Клеточная теория. Клеточные структуры: цитоплазма, плазматическая мембрана, ЭДС

Пример

Глюкоза, рибоза, фруктоза, дезоксирибоза - моносахариды

Сахароза - дисахариды

Крахмал, гликоген, целлюлоза - полисахариды

Нахождение  в природе: в растениях, фруктах, в цветочной пыльце, овощах (чеснок, свекла), картофеле, рисе, кукурузе, зерне пшеницы, древесине…

Их  функции:

• энергетическая: при окислении до СО₂ и Н₂О высвобождается энергия; избыток энергии запасается в клетках печени и мышц в виде гликогена;
• строительная: в растительной клетке – прочная основа клеточных стенок (целлюлоза);
• структурная: входят в состав межклеточного вещества кожи сухожилий хрящей;
• узнавание клетками др.: в составе клеточных мембран, если разделённые клетки печени смешать с клетками почек, то они самостоятельно разойдутся на две группы благодаря взаимодействию однотипных клеток.

Липиды (липоиды, жиры)

К липидам относятся  разнообразные жиры, жироподобные вещества, фосфорлипиды… Все они нерастворимы в воде, но растворимы в хлороформе, эфире…

Нахождение  в природе: в клетках животных и человека в клеточной мембране; между клетками – подкожный слой жира.

Функции:

• теплоизоляционная (у китов, ластоногих …);
• запасное питательное вещество;
• энергетическая: при гидролизе жиров выделяется энергия;
• структурная: некоторые липиды служат составной частью клеточных мембран.

Жиры тоже служат для человеческого организма  источником энергии. Их организм откладывает "про запас" и они служат энергетическим источником долговременного  пользования. Кроме того, жиры обладают низкой теплопроводностью и предохраняют организм от переохлаждения. Неудивительно, что в традиционном рационе северных народов так много животных жиров. Для людей, занятых тяжелым физическим трудом, затраченную энергию тоже проще всего (хотя и не всегда полезней) компенсировать жирной пищей. Жиры входят в состав клеточных стенок, внутриклеточных образований, в состав нервной ткани. Еще одна функция жиров – поставлять в ткани организма жирорастворимые витамины и другие биологически активные вещества.

Белки

Рисунок 1.2.1. Молекула белка

Если в R заменить ещё один Н на аминогруппу NH₂, получим аминокислоту:

Белки – биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

Образование линейных молекул белков происходит в результате реакций аминокислот др. с др.

Источниками белков могут служить не только животные продукты (мясо, рыба, яйца, творог), но и растительные, например, плоды  бобовых (фасоль, горох, соя, арахис, которые  содержат до 22–23% белков по массе), орехи  и грибы. Однако больше всего белка в сыре (до 25 %), мясных продуктах (в свинине 8–15 %, баранине 16–17 %, говядине 16–20 %), в птице (21 %), рыбе (13–21 %), яйцах (13 %), твороге(14 %). Молоко содержит 3 % белков, а хлеб 7–8 %. Среди круп чемпион по белкам – гречневая крупа (13 % белков в сухой крупе), поэтому именно ее рекомендуют для диетического питания. Чтобы избежать "излишеств" и в то же время обеспечить нормальную жизнедеятельность организма, надо, прежде всего, дать человеку с пищей полноценный по ассортименту набор белков. Если белков в питании недостает, взрослый человек ощущает упадок сил, у него снижается работоспособность, его организм хуже сопротивляется инфекции и простуде. Что касается детей, то они при неполноценном белковом питании сильно отстают в развитии: дети растут, а белки – основной "строительный материал" природы. Каждая клетка живого организма содержит белки. Мышцы, кожа, волосы, ногти человека состоят главным образом из белков. Более того, белки – основа жизни, они участвуют в обмене веществ и обеспечивают размножение живых организмов.

Строение:

• первичная структура – линейная, с чередованием аминокислот;
• вторичная – в виде спирали со слабыми связями между витками (водородными);
• третичная – спираль свёрнутая в клубок;
• четвертичная – при объединении нескольких цепей, различных по первичной структуре.

При радиации, больших  температурах, экстремальных значениях pH, в спирте, ацетоне белок разрушается - реакция денатурации.

Таблица 1.2.1. Строение белка

Функции:

• строительная: белки являются обязательным компонентом всех клеточных структур;
• структурная: белки в соединении с ДНК составляют тело хромосом, а с РНК – тело рибосом;
• ферментативная: катализатором хим. реакций выступает любой фермент – белок, но очень специфичный;
• транспортная: перенос О₂, гормонов в теле животных и человека;
• регуляторная: белки могут выполнять регуляторную функцию, если они являются гормонами. Например инсулин (гормон, поддерживающий работу поджелудочной железы) активизирует захват клетками молекул глюкозы и расщепление или запасание их внутри клетки. При недостатке инсулина глюкоза накапливается в крови, развивая диабет;
• защитная: при попадании инородных тел в организме вырабатываются защитные белки – антитела, которые связываются с чужеродными, соединяются и подавляют их жизнедеятельность. Такой механизм сопротивления организма называют иммунитетом;
• энергетическая: при недостатке углевода и жиров могут окислиться молекулы аминокислот.

Аденозинтрифосфорная  кислота (АТФ) – универсальный переносчик и основной аккумулятор энергии в живых кленках, который необходим для синтеза органических веществ, движения, производства тепла, нервных импульсов, свечений. АТФ содержится во всех клетках растений и животных.

Представляет  собой нуклеотид, образованный остатками азотистого основания (аденина), сахара (рибозы) и тремя остатками фосфорной кислоты.

АТФ – нестабильная молекула: при отщеплении концевого  остатка фосфорной кислоты. АТФ  переходит в АДФ (аденозиндифосфорную  кислоту), при этом выделяется около 30,5 кДж.

Рисунок 1.2.2. Строение молекулы АТФ

Гормоны органические соединения, которые могут иметь белковую природу (гормоны поджелудочной железы) и могут относиться к липидам (половые гормоны), могут быть производными аминокислот. Гормоны образуются как животными, так и растениями. Гормоны осуществляют разнообразные функции:

• регулируют содержание ионов натрия, воды в организме;
• обеспечивают половое созревание;
• гормоны тревоги и стресса усиливают выход глюкозы в кровь и, следовательно, обуславливают активное использование энергии;
• сигнальные гормоны сообщают о нахождении пищи, об опасности;
• у растений свои гормоны, ускоряющие созревание плодов, привлекающие насекомых.

Нуклеиновые кислоты – биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Рисунок 1.2.3. Синтез нуклеиновых кислот

Рисунок 1.2.4. Схематическое строение ДНК (многоточием  обозначены водородные связи)

Молекула ДНК  представляет собой структуру, состоящую  из двух нитей, которые по всей длине  соединены друг с другом водородными  связями. (рис. 1.2.4)

Рисунок 1.2.5. Участок молекулы ДНК

Особенностью  структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной цепи лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц. Сказанное можно показать в виде схемы:

Эти пары оснований  называют комплементарными основаниями (дополняющими друг друга). Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другу, называют комплементарными нитями. На рис. 1.2.5 приведены две нити ДНК, которые соединены комплементарными участками.

Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК  определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков.

Таблица Сравнительная характеристика ДНК и РНК

Витамины

Еще в конце 19 века ученые обнаружили, что страшная болезнь бери- бери, при которой происходит поражение нервной системы, вызвана нехваткой какого-то особого вещества в пище. В 1912 г. польский исследователь Казимеж Функ (1884–1967) выделил вещество из рисовых отрубей и назвал его витамином (от лат.vita – "жизнь"). Так называют химические соединения, которые требуются для нормальной жизнедеятельности организма в очень незначительных количествах. Организм "не умеет" самостоятельно синтезировать витамины. Поэтому очень важно пополнять организм витаминосодержащими продуктами питания. Недостаток витаминов в организме является причиной тяжелого заболевания – авитаминоза.

Здоровый человек  в нормальных жизненных условиях должен стараться полностью покрывать  свою потребность в витаминах  за счет разнообразного и полноценного питания. Обращаться к аптечным препаратам, содержащим витамины, следует в тех случаях, когда вы испытываете постоянный или сезонный (осенью, весной) дефицит витаминов, а также при тяжелых стрессах. Бессистемное самодеятельное "поедание" витаминных пилюль может вызвать неприятные последствия в виде гипервитаминоза, когда даже необходимое количество витаминов не усваивается, а выводится организмом.

Витамины

Еще в конце 19 века ученые обнаружили, что страшная болезнь бери-бери, при которой  происходит поражение нервной системы, вызвана нехваткой какого-то особого вещества в пище. В 1912 г. польский исследователь Казимеж Функ (1884–1967) выделил такое вещество из рисовых отрубей и назвал его витамином (от лат.vita – "жизнь"). Сейчас хорошо изучены около 25 витаминов. Химический состав и названия их очень сложны, поэтому им присвоили буквенные символы. Принято все витамины разделять на две большие группы: водорастворимые и жирорастворимые.

Среди водорастворимых  витаминов главные:

1. В₁ – тиамин, впервые найденный в белокочанной капусте; потом его обнаружили также в некоторых крупах, сырой рыбе, дрожжах и проросшей пшенице. Этот витамин регулирует обмен веществ, нервную деятельность и ответствен за состояние сердечно-сосудистой системы. Отсутствие В₁ в пище вызывает бери-бери – тяжелейшую болезнь суставов, сопряженную с поражением нервной системы, сердца и сосудов. Бери-бери распространена в тех регионах Юго-Восточной Азии, где население питается скудно и однообразно, в основном лишь очищенным рисом, в котором витамина В₁ почти нет. Суточная потребность организма в витамине В₁ – 1,5–2,0 мг.
2. В₂ – рибофлавин. Регулирует обмен веществ, повышает остроту зрения, улучшает функцию печени и нервной системы, а также состояние кожи. Источники витамина В₂ – дрожжи, мясо, рыба, печень и другие субпродукты (почки, сердце, язык), яичный желток, молочные продукты, бобовые и многие крупы. Суточная потребность организма в витамине В2 – 2,0–2,5 мг;
3. РР – никотиновая кислота (ниацин) регулирует клеточное дыхание и сердечную деятельность. Источником витамина РР служат дрожжи, мясные и молочные продукты, зерновые культуры. Кроме того, это один из немногих витаминов, которые могут образовываться в организме человека. Витамин РР образуется из триптофана – аминокислоты, входящей в состав поступающих с пищей белков. Суточная потребность организма в витамине РР – 15–20 мг;
4. В₆ – пиридоксин, участвует в обменных процессах, необходим для усвоения аминокислот и для синтеза из триптофана витамина РР. Суточная потребность организма в витамине В₆ – 2 мг;
5. В_C – фолацин, фолиевая кислота и ее производные, регулируют кроветворение и жировой обмен. Содержится в печени, дрожжах, многих овощах (зелени петрушки, шпината, в листовом салате). Суточная потребность организма в витамине В_C – 2,0–2,5 мг.
6. В₁₂ – цианкобаламин. Предупреждает малокровие. Присутствует в говяжьей и свиной печени, мясе кроликов и кур, яйцах, рыбе, молоке. Суточная потребность организма в витамине В₁₂ – 3 мг.
7. С – аскорбиновая кислота, предохраняет от цинги, повышает иммунитет. Источники этого витамина в питании – свежие и консервированные овощи, фрукты, ягоды. Особенно богаты "аскорбинкой" плоды шиповника, смородина, петрушка, укроп, а среди дикорастущих – крапива, кислица, черемша. Аскорбиновая кислота неустойчива: на воздухе она легко окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты, не имеющей витаминных свойств. Это надо учитывать при кулинарной обработке овощей и фруктов. Суточная потребность организма в витамине С – 75–100 мг.
8. Р – рутин (биофлавоноид) сосудоукрепляющее средство, проявляет активность вместе с витамином С. Особенно много его в смородине, шиповнике, черноплодной рябине (аронии), цитрусовых и зеленом чае. Суточная потребность организма в витамине Р – 25–50 мг.