Органічні речовини живих систем ліпіди вуглеводи білки ферменти вітаміни гормони алкалоїди

Органічні сполуки становлять в середньому 20-30% маси клітини живого організму. До них відносяться біологічні полімери - білки, нуклеїнові кислоти і вуглеводи, а також жири і ряд невеликих молекул - гормонів, пігментів, АТФ і багато інших.

У різні типи клітин входить неоднакова кількість органічних сполук. У рослинних клітинах переважають складні вуглеводи - полісахариди, в тварин - більше білків і жирів. Проте, кожна з груп органічних речовин в будь-якому типі клітин виконує подібні функції.

Амінокислоти, азотисті основи, ліпіди, вуглеводи і т. Д. Надходять у клітку разом з їжею або утворюються всередині її з попередників. Вони служать вихідними продуктами для синтезу ряду полімерів, необхідних клітині.

Білки, як правило, є потужними високоспецифічними ферментами і регулюють обмін речовин клітини.

Нуклеїнові кислоти служать охоронцями спадкової інформації. Крім того, нуклеїнові кислоти контролюють утворення відповідних білків-ферментів в потрібній кількості і в потрібний час.

Ліпіди - так називають жири і жироподібні речовини (ліпоїдами). Відносяться сюди речовини характеризуються розчинністю в органічних розчинниках і не розчиняється (відносної) в воді.

Розрізняють рослинні жири, що мають при кімнатній температурі рідку консистенцію, і тварини - тверду.

Ліпіди входять до складу всіх плазматичних мембран. Вони виконують в клітці енергетичну роль, активно беруть участь в процесах метаболізму і розмноження клітини.

До складу вуглеводів входять вуглець, водень і кисень. Розрізняють такі вуглеводи.

Моносахариди. або прості вуглеводи, які в залежності від вмісту атомів вуглецю мають назви тріози, пентози, гексози і т. д. Пентози - рибоза і дезоксирибоза - входять до складу ДНК і РНК. Гексоза - глюкоза - служить основним джерелом енергії в клітині. Їх емпіричну формулу можна представити у вигляді Cn (H2O) n.
Полісахариди - полімери, мономерами яких служать моносахариди гексози. Найбільш відомими з дисахаридів (два мономера) є сахароза і лактоза. Найважливішими полісахариди є крохмаль і глікоген, служать запасними речовинами клітин рослин і тварин, а також целюлоза - найважливіший структурний компонент рослинних клітин.

Рослини володіють великим розмаїттям вуглеводів, ніж тварини, так як здатні синтезувати їх на світлі в процесі фотосинтезу. Найважливіші функції вуглеводів в клітці: енергетична, структурна і запасаються.

Енергетична роль полягає в тому, що вуглеводи служать джерелом енергії в рослинних і тваринних клітинах; структурна - клітинна стінка у рослин майже повністю складається з полісахариду целюлози; запасающая - крохмаль служить запасним продуктом рослин. Він накопичується в процесі фотосинтезу в вегетаційний період і у ряду рослин відкладається в бульбах, цибулинах і т. Д. У тваринних клітинах цю роль виконує глікоген, що відкладається переважно в печінці.

Серед органічних речовин клітини білки займають перше місце, як за кількістю, так і за значенням. У тварин на них припадає близько 50% сухої маси клітини. В організмі людини зустрічається близько 5 млн. Типів білкових молекул, що відрізняються не тільки один від одного, а й від білків інших організмів. Незважаючи на таке розмаїття і складність будови, білки побудовані за все з 20 різних амінокислот.

Більш детально зупинимося на властивостях білків. Найважливіші з них денатурація і ренатурації.

Денатурація - це втрата білковою молекулою своєї структурної організації. Денатурація може бути викликана зміною температури, зневодненням, опроміненням рентгенівськими променями та іншими впливами. На початку руйнується найслабша структура - четвертичная, потім - третинна, вторинна і при найбільш жорстких умовах - первинна.

Якщо зміна умов середовища не призводить до руйнування первинної структури молекули, то при відновленні нормальних умов середовища повністю відтворюється і структура білка. Такий процес називається ренатурацією. Це властивість білків повністю відновлювати втрачену структуру широко використовується в медичній і харчовій промисловості для приготування деяких медичних препаратів, наприклад, антибіотиків, для отримання харчових концентратів, що зберігають тривалий час у висушеному вигляді свої поживні речовини. У деяких живих організмів звичайна часткова зворотна денатурація білків пов'язана з їх функціями (рухової, сигнальної, каталітичної і ін.). Процес руйнування первинної структури білка завжди є незворотнім і називається деструкцією.

Хімічні та фізичні властивості білків дуже різноманітні: гідрофільні, гідрофобні; одні з них під дією факторів легко змінюють свою структуру, інші - дуже стійкі. Білки діляться на прості - протеїни, що складаються тільки із залишків амінокислот, і складні - протеїди, до складу яких, крім кислотних залишків амінокислот, входять і інші речовини небілкової природи (залишки фосфорної і нуклеїнової кислоти, вуглеводів, ліпідів та ін.).

Білки виконують в організмі багато різноманітних функцій: будівельну (входять до складу різних структурних утворень); захисну (спеціальні білки - антитіла - здатні зв'язувати і знешкоджувати мікроорганізми та чужорідні білки) і ін. Крім цього, білки беруть участь в згортанні крові, запобігаючи сильні кровотечі, виконують регуляторну, сигнальну, рухову, енергетичну, транспортну функції (перенесення деяких речовин в організмі) .

Виключно важливе значення має каталітична функція білків. Зупинимося на цій функції більш докладно. Термін «каталіз» означає «розв'язання», «звільнення». Речовини, що відносяться до катализаторам, прискорюють хімічні перетворення, причому склад самих каталізаторів після реакції залишається таким же, яким був до реакції.

Всі ферменти, які виконують роль каталізаторів, - речовини білкової природи, вони прискорюють хімічні реакції, що протікають в клітині, в десятки і сотні тисяч разів. Каталітичну активність ферменту зумовлює не вся його молекула, а тільки невеликий її ділянка - активний центр, дія якого дуже специфічно. В одній молекулі ферменту може бути кілька активних центрів.

Одні молекули ферментів можуть складатися тільки з білка (наприклад, пепсин) - однокомпонентні, або прості; інші містять два компоненти: білок (апофермент) і невелику органічну молекулу - кофермент. Встановлено, що в якості коферментів в клітці функціонують вітаміни. Якщо врахувати, що жодна реакція в клітці не може здійснюватися без участі ферментів, стає очевидним те найважливіше значення, яке мають вітаміни для нормальної життєдіяльності клітини і всього організму. Відсутність вітамінів знижує активність тих ферментів, до складу яких вони входять.

Активність ферментів знаходиться в прямій залежності від дії цілого ряду факторів: температури, кислотності (pH середовища), а також від концентрації молекул субстрату (речовини, на яке вони діють), самих ферментів і коферментів (вітамінів і інших речовин, що входять до складу коферментів) .

Стимулювати або пригнічувати той чи інший ферментативний процес може дію різних біологічно активних речовин, як-то: гормони, лікарські препарати, стимулятори росту рослин, отруйні речовини та інших.

Вітаміни - біологічно активні низькомолекулярні органічні речовини - беруть участь в обміні речовин і перетворенні енергії в більшості випадків як компоненти ферментів.

Добова потреба людини у вітамінах становить міліграми, і навіть мікрограми. Відомо більше 20 різних вітамінів.

Джерелом вітамінів для людини є продукти харчування, в основному рослинного походження, в деяких випадках - і тваринного (вітамін D, A). Деякі вітаміни синтезуються в організмі людини.

Нестача вітамінів викликає захворювання - гіповітаміноз, повна їх відсутність - авітаміноз, а надлишок - гіпервітаміноз.

Гормони - речовини, що виробляються залозами внутрішньої секреції і деякими нервовими клітинами - нейрогормонами, гормони здатні включатися в біохімічні реакції, регулюючи процеси метаболізму (обміну речовин і енергії).

Характерними особливостями гормонів є:

висока біологічна активність;
висока специфічність (гормональні сигнали в «клітини-мішені»);
дистанционность дії (перенесення гормонів кров'ю на відстань до клітин-мішеней);
відносно невеликий час існування в організмі (кілька хвилин або годин).

Гормоноподобниє речовини (нейрогормони) синтезуються нервовими закінченнями. Нервові клітини синтезують ще нейромедіатори - речовини, що забезпечують передачу імпульсу клітинам. Є гормони ліпоїдному природи - стероїди (статеві гормони). Координує роботу системи залоз внутрішньої секреції гіпоталамус.

Індивідуальний зростання рослин регулюється і координується фитогормонами, діючими як прискорювачі росту клітин, їх розподілу, (стимулюють поділ камбію і ін.).

У рослин і у деяких інших організмів виявлена ще одна група біологічно активних речовин - алкалоїди. Ці органічні сполуки є отруйними для людини і тварин. Деякі з них надають наркотичні дію, так як містять нікотин, морфін і ін.

Алкалоїди виявлені приблизно у 2500 видів покритонасінних рослин, переважно з родин пасльонових, лілійних, макових, конопляних та інших. На думку ряду вчених, алкалоїди у рослин виконують захисну функцію - пристосування до захисту їх від поїдання тваринами. Алкалоїд колхіцин використовують в медицині, а також для експериментального мутагенезу.

нуклеїнові кислоти

Подібно білкам, нуклеїнові кислоти є гетерополімера. Їх мономери нуклеотиди, з яких складаються молекули нуклеїнових кислот, різко відмінні від амінокислот. Існує 2 типи нуклеїнових кислот: ДНК (дезоксирибонуклеїнова) і РНК (рибонуклеїнова кислота).

АТФ - аденозинтрифосфорная кислота, нуклеотид, що складається з азотистої основи аденіну, вуглеводу рибози і трьох молекул фосфорної кислоти.

Структура нестійка, під впливом ферментів переходить в АДФ - аденозіндіфосфорная кислоту (отщепляется одна молекула фосфорної кислоти) з виділенням 40 кДж енергії. АТФ - єдине джерело енергії для всіх клітинних реакцій. Її перетворення відбувається за такою схемою:

Зупинимося детальніше на значенні нуклеїнових кислот, які в клітці виконують дуже важливі функції. Особливості хімічної будови нуклеїнових кислот забезпечують можливість зберігання, перенесення і передачі у спадок дочірнім клітинам інформації про структуру білкових молекул, які синтезуються в кожній тканини на певному етан індивідуального розвитку.

Оскільки більшість властивостей в організмі обумовлено білками, то зрозуміло, що стабільність нуклеїнових кислот - найважливіша умова життєдіяльності клітин і цілих організмів. Будь-які зміни будови нуклеїнових кислот спричиняють зміни структури клітин або активності фізіологічних процесів в них, впливаючи, таким чином, на життєздатність. Вивчення структури нуклеїнових кислот, яку вперше встановили американський біолог Уотсон і англійський фізик Крик, має виключно важливе значення для розуміння успадкування ознак у організмів і закономірностей функціонування, як окремих клітин, так і клітинних систем - тканин і органів.

Дослідженнями біохіміків встановлено, що і біосинтез білків в живих організмах здійснюється під контролем нуклеїнових кислот.

Таким чином, нуклеїнові кислоти забезпечують стійке збереження спадкової інформації та контролюють утворення відповідних їм білків-ферментів, а білки-ферменти визначають основні особливості обміну речовин клітини. Все це дуже важливо для підтримки хімічної стабільності організмів, має вирішальне значення для існування життя на Землі.