Komunikacija z anorganskimi snovmi v celicah. Anorganske snovi in njihova vloga v celici
Voda in minerali
Živa celica vsebuje približno 70 % H2O glede na maso. H2O je na voljo v dveh oblikah:
1) Prosto (95%) – v medceličnem prostoru, žilah, vakuolah, votlinah organov.
2) Vezano (5%) – z visokomolekularnimi organskimi snovmi.
Nepremičnina:
8) Univerzalno topilo. Glede na topnost v vodi delimo snovi na hidrofilne – topne in hidrofobne – netopne (maščobe, nukleinske kisline, nekatere beljakovine).
9) Sodeluje pri biokemiji. reakcije (hidroliza, redoks, fotosinteza)
10) Sodeluje pri pojavih osmoze – prehod topila skozi polprepustno lupino proti topni snovi zaradi sile osmotskega tlaka. Osmotski tlak pri sesalcih je enak 0,9% raztopini NaCl.
11) Transport – snovi, topne v vodi, se prenašajo v celico ali iz nje z difuzijo.
12) Voda se praktično ne stisne, kar določa turgor.
13) Ima silo površinske napetosti - ta sila izvaja kapilarni pretok krvi navzgor in navzdol v rastlinah.
14) Ima visoko toplotno kapaciteto in toplotno prevodnost, ki ohranja toplotno ravnovesje.
S pomanjkanjem H2O so presnovni procesi moteni, izguba 20% H2O vodi v smrt.
Minerali.
Minerali v celici so v obliki soli. Glede na reakcijo so lahko raztopine kisle, bazične ali nevtralne. Ta koncentracija je izražena s pH.
pH = 7 nevtralna reakcija tekočine
pH< 7 кислая
pH > 7 bazično
Sprememba pH za 1-2 enoti je škodljiva za celico.
Delovanje mineralnih soli:
1) Ohranite celični turgor.
2) Uravnavanje biokemije. procesov.
3) Ohranjajte stalno sestavo notranjega okolja.
1) Kalcijevi ioni spodbujajo krčenje mišic. Zmanjšanje koncentracije v krvi povzroči napade.
2) Kalijeve, natrijeve, kalcijeve soli. Razmerje teh ionov zagotavlja normalno krčenje srčnega sistema.
3) Jod je sestavni del ščitnice.
9) Organske spojine celice: ogljikovi hidrati, lipidi, beljakovine, aminokisline, encimi.
I. Ogljikovi hidrati
So del celic vseh živih organizmov. V živalskih celicah je 1-5% ogljikovih hidratov, v rastlinskih celicah do 90% (fotosinteza).
Chem. sestava: C, H, O. Monomer – glukoza.
Skupine ogljikovih hidratov:
1) Monosaharidi – brezbarvni, sladki, dobro topni v vodi (glukoza, fruktoza, galaktoza, riboza, deoksiriboza).
2) Oligosaharidi (disaharidi) – sladki, topni (saharoza, maltoza, laktoza).
3) Polisaharidi - nesladkani, slabo topni v vodi (škrob, celuloza - v rastlinskih celicah, hitin pri glivah in členonožcih, glikogen pri živalih in ljudeh). Glikogen je shranjen v mišicah in jetrih. Ko se razgradi, se sprosti glukoza.
Funkcije ogljikovih hidratov:
1) Strukturni - del membran rastlinskih celic.
2) Zaščitna – izločki, ki jih izločajo žleze, vsebujejo ogljikove hidrate, ki ščitijo votle organe (bronhije, želodec, črevesje) pred dlakami. Škoda in rastline pred prodiranjem patogenih bakterij
3) Shranjevanje. Hranila (škrob, glikogen) so shranjena v celicah kot rezerve.
4) Gradnja. Monosaharidi služijo kot začetni material za gradnjo organskih snovi.
5) Energija. Telo prejme 60 % energije z razgradnjo ogljikovih hidratov. Pri razgradnji 1 grama ogljikovih hidratov se sprosti 17,6 kJ energije.
II. Lipidi (maščobe, maščobam podobne spojine).
Chem. spojina
C, O, H. Monomer – glicerol in visokomolekularne maščobne kisline.
Lastnosti: netopen v vodi, topen v organskih topilih (bencin, kloroform, eter, aceton).
Glede na kemijo Glede na strukturo delimo lipide v naslednje skupine:
1) Nevtralno. Delimo jih na trde (pri 20 stopinjah ostanejo trdne), mehke (maslo in človeška telesna maščoba) in tekoče (rastlinska olja).
2) Vosek. Prekriva: koža, volna, živalsko perje, stebla, listi, plodovi rastlin.
Estri, ki jih tvorijo maščobne kisline in polihidrični alkohol.
3) Fosfolipidi. En ali dva ostanka maščobne kisline se nadomestita z ostankom fosforne kisline. Glavna sestavina celične membrane.
4) Steroidi so lipidi, ki ne vsebujejo maščobnih kislin. Med steroide spadajo hormoni (kortizon, spolni hormoni), vitamini (A, D, E).
Steroidni holesterol: pomembna sestavina celične membrane. Presežek holesterola lahko povzroči bolezni srca in ožilja ter nastanek žolčnih kamnov.
Funkcije lipidov:
1) Strukturni (konstrukcija) – del celičnih membran.
2) Skladiščenje – pri rastlinah shranjeno v plodovih in semenih, pri živalih v podkožnem maščobnem tkivu. Pri oksidaciji 1 g maščobe nastane več kot 1 g vode.
3) Zaščitna – služijo za toplotno izolacijo organizmov, ker ima slabo toplotno prevodnost.
4) Regulativni - hormoni (kortikosteron, androgeni, estrogeni itd.) uravnavajo presnovne procese v telesu.
5) Energija: pri oksidaciji 1 g maščobe se sprosti 38,9 kJ.
III. Veverice.
Polimerne organske spojine z visoko molekulsko maso. Vsebnost beljakovin v različnih celicah je od 50-80%. Vsak človek na Zemlji ima svoj edinstven nabor beljakovin, ki so edinstvene zanj (z izjemo enojajčnih dvojčkov). Specifičnost beljakovinskih sklopov zagotavlja imunski status vsakega človeka.
Chem. spojina: C, O, N, H, S, P, Fe.
Monomeri. Skupaj jih je 20, od tega 9 nenadomestljivih. V telo vstopajo s hrano v že pripravljeni obliki.
Lastnosti:
1) Denaturacija - uničenje beljakovinskih molekul pod vplivom visoke temperature, kislin, kemikalij. snovi, dehidracija, obsevanje.
2) Renaturacija - obnova prejšnje strukture, ko se vrnejo normalni okoljski pogoji (razen primarnega).
Struktura (stopnje organizacije beljakovinske molekule):
1) Primarna struktura.
To je polipeptidna veriga, sestavljena iz zaporedja aminokislin.
2) Sekundarna struktura.
Spiralno zvita polipeptidna veriga.
3) Terciarna struktura.
Spirala ima bizarno konfiguracijo - globulo.
4) Kvartarna struktura.
Več globul je združenih v kompleksen kompleks.
Funkcije beljakovin:
1) Katalitični (encimski) - beljakovine služijo kot katalizatorji (pospeševalci biokemičnih reakcij).
2) Strukturne - so del membran, celičnih organelov, kosti, las, kit itd.
3) Receptor - receptorski proteini zaznavajo signale iz zunanjega okolja in jih prenašajo v celico.
4) Transport – nosilni proteini prenašajo snovi skozi celične membrane (beljakovina hemoglobin prenaša kisik iz pljuč v celice drugih tkiv).
5) Zaščitna – beljakovine ščitijo telo pred poškodbami in vdorom tujih organizmov (imunoglobulinske beljakovine nevtralizirajo tuje beljakovine. Interferon zavira razvoj virusov).
6) Motor - proteina aktin in lizin sodelujeta pri krčenju mišičnih vlaken.
7) Regulacijski – hormonski proteini uravnavajo fiziološke procese. Na primer, insulin in glukagon uravnavata raven glukoze v krvi.
8) Energija – ko se 1 g beljakovin razgradi, se sprosti 17,6 kJ energije.
IV. Amino kisline.
Je proteinski monomer.
Formula:
Aminokislina vsebuje amino skupine H2N in karboksilno skupino COOH. Aminokisline se med seboj razlikujejo po radikalih R.
Aminokisline so povezane s peptidnimi vezmi v polipeptidne verige.
NH-CO---NH-CO---NH-CO
Polipeptidna vez.
Karboksilna skupina ene aminokisline se veže na amino skupino sosednje aminokisline.
V. Encimi.
To so proteinske molekule, ki so sposobne katalizirati (milijonkrat pospešiti biokemične reakcije v celici).
Funkcije in lastnosti:
Encimi so specifični, to pomeni, da katalizirajo samo določeno kemikalijo. reakcija ali podobno.
Delujejo v strogo določenem zaporedju.
Delovanje encimov je odvisno od temperature, reakcije okolja, prisotnosti koencimov - neproteinskih spojin, to so lahko vitamini, ioni, različni Me. Optimalna temperatura za delovanje encimov je 37-40 stopinj.
Delovanje encimov uravnavajo:
Z višanjem temperatur se ta pod vplivom zdravil, strupov stopnjuje in potlači.
Odsotnost ali pomanjkanje encimov vodi v huda obolenja (hemofilija je posledica pomanjkanja encima, odgovornega za strjevanje krvi).
Encimi se uporabljajo v medicini za proizvodnjo cepiv. V industriji za proizvodnjo sladkorja iz škroba, alkohola iz sladkorja in drugih snovi.
Struktura:
Na aktivnem mestu substrat interagira z encimom, ki se prilegata skupaj kot »ključ do ključavnice«.
10) Nukleinske kisline: DNA, RNA, ATP.
DNK in RNK je iz celičnega jedra leta 1869 prvi izoliral švicarski znanstvenik Miescher. Nukleinske kisline so polimeri, katerih monomer so nukleotidi, sestavljeni iz 2 nukleinskih baz adenina in gvanina ter 3 pirimidinov citozina, uracila, timina.
I) DNK (deoksiribonukleinska kislina).
Leta 1953 sta dešifrirala Watson in Crick. 2 niti, ki se spiralno ovijata ena okoli druge. DNK se nahaja v jedru.
Nukleotid je sestavljen iz 3 ostankov:
1) Ogljikovi hidrati – deoksiriboza.
2) Fosforjeva kislina.
3) Dušikove baze.
Nukleotidi se med seboj razlikujejo le po dušikovih bazah.
C – citidil, G – gvanin, T – timidil, A – adenin.
Sestavljanje molekul DNA.
Spajanje nukleotidov v verigi DNA poteka s kovalentnimi vezmi preko ogljikovega hidrata enega nukleotida in ostanka fosforne kisline sosednjega.
Povezava dveh niti.
Obe verigi sta med seboj povezani z vodikovimi vezmi med dušikovimi bazami. Dušikove baze se povezujejo po principu komplementarnosti A-T, G-C. Komplementarnost (dodatek) je strogo ujemanje nukleotidov, ki se nahajajo v parnih verigah DNK. Dušikove baze vsebujejo genetsko kodo.
Lastnosti in funkcije DNK:
I) Replikacija (reduplikacija) – podvajanje samega sebe. Pojavi se med sintetičnim obdobjem interfaze.
1) Encim prekine vodikove vezi in vijačnica se odvije.
2) Ena veriga je ločena od drugega dela molekule DNK (vsaka veriga se uporablja kot predloga).
3) Na molekule vpliva encim DNA – polimeraza.
4) Pritrjevanje vsake verige DNA s komplementarnimi nukleotidi.
5) Tvorba dveh molekul DNA.
II) Shranjevanje dednih informacij v obliki zaporedja nukleotidov.
III) Prenos na gen. inf.
IV) Strukturna DNK je prisotna v kromosomu kot strukturna komponenta.
II) RNA (ribonukleinska kislina).
Polimer, sestavljen iz ene verige. To so: v nukleolu, citoplazmi, ribosomih, mitohondrijih, plastidih.
Monomer je nukleotid, sestavljen iz 3 ostankov:
1) Ogljikovi hidrati - riboza.
2) Ostanek fosforne kisline.
3) Dušikova baza (neparna) (A, G, C, U - namesto timina).
Funkcije RNA: prenos in izvajanje dednih informacij s sintezo beljakovin.
Vrste RNA:
1) Informacijska (mRNA) ali matrična (mRNA) 5% vse RNA.
Sintetizira se med prepisovanjem v določenem delu molekule DNK – genu. mRNA prenaša informacije. O strukturi beljakovin (nukleotidnem zaporedju) iz jedra v citoplazmo v ribosome in postane matrika za sintezo beljakovin.
2) Ribosomska (ribosomska rRNA) 85% vse RNA, sintetizirane v nukleolu, je del kromosomov, tvorijo aktivno središče ribosoma, kjer poteka biosinteza beljakovin.
3) Transportna (tRNA) 10% vse RNA, nastane v jedru in preide v citoplazmo ter prenaša aminokisline do mesta sinteze beljakovin, to je do ribosomov. Zato ima obliko lista detelje:
III) ATP (adenozin trifosforna kislina).
Nukleotid, sestavljen iz 3 ostankov:
1) Dušikova baza je adenin.
2) Ostanek ogljikovih hidratov je riboza.
3) Trije ostanki fosforne kisline.
Vezi med ostanki fosforne kisline so energijsko bogate in jih imenujemo makroelementi. Ko odstranimo eno molekulo fosforne kisline, se ATP pretvori v ADP, dve molekuli pa se pretvorita v AMP. Pri tem se sprosti energija 40 kJ.
ATP (tri) > ADP (di) > AMP (mono).
ATP se sintetizira v mitohondrijih kot posledica reakcije fosforilacije.
En ostanek fosforne kisline dodamo ADP. Vedno so prisotni v celici kot produkt njene vitalne dejavnosti.
Funkcije ATP: univerzalni hranilec in nosilec informacij.
Vsaka celica ne vsebuje samo organskih snovi. Vsebuje 70 elementov iz periodnega sistema. In 24 jih je v celicah katere koli vrste. Anorganske snovi celice predstavljajo tudi voda in ioni.
Vse elemente lahko glede na vsebino razdelimo v tri skupine:
- makroelementi – N, C, H, O, Mg, Na, K, Ca, Fe, P, Cl, S;
- mikroelementi – B, Ni, Cu, Zn, Mb, Co;
- ultramikroelementi – U, Ra, Hg, Au, Pb, Se.
Po drugi metodi razvrščanja so iz teh skupin ločeni organeli - snovi, potrebne za sintezo organskih snovi: voda, ogljik, kisik in dušik.
Pomen vode
Voda je ena najpomembnejših anorganskih snovi v celici. Njegove potrebe za katero koli živo bitje je težko preceniti, vendar le malo ljudi pozna vse njegove funkcije v celici. Naj jih na kratko obravnavamo v povezavi z lastnostmi vode, ki ji omogočajo, da izpolnjuje svojo vlogo.
- Transpiracija in znojenje – visoka toplotna kapaciteta in dobra toplotna prevodnost.
- Ohranjanje oblike - vodo je skoraj nemogoče stisniti tako, da spremeni svojo prostornino.
- Mazalne lastnosti - viskoznost.
- Osmoza je gibljivost molekul zaradi krhkosti vodikovih vezi znotraj molekule.
- Limfa, kri, želodčni sok in druge telesne tekočine lahko uporabljajo kisik, raztopljen v vodi – molekule vode so polarne, je dobro topilo.
- V citoplazmi se vzdržuje disperzijski medij (hkraten obstoj v raztopini dveh ali več faz, ki se med seboj ne mešata) – tvorba hidratacijskih lupin okoli velikih molekul, spet zaradi polarnosti molekul vode.
Makroelementi, mikroelementi in njihova vloga v celici
Oglejmo si nekaj funkcij elementov, da bomo razumeli, kako pomembni so za celico, čeprav je njihova vsebnost v njej majhna.
Magnezij – pomaga številnim encimom sodelovati pri sintezi DNK in presnovi energije.
Kalcij – uravnava prepustnost celičnih membran.
Kalij - sodeluje pri sintezi beljakovin in glikolizi, vzdržuje potreben bioelektrični potencial na membrani (glejte, kako deluje natrijevo-kalijeva črpalka).
Žveplo je del nekaterih aminokislin, jim pomaga pri ustvarjanju disulfidnih mostov (za tvorbo terciarne strukture beljakovin), sodeluje pri kemosintezi in fotosintezi bakterij.
Železo je del encimov za prenos elektronov v sistemu fotosinteze in je središče molekule hemoglobina.
Klor – njegovi ioni pomagajo celici ostati električno nevtralna.
Brom je del vitamina B1.
Baker je del encimov, ki sodelujejo pri sintezi citokromov.
Cink – najdemo ga v encimih, potrebnih za alkoholno vrenje.
In to niso vse anorganske snovi celice. Zelo pomembno je vzdrževati koncentracijo vsake snovi na želeni ravni. Navsezadnje lahko njihovo pomanjkanje bistveno moti delovanje celice. Vendar pa tudi njihov presežek.
Struktura celice in vsi procesi, ki se v njej dogajajo, so zelo velik in zapleten sistem. Vsi procesi in načini njihove regulacije so bili razviti skozi stoletja evolucije, vse v njih je izpopolnjeno in pod ustreznimi pogoji deluje stabilno in brez napak.
Anorganske snovi, ki sestavljajo celico - video
Kemična sestava celice
Kemični elementi celice.
Vse celice, ne glede na stopnjo organizacije, so si po kemični sestavi podobne. Celica vsebuje več tisoč snovi, ki sodelujejo v različnih kemičnih reakcijah. V živih organizmih so odkrili približno 80 kemičnih elementov periodnega sistema D. I. Mendelejeva. Za 24 elementov so znane funkcije, ki jih opravljajo v telesu, to so biogeni elementi. Glede na njihovo količinsko vsebnost v živi snovi delimo elemente v tri kategorije:
Makrohranila:
O, C, H, N- približno 98% mase žive snovi, elementi 1. skupine;
K, Na, Ca, Mg, S, P, Cl, F e - elementi 2. skupine. (1,9 % mase žive snovi).
mikroelementi (Zn, Mn, Cu, Co, Mo in mnogi drugi), katerih delež se giblje od 0,001 % do 0,000001. Mikroelementi so del biološko aktivnih snovi - encimov, vitaminov in hormonov.
Ultramikroelementi (Au, U, Ra itd.), katerih koncentracija ne presega 0,000001 %. Vloga večine elementov te skupine še ni pojasnjena.
Makro- in mikroelementi so v živi snovi prisotni v obliki različnih kemične spojine, ki jih delimo na anorganske in organske snovi .
Anorganske spojine celice.
Anorganske snovi vključujejo: voda, predstavljajo približno 70-80% telesne teže; minerali - 1-1,5%.
voda. Najpogostejša anorganska spojina v živih organizmih. Njegova vsebnost je zelo različna: v celicah zobne sklenine voda predstavlja približno 10% teže, v celicah razvijajočega se zarodka pa več kot 90%.
Brez vode je življenje nemogoče. Ni le bistvena sestavina živih celic, ampak tudi življenjski prostor organizmov. Biološki pomen vode temelji na njenih kemičnih in fizikalnih lastnostih.
Kemične in fizikalne lastnosti vode je razloženo predvsem z majhnostjo molekul vode, njihovo polarnostjo in sposobnostjo medsebojnega povezovanja z vodikovimi vezmi. V molekuli vode je en atom kisika kovalentno vezan na dva atoma vodika. Molekula je polarna: atom kisika nosi majhen negativni naboj, dva atoma vodika pa nosita majhne pozitivne naboje. Zaradi tega je molekula vode dipol. Ko torej molekule vode medsebojno delujejo, se med njimi vzpostavijo vodikove vezi. So 15-20-krat šibkejši od kovalentnih, a ker je vsaka molekula vode sposobna tvoriti 4 vodikove vezi, pomembno vplivajo na fizikalne lastnosti vode. Velika toplotna kapaciteta, toplota taljenja in toplota uparjanja je razložena z dejstvom, da se večina toplote, ki jo absorbira voda, porabi za prekinitev vodikovih vezi med njenimi molekulami. Voda ima visoko toplotno prevodnost. Voda je praktično nestisljiva in prozorna v vidnem delu spektra. Končno je voda snov, katere gostota v tekočem stanju je večja kot v trdnem stanju; pri 4ºC ima največjo gostoto, led ima manjšo gostoto, se dvigne na površje in varuje rezervoar pred zmrzovanjem.
Fizikalne in kemijske lastnosti ga naredijo edinstveno tekočino in določajo njegov biološki pomen. Voda je dobro topilo za ionske (polarne) spojine, pa tudi za nekatere neionske spojine, katerih molekule vsebujejo nabite (polarne) skupine. Vse polarne spojine v vodi hidrirano(obdana z molekulami vode), medtem ko molekule vode sodelujejo pri nastajanju zgradbe molekul organskih snovi. Če je energija privlačnosti molekul vode k molekulam snovi večja od energije privlačnosti med molekulami snovi, potem se snov raztopi. V zvezi z vodo obstajajo: hidrofilne snovi - snovi, ki so dobro topne v vodi; hidrofobne snovi- snovi, ki so praktično netopne v vodi. Večina biokemičnih reakcij lahko poteka le v vodni raztopini; Številne snovi vstopajo v celico in jo zapuščajo v vodni raztopini. Visoka toplotna kapaciteta in toplotna prevodnost vode prispevata k enakomerni porazdelitvi toplote v celici.
Zaradi velikih izgub toplote pri izhlapevanju vode se telo ohlaja. Zahvaljujoč silam adhezije in kohezije se voda lahko dvigne skozi kapilare (eden od dejavnikov, ki zagotavljajo gibanje vode v posodah rastlin). Voda je neposredna udeleženka številnih kemijskih reakcij (hidrolitična razgradnja beljakovin, ogljikovih hidratov, maščob itd.). Določa stresno stanje celičnih sten (turgor) in opravlja tudi podporno funkcijo (hidrostatični skelet, na primer pri okroglih črvih).
Minerali celice. Predstavljajo jih predvsem soli, ki disociirajo na anione in katione. Za vitalne procese celice so najpomembnejši kationi K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ in anioni HPO 4 2-, Cl -, HCO 3 -. Koncentracije ionov v celici in njenem okolju so različne. Na primer, v zunanjem okolju (krvna plazma, morska voda) je K + vedno manj, Na + pa vedno več kot v celici. Obstajajo številni mehanizmi, ki celici omogočajo vzdrževanje določenega razmerja ionov v protoplastu in zunanjem okolju.
Različni ioni sodelujejo v številnih procesih celičnega življenja: kationi K +, Na +, Cl - zagotavljajo razdražljivost živih organizmov; kationi Mg 2+, Mn 2+, Zn 2+, Ca 2+ itd. so potrebni za normalno delovanje številnih encimov; tvorba ogljikovih hidratov med fotosintezo je nemogoča brez Mg 2+ (sestavni del klorofila); puferske lastnosti celice (ohranjanje rahlo alkalne reakcije celične vsebine) podpirajo anioni šibkih kislin (HCO 3 -, HPO 4 -) in šibkih kislin (H 2 CO 3);
Sistem fosfatnega pufra:
Nizek pH Visok pH
NPO 4 2- + H + ←―――――――→H 2 PO 4 -
Vodikov fosfat - ion Dihidrogen fosfat - ion
Bikarbonatni puferski sistem:
Nizek pH Visok pH
HCO 3 - + H + ←―――――――→ H 2 CO 3
Bikarbonat - ion Ogljikova kislina
Nekatere anorganske snovi se v celici nahajajo ne le v raztopljenem, temveč tudi v trdnem stanju. Na primer, Ca in P sta v kostnem tkivu in v lupinah mehkužcev v obliki dvojnega ogljikovega dioksida in fosfatnih soli.
Biologija [Celoten priročnik za pripravo na enotni državni izpit] Lerner Georgy Isaakovich
2.3.1. Anorganske snovi celice
Celica vsebuje približno 70 elementov Mendelejevega periodnega sistema, od tega jih je 24 prisotnih v vseh vrstah celic. Vsi elementi v celici so glede na njihovo vsebino v celici razdeljeni v skupine:
makrohranila– H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
mikroelementi– B, Ni, Cu, Co, Zn, Mb itd.;
ultramikroelementi– U, Ra, Au, Pb, Hg, Se itd.
Molekule, ki tvorijo celico anorganski in organsko povezave.
Anorganske spojine celice - vodo in anorganski ioni.
Voda je najpomembnejša anorganska snov v celici. Vse biokemične reakcije potekajo v vodnih raztopinah. Molekula vode ima nelinearno prostorsko strukturo in ima polarnost. Med posameznimi molekulami vode se tvorijo vodikove vezi, ki določajo fizikalne in kemijske lastnosti vode.
Fizikalne lastnosti vode: Ker so molekule vode polarne, ima voda to lastnost, da raztaplja polarne molekule drugih snovi. Snovi, ki so topne v vodi, imenujemo hidrofilna. Snovi, ki so netopne v vodi, imenujemo hidrofoben.
Voda ima visoko specifično toplotno kapaciteto. Za prekinitev številnih vodikovih vezi med molekulami vode je treba absorbirati veliko količino energije. Zapomnite si, koliko časa traja, da se kotliček segreje do vrenja. Ta lastnost vode zagotavlja vzdrževanje toplotnega ravnovesja v telesu.
Za izhlapevanje vode je potrebno precej energije. Vrelišče vode je višje kot pri mnogih drugih snoveh. Ta lastnost vode ščiti telo pred pregrevanjem.
Voda je lahko v treh agregatnih stanjih - tekočem, trdnem in plinastem.
Vodikove vezi določajo viskoznost vode in adhezijo njenih molekul na molekule drugih snovi. Zahvaljujoč adhezivnim silam molekul se na površini vode ustvari film z naslednjimi lastnostmi: površinska napetost.
Ko se ohladi, se gibanje molekul vode upočasni. Število vodikovih vezi med molekulami postane največje. Voda doseže največjo gostoto pri 4 C?. Ko voda zmrzne, se razširi (potrebuje prostor za tvorbo vodikovih vezi) in njena gostota se zmanjša. Zato led plava.
Biološke funkcije vode. Voda zagotavlja gibanje snovi v celici in telesu, vsrkavanje snovi in odstranjevanje presnovnih produktov. V naravi voda prenaša odpadne snovi v tla in vodna telesa.
Voda je aktiven udeleženec presnovnih reakcij.
Voda sodeluje pri nastajanju mazalnih tekočin in sluzi, izločkov in sokov v telesu. Te tekočine najdemo v sklepih vretenčarjev, v plevralni votlini in v perikardialni vrečki.
Voda je del sluzi, ki olajša pretok snovi skozi črevesje in ustvarja vlažno okolje na sluznicah dihalnih poti. Na osnovi vode so tudi izločki, ki jih izločajo nekatere žleze in organi: slina, solze, žolč, sperma itd.
Anorganski ioni. Anorganski ioni celice vključujejo: katione K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+, NH 3 + in anione Cl –, NO 3 -, H 2 PO 4 -, NCO 3 -, HPO 4 2-.
Razlika med številom kationov in anionov (Nа + , Ka + , Cl -) na površini in znotraj celice zagotavlja pojav akcijskega potenciala, ki je osnova živčnega in mišičnega vzbujanja.
Anioni fosfor ustvarjajo kisline fosfatni puferski sistem, vzdrževanje pH medceličnega okolja telesa na ravni 6-9.
Ogljikova kislina in njeni anioni ustvarjajo bikarbonatni puferski sistem in vzdržujejo pH zunajceličnega okolja (krvne plazme) na ravni 7-4.
Dušikove spojine služijo kot vir mineralne prehrane, sinteze beljakovin in nukleinskih kislin. Atomi fosforja so del nukleinskih kislin, fosfolipidov, pa tudi kosti vretenčarjev in hitinskega pokrova členonožcev. Kalcijevi ioni so del snovi kosti; potrebni so tudi za krčenje mišic in strjevanje krvi.
PRIMERI NALOG
A1. Polarnost vode določa njeno sposobnost
1) prevajanje toplote 3) raztapljanje natrijevega klorida
2) absorbirajo toploto 4) raztopijo glicerin
A2. Otrokom z rahitisom je treba dati zdravila, ki vsebujejo
1) železo 2) kalij 3) kalcij 4) cink
A3. Prevod živčnega impulza zagotavljajo ioni:
1) kalij in natrij 3) železo in baker
2) fosfor in dušik 4) kisik in klor
A4. Šibke vezi med molekulami vode v njeni tekoči fazi imenujemo:
1) kovalentni 3) vodik
2) hidrofobni 4) hidrofilni
A5. Hemoglobin vsebuje
1) fosfor 2) železo 3) žveplo 4) magnezij
A6. Izberite skupino kemičnih elementov, ki so nujno vključeni v beljakovine
A7. Bolnikom s hipotiroidizmom se dajejo zdravila, ki vsebujejo
del B
V 1. Izberite funkcije vode v kletki
1) energetika 4) gradbeništvo
2) encimski 5) mazalni
3) transportni 6) termoregulacijski
NA 2. Izberite samo fizikalne lastnosti vode
1) sposobnost disociacije
2) hidroliza soli
3) gostota
4) toplotna prevodnost
5) električna prevodnost
6) darovanje elektronov
del Z
C1. Katere fizikalne lastnosti vode določajo njen biološki pomen?
Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (VK) avtorja TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (IN) avtorja TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (KA) avtorja TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (NE) avtorja TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (PL) avtorja TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (PO) avtorja TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (ST) avtorja TSB Iz knjige Kratka zgodovina skoraj vsega na svetu avtorja Bryson Bill Iz knjige Biologija [Celoten priročnik za pripravo na enotni državni izpit] avtor Lerner Georgij Isaakovič Iz knjige Žepni vodnik po medicinskih testih avtor Rudnitsky Leonid Vitalievich24 CELIC To se začne z eno celico. Prva celica se razdeli v dve, dve pa v štiri in tako naprej. Po samo 47 podvojitvah boste imeli približno 10 tisoč bilijonov (10.000.000.000.000.000) celic, pripravljenih, da zaživijo kot oseba*.322 In vsaka od teh celic točno ve, kaj
Iz knjige Celoten priročnik analiz in raziskav v medicini avtor Ingerleib Mihail Borisovič2.3. Kemična organizacija celice. Razmerje med zgradbo in delovanjem anorganskih in organskih snovi (beljakovine, nukleinske kisline, ogljikovi hidrati, lipidi, ATP), ki sestavljajo celico. Utemeljitev sorodstva organizmov na podlagi analize njihove kemične sestave
Iz knjige Kako skrbeti zase, če si starejši od 40. Zdravje, lepota, vitkost, energija avtor Karpuhina Viktorija Vladimirovna2.3.2. Organske snovi celice. Ogljikovi hidrati, lipidi Ogljikovi hidrati. Splošna formula Сn (H2O)n. Posledično ogljikovi hidrati vsebujejo samo tri kemijske elemente Vodotopni ogljikovi hidrati Funkcije topnih ogljikovih hidratov: transportna, zaščitna, signalna,
Iz knjige Enciklopedija dr. Myasnikova o najpomembnejših stvareh avtor Myasnikov Alexander Leonidovich4.6. Anorganske snovi Anorganske snovi v krvni plazmi in serumu (kalij, natrij, kalcij, fosfor, magnezij, železo, klor itd.) določajo fizikalno-kemijske lastnosti krvi.Količina anorganskih snovi v plazmi je približno 1 %. V telesnih tkivih se nahajajo v
Iz avtorjeve knjige Iz avtorjeve knjige Iz avtorjeve knjige6.9. Matične celice Zdaj je moderno govoriti o matičnih celicah. Ko me ljudje vprašajo, kaj si mislim o tem, na vprašanje odgovorim z vprašanjem: »Kje? V Rusiji ali v svetu?« Razmere na tem področju so v Rusiji in v svetu povsem drugačne. Po svetu potekajo intenzivne raziskave in
Celica kot biološki sistem
Osnove citologije
Osnovni pojmi:
celična teorija, citologija, celica - enota zgradbe, vitalna dejavnost, rast in razvoj organizma, klasifikacija živih bitij, prokarionti in evkarionti, kemična organizacija celice, zgradba pro- in evkariontskih celic, razmerje med zgradbo in delovanje celičnih organelov, primerjalne značilnosti rastlinskih, živalskih in glivnih celic ter bakterij
Začetek preučevanja celic se šteje za leto 1665: angleški naravoslovec Robert Hooke, ki je pod mikroskopom pregledal odsek balze, je videl celice, ki jih je poimenoval "celice". Oblikovanje idej o celici se je zgodilo v procesu razvoja biološke znanosti.
Iz zgodovine razvoja idej o celici:
| Nastanek in razvoj pojma celica | 1665 - R. Hooke je uvedel koncept "celice"; 1680 – A. Leeuwenhoek je odkril enocelične organizme; 1833 - R. Brown je odkril goste tvorbe znotraj rastlinskih celic, ki jih je poimenoval "jedra"; 1838 - M. Schleiden je prišel do zaključka, da imajo vse rastlinske celice jedro, T. Schwann je odkril jedra v živalskih celicah. |
| Nastanek celične teorije | 1838 - T. Schwann in M. Schleiden sta povzela znanje o celici in oblikovala osnovna načela celične teorije: vsi rastlinski in živalski organizmi so sestavljeni iz celic, ki so si po zgradbi podobne. |
| Razvoj celične teorije | 1858 - R. Virchow je trdil, da vsaka nova celica izvira le iz celice kot rezultat njene delitve; 1858 - K. Baer je ugotovil, da se vsi organizmi začnejo razvijati iz ene celice (zarodek sesalca se razvije iz ene celice - oplojenega jajčeca). |
Citologija(iz grščine kytos) – znanost o celici. Uspehi citološke znanosti so neločljivo povezani z razvojem raziskovalnih metod: izboljšanje svetlobnega mikroskopa in pojav elektronskega mikroskopa, uporaba posebnih barvil, ki omogočajo selektivno identifikacijo celičnih struktur.
Osnovna načela celične teorije na sedanji stopnji lahko formuliramo na naslednji način:
| Temeljne določbe | Značilno |
| 1. Celica je osnovna strukturna enota strukture, razvoja in življenjske dejavnosti | Vsi organizmi so sestavljeni iz celic. Večcelični organizmi se razvijejo iz enega samega oplojenega jajčeca. Vitalni procesi v telesu so sestavljeni iz vitalne aktivnosti posameznih celic |
| 2. Celice vseh organizmov so si podobne po kemični sestavi, strukturi in funkcijah | Vse celice vsebujejo organske spojine: ogljikove hidrate, lipide, beljakovine, nukleinske kisline in anorganske snovi: vodo in soli. Vse celice imajo membrano, citoplazmo, jedro in druge celične strukture – organele.Vse celice imajo sposobnost rasti, razmnoževanja, dihanja, izločanja, presnove snovi in energije ter imajo razdražljivost. |
| 3. Vse nove celice nastanejo z delitvijo prvotnih celic | Rast telesa je posledica delitve celic, nove celice pa nastanejo šele, ko se prvotne, materine celice delijo. Pri večceličnih organizmih se celice specializirajo za delovanje in tvorijo tkiva |
Zaključek: vsi organizmi, razen virusov, imajo celično zgradbo, podobno kemično sestavo celic, tvorba celic poteka na podoben način, kar kaže na enotnost izvora vseh živih bitij.
Nastanek celične teorije je postal najpomembnejši dogodek v biologiji, eden odločilnih dokazov o enotnosti žive narave. Celična teorija je pomembno vplivala na razvoj biologije kot znanosti in služila kot temelj za razvoj disciplin, kot so embriologija, histologija in fiziologija. Omogočil je ustvarjanje osnov za razumevanje življenja, individualnega razvoja organizmov in razlago evolucijske povezanosti med njimi. Osnovna načela celične teorije so ohranila svoj pomen še danes, čeprav so bile v več kot sto petdesetih letih pridobljene nove informacije o zgradbi, življenjski aktivnosti in razvoju celice. Obstajajo celice prokariontski in evkariontski. Organizmi, ki jih tvorijo prokariontske celice, se imenujejo prokariontov, in organizmi, ki jih tvorijo evkariontske celice - evkariontov.
Klasifikacija živih bitij
Osnova za to delitev organizmov na kraljestva so načini prehranjevanja teh organizmov in struktura celic.
Kemična sestava celice. Sestava organizmov vključuje večino kemičnih elementov periodnega sistema D.I. Mendelejev.
Makroelementi - vodik, kisik, ogljik, dušik. V to skupino spadajo tudi kalij, natrij, kalcij, žveplo, fosfor, magnezij, železo, klor (vsebnost teh elementov v celici je desetinke in stotinke odstotka). Skupaj makrohranila predstavljajo približno 98 %.
Mikroelementi - cink, baker, jod, fluor, molibden, bor, mangan, kobalt (vsebnost teh elementov v celici je stotinke in tisočinke odstotka).
Ultramikroelementi - zlato, platina, živo srebro, cezij (vsebnost teh elementov v celici ne presega tisočink odstotka).
Mikroelementi in ultramikroelementi imajo v telesu pomembno vlogo: železo je sestavni del hemoglobina, jod je sestavni del ščitničnega hormona, pomanjkanje selena vodi do raka.
KEMIJSKI ELEMENTI
Kemični elementi tvorijo organske in anorganske snovi:
Organske snovi Anorganske snovi
 |
|||||
Ogljikovi hidrati Beljakovine Maščobe ATP Nukleinski minerali Voda
kisle snovi
Anorganske snovi celice
voda– ena najosnovnejših sestavin žive celice, ki v povprečju predstavlja 70-80 % mase celice. V celici se voda nahaja v prosti (95 %) in vezani (5 %) obliki. Poleg tega, da je del njihove sestave, je za mnoge organizme tudi življenjski prostor.
Vloga vode v celici je določena z njenimi edinstvenimi kemijskimi in fizikalnimi lastnostmi, ki so povezane predvsem z majhnostjo njenih molekul, polarnostjo njenih molekul in njihovo sposobnostjo, da med seboj tvorijo vodikove vezi. Voda kot sestavni del bioloških sistemov opravlja naslednje bistvene funkcije:
1. Voda je univerzalno topilo za polarne snovi, kot so soli, sladkorji, alkoholi, kisline itd. Snovi, ki so dobro topne v vodi, imenujemo hidrofilne.
2. Molekule vode sodelujejo v številnih kemijskih reakcijah, na primer pri hidrolizi polimerov.
3. V procesu fotosinteze je voda donorka elektronov, vir vodikovih ionov in prostega kisika.
4. Voda ne topi nepolarnih snovi in se z njimi ne meša, saj z njimi ne more tvoriti vodikovih vezi. Snovi, ki so netopne v vodi, imenujemo hidrofobne.
5. Voda ima visoko specifično toplotno kapaciteto. Prekinitev vodikovih vezi, ki držijo molekule vode skupaj, zahteva absorpcijo velike količine energije. Ta lastnost zagotavlja vzdrževanje toplotnega ravnovesja telesa med znatnimi temperaturnimi spremembami v okolju.
6. Voda ima visoko toplotno prevodnost, kar telesu omogoča, da ohranja enako temperaturo v celotnem volumnu.
7. Za vodo je značilna visoka toplota uparjanja, to je sposobnost molekul, da odnesejo veliko količino toplote, hkrati pa ohlajajo telo. Zahvaljujoč tej lastnosti vode, ki se kaže med potenjem pri sesalcih, toplotno zasoplostjo pri krokodilih in drugih živalih ter transpiracijo pri rastlinah, se prepreči pregrevanje.
8. Za vodo je značilna izjemno visoka površinska napetost. Ta lastnost je zelo pomembna za gibanje raztopin skozi tkiva (krvni obtok, naraščajoči in padajoči tokovi v rastlinah). Mnogim majhnim organizmom površinska napetost omogoča, da lebdijo na vodi ali drsijo po njeni površini.
9. Voda zagotavlja gibanje snovi v celici in telesu, vsrkavanje snovi in odstranjevanje presnovnih produktov.
10. V rastlinah voda določa turgor celic, pri nekaterih živalih pa opravlja podporne funkcije, saj je hidrostatični skelet (okrogli in anelidi, iglokožci).
11. Voda je sestavni del mazalnih tekočin (sinovialne - v sklepih vretenčarjev, plevralne - v plevralni votlini, perikardialne - v perikardialni vrečki) in sluzi (lajšajo gibanje snovi po črevesju, ustvarjajo vlažno okolje na sluznice dihalnih poti). Je del sline, žolča, solz itd.
Lastnosti, funkcije in pomen vode
Mineralne soli. Molekule soli v vodni raztopini razpadejo na katione in anione. Najpomembnejši so kationi (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+) in anioni (Cl-, H2P04 -, HP042-, HC03 -, NO3 2-, SO4 2-).Nekateri ioni sodelujejo pri aktivaciji encimov oz. ustvarjanje osmotskega tlaka v celici, v procesih mišičnega krčenja, strjevanja krvi itd. Številni kationi in anioni so potrebni za sintezo pomembnih organskih snovi (npr. fosfolipidov, ATP, nukleotidov, hemoglobina, klorofila, itd.), pa tudi aminokisline, ki so vir dušikovih in žveplovih atomov. Klorovodikova kislina je del želodčnega soka. Kalcijeve in fosforjeve soli so prisotne v kostnem tkivu živali in ljudi.
Organske snovi. Osnova vseh organskih spojin je ogljik (C), ki tvori vezi z drugimi atomi in njihovimi skupinami. Posledično nastanejo kompleksne kemične spojine, različne po strukturi in funkciji - makromolekule (iz grškega makrosa - velike).
Makromolekule so sestavljene iz ponavljajočih se spojin z nizko molekulsko maso - monomeri(iz grščine monos - eden).
polimer(iz grščine poli – veliko) – makromolekula, ki jo tvorijo monomeri.
V polimernih molekulah so monomeri lahko enaki ali različni. Glede na to, kateri monomeri so vključeni v polimere, so polimeri razdeljeni v naslednje skupine:
Polimeri
Redno Neredno
A-A-A-A-A-A- - A-B-A-C- B-A-A-D- C- A-
A-S-D-A-S-D-A-S-D-
Polimeri, iz katerih so sestavljeni živi organizmi, se imenujejo biopolimeri, katerih lastnosti so odvisne od zgradbe njihovih molekul, števila in raznolikosti monomerov. Biopolimeri so univerzalni, saj so v vseh živih organizmih zgrajeni po enotnem načrtu. Raznolikost lastnosti biopolimerov je posledica različnih kombinacij monomerov, ki tvorijo različne različice. Lastnosti biopolimerov se pokažejo šele v živi celici.
Ogljikovi hidrati ali saharidi, - organske spojine, ki vključujejo ogljik, vodik in kisik. Ime "ogljikovi hidrati" so prejeli zaradi svoje kemične sestave: splošna formula večine je Cn(H2O)n.
Sestava in struktura ogljikovih hidratov
Monosaharidi– enostavni sladkorji s splošno formulo (CH2O)n, kjer je n=3-9. Med monosaharidi so trioze (3C), tetraoze (4C), pentoze (5C) - riboza, deoksiriboza, heksoze (6C) - glukoza, galaktoza. Monosaharidi so dobro topni v vodi in imajo sladek okus. Fruktoza je del medu in se nahaja v sadju in zelenih delih rastlin. Glukoza se nahaja v sadju, krvi, limfi, je glavni vir energije in je del disaharidov in polisaharidov.
Disaharidi– snovi, ki nastanejo kot posledica kondenzacije dveh molekul monosaharidov z izgubo ene molekule vode. Pri rastlinah je to saharoza (C12H22O11) in maltoza, pri živalih pa laktoza. Saharoza je glavna transportna oblika ogljikovih hidratov v rastlinah. Laktoza nastaja v mlečni žlezi in je prisotna v mleku.
glukoza + glukoza = maltoza;
glukoza + galaktoza = laktoza;
glukoza + fruktoza = saharoza.
Po svojih lastnostih so disaharidi blizu monosaharidom. Dobro se topijo v vodi in imajo sladek okus.
Polisaharidi- to so visokomolekularni ogljikovi hidrati, ki nastanejo z združevanjem velikega števila molekul monosaharidov V rastlinah - škrob, celuloza (vlaknine), formula (C6H10O5)n; pri živalih - glikogen, hitin. Celuloza je glavna podporna sestavina celične stene rastlin. Škrob je glavni rezervni ogljikov hidrat rastlin. Glikogen je rezervni polisaharid živali (kopiči se v jetrih in mišicah. Hitin je del ovoja členonožcev in zagotavlja trdnost ovojnih struktur gliv.
Lokalizacija v celici in telesu: celična stena, celični vključki, rastlinski celični sok, integument členonožcev.
Funkcije ogljikovih hidratov:
1) Energija. Ogljikovi hidrati so glavni vir energije za organizme. Pri procesu oksidacije 1 g ogljikovih hidratov sprosti 17,6 kJ.
2) Strukturni. Celične stene rastlin so iz celuloze. Telesni pokrovi členonožcev in celične stene gliv so sestavljeni iz hitina. Ogljikovi hidrati so del organelov, molekul DNA in RNA.
3) Shranjevanje. To funkcijo opravlja škrob v rastlinah in glikogen v živalih. Imajo sposobnost kopičenja v celicah in porabe, ko se pojavi potreba po energiji.
4) Zaščitna. Žleze izločajo izločke, ki vsebujejo ogljikove hidrate. Izločki ščitijo stene votlih organov (želodec, črevesje) pred mehanskimi poškodbami in prodiranjem patogenih bakterij.
Lipidi- to so maščobam podobne snovi, ki jih večinoma sestavljajo maščobne kisline in trihidrični alkohol; To so estri višjih maščobnih kislin in trihidričnega alkohola glicerola.
Maščobe so najenostavnejši in najbolj razširjeni lipidi. Tekoče maščobe imenujemo olja. Pri živalih se olja nahajajo v mleku, pogosteje pa jih najdemo v rastlinah v semenih in plodovih.
Sestava in struktura lipidov
Mesto sinteze v celici: na membranah gladkega endoplazmatskega retikuluma.
Lokalizacija v celici in telesu: celična membrana, celični vključki, podkožno maščobno tkivo in omentum.
Funkcije lipidov:
1) Energija. Lipidi so "skladišče energije". Pri oksidaciji 1 g lipidov v CO2 in H2O se sprosti 38,9 kJ, kar je dvakrat več kot pri ogljikovih hidratih in beljakovinah.
2) Strukturni. Lipidi sodelujejo pri gradnji celičnih membran in tvorbi pomembnih bioloških spojin, na primer hormonov in vitaminov.
3) Shranjevanje. Rastline raje kopičijo olja kot maščobe. Sojina in sončnična semena so bogata z olji.
4) Zaščitna in toplotna izolacija. Maščobe slabo prevajajo toploto. Odlagajo se pod kožo živali, pri nekaterih takšna kopičenja dosežejo debelino do 1 m, na primer pri kitih. Maščobna plast ščiti živali pred hipotermijo. Maščobno tkivo deluje kot termostat. Pri kitih poleg tega opravlja še eno vlogo – spodbuja plovnost. Zaradi nizke toplotne prevodnosti plast podkožnega maščevja pomaga ohranjati toploto, kar na primer mnogim živalim omogoča življenje v mrzlem podnebju.
5) Mazalni in vodoodbojni. Vosek pokriva kožo, volno, perje, jih naredi bolj elastične in jih ščiti pred vlago. Listi in plodovi mnogih rastlin imajo voskast premaz. Ta plast ščiti liste pred mokroto med močnim deževjem.
6) Regulativni. Številne biološko aktivne snovi (spolni hormoni - testosteron v
moški in progesteron pri ženskah), vitamini (A, D, E) so lipidne spojine
7) Vir presnovne vode. Eden od produktov oksidacije maščob je voda, ki
zelo pomembna za nekatere prebivalce puščavskega živalskega sveta, na primer za kamele.
Maščoba, ki jo te živali shranjujejo v svojih grbah, je vir vode. Oksidacija 100 g
maščobe da približno 105 g vode. Medvedi, svizci in
druge živali hibernirajo zaradi oksidacije maščob.
8) V mielinskih ovojnicah aksonov živčnih celic so lipidi izolatorji med prevajanjem živčnih impulzov.
9) Vosek uporabljajo čebele pri gradnji satja.
Lipidi lahko tvorijo komplekse z drugimi biološkimi molekulami – beljakovinami in sladkorji.
Beljakovine oz beljakovine (iz grškega protosa - prvi) - najštevilnejše, raznolike in najpomembnejše organske spojine. Beljakovine so makromolekule, ker so velike.
Kemična sestava beljakovinske molekule: ogljik, kisik, vodik, dušik, žveplo, lahko tudi fosfor, železo, cink, baker.
Beljakovine so polimeri, sestavljeni iz ponavljajočih se monomerov z nizko molekulsko maso. Aminokisline so monomeri beljakovinskih molekul. Znanih je približno 200 aminokislin, ki jih najdemo v živih organizmih, vendar jih le 20 najdemo v beljakovinah. To so tako imenovane bazične ali aminokisline, ki tvorijo beljakovine. 20 aminokislin zagotavlja raznolikost beljakovin. V rastlinah se vse esencialne aminokisline sintetizirajo iz primarnih produktov fotosinteze. Ljudje in živali ne morejo sintetizirati številnih aminokislin in jih morajo prejeti v končni obliki s hrano. Takšne aminokisline imenujemo esencialne. Sem spadajo lizin, valin, levcin, izolevcin, treonin, fenilalanin, triptofan, metionin, arginin in histidin (skupaj 10).
Struktura aminokislin:
Med amino skupino ene aminokisline in karboksilno skupino druge aminokisline nastane kovalentna vez, ki jo imenujemo peptidna vez, in proteinska molekula je polipeptid.
V raztopini lahko aminokisline delujejo tako kot kisline kot kot baze, torej so amfoterne spojine. Karboksilna skupina -COOH je sposobna oddati proton, ki deluje kot kislina, amino skupina - NH2 - pa lahko sprejme proton in tako kaže lastnosti baze.
Zgradba beljakovin. Za vsak protein v določenem okolju je značilna posebna prostorska struktura. Pri karakterizaciji prostorske (tridimenzionalne) strukture ločimo štiri ravni organizacije beljakovinskih molekul.
Stopnje strukturne organiziranosti proteina: a - primarna struktura - aminokislinsko zaporedje proteina; b - sekundarna struktura - polipeptidna veriga je zasukana v obliki spirale; c - terciarna struktura proteina; d - kvartarna struktura hemoglobina.
Mesto sinteze beljakovin v celici: na ribosomih.
Lokalizacija proteinov v celici in telesu: prisotni so v vseh organelih in citoplazmatskem matriksu.
Prostorska struktura proteina:
Primarna struktura protein – zaporedje aminokislin, ki so med seboj povezane s peptidnimi vezmi in tvorijo polipeptidno verigo. Vse lastnosti in funkcije beljakovin so odvisne od primarne strukture. Zamenjava posamezne aminokisline v sestavi beljakovinskih molekul ali motnja njihove razporeditve običajno povzroči spremembo delovanja beljakovine.
Sekundarna struktura Proteinska molekula se doseže s spiralizacijo: polipeptidna veriga, sestavljena iz zaporedno povezanih aminokislin, se zavije v spiralo, med skupinami - CO - in - NH - nastanejo šibke vodikove vezi.
Med izobraževanjem terciarna struktura spiralizirana proteinska molekula se nekajkrat bolj zloži in tvori kroglico – globulo. Moč terciarne strukture določajo različne vezi, na primer disulfidne vezi (-S-S-), ionske, vodikove, hidrofobne interakcije.
Kvartarna struktura je spojina, sestavljena iz več beljakovinskih molekul s terciarno strukturo. Kemijske vezi - ionske, vodikove, hidrofobne interakcije.
In tako je primarna struktura linearna struktura v obliki polipeptidne verige; sekundarni – spiralni, zaradi vodikovih vezi; terciarni – globularni; kvaternar - kombinacija več beljakovinskih molekul s terciarno strukturo.
Lastnost beljakovin - denaturacija- kršitev naravne strukture beljakovin, ki je reverzibilna, če primarna struktura ni uničena, in nepopravljiva, če je primarna struktura uničena.
Vpliv okoljskih dejavnikov
(temperatura, kemikalije, sevanje itd.)
Denaturacija beljakovin (uničenje struktur)
Renaturacija– popolna obnova strukture beljakovin.
Pod vplivom različnih kemijskih in fizikalnih dejavnikov (obdelava z alkoholom, acetonom, kislinami, alkalijami, visoka temperatura, obsevanje, visok pritisk itd.) pride do spremembe v sekundarni, terciarni in kvartarni strukturi proteina zaradi zloma. vodikovih in ionskih vezi. Proces motenj naravne strukture beljakovine imenujemo denaturacija. V tem primeru pride do zmanjšanja topnosti beljakovin, spremembe oblike in velikosti molekul, izgube encimske aktivnosti itd. Postopek denaturacije je lahko popoln ali delen. V nekaterih primerih prehod v normalne okoljske razmere spremlja spontana obnova naravne strukture beljakovin. Ta proces se imenuje renaturacija.
Enostavne in kompleksne beljakovine. Glede na kemično sestavo delimo beljakovine na enostavne in kompleksne. Enostavne beljakovine vključujejo beljakovine, sestavljene samo iz aminokislin, kompleksne beljakovine pa vključujejo beljakovine, ki vsebujejo beljakovinski del in neproteinski del - kovinske ione, ostanke fosforne kisline, ogljikove hidrate, lipide itd.
Funkcije beljakovin:
1) Encimsko, oz katalitično. Katalizatorji so snovi, ki pospešujejo kemične reakcije. Encimi- To so katalizatorji biokemičnih reakcij. Encimi desetin stotisočkrat pospešijo reakcije v telesu. So zelo specifični, ker vsak encim katalizira samo določeno reakcijo.
Encimi = Biokatalizatorji (pospeševalci kemičnih reakcij, ki potekajo v celicah)
2) Strukturni. Beljakovine so del vseh celičnih membran in organelov (na primer, v kombinaciji z RNA beljakovine tvorijo ribosome).
3) Energija. Ko 1 g beljakovin razpade na končne produkte (CO2, H2O in dušikove snovi), se sprosti 17,6 kJ.
4) Shranjevanje. To funkcijo opravljajo beljakovine – viri hrane (jajčni beljak – albumin,
mlečne beljakovine – kazein, endosperm in jajčne celice).
5) Zaščitna. Vse žive celice in organizmi imajo obrambne sisteme. Pri ljudeh in živalih je to imunska obramba. V limfocitih se tvorijo protitelesa – zaščitne beljakovine, ki nevtralizirajo tujke. Drug primer zaščitne funkcije je koagulacija beljakovine fibrinogena v krvi, kar povzroči nastanek krvnega strdka – tromba, ki zamaši žilo in ustavi krvavitev. Mehansko zaščito zagotavljajo poroženele tvorbe – lasje, rogovi, kopita. Sestava teh formacij vključuje beljakovine. Rastline tvorijo tudi zaščitne beljakovine, na primer alkaloide, zaradi katerih rastlinski pokrovi postanejo močnejši in bolj odporni.
6) Regulativni. Veliko beljakovin hormoni uravnavanje fizioloških procesov (insulin in glukagon sta beljakovinske narave). Celice trebušne slinavke proizvajajo hormon inzulin, ki uravnava raven glukoze v krvi.
trebušna slinavka
Hormonski insulin
Glukoza (v krvi) à Glikogen (v jetrnih celicah)
7) Transport. Naloga transportnih proteinov je pritrjevanje kemičnih elementov ali biološko aktivnih snovi in njihov transport do tkiv in organov.
Hemoglobin (najdemo ga v rdečih krvnih celicah)
Hemoglobin + kisik Hemoglobin + ogljikov dioksid
8) Motor. Kontraktilne beljakovine so vključene v vse vrste gibanja, ki so jih celice in organizmi sposobni. Primeri: gibanje bičkov in migetalk pri najpreprostejših enoceličnih živalih, krčenje mišic pri večceličnih živalih (proteina miozin in aktin zagotavljata krčenje mišičnih celic), gibanje listov pri rastlinah.
9) Signal. Beljakovine, vgrajene v celično membrano, sprejemajo signale iz
zunanje okolje in prenos informacij v celico. Takšne beljakovinske molekule so sposobne
spremeni svojo terciarno strukturo kot odgovor na delovanje okoljskih dejavnikov.
10) Strupeno(toksini, ki zagotavljajo zaščito pred sovražniki in ubijanjem plena).
| Funkcije beljakovin | Značilno |
| 1. Strukturni | Beljakovine so del celičnih membran in organelov |
| 2. Energija | Pri oksidaciji 1 g beljakovin se sprosti 17,6 kJ |
| 3. Shranjevanje | Beljakovine - rezervni hranilni in energijski material |
| 4. Katalitično, encimsko | Beljakovine so encimi, ki pospešujejo kemične reakcije |
| 5. Regulativni | Mnoge beljakovine so hormoni, ki uravnavajo fiziološke procese. |
| 6. Prevoz | Prenos različnih snovi (hemoglobin + kisik) |
| 7. Motor | Kontraktilne beljakovine zagotavljajo gibanje (kromosomi do celičnih polov) |
| 8. Zaščitna | Zaščitite telo pred tujki |
| 9. Signal | Sprejemajo signale iz zunanjega okolja in prenašajo informacije v celico |
| 10. Strupeno | Toksini zagotavljajo zaščito pred sovražniki in ubijanjem plena |
Beljakovine se redko uporabljajo kot vir energije, ker opravljajo številne druge pomembne funkcije. Beljakovine se običajno uporabljajo, ko so viri, kot so ogljikovi hidrati in maščobe, izčrpani. Shranjujejo se ogljikovi hidrati in maščobe; kadar hrani primanjkuje organskih spojin, je možno, da telo pretvori nekatere organske spojine v druge: beljakovine v maščobe in ogljikove hidrate, ogljikove hidrate in maščobe drug v drugega. Toda ogljikovih hidratov in maščob ni mogoče pretvoriti v beljakovine.
