WĘGLOWODANY (CUKROWCE, SACHARYDY) to związki organiczne złożone z węgla, wodoru i tlenu w stosunku 1C:2H:1O. Można to określić wzorem (CH2O)n.
Węglowodany pełnią funkcje:
– są paliwem komórkowym, spełniają funkcje energetyczne, są źródłem energii
– magazynują energię, są materiałem zapasowym
– są składnikiem ścian komórkowych u roślin, są elementem budulcowym
– wchodzą w skład innych związków, takich jak kwasy nukleinowe czy glikoproteiny
Cukrowce dzielimy na:
PROSTE – monosacharydy
Wśród monosacharydów wyróżniamy triozy, tetrozy, pentozy, heksozy i heptozy.
Najpopularniejsze pentozy to ryboza i deoksyryboza, wchodzące w skład kwasów nukleinowych. Wśród heksoz najbardziej znane to glukoza, fruktoza i galaktoza.
Glukoza podczas oddychania komórkowego ulega rozpadowi na dwutlenek węgla i wodę. Zrywają się wiązania między cząsteczkami glukozy, co powoduje uwalnianie się zmagazynowanej w nich energii, która zostaje zużyta w energochłonnych procesach życiowych.
ZŁOŻONE – disacharydy i polisacharydy. Są to połączenia dwóch (di- ) lub więcej ( poli- ) monosacharydów.
Wśród monosacharydów znamy m. in. :
sacharozę – połączenie glukozy i fruktozy
maltozę – 2 cząsteczki glukozy
laktozę – cząsteczka glukozy i galaktozy
Wśród disacharydów najważniejsze to:
Skrobia – jest substancją zapasową roślin, zbudowana z jednostek – – glukozy. Skrobia magazynowana jest u roślin w postaci ziaren w organellach zwanych plastydami. Hydroliza skrobi i uwalnianie glukozy zaspokaja zapotrzebowanie komórki na energię niezbędną do aktywności metabolicznej.
Glikogen – nazywany jest niekiedy skrobią zwierzęcą. Jest materiałem zapasowym tkanek zwierzęcych. Gromadzi się głównie w komórkach wątroby i mięśni. Rozpuszcza się w wodzie łatwiej niż skrobia.
Celuloza – jest elementem strukturalnym ścian komórkowych, otaczających komórkę roślinną. Nie rozpuszcza się w wodzie i zbudowana jest z cząsteczek glukozy, ale połączonych innym typem wiązań niż skrobia. Celulozę tworzą cząsteczki – – glukozy. Ludzie nie mają enzymów umożliwiających trawienie celulozy, jest ona jednak niezbędnym elementem pożywienia, jako tzw. składnik włókna w diecie, ułatwiającego właściwe funkcjonowanie przewodu pokarmowego.
-chityna: pochodna węglowodanów; główny składnik zewnętrznych szkieletów stawonogów, występuje w ścianach komórkowych grzybów
-glikoproteiny: połączenia z białkami. Występują na powierzchni wielu komórek eukariotycznych. Większość białek wydzielanych przez komórkę to glikoproteiny
-glikolipidy: połączenia węglowodanów z tłuszczami. Obecne na powierzchni komórek zwierzęcych, uczestniczą w oddziaływaniach międzykomórkowych.
Wykrywanie płynem Lugola. Zabarwienie fioletowe.
LIPIDY zbudowane są z wodoru, tlenu i węgla, lecz względna zawartość tlenu w porównaniu z zawartością węgla i wodoru jest w lipidach znacznie mniejsza niż w węglowodanach. Atomy tlenu biorą udział w tworzeniu hydrofilowych grup funkcyjnych, czyli wykazujących powinowactwo do wody. Ponieważ ilość tlenu w tłuszczach jest stosunkowo niewielka są one znacznie gorzej rozpuszczalne w wodzie niż węglowodany.
Funkcje lipidów:
– źródło energii
– są strukturalnymi elementami błon plazmatycznych (fosfolipidy )
– niektóre z nich są ważnymi hormonami
– strategiczne magazyny energii chemicznej
Najważniejsze biologicznie grupy lipidów to:
TŁUSZCZE OBOJĘTNE – najekonomiczniejsza forma zapasowa paliwa energetycznego.
Cząsteczka kwasu tłuszczowego zbudowana jest z cząsteczki glicerolu ( trójwęglowy alkohol z trzema grupami wodorotlenowymi ) i od jednego do trzech łańcuchów kwasu tłuszczowego. Kwas tłuszczowy mają w swoim składzie grupę karboksylową ( -COOH). Powszechnie w tłuszczach właściwych ( obojętnych ) występuje około 30 różnych kwasów tłuszczowych.
Kwasy tłuszczowe nasycone zawierają maksymalną możliwą liczbę atomów wodoru.
Kwasy tłuszczowe nienasycone zawierają pomiędzy atomami węgla przynajmniej jedno wiązanie podwójne.
Monoacyloglicerol – 1 cząsteczka kwasu tłuszczowego
Diacyloglicerol – 2 cząsteczki kwasu tłuszczowego
Triacyloglicerol – 3 cząsteczki kwasu tłuszczowego
Kwasy tłuszczowe łączą się z glicerolem wiązaniem estrowym (reakcja grupy wodorotlenowej glicerolu z grupą karboksylową kwasu tłuszczowego z uwolnieniem cząsteczki wody). W procesie trawienia tłuszcze obojętne ulegają rozłożeniu na glicerol i kwasy tłuszczowe.
FOSFOLIPIDY uczestniczą w budowie błon plazmatycznych. Składa się z 1 cząsteczki glicerolu, 2 cząsteczek kwasów tłuszczowych, 1 grupą fosforanową i cząsteczki organicznej zawierającej zwykle atom azotu (np. cholina). Cząsteczki mają charakter amfipatyczny; jeden z końców ma charakter hydrofobowy (kwasy tłuszczowe), a drugi hydrofilowy (gliceryna, grupa fosforanowa i zasada azotowa).
Wykrywanie sudanem III lub IV. Krople tłuszczu barwią się na pomarańczowo.
BIAŁKA zbudowane są z aminokwasów. Na każdy aminokwas składa się grupa aminowa (-NH2 ), grupa karboksylowa (-COOH ), asymetryczny atom węgla i łańcuch boczny. Aminokwasy różnią się między sobą łańcuchami bocznymi.
Glicyna – łańcuch boczny: H
Alanina – łańcuch boczny: -CH3
Histony, albuminy, gammaglobuliny, skleroproteiny, aktyna + miozyna, fibrynogen, kolagen, elastyna, kreatyna.
Wykrywanie płynem Lugola. Ziarna aleuronowe barwią się na żółto
Znane jest 20 aminokwasów, które mogą się ze sobą łączyć w różnorodny sposób tworząc białka. Aminokwasy łączą się ze sobą za pomocą wiązania peptydowego. W wiązaniu tym grupa aminowa jednego aminokwasu łączy się z grupą karboksylową drugiego. Łączą się one a w wyniku połączenia odłącza się cząsteczka wody (H2O). Połączenie 2 cząsteczek aminokwasów daje dipeptyd, a większej liczby – polipeptyd.
W strukturze białek można wyróżnić 4 poziomy organizacji. Konformacja, czyli przestrzenny układ cząsteczki białka, trójwymiarowy kształt warunkuje jej funkcję.
STRUKTURA PIERWSZORZĘDOWA to sekwencja, liniowe ułożenie aminokwasów. Determinowana jest ona genetycznie.
STRUKTURA DRUGORZĘDOWA to skręcenie łańcuchów tworzących cząsteczkę w rodzaj spirali zwanej heliksem , lub inny regularny układ przestrzenny. Występują tu wiązania wodorowe zapewniające regularność. Występują 2 główne rodzaje struktury drugorzędowej:
A) – – heliks powstaje na skutek spiralnego skręcenia łańcucha wokół własnej osi. Strukturę utrzymują wiązania wodorowe pomiędzy kolejnymi skrętami spirali. Struktura ta nadaje cząsteczkom białkowym elastyczności.
B) – – heliks to struktura harmonijkowa, fałdowa. Wiązania wodorowe występują tu pomiędzy różnymi łańcuchami, a nie wewnątrz tego samego łańcucha. Tworzyć może się pomiędzy różnymi fragmentami tego samego łańcucha polipeptydowego. Ten rodzaj struktury nadaje cząsteczkom białkowym giętkości.
STRUKTURA TRZECIORZĘDOWA decyduje o ostatecznym kształcie trójwymiarowym łańcucha polipeptydowego. Utrzymują ją wiązania wodorowe, oddziaływania jonowe, hydrofobowe i kowalencyjne wiązania między atomami siarki zwane mostkami dwusiarczkowymi.
STRUKTURA CZWARTORZĘDOWA występuje wśród białek złożonych z co najmniej dwóch łańcuchów polipeptydowych o określonej strukturze -rzędowej. Są one dopasowywane do siebie i powstaje aktywna biologicznie cząsteczka białkowa.
Struktura białka wyznacza jego funkcję. Aktywność biologiczna białka może zostać zniszczona przez zmianę sekwencji aminokwasów lub zmiany konformacji łańcucha polipeptydowego (zaburzenie struktury przestrzennej białka). Zaburzenie struktury cząsteczek białek związane z utratą ich aktywności biologicznej zwane jest denaturacją białka. Jest w zasadzie nieodwracalna, chociaż może się zdarzyć, że białka odzyskają swą specyficzną strukturę jeśli warunki środowiska powrócą do stanu pierwotnego.
Funkcje białek:
– budulcowe (strukturalna)
– wzmacniające (kolagen)
– regulatorowe
– biokatalizatorów; przyspieszają zachodzące w komórce reakcje chemiczne (enzymy)
– transportowa (hemoglobina)
– odpornościowa
– zapasowa (białka alemuronowe)
– katalityczna
– energetyczna
KWASY NUKLEINOWE przekazują dziedziczną informację o tym jakie białka ma syntetyzować komórka. W komórkach występują 2 rodzaje kwasów nukleinowych: DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) i RNA (kwas rybonukleinowy). Zbudowane są z nukleotydów. W skład nukleotydu wchodzi pentoza cukrowa: ryboza lub deoksyryboza, grupa fosforanowa i zasada azotowa (adenina, tymina, uracyl, cytozyna, guanina). Z zasad puryny to: adenina i guanina, a pirymidyny: cytozyna, tymina i uracyl. Nukleotyd to połączenie nukleozydu z resztą fosforanową, natomiast nukleozyd to 5-węglowy cukier w połączeniu z zasadą azotową.
DNA to kompletny zestaw genów, materiał genetyczny komórki zawierający instrukcję syntezy wszystkich białek niezbędnych organizmowi do życia. Cząsteczkę DNA tworzą 2 łańcuchy polinukleotydowe i oplatając się wokół siebie tworzą podwójną heliksę. Zasady w DNA łączą się ze sobą komplementarnie. Adenina tylko z tyminą wiązaniem podwójnym, a guanina tylko z cytozyną wiązaniem potrójnym. Wiąże się to ze zdolnością do replikacji DNA, czyli kopiowania, samopowielenia cząsteczki DNA. Przy udziale enzymu endonukleazy dochodzi do rozerwania wiązań wodorowych, a dzięki polimerazie dobudowywane są brakujące nukleotydy łańcucha dopełniającego. W wyniku replikacji powstają cząsteczki potomne dokładnie takie same jak macierzysta. Zachodzi ona w interfazie. DNA występuje w jądrze komórkowym, a w 1% w chloroplastach i mitochondriach.
RNA uczestniczy w procesie biosyntezy białek. Wyróżniamy 3 rodzaje RNA: mRNA – matrycowy, tRNA – transportujący i rRNA – rybosomalny
mRNA zawiera informację określającą sekwencję aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. Syntetyzowana jest w wyniku transkrypcji DNA – tzw. przepisywania.
tRNA odpowiedzialny jest za przenoszenie aminokwasów do rybosomów i włączanie ich we właściwej pozycji do nowo zsyntetyzowanego łańcucha polipeptydowego.
rRNA wchodzi w skład rybosomów.
Funkcje kwasów nukleinowych:
Przechowują, przekazują i uczestniczą w realizacji informacji dotyczących zasadniczych cech strukturalnych
i funkcjonalnych organizmu.
Metoda wskaźników izotopowych.
Wiek skał kryjących w sobie skamieniałości możemy określić na podstawie występujących w nich izotopom promieniotwórczym (radioizotopom). Gdy radioizotop emituje swe silne niewidoczne promieniowanie, jego jądro zamienia się w jądro innego pierwiastka, niepromieniotwórczego. Jest to rozpad promieniotwórczy. Np.235Uŕ 207Pb. Każdy radioizotop ma charakterystyczną dla siebie szybkość rozpadu. Dla 132J wynosi 2,4 h, dla 235U – 704 mln lat. Czas potrzebny do przemiany połowy radioizotopu w inny pierwiastek to okres połowicznego rozpadu. Nie ma na niego wpływu temperatura, ciśnienie czy jakikolwiek czynnik środowiska, jest on stały dla każdego pierwiastka. Wiek skamieniałości określamy mierząc stosunek stężeń pierwotnego radioizotopu i produktu jego rozpadu. Np. 40K: okres połowicznego rozpadu=1,25 mld lat i po tym czasie połowa promieniotwórczego potasu przekształci się w 40Ar (trwały izotop argonu). Jeśli stosunek 40K do 40Ar wynosi 1:1 w badanej skale to jej wiek wynosi 1,25 mld lat. Do datowania skał używa się 40K, 235U (okr. poł. rozp.=704 mln lat) i 14C (okr. poł. rozp.=5730lat). Radioizotop węgla określa wiek szczątków organizmów niedawno wymarłych, pozostałe – skał, w których odkryto skamieliny.
Relikty – „żywe wspomnienie” grup organizmów, które występowały kiedyś na Ziemi bardzo licznie
Skamielina przewodnia – szczątki organizmów charakterystyczne tylko dla pewnych er lub okresów geologicznych, w których były one pospolite.
Filogeneza – rozwój rodowy, czyli historia rozwoju danej grupy organizmów od ich pojawienia się na Ziemi do czasów obecnych lub do wymarcia.
Ery geologiczne
Era prekambryjska: 3,5mld-570 mln lat temu (niższe bezkręgowce)
Era paleozoiczna: 570-225 mln lat temu
kambr : 570-500 mln lat temu (niższe bezkręgowce)
ordowik: 500-430 mln lat temu (niższe bezkręgowce)
sylur: 430-395 mln lat temu (ryby)
dewon : 395-350 mln lat temu (ryby)
karbon : 350-280 mln lat temu (płazy)
perm: 280-225 mln lat temu (płazy)
Era mezozoiczna: 225 – 64 mln lat temu
trias : 225-190 mln lat temu (gady)
jura :190-135 mln lat temu (gady)
kreda :135-64 mln lat temu (gady, ptaki, ssaki)
Era kenozoiczna: 64 mln lat temu do dziś
trzeciorzęd: 64 – 1,5 mln lat temu (ptaki, ssaki)
czwartorzęd: 1,5 – dziś (ptaki, ssaki)
