Презентация Химический состав организмов онлайн

Содержание слайда: Химический состав организмов

Содержание слайда: Факторы отбора химических элементов для построения и функционирования биологических систем

Содержание слайда: Химические элементы живых организмов Материя Вселенной – >100 элементов Основа живых систем – только 6 элементов – органогенов (С, Н, О, N, Р и S) – 97,4% 12 элементов, которые принимают участие в построении многих физиологически важных компонентов биосистем – Na, К, Са, Mg, Fe, Si, Al, Cl, Cu, Zn, Со, I – ~1,6% 20 элементов, участвующих в построении и функционировании отдельных узко специфических биосистем (например, водорослей, состав которых определяется в известной мере питательной средой) – ~1% Участие всех остальных элементов в построении биосистем практически не зафиксировано

Содержание слайда: Причины дифференцированного отбора элементов Известно около 15 млн. химических соединений Около 96% – органические соединения, основной строительный материал – те же 6–18 элементов Из всех остальных 95–99 химических элементов природа создала лишь около 300 тыс. неорганических соединений В Космосе господствуют лишь 2 элемента – Н и Не На Земле наиболее распространены Fe, О, Si, Mg, Al, Ca, Na, K, Ni, тогда как С занимает лишь 16-е место В атмосфере С не более 0,01 мас. %, в океанах – около 0,002, в литосфере – 0,1 С в литосфере распространен в 276 раз <, чем Si, в 88 раз <, чем Al, и даже в 6 раз <, чем Ti Из органогенов наиболее распространены лишь О и Н

Содержание слайда: Причины дифференцированного отбора элементов Следовательно, геохимические условия не играют существенной роли в отборе химических элементов при формировании органических систем и биосистем Определяющие факторы – требования соответствия между строительным материалом и теми сооружениями, о которых говорят как о структурах высокоорганизованных

Содержание слайда: Требования соответствия между строительным материалом и высокоорганизованными структурами Отбор элементов, способных к образованию: достаточно прочных и, следовательно, энергоемких химических связей лабильных связей, т. е. легко подвергающихся гомолизу, гетеролизу или циклическому перераспределению Элементы-органогены имеют: небольшие радиусы атомов промежуточные значения электроотрицательностей Это благоприятствует образованию прочных ковалентных связей

Содержание слайда: Углерод – органоген № 1 Углерод способен вмещать и удерживать внутри себя самые резкие химические противоположности, реализовывать их единство, выступать в качестве носителя внутреннего противоречия Атомы С в одном и том же соединении способны играть роль и акцептора, и донора электронов Атомы С образуют почти все типы химических связей: менее чем одноэлектронные и одноэлектронные (?) двухэлектронные (?) трехэлектронные (?) четырехэлектронные (?) шестиэлектронные (?) Среди С–С-связей – чисто ковалентные, почти чисто ионные и ковалентные полярные с самыми различными энергиями связей

Содержание слайда: Кислород и водород Нельзя считать столь же лабильными элементами Носители крайних и односторонних свойств – окислительных и восстановительных Соотношение О и Н в биомолекулах определяет тенденцию этих соединений к окислительно-восстановительным переходам и взаимодействию их с водой – универсальной биосредой (в организме взрослого человека в среднем около 65% воды)

Содержание слайда: Азот, фосфор, сера и др. N, Р и S, некоторые элементы, составляющие активные центры ферментовт(Fе, Мg), подобно С отличаются особой лабильностью Рассматривая вопрос об отборе элементов, Дж. Д. Бернал отмечал: «лабильные атомы S, Р и Fе, которые претерпевают очень большие превращения в неорганическом мире, имеют основное значение в биохимии, в то время как стабильные атомы (Si, Аl, Nа), составляющие несравненно большую часть земной коры, играют лишь второстепенную роль или отсутствуют вовсе»

Содержание слайда: Химические связи, образующиеся биогенными элементами Внутримолекулярное или внутрикомплексное взаимодействие атомов С, N, S, Р, Н, О, Fе, Мg, Ti создает исключительное богатство химических связей: сопряженные связи, обладающие еще более высокой π-электронной проводимостью относительно слабые макроэргические связи в соединениях типа АТФ очень слабые водородные связи попарные межатомные связи типа С–Н, С–С Многоцентровые (связь атома Мg с пиррольными кольцами в геминах)

Содержание слайда: Все перечисленное выше и определило отбор в ходе эволюции природы определенных химических элементов для построения и функционирования биологических систем Все перечисленное выше и определило отбор в ходе эволюции природы определенных химических элементов для построения и функционирования биологических систем

Содержание слайда: Классификация биогенных элементов

Содержание слайда: По количественному содержанию в организмах (В. И. Вернадский) Макроэлементы – содержание в организме более 10–2% (O, S, N, H, C, P, Ca, Mg, Na, K, Cl, Fe) Функции построение тканей поддержание постоянного осмотического давления поддержание ионного и кислотно-основного баланса и др.

Содержание слайда: По количественному содержанию в организмах (В. И. Вернадский) Микроэлементы – содержание в организме 10–2–10–5% (I, Cu, As, F, Br, B, Sr, Ba, Co, Zn, Mn, Mo, Cr, Se) Функции Входят в состав активных центров ферментов, гормонов, витаминов и др. БАВ в качестве комплексообразователей или активаторов, тем самым участвуют в обмене веществ, процессах размножения, тканевом дыхании, обезвреживании токсических веществ активно влияют на процессы кроветворения, ОВП, проницаемость сосудов и т. п.

Содержание слайда: По количественному содержанию в организмах (В. И. Вернадский) Ультрамикроэлементы – содержание в организме меньше 10–5% (Pb, Au, V, Hg, Ag, U, Ra и др.)

Содержание слайда: По значимости для жизнедеятельности (В. В. Ковальский) Незаменимые элементы – всегда содержатся в живом организме, входя в состав его неорганических и органических соединений: Н, О, Са, N, К, Р, Nа, S, Мg, Сl, С, I, Мn, Сu, Со, Fе, Zn, Мо, V. Их дефицит приводит к нарушению жизнедеятельности Примесные элементы – также постоянно содержатся в организме животных и человека: Gа, Sb, Sr, Br, F, B, Be, Li, Si, Sn, Cs, Al, Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. Биологическая роль не всегда детально выяснена или мало известна Микропримесные элементы (Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb, и др.). Обнаружены в организме человека и животных, но сведения о содержании и биологическая функция не выяснены

Содержание слайда: По функциональной роли Органогены – элементы, из атомов которых состоят основные органические соединения организма р-элементы C, N, O, P, S, s-элемент H Элементы, создающие в основном электролитный фон организма s-элементы Na, K, Mg, Ca, р-элемент Cl Микроэлементы, осуществляющие регулирующую и транспортную функции все жизненно важные d-элементы, Se и I

Содержание слайда: По влиянию на живые организмы Канцерогены… элементы, стимулирующие развитие опухолевых процессов в организме и могущие вызывать раковые заболевания Мутагены… элементы, вызывающие генетические мутации в живом организме Тератогены… элементы, вызывающие аномалии развития в живом организме на соматическом уровне

Содержание слайда: Химические компоненты клетки Вода

Содержание слайда: Вода… соединение, которое живая клетка содержит в наибольшем количестве составляет около 70% массы клетки большинство внутриклеточных реакций протекает в водной среде Жизнь на нашей планете возникла в океане… «Конструкция» всех живых организмов связана с уникальными свойствами воды полярный характер молекул способность к образованию полярных связей, водородных связей большое поверхностное натяжение

Содержание слайда: Функции воды в организме Вода – универсальный растворитель Это обусловлено полярностью молекулы и способностью образовывать водородные связи (ассоциироваться) Соединения, участвующие в образовании структур, стабилизированных водородными связями воды, гидрофильны и хорошо растворяются в воде Неполярные молекулы разрушают структуру воды, образованную водородными связями - гидрофобны и не растворяются в воде Гидрофобные взаимодействия, или гидрофобный эффект, играют существенную роль в образовании биологических структур

Содержание слайда: Функции воды в организме Транспортные функции Это обусловлено низкой вязкостью, подвижностью и способностью растворять большое число неорганических и органических соединений

Содержание слайда: Функции воды в организме Вода – среда, в которой протекают многочисленные и разнообразные химические процессы Большая диэлектрическая постоянная воды обеспечивает электролитическую диссоциацию веществ, способных распадаться на ионы

Содержание слайда: Функции воды в организме Вода – непосредственный участник биохимических реакций Гидролиз Гидратация и дегидратация Окисление Многие реакции синтеза

Содержание слайда: Функции воды в организме Вода – терморегулятор Основа – высокая теплопроводность воды и значительное поглощение теплоты в процессе ее испарения высокая теплоемкость воды

Содержание слайда: Химические компоненты клетки Органические соединения клетки

Содержание слайда: Малые органические молекулы Соединения углерода с Мr от 100 до 1000 (до 30 атомов С) Обычно находятся в свободном состоянии в цитоплазматисческом растворе, образуя пул промежуточных продуктов, дающих начало макромолекулам Служат важнейшими промежуточными продуктами в химических реакциях, преобразующих извлеченную из пищи энергию в пригодную для использования форму Доля – около 1/10 клеточного органического вещества В клетке присутствует около тысячи различных видов таких молекул

Содержание слайда: Малые органические молекулы Расщепляясь, все биомолекулы распадаются до тех простых соединений, из которых они и синтезируются, причем синтез и распад происходят в результате ограниченного числа химических превращений, которые подчиняются определенным правилам Следовательно, все имеющиеся в клетке соединения можно разбить на небольшое число отдельных семейств Крупные макромолекулы строятся из малых молекул и относятся, таким образом, к тем же семействам

Содержание слайда: Углеводы

Содержание слайда: Моносахариды Моносахариды Дисахариды Олигосахариды Полисахариды

Содержание слайда: Глюкоза Главный источник энергии во многих клетках В результате последовательного ряда реакций окисления превращается в различные производные с меньшей длиной цепи и в конечном счете распадается до СО2 и Н2О: С6Н12О6 + 6О2  6СО2 + 6Н2О + энергия В ходе распада глюкозы высвобождается энергия и генерируется восстановительная способность, без чего невозможно протекание биосинтетических реакций Высвобождающаяся энергия и генерируемая восстановительная сила запасаются в форме двух важнейших соединений – АТФ и НАДН

Содержание слайда: Полисахариды Используются для запасания энергии впрок (гликоген – у животных, крахмал – у растений) Из простых полисахаридов состоит важный внеклеточный структурный материал (целлюлоза) Цепочки неповторяющихся молекул углеводов часто бывают ковалентно связаны с белками в гликопротеинах и с липидами в гликолипидах

Содержание слайда: Жирные кислоты

Содержание слайда: В молекуле жирной кислоты имеются две части: В молекуле жирной кислоты имеются две части: длинная углеводородная цепь, которая имеет гидрофобный характер и химически мало активна карбоксильная группа, ионизирующаяся в растворе, гидрофильная и легко образующая эфиры и амиды

Содержание слайда: Функции жирных кислот Ценный источник энергии – их расщепление сопровождается образованием такого количества АТФ, которое в 2 раза превышает образование АТФ при расщеплении такой же массы глюкозы Жирные кислоты запасаются в цитоплазме многих клеток в виде триглицеридов (жиров)

Содержание слайда: Функции жирных кислот Самая важная функция – участие в построении клеточных мембран Мембраны состоят главным образом из фосфолипидов В фосфолипидах глицерин связан с 2-мя остатками жирных кислот. Оставшееся свободное место в молекуле глицерина обычно занимает фосфатная группа, которая соединена с другими гидрофильными группами холином НО–СН2–СН2–N–(СН3)3 этаноламином HO–CH2–CH2–NH2 серином НО–СН2–СН(NН2)–СООН

Содержание слайда: У каждой фосфолипидной молекулы имеется гидрофобный хвост, состоящий из цепей двух жирных кислот, и гидрофильная полярная голова, в которой располагается фосфатная группа У каждой фосфолипидной молекулы имеется гидрофобный хвост, состоящий из цепей двух жирных кислот, и гидрофильная полярная голова, в которой располагается фосфатная группа Эти молекулы располагаются в мембране хвост к хвосту, образуя липидный бислой, или «сэндвич»

Содержание слайда: Аминокислоты

Содержание слайда: Аминокислоты Различаются по химическому составу Все они являются -аминокислотами Служат строительными блоками при синтезе белков –линейных полимеров аминокислот, соединенных при помощи пептидной связи 20 аминокислот с разными боковыми цепями У 5 аминокислот боковые цепи могут нести заряд, Боковые цепи других – электронейтральны, но обладают способностью вступать в реакции посредством образования специфических связей Особенности боковых цепей всех аминокислот, входящих в состав данного белка, определяют его свойства и лежат в основе всех сложных и разнообразных функций белковых молекул

Содержание слайда: Нуклеотиды

Содержание слайда: Нуклеотиды В нуклеотидах одно из нескольких азотсодержащих циклических соединений (оснований) связано с пятиуглеродным моносахаридом (рибозой или дезоксирибозой), который несет еще и фосфатную группу Из азотистых оснований встречаются пиримидиновые (цитозин, тимин и урацил) и пуриновые (гуанин и аденин)

Содержание слайда: Функции нуклеотидов Нуклеотиды – переносчики энергии (например, АТФ), отдельных химических групп (атомы Н, остатки моносахаридов) и т. д. Хранение и передача биологической информации Нуклеотиды – строительные блоки для синтеза нуклеиновых кислот – РНК и ДНК Центральная догма молекулярной биологии

Содержание слайда: Центральная догма

Содержание слайда: Вывод Живые организмы – автономные самовоспроизводящиеся химические системы Они построены из специфического и вместе с тем ограниченного набора углеродсодержащих малых молекул, как правило, одних и тех же для всех видов живых существ Основные группы этих молекул – Углеводы – важнейший источник энергии для клеток, запасают ее, образуя резервные полисахариды Жирные кислоты имеют важное значение для запасания энергии, но самая главная их функция – образование клеточных мембран Полимеры, построенные из аминокислот, - удивительно разнообразные и многофункциональные молекулы белков Нуклеотиды участвуют во внутриклеточной передаче сигналов и играют центральную роль в переносе энергии, однако их уникальное значение состоит в том, что они – субъединицы информационных молекул – РНК и ДНК

Содержание слайда: Литература Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. Т. 1. – М.: Мир, 1994. Кузнецов В. И., Идлис Г. М., Гутина В. Н. Естествознание. – М.: Агар, 1996. Ленский А. С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. – М.: Высшая школа, 1989. Синюков В. В. Вода известная и неизвестная. – М.: Знание, 1987. Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. – М.: Высшая школа, 1999. Чухрай Е. С. Молекула, жизнь, организм. – М.: Просвещение, 1981.