Сначала изучите: Строение клетки
Клетка построена из химических элементов, которые встречаются и в неживой природе, — это показывает единство живой и неживой природы. Но в клетке эти элементы образуют сложные соединения, свойственные только живому, — биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды). Без знания химического состава клетки нельзя понять обмен веществ, фотосинтез, биосинтез белка и генетику. На экзамене часто спрашивают о роли элементов, свойствах воды, строении и функциях биополимеров, а также дают расчётные задачи по ДНК.
В клетке обнаружено много элементов таблицы Менделеева, но их количество различно.
Fe — в гемоглобине; Mg — в центре хлорофилла; I — в гормоне щитовидной железы тироксине; Ca — кости, зубы, свёртывание крови и сокращение мышц; Zn — в инсулине; Co — в витамине B₁₂; P — в нуклеиновых кислотах, АТФ и костях; S — в некоторых аминокислотах.
Недостаток элемента вызывает болезни: при нехватке йода — эндемический зоб (поэтому используют йодированную соль), железа — малокровие, кальция — хрупкость костей, фтора — кариес зубов.
Вода — самое распространённое вещество клетки: около 70–80% массы (в клетках зародыша больше, в костях и зубах меньше). Свойства и функции:
По отношению к воде вещества бывают гидрофильные (хорошо растворимы — соли, сахара, аминокислоты) и гидрофобные (нерастворимы — жиры, липиды мембран).
Минеральные соли находятся в клетке в виде ионов: K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl⁻, фосфат- и гидрокарбонат-ионы. Они обеспечивают буферные свойства (постоянство pH) и осмотическое давление; K⁺ и Na⁺ участвуют в возникновении нервного импульса; фосфат кальция придаёт твёрдость костям.
Углеводы состоят из C, H, O; общая формула часто Cₙ(H₂O)ₘ.
Функции: энергетическая (главный быстрый источник энергии), запасающая, строительная (целлюлоза, хитин), входят в состав нуклеиновых кислот.
Липиды — вещества, нерастворимые в воде и растворимые в органических растворителях (бензин, эфир).
Энергетическая ценность: 1 г углеводов → 17,6 кДж; 1 г белков → 17,6 кДж; 1 г жиров → 38,9 кДж.
Белки — самые разнообразные биополимеры. Мономер — аминокислота (в белках 20 видов). В каждой аминокислоте есть аминогруппа (–NH₂), карбоксильная группа (–COOH) и радикал; аминокислоты соединяются пептидной связью (–CO–NH–) в полипептид.
Уровни структуры:
Денатурация — нарушение природной структуры белка под действием высокой температуры, кислот, щелочей, солей тяжёлых металлов (свёртывание яичного белка); первичная структура сохраняется, иногда процесс обратим — ренатурация.
Функции: строительная (коллаген, кератин), каталитическая — все ферменты — белки; транспортная (гемоглобин, переносчики мембран), защитная (антитела, фибриноген), двигательная (актин, миозин), сигнальная и регуляторная (инсулин, рецепторы), энергетическая (используются в последнюю очередь).
Ферменты — биологические катализаторы: ускоряют реакции в тысячи раз, специфичны (подходят к своему субстрату, как «ключ к замку»), работают при определённой температуре и pH.
Нуклеиновые кислоты — биополимеры, хранящие и передающие наследственную информацию. Мономер — нуклеотид: азотистое основание + пятиуглеродный сахар + остаток фосфорной кислоты.
Комплементарность: А = Т (2 водородные связи), Г ≡ Ц (3 водородные связи).
Правило Чаргаффа: А = Т, Г = Ц, А + Г = Т + Ц; длина одной пары нуклеотидов вдоль спирали 0,34 нм.
Пуриновые основания — А, Г (двухкольцевые); пиримидиновые — Т, Ц, У (однокольцевые).
АТФ (аденозинтрифосфат) — универсальный источник энергии клетки: аденин + рибоза + 3 остатка фосфорной кислоты. Две связи между фосфатами макроэргические — запасают много энергии:
АТФ + Н₂О → АДФ + Ф + 40 кДж
АТФ синтезируется в митохондриях (и хлоропластах) и расходуется во всех энергозатратных процессах.
В двухцепочечной ДНК 600 нуклеотидов, из них аденина 20% (120). Найдите число водородных связей и длину фрагмента.
Организм полностью окислил 10 г жира и 20 г глюкозы. Сколько энергии выделилось?
Молекула белка состоит из 300 аминокислот. Сколько в ней пептидных связей и какова её примерная масса (средняя масса аминокислоты 110)?