1. ЭЛЕМЕНТЫ, СОДЕРЖАЩИЕСЯ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ. 2. БЕЛКИ. 3. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. 4. УГЛЕВОДЫ. 5. ЛИПИДЫ. 6. КОФАКТОРЫ. Тема 4. ХИМИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ ЖИВОГО

Элементы, встречающиеся в живых организмах Главные элементы Ионы Микроэлементы H водородNa + натрийMn марганецB бор C углеродMg 2+ магнийFe железоAl алюминий N азотCl - хлорCo кобальтSi кремний O кислородK + калийCu медьV ванадий P фосфорCa 2+ кальцийZn цинкMo молибден S сераI йод Порядок расположения определяется атомной массой; элементы 1-3 столбцов встречаются во всех организмах; + катионы, - анион

Элементы, содержащиеся в живых организмах Наиболее распространены четыре элемента: кислород (65% общей массы), углерод (18%), водород (10%) и азот (3%). На их долю приходится более 99 % как массы, так и числа атомов, входящих в состав всех живых организмов. Все эти элементы встречаются в клетках в большом количестве, их называют макроэлементами. Марганец, медь, йод, кобальт и другие элементы, обнаруживаемые в микродозах, называют микроэлементами.

Химические «строительные блоки» органических соединений Малые молекулы (строительные блоки) Соединения, которые из них синтезируются Аминокислоты Белки Сахара (моносахариды) Полисахариды и нуклеиновые кислоты Жирные кислоты, глицерол и холин Липиды Ароматические азотистые основания Нуклеиновые кислоты

Биологическое значение воды 1.Растворитель. Вода – превосходный растворитель для полярных веществ (соли, сахара, простые спирты). По этой причине в клетке большая часть химических реакций протекает в водных растворах. Вода служит средой для транспорта различных веществ. Эту роль она выполняет в крови, в лимфатической и экскреторной системах, в пищеварительном тракте, во флоэме и ксилеме растений. 2.Теплоемкость. Удельной теплоемкостью воды называют количество теплоты в джоулях, которое необходимо, чтобы поднять температуру 1 литра воды на 1 0 С. Большая теплоемкость воды сводит к минимуму происходящие в ней температурные изменения. Благодаря этому биохимические процессы протекают в меньшем интервале температур, с более постоянной скоростью и опасность нарушения этих процессов от резких отклонений температуры грозит им не столь сильно. Вода служит для многих клеток и организмов средой обитания, для которой характерно довольно значительное постоянство условий. 3. Теплота испарения. Теплота испарения есть мера количества тепловой энергии, которую необходимо сообщить жидкости для ее перехода в пар. Энергия, необходимая молекулам воды для испарения, черпается из их окружения. Таким образом, испарение сопровождается охлаждением. Это явление используется у животных при потоотделении, при тепловой одышке у млекопитающих или у некоторых рептилий (крокодилы), которые на солнцепеке сидят с открытым ртом; играет заметную роль в охлаждении транспортирующих листьев. 4. Теплота плавления. Теплота плавления есть мера тепловой энергии, необходимой для расплавления твердого вещества (в нашем случае льда). Воде для плавления (таяния) необходимо сравнительно большое количество энергии. Справедливо и обратное: при замерзании вода должна отдать большое количество тепловой энергии. Это уменьшает вероятность замерзания содержимого клеток и окружающей их жидкости. Кристаллы льда особенно губительны для живого, когда они образуются внутри клеток.

Биологическое значение воды 5. Плотность и поведение воды вблизи точки замерзания. Плотность воды от +4 до 0 0 С понижается, поэтому лед легче воды и в воде не тонет. Вода – единственное вещество, обладающее в жидком состоянии большей плотностью, чем в твердом.Поскольку лед плавает в воде, он образуется при замерзании сначала на ее поверхности и лишь под конец в придонных слоях. Лед покрывает толщу воды, как одеялом, что повышает шансы на выживание у организмов, обитающих в воде. Это важно в условиях холодного климата и в зимнее время года. То обстоятельство, что слои воды, температура которых упала ниже 4 0 С, поднимаются вверх, обусловливает перемешивание воды в больших водоемах. Вместе с водой циркулируют и находящиеся в ней питательные вещества, благодаря чему водоемы заселяются живыми организмами на большую глубину. 6. Поверхностное натяжение и когезия. Когезия – это сцепление молекул физического тела друг с другом под действием сил притяжения. На поверхности жидкости существует поверхностное натяжение – результат действующих между молекулами сил когезии, направленных внутрь. Благодаря поверхностному натяжению жидкость стремится принять такую форму, чтобы площадь ее поверхности была минимальной (в идеале – форма шара). Из всех жидкостей самое большое поверхностное натяжение у воды. Значительная когезия, характерная для молекул воды, играет важную роль в живых клетках, а также при движении воды по сосудам ксилемы в растениях. 7. Вода как реагент. Биологическое значение воды определяется и тем, что она представляет собой один из необходимых метаболитов, т.е. участвует в метаболических реакциях. Вода используется, например, в качестве источника водорода в процессе фотосинтеза, а также участвует в реакциях гидролиза. 8. Вода и процесс эволюции. Роль воды для живых организмов находит свое отражение в том факте, что одним из главных факторов естественного отбора, влияющих на видообразование, является недостаток воды. Все наземные организмы приспособлены к тому, чтобы добывать и сберегать воду; в крайних своих проявлениях – у ксерофитов, у обитающих в пустыне животных и т.п.

Важные биологические функции воды Для всех организмов - Обеспечивает поддержание структуры (высокое содержание воды в протоплазме). - принимает участие в выведении из клеток продуктов обмена. - Служит растворителем и средой для диффузии. - Участвует в реакциях гидролиза. - Служит средой, в которой происходит оплодотворение. - Обеспечивает распространение семян, гамет, спор и личиночных стадий водных организмов. Для растений - Обусловливает осмос и тургор. - Обеспечивает транспирацию, а также транспорт неорганических ионов и органических молекул. - Участвует в реакциях фотосинтеза. - Обеспечивает прорастание семян – набухание, разрыв семенной кожуры и дальнейшее развитие. Для животных - Обеспечивает транспорт веществ. - Обусловливает осморегуляцию. - Способствует охлаждению тела (потоотделение). - Служит одним из компонентов смазки, например, в суставах. - Несет опорные функции (гидростатический скелет). Выполняет защитную функцию, например, в слезной жидкости и в слизи. Способствует миграции (морские течения).

БЕЛКИ Белки, или протеины (греч. Protos – первостепенный), являются наиболее сложными химическими соединениями. В состав белков входят углерод, водород, азот и кислород. Белки различаются по составу на простые и сложные. Простые белки состоят только из аминокислот. Сложные белки помимо аминокислот содержат в своем составе как органические так и неорганические соединения. Небелковую часть молекулы сложного белка называют простетической группой. Сложными белками являются нуклеопротеиды, липопротеиды, фосфопротеиды и др. Белки различаются также по структуре, которая зависит от количества входящих в их состав аминокислотных остатков и последовательности (чередования) аминокислот в полипептиде. Различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуру белков. Белки являются прежде всего, строительным материалом. Многие белки являются ферментами (энзимами). Белки обладают регуляторной способностью, гормоны регулируют физиологические процессы, протекающие в клетках. Для белков характерна транспортная функция, являются транспортерами гормонов, аминокислот, липидов, сахаров, ионов кислорода. Белки являются источниками энергии, если происходит их распад до аминокислот. Некоторые белки обладают запасной пищевой функцией в семенах растений. Пищевыми белками является альбумин (белок яиц птиц) и казеин (главный молочный белок). Основополагающее заключение «организмы делаются белками».

Структура белка

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ- ДНК,РНК, АТФ

УГЛЕВОДЫ Органические соединения углерода, водорода и кислорода с общей формулой (СН2) n где n – представляет собой число от 3 до 7. Различают полисахариды (С6Н10О5) n, дисахариды (С12Н22О11) и простые сахара – моносахариды (С6Н12О6), являющиеся малыми органическими молекулами.

ЛИПИДЫ Липиды, или жиры, являются соединениями, состоящими из жирных кислот и глицерола. К ним относят также жироподобные вещества (воск). Наиболее распространенными в жирах животных и растений являются: пальмитиновая (СН3(СН2)15СООН), стеариновая (СН3(СН2)16СООН) и олеиновая (СН3-СН2)7СН-СН(СН2)7-СООН) жирные кислоты. Липиды не растворимы в воде, растворителями для них являются эфир, бензин, хлороформ и другие органические растворители. Липиды обладают рядом важнейших свойств в жизни клеток: выполняют роль накопителей энергии, ибо окисление липидов сопровождается выделением энергии (окисление 1 грамма жира сопровождается выделением 9,5 ккал энергии).

КОФАКТОРЫ Если кофакторами ферментов являются органические соединения, то их называют коферментами. К коферментам относятся витамины, которые присутствуют в небольших количествах в клетках растений и животных и попадающих в организм человека с пищей. Известно более 10 различных витаминов, которые классифицируют на водорастворимые и жирорастворимые. Кофакторами ферментов являются также микроэлементы. Бор и алюминий необходимы для развития растений, хром участвует в регуляции усвоения глюкозы клетками животных тканей, олово необходимо для кальцификации костей и пр.