Έργο «βιολογικός ρόλος χημικών στοιχείων». Χημικά στοιχεία στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών - Υπερμάρκετ Γνώσης

Κύτταρο

Από τη σκοπιά της έννοιας των ζωντανών συστημάτων κατά τον A. Lehninger.

    Ένα ζωντανό κύτταρο είναι ένα ισόθερμο σύστημα οργανικών μορίων ικανό να αυτορυθμίζεται και να αυτοαναπαράγεται, να εξάγει ενέργεια και πόρους από το περιβάλλον.

    Ένας μεγάλος αριθμός διαδοχικών αντιδράσεων λαμβάνουν χώρα σε ένα κύτταρο, η ταχύτητα των οποίων ρυθμίζεται από το ίδιο το κύτταρο.

    Το κύτταρο διατηρείται σε μια σταθερή δυναμική κατάσταση, μακριά από την ισορροπία με το περιβάλλον.

    Τα κύτταρα λειτουργούν με βάση την αρχή της ελάχιστης κατανάλωσης συστατικών και διεργασιών.

Οτι. Ένα κύτταρο είναι ένα στοιχειώδες ζωντανό ανοιχτό σύστημα ικανό για ανεξάρτητη ύπαρξη, αναπαραγωγή και ανάπτυξη. Είναι η στοιχειώδης δομική και λειτουργική μονάδα όλων των ζωντανών οργανισμών.

Χημική σύνθεσηκύτταρα.

Από τα 110 στοιχεία του περιοδικού πίνακα του Mendeleev, τα 86 βρέθηκαν να υπάρχουν συνεχώς στο ανθρώπινο σώμα. Τα 25 από αυτά είναι απαραίτητα για την κανονική ζωή, τα 18 είναι απολύτως απαραίτητα και τα 7 είναι χρήσιμα. Σύμφωνα με την ποσοστιαία περιεκτικότητα στο κύτταρο, τα χημικά στοιχεία χωρίζονται σε τρεις ομάδες:

    Μακροστοιχεία Τα κύρια στοιχεία (οργανογόνα) είναι το υδρογόνο, ο άνθρακας, το οξυγόνο, το άζωτο. Η συγκέντρωσή τους: 98 – 99,9%. Είναι καθολικά συστατικά οργανικών κυτταρικών ενώσεων.

    Μικροστοιχεία - νάτριο, μαγνήσιο, φώσφορος, θείο, χλώριο, κάλιο, ασβέστιο, σίδηρος. Η συγκέντρωσή τους είναι 0,1%.

    Υπερμικροστοιχεία - βόριο, πυρίτιο, βανάδιο, μαγγάνιο, κοβάλτιο, χαλκός, ψευδάργυρος, μολυβδαίνιο, σελήνιο, ιώδιο, βρώμιο, φθόριο. Επηρεάζουν τον μεταβολισμό. Η απουσία τους προκαλεί ασθένειες (ψευδάργυρος - Διαβήτης, ιώδιο - ενδημική βρογχοκήλη, σίδηρος - κακοήθης αναιμίακαι τα λοιπά.).

Η σύγχρονη ιατρική γνωρίζει γεγονότα σχετικά με τις αρνητικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ βιταμινών και μετάλλων:

    Ο ψευδάργυρος μειώνει την απορρόφηση του χαλκού και ανταγωνίζεται τον σίδηρο και το ασβέστιο για την απορρόφηση. (και η ανεπάρκεια ψευδαργύρου προκαλεί αποδυνάμωση ανοσοποιητικό σύστημα, μια σειρά από παθολογικές καταστάσεις των ενδοκρινών αδένων).

    Το ασβέστιο και ο σίδηρος μειώνουν την απορρόφηση του μαγγανίου.

    Η βιταμίνη Ε δεν συνδυάζεται καλά με τον σίδηρο και η βιταμίνη C δεν συνδυάζεται καλά με τις βιταμίνες του συμπλέγματος Β.

Θετική αλληλεπίδραση:

    Η βιταμίνη Ε και το σελήνιο, καθώς και το ασβέστιο και η βιταμίνη Κ, δρουν συνεργικά.

    Η βιταμίνη D είναι απαραίτητη για την απορρόφηση του ασβεστίου.

    Ο χαλκός προάγει την απορρόφηση και αυξάνει την αποτελεσματικότητα της χρήσης του σιδήρου στον οργανισμό.

Ανόργανα συστατικά του κυττάρου.

Νερό- το πιο σημαντικό συστατικόκύτταρα, το καθολικό μέσο διασποράς της ζωντανής ύλης. Τα ενεργά κύτταρα των χερσαίων οργανισμών αποτελούνται από 60-95% νερό. Σε κύτταρα και ιστούς ηρεμίας (σπόροι, σπόρια) υπάρχει 10 - 20% νερό. Το νερό στο κύτταρο είναι σε δύο μορφές - ελεύθερο και συνδεδεμένο με κυτταρικά κολλοειδή. Το ελεύθερο νερό είναι ο διαλύτης και το μέσο διασποράς του κολλοειδούς συστήματος του πρωτοπλάσματος. Είναι το 95%. Το δεσμευμένο νερό (4–5%) όλων των υδάτων των κυττάρων σχηματίζει ασθενείς δεσμούς υδρογόνου και υδροξυλίου με τις πρωτεΐνες.

Ιδιότητες του νερού:

    Το νερό είναι ένας φυσικός διαλύτης για μεταλλικά ιόντα και άλλες ουσίες.

    Το νερό είναι η φάση διασποράς του κολλοειδούς συστήματος του πρωτοπλάσματος.

    Το νερό είναι το μέσο για τις μεταβολικές αντιδράσεις των κυττάρων, γιατί Οι φυσιολογικές διεργασίες συμβαίνουν σε αποκλειστικά υδάτινο περιβάλλον. Παρέχει αντιδράσεις υδρόλυσης, ενυδάτωσης, διόγκωσης.

    Συμμετέχει σε πολλές ενζυμικές αντιδράσεις του κυττάρου και σχηματίζεται κατά τον μεταβολισμό.

    Το νερό είναι πηγή ιόντων υδρογόνου κατά τη φωτοσύνθεση στα φυτά.

Βιολογική σημασία του νερού:

    Η πλειοψηφία βιοχημικές αντιδράσειςεμφανίζεται μόνο σε υδατικό διάλυμα· πολλές ουσίες εισέρχονται και εξέρχονται από τα κύτταρα σε διαλυμένη μορφή. Αυτό χαρακτηρίζει τη λειτουργία μεταφοράς του νερού.

    Το νερό παρέχει αντιδράσεις υδρόλυσης - τη διάσπαση πρωτεϊνών, λιπών, υδατανθράκων υπό την επίδραση του νερού.

    Λόγω της υψηλής θερμότητας της εξάτμισης, το σώμα ψύχεται. Για παράδειγμα, εφίδρωση στον άνθρωπο ή διαπνοή στα φυτά.

    Η υψηλή θερμοχωρητικότητα και η θερμική αγωγιμότητα του νερού συμβάλλουν στην ομοιόμορφη κατανομή της θερμότητας στο στοιχείο.

    Λόγω των δυνάμεων της πρόσφυσης (νερό - έδαφος) και της συνοχής (νερό - νερό), το νερό έχει την ιδιότητα του τριχοειδούς.

    Η ασυμπίεση του νερού καθορίζει την κατάσταση τάσης κυτταρικά τοιχώματα(turgor), υδροστατικός σκελετός σε στρογγυλά σκουλήκια.

86 που βρέθηκαν στο ανθρώπινο σώμα χημικά στοιχεία, συμπεριλαμβανεται σε Περιοδικός Πίνακαςχημικά στοιχεία Δ.Ι. Μεντελέεφ. Αυτά τα στοιχεία χωρίζονται συμβατικά σε τέσσερις ομάδες:

  • μακροστοιχεία - στοιχεία που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του κυττάρου (περίπου 98-99% όσον αφορά το ξηρό βάρος), συμπεριλαμβανομένου του άνθρακα (C), του υδρογόνου (Η), του οξυγόνου (Ο) και του αζώτου (Ν).
  • στοιχεία, η περιεκτικότητα των οποίων στο κελί, υπολογισμένη με βάση το ξηρό βάρος, είναι περίπου 1,9%. Αυτά είναι το κάλιο (K), το νάτριο (Na), το ασβέστιο (Ca), το μαγνήσιο (Mg), το θείο (S), ο φώσφορος (P), το χλώριο (Cl) και ο σίδηρος (Fe).
  • Τα στοιχεία των οποίων η περιεκτικότητα σε μια κυψέλη, υπολογιζόμενη σε ξηρό βάρος, είναι μικρότερη από 0,01% είναι μικροστοιχεία. Αυτά είναι ο ψευδάργυρος (Zn), ο χαλκός (Cu), το φθόριο (F), το ιώδιο (I), το κοβάλτιο (Co), το μολυβδαίνιο (Mo) κ.λπ.
  • στοιχεία των οποίων η περιεκτικότητα σε μια κυψέλη, υπολογισμένη με βάση το ξηρό βάρος, είναι μικρότερη από 0,00001% - υπερμικροστοιχεία: χρυσός (Au), ουράνιο (U), ράδιο (Ra) κ.λπ.

Ο ρόλος των χημικών στοιχείων στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών

Κάθε στοιχείο που συνθέτει έναν ζωντανό οργανισμό είναι υπεύθυνο για την απόδοση συγκεκριμένη λειτουργία(Τραπέζι 1).

Πίνακας 1. Ο ρόλος των χημικών στοιχείων στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών.

Χημικό στοιχείο Ουσίες που περιέχουν ένα χημικό στοιχείο Διαδικασίες στις οποίες εμπλέκεται ένα χημικό στοιχείο

Άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο

Πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, λιπίδια, υδατάνθρακες κ.λπ. οργανική ύλη

Σύνθεση οργανικών ουσιών και ολόκληρο το σύμπλεγμα λειτουργιών που επιτελούν αυτές οι οργανικές ουσίες

Κάλιο, νάτριο

Η διασφάλιση της λειτουργίας των μεμβρανών, ιδίως η διατήρηση του ηλεκτρικού δυναμικού της κυτταρικής μεμβράνης, η λειτουργία της αντλίας Na + /Ka +, νευρικές ώσεις, ανιονικές, κατιονικές και ωσμωτικές ισορροπίες

Συμμετοχή στη διαδικασία της πήξης του αίματος

Φωσφορικό ασβέστιο, ανθρακικό ασβέστιο

Οστό, σμάλτο των δοντιών, κοχύλια μαλακίων

Πηκτικό ασβέστιο

Σχηματισμός της μέσης πλάκας και του κυτταρικού τοιχώματος στα φυτά

Χλωροφύλλη

Φωτοσύνθεση

Σχηματισμός χωρικής πρωτεϊνικής δομής λόγω του σχηματισμού δισουλφιδικών γεφυρών

Νουκλεϊκά οξέα, ΑΤΡ

Σύνθεση νουκλεϊκού οξέος

Διατήρηση του ηλεκτρικού δυναμικού της κυτταρικής μεμβράνης, της λειτουργίας της αντλίας Na + /Ka +, της αγωγής των νευρικών ερεθισμάτων, των ανιόντων, των κατιόντων και των οσμωτικών ισορροπιών

Δραστηριοποίηση πεπτικά ένζυμα γαστρικό υγρό

Αιμοσφαιρίνη

Μεταφορά οξυγόνου

Κυτοχρώματα

Μεταφορά ηλεκτρονίων κατά τη φωτοσύνθεση και την αναπνοή

Μαγγάνιο

Αποκαρβοξυλάσες, αφυδρογονάσες

Οξείδωση λιπαρών οξέων, συμμετοχή στις διαδικασίες της αναπνοής και της φωτοσύνθεσης

Αιμοκυανίνη

Μεταφορά οξυγόνου σε ορισμένα ασπόνδυλα

Τυροσινάση

Σχηματισμός μελανίνης

Βιταμίνη Β 12

Σχηματισμός ερυθρών αιμοσφαιρίων

Αλκοολική αφυδρογονάση

Αναερόβια αναπνοή στα φυτά

Καρβονική ανυδράση

Μεταφορά CO 2 σε σπονδυλωτά

Φθοριούχο ασβέστιο

Οστικός ιστός, σμάλτο δοντιών

Θυροξίνη

Ρύθμιση του βασικού μεταβολισμού

Μολυβδαίνιο

Νιτρογενάση

Στερέωση αζώτου

Η ανεπάρκεια οποιουδήποτε στοιχείου μπορεί να οδηγήσει σε ασθένεια, ακόμη και θάνατο του σώματος, αφού κάθε στοιχείο παίζει έναν συγκεκριμένο ρόλο. Τα μακροστοιχεία της πρώτης ομάδας αποτελούν τη βάση των βιοπολυμερών - πρωτεϊνών, υδατανθράκων, νουκλεϊκών οξέων, καθώς και λιπιδίων, χωρίς τα οποία η ζωή είναι αδύνατη. Το θείο είναι μέρος ορισμένων πρωτεϊνών, ο φώσφορος είναι μέρος των νουκλεϊκών οξέων, ο σίδηρος είναι μέρος της αιμοσφαιρίνης και το μαγνήσιο είναι μέρος της χλωροφύλλης. Το ασβέστιο παίζει σημαντικός ρόλοςστον μεταβολισμό

Μερικά από τα χημικά στοιχεία που περιέχονται στο κύτταρο είναι μέρος ανόργανων ουσιών - μεταλλικά άλατα και νερό. Τα ορυκτά άλατα βρίσκονται στο κύτταρο, κατά κανόνα, με τη μορφή κατιόντων (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) και ανιόντων (HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, CI -, HCO 3 -), η αναλογία που καθορίζει την οξύτητα του περιβάλλοντος, η οποία είναι σημαντική για τη ζωή των κυττάρων, το ελαφρώς αλκαλικό περιβάλλον πολλών κυττάρων και το pH του σχεδόν δεν αλλάζει, επειδή μια ορισμένη αναλογία κατιόντων και ανιόντων διατηρείται συνεχώς σε το.

Το νερό παίζει μεγάλο ρόλο σε χημικές αντιδράσεις, που εμφανίζεται στο κύτταρο σε υδατικά διαλύματα. Διαλύει μεταβολικά προϊόντα που δεν χρειάζεται ο οργανισμός και έτσι προωθεί την απομάκρυνσή τους από τον οργανισμό. Η υψηλή περιεκτικότητα σε νερό στο κύτταρο του δίνει ελαστικότητα. Το νερό διευκολύνει τη μετακίνηση διαφόρων ουσιών μέσα σε ένα κύτταρο ή από κύτταρο σε κύτταρο.

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2

Ασκηση Πώς θα η έλλειψη οποιουδήποτε απαραίτητο στοιχείο? Δώσε παραδείγματα.
Απάντηση Η ανεπάρκεια οποιουδήποτε μικροστοιχείου οδηγεί σε μείωση της σύνθεσης της οργανικής ύλης στην οποία περιλαμβάνεται αυτό το μικροστοιχείο. Ως αποτέλεσμα, διαταράσσονται οι διαδικασίες ανάπτυξης, μεταβολισμού, αναπαραγωγής κ.λπ. Για παράδειγμα, η έλλειψη ιωδίου στα τρόφιμα οδηγεί σε γενική μείωση της δραστηριότητας και της ανάπτυξης του σώματος θυρεοειδής αδένας- ενδημική βρογχοκήλη. Η έλλειψη βορίου προκαλεί το θάνατο των κορυφαίων οφθαλμών στα φυτά. Η έλλειψη σεληνίου μπορεί να οδηγήσει σε καρκίνο σε ανθρώπους και ζώα.

Ο βιολογικός ρόλος των χημικών στοιχείων στο ανθρώπινο σώμα είναι εξαιρετικά ποικίλος.

Η κύρια λειτουργία των μακροστοιχείων είναι η κατασκευή ιστών, η διατήρηση σταθερής οσμωτικής πίεσης, η ιοντική και οξεοβασική σύνθεση.

Τα μικροστοιχεία, που αποτελούν μέρος ενζύμων, ορμονών, βιταμινών, βιολογικά δραστικών ουσιών ως συμπλοκοποιητές ή ενεργοποιητές, εμπλέκονται στο μεταβολισμό, τις διαδικασίες αναπαραγωγής, την αναπνοή των ιστών και την εξουδετέρωση τοξικών ουσιών. Τα μικροστοιχεία επηρεάζουν ενεργά τις διαδικασίες αιμοποίησης, οξείδωσης - μείωσης, διαπερατότητας αιμοφόρων αγγείων και ιστών. Μακρο- και μικροστοιχεία - ασβέστιο, φώσφορος, φθόριο, ιώδιο, αλουμίνιο, πυρίτιο - καθορίζουν το σχηματισμό των οστών και των οδοντικών ιστών.

Υπάρχουν ενδείξεις ότι το περιεχόμενο ορισμένων στοιχείων στο ανθρώπινο σώμα αλλάζει με την ηλικία. Έτσι, η περιεκτικότητα σε κάδμιο στα νεφρά και μολυβδαίνιο στο συκώτι αυξάνεται με το γήρας. Η μέγιστη περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο παρατηρείται κατά την εφηβεία, στη συνέχεια μειώνεται και φτάνει στο ελάχιστο στην τρίτη ηλικία. Η περιεκτικότητα σε άλλα ιχνοστοιχεία, όπως το βανάδιο και το χρώμιο, μειώνεται επίσης με την ηλικία.

Έχουν εντοπιστεί πολλές ασθένειες που σχετίζονται με ανεπάρκεια ή υπερβολική συσσώρευση διαφόρων μικροστοιχείων. Η ανεπάρκεια φθορίου προκαλεί τερηδόνα, η έλλειψη ιωδίου προκαλεί ενδημική βρογχοκήλη και η περίσσεια μολυβδαινίου προκαλεί ενδημική ουρική αρθρίτιδα. Αυτού του είδους τα μοτίβα συνδέονται με το γεγονός ότι το ανθρώπινο σώμα διατηρεί μια ισορροπία βέλτιστων συγκεντρώσεων βιογενών στοιχείων - χημική ομοιόσταση. Παραβίαση αυτής της ισορροπίας ακολουθεί

Η ανεπάρκεια ή η περίσσεια ενός στοιχείου μπορεί να οδηγήσει σε διάφορες ασθένειες

Εκτός από τα έξι βασικά μακροστοιχεία - οργανογόνα - άνθρακας, υδρογόνο, άζωτο, οξυγόνο, θείο και φώσφορος, που συνθέτουν υδατάνθρακες, λίπη, πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα, τα "ανόργανα" μακροστοιχεία είναι απαραίτητα για τη φυσιολογική διατροφή των ανθρώπων και των ζώων - το ασβέστιο. χλώριο, μαγνήσιο, κάλιο, νάτριο - και ιχνοστοιχεία - χαλκός, φθόριο, ιώδιο, σίδηρος, μολυβδαίνιο, ψευδάργυρος, και επίσης, πιθανώς (αποδεδειγμένα για τα ζώα), σελήνιο, αρσενικό, χρώμιο, νικέλιο, πυρίτιο, κασσίτερο, βανάδιο.

Η έλλειψη στοιχείων όπως ο σίδηρος, ο χαλκός, το φθόριο, ο ψευδάργυρος, το ιώδιο, το ασβέστιο, ο φώσφορος, το μαγνήσιο και ορισμένα άλλα στη διατροφή οδηγεί σε σοβαρές επιπτώσειςγια την ανθρώπινη υγεία.

Ωστόσο, πρέπει να θυμόμαστε ότι όχι μόνο η ανεπάρκεια, αλλά και η περίσσεια θρεπτικών συστατικών είναι επιβλαβής για το σώμα, καθώς η χημική ομοιόσταση διαταράσσεται. Για παράδειγμα, όταν η περίσσεια μαγγανίου καταναλώνεται με τα τρόφιμα, το επίπεδο του χαλκού στο πλάσμα αυξάνεται (συνέργεια Mn και Cu) και στα νεφρά μειώνεται (ανταγωνισμός). Η αύξηση της περιεκτικότητας σε μολυβδαίνιο στα τρόφιμα οδηγεί σε αύξηση της ποσότητας χαλκού στο συκώτι. Η περίσσεια ψευδαργύρου στα τρόφιμα προκαλεί αναστολή της δραστηριότητας των ενζύμων που περιέχουν σίδηρο (ανταγωνισμός 2n και Fe).

Τα μεταλλικά συστατικά, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας σε αμελητέες ποσότητες, γίνονται τοξικά σε υψηλότερες συγκεντρώσεις.

Η ζωτική αναγκαιότητα, η ανεπάρκεια, η τοξικότητα ενός χημικού στοιχείου παρουσιάζονται με τη μορφή καμπύλης εξάρτησης «Συγκέντρωση του στοιχείου σε τρόφιμα- αντίδραση του σώματος» (Εικ. 5.5). Το περίπου οριζόντιο τμήμα της καμπύλης (πλατό) περιγράφει την περιοχή των συγκεντρώσεων που αντιστοιχεί στη βέλτιστη ανάπτυξη, υγεία και αναπαραγωγή. Η μεγάλη έκταση του οροπεδίου δείχνει όχι μόνο τη χαμηλή τοξικότητα του στοιχείου, αλλά και τη μεγαλύτερη ικανότητα του σώματος να προσαρμοστεί σε σημαντικές αλλαγές στην περιεκτικότητα αυτού του στοιχείου. Αντίθετα, ένα στενό πλάτωμα υποδηλώνει σημαντική τοξικότητα του στοιχείου και απότομη μετάβαση από τις απαραίτητες για τον οργανισμό ποσότητες σε απειλητικές για τη ζωή. Όταν υπερβαίνετε ένα οροπέδιο (αυξάνοντας τη συγκέντρωση μικροστοιχείων), όλα τα στοιχεία γίνονται τοξικά. Τελικά, μια σημαντική αύξηση στη συγκέντρωση ιχνοστοιχείων μπορεί να οδηγήσει σε θάνατο.

Μετράται ένας αριθμός στοιχείων (άργυρος, υδράργυρος, μόλυβδος, κάδμιο κ.λπ.).

Είναι τοξικά, αφού η είσοδός τους στον οργανισμό ακόμη και σε μικροποσότητες οδηγεί σε σοβαρά παθολογικά φαινόμενα. Χημικός μηχανισμόςΟι τοξικές επιδράσεις ορισμένων ιχνοστοιχείων θα συζητηθούν παρακάτω.

Τα βιογενή στοιχεία χρησιμοποιούνται ευρέως στη γεωργία. Η προσθήκη μικρών ποσοτήτων μικροστοιχείων στο έδαφος - βόριο, χαλκό, μαγγάνιο, ψευδάργυρο, κοβάλτιο, μολυβδαίνιο - αυξάνει δραματικά την απόδοση πολλών καλλιεργειών. Αποδεικνύεται ότι τα μικροστοιχεία, αυξάνοντας τη δραστηριότητα των ενζύμων στα φυτά, προάγουν τη σύνθεση πρωτεϊνών, βιταμινών, νουκλεϊκών οξέων, σακχάρων και αμύλου. Ορισμένα από τα χημικά στοιχεία έχουν θετική επίδραση στη φωτοσύνθεση, επιταχύνουν την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών και την ωρίμανση των σπόρων. Τα μικροστοιχεία προστίθενται στις ζωοτροφές για να αυξηθεί η παραγωγικότητά τους.

Διάφορα στοιχεία και οι ενώσεις τους χρησιμοποιούνται ευρέως ως φάρμακα.

Έτσι, η μελέτη του βιολογικού ρόλου των χημικών στοιχείων, η αποσαφήνιση της σχέσης μεταξύ του μεταβολισμού αυτών των στοιχείων και άλλων βιολογικά ενεργών ουσιών - ένζυμα, ορμόνες, βιταμίνες - συμβάλλει στη δημιουργία νέων φαρμάκων και στην ανάπτυξη βέλτιστων δοσολογικών σχημάτων τόσο για θεραπευτικά όσο και για προφυλακτικά σκοποί.

>> Χημεία: Χημικά στοιχεία στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών

Περισσότερα από 70 στοιχεία έχουν ανακαλυφθεί στις ουσίες που σχηματίζουν τα κύτταρα όλων των ζωντανών οργανισμών (ανθρώπων, ζώων, φυτών). Αυτά τα στοιχεία χωρίζονται συνήθως σε δύο ομάδες: μακροστοιχεία και μικροστοιχεία.

Τα μακροστοιχεία βρίσκονται στα κύτταρα του μεγάλες ποσότητες. Πρώτα απ 'όλα, αυτά είναι ο άνθρακας, το οξυγόνο, το άζωτο και το υδρογόνο. Μαζί αποτελούν σχεδόν το 98% του συνολικού περιεχομένου του κυττάρου. Εκτός από αυτά τα στοιχεία, τα μακροστοιχεία περιλαμβάνουν επίσης μαγνήσιο, κάλιο, ασβέστιο, νάτριο, φώσφορο, θείο και χλώριο. Η συνολική περιεκτικότητά τους είναι 1,9%. Έτσι, το μερίδιο των άλλων χημικών στοιχείων ανέρχεται περίπου στο 0,1%. Αυτά είναι μικροστοιχεία. Αυτά περιλαμβάνουν σίδηρο, ψευδάργυρο, μαγγάνιο, βόριο, χαλκό, ιώδιο, κοβάλτιο, βρώμιο, φθόριο, αλουμίνιο κ.λπ.

Στο γάλα των θηλαστικών βρέθηκαν 23 ιχνοστοιχεία: λίθιο, ρουβίδιο, χαλκός, άργυρος, βάριο, στρόντιο, τιτάνιο, αρσενικό, βανάδιο, χρώμιο, μολυβδαίνιο, ιώδιο, φθόριο, μαγγάνιο, σίδηρος, κοβάλτιο, νικέλιο κ.λπ.

Το αίμα των θηλαστικών περιέχει 24 ιχνοστοιχεία και ο ανθρώπινος εγκέφαλος περιέχει 18 ιχνοστοιχεία.

Όπως μπορείτε να δείτε, δεν υπάρχουν ειδικά στοιχεία στο κύτταρο που να είναι χαρακτηριστικά μόνο της ζωντανής φύσης, δηλαδή στο ατομικό επίπεδο δεν υπάρχουν διαφορές μεταξύ της ζωντανής και της άψυχης φύσης. Αυτές οι διαφορές εντοπίζονται μόνο σε επίπεδο σύνθετες ουσίες- επί μοριακό επίπεδο. Έτσι, μαζί με ανόργανες ουσίες(νερό και μεταλλικά άλατα) τα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών περιέχουν ουσίες που είναι χαρακτηριστικές μόνο γι 'αυτούς - οργανικές ουσίες (πρωτεΐνες, λίπη, υδατάνθρακες, νουκλεϊκά οξέα, βιταμίνες, ορμόνες κ.λπ.). Αυτές οι ουσίες κατασκευάζονται κυρίως από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και άζωτο, δηλαδή από μακροστοιχεία. Τα μικροστοιχεία περιέχονται σε αυτές τις ουσίες σε μικρές ποσότητες, ωστόσο ο ρόλος τους στη φυσιολογική λειτουργία των οργανισμών είναι τεράστιος. Για παράδειγμα, οι ενώσεις του βορίου, του μαγγανίου, του ψευδαργύρου και του κοβαλτίου αυξάνουν δραματικά την απόδοση μεμονωμένων γεωργικών φυτών και αυξάνουν την αντοχή τους σε διάφορες ασθένειες.

Οι άνθρωποι και τα ζώα λαμβάνουν τα μικροστοιχεία που χρειάζονται για την κανονική ζωή μέσω των φυτών που τρώνε. Εάν δεν υπάρχει αρκετό μαγγάνιο στα τρόφιμα, τότε είναι πιθανή η καθυστέρηση της ανάπτυξης, η καθυστερημένη εφηβεία και οι μεταβολικές διαταραχές κατά το σχηματισμό του σκελετού. Η προσθήκη κλασμάτων ενός χιλιοστόγραμμα αλάτων μαγγανίου στην καθημερινή διατροφή των ζώων εξαλείφει αυτές τις ασθένειες.

Το κοβάλτιο είναι μέρος της βιταμίνης Β12, η ​​οποία είναι υπεύθυνη για τη λειτουργία των οργάνων που σχηματίζουν αίμα. Η έλλειψη κοβαλτίου στα τρόφιμα συχνά προκαλεί σοβαρή ασθένεια, που οδηγεί σε εξάντληση του σώματος και ακόμη και θάνατο.

Η σημασία των μικροστοιχείων για τον άνθρωπο αποκαλύφθηκε για πρώτη φορά κατά τη μελέτη μιας ασθένειας όπως η ενδημική βρογχοκήλη, η οποία προκλήθηκε από έλλειψη ιωδίου στα τρόφιμα και το νερό. Η λήψη αλατιού που περιέχει ιώδιο οδηγεί στην ανάρρωση και η προσθήκη του στα τρόφιμα σε μικρές ποσότητες αποτρέπει την ασθένεια. Για το σκοπό αυτό ιωδιούται επιτραπέζιο αλάτι στο οποίο προστίθεται 0,001-0,01% ιωδιούχο κάλιο.

Οι περισσότεροι βιολογικοί καταλύτες ενζύμων περιέχουν ψευδάργυρο, μολυβδαίνιο και ορισμένα άλλα μέταλλα. Αυτά τα στοιχεία, που περιέχονται σε πολύ μικρές ποσότητες στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών, εξασφαλίζουν τη φυσιολογική λειτουργία των καλύτερων βιοχημικών μηχανισμών και είναι πραγματικοί ρυθμιστές ζωτικών διεργασιών.

Πολλά μικροστοιχεία περιέχονται σε βιταμίνες - οργανικές ουσίες διαφόρων χημικών φύσεων που εισέρχονται στον οργανισμό με την τροφή σε μικρές δόσεις και έχουν μεγάλη επίδραση στο μεταβολισμό και γενική ζωτική δραστηριότητασώμα. Με τον δικό μου τρόπο βιολογική επίδρασηείναι κοντά στα ένζυμα, αλλά τα ένζυμα σχηματίζονται από τα κύτταρα του σώματος και οι βιταμίνες συνήθως προέρχονται από τα τρόφιμα. Πηγές βιταμινών είναι τα φυτά: εσπεριδοειδή, τριανταφυλλιά, μαϊντανός, κρεμμύδια, σκόρδο και πολλά άλλα. Ορισμένες βιταμίνες - Α, Β1, Β2, Κ - λαμβάνονται συνθετικά. Οι βιταμίνες πήραν το όνομά τους από δύο λέξεις: vita - ζωή και αμίνη - που περιέχει άζωτο.

Τα μικροστοιχεία αποτελούν επίσης μέρος των ορμονών - βιολογικά ενεργών ουσιών που ρυθμίζουν τη λειτουργία οργάνων και συστημάτων οργάνων σε ανθρώπους και ζώα. Παίρνουν το όνομά τους από την ελληνική λέξη harmao - κατακτώ. Οι ορμόνες παράγονται από τους αδένες εσωτερική έκκρισηκαι εισέρχονται στο αίμα, το οποίο τα μεταφέρει σε όλο το σώμα. Ορισμένες ορμόνες λαμβάνονται συνθετικά.

1. Μακροστοιχεία και μικροστοιχεία.

2. Ο ρόλος των μικροστοιχείων στη ζωή των φυτών, των ζώων και των ανθρώπων.

3. Οργανικές ουσίες: πρωτεΐνες, λίπη, υδατάνθρακες.

4. Ένζυμα.

5. Βιταμίνες.

6. Ορμόνες.

Σε ποιο επίπεδο μορφών ύπαρξης ενός χημικού στοιχείου ξεκινά η διαφορά μεταξύ ζωντανής και άψυχης φύσης;

Γιατί τα μεμονωμένα μακροστοιχεία ονομάζονται και βιογενή; Καταγράψτε τα.

Περιεχόμενο μαθήματος σημειώσεις μαθήματοςυποστήριξη μεθόδων επιτάχυνσης παρουσίασης μαθήματος διαδραστικές τεχνολογίες Πρακτική εργασίες και ασκήσεις αυτοδιαγνωστικά εργαστήρια, προπονήσεις, περιπτώσεις, αποστολές ερωτήσεις συζήτησης εργασιών για το σπίτι ρητορικές ερωτήσεις από μαθητές εικονογραφήσεις ήχου, βίντεο κλιπ και πολυμέσαφωτογραφίες, εικόνες, γραφικά, πίνακες, διαγράμματα, χιούμορ, ανέκδοτα, αστεία, κόμικ, παραβολές, ρήσεις, σταυρόλεξα, αποσπάσματα Πρόσθετα περιλήψειςάρθρα κόλπα για την περίεργη κούνια σχολικά βιβλία βασικά και επιπλέον λεξικό όρων άλλα Βελτίωση σχολικών βιβλίων και μαθημάτωνδιόρθωση λαθών στο σχολικό βιβλίοενημέρωση ενός τμήματος σε ένα σχολικό βιβλίο, στοιχεία καινοτομίας στο μάθημα, αντικατάσταση ξεπερασμένων γνώσεων με νέες Μόνο για δασκάλους τέλεια μαθήματαημερολογιακό σχέδιο για το έτος· μεθοδολογικές συστάσεις· πρόγραμμα συζήτησης Ολοκληρωμένα Μαθήματα

Πίνακας 4.1

Λειτουργία μακροστοιχείων στο σώμα

Στοιχεία Λειτουργία Ελάττωμα
Φώσφορος Συμμετέχει στην κατασκευή όλων των κυττάρων του σώματος, σε όλα μεταβολικές διεργασίες, πολύ σημαντικό για τη λειτουργία του εγκεφάλου, εμπλέκεται στο σχηματισμό ορμονών. Χρόνια κόπωση, μειωμένη προσοχή. Συνθήκες ανοσοανεπάρκειας. Μειωμένη αντίσταση στις λοιμώξεις. Δυστροφικές αλλαγέςστο μυοκάρδιο. Οστεοπόρωση.
Ασβέστιο Σχηματισμός οστικό ιστό, ανοργανοποίηση των δοντιών. Συμμετοχή στις διαδικασίες πήξης του αίματος. Ρύθμιση της διαπερατότητας της κυτταρικής μεμβράνης. Ρύθμιση διεργασιών νευρικής αγωγιμότητας και μυϊκών συσπάσεων. Διατήρηση σταθερής καρδιακής δραστηριότητας. Ενεργοποιητής ενζύμων και ορμονών. Γενική αδυναμία, αυξημένη κόπωση. Πόνος, μυϊκές κράμπες. Διαταραχές στις διαδικασίες ανάπτυξης. Σκελετική απασβέστωση, οστεοπόρωση, σκελετική παραμόρφωση. Διαταραχές ανοσίας. Μειωμένη πήξη του αίματος, αιμορραγία.
Μαγνήσιο Συμμετοχή σε μεταβολικές διεργασίες, αλληλεπίδραση με κάλιο, νάτριο, ασβέστιο. Ενεργοποιητής για πολλές ενζυμικές αντιδράσεις. Ρύθμιση νευρομυϊκής αγωγιμότητας, τόνος λείος μυς Ευερεθιστότητα, πονοκέφαλοι, ταλαντεύσεις πίεση αίματος, ΧΤΥΠΟΣ καρδιας.
Κάλιο Βοηθά στην παραγωγή σχεδόν όλων των ενζύμων. Υπεύθυνος για την καρδιακή αγωγιμότητα και κατάσταση του καρδιαγγειακού συστήματοςγενικά. Σχηματισμός ηλεκτρικού δυναμικού με ανταλλαγή με ιόντα νατρίου («αντλία καλίου-νάτριου») Καρδιακές αρρυθμίες, υπνηλία, μυϊκή αδυναμία, ναυτία, κατακράτηση ούρων, μειωμένη αρτηριακή πίεση.
Νάτριο Παρέχει ισορροπία οξέος-βάσης. Βοηθά τους ιστούς να συγκρατούν το νερό. Σχηματισμός ηλεκτρικού δυναμικού με ανταλλαγή με ιόντα καλίου («αντλία καλίου-νάτριου») Απώλεια βάρους, αδυναμία, τριχόπτωση, εντερικές διαταραχές, σπασμωδικές μυϊκές συσπάσεις
Σίδερο Συμμετέχει στην παραγωγή αιμοσφαιρίνης και αναπνευστικών ενζύμων. Διεγείρει την αιμοποίηση. Σιδηροπενική αναιμία και υποξία. Πονοκέφαλοι, απώλεια μνήμης. Επιβράδυνση της ψυχικής και φυσική ανάπτυξηστα παιδιά. Cardiopalmus. Ανοσολογική καταστολή. Αυξημένος κίνδυνος εμφάνισης μολυσματικών και καρκινικών ασθενειών.

Πίνακας 4. 1 (τέλος)

Λειτουργία μικροστοιχείων και υπερμικροστοιχείων στο ανθρώπινο σώμα

Στοιχεία Λειτουργία Ελάττωμα
Ιώδιο Παίζει σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό της θυρεοειδικής ορμόνης - θυροξίνης. Οι λειτουργίες του θυρεοειδούς αδένα διαταράσσονται και με ανεπάρκεια ιωδίου, η δομή του αλλάζει επίσης - μέχρι την ανάπτυξη βρογχοκήλης.
Χρώμιο Ελέγχει την επεξεργασία των σακχάρων και άλλων υδατανθράκων, τον μεταβολισμό της ινσουλίνης. Αυξημένο σάκχαρο στο αίμα, μειωμένη απορρόφηση γλυκόζης και με παρατεταμένη ανεπάρκεια, μπορεί να αναπτυχθεί διαβήτης.
Χαλκός Συμμετέχει στη σύνθεση των ερυθρών αιμοσφαιρίων, του κολλαγόνου (υπεύθυνο για την ελαστικότητα του δέρματος) και στην ανανέωση των κυττάρων του δέρματος. Προωθεί τη σωστή απορρόφηση του σιδήρου. Αναιμία, μειωμένη μελάγχρωση μαλλιών και δέρματος, θερμοκρασία κάτω από το φυσιολογικό, ψυχικές διαταραχές.
Σελήνιο Επιβραδύνει τη διαδικασία γήρανσης, ενισχύει το ανοσοποιητικό σύστημα. Είναι ένα φυσικό αντιοξειδωτικό - προστατεύει τα κύτταρα από τον καρκίνο. Μειωμένη ανοσία, επιδείνωση της καρδιακής λειτουργίας
Ψευδάργυρος Βοηθά τα παγκρεατικά κύτταρα να παράγουν ινσουλίνη. Συμμετέχει στον μεταβολισμό λίπους, πρωτεϊνών και βιταμινών, στη σύνθεση ορισμένων ορμονών. Διεγείρει την αναπαραγωγική λειτουργία στους άνδρες, τη γενική ανοσία, την αντίσταση στις λοιμώξεις. Καθυστερημένη ψυχοκινητική ανάπτυξη στα παιδιά, φαλάκρα, δερματίτιδα, μειωμένη ανοσία και αναπαραγωγική λειτουργία, ευερεθιστότητα, κατάθλιψη.
Μαγγάνιο Συμμετέχει στις οξειδωτικές διεργασίες, στο μεταβολισμό των λιπαρών οξέων και ελέγχει τα επίπεδα χοληστερόλης. Διαταραχές του μεταβολισμού της χοληστερόλης, αγγειακή αθηροσκλήρωση.
Μολυβδαίνιο Διεγείρει το μεταβολισμό, βοηθά στη φυσιολογική διάσπαση των λιπών. Λιπίδια (λίπος) και μεταβολισμός υδατανθράκωνουσίες, πεπτικά προβλήματα.
Φθόριο Συμμετέχει στο σχηματισμό σκληρών οδοντικών ιστών και σμάλτου των δοντιών. Η δύναμη των οστών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από αυτό. Ευθραυστότητα του σμάλτου των δοντιών, φλεγμονώδεις ασθένειεςούλα (για παράδειγμα, περιοδοντίτιδα).
Κοβάλτιο Ενεργοποιεί μια σειρά από ένζυμα, ενισχύει την παραγωγή πρωτεϊνών, συμμετέχει στην παραγωγή της βιταμίνης Β12 και στο σχηματισμό ινσουλίνης. Ανεπάρκεια βιταμίνης Β12, που οδηγεί σε μεταβολικές διαταραχές.

Οργανική ύλη

Οι οργανικές ενώσεις αποτελούν κατά μέσο όρο το 20-30% της κυτταρικής μάζας ενός ζωντανού οργανισμού. Αυτά περιλαμβάνουν βιολογικά πολυμερή - πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα και πολυσακχαρίτες, καθώς και λίπη και μια σειρά από οργανικές ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους - αμινοξέα, απλά σάκχαρα, νουκλεοτίδια κ.λπ.

Τα πολυμερή είναι πολύπλοκα διακλαδισμένα ή γραμμικά μόρια που αποσυντίθενται σε μονομερή κατά την υδρόλυση. Εάν ένα πολυμερές αποτελείται από έναν τύπο μονομερούς, τότε ένα τέτοιο πολυμερές ονομάζεται ομοπολυμερές· εάν το μόριο πολυμερούς περιέχει διαφορετικά μονομερή, τότε είναι ετεροπολυμερές.

Εάν μια ομάδα διαφορετικών μονομερών σε ένα μόριο πολυμερούς επαναλαμβάνεται, είναι ένα κανονικό ετεροπολυμερές· εάν δεν υπάρχει επανάληψη μιας συγκεκριμένης ομάδας μονομερών, είναι ένα ακανόνιστο ετεροπολυμερές.

Στη σύνθεση του κυττάρου αντιπροσωπεύονται από πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λίπη, νουκλεϊκά οξέα(DNA και RNA) και τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP).

σκίουροι

Από τις οργανικές ουσίες του κυττάρου, οι πρωτεΐνες είναι πρώτες σε ποσότητα και σημασία. Οι πρωτεΐνες, ή πρωτεΐνες (από το ελληνικό protos - πρώτα, κύρια) είναι υψηλά μοριακά ετεροπολυμερή, οργανικές ουσίες που αποσυντίθενται κατά την υδρόλυση σε αμινοξέα.

Οι απλές πρωτεΐνες (αποτελούμενες μόνο από αμινοξέα) περιέχουν άνθρακα, υδρογόνο, άζωτο, οξυγόνο και θείο.

Ορισμένες πρωτεΐνες (σύνθετες πρωτεΐνες) σχηματίζουν σύμπλοκα με άλλα μόρια που περιέχουν φώσφορο, σίδηρο, ψευδάργυρο και χαλκό - πρόκειται για σύνθετες πρωτεΐνες που, εκτός από αμινοξέα, περιέχουν επίσης μια μη πρωτεϊνική - προσθετική ομάδα. Μπορεί να αντιπροσωπεύεται από ιόντα μετάλλων (μεταλλοπρωτεΐνες - αιμοσφαιρίνη), υδατάνθρακες (γλυκοπρωτεΐνες), λιπίδια (λιποπρωτεΐνες), νουκλεϊκά οξέα (νουκλεοπρωτεΐνες).

Οι πρωτεΐνες έχουν τεράστιο μοριακό βάρος: Μία από τις πρωτεΐνες, η γλοβουλίνη γάλακτος, έχει μοριακό βάρος 42.000.

Οι πρωτεΐνες είναι ακανόνιστα ετεροπολυμερή των οποίων τα μονομερή είναι α-αμινοξέα. Πάνω από 170 διαφορετικά αμινοξέα έχουν βρεθεί σε κύτταρα και ιστούς, αλλά οι πρωτεΐνες περιέχουν μόνο 20 α-αμινοξέα.

Ανάλογα με το αν τα αμινοξέα μπορούν να συντεθούν στο σώμα, διακρίνονται: μη απαραίτητα αμινοξέα - δέκα αμινοξέα που συντίθενται στο σώμα και απαραίτητα αμινοξέα - αμινοξέα που δεν συντίθενται στο σώμα. Τα απαραίτητα αμινοξέα πρέπει να παρέχονται στον οργανισμό μέσω της τροφής.

Ανάλογα με τη σύνθεση αμινοξέων, οι πρωτεΐνες είναι πλήρεις, εάν περιέχουν ολόκληρο το σύνολο των απαραίτητων αμινοξέων και ελαττωματικός, εάν λείπουν κάποια απαραίτητα αμινοξέα στη σύνθεσή τους.

Ο γενικός τύπος των αμινοξέων φαίνεται στο σχήμα. Ολα α -αμινοξέα σε α Το άτομο άνθρακα περιέχει ένα άτομο υδρογόνου, μια καρβοξυλομάδα (-COOH) και μια αμινομάδα (-NH2). Το υπόλοιπο του μορίου αντιπροσωπεύεται από μια ρίζα.

Η αμινομάδα συνδέει εύκολα ένα ιόν υδρογόνου, δηλ. παρουσιάζει βασικές ιδιότητες. Η καρβοξυλική ομάδα εγκαταλείπει εύκολα ένα ιόν υδρογόνου και εμφανίζει τις ιδιότητες ενός οξέος. Τα αμινοξέα είναι αμφοτερικόςενώσεις, αφού στο διάλυμα μπορούν να δράσουν και ως οξέα και ως βάσεις. Σε υδατικά διαλύματα, τα αμινοξέα υπάρχουν σε διαφορετικές ιοντικές μορφές. Αυτό εξαρτάται από το pH του διαλύματος και από το εάν το αμινοξύ είναι ουδέτερο, όξινο ή βασικό.

Ανάλογα με τον αριθμό των αμινομάδων και των καρβοξυλομάδων που περιλαμβάνονται στη σύνθεση των αμινοξέων, διακρίνονται τα ουδέτερα αμινοξέα που έχουν μία καρβοξυλομάδα και μία αμινομάδα, βασικά αμινοξέα, τα οποία έχουν μία ακόμη αμινομάδα στη ρίζα και όξινα αμινοξέα οξέα, τα οποία έχουν μια ακόμη καρβοξυλομάδα στη ρίζα.

Πεπτίδια– οργανικές ουσίες που αποτελούνται από μικρό αριθμό υπολειμμάτων αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικό δεσμό. Ο σχηματισμός πεπτιδίων συμβαίνει ως αποτέλεσμα της αντίδρασης συμπύκνωσης των αμινοξέων (Εικ. 4.6).

Όταν η αμινομάδα ενός αμινοξέος αλληλεπιδρά με την καρβοξυλική ομάδα ενός άλλου, δημιουργείται μεταξύ τους ένας ομοιοπολικός δεσμός αζώτου-άνθρακα, ο οποίος ονομάζεται πεπτίδιο. Ανάλογα με τον αριθμό των υπολειμμάτων αμινοξέων που περιλαμβάνονται στο πεπτίδιο, διακρίνονται τα διπεπτίδια, τα τριπεπτίδια, τα τετραπεπτίδια κ.λπ. Ο σχηματισμός ενός πεπτιδικού δεσμού μπορεί να επαναληφθεί πολλές φορές. Αυτό οδηγεί στο σχηματισμό πολυπεπτίδια. Εάν ένα πολυπεπτίδιο αποτελείται από μεγάλο αριθμό υπολειμμάτων αμινοξέων, τότε ονομάζεται ήδη πρωτεΐνη. Στο ένα άκρο του μορίου υπάρχει μια ελεύθερη αμινομάδα (που ονομάζεται Ν-άκρο), και στο άλλο υπάρχει μια ελεύθερη καρβοξυλική ομάδα (που ονομάζεται C-άκρο).

Δομή ενός μορίου πρωτεΐνης

Εκτέλεση ορισμένων πρωτεϊνών συγκεκριμένες λειτουργίεςεξαρτάται από τη χωρική διαμόρφωση των μορίων τους, επιπλέον, είναι ενεργειακά δυσμενές για το κύτταρο να διατηρεί τις πρωτεΐνες σε μη αναδιπλωμένη μορφή, με τη μορφή αλυσίδας, επομένως οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες αναδιπλώνονται, αποκτώντας μια ορισμένη τρισδιάστατη δομή ή διαμόρφωση. Υπάρχουν 4 επίπεδα χωρικής οργάνωσης των πρωτεϊνών.

Πρωτογενής δομήπρωτεΐνη - η αλληλουχία της διάταξης των υπολειμμάτων αμινοξέων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα που συνθέτει το μόριο της πρωτεΐνης. Ο δεσμός μεταξύ των αμινοξέων είναι ένας πεπτιδικός δεσμός.

Η πρωταρχική δομή ενός μορίου πρωτεΐνης καθορίζει τις ιδιότητες των μορίων πρωτεΐνης και τη χωρική τους διαμόρφωση. Η αντικατάσταση μόνο ενός αμινοξέος με ένα άλλο σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα οδηγεί σε αλλαγή στις ιδιότητες και τις λειτουργίες της πρωτεΐνης.

Για παράδειγμα, η αντικατάσταση του έκτου αμινοξέος γλουταμίνης στην β-υπομονάδα της αιμοσφαιρίνης με βαλίνη οδηγεί στο γεγονός ότι το μόριο της αιμοσφαιρίνης στο σύνολό του δεν μπορεί να εκτελέσει την κύρια λειτουργία του - μεταφορά οξυγόνου (σε τέτοιες περιπτώσεις, ένα άτομο αναπτύσσει ασθένεια - δρεπανοκύτταρο αναιμία).

Η πρώτη πρωτεΐνη της οποίας η αλληλουχία αμινοξέων αναγνωρίστηκε ήταν η ορμόνη ινσουλίνη. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ από τον F. Sanger από το 1944 έως το 1954. Βρέθηκε ότι το μόριο της ινσουλίνης αποτελείται από δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες (21 και 30 υπολείμματα αμινοξέων) που συγκρατούνται η μία κοντά στην άλλη από δισουλφιδικές γέφυρες. Για το επίπονο έργο του, ο F. Sanger τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ.

Ρύζι. 4.6. Πρωτογενής δομή ενός μορίου πρωτεΐνης

Δευτερεύουσα δομή– διατεταγμένη αναδίπλωση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας σε α-έλικα(μοιάζει με εκτεταμένο ελατήριο) και β-δομή (διπλωμένο στρώμα). ΣΕ α- σπείρες NH-ομάδααυτού του υπολείμματος αμινοξέος αλληλεπιδρά με Ομάδα COτο τέταρτο απομεινάρι του. Σχεδόν όλες οι ομάδες «CO-» και «NH-ομάδες» συμμετέχουν στο σχηματισμό δεσμών υδρογόνου. Είναι πιο αδύναμα από τα πεπτιδικά, αλλά, επαναλαμβανόμενα πολλές φορές, προσδίδουν σταθερότητα και ακαμψία σε αυτή τη διαμόρφωση. Στο επίπεδο της δευτερογενούς δομής, υπάρχουν πρωτεΐνες: ινώδες (μετάξι, ιστός αράχνης), κερατίνη (μαλλιά, νύχια), κολλαγόνο (τένοντες).

Τριτογενής δομή- τοποθέτηση πολυπεπτιδικών αλυσίδων μέσα σφαιρίδια, που προκύπτουν ως αποτέλεσμα της εμφάνισης χημικών δεσμών (υδρογόνου, ιοντικού, δισουλφιδίου) και της δημιουργίας υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ριζών των υπολειμμάτων αμινοξέων. Τον κύριο ρόλο στο σχηματισμό της τριτογενούς δομής παίζουν οι υδρόφιλες-υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις. Σε υδατικά διαλύματα, οι υδρόφοβες ρίζες τείνουν να κρύβονται από το νερό, ομαδοποιούνται μέσα στο σφαιρίδιο, ενώ οι υδρόφιλες ρίζες, ως αποτέλεσμα της ενυδάτωσης (αλληλεπίδραση με δίπολα νερού), τείνουν να εμφανίζονται στην επιφάνεια του μορίου.

Σε ορισμένες πρωτεΐνες, η τριτοταγής δομή σταθεροποιείται από δισουλφιδικούς ομοιοπολικούς δεσμούς που σχηματίζονται μεταξύ των ατόμων θείου δύο υπολειμμάτων κυστεΐνης. Σε επίπεδο τριτογενούς δομής υπάρχουν ένζυμα, αντισώματα και ορισμένες ορμόνες. Με βάση το σχήμα του μορίου, οι πρωτεΐνες διακρίνονται σε σφαιρικές και ινιδώδεις. Εάν οι ινώδεις πρωτεΐνες εκτελούν κυρίως υποστηρικτικές λειτουργίες, τότε οι σφαιρικές πρωτεΐνες είναι διαλυτές και εκτελούν πολλές λειτουργίες στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων ή στο εσωτερικό περιβάλλονσώμα.

Τεταρτογενής δομήχαρακτηριστικό των σύνθετων πρωτεϊνών των οποίων τα μόρια σχηματίζονται από δύο ή περισσότερα σφαιρίδια. Οι υπομονάδες συγκρατούνται στο μόριο αποκλειστικά με μη ομοιοπολικούς δεσμούς, κυρίως υδρογόνο και υδρόφοβο.

Η πιο μελετημένη πρωτεΐνη με τεταρτοταγή δομή είναι αιμοσφαιρίνη. Σχηματίζεται από δύο α-υπομονάδες (141 υπολείμματα αμινοξέων) και δύο β-υπομονάδες (146 υπολείμματα αμινοξέων) Κάθε υπομονάδα σχετίζεται με ένα μόριο αίμης που περιέχει σίδηρο. Πολλές πρωτεΐνες με τεταρτοταγή δομή καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ μορίων και κυτταρικών οργανιδίων - για παράδειγμα, οι μικροσωληνίσκοι του κυτταροσκελετού αποτελούνται από πρωτεΐνη τουμπουλίνη, που αποτελείται από δύο υπομονάδες. Ο σωλήνας επιμηκύνεται ως αποτέλεσμα της προσάρτησης διμερών στο άκρο.

Εάν για κάποιο λόγο η χωρική διαμόρφωση των πρωτεϊνών αποκλίνει από το φυσιολογικό, η πρωτεΐνη δεν μπορεί να εκτελέσει τις λειτουργίες της

Ρύζι. 4.7. Δομές πρωτεϊνικών μορίων

Ιδιότητες πρωτεϊνών

  1. Οι πρωτεΐνες είναι αμφοτερικές ενώσεις , συνδυάζουν βασικές και όξινες ιδιότητες που προσδιορίζονται από ρίζες αμινοξέων. Υπάρχουν όξινες, βασικές και ουδέτερες πρωτεΐνες. Καθορίζεται η δυνατότητα δωρεάς και προσθήκης H+ ιδιότητες bufferπρωτεΐνες, ένα από τα πιο ισχυρά ρυθμιστικά διαλύματα είναι η αιμοσφαιρίνη στα ερυθρά αιμοσφαίρια, η οποία διατηρεί το pH του αίματος σε σταθερό επίπεδο.
  2. Υπάρχουν σκίουροι διαλυτός, Υπάρχει αδιάλυτοςπρωτεΐνες που εκτελούν μηχανικές λειτουργίες (ινώδες, κερατίνη, κολλαγόνο).
  3. Υπάρχουν πρωτεΐνες χημικά ενεργός(ένζυμα), τρώτε χημικά αδρανής.
  4. Τρώω βιώσιμοςνα επηρεάσει διάφορες συνθήκες εξωτερικό περιβάλλονκαι εξαιρετικά ασταθής. Εξωτερικοί παράγοντες(αλλαγές θερμοκρασίας, σύσταση αλάτων του περιβάλλοντος, pH, ακτινοβολία) μπορεί να προκαλέσει διαταραχή της δομικής οργάνωσης του μορίου της πρωτεΐνης.
  5. Η διαδικασία απώλειας της τρισδιάστατης διαμόρφωσης που είναι εγγενής σε ένα δεδομένο μόριο πρωτεΐνης ονομάζεται μετουσίωση. Η αιτία της μετουσίωσης είναι το σπάσιμο των δεσμών που σταθεροποιούν μια ορισμένη δομή πρωτεΐνης. Ταυτόχρονα, η μετουσίωση δεν συνοδεύεται από καταστροφή της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.Μια αλλαγή στη χωρική διαμόρφωση οδηγεί σε αλλαγή στις ιδιότητες της πρωτεΐνης και, κατά συνέπεια, καθιστά αδύνατη την πρωτεΐνη να εκτελέσει τις εγγενείς βιολογικές λειτουργίες της .
  6. Η μετουσίωση μπορεί να είναι: αναστρεπτός, ονομάζεται η διαδικασία αποκατάστασης της πρωτεϊνικής δομής μετά τη μετουσίωση αναγέννηση.Εάν η αποκατάσταση της χωρικής διαμόρφωσης της πρωτεΐνης είναι αδύνατη, τότε ονομάζεται μετουσίωση μη αναστρεψιμο.
  7. Καταστροφή πρωτογενής δομήμόριο πρωτεΐνης ονομάζεται υποβιβασμός.

Ρύζι. 4.8. Πρωτεϊνική μετουσίωση και μετουσίωση

Λειτουργίες πρωτεϊνών

Οι πρωτεΐνες εκτελούν ποικίλες λειτουργίες στο κύτταρο.

Οι πρωτεΐνες με τριτογενή δομική οργάνωση έχουν λειτουργική δραστηριότητα, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις μόνο η μετάβαση των πρωτεϊνών ενός τριτογενούς οργανισμού σε μια τεταρτοταγή δομή παρέχει μια συγκεκριμένη λειτουργία.

Ενζυματική λειτουργία

Ολα βιολογικές αντιδράσειςσε ένα κύτταρο συμβαίνουν με τη συμμετοχή ειδικών βιολογικών καταλυτών - ενζύμων και οποιοδήποτε ένζυμο είναι πρωτεΐνη· τα ένζυμα εντοπίζονται σε όλα τα κυτταρικά οργανίδια και όχι μόνο κατευθύνουν την πορεία διαφόρων αντιδράσεων, αλλά και τις επιταχύνουν δεκάδες και εκατοντάδες χιλιάδες φορές. Κάθε ένζυμο είναι αυστηρά συγκεκριμένο.

Έτσι, η διάσπαση του αμύλου και η μετατροπή του σε σάκχαρο (γλυκόζη) προκαλείται από το ένζυμο αμυλάση, η ζάχαρη από ζαχαροκάλαμο διασπάται μόνο από το ένζυμο ινβερτάση κ.λπ.

Πολλά ένζυμα έχουν χρησιμοποιηθεί από καιρό στην ιατρική και τη βιομηχανία τροφίμων (αρτοποιία, ζυθοποιία κ.λπ.).

Τα ένζυμα είναι συγκεκριμένα - μπορούν να καταλύουν έναν τύπο αντίδρασης - ένα συγκεκριμένο μόριο υποστρώματος εισέρχεται στο ενεργό κέντρο.

Δεδομένου ότι σχεδόν όλα τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες (υπάρχουν ριβόζυμα, RNA που καταλύουν ορισμένες αντιδράσεις), η δραστηριότητά τους είναι υψηλότερη όταν είναι φυσιολογικά φυσιολογικές συνθήκες: τα περισσότερα ένζυμα λειτουργούν πιο ενεργά μόνο όταν μια ορισμένη θερμοκρασία, pH, ταχύτητα εξαρτάται από τη συγκέντρωση του ενζύμου και του υποστρώματος.

Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται σε μια ορισμένη τιμή (κατά μέσο όρο έως 50°C), η καταλυτική δραστηριότητα αυξάνεται (για κάθε 10°C ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται περίπου 2 φορές).

Δομική λειτουργία

Οι πρωτεΐνες αποτελούν μέρος όλων των μεμβρανών που περιβάλλουν και διαπερνούν το κύτταρο και τα οργανίδια.

Όταν συνδυάζεται με το DNA, η πρωτεΐνη αποτελεί το σώμα των χρωμοσωμάτων και όταν συνδυάζεται με το RNA, αποτελεί το σώμα των ριβοσωμάτων.

Τα διαλύματα πρωτεϊνών χαμηλού μοριακού βάρους αποτελούν μέρος των υγρών κλασμάτων των κυττάρων.

Ρυθμιστική λειτουργία

Ορισμένες πρωτεΐνες είναι ορμόνες - βιολογικά δραστικές ουσίες που απελευθερώνονται στο αίμα από διάφορους αδένες που συμμετέχουν στη ρύθμιση των μεταβολικών διεργασιών.

ορμόνες ινσουλίνη και γλυκαγόνηρυθμίζει τα επίπεδα των υδατανθράκων στο αίμα.

Λειτουργία μεταφοράς

Είναι πρωτεΐνες που σχετίζονται με τη μεταφορά οξυγόνου, καθώς και ορμονών στο σώμα των ζώων και των ανθρώπων (διενεργείται από την πρωτεΐνη του αίματος αιμοσφαιρίνη).

Λειτουργία κινητήρα

Όλοι οι τύποι κινητικών αντιδράσεων των κυττάρων εκτελούνται από ειδικές συσταλτικές πρωτεΐνες ακτίνη και μυοσίνη, οι οποίες καθορίζουν τη συστολή των μυών, την κίνηση των μαστιγίων και των βλεφαρίδων στα πρωτόζωα, την κίνηση των χρωμοσωμάτων κατά τη διαίρεση των κυττάρων και την κίνηση των φυτών.

Προστατευτική λειτουργία

Πολλές πρωτεΐνες σχηματίζουν ένα προστατευτικό κάλυμμα που προστατεύει το σώμα από βλαβερές συνέπειες, για παράδειγμα, κερατώδεις σχηματισμοί - μαλλιά, νύχια, οπλές, κέρατα. Αυτή είναι η μηχανική προστασία. Ως απάντηση στην εισαγωγή ξένων πρωτεϊνών (αντιγόνων) στο σώμα, τα κύτταρα του αίματος παράγουν πρωτεϊνικές ουσίες (αντισώματα) που τις εξουδετερώνουν, προστατεύοντας το σώμα από βλαβερές επιδράσεις. Αυτή είναι μια ανοσολογική άμυνα.

Ενεργειακή λειτουργία

Οι πρωτεΐνες μπορούν να χρησιμεύσουν ως πηγή ενέργειας. Διασπώνται στα προϊόντα τελικής διάσπασης - διοξείδιο του άνθρακα, νερό και ουσίες που περιέχουν άζωτο, απελευθερώνουν την ενέργεια που απαιτείται για πολλές διαδικασίες ζωής στο κύτταρο 17,6 KJ.

Λειτουργία υποδοχέα

Οι πρωτεΐνες υποδοχείς είναι πρωτεϊνικά μόρια ενσωματωμένα στη μεμβράνη που μπορούν να αλλάξουν τη δομή τους ως απόκριση στην προσθήκη μιας συγκεκριμένης χημικής ουσίας.

Λειτουργία αποθήκευσης

Αυτή η λειτουργία εκτελείται από τις λεγόμενες εφεδρικές πρωτεΐνες, οι οποίες είναι πηγές διατροφής για το έμβρυο, για παράδειγμα πρωτεΐνες αυγού (ωοαλβουμίνη). Η κύρια πρωτεΐνη του γάλακτος (καζεΐνη) έχει επίσης πρωταρχικά διατροφική λειτουργία.

Μια σειρά από άλλες πρωτεΐνες χρησιμοποιούνται στο σώμα ως πηγή αμινοξέων, τα οποία με τη σειρά τους είναι πρόδρομες ουσίες βιολογικά ενεργών ουσιών που ρυθμίζουν τις μεταβολικές διεργασίες.

Τοξική λειτουργία

Τοξίνες, τοξικές ουσίες φυσικής προέλευσης. Συνήθως, οι τοξίνες περιλαμβάνουν ενώσεις υψηλής μοριακής απόδοσης (πρωτεΐνες, πολυπεπτίδια κ.λπ.), όταν εισέρχονται στον οργανισμό, παράγονται αντισώματα.

Ανάλογα με τον στόχο δράσης, οι τοξίνες χωρίζονται σε τις ακόλουθες ομάδες:

Τα αιματικά δηλητήρια είναι δηλητήρια που επηρεάζουν το αίμα.

Οι νευροτοξίνες είναι δηλητήρια που επηρεάζουν νευρικό σύστημακαι εγκεφάλου.

Τα μυοξικά δηλητήρια είναι δηλητήρια που βλάπτουν τους μύες.

Οι αιμοτοξίνες είναι τοξίνες που βλάπτουν αιμοφόρα αγγείακαι προκαλούν αιμορραγία.

Οι αιμολυτικές τοξίνες είναι τοξίνες που καταστρέφουν τα ερυθρά αιμοσφαίρια.

Οι νεφροτοξίνες είναι τοξίνες που βλάπτουν τα νεφρά.

Οι καρδιοτοξίνες είναι τοξίνες που βλάπτουν την καρδιά.

Οι νεκροτοξίνες είναι τοξίνες που καταστρέφουν τους ιστούς, προκαλώντας το θάνατο (νέκρωση).

Τοξικες ουσιεςοι φαλλοτοξίνες και οι αματοξίνες βρίσκονται σε διάφοροι τύποι: χλωμό φρύνος, βρωμερό αγαρικό μύγας, ελατήριο.

Υδατάνθρακες

Υδατάνθρακες, ή σακχαρίτες, - οργανικές ουσίες, που περιλαμβάνουν άνθρακα, οξυγόνο, υδρογόνο. Οι υδατάνθρακες αποτελούν περίπου το 1% της μάζας της ξηρής ύλης στα ζωικά κύτταρα και έως και το 5% στα κύτταρα του ήπατος και των μυών. Τα φυτικά κύτταρα είναι τα πιο πλούσια σε υδατάνθρακες (έως και το 90% της ξηρής μάζας).

Η χημική σύσταση των υδατανθράκων χαρακτηρίζεται από τον γενικό τους τύπο C m (H 2 O) n, όπου m≥n. Ο αριθμός των ατόμων υδρογόνου στα μόρια των υδατανθράκων είναι συνήθως διπλάσιος από τον αριθμό των ατόμων οξυγόνου (δηλαδή, ο ίδιος όπως σε ένα μόριο νερού). Εξ ου και το όνομα - υδατάνθρακες.

ΣΕ φυτικά κύτταραυπάρχουν πολύ περισσότερα από αυτά σε ζώα. Οι υδατάνθρακες περιέχουν μόνο άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο.

Οι απλούστεροι υδατάνθρακες περιλαμβάνουν απλά σάκχαρα (μονοσακχαρίτες). Περιέχουν πέντε (πεντόζες) ή έξι (εξόσες) άτομα άνθρακα και τον ίδιο αριθμό μορίων νερού.

Παραδείγματα μονοσακχαριτών είναι η γλυκόζη και η φρουκτόζη, που βρίσκονται σε πολλούς καρπούς φυτών. Εκτός από τα φυτά, η γλυκόζη βρίσκεται και στο αίμα.

Οι σύνθετοι υδατάνθρακες αποτελούνται από πολλά μόρια απλών υδατανθράκων. Ένας δισακχαρίτης σχηματίζεται από δύο μονοσακχαρίτες.

Η επιτραπέζια ζάχαρη (σακχαρόζη), για παράδειγμα, αποτελείται από ένα μόριο γλυκόζης και ένα μόριο φρουκτόζης.

Πολύ μεγαλύτερο αριθμόμόρια απλών υδατανθράκων περιλαμβάνονται σε τέτοια σύνθετοι υδρογονάνθρακες, όπως άμυλο, γλυκογόνο, φυτικές ίνες (κυτταρίνη).

Σε ένα μόριο ίνας, για παράδειγμα, υπάρχουν από 300 έως 3000 μόρια γλυκόζης.

Λειτουργίες των υδατανθράκων

Ενεργειακή λειτουργία

μία από τις κύριες λειτουργίες των υδατανθράκων. Οι υδατάνθρακες (γλυκόζη) είναι οι κύριες πηγές ενέργειας στο σώμα των ζώων. Παρέχετε έως και 67% της ημερήσιας κατανάλωσης ενέργειας (τουλάχιστον 50%). Όταν διασπάται 1 g υδατάνθρακα, απελευθερώνονται 17,6 kJ, νερό και διοξείδιο του άνθρακα.

Λειτουργία αποθήκευσης

εκφράζεται στη συσσώρευση αμύλου στα φυτικά κύτταρα και γλυκογόνου στα ζωικά κύτταρα, τα οποία παίζουν το ρόλο των πηγών γλυκόζης, απελευθερώνοντάς την εύκολα ανάλογα με τις ανάγκες.

Λειτουργία υποστήριξης και κατασκευής

Οι υδατάνθρακες αποτελούν μέρος των κυτταρικών μεμβρανών και των κυτταρικών τοιχωμάτων (η κυτταρίνη είναι μέρος του κυτταρικού τοιχώματος των φυτών, το κέλυφος των αρθροπόδων σχηματίζεται από χιτίνη, η μουρεΐνη σχηματίζει το κυτταρικό τοίχωμα των βακτηρίων). Σε συνδυασμό με λιπίδια και πρωτεΐνες, σχηματίζουν γλυκολιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες. Η ριβόζη και η δεοξυριβόζη είναι μέρος των μονομερών των νουκλεοτιδίων.

Λειτουργία υποδοχέα

Θραύσματα ολιγοσακχαριτών γλυκοπρωτεϊνών και γλυκολιπιδίων των κυτταρικών τοιχωμάτων εκτελούν μια λειτουργία υποδοχέα, αντιλαμβανόμενα σήματα που προέρχονται από το εξωτερικό περιβάλλον.

Προστατευτικός λειτουργία

Η βλέννα που εκκρίνεται από διάφορους αδένες είναι πλούσια σε υδατάνθρακες και τα παράγωγά τους (για παράδειγμα, γλυκοπρωτεΐνες). Προστατεύουν τον οισοφάγο, τα έντερα, το στομάχι, τους βρόγχους από μηχανική βλάβη, αποτρέπει την είσοδο βακτηρίων και ιών στο σώμα.

Λιπίδια

Τα λιπίδια είναι μια ομάδα οργανικών ενώσεων που δεν έχουν ένα μόνο χημικό χαρακτηριστικό. Αυτό που έχουν κοινό είναι ότι είναι όλα αδιάλυτα στο νερό, αλλά εξαιρετικά διαλυτά σε οργανικούς διαλύτες (αιθέρας, χλωροφόρμιο, βενζίνη).

Υπάρχουν απλά και πολύπλοκα λιπίδια.

Τα απλά λιπίδια είναι ουσίες δύο συστατικών που είναι εστέρες ανώτερων λιπαρών οξέων και λίγης αλκοόλης, πιο συχνά γλυκερίνης.

Τα σύνθετα λιπίδια αποτελούνται από μόρια πολλαπλών συστατικών.

Από απλά λιπίδιασκεφτείτε λίπη και κεριά.

Λίπηευρέως διαδεδομένο στη φύση. Τα λίπη είναι εστέρες ανώτερων λιπαρών οξέων και τριυδρικής αλκοόλης - γλυκερίνης. Στη χημεία, αυτή η ομάδα οργανικών ενώσεων ονομάζεται συνήθως τριγλυκερίδια, καθώς και οι τρεις ομάδες υδροξυλίου της γλυκερίνης σχετίζονται με λιπαρά οξέα.

Περισσότερα από 500 λιπαρά οξέα έχουν βρεθεί στα τριγλυκερίδια, τα μόρια των οποίων έχουν παρόμοια δομή.

Όπως τα αμινοξέα, τα λιπαρά οξέα έχουν την ίδια ομαδοποίηση για όλα τα οξέα - μια υδρόφιλη καρβοξυλική ομάδα (–COOH) και μια υδρόφοβη ρίζα, η οποία τα διακρίνει μεταξύ τους. Να γιατί γενικός τύποςΤα λιπαρά οξέα έχουν τη μορφή R-COOH. Η ρίζα είναι μια ουρά υδρογονάνθρακα που διαφέρει σε διαφορετικά λιπαρά οξέα στον αριθμό των ομάδων –CH 2.

Τα περισσότερα απόπεριέχει λιπαρά οξέα στην "ουρά" Ζυγός αριθμόςάτομα άνθρακα, από 14 έως 22 (συχνότερα 16 ή 18). Επιπλέον, η ουρά υδρογονάνθρακα μπορεί να περιέχει ποικίλους αριθμούς διπλών δεσμών. Με βάση την παρουσία ή την απουσία διπλών δεσμών στην υδρογονανθρακική ουρά, διακρίνουν κορεσμένα λιπαρά οξέα, τα οποία δεν περιέχουν διπλούς δεσμούς στην υδρογονανθρακική ουρά και ακόρεστα λιπαρά οξέα που έχουν διπλούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων άνθρακα (-CH=CH-). Εάν τα κορεσμένα λιπαρά οξέα κυριαρχούν στα τριγλυκερίδια, τότε είναι στερεά σε θερμοκρασία δωματίου (λίπη), εάν είναι ακόρεστα, είναι υγρά (έλαια). Η πυκνότητα των λιπών είναι μικρότερη από αυτή του νερού, έτσι στο νερό επιπλέουν και βρίσκονται στην επιφάνεια.

Κερί– μια ομάδα απλών λιπιδίων, τα οποία είναι εστέρες ανώτερων λιπαρών οξέων και αλκοολών υψηλότερου μοριακού βάρους. Βρίσκονται τόσο στο ζωικό όσο και στο φυτικό βασίλειο, όπου επιτελούν κυρίως προστατευτικές λειτουργίες.

Στα φυτά, για παράδειγμα, καλύπτουν τα φύλλα, τους μίσχους και τους καρπούς με ένα λεπτό στρώμα, προστατεύοντάς τους από το βρέξιμο με νερό και τη διείσδυση μικροοργανισμών. Η διάρκεια ζωής των φρούτων εξαρτάται από την ποιότητα της επικάλυψης κεριού. Κάτω από το κάλυμμα ΚηρήθραΤο μέλι αποθηκεύεται και αναπτύσσονται προνύμφες.

Σε σύνθετα λιπίδιαπεριλαμβάνουν φωσφολιπίδια, γλυκολιπίδια, λιποπρωτεΐνες, στεροειδή, στεροειδείς ορμόνες, βιταμίνες A, D, E, K.

Φωσφολιπίδια– εστέρες πολυυδρικών αλκοολών με ανώτερα λιπαρά οξέα που περιέχουν υπόλειμμα φωσφορικού οξέος. Μερικές φορές πρόσθετες ομάδες (αζωτούχες βάσεις, αμινοξέα) μπορεί να σχετίζονται με αυτό.

Κατά κανόνα, ένα μόριο φωσφολιπιδίου περιέχει δύο υπολείμματα ανώτερων λιπαρών οξέων και ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος. Τα φωσφολιπίδια υπάρχουν σε όλα τα κύτταρα των ζωντανών όντων, συμμετέχοντας κυρίως στο σχηματισμό της διπλοστοιβάδας φωσφολιπιδίων των κυτταρικών μεμβρανών - τα υπολείμματα φωσφορικού οξέος είναι υδρόφιλα και κατευθύνονται πάντα προς την εξωτερική και εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης και οι υδρόφοβες ουρές κατευθύνονται η μία προς την άλλη μέσα η μεμβράνη.

Γλυκολιπίδια- Αυτά είναι παράγωγα υδατανθράκων των λιπιδίων. Τα μόριά τους, μαζί με την πολυϋδρική αλκοόλη και τα ανώτερα λιπαρά οξέα, περιέχουν επίσης υδατάνθρακες. Εντοπίζονται κυρίως στην εξωτερική επιφάνεια της πλασματικής μεμβράνης, όπου τα υδατανθρακικά συστατικά τους περιλαμβάνονται μεταξύ άλλων υδατανθράκων της κυτταρικής επιφάνειας.

Λιποπρωτεΐνες– μόρια λιπιδίων που σχετίζονται με πρωτεΐνες. Υπάρχουν πολλές από αυτές στις μεμβράνες, οι πρωτεΐνες μπορούν να διεισδύσουν στη μεμβράνη απευθείας, βρίσκονται κάτω ή πάνω από τη μεμβράνη και μπορούν να βυθιστούν στη διπλοστοιβάδα λιπιδίων σε διαφορετικά βάθη.

Λιποειδή- ουσίες που μοιάζουν με λίπος. Αυτά περιλαμβάνουν στεροειδή(ευρέως κατανεμημένη στους ζωικούς ιστούς, η χοληστερόλη και τα παράγωγά της - ορμόνες του φλοιού των επινεφριδίων - ορυκτοκορτικοειδή, γλυκοκορτικοειδή, οιστραδιόλη και τεστοστερόνη - γυναικείες και ανδρικές ορμόνες φύλου, αντίστοιχα). Τα λιποειδή περιλαμβάνουν τερπένια ( αιθέρια έλαια, από τις οποίες εξαρτάται η μυρωδιά των φυτών), γιβερελλίνες (ουσίες ανάπτυξης φυτών), ορισμένες χρωστικές (χλωροφύλλη, χολερυθρίνη), λιποδιαλυτές βιταμίνες (A, D, E, K).

Οι λειτουργίες των λιπιδίων φαίνονται στον Πίνακα 4.1.

Πίνακας 4.2.

Λειτουργίες των λιπών

Ενέργεια Η κύρια λειτουργία των τριγλυκεριδίων. Όταν διασπάται 1 g λιπιδίων, απελευθερώνονται 38,9 kJ
Κατασκευαστικός Τα φωσφολιπίδια, τα γλυκολιπίδια και οι λιποπρωτεΐνες συμμετέχουν στο σχηματισμό των κυτταρικών μεμβρανών.
Αποθήκευση Τα λίπη και τα έλαια είναι εφεδρικά θρεπτικά συστατικά σε ζώα και φυτά. Σημαντικό για τα ζώα που πέφτουν σε χειμερία νάρκη κατά την κρύα εποχή ή κάνουν μεγάλες διαδρομές σε περιοχές όπου δεν υπάρχουν πηγές τροφής.Τα φυτικά σπορέλαια είναι απαραίτητα για την παροχή ενέργειας στο δενδρύλλιο.
Προστατευτικός Στρώματα από κάψουλες λίπους και λίπους παρέχουν προστασία για τα εσωτερικά όργανα. Τα στρώματα κεριού χρησιμοποιούνται ως υδατοαπωθητική επικάλυψη σε φυτά και ζώα.
Θερμική μόνωση Υποδόριος λιπώδης ιστόςεμποδίζει τη ροή θερμότητας στον περιβάλλοντα χώρο. Σημαντικό για τα υδρόβια θηλαστικά ή τα θηλαστικά που ζουν σε ψυχρά κλίματα.
Ρυθμιστική Οι γιβερελλίνες ρυθμίζουν την ανάπτυξη των φυτών. Η σεξουαλική ορμόνη τεστοστερόνη είναι υπεύθυνη για την ανάπτυξη των ανδρικών δευτερογενών σεξουαλικών χαρακτηριστικών. Η ορμόνη του φύλου οιστρογόνο είναι υπεύθυνη για την ανάπτυξη των γυναικείων δευτερογενών σεξουαλικών χαρακτηριστικών και ρυθμίζει τον εμμηνορροϊκό κύκλο. Τα ορυκτοκορτικοειδή (αλδοστερόνη κ.λπ.) ελέγχουν τον μεταβολισμό νερού-αλατιού. Τα γλυκοκορτικοειδή (κορτιζόλη κ.λπ.) συμμετέχουν στη ρύθμιση του μεταβολισμού των υδατανθράκων και των πρωτεϊνών.
Μεταβολική πηγή νερού Όταν οξειδώνεται 1 κιλό λίπους, απελευθερώνεται 1,1 κιλό νερό. Σημαντικό για τους κατοίκους της ερήμου.
Καταλυτικός Λιποδιαλυτές βιταμίνεςΟι A, D, E, K είναι συμπαράγοντες των ενζύμων, δηλαδή, αυτές οι ίδιες οι βιταμίνες δεν έχουν καταλυτική δράση, αλλά χωρίς αυτές τα ένζυμα δεν μπορούν να εκτελέσουν τις λειτουργίες τους.

Ρύζι. 9. Χημική δομή λιπιδίων και υδατανθράκων

Τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP)

Είναι μέρος οποιουδήποτε κυττάρου, όπου εκτελεί μια από τις πιο σημαντικές λειτουργίες - την αποθήκευση ενέργειας. Τα μόρια ATP αποτελούνται από την αζωτούχα βάση αδενίνη, τον υδατάνθρακα ριβόζη και τρία μόρια φωσφορικού οξέος.

Ασταθής χημικοί δεσμοί, που συνδέουν μόρια φωσφορικού οξέος στο ATP, είναι πολύ πλούσια σε ενέργεια (μακροεργικοί δεσμοί): όταν αυτοί οι δεσμοί σπάσουν, απελευθερώνεται ενέργεια και χρησιμοποιείται σε ένα ζωντανό κύτταρο για την υποστήριξη ζωτικών διεργασιών και τη σύνθεση οργανικών ουσιών.

Ρύζι. 4.10. Η δομή του μορίου ATP

4.4. Πρακτική εργασία