Презентация по химии "Малые и большие молекулы клеток"

Микробы, как и все прочие организмы, возникли в процессе эволюции  из элементов, широко представленных на Земле.

Свойства основных элементов

Они самые легкие среди элементов, способных образовывать прочные ковалентные связи благодаря спариванию электронов.

Легко взаимодействуют друг с другом.

N, O и C могут образовывать ординарныеи двойные связи, благодаря которым резко возрастает число образуемых соединений

C способен образовывать тройные связи с другими атомами C и N.

С может образовывать C-C связи, благодаря чему возможно формирование бесчисленного количества разнообразных органических молекул

Соединения C обладают различной трехмерной структурой благодаря образованию тетраэдрической конфигурации вокруг каждого атома C за счет спаренных электронов.

Химия микроорганизмов

Микробы, как и все прочие организмы, возникли в процессе эволюции из элементов, широко представленных на Земле.

Химические элементы

Ультрамиркоэлементы – бор, ванадий,

железо, кремний, марганец, медь,

молибден, цинк.

менее 0,001 атомных долей, %

Свойства основных элементов

• Они самые легкие среди элементов, способных образовывать прочные ковалентные связи благодаря спариванию электронов.
• Легко взаимодействуют друг с другом.
• N, O и C могут образовывать ординарныеи двойные связи, благодаря которым резко возрастает число образуемых соединений
• C способен образовывать тройные связи с другими атомами C и N.
• С может образовывать C-C связи, благодаря чему возможно формирование бесчисленного количества разнообразных органических молекул
• Соединения C обладают различной трехмерной структурой благодаря образованию тетраэдрической конфигурации вокруг каждого атома C за счет спаренных электронов.

Микроэлементы – универсальные элементы

• Имеют структурно-функциональное значение для всех видов живых клеток.

• В течение миллиардов лет в клетках сохраняется более или менее постоянный ионный баланс, характерный для морской воды (при меньших концентрациях)

Малые молекулы:

• Молекулы-предшественники (поступают

в клетку из вне): H 2 O, CO 2 , N 2 , Mg 2+ , Ca 2+ , NO 3 -, SO 4 2-, PO 4 2-,

Cl-, K+ и др.

• Промежуточные молекулы органических кислот, рибозы;
• Молекулы строительных блоков: аминокислоты,
• мононуклеотиды, монозы и низшие олигозы, глицерин,
• жирные кислоты

7 (у бактерий) и ниже " width="640"

Малые молекулы . Вода.

• Молекула воды относится к малым молекулам, ее значение в жизнедеятельности микроорганизмов огромно.
• Молекулы воды легко взаимодействуют друг с другом, образуя межмолекулярные водородные связи.
• Вода в виде гидратных оболочек экранирует противоположнозаряженные молекулы, способствуя их стабилизации в дисперсной среде.
• Вода имеет высокие показатели диэлектрической проницаемости, поверхностного натяжения и теплоемкости, благодаря которым она выступает растворителем для многих веществ, электростатическим и тепловым буфером.
• Теплоемкость клеток разных микробов является относительно стабильным свойством и в значительной мере определяется содержанием в них воды.
• Значение pH интактных клеток микроорганизмов может быть 7 (у бактерий) и ниже

Разделение микроорганизмов по отношению к температуре

Малые молекулы . Диоксид углерода

• Цианобактерии, зеленые и красные водоросли используют CO 2 в качестве единственного источника углерода:

В последствии происходит синтез глюкозы.

Данный путь фиксации CO 2 осуществляется автотрофными организмами

• Гетеротрофный путь фиксация CO 2 (пропионовые бактерии):

Малые молекулы. Азот.

• Для жизненного важных молекул (нуклеиновых кислот, белков) микроорганизмы нуждаются в азоте.
• Потребители молекулярного азота: цианобактерии, симбионты, азотфиксаторы (азотобактерии, актиномицеты, некоторые вибрионы, микобактерии, спириллы, спирохеты)
• Азотофиксаторы – симбионты, ризобактерии и актиномицеты – выявлены в клубеньках бобовых растений, ботного мирта, лоха, облепихи, ольхи.
• Представителями симбионтов являются лишайники, в которых цианобактерии и зеленые водоросли фиксируют молекулярный азот.

Малые молекулы

• Другие малые молекулы-предшественники необходимы для синтеза молекул – строительных блоков, а также для ускорения разнообразных каталитических процессов
• Магний – имеет отношение более чем к 20 ферментативным реакциям, необходим для функционирования рибосом
• Калий – важен для синтеза белка
• Кобальт – входит в состав витамина В 12
• Кальций – важный компонент эндоспор у бактерий
• Медь и железо – имеют прямое отношение к цитохромам, некоторым пигментным структурам (меланинам, гемопротеинам и др.)
• Металлы весом более 55 не активируют деятельность биокатализаторов. Олигодинамическое действие некоторых металлов связано с токсическим действием малых катионов, тогда как тяжелые металлы необратимо блокируют белковые молекулы, содержащие группы -SH

Малые молекулы . Органические кислоты

• Как промежуточные соединения органические кислоты являются исходным материалом для биосинтеза ряда строительных блоков (аминокислот, глицина,жирных кислот, мононуклеотидов, моноз и низших олигоз, или простых сахаров)
• Атом серы в некоторых аминокислотах первично имеет экзогенное происхождение из малых серосодержащих молекул неорганического ряда. В последующем, он может переносится с помощью ферментативных реакций с одних молекул аминокислот на другие.

• Основной продукт в обменных процессах – пировиноградная кислота
• Прежде всего речь идет о фосфоенолпирувате

• Первичный синтез пирувата из простейших малых молекул у ряда организмов происходит путем образования его из многих аминокислот у гетеротрофных видов:

Макромолекулы

• Важнейшие макромолекулы клеток любых организмов – белки состоят из мономерных единиц – аминокислот, определяющих основные свойства полимеров. Большое значение при этом имеет тип аминокислот, порядок их соединения и пространственное взаимодействие между аминокислотами.
• Известно около 300 аминокислот, при этом в образовании белков участвуют лишь 20 (только L- α -аминокислоты)
• Наличие карбоксильной и аминогруппы обеспечивает аминокислотам способность взаимодействовать с соответствующими ингредиентами в реакциях ацилирования, солеобразования и этерификации.
• Главнейшая реакция аминокислот в клетке – образование пептидной связи.
• В отдельных случаях некоторые аминокислоты служат исходным продуктом для синтеза органических аминов, пуринов и других веществ.

Природные аминокислоты в белках микроорганизмов

Природные аминокислоты в белках микроорганизмов (продолжение)

• Являются компонентами липидов в клеточных мембранах, в виде свободных липидов (включений) могут находится в клетках различных микроорганизмов.
• Различают насыщенные(пальмитиновая, лауриновая, миристиновая, стеариновую и т.д.) и ненасыщенные(олеиновая, леноленовая, ленолевая и.т.д.) жирные кислоты.
• Наличие двойных и связей в молекулах ряда жирных кислот определяет возможность их цис- и транс-конфигураций. В транс-форме жирные кислоты более стабильны.
• Липиды с большим содержанием ненасыщенных жирных кислот будут менее вязкими и, наоборот, липиды с большим содержанием насыщенных кислот будут более вязкими.

Простые сахара (монозы) и низшие олигозы

• Монозы – первичные малые биомолекулы: триозы (глицериновый альдегид); тетрозы (эритроза); пентозы(рибоза, арабиноза, ксилоза); гексозы (аллоза, альтоза, глюкоза, манноза, идоза, галактоза)

• Примеры моноз:

Продолжение

• К простым сахарам относятся низшие олигосахариды, включающие от 2 до 5 моноз
• Низший олигосахарид-биоза – мальтоза:состоит из 2-х остатков глюкозы
• К гетероолигосахаридам относится сахароза: состоит из остатков глюкозы и фруктозы
• Трисахариды (триаозы), тетраозы, пентаозы, а также высшие олигозы у микроорганизмов не обнаружены.
• Монозы и олигозы играют огромную роль как энергосубстраты и структурные блоки полисахаридов.

• Важная группа малых внутриклеточных молекул, участвующих в формировании структур, хранящих наследственную информацию.
• Существуют в полимерной (нуклеиновые кислоты) и в мономерной формах (свободном состоянии).
• R – один из остатков пуриновых(аденин, гуанин) или пиримидиновых(тимин, урацил, цитозин) оснований:
• .

Продолжение

• АТФ – аденозинтрифосфат – универсальный источник энергии

Мононуклеотиды могут быть структурной частью ряда витаминов