Л1. Химичен състав на клетката Flashcards
Химични елементи в неживата и живата природа
- в неживата 99% са O, Si, Al, Ca, Fe и др.
- в живата има само около 30 елемента, като преобладават леку елемент
- Няма качествена разлика в елементите, образуващи живата и неживата природа; разликата е само количествена.
Макроелементи
- тези, които са в най-голямо количество в живите организми (98%)
- H, O, C, N
- макроелементи, влизат и биогенните
Микроелементи
- P,S, Na, Ca, Cl, Mg, Fe
Ултрамикроелементи
Mn, Co, Cu, Zn, Mo
В клетката са най-застъпени 4 вида с-ния:
- въглехидрати (H,O,C
- белтъци (H,O,C,N,S)
- НК (H,O,C,N,P)
- липиди (H,O,C)
Йони в клетката
- Na+, K+ - участват в генерирането на нервните импулси
- Ca2+ , Mg2+ - кофактори на много ензими
- Mg2+ - сглобяване на рибозоми, част от молекулата на хлорофила за процеса фотосинтеза
- Ca2+ - сглобянване на актинови микрофиламенти, образува соли – кости и зъби
- Fe2+ - част от молекулата на хеоглобина – дихателен пигмент, който пренася кислород в кръвта главно на гръбначни животни
- Cl- - най-важният едновалентен анион в клетката и в телесните течности; заедно с натрия и калия, хлорът пренася електрични заряди, когато е в разтворено състояние в телесните течности, затова тези 3 елемента са главните „електролити“ - те определят фунционирането на нервните клетки, участват в регулацията на телесните течности и на киселинно-алкалното равновесие в организма.
Концентрация на йони в клетката
- поддържа се на постоянно равнище с помощта на специални механизми.
- Йонният състав на клетката наподобява този на моркста вода.
Свойства на солите:
- поддържат рН
-осмотично налягане
-участват в образуването и предаването на енергия - участват в модификацията на белтъци
- кофактори на различни ензими
- представляват сигнали
- в някои тъкани се отлагат като неразтворими соли
Функции на микроелементи
изпълняват важни фунцки в метаболитните процеси :
- Cu – част от дихателния пигмент, пренасящ кислород в хемолимфата на много безгръбначни.
- Mn, Zn – ко-фактори на ензими, необходими за протичането на различни химични реакции в клетката
- I – участва в молекулата тироксин
- F – необходим за изграждането на зъбния емайл
- Со - компонент на витамин В12, който се синтезира от някои микроорганизми, например в стомашния тракт на човека. (недостигът на този витамин води до развитие на анемия)
Вода
- най-широко разпространеното съединение в живите организми
- вътрешна течна среда за клетките, а клетките са потопени във воден разтвор – телесните течности.
Съдържание на водата
- в различните видове клетки силно варира (70 – 80%) и намалява със стареенето им
- бива свободна и свързана
Структура на водната молекула
- 2 водородни атома, свързани ковалентно с един кислороден атом
- образува се V образна форма с ъгъл между Н атоми от 109.5о, но поради отблъскването на електроните ъгъла намаля до 104.5о;
- кислородния атом има силна електроотрицателност (способност на ядрото да привлича електроните), това издърпва електронните двойки до ядрото и оголва ядрата на Н атоми (те са протони) и затова молекулата на водата придобива полярност(става дипол);
- всеки кислороден атом може да взаимодейства с два други Н атома чрез водородни връзки, това придава определена „структура”, но тя не е постоянно защото Н връзките постоянно се образуват и разкъсват
Свойства на водата
- Полярността на водната молекула обяснява особените свойства на водата, които я отличават от други молекули
- добър разтворител
- висока топлоемкост
-най-добрия топлопроводник след металите
-високо повърхностно напрежение
-нисък вискозитет
Водата като разтворител
- Добър разтворител за полярни молекули
- Когато във водата попаднат кристални соли, те дисоциират до йони – във водна среда всеки от йоните на солта се привлича от водните молекули.
-Молекулите, които нямат полярни групи, не могат да се разтварят във вода. Когато такава молекула попадне във вода, се образува малко пространство, в което тя се разполага; стените на тази кухина са образувани от водни молекули, свързани с водородни връзки. Подобни взаимодействия играят важна роля при образуването на биологичните структури, като клетъчни мембрани. Те са в основата на формиране на специфичната пространствена структура на макромолекулите.
Топлинни свойства на водата
- замръзва при 0 градуса и кипи при 100
-топлоемкост – може да поема голямо количество топлина при сравнително малко повишаване на темпартутурата - свойство на топлинен буфер. Водата поглъща топлината в огранизма, отделена при протичане на химични реакции, разпределя я равномерно и така предпазва клетката от увреждане.
-добър проводник – спомага за пренасяне на топлина от 1 клетка към друга
Водата като среда на живот
- много химични реакции в клетките протичат със свързване или отделяне на вода
-в твърдо агрегатно състояние тя има по-малка плътност в сравнение с течно, най-високата плътност на водата е при 4 градуса, - ледът е по-лек от водата и това предпазва обитателите на водни басейни от замръзване при ниски температутри на средата.
Повърхностно напрежение на водата
- То се формира на граничната водна повърхност с въздушната среда и се определя от здравото свързване на водните молекули, поради това водата образува капки, а не се разстила в тънък слой.
-Повърхностното напрежение определя капилярните свойства на водата, това позволява изкачването й по проводящата тъкан на растенията.
-високото повърхностно напрежение на водата е основен фактор за изграждането на мембранните структури на клетките.
Осмоза, осмотично налягане
– Това е силата, която движи водните молекули през пропусклива мембрана, разделяща водата от разтвора, от по-ниска към по-висока концентрация
– Колкото е по-голяма концентрацията на разтворите, толкова е по-голямо осмотичното налягане
– Концентрацията се определя от броя частици заемащи даден обем
Изотоничност, Хипертоничност, Хипотоничност
– Изоточничнот: равна концентрация от двете страни на пропускливата мембрана; обема на клетката не се променя
– Хипертоничност(високо осмотично налягане): частиците извън клетката са повече и тя губи вода и се сбръчква
– Хипотоничност(ниско осмотично налягане): частиците вътре в клетката са повече, водата навлиза и клетката се пука
Киселинно-алкално равновесие; скала рН
– Има голямо значение за работата на ензимите, защото те работят в точно определено рН (близко до неутралното)
– Степента на киселинност зависи от концентрацията на на Н+ за единица обем, а алаклността зависи от концентрацията на ОН-.
– И двете могат да се определят от концентрацията на Н+.
– Границите са 0—7—14.
– Неутрално- рН 7
– Силно киселинно – рН 1.
– Силно алкално – рН 14.
– В клетката рН е 7,2, а в кървта 7,4/
– Нарушение на рН се избягва чрез буферни системи, които неутрализират тези продукти.
Прости захари
Простите захари (онозахаридите са широко разпорстранени и в животински, и в растителни клетки
-глюкозидни връзки
- молекулата им е изградена от няколко въглеродни атома, като най-често се срещат съставените от 5 (пентоза), 6 (хексоза). Важно значение за клетката има пентозата рибоза (градивен елемент на нуклеиновите киселини) и хексозата глюкоза – доставя енергия и участва в много други клетъчни процеси
- монозахаридите са структурни звена (мономери), които изграждат олигозахаридите (напр. дизахири като захароза (глюкоза и фруктоза) и лактозата (глюкоза и галактоза) и полизахаридите.
Полизахариди
- макромолекули с дълги вериги, образувани от стотици и хиляди мономери ;
- могат да бъдат включени еднакви или рзлични мономери ; напр.: скорбялата, целулозата и гликогенът са иградени от остатъци на глюкозата, а хиалуроновата киселина – от редуващи се остатъци на 2 различни мономера – глюкуронова киселина и ацетилглюкозамин; свързвайки се, образуват линейни (скорбяла, целулоза) или разклонени (гликоген) вериги.
въглеводородите заемат централно място в метаболиза на…
фотосинтезиращите организми (автотрофи); някои полизахариди служат като енергичен резерв – гликоген при животни, скорбяла при растения
Полизахариди (функции)
-много полизахариди служат като извънклетъчни опорни структури ; други влизат в състава на съединителната тъкан на гръбначните и външния скелет на членестоногите (хитин)
-най-разпространенто съединение в природата – целулозата (в клетъчната стена на растенията)
- въглехидратите – придават биологична специфичност на повърхността на животинските клетки и осигуряват контакта между съседни клетки
- Полизахаридите служат като резерви за глюкоза, като структурни компоненти или като “лепило“, което задържа някои клетки заедно
Хексози и пентози
-хекзоси: глюкоза, галактоза, маноза, фукоза
- пентози – рибоза и дезоксирибоза; ксилоза (участва в състава на клетъчния гликокаликс
D-Глюкоза
типичният външен източник на енергия за висшите организми; може да съществува в 3 форми – линейна структура и 2 вида пръстеновидни структури.
Маноза
-манозата е идентичн на глюкозата с изключение на ориентацията на групите, свързани към 2ри въглерод – обърнати са.
Епимерази
– ензими, които провеждат реакциите, при които (напр.) глюкоза се превръща в маноза или галактоза чрез разкъсване и формиране на връзки.
Гликоген, скорбяла, целулоза
- Гликоген (животни) – много дълга и нагъната верига от глюкозни остатъци;
- Скорбяла (растения) – амилоза (ненагъната) и амилопектин (нагъната) форма;
- Скорбялата и гликогенът са изградени от алфа аномери на глюкозата;
- Целулозата съставя растителните клетъчни стеми – ненагъната; съставена от бета-аномери на глюкозата, много видове растения, бакетрии и плесени продуцират целулозно-разграждащи ензими (но не и хората), както и кравите и термитите.
Мастни киселини
- имат сравнително дълга неразклонена верига от въглеродни атоми
- основен структурен компонент на липидите
Липиди
към липидите се отнасят различни по химичен състав съединения, които се синтезират от общ предшественик
3 основни функции на липидите
- основен компонент на клетъчните мембрани
- служат като форма на запасяване на енергия
- играят важна роля в междуклетъчната сигнализация
Структура на мастни киселини
мастни киселини са съставени от въглеродна верига , изградена обикновено от 16-18 въглеродни атома, и карбоксилна група (-СООН) накрая.
-могат да бъдат наситени (да съдържат само единини връзки) или ненаситени.
Триглицериди
най-широко разпространени в природата са неутралните мазнини (триглицериди), които представляват естери на алкохола глицерол с 3 молекули еднакви или различни мастни киселини
Фосфолипиди
- основен компонент на биологичните мембрани
- 2 мастни киселини, свързани с алкохола глицерол чрез естерификация с 2 от хидроксилните му групи, а третата му хидроксилна група е естерифицирана с фосфорна киселина.
- Допълнително ОН-групата може да бъде естерефицирана с азотосъдържащ алкохол.
- Всички фосфолипиди имат хидрофобни опашки и хидрофилни глави
Сфинголипиди
вместо глицерол съдържа алкохола сфингозин, една мастна киселина, фосфат и друга химична група.
Гликолипиди
(съдържат се в много клетъчни мембрани) наподобяват по структура на фосфолипидите - съставени са от 2 въглеводородни вериги, свързани с полярна глава, която съдържа въглехидратни остатъци
Осапунващи липиди
- при нагряване с основи се хидролизират и от остатъците на мастните киселини се образуват сапуни
- фосолипиди, гликолипиди, сфинголипиди, стероиди
Стероиди
- молекулата им съдържа 4 кондензирани въглеводорни пръстена), основен техен представител - холестерол (притежава и хидроксилна група)
Холестерол
- от холестерола се синтезират стероидните хормони (полови хормони, кортикостероиди). Тези липиди изпълняват фунцкия на сигнални молекули => регулация
Каротиноиди
пигменти в растителните клетки, които поглъщат светлина и участват в процеса фотосинтеза; един от продуктите на разграждането им е витамин А. необходим за зрението на животните
линолова и линеоленова киселини
не се произвеждат от бозайниците и трябва да се приемат
Цис и транс мазнини
По принцип мастните киселини в биологичните системи съдържат само цис двойни връзки
Връзки в мастни киселини
мастните киселини могат да бъдат свързани към други молекули ковалентно чрез дехидтратираща реакция – естерификация – ОН от карбоксилната група на мастната киселина и Н от хидроксилната група на другата молекула се губят. – В новообразуваното съединение, частта на мастната киселина се нарича ацетилна група.
Структура на АК
- съдържат въглероден атом, карбоксилна група (-СООН), аминогрупа(NH2) и странична верига, по която се различават различните аминокиселини;
-понеже алфа С в аминокиселините (освен в глицина) е асиметричен, тези олекули могат да съществуват в две огледални форми – D (dextro) и L (levo). Те не могат да се првръщат една в друга без разкъсване и формиране на връзки. С излючение на някои редки случаи, само Л формите се срещат в протеините - радикалите на аминокиселините се различават в размер, форма, заряд, хидрофобност и реактивоспособност.
най-често срещаните аминокиселини са
люцерин, серин, лизин и глатамична киселина
Аминокиселините с полярни радикали са…
хидрофилни и често са на повърхността на протеините – така правят протеините разтворими и могат да формират нековалентни връзки с други молекули, разтворими във вода.
Аминокиселините с неполярни радикали са …
хидрофобни, те често агрегират, за да формират ядрото на много протеини, което не се разтваря във вода. По този начин хидрофобността определя триизмерната структура на протеините.
Връзки при АК
пептидни;
във воден разтвор аминокиселините съществуват във вид
на йони; в основна среда имат свойства на киселини (карбоксилната група е донор на Н+), в кисела среда – на основи (аминната група е акцептор на Н+) -имат амфотерен характер;
при алкалните аминокиселини R има положителен заряд, при киселите – отрицателен, в останалите аминокиселини R е неутрален
Връзки при НК
Фосфодиестерни
Структура на нуклеотиди
В нуклеотидите 1‘ С атомът на пентозата е закачен за азота на 9 позиция от пурина или на 1 на пирамидина. Киселинният характер се дължи на фосфатната група, която при нормални, вътреклетъчни условия, отдава водороден атом и така става неативно заредена.
Азотни бази
аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацин. Цитозинът, тиминът и урацилът са малки (пиримидинови) бази (с единичен пръстен), а аденинът и гуанинът – големи (пуринови) бази (с двоен пръстен)
Връзки в нукелотиди
-нуклеотидите се свързват черз здрави ковалентни връзки (фосфодиестерни връзки) в линейна полинуклеотидна верига (нуклеинова киселина)
при свързване на нуклеотидите допълнително с една или с 2 молекули фосфорна киселина се образуват съотв. нуклеозиддифосфати и нуклеозидотрифосфати
-връзките между фосфатните остатъци са макроергични, т.е. по-богати на енергия от обикновената ковалетна връзка
