стенок, придают им катионообменные свойства (см. лаб. раб. –30-31).
Слизи и гумми – растворимые в воде полисахариды, образующие чрезвычайно вязкие и клейкие растворы. Гумми выделяются в виде наплывов вишневыми, сливовыми, миндальными деревьями.
Липиды
Липиды - неоднородная группа соединений, нерастворимых в воде и хорошо растворимых в органических растворителях (эфире, бензоле, ацетоне, хлороформе и др.). По химической природе липиды являются производными высших жирных кислот, спиртов или альдегидов.
Функции липидов в клетке:
· являются структурными элементами клеточных мембран ((фосфо-, гликолипиды, липопротеины, филлохиноны, стероиды);
· при прорастании семян некоторых видов служат источником метаболической воды:
· служат энергетическим материалом для организма (запасные вещества - жиры);
· образуют водоотталкивающие (кутикула, восковой налет) и термоизоляционные покровы надземных органов растений; защищают от высыхания при недостатке влаги и вымывания веществ в период длительных дождей.
Липиды разделяют на:
· нейтральные жиры (собственно жиры, триацилглицерины) – сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот (ЖК) с четным числом атомов углерода (С 16 -С 18). Чем больше ненасыщенных ЖК в составе жира, тем более жидкую консистенцию имеет жир. В жирах (маслах) растений чаще всего встречаются насыщенные ЖК: пальмитиновая (С 16), стеариновая (С 18); ненасыщенные ЖК: олеиновая (С 18:1), линолевая (С 18:2), линоленовая (С 18:3), арахидоновая (С 20:4). У растений жиры, выполняющие функцию запасных веществ, накапливаются в семенах. В прорастающих семенах при окислении жиров высвобождается (метаболическая) вода, что имеет большое значение при прорастании семян в условиях водного стресса.
· воска - сложные эфиры высших ЖК (С 14-34) и высших одноатомных спиртов (С 22-32). Из них формируется восковой налет, который предохраняет от смачивания, высыхания и проникновения патогенных грибов, бактерий, мелких вредителей-насекомых.
· сложные (полярные) липиды – фосфо-, глико-, сульфолипиды входят в состав клеточных мембран, играют важную роль в функционировании мембран.
· стероиды – липиды, обладающие сложной циклической структурой, образующиеся в результате конденсации веществ типа терпенов. Они играют важную роль в регуляции проницаемости клеточных мембран (эргостерол = витамин группы D).
· терпены (изопреноиды - (С 5 Н 8)п). Эфирные масла (ментол, камфора); в-каротин, вит А, фитогормоны гиббереллины, пигменты фотосинтеза каротиноиды и др. вторичные вещества (каучук, гуттаперча).
Основные понятия
Антикодон – участок т-РНК, содержащий последовательность из трех нуклеотидов, комплементарный кодону данной аминокислоты в молекуле и-РНК
Ген - отдельный участок ДНК, в котором закодирована информация о полипептидной цепи или молекуле РНК.
Генетический код (г.к.)– система записи наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Единицей г.к. служит кодон или триплет (тринуклеотид). Г.к. определяет последовательность аминокислот в синтезирующейся молекуле белка.
Генотип - совокупность всех генов организма.
Геном - совокупность генов, содержащихся в гаплоидном наборе хромосом (1n) данного организма.
Код ДНК - последовательность нуклеотидов в ДНК, которая определяет последовательность аминокислот в белке. Код: универсален, триплетен, вырожден, однозначен.
Кодон – последовательность из трех нуклеотидов в молекуле и-РНК, шифрует определенную аминокислоту в молекуле белка.
Транскрипция синтез всех типов РНК по ДНК-матрице.
Трансляция - биосинтез белков на рибосомах.
Химический состав растительной клетки
Вещества
Неорганические: вода – до 85%, минеральные вещества – 1,5%.
Органические: белки – 10%, углеводы – 40%, липиды – 2%, нуклеиновые к-ты (ДНК,
РНК) – 1-1,5%, витамины, вещества вторичного происхождения
(алкалоиды, гликозиды, эфирные масла и др.).
Элементарный химический состав растительных клеток и тканей имеет сходство с химическим составом тканей и клеток животных, что указывает на общность их происхождения.
Данные об элементарном химическом составе (в процентах на сырое вещество) приведены ниже.
| Название элемента | % содержание | Название элемента | % содержание |
| Кислород | 65,0 | Хлор | 0,10 |
| Углерод | 18,0 | Натрий | 0,03 |
| Водород | 10,0 | Магний | 0,02 |
| Азот | 3,0 | Железо | 0,01 |
| Кальций | 2,0 | Цинк | 0,0003 |
| Фосфор | 1,0 | Медь | 0,0002 |
| Сера | 0,2 | Йод | 0,0001 |
| Калий | 0,16 | Фтор | 0,0001 |
Из приведенных данных видно, что в состав растительных клеток входят те же элементы, что и в неживые тела, это указывает на общность живой и неживой природы .
Однако в соединениях уже имеются различия. В живых организмах есть большое число соединений, свойственных только им и поэтому называемых органическими. В составе клеток было обнаружено около 60 из 104 элементов периодической системы Менделеева.
В клетках больше всего кислорода , затем углерода и водорода , несколько меньше азота, кальция и фосфора. Сера, калий, хлор, натрий, магний и железо составляют десятые и сотые доли процента, а цинк, медь и другие находятся в еще меньших количествах.
Углерод, водород, кислород, азот и частично фосфор и сера входят в состав органических веществ клетки. Остальные элементы находятся или в виде ионов, или в соединении с органическими веществами.
Белки и другие азотистые соединения
Белки представляют собой соединения, в состав которых входит азот . По своему строению белки очень сложны, они состоят из таких элементов:
- углерода 51-55%,
- водорода 17%,
- кислорода 21-24%,
- азота 15-18%,
- серы 0,9-2,3%;
- некоторые белки содержат также и фосфор.
Белки представляют собой высокомолекулярные полимеры; цепь полимера состоит из нескольких сот мономеров - остатков аминокислот.
Белки имеют очень крупные молекулы и вследствие этого обладают ясно выраженными коллоидными свойствами. Молекулярный вес различных белков неодинаков и изменяется от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов.
Молекула белка состоит из n -го количества аминокислот, которые соединены одна с другой с отнятием воды. Аминокислота - амфотерное соединение, так как имеет аминогруппу - NН 2 и карбоксильную группу - СООН, поэтому может реагировать и как основание, и как кислота. Группа СООН одной кислоты может соединяться с группой NH 2 другой аминокислоты с выделением воды, что приводит к образованию пептидной связи основной связи в молекуле белка.
С - N -
II I
O H
Аминокислоты
Все аминокислоты , составляющие белок, являются α-аминокислотами, у которых группа СН 2 расположена рядом с карбоксилом. Например, аланин:
СН 2 - СН - СООН
I
NH 2
Аминокислоты могут иметь 2 и более аминогрупп (диамино-кислоты), а также 2 карбоксильные группы (дикарбоновые кислоты).
В настоящее время открыто свыше 90 различных аминокислот, причем 50 из них - в середине XX столетия. В растительных белках встречается до 20 аминокислот.
Э. Фишер
пытался осуществить синтез белковой молекулы, связывая друг с другом аминокислоты, сначала по 2, затем по 3 и т. д. В результате ему удалось соединить 18-19 аминокислот.
Полученные соединения Фишер назвал пептидами; в зависимости от количества соединенных аминокислот они назывались дипептидами, трипептидами и полипептидами .
Протеиды и протеины
Белки различаются между собой не только но количеству аминокислот, входящих в состав молекулы белка, но и по их набору и порядку расположения. Белки разделяют на сложные - протеиды и простые - протеины .
Протеидами называют соединения белковой молекулы с тем или другим веществом небелкового характера (простетической группой). При соединении белка с высокомолекулярным углеводом получается глюкопротеид, с фосфорной кислотой - фосфопротеид, с липоидами- липопротеид, с нуклеиновой кислотой - нуклеопротеид.
Сложные белки, в состав которых входят какие-либо металлы (Fе, Сu), называют металлопротеидамп. К этой группе относятся белки, обладающие ферментативными свойствами. При соединении белка с хлорофиллом и гемоглобином получаются хромопротеиды.
Сложные белки входят в состав протоплазмы и ядра и называются конституционными. Особенно много нуклеопротеидов в составе протоплазмы и ядра.
Простые белки, или протеины, являются запасными питательными веществами; их классифицируют по растворимости:
- альбумины - растворимые в воде,
- глобулины - растворимые в слабых растворах нейтральных солей,
- проламины - растворимые в 60-80%-ном спирте,
- глютелины - растворимые только в слабых растворах щелочей.
Все эти белки встречаются у растений.
Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты - сложные высокомолекулярные полимерные соединения, обладающие высокой физиологической активностью и играющие важнейшую роль в жизнедеятельности организма. При участии нуклеиновых кислот происходит синтез белков, передача наследственных свойств, рост и размножение.
Уже давно было установлено, что нуклеиновые кислоты обычно содержатся в органах и тканях, богатых ядерным веществом и характеризующихся интенсивным синтезом белка. Нуклеиновых кислот много в зародышах семян , в глазках клубней картофеля , пыльце, кончиках корней (в ядрах, пластидах, митохондриях и рибосомах).
В листьях и стеблях растений содержание нуклеиновых кислот невелико и составляет 0,1 - 1 % от сухого веса.
В состав нуклеиновых кислот входят нуклеотиды, состоящие из азотистого основания, сахара-пентозы и фосфорной кислоты. Нуклеотиды различаются только по азотистым основаниям.
Схема строения нуклеотида
Встречаются 4 типа нуклеотидов - адениновый, гуаннповый, цитозиновый и тиминовый, обычно обозначаемые начальной буквой, т. е. А, Г, Ц, Т-нуклеотиды.
Существует 2 вида нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), содержащая углевод дезоксирибозу, и рибонуклеиновая кислота (РНК), содержащая рибозу.
Клетка – наименьшая структурная и биологическая единица живой материи. Ей присущи все жизненноважные процессы: питание, дыхание, рост, раздражимость, размножение, наследственность. Она появилась на определенном этапе эволюции как результат совершенствования живого вещества. Количество клеток в организмах варьирует от одной до нескольких миллиардов. Если клетка одна, то она выступает в роли целостного организма и выполняет все его функции.
Впервые термин «клетка» предложил Роберт Гук в 1665 году. Значительный вклад в изучение растительной клетки внесли ученые М. Мальпиги (итал.), Н. Грю (англ.), М. Шлейден и Т. Шванн (немец.). Именно Шлейден и Шванн, опираясь на собственные исследования и исследования других ученых, показали, что клеточное строение присуще всем живым организмам (клеточная теория, 1839 г.).
Рассмотрим обобщенное строение растительной клетки.
Снаружи растительная клетка покрыта клеточной оболочкой (стенкой) . Она образуется из веществ, вырабатываемых цитоплазмой, которые откладываются снаружи от нее, создавая оболочку (пектин, гемицеллюлоза и целлюлоза). Так образуется первичная оболочка. Она эластична, росту клетки не препятствует, создает прочность и придает определенную форму, защищает содержимое от механических повреждений. У многих клеток образуется и вторичная оболочка. Она формируется под первичной оболочкой и состоит из целлюлозы. Клетки со вторичной оболочкой более прочные и могут выполнять механическую функцию. В оболочке имеются неутолщенные места – поры. Через них проходят тонкие тяжи цитоплазмы, по которым осуществляется обмен веществ между соседними клетками.
Видоизменения клеточной стенки:
Одревеснение – оболочка пропитывается лигнином, который выполняет роль цемента, придает твердость и прочность (характерно для клеток механической ткани и древесины);
Опробковение – оболочка пропитывается суберином (жироподобным веществом), прекращается доступ воды и газов. Содержимое клетки отмирает, она заполняется воздухом и выполняет функцию термоизоляции (покровная ткань пробкового дуба);
Кутинизация – клетки эпидермиса пропитываются кутином и воском. Функции: уменьшение транспирации, отражение света, защита от УФ лучей и инфицирования микроорганизмами;
Минерализация – пропитывание оболочки минеральными солями (например, кальция). Это придает клеткам жесткость, твердость, растения не поедаются животными (хвощи, осоки);
Ослизнение – набухание пектиновых веществ в оболочке (клетки кожицы семян при прорастании, оболочки клеток при ранении).
Все содержимое клетки делят на 2 части:
Протопласт (живое содержимое);
Производные протопласта (неживое содержимое).
Протопласт представляет собой цитоплазму с заключенными в нее органоидами (ядро, пластиды, митохондрии, аппарат Гольджи, сферосомы, рибосомы, эндоплазматический ретикулум, лизосомы). Количество органоидов и их состав зависят от функции, специфики жизнедеятельности клетки и от ее возраста.
Под клеточной стенкой находится цитоплазма. Ее наружный слой – плазмалемма – представляет собой мембрану, которая обеспечивает избирательное проникновение веществ в клетку и из нее. Она имеет типичное для мембран трехслойное строение. Внешний и внутренний слой состоит из одного ряда белковых молекул и между ними два ряда липидов. Мембрана имеет тончайшие сквозные отверстия через которые могут проходить одни вещества и задерживаться другие (обладает полупроницаемостью).
Продолжением мембраны плазмалеммы является эндоплазматическая сеть (ретикулум) , которая представляет собой сеть каналов и полостей. ЭПС является конвейером для синтеза и перемещения веществ по клетке. Начинаясь от плазмалеммы, она подходит к различным органоидам и наружной оболочке ядра. С каналами ЭПС соединен аппарат Гольджи . Он выполняет функцию накопления и постепенного выведения из клетки синтезированных веществ.
Энергетическими станциями клеток являются митохондрии. Они состоят из двух мембран. В них осуществляется дыхание клетки, в результате чего выделяется энергия. Она связывается, переходя в энергию фосфатной связи АТФ. Количество митохондрий зависит от активности клетки, ее возраста и физиологического состояния.
Лизосомы – мелкие округлые тельца, имеющие очень прочную мембрану. В матриксе лизосомы находятся сильные по активности ферменты, переваривающие пищевые вещества и разрушающие отмершие части клетки.
Сферосомы – по форме, размерам сходны с лизосомами, внутри находится белковый матрикс. Основная функция – накопление масел.
В цитоплазме клеток присутствуют микротрубочки , участвующие в образовании клеточной оболочки делящихся клеток.
Рибосомы – небольшие тельца шаровидной или слегка уплощенной формы, в строении отсутствует мембранная система. Основная функция – синтез белка.
Пластиды – органоиды, присущие только растительным клеткам. Это крупные двух-мембранные органоиды, хорошо видимые в световой микроскоп. По цвету и выполняемым функциям различают три типа:
1). Хлоропласты: имеют форму двояковыпуклой линзы. Снаружи они покрыты оболочкой, состоящей из двух мембран. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя имеет выросты в виде пластинок. Эти пластинки называются ламеллы. Они лежат друг на друге правильными стопками, напоминающими столбики монет, и называются гранами. Во внутренних мембранах локализованы фотосинтетические пигменты (у высших растений – хлорофилл а и b, у водорослей возможно появление хлорофилла c, d, e). Хлорофилл придает зеленую окраску хлоропластам. В хлоропластах есть и другие пигменты: красно-оранжевый – каротин и желтый – ксантофилл, но они не видны под преобладающей массой хлорофилла.
2). Хромопласты: крупнее хлоропластов. Это пластиды красно-оранжевого и желтого цветов. Красящие пигменты группы каротиноидов (их более 50, но наиболее распространены каротин и ксантофилл). Они придают окраску лепесткам цветов, плодам, корнеплодам.
3). Лейкопласты: не имеют пигмента, бесцветны. Образуются в органах, скрытых от солнечного света. Их функция – синтез и накопление запасных питательных веществ.
Важнейшим органоидом любой эукариотической клетки является ядро. Оно содержит генетическую информацию клетки, контролирует ее жизнедеятельность, влияя на синтез белков. Ядро отделено от цитоплазмы двумембранной оболочкой. Оболочка пронизана порами, через которые осуществляется связь с каналами ЭПС и, тем самым, обеспечивается контакт ядра с цитоплазмой. Ядро состоит из ядерного сока, представляющего смесь белков-ферментов, нуклеотидов и аминокислот, хромосом , построенных из молекул ДНК и содержащих генный материал, и ядрышка , осуществляющего синтез РНК и сборку рибосом.
Для растительной клетки характерно наличие вакуолей . Часто они занимают почти весь объем клетки. У молодых клеток их несколько. По мере развития клетки они разрастаются и сливаются в одну. Содержимое – клеточный сок – водный раствор многих веществ: сахаров, аминокислот, пигментов, витаминов и др. Все эти вещества продукты жизнедеятельности клетки.
Мембрана, отделяющая цитоплазму от вакуолей, называется внутренней или тонопласт. Ее функция – транспортная.
Таким образом, растительной клетке свойственны все признаки обычной эукариотической клетки.
Различия в строении растительной и животной клеток:
В растительной клетке хорошо развита клеточная оболочка;
Растительная клетка содержит пластиды (на этом основании большинство растений относят к автотрофам);
В растительной клетке всегда присутствуют вакуоли: несколько маленьких у молодых клеток, или одна большая - у взрослых.