Молекулярный уровень

Молекулярный уровень определяет разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передачу наследственной информации и др.



Главные химические элементы клетки, составляющие 98% ее массы, — С, N, О и Н.

Биоэлементы — главные элементы биополимеров: С, N, О, Н, S и Р. В составе клетки обнаружено около 80 химических элементов. Среди них нет элементов, присущих только живой природе. В зависимости от содержания и роли их делят на три группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

Неорганические соединения клетки: соли и вода. Соли находятся в водном растворе в ионном виде или твердом состоянии. Ионы Са2+ обеспечивают межклеточное сцепление, К+ и Na+ — раздражимость клетки, а анионы внутри и снаружи клетки — ее буферностъ — способность клетки сохранять концентрацию водородных ионов на постоянном уровне [pH 7,2). Вода составляет 2/3 массы клетки. При потере значительной части воды клетка гибнет. Вода растворяет многие вещества, сохраняет структуру клетки при колебаниях температуры; служит средой протекания большинства внутриклеточных реакций; участвует в реакциях гидролиза и фотосинтеза, в процессе которого из нее образуется кислород.

Органические соединения клетки — углеродсодержащие вещества, характерные для живой природы. Биополимеры — входящие в состав клеток высокомолекулярные соединения, молекулы которых (макромолекулы) представляют собой цепи из большого числа относительно простых низкомолекулярных соединений — мономерных звеньев. Мономеры — вещества, способные вступать в реакции образования полимеров. Свойства биополимеров зависят от числа расположения и ассортимента мономерных звеньев.

Белки (протеины, полипептиды) — нерегулярные биополимеры, мономеры которых — аминокислоты.

Аминокислоты — амфотерные соединения, кислотные свойства которым придают карбоксильные группы (-СООН), а основные — аминогруппы (-NH2). Аминокислоты различаются составом и строением так называемого радикала R. Последовательность аминокислотных остатков в белковой цепи задается генетическим кодом. Молекулы белков имеют четыре уровня структурной организации, различающиеся формой молекул и типом связей, обеспечивающих их прочность. Денатурация — разрушение структуры молекулы белка под действием внешних или внутренних физиологических факторов (гормонов).

Функции белков:

- структурная и строительная — образование соединений, органоидов и внеклеточных структур;

- транспортная — перенос веществ в клетку и по клетке;

- двигательная — осуществление всех видов движения;

- энергетическая;

- защитная — борьба с чужеродными веществами;

- каталитическая;

- регуляторная и рецепторная.

Углеводы (сахариды) — соединения с общей формулой Сл(Н20)т (т, п > 3). Подразделяются на моно-, олиго - и полисахариды.

Моносахариды (монозы, простые сахара) — бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде и сладкие на вкус. По числу атомов углерода в молекуле различают триозы, тетрозы, пентозы, гексозы. Глюкоза (С6Н1206)— первичный и главный источник энергии для клеток. Растворимость и сладкий вкус полисахаридов уменьшаются при увеличении числа мономерных звеньев в их молекулах.

Функции углеводов:

- энергетическая;

- структурная (в том числе и опорная функция у растений);

- резервная энергетическая;

- защитная — вязкими секретами различных желез, предохраняющими от механических повреждений и от проникновения бактерий и вирусов).

Липиды — жиры и жироподобные вещества с различными структурами, но с общими свойствами (одно из которых — нерастворимость в воде). Большинство липидов — соединения трехатомного спирта глицерина с высокомолекулярными жирными кислотами. Жидкие при 20° С — масла или растительные жиры, твердые при 20° С — животные жиры.

Функции липидов:

- строительная и структурная — образование мембран и биологически важных химических соединений;

- энергетическая;

- резервная энергетическая’,

- запасание питательных веществ и эндогенной воды;

- регуляторная;

- защитная — участие в иммунохимических процессах и защита от механических воздействий;

- тепло - и водоизоляция.

Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) — ДНК и РНК — биополимеры, сохраняющие и передающие по наследству информацию о строении, развитии и индивидуальных признаках организма. Нуклеотиды, из которых состоят ДНК и РНК, содержат азотистое основание (аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т) в ДНК и ура - цил (У) в РНК вместо Т в ДНК), пентозу (дезокси - рибозу в ДНК и оксирибозу в РНК) и остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединены в цепь через пентозу и остаток фосфорной кислоты. Две такие спирально закрученные цепи образуют в молекуле ДНК двойную спираль по 10 пар оснований в каждом витке. При этом А, Г, Ц и Т одной цепи соединены соответственно с Т, Ц, Г и А другой цепи водородными связями, а сахарофосфатный остов расположен на периферии молекулы. Пары оснований (нуклеотидов) А-Т и Г-Ц (Г-У в РНК) называют комплементарными. Поэтому в молекуле ДНК количество А всегда равно количеству Т, а количество Г — количеству Ц. ДНК находятся в ядре клетки, а также в митохондриях и хлоропластах. Молекулы РНК могут быть одноцепочными, двуцепочными и одноцепочными с двуцепочными участками. По выполняемым функциям различают транспортные, рибосомные, информационные (матричные) РНК.

Аденозинфосфорные кислоты — АМФ, АДФ, АТФ — нуклеотиды, содержащие аденин, рибозу

И, соответственно, 1, 2 или 3 остатка фосфорной кислоты. Связь между этими остатками называют макроэргической, т. к. при ее разрыве выделяется в несколько раз больше энергии, чем при разрыве обычных ковалентных связей. Поэтому АТФ — единый и универсальный источник энергообеспечения всех функций клетки. АТФ образуется в митохондриях клеток при расщеплении сахаридов и в пластидах при фотосинтезе.

Ферменты (энзимы) — специфические катализаторы почти всех внутриклеточных реакций, состоящие из белков или небелковых соединений. Биохимическая реакция протекает на определенном участке фермента — его активном центре.

Витамины — жирорастворимые (A, D, Е и К) или водорастворимые (В, С, РР и др.) — сложные биоорганические соединения, необходимые организму в малых количествах. Небольшая их часть синтезируется в самом организме, другая — поступает с пищей. Большинство витаминов в клетке становятся ферментами.

Клеточный уровень

Основные положения клеточной теории на современном этапе развития биологии:

• клетка — основная и элементарная единица строения, развития и размножения всех организмов. Она обладает всеми признаками живого, и вне ее жизни нет. Все клетки имеют мембранный принцип строения, они сходны (гомологичны) по строению, химическому составу, жизненным функциям;

• в многоклеточном организме клетки выполняют определенные функции для жизнедеятельности всего организма (специализация клетки). Взаимодействие клеток — условие их жизни и жизни всего организма;

• клетки образуют ткани, составляющие органы, которые тесно связаны между собой и подчинены законам нервно-гуморальной регуляции;

• рост и развитие многоклеточного организма — следствие роста и размножения одной или нескольких исходных клеток;

• основной способ размножения клеток — их деление;

• клеточное строение всех организмов, мембранный принцип строения и сходство химического состава их клеток — доказательства единства происхождения живых организмов.

Строение клетки

Органоиды (органеллы) — постоянно присутствующие в клетке структуры, которые имеют определенные формы и функции в клетке. Подразделяются на мембранные и немембранные органоиды. Клеточные включения — продукты обмена веществ клетки в виде капель, гранул и кристаллов, исчезающих и появляющихся вновь в цитоплазме, гранулы секрета в животных клетках и некоторые пигменты. Биологические мембраны представляют собой двойной слой в основном фосфолипидов, внутри которого неполярные хвосты липидных молекул обращены друг к другу, а полярные головки из глицерина остаются снаружи по обеим сторонам мембраны. Молекулы белков либо погружены в этот слой, либо пронизывают его насквозь.

По строению клеток организмы подразделяют на прокариотов (бактерии, синезеленые водоросли, цианобактерии) и эукариотов (животные, растения, грибы).

Сочинение о живой природеОсновные части эукариотной клетки:

• оболочка, включающая наружный слой (клеточную стенку у растений и гликокаликс у животных) и цитоплазматическую мембрану, или плазмалемму;

• цитоплазма, состоящая из водного раствора (цитозоля) и белковых нитей (филаментов), соединяющих находящиеся в цитоплазме органоиды клетки (см. схему 1) и включения;

• ядро — важнейший органоид клетки, расположенный в ее цитоплазме. В ядре находятся молекулы ДНК. В неделящейся клетке в ядре различают ядерный сок, двумембранную ядер - ную оболочку, ядрышки и хроматин. При делении клетки ядрышки исчезают, а тончайшие нити хроматина превращаются в хромосомы, состоящие из одной или нескольких молекул ДНК, спирально закрученных вокруг особых белков — гистонов — и перетянутых на два плеча центромерой.

Кариотип — совокупность количественных (число и размеры) и качественных (форма) признаков хромосомного набора соматической клетки. Он одинаков во всех соматических клетках всех организмов одного вид

Митохондрии Функция: синтез АТФ

Л

Я

О

Я

Я

Fa

А

Сочинения о живой природеПластиды

Функции: фотосинтез и запасание углеводов, масел и белков в растительных клетках

Ядро

Функции: хранение и передача наследственной информации о признаках клетки и организма в целомПродолжение схемы 1




See also: