Растительная клетка

фруктоза и галактоза (общая формула С6Н12О6). Глюкоза - виноградный  сахар, чрезвычайно широко  

распространенный в природе; в свободном состоянии встречается как в растениях, так и в  

животных организмах. Также много в природе фруктозы - в плодах, меде, сахарной свекле, фруктах. Глюкоза входит в состав молочного  сахара лактозы. Ди- и трисахариды (сахароза - тростниковый сахар, лактоза, мальтоза и др.) также хорошо растворимы в воде, обладают сладким вкусом. С увеличением числа звеньев растворимость полисахаридов уменьшается, сладкий вкус исчезает. 

  Самым распространенными полисахаридами являются крахмал (у растений), гликоген (у  

животных), клетчатка (целлюлоза). Древесина растений - почти  чистая целлюлоза. Мономером  

этих полисахаридов  является глюкоза. Крахмал - это резервный  полисахарид растений,  

находящийся в виде зернышек; в холодной воде он нерастворим, в горячей образует коллоидный  

раствор. Гликоген содержится в животных клетках, а также в  грибах, дрожжах и т.д. Он  

играет важную роль в превращениях углеводов в животном организме, накапливается в печени,  

мышцах, сердце и других органах, является поставщиком глюкозы в кровь. По структуре он  

напоминает крахмал, но сильнее разветвлен и лучше  растворяется в воде. Молекула гликогена  

состоит примерно из 30 000 остатков глюкозы. Клетчатка - главный  структурный полисахарид  

клеточных оболочек растений, нерастворима в воде, не имеет разветвлений. Мономерами целлюлозы являются молекулы глюкозы (как в крахмале и гликогене). Однако в молекуле  

крахмала последовательные молекулы глюкозы соединены a-гликозидными связями, а в молекуле  

целлюлозы они соединены b-гликозидными связями и не расщепляются ферментами, переваривающими крахмал. 

  Углеводы играют  роль источника энергии для  осуществления клеткой различных  форм  

активности. Углеводы подвергаются в клетке глубокому  расщеплению и в результате  

превращаются в  простые, бедные энергией соединения - оксид углерода и воду (СО2 и Н2О) с  

высвобождением энергии. При расщеплении 1 г углевода выделяется 17,6 кДж (4.2 ккал).  

Углеводы входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований (структурная функция),  

принимают участие  в синтезе многих важнейших веществ. В растениях полисахариды выполняют  и  

опорную функцию. Запасающая функция выражается в накоплении крахмала клетками  

растений и гликогена  клетками животных. Кроме того, следует  отметить и защитную функцию углеводов. Вязкие секреты (слизь), выделяемые различными железами, богаты углеводами и их  

производными (например, гликопротеидами). Они предохраняют пищевод, кишки, желудок, бронхи от  

механических повреждений, проникновения вредных бактерий и вирусов. 

   Липиды (жиры  и жироподобные вещества) нерастворимы  в воде, но хорошо растворяются  в  

органических растворителях - спирте, эфире, хлороформе и др. Они содержатся во всех клетках  

животных и растений. Содержание жира в клетках невелико и составляет 5-15% сухой массы. Однако  

в клетках жировой  ткани содержание жира составляет иногда 90% от сухой массы. По  

химической структуре  жиры представляют собой сложные  соединения трехатомного спирта  

глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Жирные кислоты делятся  на две группы:  

насыщенные, т.е. не содержащие двойных связей, и ненасыщенные (или непредельные), содержащие  

двойные связи. К  насыщенным кислотам относятся, к примеру, пальмитиновая и  

стеариновая кислоты, а к ненасыщенным - олеиновая. Растительные жиры или масла богаты  

ненасыщенными жирными  кислотами, поэтому в подавляющем  большинстве случаев они являются  

легкоплавкими - жидкими при комнатной температуре. Животные жиры при комнатной температуре твердые, так как содержат главным образом насыщенные жирные кислоты. Остаток  

глицерина, содержащийся в жире, обладает гидрофильными свойствами, остатки же жирных  

кислот - резко гидрофобны. Если на поверхность воды нанести каплю жира, она растекается по  

поверхности воды, образуя  тончайший слой. В таком слое жира к поверхности воды обращены  

гидрофильные остатки  глицерина, а из воды частоколом торчат вверх углеводородные цепи. Таким  образом расположение молекул жира в водной среде самопроизвольно упорядочивается и  

определяется молекулярной структурой жира. 

  Кроме жира  в клетке обычно присутствует  большое количество веществ, обладающих  сильно  

гидрофобными свойствами, по химической структуре сходных  с жирами (фосфолипиды,  

половые гормоны  человека и животных, эстрадиол и тестостерон и др.). Липиды принимают участие в  

построении мембран клеток всех органов и тканей, участвуют в образовании многих  

биологически важных соединений - в этом состоит их структурная  функция. Энергетическая функция  

липидов заключается  в обеспечении клеток необходимой  энергией - на их долю приходится  

25-30% всей энергии,  необходимой организму. При полном распаде 1 г жира выделяется 38.9 кДж (9.3  

ккал), что примерно в 2 с лишним раза больше по сравнению с углеводами и белками. Единственной  

пищей новорожденных  млекопитающих является молоко, энергоемкость  которого определяется  

главным образом  содержанием в нем жира. Животные и растения откладывают жир в  запас и  

расходуют его в  случае необходимости. Это важно  для животных, впадающих в холодное время в  

спячку или совершающих  длительные переходы через местность, где нет источников питания  

(верблюды в пустыне). Семена многих растений содержат  жир, необходимый для обеспечения  

энергией развивающееся  растение. Жиры являются хорошими термоизоляторами  

вследствие плохой проводимости тепла. Они откладываются  под кожей, образуя у некоторых  

животных огромные скопления. Например, у китов слой подкожного жира достигает толщины 1 м. Это позволяет теплокровному  животному обитать в холодной воде. Жировая ткань многих млекопитающих  играет роль терморегулятора, а жировая  прослойка брюшной полости защищает  

внутренние органы от повреждений. Таким образом осуществляется функция терморегуляции  

и защитная функция. Жироподобные соединения покрывают  тонким слоем листья, предохраняя  их от намокания во время дождя. 

   Нуклеиновые  кислоты (лат "nucleus" - ядро) - природные высокомолекулярные соединения,  

обеспечивающие хранение и передачу наследственной (генетической) информации в  

живых организмах. Впервые  они были выделены в 1869 г. швейцарским  ученым Фридрихом Мишером (1844-1895 гг.) из ядер клеток. Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота - ДНК, содержащая дезоксирибозу, и рибонуклеиновая кислота - РНК, содержащая рибозу. ДНК содержится почти исключительно в ядре клетки, а РНК - и в ядре, и в цитоплазме. Содержание ДНК в ядрах клеток строго постоянно, содержание РНК  

колеблется. Нуклеиновые  кислоты играют важную роль в синтезе  белков клетки: они обеспечивают  

синтез белков той  же структуры и того же состава, которые  имеются у материнской клетки и  

передаются дочерним. 

   По своей  структуре молекула ДНК состоит  из двух спирально закрученных  друг вокруг друга цепей.  

Ширина двойной  спирали ДНК всего около 0,002 мкм (20 ангстрем), зато длина ее исключительно  

велика - до нескольких десятков и даже сотен микрометров (длина самой крупной белковой  

молекулы в развернутом  состоянии не превышает 0,1 мкм). Молекулярный вес ДНК гигантски велик:  

он составляет десятки  и даже сотни миллионов (для двойной  спирали). На каждую цепь приходится  

половина веса. ДНК  с химической стороны представляет собой полимер, мономерами  

которого являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит их трех разных веществ: азотистого основания,  

простого углевода (пентозы) и фосфорной кислоты. При  полном гидролизе ДНК  

расщепляются до пуриновых и пиримидиновых оснований, дизоксирибозы и фосфорной кислоты.  

Пуриновые и пиримидиновые  основания называют азотистыми основаниями. Пуриновые основания -  

производные пурина. Из них в состав нуклеиновых кислот входят нуклеотиды аденин и гуанин. Пиримидиновые основания, содержащиеся в нуклеиновых кислотах, - нуклеотиды цитозин и  

тимин в ДНК, цитозин и урацил - в РНК. ДНК всего органического мира образованы соединением  

четырех видов нуклеотидов, которые отличаются только по азотистым  основаниям: аденин (А),  

гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц). По размерам А равен Г, а Т равен Ц; размеры А и Г несколько  

больше, чем Т и Ц. Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит через углевод одного нуклеотида  

и фосфорную кислоту  соседнего. Они соединяются прочной ковалентной связью. 

      Таким  образом, каждая цепь ДНК представляет  собой полинуклеотид, в котором в строго  

определенном порядке расположены нуклеотиды. Азотистые основания подходят друг к другу настолько близко, что между ними возникают водородные связи. Четко проявляется в их  

расположении важная закономерность: против А одной цепи всегда оказывается Т на другой цепи,  

а против Т одной цепи - всегда Ц. Только именно при таком сочетании нуклеотидов обеспечивается,  

во-первых, одинаковое по всей длине двойной спирали  расстояние между цепями и, во-вторых,  

образование между  противолежащими основаниями максимального  числа водородных  

связей (три водородные связи между Г и Ц и две  водородные связи между А и Т). В каждом из этих  

сочетаний оба нуклеотида как бы дополняют друг друга (лат "комплемент" - дополнение). Поэтому  

говорят, что Г  является комплементарным Ц, а Т комплементарен А. Если на каком-нибудь участке  

одной цепи ДНК один за другим следуют нуклеотиды А, Г, Ц, Т, А, Ц, Ц, то на противолежащем участке другой цепи окажутся комплементарные им Т Ц, Г, А, Т, Г, Г. Отсюда  

следует, что если известен порядок следования нуклеотидов  в одной цепи, то по принципу комплементарности становится известным порядок нуклеотидов в другой цепи: число пуриновых оснований равно числу пиримидиновых, количество аденина равно количеству тимина, а  

гуанина - количеству цитозина (правила Чаргаффа). Д.Уотсон и Ф.Крик совмествно  

расшифровали структуру  ДНК и предложили ее модель в виде двойной спирали (1953 г.), за что  

оба были удостоены  Нобелевской премии. 

  Большое число  водородных связей обеспечивает  прочное соединение нитей ДНК  и придает молекуле устойчивость, сохраняя в то же время ее  подвижность - под влиянием ферментов  она легко  

раскручивается. Под  влиянием фермента двойная спираль  ДНК начинает раскручиваться с одного  

конца, и на каждой цепи их находящихся в окружающей среде свободных нуклеотидов