Готовимся к ЕГЭ. Органические вещества клетки

Органические вещества клетки

Высокомолекулярные соединения представляют собой полимеры, состоящие из повторяющихся структурных звеньев – мономеров. Полимеры с повторяющимися звеньями мономеров называют периодическими или регулярными (ААААААА,АБАБАБАБ). Непериодические или нерегулярные называют полимеры, в которых мономеры расположены без определенного порядка(АБАБВВАБАВБАБВ).

Белки (пептиды, протеины, протеиды)

Белки – азотсодержащие органические соединения, макромолекулы, непериодические полимеры, мономером является аминокислота.

где NH₂ – аминогруппа (основные свойства)

COOH–карбоксильная группа (кислотные свойства)

R – радикал

Аминокислоты – амфотерные соединения. В состав белков входят 20 аминокислот.

20 аминокислот
↓	↓
заменимые	незаменимые
синтезируются в организме	не могут быть синтезированы в организме человека и животных, должны поступать с пищей
гли, ала, сер, асп, глу, асн, глн, цис, тир, про	арг, гис, три, мет, лиз, вал, лей, илей, тре, фен

Специфичная последовательность чередования аминокислот в белке определяется генетически.

Аминогруппа одной аминокислоты способна вступать в реакцию с карбоксильной группой другой аминокислоты посредством пептидной связи (С-N).

Если соединяется много аминокислот (более 10), то получается полипептид. 

Конформации белковой молекулы

Первичная структура (линейная) – полипептид, связанный пептидными связями (связь между C-N, между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты). Специфична, определяется последовательностью нуклеотидов ДНК, кодирующей данный белок.

Вторичная структура – a-спираль (пружина), β-слой (складчатый слой): водородные связи (связь между Н аминогруппы и О карбоксильной группы) между витками спирали или цепями складчатого слоя. Кератин (a-спираль), фиброин (b-слой).

Третичная структура – суперспираль, глобула: связи между радикалами: дисульфидные (S-S связи), ионные, водородные связи, гидрофобные взаимодействия. Инсулин, иммуноглобулины, миоглобин.

Четвертичная структура – несколько третичных структур: слабые взаимодействия между радикалами и Ван-дер-Ваальсовы силы между субъединицами. Гемоглобин (2a- и 2b-цепи), лактатдегидрогеназа, гексокиназа.

Денатурация – утрата конформации, присущей данной белковой молекуле.

Денатурацию вызывают: нагревание, воздействие излучений, сильные кислоты, щелочи, концентрированные растворы солей, тяжелые металлы, органические растворители, детергенты.

Если сохраняется первичная структура белка, то возможна ренатурация, т.е. восстановление конформации белка.

Классификация белков

Белки по составу
↓	↓
простые (протеины)	сложные (протеиды)
состоят только из аминокислот	состоят из аминокислот и небелковой части (простетической группы)
альбумины, глобулины, гистоны, актин, миозин, фибриноген, пищеварительные ферменты	фосфопротеиды (казеин молока), гликопротеиды (муцин), металлопротеиды (ферритин), нуклеопротеиды (в составе ДНК, РНК), липопротеиды (компоненты мембран), хромопротеиды (гемоглобин)

Функции белков. Ферменты

·        Структурная: клеточные мембраны органоидов клеток и внеклеточных структур; кератин (волосы), фиброин (шелк), коллаген (хрящ, сухожилия), эластин (связки).

·        Двигательная: сократительные белки: актин (неподвижные нити миофибриллы) и миозин (подвижные нити миофибриллы).

·        Транспортная: гемоглобин (транспорт О₂ и СО₂ в крови), трансферрин (транспорт железа), миоглобин (транспорт О2 в мышцах).

·        Защитная: антитела (иммуноглобулины), фибриноген, тромбин.

·        Регуляторная: гормоны инсулин, глюкагон, АКТГ, соматотропин.

·        Рецепторная: в составе мембранных рецепторов обеспечивают ответ клетки на раздражение (родопсин).

·        Запасающая: резервные источники энергии: яичный альбумин, казеин молока.

·        Энергетическая (в самую последнюю очередь): при расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.

·        Токсины (змеиный яд, дифтерийный токсин), антибиотики (неокарциностатин).

·        Каталитическая: белки-ферменты – биологические катализаторы, вещества, ускоряющие реакции.

Свойства ферментов

·        все ферменты – глобулярные белки (исключение: рибозим – РНК-фермент);

·        увеличивают скорость реакции, но сами не расходуются; активность меняется в зависимости от t, рН, давления, концентрации;

·        для эффективной работы необходимы небелковые компоненты – кофакторы;

·        обладают специфичностью, т.е. один фермент катализирует только одну реакцию.

·        Специфичность работы фермента объясняется взаимоотношением субстрата и активного центра (3 - 12 аминокислотных остатков, непосредственно взаимодействующих с субстратом).

Углеводы. Классификация. Функции

Углеводы – это сахаристые или сахароподобные вещества с общей формулой  С_n(H₂O)_m.

Углеводы
↓	↓
простые	сложные
моносахариды	олигосахариды	полисахариды
состоят из одной молекулы	состоят из 2 – 10 моносахаридов	состоят из 102 – 103 моносахаридов
сладкие, легко растворимы в воде, малая М, кристаллизуются		несладкие, нерастворимы в воде, большая М, не кристаллизуются

Параллельные полисахаридные цепи соединяются водородными связями. Поперечная связь между цепями препятствует проникновению воды, поэтому целлюлоза очень устойчива к гидролизу и является строительным материалом, образует клеточные стенки растений.

Хитин – линейный полимер ацетилглюкозамина, является строительным материалом, образует клеточные стенки грибов и наружный скелет членистоногих.

Крахмал  –  смесь двух полисахаридов: амилозы (10 - 20%) и амилопектина (80 - 90%). Запасной углевод растений (клубни, плоды, семена).

Гликоген  – полимер глюкозы, по строению похож на амилопектин, но его цепи ветвятся сильнее, а 1,4-цепи короче.

Запасной углевод животных (печень, мышцы), встречается в клетках грибов.

Функции углеводов

·        Энергетическая: основной источник Е для биосинтеза, транспорта веществ, движения; при расщеплении 1 г глюкозы выделяется 17,6 кДж энергии.

·        Запасающая: крахмал, инулин у растений; гликоген у животных, грибов.

·        Структурная: глюкоза – компонент целлюлозы, крахмала, гликогена; фруктоза – компонент инулина; рибоза – компонент РНК, АТФ; дезоксирибоза – компонент ДНК; целлюлоза, хитин, муреин – строительный материал клеточных стенок.

·        Рецепторная: углеводные компоненты мембран обеспечивают узнавание клеток, рецепцию гормонов и медиаторов, ткане-специфичность, группы крови.

·        Защитная: гликопротеиды – иммунные реакции, секреты желез содержат углеводы (слюна, слизь желудка).

Липиды. Классификация. Функции

Липиды – органические соединения, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях (эфире, бензине, хлороформе).

	Липиды
↓	↓	↓	↓
простые	сложные	стероиды	терпены
триглицериды (нейтральные жиры), воска	фосфолипиды, гликолипиды, липопротеиды	холестерол, половые гормоны, желчные кислоты	каротиноиды, гиббереллины, эфирные масла

Простые липиды

Нейтральные жиры – сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот (3 сложноэфирные связи).

Глицерин       3 жирные кислоты            липид (триглицерид)

в зависимости от R жирных кислот

↓		↓
насыщенные предельные		ненасыщенные непредельные
в R только одинарные связи		в R есть двойные связи
стеариновая, пальмитиновая		олеиновая, линолевая
жиры животные		масла растительные
твердые	t+200С		жидкие

Воска – сложные эфиры длинноцепочных спиртов и жирных кислот, используются как водоотталкивающее покрытие; входят в состав хитина, сот пчел.

Сложные липиды

фосфолипиды, глицерфосфолипиды	глицерин + фосфорная кислота + жирные кислоты	входят в состав мембран
гликолипиды	сфингозин + углеводы	входят в состав мем-бран, миелиновых оболочек, мембран хлоропластов
липопротеиды	липид + белок	входят в состав мем-бран, транспортная форма липидов

Стероиды не содержат жирных кислот, содержат стероидные ядра. К ним относятся желчные кислоты, половые гормоны (эстроген, прогестерон, тестостерон), кортикостероиды (альдостерон, кортикостерон), холестерол, витамин D.

Терпены – нет глицерина, нет жирных кислот, но есть эфирная связь. К ним относятся каротиноиды (красные, оранжевые пигменты), порфирины (хлорофилл, билирубин), флавины (рибофлавин (витамин В2), гиббереллины, компоненты эфирных масел растений.

Функции липидов

·        Структурная: фосфолипиды, гликолипиды, холестерол входят в состав мембран.

·        Энергетическая: при расщеплении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии.

·        Запасающая: накапливаясь, жиры являются резервным источником энергии (капля жира в клетке, жировое тело насекомых, подкожная жировая клетчатка).

·        Защитная: физическая защита от механических повреждений;

·        водоотталкивающие свойства: воска (кутикула, перья, шерсть);

·        электрическая изоляция: гликолипиды (миелин);

·        простогландины (повышают t, стимулируют сокращение мышц внутренних органов).

·        Терморегуляторная: тепловая изоляция (подкожный жир); «бурый жир» – биологический обогреватель.

·        Источник эндогенной воды: окисление 100 г жира дает 107 мл воды.

·        Регуляторная: липиды – предшественники синтеза стероидных гормонов, жирорастворимых витаминов А, Д, Е, К, растительных пигментов.