Химический состав клетки

 

небольшим ее участком - активным центром фермента. Возможность  сближения фермента и 

 

вещества происходит благодаря геометрическому соответствию структур активного центра фермента

 

и молекулы вещества (они  подходят друг к другу, как “ключ  к замку”). При денатурации фермента

 

его каталитическая активность исчезает, так как нарушается структура  активного центра. Почти

 

каждая химическая реакция  катализируется особым ферментом. Число  различных реакций в 

 

клетке достигает нескольких тысяч, соответственно в клетке обнаружено к 

 

настоящему времени  более 2 тыс. ферментов. Каждый фермент  обеспечивает одну или 

 

несколько реакций, которые они катализируют (трансферазы, оксиредуктазы и др.). Многие

 

гормоны являются белками (например, гормон роста, производимый клетками гипофиза - АКТГ и 

 

др., инсулин, глюкагон и  т.п.). Белковые и небелковые гормоны  способны изменять

 

активность многих ферментов, усиливая или подавляя действие ферментов  и тем самым 

 

регулируя протекание физиологических  процессов в организме.

 

  Весьма важна для  жизни клетки сигнальная функция  белков. В поверхностную мембрану 

 

клетки встроены молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на

 

действие факторов внешней  среды. Так происходит прием сигналов из внешней среды и 

 

передача команд в  клетку. Двигательная функция белков проявляется в осуществлении  различных 

 

видов движений (мерцание ресничек простейших, движение жгутиков, сокращение мышц). Движения

 

обусловлены наличием особых сократительных белков. В крови, наружных клеточных мембранах,

 

в цитоплазме и ядрах  клеток есть различные транспортные белки, способные присоединять

 

различные вещества и  переносить их из одного места клетки в другое. Белок крови гемоглобин

 

присоединяет кислород и транспортирует его ко всем тканям и органам тела. Белки-транспортеры

 

клеточных мембран обеспечивают активный и строго избирательный транспорт внутрь и наружу

 

клетки сахаров, различных  веществ и ионов.

 

  Большое значение  имеет защитная функция белков. При введении чужеродных белков  или 

 

клеток в организм в нем происходит выработка особых белков, которые связывают и 

 

обезвреживают чужеродные клетки и вещества. В лимфоидных тканях организма человека

 

(вилочковая железа, лимфатические  железы, селезенка) производятся  лимфоциты - клетки,

 

способные синтезировать  огромное разнообразие защитных белков - антител, носящих название

 

иммуноглобулинов. Антигены, попадающие в организм, вызывают в лимфоцитах синтез антител

 

определенного типа. Практически  лимфоциты способны синтезировать  антитела на любой 

 

антиген, с которым  клетка и организм никогда не встречались. Такая защита обеспечивается

 

генами клетки, ответственными за синтез иммуноглобулинов. Защитные белки 

 

синтезируются и растениями (флавоноиды, терпены, алкалоиды).

 

  Белки служат одним  из источников энергии в клетке (энергетическая функция). При распаде  1 г 

 

белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж (или 4,2 ккал). Белки в клетке распадаются

 

сначала до аминокислот, а затем до конечных продуктов - образуется вода, СО2 и азотистые 

 

продукты (аммиак, мочевина и др.) с выделением энергии, используемой клеткой для синтеза новых

 

веществ или на другие нужды. Однако белки используются в  качестве источника энергии тогда,

 

когда истощаются другие ее источники (как углеводы и жиры). Часть аминокислот не

 

расщепляется до конечных продуктов, а используется для синтеза  новых белков.

 

  Углеводы - органические  вещества, в состав которых входит  углерод, кислород, водород. 

 

Углеводы составляют около 1% массы сухого вещества в  животных клетках (в клетках печени и 

 

мышц - до 5%). Растительные клетки очень богаты углеводами: в  высушенных листьях, семенах,

 

плодах, клубнях картофеля, например, их почти 90%. Общая формула  углеводов: Сn(Н2О)n, где n -

 

не меньше трех. Отсюда и название - углеводы. Различают  простые и сложные углеводы. Простые 

 

углеводы называют монозами (или моносахаридами), сложные углеводы, состоящие

 

из нескольких молекул  моносахарида (мономеров), их называют полисахаридами (они,

 

как и белки, являются полимерами). Из двух моносахаридров образуется дисахарид, их трех -

 

трисахарид и т.д. Образование  сложного углевода их мономеров сопровождается выделением

 

молекулы воды.

 

  Моносахариды - бесцветные  вещества, хорошо растворимые в  воде, обладают приятным сладким 

 

вкусом. В зависимости  от числа углеродных атомов, входящих в молекулу углевода, различают 

 

триозы (содержат 3 атома углерода), тетрозы - 4 атома углерода, пентозы - 5 атомов углерода,

 

гексозы - 6 атомов углерода. Из триоз  имеют важное значение молочная и  пировиноградная 

 

кислоты; из тетроз - эритроза (промежуточный продукт фотосинтеза); из пентоз - дезоксирибоза и 

 

рибоза, входящие в состав ДНК, РНК и АТФ; из гексоз наиболее распространены глюкоза,

 

фруктоза и галактоза (общая формула С6Н12О6). Глюкоза - виноградный  сахар, чрезвычайно широко

 

распространенный в  природе; в свободном состоянии  встречается как в растениях, так и в 

 

животных организмах. Также много в природе фруктозы - в плодах, меде, сахарной свекле, фруктах. Глюкоза входит в состав молочного  сахара лактозы. Ди- и трисахариды (сахароза - тростниковый сахар, лактоза, мальтоза и др.) также хорошо растворимы в воде, обладают сладким вкусом. С увеличением числа звеньев растворимость полисахаридов уменьшается, сладкий вкус исчезает.

 

  Самым распространенными  полисахаридами являются крахмал (у растений), гликоген (у

 

животных), клетчатка (целлюлоза). Древесина растений - почти чистая целлюлоза. Мономером 

 

этих полисахаридов  является глюкоза. Крахмал - это резервный  полисахарид растений,

 

находящийся в виде зернышек; в холодной воде он нерастворим, в горячей образует коллоидный

 

раствор. Гликоген содержится в животных клетках, а также в  грибах, дрожжах и т.д. Он

 

играет важную роль в  превращениях углеводов в животном организме, накапливается в печени,

 

мышцах, сердце и других органах, является поставщиком глюкозы в кровь. По структуре он

 

напоминает крахмал, но сильнее разветвлен и лучше растворяется в воде. Молекула гликогена 

 

состоит примерно из 30 000 остатков глюкозы. Клетчатка - главный  структурный полисахарид

 

клеточных оболочек растений, нерастворима в воде, не имеет разветвлений. Мономерами целлюлозы являются молекулы глюкозы (как в крахмале и гликогене). Однако в молекуле

 

крахмала последовательные молекулы глюкозы соединены a-гликозидными связями, а в молекуле

 

целлюлозы они соединены b-гликозидными связями и не расщепляются ферментами, переваривающими крахмал.

 

  Углеводы играют  роль источника энергии для  осуществления клеткой различных  форм 

 

активности. Углеводы подвергаются в клетке глубокому расщеплению и в результате

 

превращаются в простые, бедные энергией соединения - оксид  углерода и воду (СО2 и Н2О) с 

 

высвобождением энергии. При расщеплении 1 г углевода выделяется 17,6 кДж (4.2 ккал).

 

Углеводы входят в  состав оболочек клеток и субклеточных образований (структурная функция),

 

принимают участие в  синтезе многих важнейших веществ. В растениях полисахариды выполняют  и 

 

опорную функцию. Запасающая функция выражается в накоплении крахмала клетками

 

растений и гликогена  клетками животных. Кроме того, следует отметить и защитную функцию углеводов. Вязкие секреты (слизь), выделяемые различными железами, богаты углеводами и их

 

производными (например, гликопротеидами). Они предохраняют пищевод, кишки, желудок, бронхи от

 

механических повреждений, проникновения вредных бактерий и вирусов.

 

   Липиды (жиры и  жироподобные вещества) нерастворимы  в воде, но хорошо растворяются  в 

 

органических растворителях - спирте, эфире, хлороформе и др. Они  содержатся во всех клетках 

 

животных и растений. Содержание жира в клетках невелико и составляет 5-15% сухой массы. Однако

 

в клетках жировой  ткани содержание жира составляет иногда 90% от сухой массы. По

 

химической структуре  жиры представляют собой сложные  соединения трехатомного спирта

 

глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Жирные кислоты делятся на две группы:

 

насыщенные, т.е. не содержащие двойных связей, и ненасыщенные (или  непредельные), содержащие

 

двойные связи. К насыщенным кислотам относятся, к примеру, пальмитиновая  и 

 

стеариновая кислоты, а к ненасыщенным - олеиновая. Растительные жиры или масла богаты

 

ненасыщенными жирными  кислотами, поэтому в подавляющем  большинстве случаев они являются

 

легкоплавкими - жидкими  при комнатной температуре. Животные жиры при комнатной температуре твердые, так как содержат главным образом насыщенные жирные кислоты. Остаток

 

глицерина, содержащийся в жире, обладает гидрофильными свойствами, остатки же жирных

 

кислот - резко гидрофобны. Если на поверхность воды нанести  каплю жира, она растекается по

 

поверхности воды, образуя  тончайший слой. В таком слое жира к поверхности воды обращены

 

гидрофильные остатки  глицерина, а из воды частоколом торчат вверх углеводородные цепи. Таким  образом расположение молекул жира в водной среде самопроизвольно  упорядочивается и

 

определяется молекулярной структурой жира.

 

  Кроме жира в  клетке обычно присутствует большое  количество веществ, обладающих  сильно 

 

гидрофобными свойствами, по химической структуре сходных  с жирами (фосфолипиды,

 

половые гормоны человека и животных, эстрадиол и тестостерон  и др.). Липиды принимают участие в

 

построении мембран  клеток всех органов и тканей, участвуют  в образовании многих

 

биологически важных соединений - в этом состоит их структурная  функция. Энергетическая функция 

 

липидов заключается  в обеспечении клеток необходимой  энергией - на их долю приходится

 

25-30% всей энергии, необходимой  организму. При полном распаде  1 г жира выделяется 38.9 кДж (9.3

 

ккал), что примерно в 2 с лишним раза больше по сравнению  с углеводами и белками. Единственной

 

пищей новорожденных  млекопитающих является молоко, энергоемкость которого определяется

 

главным образом содержанием  в нем жира. Животные и растения откладывают жир в запас и 

 

расходуют его в случае необходимости. Это важно для  животных, впадающих в холодное время  в 

 

спячку или совершающих длительные переходы через местность, где нет источников питания

 

(верблюды в пустыне). Семена многих растений содержат  жир, необходимый для обеспечения 

 

энергией развивающееся  растение. Жиры являются хорошими термоизоляторами

 

вследствие плохой проводимости тепла. Они откладываются под кожей, образуя у некоторых

 

животных огромные скопления. Например, у китов слой подкожного жира достигает толщины 1 м. Это позволяет  теплокровному животному обитать  в холодной воде. Жировая ткань  многих млекопитающих играет роль терморегулятора, а жировая прослойка брюшной полости защищает

 

внутренние органы от повреждений. Таким образом осуществляется функция терморегуляции

 

и защитная функция. Жироподобные соединения покрывают тонким слоем  листья, предохраняя их от намокания во время дождя.