Створюють органічну речовину. Хімічна організація клітини

Органічні речовини

Хімічний склад клітини

У земній корі зустрічається близько 100 хімічних елементів, але лише 16 їх необхідні життя. Найбільш поширені в живих організмах чотири елементи: водень, вуглець, кисень та азот (на їхню частку припадає близько 98% маси клітин. Важливі функції в клітині виконують такі елементи, як натрій, кальцій, хлор, фосфор, сірка, залізо, магній. їхню частку припадає близько 1% маси клітини – це макроелементи. Інші елементи, такі як цинк, мідь, йод, фтор містяться в живих організмах у дуже малих кількостях (не більше 0,02%) та відносяться до групи мікроелементів.

Усі хімічні елементи у організмі перебувають у вигляді іонів чи входять до складу неорганічних чи органічних речовин.

Неорганічні речовини

З неорганічних сполук найбільше в організмі міститься води – від 60 до 95% загальної маси ( вміст води залежить від типу клітин: у клітинах емалі зубів близько 10%, а у клітинах медузи до 98%). У середньому в клітинах багатоклітинного організму вода становить близько 80% маси тіла.

Вода є хорошим розчинником і більшість хімічних реакцій у клітині протікає між розчиненими у воді речовинами. Проникнення речовин у клітину та виведення продуктів метаболізму можливе лише у розчиненому вигляді.

Більшість неорганічних речовин у клітині перебуває у вигляді іонів чи солей. Найважливіше значення у життєдіяльності клітини мають такі іони як К+, Na+, Са2+. Нерозчинні мінеральні солі, наприклад солі кальцію та кремнію, забезпечують міцність кісткової тканини хребетних та раковин молюсків.

Органічні речовини

Органічні речовини становлять загалом 20-30% маси клітини живого організму. До них відносяться біологічні полімери - білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, жири, а також цілий ряд невеликих молекул - гормонів, вітамінів, пігментів, амінокислот, АТФ та ін.

Білки

Білки становлять 50-80% сухої маси клітини. Незважаючи на своє розмаїття, всі білки побудовані лише з 20 різних амінокислот.

За своїм складом білки поділяються на прості та складні. Прості білкискладаються лише з амінокислот. Складні білкикрім амінокислот мають у своєму складі інші органічні сполуки: білки, що містять нуклеїнові кислоти, називаються нуклеопротеїди, ліпіди – ліпопротеїди, вуглеводи – глікопротеїди.

Функції білків:

1. Будівельна функція: білки входять до складу всіх клітинних мембран та органоїдів клітини.

2. Каталітична (ферментативна) функція: практично всі хімічні реакції, що протікають у клітині, каталізуються ферментами. За своєю природою всі ферменти є білками і, отже, саме білки визначають протягом усіх хімічних реакцій, необхідні існування організму.

3. Двигуна функція живих організмів забезпечується спеціальними скорочувальними білками (миготіння вій, биття джгутиків, скорочення м'язів).

4. Транспортна функція білків полягає у перенесенні хімічних елементів або біологічно активних речовин до різних тканин та органів (білки переносники забезпечують перенесення необхідних клітині речовин через мембрану, гемоглобін переносить кисень зі струмом крові по всьому організму).

5. Захисна функція білків полягає у зв'язуванні та знешкодженні чужорідних організму речовин. Наприклад, при вступі до організму чужорідних речовин чи мікроорганізмів білі кров'яні тільця (лейкоцити) утворюють спеціальні білки – антитіла, здатні до знешкодження чужорідних агентів.

6. Енергетична функція: білки є джерелом енергії в клітині. При розщепленні 1 р білка виділяється 17,6 кДж енергії, яка потрібна більшості життєво важливих процесів, які у клітині.

7. Регуляторна функція: деякі гормони мають білкову природу (інсулін, тироксин). Гормони впливають на обмін речовин в організмі, розвиток тканин та органів. На клітинному рівні багато процесів регулюються спеціальними регуляторними білками.

8. Токсична функція: біологічні отрути (токсини), мають білкову природу. Токсини виробляються деякими мікроорганізмами, рослинами та тваринами (зміїна отрута, дифтерійний токсин).

Вуглеводи

Вуглеводи побудовані лише із трьох елементів – Про, З, М.

У тваринних клітинах вуглеводи становлять всього 1-5%, тоді як у рослинних їх вміст може досягати 90% сухої маси (клубні картоплі).

Вуглеводи поділяються на прості та складні. Прості вуглеводи називаються моносахаридами. Якщо в одній молекулі поєднуються два моносахариди, то таку сполуку називають дисахаридом. До дисахаридів відноситься цукор, що складається з двох молекул - глюкози та фруктози. Складні вуглеводи, утворені багатьма моносахаридами, називаються полісахаридами.Мономером таких полісахаридів як крохмаль, глікоген, целюлоза є моносахарид – глюкоза.

Функції вуглеводів:

1. Будівельна. Наприклад, целюлоза утворює стінки рослинних клітин, складний полісахарид хітин – структурний компонент зовнішнього скелета членистоногих.

2. Енергетична. Вуглеводи відіграють роль основного джерела енергії у клітині (при окисленні 1 г вуглеводів звільняється 17,6 кДж енергії). Такі полісахариди як крохмаль і глікоген відкладаються в клітинах як запасні речовини і служать енергетичним резервом.

Ліпіди

Ліпіди (жири) – це сполуки високомолекулярних жирних кислот та триатомного спирту гліцерину. Жири не розчиняються у воді – вони гідрофобні. Вміст жирів у клітині становить 5-15% від маси сухої речовини (у клітинах жирової тканини до 90%).

До молекул ліпідів можуть приєднуватися функціональні угруповання: залишки фосфорної кислоти (фосфоліпіди), вуглеводи (гліколіпіди), білки (ліпопротеїди). Речовини, близькі за властивостями до ліпідів, але не містять жирних кислот, називають ліпоїдами. До них відносяться стероїди (входять до складу жовчі, виконують функції статевих гормонів) і терпени (входять до складу ефірних олій рослин, хлорофілу та ін).

Функції ліпідів:

1. Будівельна функція: ліпіди є основою клітинних мембран (75-95% їх складають фосфоліпіди).

2. Енергетична функція: накопичуючись у клітинах жирової тканини тварин, у насінні та плодах рослин, жири служать запасним джерелом енергії. При розщепленні 1 г жиру звільняється 38,9 кДж.

3. Запасаюча функція (у пустелі багатьом тварин жири – джерело води: при окисленні 100 р жиру виділяється 107 р води).

4. Функція терморегуляції. Жир має погану теплопровідність. У деяких тварин (тюлені, кити) він відкладається у підшкірній жировій тканині та захищає організм від переохолодження.

5. Регуляторна функція: деякі ліпіди беруть участь у регуляції обмінних процесів (вітаміни, попередники гормонів).

Біологія Лекція 4-5

Будова клітини

Всі живі істоти складаються з клітин або є одноклітинними організмами. Слово «клітина» - це переклад із латинського слова cellula (клітина, кімната). Термін запровадив Р. Гук для позначення осередків, які він спостерігав під мікроскопом у зрізі пробки. Лише пізніше клітинами стали називати живий вміст таких осередків.

Клітина - це елементарна структурна і функціональна одиниця живих організмів, тому що в природі немає дрібніших систем, яким були б притаманні всі без винятку ознаки живого:

· Обмін речовин

· Зростання, розвиток

· Відтворення собі подібних

· Реагування на зовнішні впливи (подразливість)

· Здатність до руху

Таким чином, клітина є нижчим ступенем організації живої матерії.

На початку 19 в. уявлення про клітинну будову набули широкого поширення та визнання. У 30-ті роки 19 в. Роберт Броун– шотландський вчений виявив у рослинних клітинах ядро. Потім ядра виявили й у інших клітинах. Зіставлення спостережень за рослинними та тваринними клітинами виявило подібність у їх будові та організації. У цей час були сформульовані основні тези клітинної теорії.

В даний час положення клітинної теорії формулюються так:

1. Клітина є основною структурною та функціональною одиницею життя. Всі організми складаються з клітин, життя організму обумовлено взаємодією складових його клітин.

2. Клітини всіх організмів подібні за своїм хімічним складом, будовою та функціями

3. Усі нові клітини утворюються шляхом поділу вихідних клітин.

4. Усі клітини складаються з 3-х основних частин:

· Клітинна мембрана

· Цитоплазма

· Клітинне ядро ​​або його функціональний аналог.

Існують два основних типи клітинної будови, які відрізняються один від одного поруч фундаментальних ознак. Це прокаріотичні та еукаріотичні клітини.

Мікроорганізми, що мають справжнє ядро, називаються еукаріотами. До них відносять мікроскопічні гриби, дріжджі, водорості та найпростіші. Мікроорганізми, які мають чітко вираженого ядра, називаються прокаріотами. До них відносяться бактерії та синьо-зелені водорості (ціанобактерії).

1А. Організми, що утворюють органічні речовини з неорганічних:

1.гетеротрофи

2.автотрофи

2А. У темнову фазу фотосинтезу відбувається:

1.освіта АТФ

2.освіта НАДФ Н

3. виділення кисню

4. утворення вуглеводів

3А. При фотосинтезі відбувається утворення кисню, що виділяється під час розкладання молекул:

1.вуглекислого газу

2.глюкози

4.вуглекислого газу та води

4А. В результаті фотосинтезу відбувається перетворення енергії світла на:

1.електричну енергію

2.хімічну енергію органічних сполук

3.теплову енергію

4.хімічну енергію неорганічних сполук

5А. Фотоліз води в живих організмах протікає у процесі:

1. дихання

2.фотосинтеза

3.бродіння

4.хемосинтеза

6А. Кінцевими продуктами окислення органічних речовин у клітині є:

1.АДФ та вода

2.аміак та вуглекислий газ

3.вода та вуглекислий газ

1.білків до амінокислот

2.крохмалю до глюкози

3.ДНК до нуклеотидів

8А. Забезпечують гліколіз ферменти:

2.цитоплазми

3.Мітохондрій

4.пластид

9А. При гліколізі моль глюкози запасає у формі АТФ:

10А.Три моль глюкози зазнало повного окислення в клітці тварини, при цьому виділилося вуглекислого газу:

11А. У процесі хемосинтезу організми перетворюють енергію хімічних зв'язків:

1.ліпідів

2.полісахаридів

4.неорганічних речовин

12А. Кожній білковій молекулі ДНК відповідає:

1.триплет

4.нуклеотид

13А.Генетичний код є загальним для всіх живих організмів, це властивість:

1.безперервність

2.надмірність

3.універсальність

4.специфічність

14А. У генетичному коді один триплет відповідає лише одній амінокислоті, у цьому проявляється його:

1.безперервність

2.надмірність

3.універсальність

4.специфічність

15А. Якщо нуклеотидний склад ДНК – АТТ-ГЦГ-ТАТ, то нуклеотидний склад іРНК:
1.ТАА-ЦГЦ-УТА

2.ТАА-ГЦГ-УТУ

3.УАА-ЦГЦ-АУА

4.УАА-ЦГЦ-АТА

1.збудника туберкульозу

2.мухомору

4.бактеріофага

17А. Антибіотик:

1.пригнічує синтез білка збудника хвороби

4.є захисним білком крові

18А. Ділянка молекули ДНК, з якої відбувається транскрипція, має 30.000 нуклеотидів (обидва ланцюги). Для транскрипції потрібно:

1.завжди одну

2.завжди дві

3.завжди три

20А. Ділянка і-РНК, з якої відбувається трансляція, містить 153 нуклеотиди, на цій ділянці закодований поліпептид з:

1.153 амінокислот

2.51 амінокислоти

3.49 амінокислот

4.459 амінокислот

В1.Встановіть відповідність між характеристикою та видом обміну речовин у клітині:

В. подвоюються молекули ДНК

1)пластичний обмін

2) енергетичний обмін

В 2. Встановіть відповідність між характеристикою та фазою процесу фотосинтезу:

Б. використовується енергія АТФ

Г. відбувається фотоліз води

1) світлова

2) темна

У 3. Кисневий етап енергетичного обміну характеризується:

А.синтезом енергії у вигляді АТФ

В.розщепленням глюкози

Р. розщепленням молекул жирів

Д. утворенням вуглекислого газу

Е.здійсненням у цитоплазмі

В 4. Побудуйте послідовність реакцій біосинтезу білка, виписавши цифри у необхідному порядку:

1) зняття інформації з ДНК

4) надходження і-РНК на рибосоми

2 ВАРІАНТ

1А. Організми, що утворюють органічні речовини лише з органічних:

1.гетеротрофи

2.автотрофи

3.хемотрофи

4.міксотрофи

2А. У світлову фазу фотосинтезу відбувається:

1.освіта АТФ

2. утворення глюкози

3. виділення вуглекислого газу

4. утворення вуглеводів

3А. При фотосинтезі відбувається утворення кисню, що виділяється у процесі:

1.біосинтеза білка

2.фотолізу

3. збудження молекули хлорофілу

4. з'єднання вуглекислого газу та води

4А. В результаті фотосинтезу енергії світла перетворюється на:

1. теплову енергію

2.хімічну енергію неорганічних сполук

3. електричну енергію теплову енергію

4.хімічну енергію органічних сполук

5А. Дихання у анаеробів у живих організмах протікає у процесі:

1.кисневого окислення

2.фотосинтеза

3.бродіння

4.хемосинтеза

6А. Кінцевими продуктами окислення вуглеводів у клітині є:

1.АДФ та вода

2.аміак та вуглекислий газ

3.вода та вуглекислий газ

4.аміак, вуглекислий газ та вода

7А. На підготовчому етапі розщеплення вуглеводів відбувається гідроліз:

1. целюлози до глюкози

2. білків до амінокислот

3.ДНК до нуклеотидів

4. жирів до гліцерину та карбонових кислот

8А. Забезпечують кисневе окислення ферменти:

1.травного тракту та лізосом

2.цитоплазми

3.Мітохондрій

4.пластид

9А. При гліколізі 3моль глюкози запасає у формі АТФ:

10А.Два моль глюкози зазнало повного окислення в клітці тварини, при цьому виділилося вуглекислого газу:

11А. У процесі хемосинтезу організми перетворюють енергію окислення:

1. з'єднань сірки

2.органічних сполук

3.крохмалю

12А. Одному гену відповідає інформація про молекулу:

1.амінокислоти

2.крохмалю

4.нуклеотида

13А.Генетичний код складається з трьох нуклеотидів, отже він:

1. специфічний

2.надлишковий

3.універсальний

4.триплетен

14А. У генетичному коді одній амінокислоті відповідає 2-6 триплетів, у цьому проявляється його:

1.безперервність

2.надмірність

3.універсальність

4.специфічність

15А. Якщо нуклеотидний склад ДНК – АТТ-ЦГЦ-ТАТ, то нуклеотидний склад іРНК:
1.ТАА-ЦГЦ-УТА

2.УАА-ГЦГ-АУА

3.УАА-ЦГЦ-АУА

4.УАА-ЦГЦ-АТА

16А. Синтез білка не відбувається на власних рибосомах у:

1.вірусу тютюнової мозаїки

2.дрозофіли

3.мураха

4.холерного вібріона

17А. Антибіотик:

1. є захисним білком крові

2.синтезує новий білок в організмі

3. є ослабленим збудником хвороби

4.пригнічує синтез білка збудника хвороби

18А. Ділянка молекули ДНК, де відбувається реплікація, має 30.000 нуклеотидів (обидва ланцюга). Для реплікації потрібно:

19А.Скільки різних амінокислот може транспортувати одна т-РНК:

1.завжди одну

2.завжди дві

3.завжди три

4.деякі можуть транспортувати одну, деякі - кілька.

20А. Ділянка ДНК, з якої відбувається транскрипція, містить 153 нуклеотиди, на даній ділянці закодований поліпептид:

1.153 амінокислот

2.51 амінокислоти

3.49 амінокислот

4.459 амінокислот

В 1. Встановіть відповідність між характеристикою та фазою процесу фотосинтезу:

А.молекула вуглекислого газу утворює глюкозу

Б. використовується енергія АТФ

В. збуджується молекула хлорофілу

Г. відбувається фотоліз води

Д.з молекул АДФ утворюється АТФ

1) світлова

2) темна

В 2. Побудуйте послідовність реакцій біосинтезу білка, виписавши цифри у необхідному порядку:

1) транскрипція на ДНК

2) впізнавання антикодоном т-РНК свого кодону на і-РНК

3) відщеплення амінокислоти від т-РНК

4) з'єднання і-РНК з рибосомою

5) приєднання амінокислоти до білкового ланцюга.

У 3. Безкисневий етап енергетичного обміну характеризується:

А.синтезом енергії у вигляді АТФ

Б.здійсненням у мітохондріях

В.розщепленням глюкози

Р. розщепленням молекул жирів

Д.освітою ПВК

Е.здійсненням у цитоплазмі

В4.Встановіть відповідність між характеристикою та видом обміну речовин у клітині:

А. здійснюється біосинтез білка

Б. фотосинтез у клітинах рослин

В. подвоюються молекули ДНК

Г. жири розщеплюються до гліцерину та жирних кислот

Д.кінцевими продуктами обміну є вуглекислий газ та вода

1)пластичний обмін

2) енергетичний обмін

ВІДПОВІДІ: 1 ВАРІАНТ

В3 - А, Б, Д

В4 - 1,4,2,5,3

ВІДПОВІДІ: 2 ВАРІАНТ

В2 - 1,4,2,5,3

1 Органічні та неорганічні речовини

I. Неорганічні сполуки.

1. Вода, її властивості та значення для біологічних процесів.

Вода – універсальний розчинник. Вона має високу теплоємність і водночас високу для рідин теплопровідність. Ці властивості роблять воду ідеальною рідиною для утримання теплової рівноваги організму.

Завдяки полярності своїх молекул вода виступає у ролі стабілізатора структури.

Вода - джерело кисню та водню, вона є основним середовищем де протікають біохімічні та хімічні реакції, найважливішим реагентом та продуктом біохімічних реакцій.

Для води характерна повна прозорість у видимій ділянці спектра, що має значення для процесу фотосинтезу, транспірації.

Вода практично не стискається, що дуже важливо для надання форми органам, створення тургору та забезпечення певного становища органів та частин організму у просторі.

Завдяки воді можливе здійснення осмотичних реакцій у живих клітинах.

Вода - основний засіб пересування речовин в організмі (кровообіг, висхідний і низхідний струм розчинів по тілу рослини і т.д.).

2. Мінеральні речовини.

У складі живих організмів сучасними методами хімічного аналізу виявлено 80 елементів періодичної системи. За кількісним складом їх поділяють на три основні групи.

Макроелементи складають основну масу органічних та неорганічних сполук, концентрація їх коливається від 60% до 0.001% маси тіла (кисень, водень, вуглець, азот, сірка, магній, калій, натрій, залізо та ін.).

Мікроелементи – переважно іони важких металів. Містяться в організмах у кількості 0.001% - 0.000001% (марганець, бор, мідь, молібден, цинк, йод, бром).

Концентрація ультрамікроелементів вбирається у 0.000001%. Фізіологічна роль в організмах повністю ще з'ясована. До цієї групи належать уран, радій, золото, ртуть, цезій, селен та багато інших рідкісних елементів.

Основну масу тканин живих організмів, що населяють Землю, складають органогенні елементи: кисень, вуглець, водень і азот, з яких переважно побудовані органічні сполуки - білки, жири, вуглеводи.

ІІ. Роль та функція окремих елементів.

Азот у автотрофних рослин є вихідним продуктом азотного та білкового обміну. Атоми азоту входять до складу багатьох інших небілкових, проте найважливіших сполук: пігментів (хлорофіл, гемоглобін), нуклеїнових кислот, вітамінів.

Фосфор входить до складу багатьох життєво важливих сполук. Фосфор входить до складу АМФ, АДФ, АТФ, нуклеотидів, фосфосфорильованих сахаридів, деяких ферментів. Багато організмів містять фосфор у мінеральній формі (розчинні фосфати клітинного соку, фосфати кісткової тканини).

Після відмирання організмів фосфорні сполуки мінералізуються. Завдяки кореневим виділенням діяльності ґрунтових бактерій здійснюється розчинення фосфатів, що робить можливим засвоєння фосфору рослинними, а потім і тваринними організмами.

Сірка бере участь у побудові сірковмісних амінокислот (цистину, цистеїну), входить до складу вітаміну B1 та деяких ферментів. Особливо велике значення має сірка та її сполуки для хемосинтезуючих бактерій. Сполуки сірки утворюються в печінці як продукти знезараження отруйних речовин.

Калій міститься у клітинах лише як іонів. Завдяки калію цитоплазма має певні колоїдні властивості; калій активує ферменти білкового синтезу зумовлює нормальний ритм серцевої діяльності, бере участь у генерації біоелектричних потенціалів, у процесах фотосинтезу.

Натрій (міститься в іонній формі) становить значну частину мінеральних речовин крові та завдяки цьому відіграє важливу роль у регуляції водного обміну організму. Іони натрію сприяють поляризації клітинної мембрани; нормальний ритм серцевої діяльності залежить від наявності у живильному середовищі у необхідній кількості солей натрію, калію, а також кальцію.

Кальцій в іонному стані є антагоністом калію. Він входить до складу мембранних структур, у вигляді солей пектинових речовин склеює рослинні клітини. У рослинних клітинах часто міститься у вигляді простих, голкоподібних або зрощених кристалів оксалату кальцію.

Магній міститься у клітинах у певному співвідношенні з кальцієм. Він входить до складу молекули хлорофілу, активує енергетичний обмін та синтез ДНК.

Залізо є складовою молекули гемоглобіну. Воно бере участь у біосинтезі хлорофілу, тому при нестачі заліза у ґрунті у рослин розвивається хлороз. Основна роль заліза – участь у процесах дихання, фотосинтезу шляхом перенесення електронів у складі окисних ферментів – каталази, ферредоксину. Певний запас заліза в організмі тварин і людини зберігається в білку, що містить феритині, що міститься в печінці, селезінці.

Мідь зустрічається в організмах тварин та рослин, де вона відіграє важливу роль. Мідь входить до складу деяких ферментів (оксидаз). Встановлено значення міді для процесів кровотворення, синтезу гемоглобіну та цитохромів.

Щодобово в організм людини з їжею надходить 2 мг міді. У рослин мідь входить до складу багатьох ферментів, які беруть участь у темнових реакціях фотосинтезу та інших біосинтез. У хворих на нестачу міді тварин спостерігається анемія, втрата апетиту, захворювання серця.

Марганець – мікроелемент, при недостатній кількості якого у рослин виникає хлороз. Велика роль належить марганцю та у процесах відновлення нітратів у рослинах.

Цинк входить до складу деяких ферментів, що активізують розщеплення вугільної кислоти.

Бір впливає на ростові процеси, особливо рослинних організмів. За відсутності у ґрунті цього мікроелемента у рослин відмирають провідні тканини, квітки та зав'язь.

Останнім часом мікроелементи досить широко застосовують у рослинництві (передпосівна обробка насіння), у тваринництві (мікроелементні добавки до корму).

Інші неорганічні компоненти клітини найчастіше знаходяться у вигляді солей, дисоційованих у розчині на іони, або в нерозчиненому стані (солі фосфору кісткової тканини, вапняні або кремнієві панцирі губок, коралів, діатомових водоростей та ін.).

ІІІ. Органічні сполуки.

Вуглеводи (сахариди). Молекули цих речовин побудовано всього із трьох елементів - вуглецю, кисню та водню. Вуглеці є основним джерелом енергії для живих організмів. Крім того, вони забезпечують організми сполуками, які використовуються надалі для синтезу інших сполук.

Найбільш відомими та поширеними вуглеводами є розчинені у воді моно-і дисахариди. Вони кристалізуються, солодкі на смак.

Моносахариди (монози) - сполуки, які можуть гідролізуватися. Сахариди можуть полімеризуватися, утворюючи більш високомолекулярні сполуки - ді-, три-і полісахариди.

Олігосахариди. Молекули цих сполук побудовані з 2 – 4 молекул моносахаридів. Ці сполуки можуть кристалізуватися, легко розчиняються у воді, солодкі на смак і мають постійну молекулярну масу. Прикладом олігосахаридів можуть бути дисахариди сахарозу, мальтозу, лактозу, тетрасахарид стахіозу та ін.

Полісахариди (поліози) - нерозчинні у воді сполуки (утворюють колоїдний розчин), що не мають солодкого смаку. Основна функція цих сполук – зв'язування, склеювання клітин сполучної тканини, захист клітин від несприятливих факторів.

Ліпіди – група сполук, які містяться у всіх живих клітинах, вони нерозчинні у воді. Структурними одиницями молекул ліпідів можуть бути прості вуглеводневі ланцюги, або залишки складних циклічних молекул.

Залежно від хімічної природи ліпіди поділяють на жири та ліпоїди.

Жири (тригліцериди, нейтральні жири) є основною групою ліпідів. Вони являють собою складні ефіри трихатомного спирту гліцерину та жирних кислот або суміш вільних жирних кислот та тригліцеридів.

Зустрічаються в живих клітинах та вільні жирні кислоти: пальмітинова, стеаринова, рицинова.

Ліпоїди – жироподібні речовини. Мають велике значення, оскільки завдяки своїй будові утворюють чітко орієнтовані молекулярні шари, а впорядковане розташування гідрофільних та гідрофобних кінців молекул має першочергове значення для формування мембранних структур із вибірковою проникністю.

Ферменти. Це біологічні каталізатори білкової природи, які здатні прискорювати біохімічні реакції. Ферменти не руйнуються в процесі біохімічних перетворень, тому порівняно невелика кількість каталізують реакції великої кількості речовини. Характерною відмінністю ферментів від хімічних каталізаторів є їхня здатність прискорювати реакції за звичайних умов.

За хімічною природою ферменти діляться на дві групи - однокомпонентні (що складаються тільки з білка, їх активність обумовлена ​​активним центром - специфічної групи амінокислот у білковій молекулі (пепсин, трипсин)) та двокомпонентні (що складаються з білка (апоферменту - носія білка) і коферментом), причому хімічна природа коферментів буває різною, оскільки вони можуть складатися з органічних (багато вітамінів, НАД, НАДФ) або неорганічних (атоми металів: заліза, магнію, цинку)).

Функція ферментів залежить від зниженні енергії активації, тобто. у зниженні рівня енергії, необхідної надання реакційної здатності молекулі.

Сучасна класифікація ферментів ґрунтується на типах хімічних реакцій, що каталізуються ними. Ферменти гідролази прискорюють реакцію розщеплення складних сполук на мономери (амілаза (гідролізує крохмаль), целюлаза (розкладає целюлозу до моносахаридів), протеаза (гідролізує білки до амінокислот)).

Ферменти оксидоредуктази каталізують окисно-відновлювальні реакції.

Трансферази переносять альдегідні, кетонні та азотисті групи від однієї молекули до іншої.

Ліази відщеплюють окремі радикали з утворенням подвійних зв'язків або каталізують приєднання груп до подвійних зв'язків.

Ізомерази здійснюють ізомеризацію.

Лігази каталізують реакції сполуки двох молекул, використовуючи енергію АТФ чи іншого тріофасфату.

Пігменти – високомолекулярні природні пофарбовані сполуки. З декількох сотень сполук цього типу найважливішими є металопорфіринові та флавінові пігменти.

Металопорфірин, до складу якого входить атом магнію, утворює основу молекули зелених рослинних пігментів – хлорофілів. Якщо на місці магнію стоїть атом заліза, такий металопорфірин називають гемом.

До складу гемоглобіну еритроцитів крові людини, всіх інших хребетних та деяких безхребетних входить окисне залізо, яке надає крові червоного кольору. Гемеритрін надає крові рожевого кольору (деякі багатощетинкові черв'яки). Хлорокруорин забарвлює кров, тканинну рідину у зелений колір.

Найбільш поширеними дихальними пігментами крові є гемоглобін та гемоціан (дихальний пігмент вищих ракоподібних, павукоподібних, деяких молюсків спрутів).

До хромопротеїдів відносяться також цитохроми, каталаза, пероксидаза, міоглобін (міститься в м'язах і створює запас кисню, що дозволяє морським ссавцям тривалий час перебувати під водою).

«Тут, як і скрізь, розмежування та рубрики належать не природі,
не сутності, а людському судженню якому
вони потрібні для власної зручності»
А. М. Бутлеров.

Вперше термін "органічна хімія» з'явився 1808 року в «підручнику хімії» шведського вченого І Я. Берцеліус.Назва "органічні сполуки" з'явилася трохи раніше. Вчені тієї епохи розділили речовини на дві групи досить умовно: вони вважали, що живі істоти складаються з особливих органічних зоб'єднань, а об'єкти неживої природи – з неорганічних.

Для багатьох простих речовин відомі їх алотропні форми існування: вуглець – у формі графіту та алмазу тощо. В даний час відомо близько 400 алотропних видозмін простих речовин.

Різноманітність складних речовин зумовлено їх різним якісним та кількісним складом. Наприклад, відомо для азоту п'ять форм оксидів: N 2 O, NO, N 2 O 3 , NO 2 , N 2 O 5 ; для водню дві форми: Н2О та Н2О2.

Принципових відмінностей між органічними та неорганічними речовинами немає. Вони відрізняються лише деякими особливостями.

Більшість неорганічних речовин має немолекулярну будову, тому вони мають високі температури плавлення та кипіння. Неорганічні речовини не містять вуглецю. До неорганічних речовин відносяться: метали (Ca, K, Na та ін), неметали, благородні гази (He, Ne, Ar, Kr, Xe та ін), амфотерні прості речовини (Fe, Al, Mn та ін), оксиди (різні сполуки з киснем), гідроксиди, солі та бінарні сполуки.

До неорганічних речовин належить вода. Вона є універсальним розчинником і має високу теплоємність та теплопровідність. Вода - це джерело кисню та водню; основне середовище для протікання біохімічних та хімічних реакцій.

Органічні речовини, як правило, молекулярної будови мають низькі температури плавлення, легко розкладаються при нагріванні. До складу молекул всіх органічних речовин входить вуглець (за винятком карбідів, карбонатів, оксидів вуглецю, вуглецевмісних газів і ціанідів). Хімічні зв'язки у молекулах органічних сполук переважно ковалентні.

Унікальна властивість вуглецю утворювати ланцюжки з атомів дає можливість утворювати безліч унікальних сполук.

Більшість основних класів органічних речовин біологічного походження. До них відносяться білки, вуглеводи, нуклеїнові кислоти, ліпіди. Ці сполуки крім вуглецю містять водень, азот, кисень, сірку та фосфор.

Вуглецеві сполуки поширені у природі. Вони входять до складу рослинного та тваринного світу, а отже, забезпечують одягом, взуттям, паливом, ліками, їжею, барвниками та ін.
Повсякденний досвід показує, що майже всі органічні речовини, наприклад, рослинні олії, тваринні жири, тканини, деревина, папір, природні гази не витримують підвищених температур і відносно легко розкладаються або горять, тоді як більшість неорганічних речовин витримують. Отже, органічні речовини менш міцні, ніж неорганічні.
Синтез органічних неорганічних речовин.
1828 року німецькому хіміку Ф. Велеравдалося штучно отримати сечовину. Вихідною речовиною при цьому була неорганічна сіль – ціанід калію (KCN), при окисленні якого утворюється ціанат калію (KOCN). Обмінним розкладанням ціанату калію з сульфатом амонію виходить ціанат амонію, який при нагріванні перетворюється на сечовину:

У 1842 р. російський вчений Н. Н. Зінінсинтезував анілін, який отримували раніше лише з природного барвника. У 1854 р. французький вчений М.Бертлоотримав речовина, подібна до жирів, а 1861 р. видатний російський хімік А. М. Бутлеров – цукриста речовина.

У минулому вчені розділяли всі речовини в природі на умовно неживі та живі, включаючи до останніх царство тварин і рослин. Речовини першої групи отримали назву мінеральних. А ті, що увійшли до другої, почали називати органічними речовинами.

Що під цим мається на увазі? Клас органічних речовин найбільший серед усіх хімічних сполук, відомих сучасним ученим. На питання, які органічні речовини, можна відповісти так – це хімічні сполуки, до складу яких входить вуглець.

Зверніть увагу, що не всі вуглецевмісні сполуки відносяться до органічних. Наприклад, корбіди та карбонати, вугільна кислота та ціаніди, оксиди вуглецю не входять до їх числа.

Чому так багато органічних речовин?

Відповідь це питання у властивостях вуглецю. Цей елемент цікавий тим, що здатний утворювати ланцюжки зі своїх атомів. І при цьому вуглецевий зв'язок дуже стабільний.

З іншого боку, в органічних сполуках він виявляє високу валентність (IV), тобто. здатність утворювати хімічні зв'язки з іншими речовинами І не тільки одинарні, а й подвійні і навіть потрійні (інакше – кратні). У міру зростання кратності зв'язку ланцюжок атомів стає коротшим, а стабільність зв'язку підвищується.

А ще вуглець наділений здатністю утворювати лінійні, плоскі та об'ємні структури.

Саме тому органічні речовини у природі такі різноманітні. Ви легко перевірите це самі: встаньте перед дзеркалом та уважно подивіться на своє відображення. Кожен із нас – ходячий посібник з органічної хімії. Вдумайтеся: щонайменше 30% маси кожної вашої клітини – це органічні сполуки. Білки, які збудували ваше тіло. Вуглеводи, які є «паливом» і джерелом енергії. Жири, що зберігають запаси енергії. Гормони, які управляють роботою органів та навіть вашою поведінкою. Ферменти, що запускають хімічні реакції всередині вас. І навіть «вихідний код», ланцюжки ДНК – це органічні сполуки з урахуванням вуглецю.

Склад органічних речовин

Як ми вже говорили на початку, основний будівельний матеріал для органічних речовин - це вуглець. І будь-які практичні елементи, з'єднуючись з вуглецем, можуть утворювати органічні сполуки.

У природі найчастіше у складі органічних речовин присутні водень, кисень, азот, сірка та фосфор.

Будова органічних речовин

Різноманітність органічних речовин на планеті та різноманітність їх будови можна пояснити характерними рисами атомів вуглецю.

Ви пам'ятаєте, що атоми вуглецю здатні утворювати дуже міцні зв'язки один з одним, з'єднуючись у ланцюжки. В результаті виходять стійкі молекули. Те, як саме атоми вуглецю з'єднуються в ланцюг (розташовуються зигзагом), є однією з ключових особливостей її будови. Вуглець може поєднуватися як у відкриті ланцюги, так і в замкнуті (циклічні) ланцюжки.

Важливо й те, що будова хімічних речовин впливає на їх хімічні властивості. Значну роль грає і те, як атоми та групи атомів у молекулі впливають один на одного.

Завдяки особливостям будови рахунок однотипним сполукам вуглецю йде на десятки і сотні. Наприклад, можна розглянути водневі сполуки вуглецю: метан, етан, пропан, бутан і т.п.

Наприклад, метан – СН4. Така сполука водню з вуглецем у нормальних умовах перебуває у газоподібному агрегатному стані. Коли ж у складі утворюється кисень, утворюється рідина – метиловий спирт СН 3 ОН.

Не тільки речовини з різним якісним складом (як у прикладі вище) виявляють різні властивості, а й речовини однакового якісного складу теж здатні на таке. Прикладом можуть бути різна здатність метану СН 4 і етилену С 2 Н 4 реагувати з бромом і хлором. Метан здатний на такі реакції тільки при нагріванні або ультрафіолетом. А етилен реагує навіть без освітлення та нагрівання.

Розглянемо такий варіант: якісний склад хімічних сполук однаковий, кількісний – відрізняється. Тоді й хімічні властивості сполук різні. Як у випадку з ацетиленом 2 Н 2 і бензолом 6 Н 6 .

Не останню роль цьому різноманітті грають такі властивості органічних речовин, «зав'язані» з їхньої будові, як ізомерія і гомологія.

Уявіть, що у вас є дві на перший погляд ідентичні речовини – однаковий склад і та сама молекулярна формула, щоб описати їх. Але будова цих речовин дуже по-різному, звідки випливає і відмінність хімічних і фізичних якостей. Наприклад, молекулярною формулою З 4 Н 10 можна записати дві різні речовини: бутан та ізобутан.

Йдеться про ізомерах– сполуки, які мають однаковий склад та молекулярну масу. Але атоми в їх молекулах розташовані в різному порядку (розгалужена та нерозгалужена будова).

Що стосується гомології– це характеристика такого вуглецевого ланцюга, в якому кожен наступний член може бути отриманий додаванням до попередньої групи СН 2 . Кожен гомологічний ряд можна виразити однією загальною формулою. А знаючи формулу, нескладно визначити склад будь-якого члена низки. Наприклад, гомологи метану описуються формулою C n H 2n+2 .

У міру збільшення «гомологічної різниці» СН 2 посилюється зв'язок між атомами речовини. Візьмемо гомологічний ряд метану: чотири перші його члени - гази (метан, етан, пропан, бутан), наступні шість - рідини (пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан), а далі йдуть речовини в твердому агрегатному стані (пентадекан, ейкозан і т.д.). І чим міцніший зв'язок між атомами вуглецю, тим вище молекулярна вага, температури кипіння та плавлення речовин.

Які існують класи органічних речовин?

До органічних речовин біологічного походження належать:

• білки;
• вуглеводи;
• нуклеїнові кислоти;
• ліпіди.

Три перші пункти можна назвати біологічними полімерами.

Докладніша класифікація органічних хімічних речовин охоплює речовини як біологічного походження.

До вуглеводнів відносяться:

• ациклічні сполуки:
  • граничні вуглеводні (алкани);
  • ненасичені вуглеводні:
    • алкени;
    • алкіни;
    • алкадієни.
• циклічні сполуки:
  • сполуки карбоциклічні:
    • аліциклічні;
    • ароматичні.
  • з'єднання гетероциклічні.

Є також інші класи органічних сполук, у складі яких вуглець з'єднується з іншими речовинами, крім водню:

• спирти та феноли;
• альдегіди та кетони;
• карбонові кислоти;
• складні ефіри;
• ліпіди;
• вуглеводи:
  • моносахариди;
  • олігосахариди;
  • полісахариди.
  • мукополісахариди.
• аміни;
• амінокислоти;
• білки;
• нуклеїнові кислоти.

Формули органічних речовин за класами

Приклади органічних речовин

Як пам'ятаєте, у людському організмі різноманітних органічні речовини – основа основ. Це наші тканини та рідини, гормони та пігменти, ферменти та АТФ, а також багато іншого.

У тілах людей та тварин пріоритет за білками та жирами (половина сухої маси клітини тварин – це білки). У рослин (приблизно 80% сухої маси клітини) – за вуглеводами, насамперед складними – полісахаридами. У тому числі за целюлозою (без якої не було б паперу), крохмалем.

Давайте поговоримо про деякі з них докладніше.

Наприклад, про вуглеводи. Якби можна було взяти та виміряти маси всіх органічних речовин на планеті, саме вуглеводи перемогли б у цьому змаганні.

Вони є в організмі джерелом енергії, є будівельними матеріалами для клітин, а також здійснюють запас речовин. Рослинам цієї мети служить крохмаль, тваринам – глікоген.

Крім того, вуглеводи дуже різноманітні. Наприклад, прості вуглеводи. Найпоширеніші в природі моносахариди – це пентози (у тому числі дезоксирибоза, що входить до складу ДНК) і гексози (добре знайома вам глюкоза).

Як із цеглинок, на великому будівництві природи вишиковуються з тисяч і тисяч моносахаридів полісахариди. Без них, точніше, без целюлози, крохмалю, не було б рослин. Та й тваринам без глікогену, лактози та хітину довелося б важко.

Подивимося уважно і на білки. Природа – найбільший майстер мозаїк і пазлів: всього з 20 амінокислот у людському організмі утворюється 5 мільйонів типів білків. На білках також лежить чимало життєво важливих функцій. Наприклад, будівництво, регуляція процесів в організмі, зсідання крові (для цього існують окремі білки), рух, транспорт деяких речовин в організмі, вони також є джерелом енергії, у вигляді ферментів виступають каталізатором реакцій, забезпечують захист. У справі захисту організму від негативних зовнішніх впливів важливу роль відіграють антитіла. І якщо в тонкому настроюванні організму відбувається розлад, антитіла замість знищення зовнішніх ворогів можуть виступати агресорами до власних органів та тканин організму.

Білки також поділяються на прості (протеїни) та складні (протеїди). І мають властиві тільки їм властивості: денатурацію (руйнування, яке ви не раз помічали, коли варили яйце круто) і ренатурацію (ця властивість знайшла широке застосування у виготовленні антибіотиків, харчових концентратів та ін.).

Не обійдемо увагою і ліпіди(жири). У нашому організмі вони є запасним джерелом енергії. Як розчинники допомагають протіканню біохімічних реакцій. Беруть участь у будівництві організму – наприклад, у формуванні клітинних мембран.

І ще кілька слів про такі цікаві органічні сполуки, як гормони. Вони беруть участь у біохімічних реакціях та обміні речовин. Такі маленькі, гормони роблять чоловіків чоловіками (тестостерон) та жінок (естроген). Примушують нас радіти чи засмучуватися (не останню роль у перепадах настрою грають гормони щитовидної залози, а ендорфін дарує відчуття щастя). І навіть визначають, «сови» ми чи «жайворонки». Готові ви вчитися допізна або вважаєте за краще встати раніше і зробити домашню роботу перед школою, вирішує не тільки ваш розпорядок дня, але й деякі гормони надниркових залоз.

Висновок

Світ органічних речовин по-справжньому дивовижний. Достатньо заглибитись у його вивчення лише небагато, щоб у вас захопило дух від відчуття спорідненості з усім живим на Землі. Дві ноги, чотири чи коріння замість ніг – усіх нас поєднує чари хімічної лабораторії матінки-природи. Воно змушує атоми вуглецю об'єднуватись у ланцюжки, вступати в реакції та створювати тисячі таких різноманітних хімічних сполук.

Тепер у вас є короткий путівник з органічної хімії. Звичайно, тут представлена ​​далеко не вся можлива інформація. Якісь моменти вам, можливо, доведеться уточнити самостійно. Але ви завжди можете використовувати намічений маршрут для своїх самостійних пошуків.

Ви також можете використовувати наведене у статті визначення органічної речовини, класифікацію та загальні формули органічних сполук та загальні відомості про них, щоб підготуватися до уроків хімії у школі.

Розкажіть нам у коментарях, який розділ хімії (органічна чи неорганічна) подобається вам більше та чому. Не забудьте розшарити статтю в соціальних мережах, щоб ваші однокласники теж змогли нею скористатися.

Будь ласка, повідомте, якщо виявите у статті якусь неточність чи помилку. Усі ми люди і всі ми іноді помиляємось.

сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.