"Биология. Общие закономерности. 9 класс". С.Г. Мамонтова и др. (гдз)
Органические соединения клетки
Вопрос 1.
1. Белки — органические соединения составляют в среднем 10% массы клетки живого организма. К ним относятся биологические полимеры — белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул — гормонов, витаминов, пигментов, аминокислот, нуклеотидов, АТФ и др.
Белки составляют 10—18% от общей массы клетки. Это высокомолекулярные полипептиды с молекулярной массой от 6000
до 1 млн и выше. В организме человека встречается около 5 млн типов белковых молекул, отличающихся по своей массе, структуре и функциям не только друг от друга, но и от белков других организмов. Несмотря на такое разнообразие и сложность строения, все белки построены всего из 20 различных аминокислот. Аминокислоты — амфотерньге органические соединения, совмещающие свойства кислоты и основания благодаря наличию кислотной (карбоксильной) группы и основной (амино-) группы. Аминокислоты отличаются друг от друга по структуре радикала.
2. Углеводы — это органические соединения, в состав которых входят водород, углерод и кислород. Образуются из воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза в хлоропластах зеленых растений (у бактерий в процессе бактериального фотосинтеза или хемосинтеза). Различают моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза), дисахариды (сахароза, мальтоза), полисахариды (крахмал, клетчатка, гликоген, хитин). В зависимости от количества атомов углерода в молекуле моносахаридов их называют триозами — 3 атома, тетрозами — 4 атома, пентозами — 5 атомов и гексозами — 6 атомов углерода в молекуле. Из шестиуглеродных моносахаридов наиболее важны глюкоза, фруктоза и галактоза, принимающие важнейшее участие в процессах метаболизма. Пятиуглеродные моносахариды (рибоза и дезоксирибоза) входят в состав ДНК и РНК. Дисахаридами называют химические соединения, образованные двумя молекулами моносахаридов. Например, пищевой сахар сахароза, состоящий из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. Полисахариды — биополимеры, мономерами которых служат простые сахара. Типичными представителями полисахаридов служат крахмал, гликоген и целлюлоза, мономером которых является простой шестиуглеродный сахар глюкоза. При этом крахмал и гликоген представляют собой разветвленные полимеры, а целлюлоза — линейный полимер.
3. Жиры и липоиды относятся к группе неполярных органических соединений, то есть являются гидрофобными веществами. Жиры — это триглицериды высших жирных кислот, липоиды — это большой класс органических веществ с гидрофобными свойствами (например, холестерин). К липидам относят фосфолипиды (в их молекуле один или два остатка жирных кислот замещены группами, содержащими фосфор, а иногда также азот) и стероиды (в основе их структуры лежат 4 углеродных кольца).
4. Нуклеиновые кислоты — линейные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Нуклеотид — органическое соединение, состоящее из азотистого основания (аденин, тимин, гуанин, цитозин или урацил), пятиуглеродного сахара — пентозы (рибоза или дезоксирибоза) и остатка фосфорной кислоты. В состав нуклеиновых кислот входит 8 видов нуклеотидов (4 вида рибозосодержащих в РНК и 4 вида дезоксирибозосодержащих в ДНК). Отдельные нуклеотиды объединяются в полинуклеотидную цепь за счет образования фосфоэфирных связей между сахаром одного и остатком фосфорной кислоты последующего нуклеотида. ДНК состоят из двух полинуклеотидных цепей, а молекулы РНК, как правило, — из одной цепочки.
Вопрос 2.
Белки - высокомолекулярные полимерные органические вещества, определяющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом. Структурной единицей, мономером их биополимерной молекулы является аминокислота. В образовании белков принимают участие 20 аминокислот, отличающихся друг от друга небольшой группировкой — радикалом. Все аминокислоты — амфотерные органические соединения, имеющие карбоксильную (кислотную) группу и амино- (основную) группу.
Вопрос 3.
Молекулы аминокислот, соединенные пептидными связями, называют пептидами.
Пептидная связь — это связь между углеродом кислотной группы одной и азотом основной группы другой аминокислоты. Соединение двух аминокислот называется дипептидом, трех — трипептидом; более 20 аминокислот — полипептидом.
Вопрос 4.
Функции белков:
1. Каталитическая или ферментативная. Биологические катализаторы, или ферменты — это вещества белковой природы, ускоряющие химические реакции в десятки и сотни тысяч раз, например, амилаза, расщепляет углеводы.
2. Пластическая — строительная. Белки входят в состав всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внеклеточных структур.
3. Транспортная. Гемоглобин переносит кислород в крови; в мембранах клеток имеются специальные транспортные белки, активно переносящие определенные вещества в клетку и из неё.
4. Регуляторная или гормональная. Например, инсулин, превращает глюкозу в гликоген, гормоны гипофиза имеют белковую природу
5. Сигнальная. На наружной поверхности клеточной мембраны имеется множество специфических рецепторов гликопротеидной природы, воспринимающих внешние воздействия (гормоны, другие биологически активные вещества) или определяющих характер взаимодействия клетки с вирусом.
6. Двигательная. Движение организмов обеспечивается специальными белками (актином и миозином). Эти белки участвуют во всех видах движения, к которым способны клетки и организмы: мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у многоклеточных животных и пр.
7. Защитная. При поступлении в организм чужеродных белков или микроорганизмов белые кровяные тельца — лейкоциты — образуют особые белки — антитела. Они связывают и обезвреживают не свойственные организму вещества.
8. Энергетическая. При расщеплении 1 г белка выделяется 4,2 ккал (17,6 кДж) энергии.
Вопрос 5.
Углеводы — органические соединения с общей формулой Сn(Н2О)m.
Вопрос 6.
Углеводы подразделяют на простые и сложные. Просые углеводы называются моносахаридами. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахариды называются триозами (3 атома), тетрозами (4 атома), пентозами (5 атомов) или гексозами (6 атомов углерода).
Из шестиуглеродных моносахаридов — гексоз — наиболее важны глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза содержится в крови (0,1—0,12%) и служит основным источником энергии для клеток и тканей организма. Пентозы — рибоза и дезоксирибоза — входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, то такое соединение называют дисахаридом. К дисахаридам относится пищевой сахар, получаемый из тростника или сахарной свеклы. Он состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. Молочный сахар (лактоза) также является дисахаридом и включает глюкозу и галактозу.
Сложные углеводы, образованные многими моносахаридами, называются полисахаридами. Мономером таких полисахаридов, как крахмал, гликоген, целлюлоза, является глюкоза. Среди них разветвленные полимеры из глюкозы — крахмал и гликоген, накапливающиеся в клетках растений и животных (соответственно крахмал — в клетках растений, а гликоген — в клетках животных) в качестве запаса питательных веществ. При недостатке поступления глюкозы в организм они расщепляются и обеспечивают энергетические потребности клетки. Другой полисахарид — линейный полимер — целлюлоза образует клеточные стенки растений. Иные полисахариды, имеющие более сложное строение, формируют наружный скелет членистоногих, грибов и даже прокариотических клеток.
Вопрос 7.
Функции углеводов:
1. Энергетическая. Глюкоза — основной источник энергии в организме. При сгорании 1 г глюкозы образуется 17,6 кДж (4,2 ккал) энергии. Крахмал у растений и гликоген у животных, откладываясь в клетках, служит энергетическим резервом.
2. Сигнальная. Углеводы входят в состав гликопротеидных рецепторов на поверхности клеточной мембраны.
3. Резервная. Запас питательных веществ в клетке в виде зерен крахмала и глыбок гликогена.
4. Пластическая. Углеводы образуют клеточную стенку растений (целлюлоза), грибов (хитин). Формируют наружный хитиновый скелет членистоногих. Например, целлюлоза образует стенки растительных клеток: сложный полисахарид хитин — главный структурный компонент наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполняет и у грибов. входят в состав ДНК, РНК и АТФ в виде дезоксирибозы и рибозы.
Обычно в клетке животных организмов содержится около 1 % углеводов (в клетках печени до 5 %), а в растительных клетках до 90 %.
Вопрос 8.
Жиры (липиды) представляют собой соединения высокомолекулярных жирных кислот (насыщенных, например, стеариновой, пальмитиновой, и ненасыщенных, таких, как олеиновая, линолевая и другие) и трёхатомного спирта глицерина. Соотношением насыщенных и ненасыщенных жирных кислот определяются физические и химические свойства жиров. Жиры не растворяются в воде - они гидрофобны, но хорошо растворяются в органических растворителях, например в эфире. В клетках есть и другие сложные гидрофобные жироподобные вещества, называемые моноидами, например холестерин. По своему химическому строению они представляют собой эфиры глицерина и жирных кислот.
Вопрос 9.
Функции жиров (липидов):
1. Пластическая. Это наиболее значимая функция липидов. Липиды образуют бимолекулярный слой, служащий основой наружной клеточной мембраны. Из них 75—95% составляют фосфолипиды.
2. Энергетическая. При окислении 1 г жиров выделяется 38,9 кДж (9,3 ккал) энергии — в 2,5 раза больше, чем при распаде того же количества углеводов. Накапливаясь в клетках жировой ткани животных, И семенах и плодах растений, жиры служат запасным источником энергии.
3. Жиры являются растворителями для гидрофобных веществ — гормонов, витаминов (А, В, Е).
4. Запасающая. Жировые включения — капли жира в клетке накапливаются в виде резерва питательных веществ. У многих животных во время спячки при расщеплении жира высвобождается большое количество энергии и так называемой «внутрирожденной» воды (при окислении 10 г жира выделяется 11 г воды ), что позволяет организмам, впадающим в спячку, не только не есть, но и не пить.
5. Терморегулирующая. За счет плохой теплопроводности жировая ткань может служить теплоизолятором. Однако это качество лучше всего проявляется у водных млекопитающих: китообразных и ластоногих. Так, например, у кита средних размеров подкожно-жировой слой может достигать 1 м и более.
6. Защитная (от потери тепла, механических повреждений). Рыхлая жировая ткань при механическом повреждении предохраняет подлежащие органы от механического воздействия и сохраняет их целостность.
7. Регуляция обмена веществ (например, стероидные гормоны - кортикостерон и др.).
Обычно содержание жиров в клетках колеблется от 5 до 15% . Однако в клетках жировой ткани их количество доходит до 90% сухого веса. Также жиров много в семенах и плодах растений.
Вопрос 10.
Метаболическая, или эндогенная, вода образуется в организме в результате большого количества биохимических превращений. Наибольшее ее количество образуется при окислении углеводов и жиров. Например, при расщеплении 100 г жира выделяется не только значительное количество энергии, но и 134 мл эндогенной воды. Такое свойство жиров позволяет многим животным (амфибиям, рептилиям и млекопитающим) в неблагоприятный сезон года впадать в спячку и не вести активный образ жизни. Это же качество жира делает возможным трансокеанские перелеты некоторых бабочек (махаон).
Вопрос 11.
Нуклеиновые кислоты — линейные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей, соединенных друг с другом. Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органические соединения, включающие одно из четырех азотистых оснований: аденин (А) или тимин (Т), цитозин (Ц) или гуанин (Г); пятиатомный сахар пентозу — дезоксирибозу, по имени которой получила название -и сама ДНК, а также остаток фосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов. Молекулы ДНК двуцепочечные. В ДНК заключена вся информация о структуре и деятельности клеток, о признаках каждой клетки и организма в целом. Эта информация называется генетической.
Рибонуклеиновые кислоты бывают нескольких видов. Есть рибосомальная, транспортная и информационная РНК. Нуклеотид РНК состоит из одного из азотистых оснований (аденина, гуанина, цитозина и урацила), углевода - рибозы и остатка фосфорной кислоты. Молекулы РНК - одноцепочковые. Известны двух- и одноцепочечные молекулы рибонуклеиновой кислоты. Двухцепочечные РНК служат для хранения и воспроизведения наследственной информации у некоторых вирусов, т. е. выполняют у них функции хромосом. Одноцепочечные РНК осуществляют перенос информации о последовательности аминокислот в белках от хромосомы к месту их синтеза и участвуют в процессах синтеза белков.
Вопрос 12.
Мономерами нуклеиновых кислот служат нуклеотиды. Нуклеотид — органическое соединение, состоящее из одного азотистого основания (аденина, тимина, урацила, гуанина или цитозина), пятиуглеродного сахара (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. Адениловый нуклеотид, содержащий рибозу и три остатка фосфорной кислоты, называется аденозинтрифосфорной кислотой — АТФ и является универсальным аккумулятором энергии.
