Химические вещества в живых организмах
Для веществ, входящих в состав живых организмов характерен высокий уровень структурной организации. В состав живых организмов входят не только органические, но и неорганические низкомолекулярные вещества. Это вода, углекислый газ, молекулярный кислород и азот, неорганические ионы, некоторые химические элементы. Это самый низкий уровень организации. 2-ой уровень структурной организации занимают промежуточные химические соединения: аммиак, органические кислоты и их производные, моносахариды и др. Соединение 1-го и 2-го уровней организации – это биологические мономеры, из которых строятся биополимеры - вещества 3-го уровня структурной организации, из которых в свою очередь строятся надмолекулярные структуры: гликопротеины, нуклеопротеины, липопротеины – своеобразные композиционные материалы. 4-ый уровень организации – клеточные органеллы (ядра, митохондрии и т.д.) 5-ый уровень - собственно сама клетка, то есть система этих органелл. Неорганические вещества клетки Из неорганических веществ, входящих в состав живых организмов, главными являются водаисоли. Вода
В среднем в клетках содержится около 80% воды. Чем больше в клетке воды, тем интенсивнее в ней происходит обмен веществ. Содержание воды зависит от возраста организма. 95%-в клетке эмбриона, 60%-у пожилых людей. При потере организмом порядка 20% воды может наступить смерть. Без воды человек может прожить порядка 14 дней. Функции воды 1) Вода определяет объем клетки и ее упругость ее оболочки (тургор ткани). 2) Вода - это среда, где происходят биохимические процессы. Практически все биохимические реакции – это реакции жидкофазные. 3) Вода - участник многих биохимических процессов, таких как гидролиз белков, жиров, полисахаридов и т.д. 4) Вода участвует в терморегуляции, т.к. имеет высокую теплоемкость и теплопроводность за счет наличия между молекулами воды водородных связей. 5) Вода - хороший растворитель и поскольку молекулы ее полярны, то она хорошо растворяет полярные (гидрофильные) вещества. Гидрофобные же (неполярные) вещества взаимодействуют между собой быстрее, нежели с водой и поэтому нерастворимы в ней. Они входят в состав биомембран. Молекулы некоторых веществ содержат как полярные, так и неполярные группы-амфифильные (двоякие) ~~~~~С=О | Н 6) в суставах вода выполняет роль смазки; 7) твердая вода защищает водоемы от замерзания и таким образом защищает живые организмы.
Неорганические соли В живых организмах неорганические соли находятся в виде ионов и образуются катионами К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и анионами HPO₄²⁻, H₂PO₄⁻, Cl⁻, HCO₃⁻, HSO₄ˉ Основным является Na+ - вне клетки , К+ - внутри клетки. Из анионов вне клетки Сl⁻, внутри клетки ион HPO₄²⁻, PO₃²⁻.
Суммы положительных и отрицательных зарядов катионов и анионов должны быть равны. Однако в живом организме неорганических катионов (+) больше, чем анионов (-). Их недостаток восполняют анионы органических кислот и белков.
Роль солей в организме.
Внутри клетки много ионов К+, мало Na+. За счет разности концентраций этих ионов по разные стороны поддерживается трансмембранный потенциал (ТМ)~100мВ. Это разность электрических потенциалов между внутренней и внешней стенками мембранных клеток. ТМ необходим для процессов возбуждения клетки. Если разность потенциалов нарушается, то клетка может погибнуть. Остатки фосфорной и серной кислот могут присоединяться к различным молекулам в реакции фосфорилирования и сульфатирования, делая их более гидрофильными, а потому более активными. От наличия анионов HPO₄²⁻, HCO₃⁻, H₂PO₄⁻ зависят буферные свойства биологических сред (способность поддерживать рН на одном уровне при разбавлении растворов или при добавлении к ним небольших количеств кислоты или щелочи). Соляная кислота НСL создает кислую реакцию среды в желудке для активирования ферментов, которые расщепляют белки пищи и уничтожают вредные организмы. От наличия солей зависят и осмотические свойства клетки. Осмос - одностороннее проникновение через мембрану клетки молекул воды. Вода при этом выполняет роль полупроводника, выравнивающего концентрацию. Если концентрация солей в клетке меньше, чем в окружающем пространстве, то вода будет выходить из клетки. В результате изменяется объем клетки вследствие изменения в ней концентрации ионов или других гидрофильных веществ, не проникающих через мембрану. Осмотическое давление в клетке равно осмотическому давлению физиологического раствора (0,9% Na). Клетки в нем не набухают и не сморщиваются, обеспечивается тургор клеток. Росм = СRТ. Нерастворимые соли (карбонаты и фосфаты), входят в состав костей, зубов, раковин. Zn, Mn, CО - входят в состав активных центров ферментов, I-гормон щитовидной железы, Со – в состав витамина В₁₂. Органические вещества клетки.
Из органических веществ в состав клетки входят биополимеры (белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и композиционные материалы (гликопротеины, липопротеины)). Углеводы.
Состоят из углерода и воды. Сn(Н₂О)m С₅Н₁₀О₅- рибоза С₅Н₁₀О₄- дезоксирибоза Классификация углеводов. Углеводы- обширный класс природных соединений, входящих в состав живых организмов и играющих важную роль в жизни животных, растений, человека. Углеводы– это самый распространенный класс органических соединений. Целлюлоза – самая распространенная в мире. Углеводы образуются в процессе фотосинтеза. 6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆+6О₂ nСО₂ + nН₂О → Сn (Н₂О)n + nО₂
При полном окислении углеводов в процессе дыхания выделяется энергия, необходимая для функционирования организма. Некоторое количество превращается в тепло, но большая часть запасается в АТФ и других трифосфатах и затем расходуется в процессе жизнедеятельности.
Углеводы:
∕ \
Простые Сложные (моносахариды) ∕ \ Олигосахариды полисахариды (« олигос» -немного), ди, три, тетра….до 10 («поли» -много)
Моносахариды – гетерофункциональные соединения (полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны). В природе существуют моносахариды, состоящие из 3-х, 4-х, 5-ти, 6-ти атомов углерода (триозы, тетрозы, пентозы, гексозы) Те моносахариды, которые содержат альдегидную группу называются – альдозы, кеторгуппу - кетозы. Альдозы и кетозы с одним и тем же числом атомов «С» являются изомерами. В природе наибольшее значение имеют гексозы и пентозы. Для изображения формулы моносахаридов используют несколько способов: Проекционные формулы Фишера. В них цепь расположена в одну линию, нумерация цепи начинается с атома С альдегидной группы или с того конца, к которому ближе кето-группа.
‖ Атом водорода и гидроксогруппы у Н- С ассиметричного атома С располагаются | слева и справа от углеродной цепи. Н- С*- ОН | С*- ассиметричный атом. НО-С* –Н | Н- С* -ОН | Н- С* -ОН | СН₂ОН D-глюкоза
‖ Н- С | НO- С- Н | Н- С -ОН | НО- С -Н | НО-С -Н | СН₂ОН L-глюкоза
Принадлежность к D и L ряду определяется по положению гидроксильных групп и водорода в сравнении с простейшим моносахаридом - триозой (глицериновым альдегидом).
Рассмотренные формулы Фишера характерны для изображения моносахаридов в ациклических формах, однако моносахариды могут существовать в циклических формах, которые образуются при взаимодействии кислорода карбонильных групп и одной из гидроксогрупп у опорного атома С. Опорным называется ассиметричный атом углерода, наиболее удаленный от карбонильной группы (С=О). Как известно альдегиды и кетоны могут взаимодействовать со спиртами с образованием полуацеталей или полукеталей.
Образуется новая гидроксильная группа в той же молекуле.
Приведенная циклическая формула – формула Тойленса. Образовавшийся 6-ти членный цикл гетероцикл (т.к. в цепи есть атом О) похож на пиран: (пиранозный цикл)
(фуранозный цикл)
В циклической форме глюкозы образуется новый гидроксил, которого не было в открытой форме: при замыкании цикла в молекуле альдоз - у 1-го атома углерода Он называется полуацетальным или гликозидным гидроксилом. Циклические формы моносахаридов можно изображать с помощью проекционных перспективных формул Хеуорса. Они изображаются в виде плоского многогранника, который расположен перпендикулярно плоскости изображения.
Из двух формул β является более устойчивой. В ней гидроксогруппы у первого и второго атомов углерода находятся дистанцированно друг от друга, и взаимное отталкивание атомов О этих групп меньше. Между ациклическими и циклическими формами существует равновесие, и переход одной формы в другую может происходить только при раскрытии цикла. α - D- глюкоза ↔ ациклическая ↔ β - D - глюкоза 36% 1% 63%
В формулах Хеуорса циклы изображаются в виде плоских. Однако на самом деле необходимо иметь ввиду, что эти циклы не плоские.
кресло
ванна
Для D-глюкозы наиболее вероятна структура кресла:
В живых организмах моносахариды в основном находятся в циклической форме. В твердом виде сахара также имеют циклическое строение.
В химическом отношении для них характерны химические свойства, обусловленные: 1) наличием карбонильных групп. 2) наличием открытых спиртовых групп. 3) наличием полуацетальной гидроксогруппы.
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1746)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |