Органические вещества клетки | Биология

Особенности строения молекул органических веществ

В современной химии и биологии органическими веществами называют все соединения, в состав которых входит химический элемент углерод (исключение: карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксиды углерода и цианидов). Кроме неотъемлемых для всех органических соединений углерода и водорода, в них почти всегда присутствует кислород, реже — азот. В состав органических соединений могут входить такие неметаллы, как фосфор (довольно часто) и сера (значительно реже). Также могут содержаться еще и ионы металлов (Fe²⁺, Cu²⁺, Mg²⁺), а также разнообразные остатки минеральных соединений (чаще всего это производные ортофосфорной кислоты).

Свое название органические вещества получили потому, что сначала ученые считали: живые организмы и неживые тела построены из различных соединений, а следовательно, вещества, свойственные живым организмам, можно получить только от живого. И только когда из аммиака (NH₃) и оксида углерода (CO₂) было синтезировано органическое соединение — мочевину (CH₂N₂O), стало очевидно: вещества, которые выделяют живые организмы, по своему составу не отличаются от химических соединений неживых тел. Подробнее об этом можно прочитать в статье Химический состав клетки.

Научные методы в биологии постоянно совершенствуются и сейчас известно уже более 3 млн органических соединений. Часть из них выделены из живых организмов, однако значительно больше синтезировано в лабораториях, а простые органические соединения (углеводороды) входят в состав нефти и газа.

В чем заключаются особенности строения органических соединений? Атомы в них сочетаются ковалентными связями, основой которых служит перекрытие внешних орбит различных атомов. Это самый прочный тип химической связи, он возникает в результате обобществления электронов различных атомов, что приводит к их связывания в одну молекулу. Таким образом, пара электронов одновременно принадлежит двум соседним атомам. Особо прочные ковалентные связи образуются между атомами кислорода, углерода, водорода и азота, которые составляют 98% массы клетки.

С чем это связано? Объяснение такое: чем легче атомы элементов, тем более крепкие между ними ковалентные связи, а упомянутые элементы являются самыми легкими из химических элементов, способных образовывать ковалентные связи. Типичный пример соединения с ковалентными связями — вода, в которой два электрона двух атомов водорода обобществлены с двумя электронами внешней орбитали атома кислорода.

Органические соединения — это разнообразные соединения углерода, которые могут образовываться в организме или в лабораторных условиях из простых неорганических соединений. Молекулы органических веществ, образующихся в клетках, называют биомолекулами.

Биологические молекулы

Все органические вещества. что синтезируются живыми организмами и являются постоянными составляющими клеток, называют биологическими молекулами.

Именно из простых органических соединений: спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот, аминов, синтезирующихся в клетках, — в конце концов образуются огромные молекулы, которые еще называют высокомолекулярными соединениями. Цепи из атомов углерода образуют скелет органической молекулы. Из таких огромных молекул строятся клетки.

Органические вещества могут составить около 15% массы клетки. Всего выделяют четыре группы органических соединений, которые непременно входят в состав клетки любого организма: липиды, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты.

Соотношение основных химических соединений в клетке

Вещество	Концентрация в массе,%
Вода	85.0
Белки	10.0
Нуклеиновые кислоты	1.1
Липиды	2.0
Углеводы	0.4
Минеральные соли	1.5

В состав каждой клетки живого организма входят липиды (от греч. Липос — жир), которые по своей химической структуре являются соединениями жирных кислот и различных многоатомных спиртов. Кроме них, в эту группу органических веществ включают еще некоторые соединения, нерастворимые в воде.

Одна из характерных особенностей любого живого организма или клеток, из которых он построен, — это химический состав, основу которого составляют биологические полимеры. Полимерами (от греч. поли — много и мерос — часть) называют любые гигантские молекулы, состоящие из одинаковых частей — мономеров (от греч. монос — один и мерос — часть) — довольно простых органических молекул, которые способны взаимодействовать между собой и повторяются сотни, тысячи и даже миллионы раз, образуя очень длинные цепи. Наиболее известными биополимерами являются простые углеводы (моносахариды), сложные углеводы (полисахариды), белки и нуклеиновые кислоты.

Белки — это одна из групп биологических полимеров, мономерами которых являются аминокислоты. Обычно их молекулярная масса составляет тысячи а. е. м., однако в виде исключения случаются белки, достигают миллионных значений. Белки были выделены в отдельный класс биологических молекул еще в XVIII в., когда было обнаружено их уникальное свойство превращаться в желеобразное вещество при нагревании или воздействии кислот. В то время одним из основных объектов этих исследований был яичный белок, откуда и происходит название.

biologichka.ru

Органические вещества клетки. Видеоурок. Биология 9 Класс

Белки – это слож­ные ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства, вы­пол­ня­ю­щие в клет­ке важ­ные функ­ции. Из всех ор­га­ни­че­ских ве­ществ клет­ки 50–70 % при­хо­дит­ся на белки. Обо­лоч­ка клет­ки, все ее внут­рен­ние струк­ту­ры по­стро­е­ны с уча­сти­ем бел­ко­вых мо­ле­кул.

Белки транс­пор­ти­ру­ют ве­ще­ства клет­ки, они вы­пол­ня­ют роль ка­та­ли­за­то­ров, уско­ря­ю­щих хи­ми­че­ские ре­ак­ции, очень труд­но пред­ста­вить себе хоть ка­кой-то про­цесс в клет­ке, ко­то­рый бы об­хо­дил­ся без уча­стия бел­ков (рис. 1).

Рис. 1. Участие белков в различных процессах клетки (Источник) 

Белки пред­став­ля­ют собой ги­гант­ские по­ли­мер­ные мо­ле­ку­лы, мо­но­ме­ра­ми ко­то­рых яв­ля­ют­ся ами­но­кис­ло­ты. В при­ро­де из­вест­но более 150 раз­лич­ных ами­но­кис­лот, но в по­стро­е­нии бел­ков живых ор­га­низ­мов участ­ву­ют толь­ко 20, их так и на­зы­ва­ют – вол­шеб­ные ами­но­кис­ло­ты. Бла­го­да­ря осо­бен­но­стям сво­е­го хи­ми­че­ско­го стро­е­ния ами­но­кис­ло­ты со­еди­ня­ют­ся друг с дру­гом, об­ра­зуя пер­вич­ную струк­ту­ру белка (рис. 2).

Рис. 2. Структура аминокислот (Источник)  

Уни­каль­ность или спе­ци­фич­ность белка опре­де­ля­ет­ся в первую оче­редь по­сле­до­ва­тель­но­стью со­еди­не­ния ами­но­кис­лот.

Ли­ней­ных бел­ков, в ко­то­рых ами­но­кис­ло­ты вы­стра­и­ва­лись бы в одну линию, в при­ро­де прак­ти­че­ски не су­ще­ству­ет. Бла­го­да­ря об­ра­зу­ю­щим­ся во­до­род­ным свя­зям между раз­ны­ми ча­стя­ми мо­ле­ку­лы белок при­об­ре­та­ет про­стран­ствен­ную или вто­рич­ную струк­ту­ру.

Возь­мем белок ге­мо­гло­би­на. Его вто­рич­ная струк­ту­ра – это спи­раль. И эта спи­раль тоже может из­ги­бать­ся в про­стран­стве, фор­ми­руя, таким об­ра­зом, тре­тич­ную струк­ту­ру белка.  В ре­зуль­та­те та­ко­го мно­го­крат­но­го скру­чи­ва­ния длин­ная и тон­кая нить мо­ле­ку­лы белка ста­но­вит­ся ко­ро­че, толще и со­би­ра­ет­ся в ком­пакт­ный комок – гло­бу­лу. Белок вы­пол­ня­ет в клет­ке свои функ­ции, толь­ко на­хо­дясь в форме гло­бу­лы. У неко­то­рых бел­ков встре­ча­ет­ся еще более слож­ная форма – чет­вер­тич­ная струк­ту­ра (рис. 3).

Рис. 3. Четвертичная структура белка (Источник)  

Таким об­ра­зом, свой­ства белка опре­де­ля­ют­ся не толь­ко по­сле­до­ва­тель­но­стью ами­но­кис­лот, но и его про­стран­ствен­ной струк­ту­рой – кон­фор­ма­ци­ей.

Белки, вы­пол­ня­ю­щие функ­цию ка­та­ли­за­то­ров, уско­ря­ю­щих хи­ми­че­ские про­цес­сы в клет­ке, на­зы­ва­ют фер­мен­та­ми. Фер­мен­ты участ­ву­ют в пе­ре­но­се ато­мов и мо­ле­кул, в рас­щеп­ле­нии и по­стро­е­нии бел­ков, жиров, уг­ле­во­дов и всех дру­гих со­еди­не­ний, то есть в кле­точ­ном об­мене ве­ществ. Ни одна хи­ми­че­ская ре­ак­ция в живых клет­ках и тка­нях не об­хо­дит­ся без уча­стия фер­мен­тов.

Кроме ка­та­ли­ти­че­ской, на белки воз­ло­же­на не менее важ­ная за­щит­ная функ­ция. Поиск и фик­са­ция ток­си­нов, по­па­да­ю­щих в клет­ку, уни­что­же­ние чу­же­род­ных ор­га­низ­мов – бак­те­рий и ви­ру­сов – эту ра­бо­ту тоже вы­пол­ня­ют белки.

За бел­ка­ми еще за­креп­ле­на ре­гу­ля­тор­ная функ­ция, сиг­наль­ная, за­пас­ная, ре­зерв­ная и много дру­гих функ­ций, ко­то­рые мы раз­бе­рем позже.

Впер­вые нук­ле­и­но­вые кис­ло­ты об­на­ру­жи­ли в ядрах кле­ток, от­сю­да и их на­зва­ние. На ла­ты­ни «нук­ле­ус» зна­чит ядро. Су­ще­ству­ет два типа нук­ле­и­но­вых кис­лот: ри­бо­ну­кле­и­но­вая кис­ло­та, со­кра­щен­но РНК, и дез­ок­си­ри­бо­ну­кле­и­но­вая кис­ло­та –  ДНК (рис. 4).

Рис. 4. Нуклеиновые кислоты (Источник) 

Нужно пой­мать пре­ступ­ни­ка – берем у него ана­лиз ДНК и спра­вед­ли­вость вос­тор­же­ство­ва­ла. Это воз­мож­но по­то­му, что струк­ту­ра каж­дой мо­ле­ку­лы ДНК уни­каль­на.

Мо­ле­ку­лы нук­ле­и­но­вых кис­лот – это очень длин­ные по­ли­мер­ные це­поч­ки, со­сто­я­щие из нук­лео­ти­дов (рис. 5). Нук­лео­тид – это со­еди­не­ние, со­сто­я­щее из азо­ти­сто­го ос­но­ва­ния и свя­зан­но­го с ним мо­но­са­ха­ри­да – ри­бо­зы или дез­ок­си­ри­бо­зы, от­сю­да раз­ни­ца в на­зва­нии РНК и ДНК. Также в со­став нук­лео­ти­да вхо­дит оста­ток фос­фор­ной кис­ло­ты – от од­но­го до трех.

Рис. 5. Нуклеотид (Источник) 

Азо­ти­стые ос­но­ва­ния ДНК – это аде­нин, гу­а­нин, ци­то­зин и тимин (рис. 6). У РНК место ти­ми­на за­ни­ма­ет ура­цил.

Рис. 6. Азотистые основания ДНК (Источник) 

Мо­ле­ку­ла ДНК – важ­ней­шее ве­ще­ство клет­ки. Если срав­нить клет­ку с че­ло­ве­че­ским ор­га­низ­мом, то ДНК – это мозг клет­ки. В по­сле­до­ва­тель­но­сти нук­лео­ти­дов мо­ле­ку­лы этой кис­ло­ты за­шиф­ро­ва­на вся на­след­ствен­ная ин­фор­ма­ция клет­ки и ор­га­низ­ма в целом. В клет­ках ор­га­низ­мов каж­до­го био­ло­ги­че­ско­го вида на­хо­дит­ся опре­де­лен­ное ко­ли­че­ство мо­ле­кул ДНК на клет­ку. По­сле­до­ва­тель­ность нук­лео­ти­дов в мо­ле­ку­ле ДНК все­гда стро­го ин­ди­ви­ду­аль­на и непо­вто­ри­ма не толь­ко для вида в целом, но и для каж­дой его особи. По­это­му мы с вами такие раз­ные (рис. 7) и имен­но по­это­му вы­чис­лить по ДНК пре­ступ­ни­ка так про­сто.

Рис. 7. Неповторимость и разнообразие людей (Источник) 

Мо­ле­ку­лы ДНК у всех эу­ка­ри­от на­хо­дят­ся в ядре клет­ки и в ор­га­но­и­дах – ми­то­хон­дри­ях и пла­сти­дах, у про­ка­ри­от оформ­лен­но­го ядра нет, по­это­му у них ДНК распо­ла­га­ет­ся непо­сред­ствен­но в ци­то­плаз­ме (рис. 8).

Рис. 8. Молекулы ДНК эукариот и прокариот (Источник) 

У всех живых су­ществ мо­ле­ку­лы ДНК по­стро­е­ны по од­но­му и тому же прин­ци­пу (рис. 9).

Рис. 9. Структура ДНК (Источник) 

Они со­сто­ят из двух по­ли­нук­лео­тид­ных це­по­чек, скру­чен­ных в виде двой­ной спи­ра­ли в на­прав­ле­нии слева на­пра­во. При этом азо­ти­стые ос­но­ва­ния об­ра­ще­ны внутрь спи­ра­ли и скреп­ле­ны между собой во­до­род­ны­ми свя­зя­ми. А дез­ок­си­ри­бо­зы и остат­ки фос­фор­ной кис­ло­ты оста­ют­ся на внеш­ней сто­роне двой­ной спи­ра­ли.

Ри­бо­ну­кле­и­но­вая кис­ло­та по­хо­жа по стро­е­нию на ДНК, но ее мо­ле­ку­лы со­сто­ят толь­ко из одной це­поч­ки. Среди азо­ти­стых ос­но­ва­ний в нук­лео­ти­дах вме­сто ти­ми­на при­сут­ству­ет ура­цил, а вме­сто дез­ок­си­ри­бо­зы – уг­ле­вод ри­бо­за. Мо­ле­ку­лы РНК на­хо­дят­ся в ядре, ци­то­плаз­ме и неко­то­рых ор­га­но­и­дах клет­ки.

Ри­бо­ну­кле­и­но­вая кис­ло­та слу­жит по­сред­ни­ком между ДНК и син­те­зи­ру­е­мы­ми бел­ка­ми, участ­вуя в сбор­ке мо­но­ме­ров в по­ли­мер. По­сле­до­ва­тель­ность нук­лео­ти­дов со­от­вет­ству­ет по­сле­до­ва­тель­но­сти ами­но­кис­лот, из ко­то­рых стро­ит­ся белок. Таким об­ра­зом, ин­фор­ма­ция, за­шиф­ро­ван­ная в ДНК, пе­ре­да­ет­ся на РНК, и на ней уже про­ис­хо­дит син­тез нуж­но­го белка (рис. 10).

Рис. 10. Синтез белка с помощью РНК (Источник) 

Эта функ­ция пе­ре­но­са ин­фор­ма­ции за­креп­ле­на в клет­ке за ин­фор­ма­ци­он­ны­ми РНК. По­ми­мо этого, су­ще­ству­ет еще два типа ри­бо­ну­кле­и­но­вой кис­ло­ты – это транс­порт­ные РНК и ри­бо­сом­ные РНК. Пер­вые пе­ре­но­сят ами­но­кис­ло­ты к месту син­те­за белка, вто­рые со­дер­жат­ся в мель­чай­ших ор­га­но­и­дах клет­ки – ри­бо­со­мах. Все эти РНК участ­ву­ют в син­те­зе бел­ков.

Мы рассмотрели устройство и функции важнейших органических веществ клетки – белков и нуклеиновых кислот, выяснили, что РНК является посредником между ДНК и синтезируемыми белками.

 

Список литературы

1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. – Дрофа, 2009.
2. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений/ Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005
3. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Biofile.ru (Источник). 
2. 3ys.ru (Источник).  
3. Sbio.info (Источник).  

 

Домашнее задание

1. Что такое белки и каковы их функции?
2. Какие виды нуклеиновых кислот существуют?
3. Какова структура ДНК?

interneturok.ru

углеводы — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Углеводы, или сахариды, — одна из основных групп органических соединений. Они входят в состав клеток всех живых организмов.

Основная функция углеводов — энергетическая (при расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма). При избытке углеводов они накапливаются в клетке в качестве запасных веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом в качестве источника энергии. Углеводы также используются и в качестве строительного материала.

 

Общая формула углеводов:

Cn(h3O)m.

Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода.

В состав производных углеводов могут входить и другие элементы.

 

Растворимые в воде углеводы. Моносахариды и дисахариды

Пример:

из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Глюкоза — основной источник энергии для клеточного дыхания.

Фруктоза — составная часть нектара цветов и фруктовых соков.

Рибоза и дезоксирибоза — структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами нуклеиновых кислот (РНК и ДНК).
Дисахариды образуются путём соединения двух молекул моносахаридов и по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те и другие хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Пример:

сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) — дисахариды, образовавшиеся в результате слияния двух молекул моносахаридов:

сахароза (глюкоза \(+\) фруктоза) — основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях.

Лактоза (глюкоза \(+\) галактоза) — входит в состав молока млекопитающих.

Мальтоза (глюкоза \(+\) глюкоза) — источник энергии в прорастающих семенах.

Функции растворимых углеводов: транспортная, защитная, сигнальная, энергетическая.

Нерастворимые в воде полисахариды

Полисахариды состоят из большого числа моносахаридов. С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и сладкий вкус исчезает.

 

Пример:

полимерные углеводы: крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин.

Функции полимерных углеводов: структурная, запасающая, энергетическая, защитная.
Крахмал состоит из разветвлённых спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.

Целлюлоза является важным структурным компонентом клеточных стенок грибов и растений.

Целлюлоза нерастворима в воде и обладает высокой прочностью.

Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы, входит в состав клеточных стенок некоторых грибов и формирует наружный скелет членистоногих животных.
Гликоген — запасное вещество животной клетки.

Известны также сложные полисахариды, выполняющие структурные функции в опорных тканях животных (они входят в состав межклеточного вещества кожи, сухожилий, хрящей, придавая им прочность и эластичность).

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

http://www.bestreferat.ru/referat-100195.html

www.yaklass.ru

Органические вещества

Органические вещества, в отличие от неорганических, образуют ткани и органы живых организмов. К ним относятся белки, жиры, углеводы, нукленовые кислоты и другие.

Состав органических веществ клетки растений

Данные вещества представляют собой химические соединения, в состав которых входит углерод. Редкие исключения из этого правила – карбиды, угольная кислота, цианиды, оксиды углерода, карбонаты. Органические соединения образуются при связи углерода с любым из элементов таблицы Менделеева. Чаще всего в составе этих веществ присутствуют кислород, фосфор, азот, водород.

Каждая клетка любого из растений на нашей планете состоит из органических веществ, которые условно можно разделить на четыре класса. Это углеводы, жиры (липиды), белки (протеины), нуклеиновые кислоты. Данные соединения являются биологическими полимерами. Они принимают участие в метаболических процессах в организме как растений, так и животных на клеточном уровне.

Четыре класса органических веществ

1. Белки (протеины) – это соединения, основными структурными элементами которых являются аминокислоты. В организме растений белки выполняют различные важные функции, основная из которых – структурная. Они входят в состав разнообразных клеточных образований, регулируют процессы жизнедеятельности и откладываются про запас.

2. Жиры (липиды) также входят в состав абсолютно всех живых клеток. Они состоят из простейших биологических молекул. Это сложные эфиры карбоновых кислот и спиртов. Главная роль жиров в жизнедеятельности клеток – энергетическая. Жиры откладываются в семенах и других частях растений. Вследствие их расщепления высвобождается необходимая для жизни организма энергия. Зимой многие кустарники и деревья питаются, расходуя запасы жиров и масел, которые они накопили за лето. Также следует отметить важную роль липидов в построении мембран клеток — как растительных, так и животных.

3. Углеводы являются основной группой органических веществ, благодаря расщеплению которых организмы получают необходимую энергию для жизни. Их название говорит само за себя. В структуре молекул углеводов наряду с углеродом присутствуют кислород и водород. Самым распространенным запасным углеводом, который образуется в клетках в процессе фотосинтеза, является крахмал. Большое количество этого вещества откладывается, например, в клетках клубней картофеля либо семян злаков. Другие углеводы придают сладкий привкус плодам растений.

4. Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) представляют собой фосфорсодержащие биополимеры, имеющиеся в клеточных ядрах всех без исключения живых существ. Их основное предназначение – сохранение наследственной информации и передача ее потомкам.

Таким образом, клетка растения является маленькой «природной лабораторией», где синтезируются и преобразуются разнообразные химические органические вещества.

Похожие материалы:

beaplanet.ru

нуклеиновые кислоты — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Нуклеиновые кислоты (от лат. нуклеус — «ядро») впервые были обнаружены в \(1868\) г. в ядрах лейкоцитов швейцарским учёным Ф. Мишером. Позже было выяснено, что нуклеиновые кислоты содержатся во всех клетках (в цитоплазме, ядре и во всех органоидах клетки).

Первичная структура молекул нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты — самые крупные из молекул, образуемые живыми организмами. Они являются биополимерами, состоящими из мономеров — нуклеотидов.

 

Обрати внимание!

Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и фосфатной группы (остатка фосфорной кислоты).

 

 

В зависимости от вида пятиуглеродного сахара (пентозы), различают два типа нуклеиновых кислот: 

• дезоксирибонуклеиновые кислоты (сокращённо ДНК) — молекула ДНК содержит пятиуглеродный сахар — дезоксирибозу.
• рибонуклеиновые кислоты (сокращённо РНК) — молекула РНК содержит пятиуглеродный сахар — рибозу.

Есть различия и в азотистых основаниях, входящих в состав нуклеотидов ДНК и РНК.

Нуклеотиды ДНК: А — аденин,  Г — гуанин, Ц — цитозин, Т — тимин.
Нуклеотиды РНК: А — аденин, Г — гуанин, Ц — цитозин, У — урацил.

 

Вторичная структура молекул ДНК и РНК

Вторичная структура — это форма молекул нуклеиновых кислот.

Пространственная структура молекулы ДНК была смоделирована американскими учёными Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком в \(1953\) г.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — состоит из двух спирально закрученных цепей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру (свойственную только молекулам ДНК), называют двойной спиралью.

Рибонуклеиновая кислота (РНК) — линейный полимер, состоящий из одной цепи нуклеотидов.

 

Исключение составляют вирусы, у которых встречаются одноцепочечные ДНК и двухцепочечные РНК.

Подробнее о ДНК и РНК будет рассказано в разделе «Хранение и передача генетической информации. Генетический код».

 

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

http://distant-lessons.ru/nukleinovye-kisloty.html

www.yaklass.ru

Урок 2. неорганические соединения клетки. углеводы и липиды. регулярные и нерегулярные биополимеры — Биология — 10 класс

Химические вещества и их роль в живой природе

Органические вещества клетки. Углеводы. Липиды

Необходимо запомнить

ВАЖНО!

Живые системы – клетки, ткани, организмы – состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, что свидетельствует о единстве и взаимосвязи живой и неживой материи. Но соотношение элементов в живом и неживом веществе существенно отличается.

Живые организмы имеют сходный химический состав (одни и те же химические элементы и вещества в близких количествах), что является доказательством родства всего живого на Земле.

К неорганическим соединениям относятся относительно простые соединения, которые встречаются и в неживой природе: вода, минеральные соли, ионы.

Органические соединения, основой строения которых являются атомы углерода, составляют отличительный признак живого. Из органических соединений всеобщее биологическое значение имеют белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды.

Особенности химической организации живой материи:

– 98 % элементного состава приходится на углерод, кислород, водород и азот;

– большое содержание воды;

– наличие органических веществ.

Углеводы – органические вещества с общей формулой С_n(Н₂О)_m.

Липиды – органические соединения с различной структурой, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях.

Общие функции углеводов и липидов: энергетическая, структурная, запасающая, защитная. Кроме того, липиды выполняют ещё терморегуляторную функцию и являются гормонами.

Группы химических элементов в клетке

Биологическая роль воды

Интересные факты

Регулярные и нерегулярные биополимеры

resh.edu.ru

Органические молекулы

Наиболее разнообразными по химическому строению соединениями, из которых состоят организмы, являются органические. Они распространены в атмосфере, поверхностных и подземных водах, осадках, почвах и горных породах. Основой их молекул является цепи, образованные атомами углерода, соединенными между собой ковалентными связями. Такие карбоновые цепи могут иметь разнообразное строение — образовывать длинные линейные или разветвленные цепи, замыкаться в циклы (кольца). Кроме углерода молекулы органических соединений содержат атомы водорода и кислорода, а также часто азота. Содержание органических соединений в клетках составляет в среднем 20 — 30%. Сейчас человечеству известно более 20 млн различных природных и искусственно синтезированных органических соединений. Органические вещества характеризуются большой энергоемкостью и относительно большой молекулярной массой.

Свойства органических веществ зависят не только от качественного и количественного состава, но и от строения молекул.

Примеры молекул органических веществ (атомы различных химических элементов представлены шариками разного цвета, масштабы изображений атомов различных молекул неодинаковы)

Органическими называют соединения, образованные атомами углерода, соединенными между собой ковалентными связями, и атомами водорода.

По особенностям строения и свойствами выделяют различные группы органических веществ. Среди них важнейшими для функционирования живых структур являются углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты.

Макромолекулы — биополимеры

Важным свойством органических соединений является способность устанавливать химические связи между отдельными молекулами. Соединения, образованные большим количеством однотипных звеньев (простых молекул), соединенных между собой в длинные линейные или разветвленные цепи, называются полимерами, или макромолекулами. Молекулы, повторением которых образуется полимер, — мономерами. Полимерными могут быть искусственно синтезированные соединения, например известный вам полиэтилен. В курсе биологии мы будем рассматривать только полимеры, входящие в состав организмов, — биополимеры. К ним относятся все белки, нуклеиновые кислоты и некоторые углеводы.

Биополимеры — высокомолекулярные соединения организмов, молекулы которых состоят из мономеров, соединенных между собой в длинные линейные или разветвленные цепи.

Мономеры могут быть как абсолютно одинаковыми, так и разными, но химически однородными. Полимеры, образованные повторением одинаковых мономеров, называются гомополимерами. Например, уже известный вам полимер целлюлоза состоит только из остатков глюкозы (речь идет не о молекуле мономера, а остаток, поскольку при образовании химических связей молекулы теряют определенные атомы). Гетерополимеры — полимеры, молекулы которых состоят из остатков разных, но химически однородных мономеров. Например, белки состоят из остатков 20 различных аминокислот, имеющих сходное строение.

В состав молекул биополимеров могут входить от нескольких десятков остатков мономеров (небольшие белки) до нескольких миллионов (молекулы ДНК). Значительная длина полимерных молекул позволяет образовывать огромное количество разнообразных и уникальных молекул. Например, количество различных вариантов сочетания только 5 аминокислот из 20 возможных составляет 3200000. А количество возможных вариантов структур белков из 100 аминокислот составит более 10¹³⁰  (для сравнения: количество атомов во Вселенной оценивается в 10⁸⁰). Молекулы различного строения могут выполнять различные функции. Именно поэтому подавляющее количество процессов внутри клеток обеспечивается полимерными соединениями — белками. Еще большее количество вариантов обеспечивает длина молекул ДНК — они могут состоять из миллионов мономеров. Благодаря этому молекулы ДНК лучше выполняют функцию сохранения наследственной информации, в том числе и по структуре всех белков организма.

Однако уникальность и разнообразие строения важна не для всех биополимеров. Некоторые из них нужны для уменьшения количества мономеров в клетке и удобного их сохранения. Такие полимеры выполняют резервную функцию. Другие макромолекулы формируют длинные нити, соединенные многочисленными связями, что придает им прочности. Эти вещества выполняют механическую функцию в организмах.

Пигменты, витамины, антибиотики, алкалоиды

Кроме описанных ранее важнейших групп органических соединений (это углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты) в клетках есть и другие, которые также выполняют важные функции. Например, у растений и некоторых бактерий имеющиеся фотосинтезирующие пигменты, обеспечивающие синтез органических соединений с помощью света. Для нормального существования организмов необходимые витамины — биологически активные низкомолекулярные органические соединения, имеющие различную химическую природу и поступающие с пищей. Витамины участвуют в обмене веществ и превращении энергии в основном как компоненты ферментов.

Известно около 20 различных витаминов и витаминоподобным соединений, которые по-разному влияют на организмы. Некоторые витамины в незначительных количествах синтезируются в организмах человека и животных или веществ-предшественников — провитаминов (например, витамин D образуется в коже человека под действием ультрафиолетового излучения), или симбиотических микроорганизмами (в частности, в кишечнике человека симбиотические бактерии синтезируют витамины К, В₆ и В₁₂).

Вещества, синтезируемые бактериями и грибами в природе для защиты от негативного воздействия других видов микроорганизмов, называются антибиотиками. их характерной особенностью является способность нарушать определенные звенья обмена веществ микроорганизмов или действие некоторых их ферментов. Антибиотики используют в медицине, ветеринарии и растениеводстве для борьбы с инфекционными болезнями.

Различная окраска водорослей обусловлена наличием хлорофилла и других специфических пигментов. Бурые водоросли содержат ксантофиллы, а красные — фикобилины, которые поглощают синие и фиолетовые лучи. Подумайте, какая особенность распространения красных водорослей с этим связана.

Некоторые организмы для защиты или охоты образуют ядовитые вещества. Из курса биологии животных вам известны животные, «вооруженные» ядом для защиты и нападения. Они могут быть опасными для человека. Растения образуют алкалоиды — азотсодержащие органические соединения, большинство из которых имеют свойства слабой органической основы. Функции алкалоидов еще недостаточно изучены, но ученые указывают на их роль в защите растений от паразитических грибов, насекомых и растительноядных позвоночных животных.

Спектр строения и функций органических соединений в живой природе слишком широк, чтобы иметь возможность рассмотреть их все. Поэтому более подробно мы будем изучать только главные из них.

 

www.polnaja-jenciklopedija.ru