Лекція 2-3

Розділ І. Молекулярний рівень організації життя

Тема: БІОЛОГІЧНО ВАЖЛИВІ РЕЧОВИНИ

1. Елементний склад живих організмів
2. Неорганічні сполуки: вода і мінеральні солі
3. Органічні сполуки: вуглеводи, білки, ліпіди

1.Живі організми містять майже всі відомі в природі хімічні елементи. Одні з них виявлені у всіх організмів, інші лише в окремих. Наука, яка вивчає хімічний склад живих організмів, їх будову та властивості називається біохімією.

         Хімічні елементи поділяються на:

- макроелементи (органогенні) – елементи, частка яких у клітині становить 98%. Найбільша кількість 4 хімічних елементів: Оксиген (О), Гідроген (Н), Карбон (С), нітроген (N). Вони входять до складу органічних сполук.

         До мікроелементів належать такі ХЕ (1.9%):

• магній (Мg) – входить до складу хлорофілу;
• ферум (Fе) – входить до складу гемоглобіну;
• фосфор (Р) – входить до кісткової тканини, нуклеїнових кислот;
• кальцій (Са) – до кісток, черепашок молюсків;
• сульфур (S) – до складу білків;
• калій, натрій, хлор (К, Na, Cl) – беруть участь у зміні потенціалу клітинної мембрани (необхідно для транспорту речовин через мембрану).

- мікроелементи – елементи, частка яких в клітині 0.01 – 0.001%. Це цинк (Zn), купрум (Cu), йод (I), флуор (F), молібден (Mo). Вони входять до складу ферментів, гормонів, пігментів.

- ультрамікроелементи – елементи,вміст в клітині яких 0.000001%. Це уран, меркурій,цезій та інші.

         2. Вода є важливим елементом всіх живих організмів, де відбуваються процеси обміну речовин та перетворення енергії. Вміст води в організмі 60 – 70 %, а у медуз – 98%.

         Формула води – Н₂О. Складається з 2 атомів Н⁺ (мають позитивний заряд) і 1 атома О^2- (має негативний заряд). У молекулі води атоми Н зв’язані міцним ковалентним зв’язком з атомом О. Молекула води електронейтральна (має + та –електричні заряди на різних полюсах молекули), полярна (2 полюси), диполь. При притягуванні однієї молекули води до іншої утворюються водневі зв’язки (атом О^2- однієї молекули води притягується до атома Н⁺ іншої молекули води).

         Функції води:

- забезпечує внутрішньоклітинний тиск та об’єм клітин;

- формує водну оболонку навколо деяких сполук (це зв’язана вода – запобігає взаємодії молекул білків між собою – захисна функція);

- є універсальним розчинником (вільна вода – вода не зв’язана з сполуками);

Сполуки залежно від розчинності у воді поділяються на:

А) гідрофільні (гідро-вода; філіа – люблю) – сполуки здатні розчинятися у воді (солі);

Б) гідрофобні (фобос – страх) – сполуки,які не розчинні у воді (жири);

- є основним середовищем, де відбувається багато біохімічних реакцій (гідроліз – розщеплення органічних сполук при приєднанні молекул води);

- регулює тепловий режим організму (запобігає різким змінам температури в клітинах і організмі, температура стабільна, при перегріванні – потовиділення);

Забезпечує рівномірний розподіл тепла в організмі ( в організмі не виникає «гарячих точок», які могли б бути причиною загибелі клітин чи органів).

         Крім води в організмі є також такі неорганічні сполуки, як мінеральні солі.

         Мінеральні солі у живих організмах розчинені у воді у вигляді іонів (К⁺, Na⁺ Ca²⁺, Mg²⁺) або перебувають у вигляді сполук (СаСО₃ – у черепашці молюсків). НCl (хлорид на кислота) – створює кисле середовище в шлунку організмів, збільшує активність ферментів шлункового соку.

         3. Органічні сполуки – сполуки,до складу яких входять 4 ХЕ (О, С, Н, N).

Ці сполуки є макромолекулами – мають високу молярну масу, є біополімерами – її молекули складаються з великої кількості ланок, які повторюються – мономерів

( мономерами білків є амінокислоти, у нуклеїнових кислот – нуклеотиди, у полісахаридів – моносахариди, у жирів – жирні кислоти).

ВУГЛЕВОДИ

         Їх більше у клітинах рослин (листки, плоди), ніж у клітинах тварин і людини.

Залежно від кількості мономерів вуглеводи діляться на:

• моносахариди – глюкоза (С₆Н₁₂О₆) і фруктоза, які дають солодкий присмак ягодам, меду і фруктам; та рибоза і дезоксирибоза – входять до складу нуклеїнових кислот. Це прості цукри, добре розчинні у воді.
• дисахариди – складаються з 2 молекул моносахаридів – сахароза (складається з глюкози і фруктози) і мальтоза (складається з 2 молекул глюкози).
• полісахариди – складаються з багатьох молекул моносахаридів. Вони не мають солодкого присмаку і не розчинні у воді. Це крохмаль, який утворюється при фотосинтезі у рослинах (відкладається в листках, насінні) та целюлоза, яка знаходиться у клітинних стінках рослин (деревина, кора складається з целюлози).

У тварин і людини є полісахарид – глікоген, який відкладається в м´язах і клітинах печінки.

     Функції вуглеводів:

• енергетична – розщеплення вуглеводів відбувається з виділенням енергії (1 г вуглеводів = 17.6 кДж енергії);
• структурна (будівельна) – вуглеводи входять до складу опорних елементів клітин організмів (целюлоза – входить до клітинних стінок рослин, хітин – покриви членистоногих);
• полісахариди накопичуються як запасні поживні речовини (глікоген – у клітинах печінки, м´язів; крохмаль – листки, корені рослин, бульби).

ЛІПІДИ

         Ліпіди – органічні сполуки, нерозчинні у воді (гідрофобні), але добре розчинні в органічних розчинниках (ефір, бензин та ін).

         До ліпідів належать:

• жири – найбільше їх в підшкірній клітковині, сальнику, молоці ссавців, плоди (горіхи);
• воски – забезпечують захисну функцію (змащують поверхню шкіри, зменшує випаровування води у рослин);
• олії – ліпіди, які знаходяться в рідкому стані (соняшникова, оливкова та ін).

Функції ліпідів:

• енергетична функція – є джерелом енергії (1 г ліпідів = 38.9 кДж енергії – у 2 рази більше чим у вуглеводів). Також виділяється 1.1 г води (верблюди у пустелі без води можуть обходитися 10 – 12 днів, а ведмеді під  час зимової сплячки більше 2 місяців, використовуючи воду від розщеплених жирів).
• будівельна – фосфоліпіди є основою клітинних мембран;
• захисна – захищають внутрішні органи від механічних ушкоджень (у людини нирки вкриті жировим шаром);
• теплоізоляційна – запобігають переохолодженню (кити, тюлені);
• видільна – у жировому тілі комах накопичуються кінцеві продукти обміну;
• беруть участь в регуляції життєвих процесів (входять до складу ферментів).

(Написання тестів до білків)

БІЛКИ

         Білки – високомолекулярні біополімери, мономерами яких є залишки амінокислот.

         Молекули білків мають вигляд довгих ланцюгів, які складаються з залишків амінокислот, зв’язаних пептидним  зв’язком.

         Білки поділяються на:

А) прості – білки,до складу яких входять лише амінокислоти;

Б) складні – білки, до складу яких крім амінокислот можуть входити нуклеїнові кислоти, ліпіди, вуглеводи.

         Амінокислоти поділяються на:

1. замінні – амінокислоти, які можуть синтезуватися самостійно в організмі з продуктів обміну речовин;
2. не замінні – амінокислоти, які в організмі самостійно не синтезуються, а повинні постійно надходити з їжею.

Будова білків. Амінокислотні залишки у молекулі білка зв’язуються пептидним зв’язком. Структури, які складаються з великої кількості амінокислотних залишків називаються поліпептидами. Саме білки і складаються з 1 або кількох поліпептидних ланцюгів.

4 рівні структурної організації білків:

- первинна структура – молекули білка у вигляді ланцюга;

- вторинна структура – молекули білка повністю або частково закручуються в спіраль;

- третинна структура – спіраль закручується у грудку (глобулу);

- четвертинна структура – об´єднання глобул, які утворюють функціональну одиницю (гемоглобін).

Властивості білків:

• денатурація – процес порушення природної структури білків під впливом різних факторів  (висока температура, кислоти, луги). Це необоротній процес, відбувається без порушення первинної структури.
• ренатурація – процес відновлення структури білка на початкових стадіях;
• деструкція – процес порушення первинної структури білка.

Функції білків:

• структурна (будівельна) – входять до складу всіх клітин мембран і органел (колаген – забезпечує пружність хрящів, сухожилок);
• транспортна – переносить кисень і вуглекислий газ (гемоглобін);
• захисна – в клітині утворюються білки – імуноглобуліни (антитіла), які нейтралізують чужорідні речовини і здійснюють імунологічний захист організму;
• сигнальна – в поверхні клітинної мембрани є молекули білків, які змінюють свою структуру при дії зовнішніх факторів і забезпечують сприймання сигналів з зовнішнього середовища і передача їх всередину клітини;
• рухова – клітини, тканини, органи завдяки молекулам білка рухаються (скоротливі білки – актин і міозин, які входять до м’язових клітин);
• енергетична – при розщепленні 1 г білків = 17.2 кДж енергії;
• каталітична – молекули білків прискорюють перебіг хімічних реакцій (ферменти).