Сергей Титов - Естествознание. Базовый уровень. 11 класс

Функции белков в клетке чрезвычайно разнообразны. Многие из них являются ферментами, т. е. катализаторами биологических реакций. Мы уже знаем, что химические катализаторы способны во много раз увеличивать скорость химических реакций. Эффективность ферментов в этом отношении является рекордной: если небелковые катализаторы способны ускорять реакции самое большее в несколько тысяч раз, то под влиянием ферментов скорость реакций возрастает в миллиарды раз. Вещества, на которые действуют ферменты, называют субстратами (рис. 44). При этом некоторые ферменты (их называют протеолитическими) расщепляют субстрат, «разрывая» его на две или более частей (так, например, действуют пищеварительные ферменты), а другие, наоборот, соединяют различные вещества, образуя из них более сложное соединение.

Рис. 44. Схема образования комплекса «фермент – субстрат»

Белки в организме выполняют также много других жизненно необходимых функций. Одной из этих функций является защитная. Она заключается в том, что при попадании в организм возбудителя какой– либо болезни или вредного вещества организм начинает вырабатывать специфические белки – антитела, которые способны связывать и уничтожать вредное чужеродное вещество. Кроме того, защитная функция белков проявляется также в их участии в свёртывании крови, благодаря чему происходит остановка кровотечения при травмах. Белки выполняют транспортную функцию, например гемоглобин транспортирует кислород, а белки, встроенные в клеточную мембрану, переносят различные соединения в клетку или из неё (рис. 45).

Рис. 45. Строение молекулы гемоглобина

Специальные сократительные белки находятся в мышцах, именно при их непосредственном участии осуществляются все произвольные и непроизвольные движения. Многие белки и небольшие цепочки аминокислот (пептиды) могут выполнять регуляторные функции в организме, например белком является гормон роста.

При необходимости белки могут быть использованы и в качестве источника энергии, хотя это происходит только в крайних случаях при нехватке других веществ. Из-за того, что белки выполняют в организме множество жизненно важных функций, тратить их на производство энергии представляется расточительной роскошью – это всё равно, что топить печь мебелью.

Главные источники энергии в организме – это углеводы и жиры. Углеводы, в основном глюкоза, обеспечивают основную потребность в энергии. Кроме того, велика роль углеводов в построении различных структур организма. Так, из клетчатки (целлюлозы) состоят клеточные стенки растительных клеток. Хитин входит в состав клеточных стенок грибов и внешних покровов членистоногих животных.

Нейтральные жиры, помимо непосредственной энергетической функции, играют также запасающую роль в организме. Именно они откладываются под кожей и на внутренних органах при избыточном питании, когда потребление питательных веществ превышает их расход. Кроме того, жиры способствуют защите животных от переохлаждения (вспомним толстый подкожный жировой слой у китов и тюленей, позволяющий им обитать в ледяной морской воде) и от механических повреждений. Некоторые жироподобные вещества выполняют в организме функции гормонов. Фосфолипиды входят в состав всех клеточных мембран, регулируя их проницаемость.

1. Что такое гидрофильные и гидрофобные вещества?

2. Используя дополнительные источники информации, составьте и заполните таблицу «Ионы и их значение в живом организме».

3. Перечислите функции белков в организме.

4. Какие структуры в растительном и животном организмах образованы углеводами?

1. Фрагмент РНК имеет строение: АУУЦГАЦЦУГ. Какова последовательность нуклеотидов на отрезке матрицы ДНК, где он был построен?

2. Вспомните из курса «Человек и его здоровье», какие белки участвуют в свёртывании крови.

Несмотря на то что все организмы состоят из клеток и все клетки сходны по своему химическому составу, среди них можно выделить две довольно чётко различающиеся группы: эукариотические и прокариотические клетки. Все животные, растения и грибы состоят из эукариотических клеток (от греч. «эу» – настоящий, правильный и «карион» – ядро) (рис. 46). Главным отличием такой клетки от прокариотической является наличие клеточного ядра.

Каждая клетка окружена плазматической мембраной (рис. 47). Основу мембраны составляет двойной слой молекул жироподобных веществ – фосфолипидов. Как известно, жиры – гидрофобные соединения, поэтому такая мембрана затрудняет прохождение в клетку хорошо растворимых в воде веществ, в том числе некоторых солей. Кроме того, в состав плазматической мембраны обязательно входят белки, одни из которых находятся на её внешней стороне, другие – на внутренней, а третьи пронизывают мембрану насквозь. Мембранные белки играют очень важную роль в деятельности клетки. Некоторые из них являются рецепторами, с помощью которых клетка реагирует на различные воздействия. Белки, пронизывающие мембрану, часто образуют каналы, через которые проходят различные ионы и другие вещества, в том числе и хорошо растворимые в воде.

В некоторых клетках мембрана способна впячиваться, затягивая в клетку питательные вещества. Так, например, питаются амёбы, лейкоциты поглощают бактерии. Это явление называют эндоцитозом. Обратный процесс, при котором вещества через мембрану выводятся из клетки, называют экзоцитозом.

Рис. 46. Строение эукариотической клетки

Рис. 47. Строение мембраны

Ядро служит хранилищем наследственной информации и регулирует основные процессы, протекающие в клетке. Чаще всего клетка содержит только одно ядро, однако в некоторых случаях их может быть два, а иногда и гораздо больше. По форме ядро обычно является шаровидным, хотя встречаются ядра и более сложной формы. Ядро окружено оболочкой, состоящей из двух мембран и имеющей крупные поры. Через поры проходят большие молекулы РНК и белков.