Organiskās vielas šūnā svarīguma secībā ir šādas:
1. nukleīnskābes;
2. olbaltumvielas;
3. adenozīntrifosfāti;
4. lipīdi;
5. ogļhidrāti.
Visu šo organisko vielu sastāvā var būt četri organogēnie elementi. Ogleklis ir nozīmīgākais dzīvo organismu veidojošais elements, kas ietilpst visu organisko vielu sastāvā.
Vienkāršie cukuri (monosaharīdi) ir polisaharīdu monomēri. Savienojoties aminoskābēm, veidojas olbaltumvielas, bet nukleotīdi ir nukleīnskābju monomēri.
1. nukleīnskābes;
2. olbaltumvielas;
3. adenozīntrifosfāti;
4. lipīdi;
5. ogļhidrāti.
Visu šo organisko vielu sastāvā var būt četri organogēnie elementi. Ogleklis ir nozīmīgākais dzīvo organismu veidojošais elements, kas ietilpst visu organisko vielu sastāvā.
Svarīgi!
Lielas organisko vielu molekulas sauc par makromolekulām, bet sastāvdaļas par monomēriem. Pašu makromolekulu sauc par polimēru.
Svarīgi!
Nukleīnskābes ir dezoksiribonuklleīnskābe (DNS) un ribonukleīnskābe (RNS) un tās veido ķīmiskie elementi ogleklis (C), skābeklis (O), ūdeņradis (H), slāpeklis (N) un fosfors (P).
Abu veidu nukleīnskābes ir polimēri, kas sastāv no atsevišķiem nukleotīdiem. Katram nukleotīdam ir 3 sastāvdaļas: viena no slāpekļa bāzēm, monosaharīds un fosforskābes atlikums.
DNS nukleotīds satur vienu no slāpekļa bāzēm- adenīnu (A), timīnu (T), guanīnu (G) vai citozīnu (C) un monosaharīdu - dezoksiribozi. DNS molekulā vienas spirāles slāpekļa bāzi ar otras spirāles slāpekļa bāzi savieno ūdeņraža saite pēc komplementaritātes principa: A-T un G-C.
RNS nukleotīdam timīna vietā ir uracils (U), un kā monosaharids ir riboze.
Svarīgi!
DNS un RNS nodrošina specifisku olbaltumvielu sintēzi šūnā. Kopumā no šūnas masas nukleīnskābes aizņem 1-2 %.
Svarīgi!
Olbaltumvielas jeb proteīni no šūnas masas aizņem aptuveni 10-20 %. Tie ir ļoti lieli polimēri, kas veic svarīgas uzbūves un vielmaiņas funkcijas organismā. Olbaltumvielas veido organogēnie elementi, kā arī sērs (S) un fosfors(P).
Olbaltumvielas veidojas savienojoties monomēriem- aminoskābēm. Visas aminoskābes satur divas svarīgas funkcionālas grupas: karboksilgrupu (-COOH) un aminogrupu (-NH2). Sānu ķēde ir tā daļa, kas atšķiras katrai aminoskābei. Aminoskābēm saistoties, veidojas peptīdsaite. Olbaltumvielu molekulu forma ir atkarīga no aminoskābju secības, kas ietekmē to bioloģisko aktivitāti.
Šūnā sastopamas 20 dažādu veidu aminoskābes. Saīsināti aminoskābes apzīmē ar trim pirmajiem nosaukuma burtiem angļu valodā. Cilvēka organisms spēj sintezēt 12 aminoskābes, tāpēc tās sauc par aizstājamām aminoskābēm, bet 8 aminoskābes nespēj sintezēt un tās sauc par neaizstājamām aminoskābēm. Tā kā dzīvnieku olbaltumvielas satur visas aminoskābes, tad cilvēks šīs neaizstājamās aminoskābes var uzņemt ar dzīvnieku izcelsmes pārtiku.
Šūnā sastopamas 20 dažādu veidu aminoskābes. Saīsināti aminoskābes apzīmē ar trim pirmajiem nosaukuma burtiem angļu valodā. Cilvēka organisms spēj sintezēt 12 aminoskābes, tāpēc tās sauc par aizstājamām aminoskābēm, bet 8 aminoskābes nespēj sintezēt un tās sauc par neaizstājamām aminoskābēm. Tā kā dzīvnieku olbaltumvielas satur visas aminoskābes, tad cilvēks šīs neaizstājamās aminoskābes var uzņemt ar dzīvnieku izcelsmes pārtiku.
Svarīgi!
Olbaltumvielu funkcijas organisma šūnās nosaka to molekulu telpiskā struktūra. Olbaltumvielu struktūras pētījumi pierāda, ka pastāv četri struktūras līmeņi – pirmējā, otrējā, trešējā un ceturtējā struktūra.
Ja olbaltumvielai pirmējā struktūrā mainās kaut viena aminoskābe, mainās visas nākošās struktūras, kā arī izmainās arī šīs olbaltumvielas funkcijas.
Otrējā struktūra ir, piemēram, uzbūves olbaltumvielas- matus un nagus veidojošais keratīns, kas ir daudzu orgānu balsts.
Trešējā struktūras noturība būtiski ietekmē olbaltumvielas funkcijas. Muskuļus galvenokārt veido kustību olbaltumvielas – miozīns un aktīns, kas nodrošina to saraušanos. Trešējā struktūra ir arī lizocīmam, kas noārda baktēriju šūnapvalku.
Ceturtējā struktūra ir ļoti daudzām olbaltumvielām, piemēram, hemoglobīnam (atrodas eritrocītos, nodrošina skābekļa un ogļskābās gāzes transportu), insulīnam (hormons, kas regulē glikozes daudzumu asinīs), kolagēnam (veido cīpslas pie muskuļiem utt.).
Piemēram, olas baltums ir caurspīdīgs, plūstošs, viskozs šķidrums, paaugstinātā temperatūrā tiek sarautas visas ķīmiskās saites un olas baltums kļūst balts, sarecējis. Atsevišķos gadījumos olbaltumvielu denaturācija var būt atgriezeniska- notiek renaturācija. Piemēram, matus ieveidojot ar lokšķērēm, pēc laika mati atkal iztaisnojas. Olbaltumvielu pirmējo stukturu var izjaukt ar hidrolīzes reakcijām.
Jo augstāka olbaltumvielas struktūra, jo vājākas ir saites starp aminoskābēm. Faktori, kas ietekmē denaturāciju, ir – vides pH, radiācija, ultravioletais starojums, temperatūra u.c.. Vairums olbaltumvielu denaturējas + 60 temperatūrā.
Olbaltumvielas dzīvajos organismos veic virkni funkciju:
1) strukturālā – organisma uzbūves sastāvdaļa, piemēram, kolagēns (~25% no ķermeņa olbaltumvielām), aktīns un miozīns;
2) transporta – nodrošina daudzu uzturvielu un molekulu transporta mehānismu/pārvadāšanu gan asinīs, gan citos ķermeņa šķidrumos, piemēram, hemoglobīns, lipoproteīni;
3) hormonālā – hormoni un peptīdi ir olbaltumvielas vai aminoskābju ķēdes, piemēram, insulīns, aizkuņģa dziedzera polipeptīdi;
4) enzimātiskā – visi enzīmi ir olbaltumvielas;
5) aizsardzības – antivielas ir olbaltumvielu molekulas; imunoglobulīns iznīcina baktērijas un vīrusus; fibrinogēns veido trombu, kas aizsprosto bojātu asinsvadu;
6) bufera/līdzsvara – albumīns ir olbaltumviela, kas darbojas kā buferis, lai saglabātu nemainīgu asins pH līmeni;
7) gaismas enerģijas uztveršana – hlorofils, kas piedalās fotosintēzes procesā, acu fotoreceptoros esošais rodopsīns;
8) enerģijas ražošana – sašķeļoties organismā 1g olbaltumvielām atbrīvojas 4,1 kcal enerģijas;
9) rezerves barības vielas – pākšaugu sēklās, riekstos, putnu olās.
Otrējā struktūra ir, piemēram, uzbūves olbaltumvielas- matus un nagus veidojošais keratīns, kas ir daudzu orgānu balsts.
Trešējā struktūras noturība būtiski ietekmē olbaltumvielas funkcijas. Muskuļus galvenokārt veido kustību olbaltumvielas – miozīns un aktīns, kas nodrošina to saraušanos. Trešējā struktūra ir arī lizocīmam, kas noārda baktēriju šūnapvalku.
Ceturtējā struktūra ir ļoti daudzām olbaltumvielām, piemēram, hemoglobīnam (atrodas eritrocītos, nodrošina skābekļa un ogļskābās gāzes transportu), insulīnam (hormons, kas regulē glikozes daudzumu asinīs), kolagēnam (veido cīpslas pie muskuļiem utt.).
Svarīgi!
Denaturācija ir olbaltumvielas ceturtējās, trešējās un otrējās struktūras izjaukšana.
Jo augstāka olbaltumvielas struktūra, jo vājākas ir saites starp aminoskābēm. Faktori, kas ietekmē denaturāciju, ir – vides pH, radiācija, ultravioletais starojums, temperatūra u.c.. Vairums olbaltumvielu denaturējas + 60 temperatūrā.
Olbaltumvielas dzīvajos organismos veic virkni funkciju:
1) strukturālā – organisma uzbūves sastāvdaļa, piemēram, kolagēns (~25% no ķermeņa olbaltumvielām), aktīns un miozīns;
2) transporta – nodrošina daudzu uzturvielu un molekulu transporta mehānismu/pārvadāšanu gan asinīs, gan citos ķermeņa šķidrumos, piemēram, hemoglobīns, lipoproteīni;
3) hormonālā – hormoni un peptīdi ir olbaltumvielas vai aminoskābju ķēdes, piemēram, insulīns, aizkuņģa dziedzera polipeptīdi;
4) enzimātiskā – visi enzīmi ir olbaltumvielas;
5) aizsardzības – antivielas ir olbaltumvielu molekulas; imunoglobulīns iznīcina baktērijas un vīrusus; fibrinogēns veido trombu, kas aizsprosto bojātu asinsvadu;
6) bufera/līdzsvara – albumīns ir olbaltumviela, kas darbojas kā buferis, lai saglabātu nemainīgu asins pH līmeni;
7) gaismas enerģijas uztveršana – hlorofils, kas piedalās fotosintēzes procesā, acu fotoreceptoros esošais rodopsīns;
8) enerģijas ražošana – sašķeļoties organismā 1g olbaltumvielām atbrīvojas 4,1 kcal enerģijas;
9) rezerves barības vielas – pākšaugu sēklās, riekstos, putnu olās.
Svarīgi!
Adenozīntrifosfāts (ATF jeb ATP) ir nukleotīds, kuru šūnas izmanto, lai uzkrātu enerģiju dažādām sintēzes reakcijām.
ATF satur slāpekļa bāzi - adenīnu, monosaharīdu – ribozi un trīs fosfātgrupas, kuras ir saistītas ar enerģētiski bagātām saitēm un ir šūnas enerģijas avots. No ATF hidrolīzes rezultātā veidojas ADF (adenozīndifosfāts) un P (fosforskābes molekula) un atbrīvo enerģiju, ko šūna izmanto vielmaiņas procesos.
Svarīgi!
Lipīdi ir visdažādākie ūdenī nešķīstošie savienojumi, piemēram, tauki, eļļas, vaski, fosfolipīdi un steroīdi.
Tie šķīst organiskajos šķīdinātājos, piemēram, ēterī, benzolā. Tos veido organogēnie elementi ūdeņradis (H), ogleklis (C), skābeklis (O). Lipīdu molekulas veidojas no vienas glicerīna molekulas un trīs taukskābju (piesātinātām vai nepiesātinātām) molekulām. Ķīmijā tos sauc par triglicerīdiem.
Taukskābes ir nepiesātinātas, ja starp oglekļa atomiem ir dubultsaites, un tādas, piemēram, ir augu eļļās. Piesātinātās taukskābēs starp oglekļa atomiem nav dubultsaites, un tādas, piemēram, ir dzīvnieku taukos. Kopumā lipīdi var aizņemt 1-5 % no šūnu masas.
Lipīdiem, atkarībā no to uzbūves, ir dažādas funkcijas organismā. Dabā sastopamas vairāk nekā 1000 dažādu taukskābes, to dažādība rodas no dažāda skaita oglekļa atomu un saišu variācijām starp tiem.
Fosfolipīdi sastāv no glicerīna, divām taukskābēm un viena fosfāta jona. Fosfolipīda molekulai ir divas daļas – hidrofila daļa (glicerīns), kas šķīst ūdenī, un hidrofoba daļa (taukskābes), kas nešķīst un “atgrūž” ūdeni.
Vaski ir hidrofobi, ūdensizturīgi, un tie nesairst. Vasku grupas lipīdi sastāv no taukskābes un spirta. Vaski ir, piemēram, ausu sērs, kašalotu spermacets.
Steroīdu sastāvā ir četra gredzenveida molekulas ar dažādām funkcionālajām grupām, to sastāvā nav taukskābes. Steroīds, ir, piemēram, holesterīns. No holesterīna veidojas bioloģiski aktīvas vielas, piemēram, dzimumhormoni. Steroīdi ir arī D vitamīns, žultskābe.
Lipīdi dzīvajos organismos veic virkni funkciju:
1) Enerģijas rezerves krātuves – tauki var uzkrāties kā zemādas tauki, piena tauki, dzeltenās kaulu smadzenes; daudz holesterīna ir olu dzeltenumā; eļļas uzkrājas augu sēklās, piemēram, saulespuķu, rapšu. Noārdoties organismā 1 g tauku atbrīvojas aptuveni 9,3 kJ;
2) Uzbūves sastāvdaļa – fosfolipīdi ietilpst ikvienas šūnas membrānā; bišu vasks ir izejviela vaska šūnām; fitosteroli ir augu šūnu membrānu sastāvdaļa;
3) Aizsargfunkcija – tauki aizsargā iekšējos orgānus no siltuma zuduma un mehāniskiem triecieniem, piemēram, nieres; lanolīns ietauko zīdītāju vilnu, lai pasargātu no mitruma; augu vaski pasargā auga orgānus no mehāniskiem bojājumiem un aizkavē ūdens iztvaikošanu;
4) Hormonālā funkcija – lipīdi ir dzimumhormoni, virsnieru garozas hormoni (kortikosteroīdi), kas regulē vielmaiņas reakcijas.
Augi un aļģes ogļhidrātus sintezē šūnās, hloroplastos. Savukārt dzīvnieki ogļhidrātus uzņem ar barību. Organismā ogļhidrāti aizņem aptuveni 0,2-2% no kopējās šūnu masas, augu šūnās oglhidrāti procentuāli ir daudz vairāk.
Ogļhidrātus veido organogēnie elementi ogleklis (C), skābeklis (O), ūdeņradis (H). Tos var apzīmēt ar formulu , kur n apzīmēs oglekļa atomu skaitu, piemēram, glikozes formula ir .
Ogļhidrātus iedala monosaharīdos, disaharīdos un polisaharīdos.
Fosfolipīdi sastāv no glicerīna, divām taukskābēm un viena fosfāta jona. Fosfolipīda molekulai ir divas daļas – hidrofila daļa (glicerīns), kas šķīst ūdenī, un hidrofoba daļa (taukskābes), kas nešķīst un “atgrūž” ūdeni.
Vaski ir hidrofobi, ūdensizturīgi, un tie nesairst. Vasku grupas lipīdi sastāv no taukskābes un spirta. Vaski ir, piemēram, ausu sērs, kašalotu spermacets.
Steroīdu sastāvā ir četra gredzenveida molekulas ar dažādām funkcionālajām grupām, to sastāvā nav taukskābes. Steroīds, ir, piemēram, holesterīns. No holesterīna veidojas bioloģiski aktīvas vielas, piemēram, dzimumhormoni. Steroīdi ir arī D vitamīns, žultskābe.
Lipīdi dzīvajos organismos veic virkni funkciju:
1) Enerģijas rezerves krātuves – tauki var uzkrāties kā zemādas tauki, piena tauki, dzeltenās kaulu smadzenes; daudz holesterīna ir olu dzeltenumā; eļļas uzkrājas augu sēklās, piemēram, saulespuķu, rapšu. Noārdoties organismā 1 g tauku atbrīvojas aptuveni 9,3 kJ;
2) Uzbūves sastāvdaļa – fosfolipīdi ietilpst ikvienas šūnas membrānā; bišu vasks ir izejviela vaska šūnām; fitosteroli ir augu šūnu membrānu sastāvdaļa;
3) Aizsargfunkcija – tauki aizsargā iekšējos orgānus no siltuma zuduma un mehāniskiem triecieniem, piemēram, nieres; lanolīns ietauko zīdītāju vilnu, lai pasargātu no mitruma; augu vaski pasargā auga orgānus no mehāniskiem bojājumiem un aizkavē ūdens iztvaikošanu;
4) Hormonālā funkcija – lipīdi ir dzimumhormoni, virsnieru garozas hormoni (kortikosteroīdi), kas regulē vielmaiņas reakcijas.
Svarīgi!
Ogļhidrāti dabā rodas fotosintēzes procesā, kas notiek augu zaļajās šūnās. Fotosintēzes procesā tieši rodas vienkāršie ogļhidrāti jeb monosaharīdi, bet no tiem rodas saliktie ogļhidrāti – disaharīdi un polisaharīdi.
Ogļhidrātus veido organogēnie elementi ogleklis (C), skābeklis (O), ūdeņradis (H). Tos var apzīmēt ar formulu , kur n apzīmēs oglekļa atomu skaitu, piemēram, glikozes formula ir .
Ogļhidrātus iedala monosaharīdos, disaharīdos un polisaharīdos.
Ja ogļhidrāti ir nelielas molekulas, tad tās šķīst ūdenī. Tādi ir monosaharīdi un disaharīdi. Garas, savstarpēji savienotas ogļhidrātu molekulas nešķīst ūdenī un ir izturīgas. Atsevišķu augu stumbros ir ļoti daudz šādu balstaudu šķiedru, kuru šūnapvalkos ir daudz celulozes un lignīna. Šādus augus sauc par šķiedraugiem un izmanto rūpniecībā, piemēram, lini, kokvilna, džuta, kaņepes u.c.
Monosaharīdu piemēri ir glikoze, fruktoze, galaktoze u.c.. Fruktoze, kas atrodas visos augļos, kā arī bišu medū, ir 1,5 reizes saldāka par glikozi. Monosaharīdi- riboze un dezoksiriboze ietilpst RNS un DNS sastāvā.
Pazīstamākais disaharīds ir saharoze, ko sauc arī par biešu cukuru, taču tas atrodas arī citos augos, no kuriem iegūst “balto cukuru”. Saharoze satur glikozes un fruktozes molekulu. Laktoze ir disaharīds, kas atrodas pienā.
Visizplatītākais polisaharīds augos ir ciete, kas augu rezerves viela un uzkrājas saknēs, sēklās, augļos utt. Augu izcelsmes polisaharīds ir arī celuloze, kas veido augu šūnapvalkus. Glikogēns ir polisaharīds, kas veido ogļhidrātu rezerves dzīvniekos un sēnēs, dzīvniekiem tas veidojas no glikozes un uzkrājas aknās un muskuļos. Hitīns, kas arī ir polisaharīds, veido sēņu šūnapvalkus un posmkāju ārējo skeletu.
Ogļhidrāti dzīvajos organismos veic virkni funkciju:
1) Galvenais enerģijas avots - 1 g ogļhidrātu sašķeļoties organismā dod 4,1 kcal enerģijas.
2) Uzbūves funkcija- glikoze ir pastāvīga asiņu un audu šķidruma sastāvdaļa, kā arī DNS un RNS uzbūvē utt. Celuloze un hitīns ir būtiska šūnapvalku sastāvdaļa.
3) Rezerves vielas- ciete un glikogēns ir polisaharīdi, kas sevī uzkrāj enerģiju. Kad organismā trūkst glikozes vai ir liels enerģijas patēriņš (dīgstot sēklām, aktīva fiziska darbība), polisaharīdi tiek šķelti līdz glikozei, kura tiek izmantota enerģijas ražošanā.
Monosaharīdu piemēri ir glikoze, fruktoze, galaktoze u.c.. Fruktoze, kas atrodas visos augļos, kā arī bišu medū, ir 1,5 reizes saldāka par glikozi. Monosaharīdi- riboze un dezoksiriboze ietilpst RNS un DNS sastāvā.
Pazīstamākais disaharīds ir saharoze, ko sauc arī par biešu cukuru, taču tas atrodas arī citos augos, no kuriem iegūst “balto cukuru”. Saharoze satur glikozes un fruktozes molekulu. Laktoze ir disaharīds, kas atrodas pienā.
Visizplatītākais polisaharīds augos ir ciete, kas augu rezerves viela un uzkrājas saknēs, sēklās, augļos utt. Augu izcelsmes polisaharīds ir arī celuloze, kas veido augu šūnapvalkus. Glikogēns ir polisaharīds, kas veido ogļhidrātu rezerves dzīvniekos un sēnēs, dzīvniekiem tas veidojas no glikozes un uzkrājas aknās un muskuļos. Hitīns, kas arī ir polisaharīds, veido sēņu šūnapvalkus un posmkāju ārējo skeletu.
Ogļhidrāti dzīvajos organismos veic virkni funkciju:
1) Galvenais enerģijas avots - 1 g ogļhidrātu sašķeļoties organismā dod 4,1 kcal enerģijas.
2) Uzbūves funkcija- glikoze ir pastāvīga asiņu un audu šķidruma sastāvdaļa, kā arī DNS un RNS uzbūvē utt. Celuloze un hitīns ir būtiska šūnapvalku sastāvdaļa.
3) Rezerves vielas- ciete un glikogēns ir polisaharīdi, kas sevī uzkrāj enerģiju. Kad organismā trūkst glikozes vai ir liels enerģijas patēriņš (dīgstot sēklām, aktīva fiziska darbība), polisaharīdi tiek šķelti līdz glikozei, kura tiek izmantota enerģijas ražošanā.