🗊Презентация Химический состав клетки

Лекция 2. Химический состав клетки.

Элементный состав клетки Макроэлементы (99% массы клетки): (кислород, углерод, азот, водород) - 98% массы клетки; калий, магний, натрий, кальций, железо сера, фосфор, хлор. Микроэлементы (0,001-0,000001%): бор, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод, бром, фтор Ультрамикроэлементы (<10-6%): селен, цезий, бериллий, радий, золото. Морские водоросли накапливают йод, ряска-радий, диатомовые водоросли и злаки-кремний, моллюски и ракообразные - медь, некоторые бактерии - серу, железо, марганец и др. Химические элементы участвуют в построении клетки в виде либо ионов, либо в виде соединений.

Химический состав клетки Органические соединения: ВМС (биополимеры) НМС Неорганические соединения: простые соединения (атомарные, молекулярные); сложные соединения;

Сложные неорганические соединения клетки, ионы Сложные (оксиды, соли, кислоты, основания) соединения. Важнейшие оксиды: Н2О, СО2, NO. Многие элементы и соединения в клетке существуют в виде ионов. Важнейшие катионы: К+, Na+, Mg++, Ca++, Fe++/+++. Важнейшие анионы: Н2РО4-, НРО42-, Сl-, НСО3-.

Функции ионов в клетке Входят в состав белков (ферментов, гормонов, пигментов). Обеспечивают буферные свойства. Являются регуляторами активности белков (Са-связывающие белки). Обеспечивают электрические свойства клетки (мембраны, цитозоля).

Вода. Физико-химические свойства. Прозрачная жидкость без вкуса и запаха; Чистая вода не проводит электрический ток (молекулы воды электронейтральны). Электрические свойства молекул воды объясняются её дипольным строением. Между молекулами воды существуют водородные связи; Характерно поверхностное натяжение, которое определяется особым состоянием молекул, находящихся в поверхностном слое.

Функции воды универсальный растворитель (растворение и гидратирование веществ); участник химических реакций (гидролиз, гидратация, фотолиз воды); обеспечение теплообмена (высокая теплоемкость и теплопроводность); Среда для протекания химических реакций; Среда для движения клеток и внутриклеточного транспорта; Посредник во взаимодействии клеток;

Белки - нерегулярные биополимеры, мономерами в которых являются аминокислоты.

Пептидная связь связь между α-карбоксильной группой одной аминокислоты и α-аминогруппой другой (амидная). Мономеры аминокислот, входящие в состав белка – аминокислотные остатки. N-конец C-конец

Пептиды Олигопептиды (до 10 аминокислотных остатков); Полипептиды (более 10); Белки – полипептиды, содержащие более 50 аминокислотных остатков.

Оптическая изомерия Все биогенные аминокислоты, кроме глицина, содержат асимметричный атом углерода и обладают оптической активностью. В состав белка входят только L-аминокислоты.

Роль D-аминокислот Оптические изомеры аминокислот претерпевают медленную самопроизвольную неферментативную рацемизацию. Например, в белках дентина L-аспартат переходит в D-форму со скоростью 0,1 % в год. Входят в состав клеточных стенок некоторых бактерий и в тканей высших организмов. Например, D-аспартат и D-метионин предположительно являются нейромедиаторами у млекопитающих. Входят в состав некоторых пептидов, образующиеся при посттрансляционной модификации. Например, D-метионин и D-аланин входят в состав опиоидных гептапептидов кожи южноамериканских амфибий филломедуз (дерморфина, дермэнкефалина). Входят в состав пептидных антибиотиков бактериального происхождения, действующих против грамположительных бактерий — низин, субтилин и эпидермин.

Структура белка Первичная Вторичная Третичная Четвертичная

Первичная структура линейная последовательность аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями.

Вторичная структура

Третичная структура - пространственная структура белковой молекулы, образующаяся за счет взаимодействия радикалов аминокислотных остатков.

Четвертичная структура белка несколько взаимодействующих отдельных полипептидных цепей (протомеров). Связи, участвующие в формировании четвертичной структуры: Гидрофобные. Ионные. Водородные.

Простые и сложные белки Сложные белки помимо полипептида содержат компонент не аминокислотной природы. гликопротеины, липопротеины, хромопротеины, нуклеопротеины, фосфопротеины и металлопротеины.

Фибриллярные и глобулярные белки Фибриллярные белки - белки, продольный размер молекул которых более чем в два раза превышает поперечный. Глобулярные белки - белки, продольный размер молекул которых приблизительно равен поперечному.

Углеводы (карбогидраты) полигидроксилсодержащие, гетерофункциональные производные карбонильных соединений. Моносахариды Олигосахариды (2-10 углеводных остатка) Полисахариды

Моносахариды По природе карбонильной группы: Альдозы Кетозы По количеству атомов углерода: Триозы (глицериновый альдегид) Тетрозы (эритроза) Пентозы (рибоза, ксилоза, арабиноза) Гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза)

Таутомерия - равновесная динамическая изомерия, при котором два или более изомера легко переходят друг в друга. При этом устанавливается таутомерное равновесие, и вещество одновременно содержит молекулы всех изомеров в определённом соотношении. В организме млекопитающих содержатся только D-сахара.

Циклооксотаутомерия

Производные моносахаридов D-глюкозамин D-галактозамин D-дезоксирибоза

Сиаловые кислоты N- и О-ацильные производные нейраминовой кислоты. Входят в состав гликопротеинов и гликолипидов.

Дисахариды Мальтоза (α-D-глюкоза+глюкоза) Целлобиоза (-D-глюкоза+глюкоза)

Дисахариды Лактоза (-D-галактоза+глюкоза) Сахароза (α-D-глюкоза+-D-фруктоза)

Полисахариды Гомополисахариды (гликаны) – это биополимеры, состоящие из остатков одного моносахарида или его производного. Гетерополисахариды - это биополимеры, состоящие из остатков нескольких моносахаридов и/или их производных.

Крахмал гомополисахарид растений, мономером которого является α-D-глюкоза, состоящий из двух фракций.

Гликоген гомополисахарид животных и грибов, мономером которого является α-D-глюкоза.

Целлюлоза (клетчатка) гомополисахарид, состоящий из остатков -D-глюкозы, соединенных -(1,4) гликозидной связью.

Прочие гомополисахариды Декстран - гомополисахарид бактерий, состоящий из остатков α-D-глюкозы, соединенных α-(1,4)-гликозидной связью. Инулин - гомополисахарид, состоящий из остатков -D-фруктозы, соединенных -(2,1)- гликозидной связью, но нзаканчивается всегда α-D-глюкозой. Пектиновые вещества - гомополисахариды, состоящие из уроновых кислот. Хитин – гомополисахарид, состоящий из N- ацетилглюкозамина, соединенного -(1,4)- гликозидной связью.

Гетерополисахариды: хондроитинсульфат Состоит из повторяющихся дисахаридных фрагментов (N-ацетилхондрозин), соединенных -(1,4)-гликозидной связью.

Гиалуроновая кислота гетерополисахарид, состоящий из дисахаридных фрагментов, соединенных - (1,4)-гликозидной связью.

Гепарин

Нуклеиновые кислоты высокомолекулярные органические соединения, биополимеры (полинуклеотиды), образованные мономерами – нуклеотидами.

Компоненты нуклеотидов

Нулеотиды

Фосфодиэфирная связь

Строение нуклеиновых кислот (первичная структура)

Правила Чаргаффа А=Т, Ц=Г Пуриновые АО = Пиримидиновые АО Правила Чаргаффа послужили предпосылкой для разработки Ф. Криком и Дж. Уотсоном модели двойной спирали.

ДНК - нуклеиновая кислота, полимер дезоксирибонуклеотидов, в состав которых входят остаток ортофосфорной кислоты, дезоксирибозу и азотистые основания — аденин, цитозин, гуанин и тимин.

ДНК (вторичная структура)

кДНК (cDNA) одноцепочечная ДНК синтезированная из зрелой мРНК (комплементарная ей) с помощью обратной транскриптазы.

РНК - нуклеиновые кислоты, полимеры рибонуклеотидов, в состав которых входят остаток ортофосфорной кислоты, рибоза и азотистые основания — аденин, цитозин, гуанин и урацил.

ДНК-подобная РНК (гяРНК,hnRNA) полирибонуклеотид, являющийся полной копией транскрибируемого участка ДНК и являющийся предшественником мРНК. Содержатся в ядре и подвергаются процессингу в результате которого формируются мРНК. = Первичный транскрипт мРНК

Матричная РНК (мРНК) На 5‘-конце – 7-метилгуанозин-5‘-фосфат. 5‘UTR-нетранслирующий регион Инициирующий кодон – AUG CDS-кодирующая последовательность Терминирующий кодон – UGA, UUA,UAG 3‘UTR-нетранслирующий регион Полиаденилатный хвост (200-300 А-нуклеотидов)

Транспортная РНК (тРНК) 3‘-конец ответственен за связывание с аминокислотой ТψС-плечо (Т-псевдоуридин-С) Дополнительное плечо Антикодоновое плечо D-плечо (дигидроуридин)

Рибосомальная РНК (рРНК) 5 S кодируется отдельным геном 5,8 S 28 S считываются с одного гена 45S РНК 18 S Содержит минорные нуклеотиды.

Малые РНК (sRNA) Описаны только у эукариот. Содержат до 300 нуклеотидов До 106 на клетку. тмРНК (tmRNA) мяРНК (snRNA) мяоРНК (snoRNA) гРНК (gRNA) мцРНК (scRNA) миРНК (siRNA) микроРНК (miRNA)

Малые РНК (sRNA) Описаны только у эукариот. Содержат до 300 нуклеотидов До 106 на клетку

Липиды

Жирные кислоты Гидрофобные участки мембранных липидов представлены остатками высших карбоновых кислот. В составе жирных кислот выделяют алифатический радикал и карбоксильную группу. Жирные кислоты в организме человека имеют всегда чётное число атомов углерода в своём составе, ненасыщенные жирные кислоты имеют цис-конформацию.

Жиры (триглицериды) и воски Жиры - органические соединения, полные сложные эфиры глицерина и высших насыщенных или ненасыщенных жирных кислот; Масла - жидкие жиры. Воски – сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов .

Омыляемые липиды. Глицеролипиды и сфинголипиды глицеролипиды сфинголипиды. В составе глицеролипидов два остатка жирной кислоты соединены с 1 и 2 атомами углерода глицерина. В состав сфинголипидов входит 1 остаток жирной кислоты.

Фосфолипиды и гликолипиды К свободной 3 ОН-группе глицерина и ОН-группе сфингозина, может присоединиться остаток фосфорной кислоты или углеводный фрагмент. С остатком фосфорной кислоты связываются аминокислоты, производные нуклеотидов, витамины, формируя гидрофильную часть молекулы липида. Среди фосфолипидов выделяют: фосфоглицеролипиды и сфингомиелины. Среди гликолипидов выделяют: гликоглицеролипиды, цереброзиды, глобозиды, ганглиозиды.

Неомыляемые липиды мембран. Стеройды. – производные восстановленных конденсированных циклических систем

Функции липидов

Спасибо за внимание!