Биохимическая организация клетки

ГОУ ВПО БашГУ

Биологический факультет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсавая  работа на тему

«Биохимическая  организация клетки» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Проверила:

Д.Б.Н. профессор  Гарипова М.И.

Выполнила:

Студентка 1 курса, биологический факультет, специальность  экология Волкова О.О. 
 

Уфа 2011 

Оглавление

Введение...............................................................................................................3

Глава 1 Химическая организация клетки..........................................................4

1.1 Неорганические вещества.............................................................................7

1.2 Органические вещества.................................................................................9

Глава 2 Структура мембран...............................................................................16

2.1 Липидный состав..........................................................................................17

2.2 Организация  мембранных липидов......................................................19

2.3 Мембранные  белки................................................................................20

2.4 Жидкостно-мозаичная  модель мембран...............................................24

Заключение.........................................................................................................27

Список  используемой литературы..................................................................28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

Клетка - основной компонент, из которого состоят все растительные и животные ткани. Клетка является наименьшей живой частицей, способной существовать независимо и обладающей собственной саморегулирующейся химической системой. Большинство клеток состоит из мембран, окружающей желеобразную массу цитоплазмы, и расположенного в центре ядра. Ядро является основой всей структуры, в нем находятся хромосомы, содержащие ДНК. Животные клетки отличаются разнообразием форм. Например, эритроцит (красное кровяное тельце) представляет собою двояковогнутый диск, а нейрон - это длинное волокно. Клетки растений и водорослей заключены внутри стенки, что придает им большую жесткость. Клетки бактерий также имеют стенки, но лишены ядра и хромосом; у них петля ДНК плавает в цитоплазме. Более развитые клетки (имеющие ядра) часто содержат внутри мембраны также другие структуры, например, митохондрии и хлоропласты.

Клетка  – элементарная единица жизни  на Земле. Она обладает всеми признаками живого организма: растет, размножается, обменивается с окружающей средой веществами и энергией, реагирует на внешние  раздражители.

Начало  биологической эволюции связано  с появлением на Земле клеточных  форм жизни.

Одноклеточные организмы представляют собой существующие отдельно друг от друга клетки. Тело всех многоклеточных – животных и  растений – построено из большего или меньшего числа клеток, которые  являются своего рода блоками, составляющими  сложный организм. Независимо от того, представляет ли собой клетка целостную  живую систему – отдельный  организм или составляет лишь его  часть, она наделена набором признаков  и свойств, общим для всех клеток. 

Глава 1 

Химическая  организая клетки 

Живая клетка включает множество химических элементов: обнаружено присутствие 86 элементов из таблицы Д. И. Менделеева. Однако 98% массы нашего организма образовано всего четырьмя элементами: кислородом (около 70%), углеродом (около 18%), водородом (около 10%) и азотом (около 2%). Это обусловленно особенностями химических свойств водорода, кислорода, углерода и азота, они  оказались наиболее подходящими для образования молекул, выполняющих биологические функции. Эти четыре элемента способны образовывать очень прочные ковалентные связи посредством спаривания электронов, принадлежащих двум атомам. Ковалентно связанные атомы углерода могут формировать каркасы бесчисленного множества различных органических молекул. Поскольку атомы углерода легко образуют ковалентные связи с кислородом, водородом, азотом, а также с серой, органические молекулы достигают исключительной сложности и разнообразия строения.

Все остальные  элементы подразделяются на макроэлементы (около 2% массы) ,микроэлементы (около 0,1% массы) и ультрамикроэлементы(менее 0,0000001 %).

Макроэлементы фосфор(0,2—1,0 %), калий(0,15—0,4 %), натрий(0,02—0,03 %), железо(0,01—0,015 %), магний(0,02—0,03 %), кальций(0,04—2,00 %), хлор(0,05—0,1 %) и серу(0,15—0,2 %).

Фосфор  — входит в состав АТФ, других нуклеотидов  и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты), в состав костной  ткани и зубной эмали (в виде минеральных  солей), а также присутствует в  цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов).

Калий — участвует в поддержании  мембранного потенциала, генерации  нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы.Содержится в межклеточных веществах.

Натрий  — участвует в поддержании  мембранного потенциала, генерации  нервного импульса, процессы осморегуляции (в том числе работу почек у  человека) и создании буферной системы  крови

Магний  — кофактор многих ферментов, участвующих  в энергетическом обмене и синтезе  ДНК; поддерживает целостность рибосом  и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим  для функционирования мышечных и  костных систем.

Кальций — участвует в свёртывании  крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные  процессы (в том числе участвует  в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза). Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и  минеральных скелетов беспозвоночных.

Хлор  — поддерживает электронейтральность клетки

Сера  — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в  большинстве белков. В небольших  количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и  межклеточных жидкостях.

К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы  тела живых существ, относят ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк. Несмотря на очень малые количества, микроэлементы необходимы как каждой клетке, так и всему организму в целом.

Цинк  — входит в состав ферментов, участвующих  в спиртовом брожении, в состав инсулина

Медь  — входит в состав окислительных  ферментов, участвующих в синтезе  цитохромов.

Селен - участвует в регуляторных процессах  организма.

Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят  золото, серебро оказывают бактерицидное  воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят  платину и цезий. Некоторые к  этой группе относят и селен, при  его недостатке развиваются раковые  заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны.

Химические  элементы входят в состав неорганических и органических соединений. К неорганическим соединениям относятся вода, минеральные  соли, диоксид углерода, кислоты  и основания. Органические соединения – это белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры (липиды) и липоиды. Кроме  кислорода, водорода, углерода и азота  в их состав могут входить другие элементы. Некоторые белки содержат серу. Составной частью нуклеиновых  кислот является фосфор. Молекула гемоглобина  включает железо, магний участвует  в построении молекулы хлорофилла. Микроэлементы, несмотря на крайне низкое содержание в живых организмах, играют важную роль в процессах жизнедеятельности. Йод входит в состав гормона щитовидной железы – тироксина, кобальт –  в состав витамина В₁₂. гормон островковой части поджелудочной железы – инсулин – содержит цинк. У некоторых рыб место железа в молекулах пигментов, переносящих кислород, занимает медь. 
 

1.1 Неорганические вещества

Вода

Н₂О – самое распространенное соединение в живых организмах. Содержание ее в разных клетках колеблется в довольно широких пределах: от 10% в эмали зубов до 98% в теле медузы, но  среднем она составляет около 80% массы тела. Исключительно важная роль воды в обеспечении процессов жизнедеятельности обусловлена ее физико-химическими свойствами. Полярность молекул и способность образовывать водородные связи делают воду хорошим растворителем для огромного количества веществ. Большинство химических реакций, протекающих в клетке, может происходить только в водном растворе. Вода участвует и во многих химических превращениях.

Общее число водородных связей между молекулами воды изменяется в зависимости от температуры. При температуре таяния льда разрушается примерно 15% водородных связей, при температуре 40°С – половина. При переходе в газообразное состояние разрушаются все водородные связи. Этим объясняется высокая удельная теплоемкость воды. При изменении температуры внешней среды вода поглощает или выделяет теплоту вследствие разрыва или новообразования водородных связей. Таким путем колебания температуры внутри клетки оказываются меньшими, чем в окружающей среде. Высокая теплота испарения лежит в основе эффективного механизма теплоотдачи у растений и животных.

Вода  как растворитель принимает участие  в явлениях осмоса, играющего важную роль в жизнедеятельности клетки организма. Осмосом называют проникновение  молекул растворителя через полупроницаемую  мембрану в раствор какого-либо вещества. Полупроницаемыми называются мембраны, которые пропускают молекулы растворителя, но не пропускают молекулы (или ионы) растворенного вещества. Следовательно, осмос – односторонняя диффузия молекул воды в направлении раствора.

Минеральные соли

Большая часть неорганических веществ клетки находится в виде солей в диссоциированном, либо в твердом состоянии. Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей ее среде неодинакова. В клетке содержится довольно много К и очень много Nа. Во внеклеточной среде, например в плазме крови, в морской воде, наоборот, много натрия и мало калия. Раздражимость клетки зависит от соотношения концентраций ионов Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺. В тканях многоклеточных животных К входит в состав многоклеточного вещества, обеспечивающего сцепленность клеток и упорядоченное их расположение. От концентрации солей в большой мере зависят осмотическое давление в клетке и ее буферные свойства. Буферностью называется способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию ее содержимого на постоянном уровне. Буферность внутри клетки обеспечивается главным образом ионами Н₂РО₄ и НРО₄^2-. Во внеклеточных жидкостях и в крови роль буфера играют Н₂СО₃ и НСО₃^-. Анионы связывают ионы Н и гидроксид-ионы (ОН^-), благодаря чему реакция внутри клетки внеклеточных жидкостей практически не меняется. Нерастворимые минеральные соли (например, фосфорнокислый Са) обеспечивает прочность костной ткани позвоночных и раковин моллюсков.

Диоксид углерода

Диоксид углерода играет одну из главных ролей в  живой природе, участвуя во многих процессах  метаболизма живой клетки. Диоксид  углерода получается в результате множества  окислительных реакций у животных, и выделяется в атмосферу с  дыханием. Углекислый газ атмосферы  — основной источник углерода для  растений. Однако, ошибкой будет  утверждение, что животные только выделяют углекислый газ, а растения — только поглощают его. Растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, а без освещения они тоже его выделяют.Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье. Недостаток углекислого газа тоже опасен.Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса.

2. Органические вещества

Белки

Среди органических веществ клетки белки  стоят на первом месте как по количеству (10 – 12% от общей массы клетки), так  и по значению. На долю белков в клетке приходится 50—80% сухой массы. Молекулярная масса белков огромна; например, у белка яйца—яичного альбумина она составляет 36000, у гемоглобина-65 000, у сократительного белка мышц (актомиозин)- 1500000, в то время как у молекул глюкозы она равна 180.Белки представляют собой высокомолекулярные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Живыми организмами используется 20 аминокислот, хотя их существует значительно больше. В состав любой аминокислоты входит аминогруппа (-NH₂), обладающая основными свойствами, и карбоксильная группа (-СООН), имеющая кислотные свойства.

Две аминокислоты соединяются в одну молекулу путем  установления связи HN-CO с выделением молекулы воды. В этом случае от аминогруппы одной аминокислоты отделяется ион H+, а от карбоксила другой радикал ОН с образованием молекулы воды. Соединение, возникающее из двух и большего числа аминокислотных остатков, называется полипептидом. В нем между мономерами существуют самые прочные ковалентные связи. Связь между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксилом другой называется пептидной. Белки представляют собой полипептиды, содержащие десятки и сотни аминокислот. Молекулы различных белков отличаются друг от друга молекулярной массой, числом, составом аминокислот и последовательностью расположения их в полипептидной цепи. Понятно поэтому, что белки отличаются огромным разнообразием, их количество у всех видов живых организмов оценивается числом 10¹⁰ – 10¹².