Химический состав клеток

Белки

Белки - непериодические*, линейные гетерополимеры**, состоящие из аминокислотных остатков.

 

* - аминокислоты не чередуются регулярным образом.

** - состоят из разных аминокислот.

 

Длина белков

 

min 50 аминокислотных остатков (в инсулине)

max 26926 аминокислотных остатков (в титине - один из вспомогательных мышечных белков)

 

Мономеры

 

Мономеры молекулы низкомолекулярных соединений, способные в реакции полимеризации или поликонденсации превращаться в высокомолекулярные соединения.

Мономерами белков являются  α (альфа) - аминокислоты.

R-радикал

 

1) Типы аминокислот:

ароматические

оксикислоты

серосодержащие и др.

2) Разновидности аминокислот:

Различают 20 разновидностей аминокислот, из них 8 незаменимые (лизин, лейцин, изолейцин, валин, триптофан, метионин, фенилаланин, треонин).

Примечание:

В действительности в состав природных аминокислот входят 22 аминокислот.

селеноцистеин (в животных тканях)

пирролизин (в архибактериях)

3) Химические свойства

Аминокислоты обладают кислотными и основными свойствами (амфотерны) и поэтому могут взаимодействовать друг с другом.

 

Реакция полимеризации

Химические и физико-химические свойстваполипептида.

                 дипептид

 

Молекула полипептида характеризуется полярностью: имеет два различных конца:

C-конец

N-конец

В клетке, на рибосоме наращивание полипептида происходит с N-конца.

Во многих радикалах ионогенные группы диссоцируя преобретают электрический заряд (гидрофильны). Молекула полипептида с многочисленными зарядами на поверхности покрывается гидратной оболочкой.

Именно этим объясняется хорошая растворимость некоторых белков в воде.

Пример: яичный альбумин.

Если в белке преобладают неполярные радикалы то он плохо растворим в воде.

Пример:  эластин.

 

Первичная структура

Первичной структурой называетя последовательность* аминокислотных остатков в полипептидной молекуле.

* - для одних белков она видоспецифична.

Пример: инсулин у людей

для других индивидуально-специфична

Пример: белки тканевой совместимости.

Первичная структура закодирована в структурных генах (см. генетический код).

 

Конформация

 

1) Вторичная структура

Совокупность участков полипептидной молекулы, характеризующегося регулярной структурой.

Типы:

альфа - спираль

Правильная правозакрученная спираль возникающая в результате образования водородных связей между карбонильными и аминогруппами аминокислотных остатков (каждым первым и третьим).

Радикалы ориентированы от поверхности спирали.

 

 

Пример: глобин - белковая часть гемоглобина.

 

бета - складчатая структура

Периодическая складчатая конфигурация, возникающая в результате образования водородных связей между параллельно-ориентированными участками одной или несколькихполипептидных молекул.

 

 

Пример: креотин волос и роговых элементов, фиброин щёлка.

Трёхчленная структура - особенная спиральчатая структура образовавшейся в результате сплетениятрёх полипептидных цепей.

 

Пример: коллаген

 

Третичная структура

Пространственная организация белковой молекулы.

1) Типы:

глобулярная (шаровидая)

 

Пример: глобин

фибриллярная

Пример: миозин

Стабилизирующие силы

 сильные связи: дисульфидная связь --S -S --

 

самые слабые: водородные, ионные, гидрофобные взаимодействия.

Неполярные R (радикалы) собираются в глубине белковой молекулы и формируют гидрофобные ядра.

 

Четвертичная структура

Образуется при объединении нескольких комплементарных молекул (субъединиц, протомеров) в комплекс. В комплекс могут входить одинаковые или различные протомеры. Поскольку такие комплексы характеризуются лабильностью (в процессе их функционирования имеют место переходы полимерных форм в протомерную и наоборот), стабилизирующие силы относяться слабым (водородные).

 

 Пример: каталаза

 

Классификация

 

 * - в зависимости от наличия или отсутствия в моекуле небелковой части.

Примеры:

1) Сывороточный альбумин (главный транспортный белок крови),

2) Гамма-глобулин (антитела)

3) ДНП (дизоксирибонуклеопротеид - основной компонент хрмосом), РНП (рибонуклеопротеид - основной компонент ядрышка)

4) Белки определяющие группу крови (гликофорины), находятся в мембранах эритроцитов,

5) ЛПНП, ЛПВП (липопртеиды низкой и высокой плотностей) играют важную роль в обмене холестерина. Он их соотношения зависит риск заболевания атероселерозом,

6) Гемоглобин

Неоглобин (окрашивает мышцы)

7) Трансферин - бело-переносчик железа, находится в плазме крови,

8) Казеин молока

Ихтулин рыбьей икры (содержит больше всего фосфопротеидов).

Функции белков   1)Каталитическая (ферментная) – каталитическая функция белков осуществляется с помощью специфических белков – катализаторов. Они ускоряют скорость биохимических реакций в десятки и сотни миллионов раз.      2)Сократительная (актин, миозин – основные мышечные белки).      3) Структурная (тубулины – белки микротрубочек, входящих в состав цитоскелета, керотины роговых структур).      4)Транспортная (транспортные белки биомембран; сывороточные альбумины).      5)Защитная (антитела)      6)Рецепторная (мембранные, цитоплазматические и ядерные рецепторы для гормонов; рецепторы для вирусов)      7) Регуляторная (пептидные гормоны: инсулин, гормон роста и др.).      8)Трофическая (белок эндосперма семян; фосфопротеиды рыбьей икры).


9)Энергетическая (при полном окислении 1 г. Белка освобождается 17,6 кДж энергии).

Химический состав клетки. Неорганические вещества

Атомный и молекулярный состав клетки. В микроскопической клетке содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке,одно из основных условий ее жизни, развития и функционирования.

Все клетки животных и растительных организмов, а также микроорганизмов сходны по химическому составу, что свидетельствует о единстве органического мира.


Содержание химических элементов в клетке

Элементы Количество (в %) Элементы Количество (в %)

Кислород 65-75 Кальций 0,04-2,00

Углерод 15-16 Магний 0,02-0,03

Водород 8-10 Натрий 0,02-0,03

Азот 1,5-3,0 Железо 0,01-0,015

Фосфор 0,2-1,0 Цинк 0,0003

Калий 0,15-0,4 Медь 0,0002

Сера 0,15-0,2 Йод 0,0001

Хлор 0,05-0,1 Фтор 0,0001


Выше приведены данные об атомном составе клеток. Из 109 элементов периодической системы Менделеева в клетках обнаружено значительное их большинство. Особенно велико содержание в клетке четырех элементов - кислорода, углерода, азота и водорода. В сумме они составляют почти 98% всего содержимого клетки. Следующую группу составляют восемь элементов, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Это сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо. В сумме они составляют 1.9%. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых количествах (меньше 0,01%)

Таким образом, в клетке нет каких-нибудь особенных элементов, характерных только для живой природы. Это указывает на связь и единство живой и неживой природы. На атомном уровне различий между химическим составом органического и не органического мира нет. Различия обнаруживаются на более высоком уровне организации - молекулярном.