ВТОРНИК, 14.09.21 г. 206, 408, 401, 403

ГРУППА 206 БИОЛОГИЯ

ТЕМА:АТФ и другие органические соединения.

Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ

Нуклеотиды служат составными компонентами для многих важных органических веществ, например для веществ выполняющих в клетке энергетическую функцию: АТФ, ГТФ и т. д.

Универсальным источником энергии во всех клетках служит АТФ — аденозинтрифосфорная кислота, или аденозинтрифосфат.
АТФ находится в цитоплазме, а также в клеточных ядрах и в двухмембранных органоидах (пластидах и митохондриях). Это вещество является основным источником энергии для биохимических процессов, которые протекают в клетке.
АТФ обеспечивает энергией все функции клетки: механическую работу, биосинтез веществ, деление и т. д. Количество АТФ в клетке зависит от выполняемых этой клеткой функций. Обычно содержание этого вещества составляет приблизительно 0,05 %  от массы клетки, но может доходить до 0,5 %, если затраты АТФ велики (например, в клетках мышечной ткани).

Строение АТФ

АТФ представляет собой нуклеотид, состоящий из азотистого основания — аденина, углевода рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты, в двух из которых запасается большое количество энергии.

Остатки фосфорной кислоты соединены друг с другом в молекуле АТФ высокоэнергетическими (макроэргическими) связями. При разрыве такой связи выделяется почти в 4 раза больше энергии, чем при разрыве других связей. Обычно их обозначают символом ~.

АТФ — неустойчивая структура, и при отделении одного остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в аденозиндифосфат (АДФ), высвобождая 40 кДж энергии.

Другие производные нуклеотидов

Особую группу производных нуклеотидов составляют переносчики водорода. Молекулярный и атомарный водород обладает большой химической активностью и выделяется или поглощается в ходе различных биохимических процессов. Одним из наиболее широко распространённых переносчиков водорода является никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФ).

 

 

Молекула НАДФ способна присоединять два атома или одну молекулу свободного водорода, переходя в восстановленную форму НАДФ⋅H2. В таком виде водород может быть использован в различных биохимических реакциях.
Нуклеотиды могут также принимать участие в регуляции окислительных процессов в клетке.

Витамины

Витамины — сложные органические соединения, которые требуются живым организмам для нормального протекания биохимических процессов в незначительных количествах. От других органических соединений витамины отличаются тем, что не являются источником энергии или исходных веществ для образования клеточных органоидов. Некоторые витамины синтезируются в самом организме, но в основном эти вещества поступают с пищей. А клетки бактерий могут самостоятельно производить почти все необходимые им витамины.

Витамины обычно называют буквами латинского алфавита. Их делят на две группы: водорастворимые (B1, B2, B5, B6, B12, PP, C) и жирорастворимые (A, D, E, K).

Витамины принимают участие в обмене веществ преимущественно как составная часть сложных ферментов. Их отсутствие или недостаток приводит к тяжёлым нарушениям жизнедеятельности организма.

ТЕМА:Клетка – элементарная единица живого.

Клетка - элементарная единица структурной организации живой материи

Клетка — элементарная единица структуры, функции и развития живой материи, которая характеризуется подразделением на ядро (или нуклеоид), цитоплазму и клеточную мембрану и обладает всем комплексом свойств живого: самовоспроизведением, саморазвитием, ростом, саморегуляцией, обменом веществ и энергии, раздражимостью, подвижностью, адаптацией и способностью противостоять энтропии.

В состав многоклеточных организмов наряду с клетками входят симпласты, синцитии1 и межклеточное вещество. Однако ведущей формой структурной организации организмов, безусловно, является клетка, поскольку все перечисленные выше формы являются либо производными клетки (клеток), либо образуются в результате ее синтетической деятельности.

Все клеточные формы органического мира, как указывалось выше, подразделяются на прокариот и эукариот; их сравнительная характеристика представлена в табл. 3.1 и на рис. 3.1.

Таблица 3.1

Сравнительная характеристика прокариот и эукариот

Признаки и свойства	Прокариоты	Эукариоты
Морфологически оформленное ядро	Отсутствует	Имеется
Нуклеоид*	И меется	Отсутствует
Форма молекулы ДНК	Кольцевая	Линейная
Длина ДНК	1 (условно)	1000 (по отношению к прокариотам)
Ядерные белки, связанные с ДНК	Отсутствуют	Имеются
CRISPR-систсма в геноме**	Имеется	Отсутствует
Плоидность генома	Гаплоидный	Диплоидный***
Фенотипические проявления мутаций	Каждая мутация реализуется в фенотипе	Возможно сохранение мутантного рецессивного гена в гетерозиготном состоянии
Микротрубочки и состоящие из них структуры (цеитриоли и др.)	Отсутствуют	Имеются
Деление митозом	Не характерно****	Характерно
Клеточная оболочка	Плазмалемма + клеточная стенка (из пептидоглика- нов)	Плазмалемма (+ клеточная стенка из целлюлозы у растений и хитина — у грибов)
Сократительные белки (актин и миозин)	Отсутствуют	Имеются

1 Симпласты и синцитии состоят из единой цитоплазмы с множеством ядер и покрыты клеточной мембраной. Симпласты образуются в результате слияния нескольких клеток (скелетное мышечное волокно), синцитии — в результате многократного митотического деления ядра без последующего разделения клеточного тела (часть сперматогенного эпителия).

Признаки и свойства	Прокариоты	Эукариоты
Жгутики	Пить жгхтика построена из субъединиц белка флагсл- лина, образующих спираль	Каждый жгутик содержит набор микротрубочек, собранных в группы
Способ питания	Голофитный (всасывание растворенных веществ; не способны к образованию псевдоподий)	Голозойный (захват твердых частиц)
Система внутриклеточных мембран	Отсутствует (внутриклеточные потоки не упорядочены)	Имеется (внутриклеточные потоки упорядочены)
Рибосомы	Имеются, масса небольшая	Имеются
Митохондрии и хлоропласты	Отсутствуют	Имеются
Локализация биоэнергетических структур	Клеточная оболочка	Митохондрии
Эволюционные перспективы	Адаптивная эволюция (структурные перестройки невозможны)	11рогрессивная (возможны глубокие структурные преобразования)

* Находящаяся в центре прокариотической клетки структура, имеющая форму ромашки (центральная часть — остов — образован РНК, «лепестки» — около 50 петель ДНК).

** Особая генетическая конструкция, обеспечивающая иммунную защиту бактерий от вирусов и играющая определенную роль в рекомбинации и репарации ДНК.

*** За исключением половых клеток и соматических клеток некоторых водорослей, грибов, растений (мхов).

**** Прокариотические клетки размножаются простым поперечным делением.

Рис. 3.1. Общая схема строения прокариотической (я) и эукариотической (6) клеток:

1 — плазматическая мембрана; 2 — клеточная стенка; 3 — жгутик; 4 — нуклеоид; 5 — рибосомы; 6 — ядро; 7 — мембранные органеллы

Эукариоты в эволюционном плане оказались более перспективными по сравнению с прокариотами, так как:

• • содержали больший объем генетической информации (двойной набор генов, множество копий отдельных генов);
• • имели возможность накапливать в популяциях особей рецессивные мутантные гены в гетерозиготном состоянии и тем самым формировать резерв наследственной изменчивости (важное условие для эффективного протекания естественного отбора);
• • могли осуществлять более тонкую и сложную регуляцию жизнедеятельности клеток (множество регуляторных генов, возможность использовать геном по частям);
• • имели более совершенную пространственно-временную организацию метаболизма (благодаря компартментации внутреннего объема клетки, т.е. разделения пространства клетки мембранами на отсеки);
• • обладали более пластичной клеточной оболочкой, способной к образованию разнообразных межклеточных соединений с различными функциями (контактов);
• • имели высокосовершенный механизм воспроизведения генетически идентичных клеток (митоз), на базе которого при дальнейшей эволюции многоклеточных форм возник мейоз;
• • обладали более эффективным механизмом извлечения и аккумулирования энергии (дыхание).
• ГРУППА 408 БИОЛОГИЯ
• ТЕМА: Углеводы. Липиды.
• Углеводы, или сахариды, — одна из основных групп органических соединений. Они входят в состав клеток всех живых организмов.
  Основная функция углеводов — энергетическая (при расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма). При избытке углеводов они накапливаются в клетке в качестве запасных веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом в качестве источника энергии. Углеводы также используются и в качестве строительного материала.
   
  Общая формула углеводов:

  Cn(H2O)m.
  Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода.
  
  В состав производных углеводов могут входить и другие элементы.
   
  
  Растворимые в воде углеводы. Моносахариды и дисахариды
  Пример:

  из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.
  Глюкоза — основной источник энергии для клеточного дыхания.
  Фруктоза — составная часть нектара цветов и фруктовых соков.
  Рибоза и дезоксирибоза — структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами нуклеиновых кислот (РНК и ДНК).
  Дисахариды образуются путём соединения двух молекул моносахаридов и по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те и другие хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус.
  Пример:

  сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) — дисахариды, образовавшиеся в результате слияния двух молекул моносахаридов:

  сахароза (глюкоза + фруктоза) — основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях.

  Лактоза (глюкоза + галактоза) — входит в состав молока млекопитающих.

  Мальтоза (глюкоза + глюкоза) — источник энергии в прорастающих семенах.
  Функции растворимых углеводов: транспортная, защитная, сигнальная, энергетическая.
  
  Нерастворимые в воде полисахариды
  Полисахариды состоят из большого числа моносахаридов. С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и сладкий вкус исчезает.
   
  Пример:

  полимерные углеводы: крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин.
  Функции полимерных углеводов: структурная, запасающая, энергетическая, защитная.
  Крахмал состоит из разветвлённых спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.
  Целлюлоза является важным структурным компонентом клеточных стенок грибов и растений.

  Целлюлоза нерастворима в воде и обладает высокой прочностью.

  Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы, входит в состав клеточных стенок некоторых грибов и формирует наружный скелет членистоногих животных.
  Гликоген — резервный углевод животной клетки.

  В состав соединительных тканей животных входят сложные полисахариды. Они содержатся в межклеточном веществе кожи, в хрящах и сухожилиях.
• Липиды — обширная группа жироподобных веществ (сложных эфиров жирных кислот и трёхатомного спирта глицерина), нерастворимых в воде. К липидам относят жиры, воски, фосфолипиды и стероиды (липиды, не содержащие жирных кислот).

  Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода.

  

  Липиды присутствуют во всех без исключения клетках, но их содержание в разных клетках сильно варьирует (от 2–3 до 50–90 %).

  Липиды могут образовывать сложные соединения с веществами других классов, например с белками (липопротеины) и с углеводами (гликолипиды).

  Функции липидов:

  • запасающая — жиры являются основной формой запасания липидов в клетке.
  • Энергетическая — половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров (при окислении они дают более чем в два раза больше энергии по сравнению с углеводами).
  • Жиры используются и как источник воды (при окислении 1 г жира образуется более 1 г воды).
  • Защитная — подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений.
  • Структурная — фосфолипиды входят в состав клеточных мембран.
  • Теплоизоляционная — подкожный жир помогает сохранить тепло.
  • Электроизоляционная — миелин, выделяемый клетками Шванна (образуют оболочки нервных волокон), изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов.
  • Гормональная (регуляторная) — гормон надпочечников (кортизон) и половые гормоны (прогестерон и тестостерон) являются стероидами.
  • Смазывающая — воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налётом покрыты листья многих растений, воск используется при строительстве пчелиных сот.
• ТЕМА: Белки.
• Белки (протеины, полипептиды) — самые многочисленные, наиболее разнообразные и имеющие первостепенное значение биополимеры. В состав молекул белков входят атомы углерода, кислорода, водорода, азота и иногда серы, фосфора и железа.
  Мономерами белков являются аминокислоты, которые (имея в своём составе карбоксильную и аминогруппы) обладают свойствами кислоты и основания (амфотерны).
  
  Благодаря этому аминокислоты могут соединяться друг с другом (их количество в одной молекуле может достигать нескольких сотен). В связи с этим молекулы белков имеют большие размеры, и их называют макромолекулами.
  
  Структура белковой молекулы
  Под структурой белковой молекулы понимают её аминокислотный состав, последовательность мономеров и степень скрученности молекулы белка.
  В молекулах белков встречается всего 20 видов различных аминокислот, и огромное разнообразие белков создаётся за счёт различного их сочетания.
  • Последовательность аминокислот в составе полипептидной цепи — это первичная структура белка. Она уникальна для любого типа белка и определяет форму его молекулы, его свойства и функции.
  • Длинная молекула белка сворачивается и приобретает сначала вид спирали в результате образования водородных связей между —СО и —NН группами разных аминокислотных остатков полипептидной цепи (между углеродом карбоксильной группы одной аминокислоты и азотом аминогруппы другой аминокислоты). Эта спираль — вторичная структура белка.
  • Третичная структура белка — трёхмерная пространственная «упаковка» полипептидной цепи в виде глобулы (шарика). Прочность третичной структуры обеспечивается разнообразными связями, возникающими между радикалами аминокислот (гидрофобными, водородными, ионными и дисульфидными S–S связями).
  • Некоторые белки (например, гемоглобин крови человека) имеют четвертичную структуру. Она возникает в результате соединения нескольких макромолекул с третичной структурой в сложный комплекс. Четвертичная структура удерживается непрочными ионными, водородными и гидрофобными связями.
  
   
  Структура белков может нарушаться (подвергаться денатурации) при нагревании, обработке некоторыми химическими веществами, облучении и др. При слабом воздействии распадается только четвертичная структура, при более сильном — третичная, а затем — вторичная, и белок остаётся в виде полипептидной цепи. В результате денатурации белок теряет способность выполнять свою функцию.
  Нарушение четвертичной, третичной и вторичной структур обратимо. Этот процесс называют ренатурацией.
   
  
  Разрушение первичной структуры необратимо.
   
  Кроме простых белков, состоящих только из аминокислот, есть ещё и сложные белки, в состав которых могут входить углеводы (гликопротеины), жиры (липопротеины), нуклеиновые кислоты (нуклеопротеины) и др.
  Функции белков
  • Каталитическая (ферментативная) функция. Специальные белки — ферменты — способны ускорять биохимические реакции в клетке в десятки и сотни миллионов раз. Каждый фермент ускоряет одну и только одну реакцию. В состав ферментов входят витамины.
  
  • Структурная (строительная) функция — одна из основных функций белков (белки входят в состав клеточных мембран; белок кератин образует волосы и ногти; белки коллаген и эластин — хрящи и сухожилия).
  
  • Транспортная функция — белки обеспечивают активный транспорт ионов через клеточные мембраны (транспортные белки в наружной мембране клеток), транспорт кислорода и углекислого газа (гемоглобин крови и миоглобин в мышцах), транспорт жирных кислот (белки сыворотки крови способствуют переносу липидов и жирных кислот, различных биологически активных веществ).
  
  • Сигнальная функция. Приём сигналов из внешней среды и передача информации в клетку происходит за счёт встроенных в мембрану белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды.
  • Сократительная (двигательная) функция — обеспечивается сократительными белками — актином и миозином (благодаря сократительным белкам двигаются реснички и жгутики у простейших, перемещаются хромосомы при делении клетки, сокращаются мышцы у многоклеточных, совершенствуются другие виды движения у живых организмов).
  
  • Защитная функция — антитела обеспечивают иммунную защиту организма; фибриноген и фибрин защищают организм от кровопотерь, образуя тромб.
  
  • Регуляторная функция присуща белкам — гормонам (не все гормоны являются белками!). Они поддерживают постоянные концентрации веществ в крови и клетках, участвуют в росте, размножении и других жизненно важных процессах (например, инсулин регулирует содержание сахара в крови).
  • Энергетическая функция — при длительном голодании белки могут использоваться в качестве дополнительного источника энергии после того, как израсходованы углеводы и жиры (при полном расщеплении 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж энергии). Аминокислоты, высвобождающиеся при расщеплении белковых молекул, используются для построения новых белков.
  
• ГРУППА 401 БИОЛОГИЯ 
• ТЕМА: Неорганические соединения клетки.
• 1)Химические элементы клетки
  
  Живые организмы и тела неживой природы  состоят из одних и тех же химических элементов. Этот факт говорит о взаимосвязи живой и неживой природы. В клетках разных живых организмов находятся атомы одинаковых химических элементов, что  подтверждает единство всех живых организмов.
  
  Из известных в настоящее время более 115 элементов около 80 обнаружено в составе клетки.
   
  
   
  Все элементы по содержанию их в живых организмах разделяются на три группы:
  1. макроэлементы — содержание которых превышает 0,001 % от массы тела.
     98 % от массы любой клетки приходится на четыре элемента (их иногда называют органогены): — кислород (O) — 75 %, углерод (C) — 15 %, водород (H) — 8 %, азот (N) — 3 %. Эти элементы составляют основу органических соединений (а кислород и водород, кроме того, входят в состав воды, которая также содержится в клетке). Около 2 % от массы клетки приходится ещё на восемь макроэлементов: магний (Mg), натрий (Na), кальций (Ca), железо (Fe), калий (K), фосфор (P), хлор (Cl), сера (S);
     
  2. Остальные химические элементы содержатся в клетке в очень небольших количествах: микроэлементы — те, на долю которых приходится от 0,000001 % до 0,001 %, — бор (В), никель (Ni), кобальт (Co), медь (Cu), молибден (Mb), цинк (Zn) и др.;
     
  3. ультрамикроэлементы — содержание которых не превышает 0,000001 % — уран (U), радий (Ra), золото (Au), ртуть (Hg), свинец (Pb), цезий (Cs), селен (Se) и др.
  
  Живые организмы способны накапливать определённые химические элементы. Так, например, некоторые водоросли накапливают йод, лютики — литий, ряска — радий и т. д.
  
  Химические вещества клетки
  
  Элементы в виде атомов входят в состав молекул неорганических и органических соединений клетки.
  
  К неорганическим соединениям относятся вода и минеральные соли.
  
  Органические соединения характерны только для живых организмов, в то время как неорганические существуют и в неживой природе.
   
  
   
  К органическим соединениям относятся соединения углерода с молекулярной массой от 100 до нескольких сотен тысяч.
  Углерод — химическая основа жизни. Он может вступать в связь со многими атомами и их группами, образуя цепочки, кольца, составляющие скелет различных по химическому составу, строению, длине и форме органических молекул. Из них образуются  сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Эти органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов, получили название биологические полимеры, или биополимеры. Они составляют более 97 % от сухого вещества клетки.
  
  

2) Вода (H2O) — важнейшее неорганическое вещество клетки. В клетке в количественном отношении вода занимает первое место среди других химических соединений. Вода выполняет различные функции: сохранение объёма, упругости клетки, участие во всех химических реакциях. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней содержится воды.

Обрати внимание!

Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной.

Свободная вода находится в межклеточных пространствах, сосудах, вакуолях, полостях органов. Она служит для переноса веществ из окружающей среды в клетку и наоборот.
Связанная вода входит в состав некоторых клеточных структур, находясь между молекулами белка, мембранами, волокнами, и соединена с некоторыми белками.
Вода обладает рядом свойств, имеющих исключительное значение для живых организмов.

Структура молекулы воды

Уникальные свойства воды определяются структурой её молекулы.

Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
Характерное расположение электронов в молекуле воды придаёт ей электрическую асимметрию. Более электроотрицательный атом кислорода притягивает электроны атомов водорода сильнее, в результате молекула воды является диполем (обладает полярностью). Каждый из двух атомов водорода обладает частично положительным зарядом, а атом кислорода несёт частично отрицательный заряд.
 

Частично отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается частично положительными атомами водорода других молекул. Таким образом, каждая молекула воды стремится связаться водородной связью с четырьмя  соседними молекулами воды.
 

 

Свойства воды

Так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ.
Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными (соли, сахара, простые спирты, аминокислоты, неорганические кислоты). Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы могут двигаться более свободно и, следовательно, реакционная способность вещества возрастает.

Вещества, нерастворимые в воде, называются гидрофобными (жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки). Такие вещества могут образовывать с водой поверхности раздела, на которых протекают многие химические реакции. Следовательно, тот факт, что вода не растворяет некоторые вещества, для живых организмов также очень важен.

Вода обладает высокой удельной теплоёмкостью, т. е. способностью поглощать тепловую энергию при минимальном повышении собственной температуры. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме. Большая теплоёмкость воды защищает ткани организма от быстрого и сильного повышения температуры.
Для испарения воды необходима довольно большая энергия. Использование значительного количества энергии на разрыв водородных связей при испарении способствует его охлаждению. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.

Пример:

примерами этого могут являться транспирация у растений и потоотделение у животных.

Вода обладает также высокой теплопроводностью, обеспечивая равномерное распределение тепла по всему организму.

Обрати внимание!

Высокая удельная теплоёмкость и высокая теплопроводность делает воду идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма.

Вода практически не сжимается, создавая тургорное давление, определяя объём и упругость клеток и тканей.

Пример:

гидростатический скелет поддерживает форму у круглых червей, медуз и других организмов.

Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создаётся плёнка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.

Пример:

благодаря силе поверхностного натяжения происходит капиллярный кровоток, восходящий и нисходящий токи растворов в растениях.

К числу важных в физиологическом отношении свойств воды относится её способность растворять газы (O2, CO2 и др.).

Вода является также источником кислорода и водорода, выделяемых при фотолизе в световую фазу фотосинтеза.

Биологические функции воды

• Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почву и к водоёмам.
• Вода — активный участник реакций обмена веществ.
• Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме (эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке).
• Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слёзы, желчь, сперма и т. д..
• Минеральные вещества в клетке находятся в виде солей в твёрдом состоянии, либо диссоциированы на ионы.
  3) Неорганические ионы представлены катионами и анионами минеральных солей.
  Пример:

  катионы: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH+4.

  Анионы: Cl−, H2PO−4, HPO2−4, HCO−3, NO−3, SO2−4, PO3−4, CO2−3.
  Вместе с растворимыми органическими соединениями неорганические ионы обеспечивают стабильные показатели осмотического давления.
  Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей её среде — различна. Внутри клетки преобладают катионы K+ и крупные отрицательные органические ионы, в околоклеточных жидкостях всегда больше ионов Na+ и Cl−. В результате образуется разность потенциалов между содержимым клетки и окружающей её средой, обеспечивающая такие важные процессы, как раздражимость и передача возбуждения по нерву или мышце.  
  
  Являясь компонентами буферных систем организма, ионы определяют их свойства — способность поддерживать рН на постоянном уровне (близко к нейтральной реакции), несмотря на то, что в процессе обмена веществ непрерывно образуются кислые и щелочные продукты.
  Пример:

  анионы фосфорной кислоты (HPO2−4 и H2PO−4) создают фосфатную буферную систему млекопитающих, поддерживающую рН внутриклеточной жидкости в пределах 6,9–7,4.
  Угольная кислота и её анионы (H2CO3 и CO2−3) создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7,4.
  Соединения азота, фосфора, металлов нужны для образования органических веществ (аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, АТФ и др.).
  
  Пример:

  ионы некоторых металлов (Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Br, Co) являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов или активируют их.
  Калий — обеспечивает функционирование клеточных мембран, поддерживает кислотно-щелочное равновесие, влияет на активность и концентрацию магния.
  Ионы Na+ и K+ способствуют проведению нервных импульсов и возбудимости клетки. Эти ионы входят также в состав натрий-калиевого насоса (активный транспорт) и создают трансмембранный потенциал клеток (обеспечивают избирательную проницаемость клеточной мембраны, что достигается за счёт разности концентраций ионов Na+ и K+: внутри клетки больше K+, снаружи больше Na+).
  
   
  Ключевая роль в регуляции мышечного сокращения принадлежит ионам кальция (Ca2+). Миофибриллы обладают способностью взаимодействовать с АТФ и сокращаться лишь при наличии в среде определённых концентраций ионов кальция. Ионы кальция также необходимы для процесса свёртывания крови.
  Железо входит в состав гемоглобина крови.
  Азот входит в состав белков. Все важнейшие части клеток (цитоплазма, ядро, оболочка и др.) построены из белковых молекул.
  Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот; обеспечивает нормальный рост костной и зубной тканей.
  Недостаток минеральных веществ приводит к нарушению процессов обмена веществ и негативно сказывается на жизнедеятельности клетки.

• 
  
• ГРУППА 403 БИОЛОГИЯ
• ТЕМА: АТФ и другие органические соединения 
• Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ
  Нуклеотиды служат составными компонентами для многих важных органических веществ, например для веществ выполняющих в клетке энергетическую функцию: АТФ, ГТФ и т. д.
  
  Универсальным источником энергии во всех клетках служит АТФ — аденозинтрифосфорная кислота, или аденозинтрифосфат.
  АТФ находится в цитоплазме, а также в клеточных ядрах и в двухмембранных органоидах (пластидах и митохондриях). Это вещество является основным источником энергии для биохимических процессов, которые протекают в клетке.
  АТФ обеспечивает энергией все функции клетки: механическую работу, биосинтез веществ, деление и т. д. Количество АТФ в клетке зависит от выполняемых этой клеткой функций. Обычно содержание этого вещества составляет приблизительно 0,05 %  от массы клетки, но может доходить до 0,5 %, если затраты АТФ велики (например, в клетках мышечной ткани).
  
  Строение АТФ
  АТФ представляет собой нуклеотид, состоящий из азотистого основания — аденина, углевода рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты, в двух из которых запасается большое количество энергии.
  Остатки фосфорной кислоты соединены друг с другом в молекуле АТФ высокоэнергетическими (макроэргическими) связями. При разрыве такой связи выделяется почти в 4 раза больше энергии, чем при разрыве других связей. Обычно их обозначают символом ~.
  
  АТФ — неустойчивая структура, и при отделении одного остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в аденозиндифосфат (АДФ), высвобождая 40 кДж энергии.
  
  
  Другие производные нуклеотидов
  Особую группу производных нуклеотидов составляют переносчики водорода. Молекулярный и атомарный водород обладает большой химической активностью и выделяется или поглощается в ходе различных биохимических процессов. Одним из наиболее широко распространённых переносчиков водорода является никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФ).
   
  
   
  Молекула НАДФ способна присоединять два атома или одну молекулу свободного водорода, переходя в восстановленную форму НАДФ⋅H2. В таком виде водород может быть использован в различных биохимических реакциях.
  Нуклеотиды могут также принимать участие в регуляции окислительных процессов в клетке.
  

  Витамины
  Витамины — сложные органические соединения, которые требуются живым организмам для нормального протекания биохимических процессов в незначительных количествах. От других органических соединений витамины отличаются тем, что не являются источником энергии или исходных веществ для образования клеточных органоидов. Некоторые витамины синтезируются в самом организме, но в основном эти вещества поступают с пищей. А клетки бактерий могут самостоятельно производить почти все необходимые им витамины.
  
  Витамины обычно называют буквами латинского алфавита. Их делят на две группы: водорастворимые (B1, B2, B5, B6, B12, PP, C) и жирорастворимые (A, D, E, K).
  
  Витамины принимают участие в обмене веществ преимущественно как составная часть сложных ферментов. Их отсутствие или недостаток приводит к тяжёлым нарушениям жизнедеятельности организма.

  ТЕМА:Клетка – элементарная единица живого.

  Клетка - элементарная единица структурной организации живой материи

  Клетка — элементарная единица структуры, функции и развития живой материи, которая характеризуется подразделением на ядро (или нуклеоид), цитоплазму и клеточную мембрану и обладает всем комплексом свойств живого: самовоспроизведением, саморазвитием, ростом, саморегуляцией, обменом веществ и энергии, раздражимостью, подвижностью, адаптацией и способностью противостоять энтропии.

  В состав многоклеточных организмов наряду с клетками входят симпласты, синцитии1 и межклеточное вещество. Однако ведущей формой структурной организации организмов, безусловно, является клетка, поскольку все перечисленные выше формы являются либо производными клетки (клеток), либо образуются в результате ее синтетической деятельности.

  Все клеточные формы органического мира, как указывалось выше, подразделяются на прокариот и эукариот; их сравнительная характеристика представлена в табл. 3.1 и на рис. 3.1.

  Таблица 3.1

  Сравнительная характеристика прокариот и эукариот

  Признаки и свойства	Прокариоты	Эукариоты
  Морфологически оформленное ядро	Отсутствует	Имеется
  Нуклеоид*	И меется	Отсутствует
  Форма молекулы ДНК	Кольцевая	Линейная
  Длина ДНК	1 (условно)	1000 (по отношению к прокариотам)
  Ядерные белки, связанные с ДНК	Отсутствуют	Имеются
  CRISPR-систсма в геноме**	Имеется	Отсутствует
  Плоидность генома	Гаплоидный	Диплоидный***
  Фенотипические проявления мутаций	Каждая мутация реализуется в фенотипе	Возможно сохранение мутантного рецессивного гена в гетерозиготном состоянии
  Микротрубочки и состоящие из них структуры (цеитриоли и др.)	Отсутствуют	Имеются
  Деление митозом	Не характерно****	Характерно
  Клеточная оболочка	Плазмалемма + клеточная стенка (из пептидоглика- нов)	Плазмалемма (+ клеточная стенка из целлюлозы у растений и хитина — у грибов)
  Сократительные белки (актин и миозин)	Отсутствуют	Имеются

  1 Симпласты и синцитии состоят из единой цитоплазмы с множеством ядер и покрыты клеточной мембраной. Симпласты образуются в результате слияния нескольких клеток (скелетное мышечное волокно), синцитии — в результате многократного митотического деления ядра без последующего разделения клеточного тела (часть сперматогенного эпителия).

  Признаки и свойства	Прокариоты	Эукариоты
  Жгутики	Пить жгхтика построена из субъединиц белка флагсл- лина, образующих спираль	Каждый жгутик содержит набор микротрубочек, собранных в группы
  Способ питания	Голофитный (всасывание растворенных веществ; не способны к образованию псевдоподий)	Голозойный (захват твердых частиц)
  Система внутриклеточных мембран	Отсутствует (внутриклеточные потоки не упорядочены)	Имеется (внутриклеточные потоки упорядочены)
  Рибосомы	Имеются, масса небольшая	Имеются
  Митохондрии и хлоропласты	Отсутствуют	Имеются
  Локализация биоэнергетических структур	Клеточная оболочка	Митохондрии
  Эволюционные перспективы	Адаптивная эволюция (структурные перестройки невозможны)	11рогрессивная (возможны глубокие структурные преобразования)

  * Находящаяся в центре прокариотической клетки структура, имеющая форму ромашки (центральная часть — остов — образован РНК, «лепестки» — около 50 петель ДНК).

  ** Особая генетическая конструкция, обеспечивающая иммунную защиту бактерий от вирусов и играющая определенную роль в рекомбинации и репарации ДНК.

  *** За исключением половых клеток и соматических клеток некоторых водорослей, грибов, растений (мхов).

  **** Прокариотические клетки размножаются простым поперечным делением.

  

  Рис. 3.1. Общая схема строения прокариотической (я) и эукариотической (6) клеток:

  1 — плазматическая мембрана; 2 — клеточная стенка; 3 — жгутик; 4 — нуклеоид; 5 — рибосомы; 6 — ядро; 7 — мембранные органеллы

  Эукариоты в эволюционном плане оказались более перспективными по сравнению с прокариотами, так как:

  • • содержали больший объем генетической информации (двойной набор генов, множество копий отдельных генов);
  • • имели возможность накапливать в популяциях особей рецессивные мутантные гены в гетерозиготном состоянии и тем самым формировать резерв наследственной изменчивости (важное условие для эффективного протекания естественного отбора);
  • • могли осуществлять более тонкую и сложную регуляцию жизнедеятельности клеток (множество регуляторных генов, возможность использовать геном по частям);
  • • имели более совершенную пространственно-временную организацию метаболизма (благодаря компартментации внутреннего объема клетки, т.е. разделения пространства клетки мембранами на отсеки);
  • • обладали более пластичной клеточной оболочкой, способной к образованию разнообразных межклеточных соединений с различными функциями (контактов);
  • • имели высокосовершенный механизм воспроизведения генетически идентичных клеток (митоз), на базе которого при дальнейшей эволюции многоклеточных форм возник мейоз;
  • • обладали более эффективным механизмом извлечения и аккумулирования энергии (дыхание).
•