Тема: Химический состав. Строение и функции органоидов

Урок 3-4.

Тема: Химический состав. Строение и функции органоидов

Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ

·  Химический состав клетки. Макро и микроэлементы. Взаимосвязь строения и функций неорганических и органических веществ, входящих в состав клетки.

·  Роль химических веществ в клетке и в организме человека

·  Строение клетки. Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки – основа её целостности.

В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и образуют неживые тела. Это говорит о единстве живой и неживой материи. Однако в живых телах содержание тех или иных элементов значительно отличается. Макроэлементы (С, О, Н, N) образуют органические вещества и составляют до 98% всех веществ клетки. Микроэлементы и ультрамикроэлементы составляют незначительную, но весомую часть веществ клетки.

Углерод, водород, кислород входят в состав всех органических веществ организма. Азот входит в состав белков и нуклеиновых кислот.

Сера входит в состав некоторых аминокислот, а значит и в состав белков.

Йод входит в состав гормонов щитовидной железы.

Фосфор является важнейшим компонентом молекул АТФ и нуклеиновых кислот, а так же в виде солей входит в состав костной ткани.

Железо входит в состав гемоглобина крови.

Магний центральный атом молекулы хлорофилла.

Кальций в составе нерастворимых соединений участвует в образовании опорных (костная ткань) и защитных (раковины моллюсков) структур.

Калий и натрий в виде ионов имеют большое значение для поддержания постоянства внутренней среды, а так же участвуют в формировании нервного импульса в нервных клетках.

Фтор входит в состав эмали зубов.

Недостаток, равно как и переизбыток того или иного элемента может нести для организма очень большой вред.

Химические вещества клетки.

Все химические вещества (не путать с элементами) клетки делятся на две большие группы. Это неорганические вещества, к которым относятся вода и соли и органические вещества, которые в клетке составляют наибольшую долю. К ним относятся углеводы, белки, липиды, белки, нуклеиновые кислоты.

Углеводы. Называются так, т. к. в их состав входит углерод - «уголь» и вода. Общая формула углеводов - Сn(H2O)m. Существует классификация по строению углеводов, она связана с тем, что часть углеводов- полимеры, состоящие из простых мономеров. Моносахариды (простые сахариды, моносахара, монозы) - это углеводы, количество атомов углерода не превышает 6. К монозам относятся: глюкоза (С6)– тростниковый сахар (основной источник энергии в любой клетке), рибоза (С5) – входит в состав РНК, дезоксирибоза (С5) – входит в состав молекул ДНК.

Основными полисахаридами (полиозы, сложные сахара, полисахариды) являются целлюлоза и крахмал у растений, гликоген, хитин, у животных и грибов. Все полисахариды являются полимерами регулярного строения, т. е. состоят только из одного вида мономеров. Например, мономером крахмала, гликогена, целлюлозы является глюкоза.

Основная функция углеводов – энергетическая. Кроме этого они входят в состав поверхностного слоя оболочки (гликокаликса) животной клетки и в состав клеточной стенки бактерий, грибов и растений, выполняя строительную (структурную) функцию.

Липиды. Липиды выполняют энергетическую функцию и при этом дают вдвое больше энергии на 1г вещества, чем углеводы. Но особенно важна их строительная функция, т. к. именно двойной слой липидов (фосфолипидов) является основой биологических мембран. Кроме того подкожножировая клетчатка (у тех, у кого она есть)выполняет функцию механической защиты и терморегуляции.

Белки. Белки – биополимеры нерегулярного строения, мономерами которых являются аминокислоты. В состав белков входит 20 видом аминокислот, при этом их количество и последовательность их соединения в разных белковых молекулах различаются. В результате белки имеют разнообразное строение и, как следствие, разнообразные свойства и функции. Связь между аминокислотами называется пептидной и нигде больше в живой и неживой природе не встречается.

Таблица 2. Уровни организации белковой молекулы (структура белка).

структура	Особенности строения	Каким видом связи поддерживаются	Ассоциативный ряд
Первичная	Полипептидная цепь. Определенное количество аминокислот формируют цепочку, возникает на рибосомах а процессе трансляции.	Пептидные – ковалентные	Бусины в бусах, одна за другой. Бусы вытянуты в цепь.
Вторичная	Полипептидная цепь, скрученная в спираль	Водородные	Телефонный шнур, от аппарата к трубке. Каждый виток спирали состоит из 3-5 «бусин», составляющих первичную структуру.
Третичная	Может иметь шаровидную форму (глобула) или форму нити (фибрилла).	Гидрофобные, водородные, ионные – слабые, но многочисленные. Дисульфидные – редкие, но прочные.	Тот же шнур, только скомканный. Спираль сохраняется, но образовалась новая пространственная конфигурация.
Четвертичная	Несколько третичных структур, соединённых в единый комплекс (пример - молекула гемоглобина из 4 глобул)	Те же связи, что поддерживают третичную структуру.	Несколько телефонных шнуров, скомканных в одно целое.

Рисунок 1. Структура белка на примере молекулы гемоглобина.

Функции белков.

Строительная функция белков одна из самых важных, поскольку они входят в состав всех клеточных структур (мембран, органоидов и цитоплазмы). Фактически белки – основной строительный материал для организма. Рот и развитие организма без достаточного количества белка не могут проходить нормально. Именно поэтому растущий организм должен получать с пищей белки.

Ферментативная функция. Большинство химических реакции, происходящих в клетке были бы невозможны без участия биологических катализаторов –ферментов. Почти все ферменты (энзимы) по своей природе являются белками. Каждый фермент ускоряет только одну реакцию (или реакцию одного типа). В этом выражается специфичность ферментов. Кроме того, ферменты действуют в довольно узком диапазоне температуры и кислотности среды. Повышение температуры приводит к денатурации белка (потере ими своих качеств в результате разрушения третичной и вторичной структур) и потере каталитической активности. Именно в связи с термической денатурацией белков в организме на ртутных медицинских термометрах нет отметок температуры выше 42ºС. Примером фермента может служить амилаза слюны, которая во рту человека (при условии температуры 36,6ºС и слабощелочной среды) начинает разрушать поступивший крахмал до глюкозы.

Транспортная функция белков заключается в переносе различных веществ. Такие белки как гемоглобин, осуществляют глобальный перенос (газов по всему многоклеточному организму). Белки, встроенные в мембраны клеток, обеспечивают транспорт веществ в клетку и из неё. Типичный пример – калий-натриевый насос, сложный белковый комплекс, работающий в связи с разностью потенциалов натрия и калия и затратами на его работу АТФ.

Двигательная функция белков заключается в движении организма в пространства или его частей относительно друг друга. В качестве примера можно привести белки актин и миозин, обеспечивающих сокращение мышечных клеток и тканей.

Защитная функция выполняется многими специфическими белками. Антитела, вырабатываемые лейкоцитами в кровь, защищают организм от болезнетворных микроорганизмов. Белок плазмы – протромбин защищает организм от кровопотери. Белки - интерфероны обеспечивают противовирусную защиту.

Регуляторную функцию осуществляют белки - гормоны. Типичный белковый гормон - инсулин регулирует содержание сахара в крови. Соматотропин - гормон роста, тоже белковой природы. При его недостатке у человека развивается карликовость, при избытке - гигантизм.

Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты, так же как и белки являются полимерами нерегулярного строения. Мономерами являются нуклеотиды 4-х видов. Схематическое изображение нуклеотида представлено на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема строения нуклеотида.

Каждый нуклеотид состоит из 3-х компонентов: азотистого основания (4 вида), углевод, остаток фосфорной кислоты.

Таблица 3. Сравнительная характеристика ДНК и РНК.

Признак	ДНК	РНК
Мономеры	Сахар – дезоксирибоза Азотистые основания: Аденин, Гуанин, Цитозин, Тимин	Сахар- рибоза Азотистые основания: Аденин, Гуанин, Цитозин, Урацил
Строение	Двойная спираль	Одинарная цепь
Виды	1	3 (и-РНК, т-РНК, р-РНК)
Функции	Хранение и передача наследственной информации от клетке к клетке	Реализация наследственной информации в форме биосинтеза белка

Строение молекулы ДНК. Современная модель строения ДНК предложена Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком. Молекула представляет собой две цепочки нуклеотидов, спирально закрученных друг вокруг друга. Азотистые основания направлены внутрь молекулы так, что напротив аденина всегда находится тимин, а напротив цитозина первой цепочки находится гуанин второй цепочки. Пары аденин - тимин и гуанин – цитозин комплиментарны, а принцип их расположения называется принципом комплиментарности. Связи, которые возникают между комплиментарными парами – водородные, и обе цепочки удерживаются относительно друг друга огромным количеством этих связей. Следствием комплиментарности пар А-Т и Г-Ц является то, что количество нуклеотидов, содержащих аденин всегда равно количеству нуклеотидов, содержащих тимин. И точно так же равно между собой количество гуаниловых и цитидиловых нуклеотидов.

Строение эукариотической клетки.

Таблица 4. Клеточные органоиды.

Клеточная структура	Строение	Функции	Рисунок
Плазматическая мембрана	Основа –двойной слой липидов, молекулы белка встроены в мембрану и могут быть внутренними, наружными, внешними	1) ограничивает содержимое клетки, выполняет защитную функцию 2) осуществляет избирательный транспорт 3) обеспечивает связь клеток в многоклеточном организме
Ядро	Состоит из 2-х мембран. Жидкое содержимое - кариоплазма, в ней хроматин – нити ДНК с белками. Возможно наличие ядрышка – место сборки рибосом. Связь с цитоплазмой осуществляется через поры.	1) хранение и передача наследственной информации 2) контроль и управление процессами жизнедеятельности клетки
Митохондрия	Имеет двойную мембрану, внутренняя образует складки – кристы. Имеют собственные рибосомы и кольцевую ДНК, способны к делению	Синтез АТФ
Эндоплазматическая сеть (ЭПС)	Сеть канальцев и полостей, на шерошоватой ЭПС сидят рибосомы, на гладкой их нет.	Транспорт веществ. Н а шероховатой ЭПС - синтез белка. Гладкая синтезирует липиды и углеводы
Аппарат Гольджи	Система плоских ёмкостей (цистерн)	1) накопление, сортировка, упаковка синтезированных белков 2) образование лизосом
Лизосомы	Пузырьки, заполненные протеолитическими ферментами	Внутриклеточное переваривание Автолиз структур (хвост у головастика, апоптоз)
Рибосомы	Две субъединицы, состоящие из р-РНК и белка	Синтез белка
Клеточный центр	У животных и низших растений включает две центриоли, образованные микротрубочками	Участвует в делении клетки и формировании цитоскелета
Органоиды движения (жгутики, реснички)	Представляет собой цилиндр, внутри которого микротрубочки сократительных белков	Движение
Пластиды	Хромопласты- желтые и красные придают окраску цветам и плодам, что привлекает опылителей и распространителей плодов и семян. Лейкопласты- бесцветные – накапливают крахмал Хлоропласты –зелёные – осуществляют фотосинтез
Хлоропласты	Имеют двойную мембрану. Внутренняя мембрана образует складки в виде стопок монет. 1 «монета» - тилакоид. 1 стопка – грана. Имеют кольцевую ДНК и рибосомы. Способны к делению.	Фотосинтез

ЗАДАНИЯ

А1. Химический элемент, входящий в состав белков и нуклеиновых кислот

1) сера

2)азот

3) хлор

4) магний

А2. благодаря какому свойству липиды составляют основы клеточной мембраны

1) способность изменять пространственную структуру

2) нерастворимость в воде

3) способность к самоудвоению

4) наличие каталитической активности

А3. трехмерная пространственная конфигурация молекулы белка в виде глобулы – это структура

1) первичная

2) вторичная

3) третичная

4) четвертичная

А4. связь между различными органоидами осуществляет

1) аппарат Гольджи

2) ядро

3) эндоплазматическая сеть

4)лизосомы

В1.выбрать три ответа из шести.

Хлоропласты

1) выполняют транспортную функцию

2) имеются в клетках растений

3) имеются у прокариот

4) преобразуют солнечную энергию в энергию химических связей

5) состоят из микротрубочек

6) образуются путем деления

В6. Установить соответствие

характеристика	Нуклеиновая кислота
А двойная спираль Б. одинарная цепь, свернутая в виде клеверного листа В. обеспечивает хранение и передачу наследственной информации Г. доставляет аминокислоты к месту синтеза белка Д. имеет в своём составе рибозу Е. содержит азотистое основание тимин	1. т - РНК 2. ДНК