Kemijski organizacija ćelija: organske materije, makro i mikroelementima

Krajem 19. stoljeća formirali ogranak biologije pod nazivom biohemije. Ona proučava kemijski sastav živih ćelija. Osnovni zadatak nauke - poznavanje specifičnosti metabolizma i energije, kojim se uređuje vitalne funkcije biljnih i životinjskih ćelija.

Koncept kemijski sastav ćelija

Kao rezultat opsežnog istraživanja znanstvenici su proučavali kemijske organizacija ćelija i utvrdili da živa bića sastoje se od više od 85 kemijskih elemenata. A neki od njih su potrebni za gotovo sve organizme, dok su druge specifične i javljaju se u određenim vrstama. Treća grupa hemijskih elemenata prisutnih u ćelijama mikroorganizama, biljaka i životinja u dovoljno malim količinama. Hemijski elementi ćelije su često u obliku kationa i aniona iz koje se formiraju mineralne soli i vode, i ugljen spojevi organski su sintetizovane: ugljikohidrata, proteina, lipida.

organogenosti elementi

Iz biohemije, oni uključuju ugljenika, vodonika, kiseonika i azota. Njihov set je u ćeliji od 88 do 97% druge kemijske elemente prisutne u njemu. Posebno je značajna ugljen. Sve organske materije u sastavu ćelija sastoji se od molekula koje sadrže ugljen u svom sastavu atoma. Oni se mogu međusobno da formiraju lanac (razgranate i nerazgranati), kao i ciklusa. Ova sposobnost atoma ugljika u osnovi upečatljiv raznolikost organske supstance koje su uključene u citoplazmi ćelije i organele.

Na primjer, unutrašnji sadržaj ćelije sastoji se od topivih oligosaharida, hidrofilni proteini, lipidi, razne vrste RNK: RNK, ribozomalna RNK i RNK, kao i besplatan monomera - nukleotida. Takav kemijski sastav ima ćeliju jezgru. Sadrži i molekula dezoksiribonukleinske kiseline, dio hromozoma. Sve gore navedeno jedinjenja su u svom sastavu atoma dušika, ugljen s kisikom, vodonika. Ovo je dokaz njihove posebne važnosti, jer je kemijski organizacija ćelije ovisi o sadržaju biogenih elemenata koji čine ćelijskih struktura: hyaloplasm i organele.

Makronutrijenata i njihova značenja

Hemijski elementi, koji su također vrlo česte u ćelijama različitih vrsta organizama, biohemije nazivaju makronutrijenata. Njihov sadržaj u ćeliji je 1,2% - 1,9%. Od makroelemenata ćelije su: fosfor, kalij, klor, sumpor, magnezij, kalcij, željezo i natrijuma. Svi oni imaju važne funkcije i dio su različitih ćelija organele. Dakle, crne ion je prisutna u proteinu krvi - hemoglobin, koji nosi kisik (u tom slučaju to se zove oxyhaemoglobin), ugljični dioksid (karbogemoglobin) ili ugljen-dioksida (karboksihemoglobina).

Jona natrijuma pružaju važan oblik medjućelijskog transporta: tzv natrij-kalij pumpe. Oni također su dio intersticijalnoj tekućine i krvne plazme. Magnezij iona prisutnih u hlorofila molekula (fotopigment viših biljaka) i koji su uključeni u proces fotosinteze, kao i oblik reakcija centara koji zamku fotone svjetlosti energije.

Jona kalcijuma osigurati provođenje živčanih impulsa duž vlakana i da su glavna komponenta osteocytes - kosti ćelija. Kalcijuma jedinjenja su rasprostranjena u svijetu beskičmenjaka čije granate su sastavljene od kalcijum karbonata.

Kloridnih iona su uključeni u puni ćelijske membrane i pružiti pojavu električnih impulsa osnovnog neuralne stimulacije.

atomi sumpora su dio native proteina i uzrokovati njihovo tercijarne strukture "šavovima" polipeptidni lanac, čime formiranje loptastog proteinsku molekulu.

Kalij iona su uključeni u transportu tvari kroz stanične membrane. fosfor atomi su dio ovog važnog energetski intenzivne supstance kao što su adenozin trifosfata, i važna komponenta molekula dezoksiribonukleinske i ribonukleinske kiseline, koje su glavne supstance ćelije nasljednost.

Trace funkcija u ćelijskom metabolizmu

Oko 50 kemijskih elemenata koji čine manje od 0,1% u ćelijama, pod nazivom microcells. To uključuje cink, molibden, jod, bakar, kobalt, fluor. Sa niskim održavanje koje obavljaju veoma važnu funkciju, kao dio mnogih biološki aktivnih supstanci.

Na primjer, atomi cinka u insulina molekula (pankreasa hormon koji reguliše nivo šećera u krvi), jod je sastavni deo tiroidnih hormona - tiroksina i trijodtironin kontrolu nivoa metabolizma u organizmu. Bakar, zajedno sa iona željeza uključeni u hematopoeze (formiranje crvenih krvnih zrnaca, trombocita i belih krvnih zrnaca u koštanoj srži kičmenjaka). Bakra joni su uključeni u hemocyanin pigment prisutan u krvi beskičmenjaka, kao školjke. Stoga, boja njihove hemolimfom plave.

Više manje sadržaja u ćeliji takvih hemijskih elemenata kao što su olovo, zlato, brom, srebro. Oni se nazivaju ultromikroelementami i dio biljnih i životinjskih ćelija. Na primjer, u kemijskoj analizi su otkrivene kukuruza žižak zlato jona. Broma atoma u velikom broju ćelija uključena u Thalli smeđe i crvene alge, kao što su sargassum, Laminaria, Fucus.

Sve prethodno ovi primjeri i činjenice objasniti kako međusobno kemijski sastav, funkcije i strukturu ćelija. Tabela u nastavku prikazuje sadržaj raznih kemijskih elemenata u ćelijama živih organizama.

Opšte karakteristike organskih spojeva

Kemijska svojstva ćelija različitih grupa organizama na neki način ovisi o atoma ugljika, na koje otpada više od 50% mase ćelija. Praktično svi dry cell materije predstavlja ugljikohidrata, proteina, nukleinskih kiselina i lipida, koje imaju složene strukture i visoke molekularne težine. Takve molekule se nazivaju makromolekula (polimeri) i sastoje se od jednostavnijih elemenata - monomera. Protein materije igraju izuzetno važnu ulogu i obavljaju različite funkcije, o kojima se govori u nastavku.

Uloga proteina u ćeliji

Biohemijske analize jedinjenja ulaska u živoj ćeliji, potvrđuje visok sadržaj organskih tvari kao što su proteini. Ova činjenica ima logično objašnjenje: proteini obavljaju različite funkcije i uključeni su u svim aspektima života ćelije.

Na primjer, zaštitna funkcija proteina je formiranje antitijela - antitela proizvodi limfocita. Takve zaštitne proteine, kao što su trombin, fibrin i tromboblastin pružaju zgrušavanje krvi i spriječiti gubitak u traume i ozljede. Kompleks sastav ćelije uključuje proteine ćelijske membrane imaju sposobnost prepoznavanja stranih jedinjenja - antigene. Oni mijenjaju svoje konfiguracije i izvještaj ćeliju potencijalnih opasnosti (alarm funkcija).

Neki proteini imaju regulatornu funkciju i da su hormoni, kao što su oksitocin, proizvodi hipotalamus, hipofiza pridržana. Polazeći od toga u krvi, oksitocin djeluje na mišićnog zida materice, što uzrokuje njegovo smanjenje. vazopresin protein služi i regulatornu funkciju kroz kontrolu krvnog pritiska.

Mišićne ćelije su aktin i miozin, sposobni da se smanjuje, što dovodi do motoričke funkcije mišićnog tkiva. Za proteine, tipične i trofičke funkcija, npr albumin embrion se koristi kao hrana za razvoj. Krv proteini različitih organizama, kao što su hemoglobin i hemocyanin, molekule kisika se prenose - rade transportne funkcije. Ako se, u potpunosti koristi više energije troši supstance kao što su ugljikohidrati i masti, ćelija počinje da razbiti proteina. Jedan gram ovog materijala 17 daje 2 kJ energije. Jedna od najvažnijih funkcija proteina je katalitičke (proteini, enzimi ubrzati kemijske reakcije u citoplazme odjeljka). Na osnovu navedenog, vidjeli smo da su proteini imaju niz veoma važnih funkcija i neophodan dio životinjskih ćelija.

biosintezu proteina

Uzmite u obzir proces sinteze proteina u ćeliji, koja se javlja u citoplazmi preko organele kao što su ribozome. Zahvaljujući aktivnost specifičnih enzima, uz učešće ribozomu jona kalcijuma u kombinaciji polysomes. Glavne funkcije ribozome u ćeliji - sintezu proteina molekula, početak procesa transkripcije. Kao rezultat toga sintetiziraju mRNA molekule, na koju su pričvršćene polysomes. Tada počinje drugo suđenje - emitovanje. Transport RNK vezuju za dvadeset različitih vrsta aminokiselina i da ih dovede do polysomes, a od funkcija ribozomima u ćeliji - sintezu polipeptida, ove organele formiraju komplekse s tRNA, i molekula aminokiselina su povezani zajedno peptidnih veza za formiranje proteina makromolekula.

Uloga vode u metabolizmu

Citološka istraživanja su potvrdila činjenicu da je struktura i sastav ćelija od kojih učimo, u prosjeku 70% vode, a mnoge životinje, što je dovelo vode način života (npr coelenterates) njen sadržaj dostiže 97-98%. S obzirom na ove kemijske organizacije ćelija sadrži hidrofilni (sposoban da rastopi) i hidrofobne (odbija vodu) materijala. Kao univerzalni polarnog otapala, voda ima ključnu ulogu i ima direktan uticaj ne samo na funkciju, ali iu samoj strukturi ćelija. Tabela u nastavku prikazuje sadržaj vode u različite vrste stanica živih organizama.

Funkcija ugljenih hidrata u ćeliji

Kao što smo ranije objasnili, na važne organske kemikalije - polimeri - su ugljikohidrati. To uključuje polisaharide, oligosaharidi i monosaharida. Ugljikohidrati su dio složenijih sistema - glikolipida i glikoproteina, koje su izgrađene staničnih membrana i nadmembrannye strukture, npr glycocalyx.

Osim toga ugljen u ugljenih hidrata sadrži atome vodika i oksigenacije, a neki polisaharidi sadrže više dušika, sumpora i fosfora. Ćelije mnogih biljnih ugljenih hidrata: krumpir gomolja sadrže do 90% škroba u sjemenkama i voćnog sadržaja ugljenih hidrata do 70%, i životinjske ćelije se nalaze u obliku takvih spojeva kao glikogen, hitin i trehaloze.

Jednostavni šećeri (monosaharidi) imaju opšte formule CnH2nOn i podijeljena u tetroses, Triose, pentoza i heksoza. Posljednje dvije su najčešći u ćelijama živih organizama, na primjer, riboze i deoxyribose su dio nukleinske kiseline i glukozu i fruktozu su uključeni u reakcijama asimilacije i deasimilacije. Oligosaharidi se često nalaze u biljne ćelije: saharoza se skladišti u ćelijama šećerne repe i šećerne trske, maltoza sadržane u caryopses klijavih raži i ječma.

Disaharida imaju sladak ukus i lako su rastvorljivi u vodi. Polisaharide, kao biopolimera sastoje uglavnom od škroba, celuloze, glikogen i Laminarin. Strukturni oblici uključuju polisaharide hitin. Primarna funkcija ugljenih hidrata u ćeliji - energija. Kao rezultat hidrolize reakcije i metabolizam energije cepane polisaharide u glukozu, a onda se oksidira u ugljični dioksid i vodu. Kao rezultat toga, jedan gram glukoze objava 17,6 kJ energije, a rezerve škroba i glikogena, u suštini rezervoar ćelijske energije.

Glikogen se odlaže uglavnom u mišićima i jetri ćelije, povrća skrob - krtola, lukovica, korijenje, sjemenke i člankonožaca, kao što su pauci, insekti i rakovi, glavnu ulogu u opskrbi energijom igra oligosaharida trehaloze.

Ugljikohidrati se razlikuju od lipida i proteina, sposobnost da anoksičnoj degradacije. Ovo je izuzetno važno za organizme koji žive u uslovima nedostatka ili odsustvu kiseonika, kao što su anaerobne bakterije, i helminata - parazita ljudi i životinja.

Postoji još jedna funkcija ugljenih hidrata u ćeliji - izgradnja (strukturne). Leži u činjenici da su te supstance potpornih struktura ćelija. Na primjer, celuloze je dio zidova ćelija biljaka, hitin čini vanjski skelet i mnogi beskičmenjaka javlja u gljivičnih ćelija, olisaharidy zajedno sa lipidima i proteinima molekule formiraju glycocalyx - nadmembranny kompleksa. Ona pruža prianjanje - između grudica životinjskih ćelija, što dovodi do stvaranja tkiva.

Lipidi: struktura i funkcija

Ove organske materije, koji su hidrofobni (voda nerastvorljivo) mogu se ukloniti, i.e. izvađen iz ćelija nepolarnim otapalima, kao što su aceton ili kloroform. funkcija lipida u ćeliji zavisi od toga koji od tri grupe kojima pripadaju: na masti, vosak ili steroida. Masti su najčešći u svim tipovima ćelija.

Životinje ih se akumuliraju u potkožnom masnom tkivu, neuronske tkivo sadrži masti u obliku mijelin ovojnice živaca. Takođe akumulira u bubrege, jetru, insekti - u masnom tijelu. Liquid masti - ulja - naći u sjeme mnogih biljaka: bor, kikiriki, suncokret, maslina. Sadržaj lipida u stanicama u opsegu od 5 do 90% (u masno tkivo).

Steroidi i voskovi se razlikuju od masti koje nemaju u molekule ostataka masnih kiselina. Dakle, steroidi - to je hormona kore nadbubrežne žlijezde, što utiče puberteta tijelo i koje su komponente testosterona. Oni su također dio vitamina (npr vitamin D).

Glavna funkcija lipida u ćeliji - je energija, graditeljstvo i zaštitu. Prvi je zbog činjenice da je 1 gram masti u dekolteu daje 38,9 kJ energije - mnogo više nego druge organske tvari - proteina i ugljikohidrata. Osim toga, u oksidacije masti 1d stoji skoro 1,1 c. vode. To je razlog zašto neke životinje imaju zalihe masnoće u vašem tijelu može biti dugo vremena bez vode. Na primjer, krtica može biti uspavan za više od dva mjeseca, bez potrebe za vodom, i ne pije vodu deva na prelazima kroz pustinju za 10-12 dana.

Izgradnja funkcije lipida leži u činjenici da su sastavni dio stanične membrane, kao i dio živca. Zaštitnu funkciju lipida se sastoji u tome da im je sloj masnoće ispod kože oko bubrega i druge unutrašnje organe štiti od mehaničkih ozljeda. Specifičnih funkcija toplinska izolacija je svojstvena životinjama dugo biti u vodi: kitovi, brtve, krzno brtve. Debljine potkožnog masnog sloja, na primjer, plavi kit je 0,5 m, štiti životinje od hipotermije.

Kisik vrijednost u ćelijskom metabolizmu

Aerobni organizmi, među kojima su i velika većina životinja, biljaka i ljudi, koristeći atmosferskog kisika za razmjenu energije reakcije dovode do cijepanja organskih tvari i dodjelu određene količine energije akumulirane u obliku molekula adenozin trifosfata.

Dakle, potpunu oksidaciju jednog mola glukoze koji se javlja u mitohondrija cristae 2800 kJ energije izdvojila, od kojih je 1596 kJ (55%) je pohranjena u obliku ATP molekula koje sadrže macroergic vezu. Dakle, primarna funkcija kiseonika u ćelije - implementacija aerobnog disanja, koji se bazira na grupi enzimskih reakcija tzv respiratornog lanca javlja u organele - mitohondriji. U prokariotskih organizama - phototrophic bakterija i cijanobakterija - oksidacija hranjivih tvari nastaje pod uticajem kiseonika difuzije u ćelije u unutrašnjem izbočine plazme membrana.

Imamo je proučavao kemijske organizacija ćelija, kao i procese sinteze proteina i kisikovih u metabolizmu ćelijske energije.