Kemična ureditev celic: organske snovi, makro- in mikroelementi

V poznem 19. stoletju je nastala veja biologije imenuje biokemija. Študira kemijsko sestavo živih celic. Glavna naloga znanosti - poznavanje posebnosti presnove in energije, ki ureja vitalne funkcije rastlinskih in živalskih celicah.

Koncept kemijske sestave celic

Kot rezultat obsežnih raziskav znanstvenikov je kemijska organizacija celic raziskovali in ugotovili, da so živa bitja sestavljena iz več kot 85 kemijskih elementov. In nekateri izmed njih so potrebne za skoraj vse organizme, drugi pa so specifične in se pojavljajo v določenih vrstah. Tretja skupina kemijskih elementov, ki v celicah mikroorganizmov, rastlin in živali v dovolj majhnih količinah. Kemični elementi celice so pogosto v obliki kationov in anionov iz katere so izdelani iz mineralne soli in vode, ter organskih ogljikovih spojin sintetiziramo: ogljikovi hidrati, proteini, lipidi.

organogeno elementi

V biokemije, ti vključujejo ogljik, vodik, kisik in dušik. Njihova sklop je v celici 88 do 97% ostalih kemijskih elementov, ki v njej. Zlasti pomembno je ogljik. Vse organske snovi v sestavi celic je sestavljena iz molekul, ki vsebujejo ogljik v njegovi sestavi atomov. Prav tako se lahko med seboj povezana in tvorita verigo (razvejeno in nerazvejen), kot tudi ciklov. Ta sposobnost atomi ogljika podlaga zelo razlikujejo organskih snovi, vključene v citoplazmi celic in organel.

Na primer, notranje vsebino celice sestavljajo topne oligosaharida, hidrofilnih proteini, lipidi, različne vrste RNA: Prenos RNA, ribosomske RNA in RNA, kakor tudi prostih monomerov - nukleotidov. Takšna kemična spojina ima celično jedro. Prav tako vsebuje molekule deoksiribonukleinske kisline, del kromosomov. Vse zgoraj navedene spojine so v njegovi sestavi atomi dušika, ogljikovega s kisikom, vodik. To je dokaz njihovega posebnega pomena, saj je kemijska organizacija celice je odvisna od vsebnosti biogenih elementov, ki sestavljajo celične strukture: hyaloplasm in organel.

Makrohranila in njihov pomen

Kemični elementi, ki so zelo pogoste tudi v celicah različnih vrst organizmov, so biokemija imenujemo makrohranil. Njihova vsebnost v celice je 1,2% - 1,9%. Z makroelemenata celice vključujejo: fosfor, kalij, klor, žveplo, magnezij, kalcij, železo in natrij. Vsi izmed njih so pomembne funkcije in so del različnih organel celic. Tako je železov ion prisoten v krvni protein - hemoglobina, ki prenaša kisik (v tem primeru se imenuje oksihemoglobina), ogljikov dioksid (karbogemoglobin) ali ogljikovega dioksida (carboxyhaemoglobin).

Natrijevi ioni zagotavljajo pomembno obliko medceličnem transporta: ti natrija kalija črpalko. So tudi del intersticijske tekočine in krvne plazme. Magnezijeve ione, prisotne v klorofila molekul (photopigment višjih rastlin) in so vključeni v proces fotosinteze ter obliko reakcijskih centrov, ki trap fotoni svetlobne energije.

Kalcijevi ioni zagotavljajo prevajanje živčnih impulzov vzdolž vlaken in so glavna sestavina osteocit - kostnih celic. Kalcijeve spojine so zelo razširjeni v nevretenčarjih svetu, katerih lupine so sestavljena iz kalcijevega karbonata.

Kloridni ioni so vključeni v polnjenjem celične membrane in zagotavlja videz električnih pulzov osnovne nevronske stimulacijo.

Žveplovi atomi so del nativnega proteina in povzroči njihovo terciarne strukture "šivi" polipeptidni verigi, pri čemer se tvori okrogle proteinske molekule.

Kalijeve ione sodelujejo pri prevozu snovi skozi celične membrane. fosfor atomi so del tega pomembnega energetsko intenzivnih snovi kot adenozin trifosfata, in je pomemben sestavni del molekul deoksiribonukleinske in ribonukleinskih kislin, ki so glavna snovi celica dednost.

Trace funkcija v celično presnovo

Približno 50 kemijskih elementov v celicah, ki predstavljajo manj kot 0,1%, ki se imenuje microcells. Ti vključujejo cink, molibden, jod, bakra, kobalta, fluor. Z malo vzdrževanja opravljajo zelo pomembno funkcijo, kot del mnogih biološko aktivnih snovi.

Na primer, cink atomov v molekule inzulina (pankreasa hormon regulacijo nivoja glukoze v krvi), jod je sestavina hormonov ščitnice - tiroksin in trijodotironin nadzoruje stopnjo presnove v telesu. Baker, skupaj z železovih ionov, ki sodelujejo pri hematopoeze (tvorbe rdečih krvnih celic, trombocitov in belih krvnih celic v kostnem mozgu vretenčarjev). Bakrovi ioni so vključeni v hemocianin pigmenta, prisotnega v krvi nevretenčarjev, takih školjk. Zato je barva njihove Hemolimfa modro.

Več manj vsebine v teh kemijskih elementov celic, kot so svinec, zlato, brom, srebro. Imenujejo se ultromikroelementami in del rastlinskih in živalskih celicah. Na primer, pri kemični analizi so odkrili koruza weevil zlata ionov. Broma v velikem številu celic, vključenih v steljk rjavega in rdečih alg, kot Sargassum, Laminaria, Fucus.

Vse prej ti primeri in dejstva razložiti, kako med seboj povezane kemično sestavo, delovanje in strukturo celic. Spodnja tabela prikazuje vsebino različnih kemijskih elementov v celicah živih organizmov.

Splošne lastnosti organskih spojin

Kemične lastnosti celic različnih skupin organizmov na določen način odvisne od ogljikovih atomov, ki predstavlja več kot 50% celične mase. Skoraj celotna suha celica važno zastopnika ogljikove hidrate, beljakovine, nukleinske kisline in lipide, ki imajo kompleksno strukturo in visoko molekulsko maso. Take molekule imenujemo makromolekule (polimeri) in so sestavljene iz preprostejših elementov - monomerov. Proteinske snovi igrajo izjemno pomembno vlogo in opravljajo različne funkcije, ki so obravnavane v nadaljevanju.

Vloga proteinov v celici

Biokemijska analiza spojin vstopajo v živi celici, potrjuje visoko vsebnost organskih snovi, kot proteinov. To dejstvo je logična razlaga: beljakovine opravljajo različne naloge in so vključeni v vse vidike celic življenja.

Na primer, zaščitna funkcija proteinov je tvorba protiteles - protitelesa, ki jo proizvaja limfociti. Take zaščitne proteine, kot je trombin, fibrin in tromboblastin zagotavljajo strjevanje krvi in preprečuje njeno izgubo travme in poškodbe. Kompleks Sestavek celice vključuje celične membranske proteine z ki imajo sposobnost prepoznavanja tuje mase - antigene. So morali spremeniti konfiguracijo in poročilo celico potencialnih nevarnosti (funkcija alarma).

Nekateri proteini imajo regulatorno funkcijo in so hormoni, kot oksitocina, ki jih hipotalamusa, hipofize pridržane. Izhajajoč iz tega v krvi, oksitocin deluje na steni mišic maternice, ki ima za posledico zmanjšanje. vazopresin protein služi tudi regulatorno funkcijo s kontrolo krvnega tlaka.

Mišične celice so aktin in miozin, so sposobni, da skrči, kar povzroči delovanje motorja mišičnega tkiva. Za proteine, tipične in prehranjevalne funkcijo, npr albumina zarodkov uporablja kot hranilo za razvoj. Krvni proteini različnih organizmov, kot so hemoglobina in hemocianin, so molekule kisika prenesejo - delovanje prometno funkcijo. Če več porabijo energije snovi, kot ogljikovih hidratov in maščob, v celoti uporablja, celica začne razčleniti beljakovine. En gram tega materiala 17 daje 2 kJ energije. Eden od najbolj pomembnih funkcij proteine katalitsko (proteini, encimi pospeši kemijske reakcije v citoplazme predelov). Na podlagi navedenega, smo videli, da imajo proteini nekaj zelo pomembnih funkcij in nujen del celice živali.

biosintezo beljakovin

Upoštevajte postopek sinteze proteina v celici, ki se nahaja v citoplazmi preko organelov kot ribosomov. Hvala za dejavnost posebnih encimov, s sodelovanjem ribosoma kalcijevih ionov združiti polysomes. Glavne funkcije ribosomi v celici - sintezi proteinskih molekul, ki se začne proces transkripcijski. Kot posledica tega sintetiziran mRNA molekule, na katerega sta vezana, polysomes. Nato se začne drugo sojenje - oddaja. Promet RNA vežejo na dvajset različnih vrst aminokislin in jih privede do polysomes in ker funkcijo ribosomov v celici - sinteze polipeptidov, te organele tvorijo komplekse s tRNA, in molekule aminokislin med seboj povezani s peptidnimi vezmi, da se tvori protein makromolekule.

Vloga vode v metabolizmu

Citološke študije so potrdile dejstvo, da struktura in sestava celic, ki smo študij, v povprečju 70% vode, ter v mnogih živalih, ki vodi z vodo način življenja (npr coelenterata), njegova vsebina doseže 97-98%. Glede na to kemijsko ureditvi celic vključuje hidrofilni (sposobna raztopiti) in hidrofobno (odbija vodo) materiala. Kot univerzalno polarnega topila, voda igra ključno vlogo in ima neposreden vpliv ne le na funkcijo, ampak tudi v sami strukturi celic. Spodnja tabela prikazuje vsebnost vode v različnih vrst celic živih organizmov.

Funkcija ogljikovih hidratov v celici

Kot smo že omenili, da se pomembnih organskih kemikalij - polimerov - so tudi ogljikovi hidrati. Med njimi so polisaharidi, oligosaharide in monosaharidi. Ogljikovi hidrati so del bolj kompleksnih sistemov - glikolipidi in glikoproteini, izdelanih celičnih membran in nadmembrannye strukture, npr glikokaliks.

Poleg ogljika v ogljikov hidrat vključuje atome vodika in oksigenaciji, in nekateri polisaharidi vsebujejo več dušika, žvepla in fosforja. Celice mnogih rastlinskih ogljikovih hidratov: Gomolji krompirja vsebuje do 90% škroba, semena in vsebnost sadja ogljikovih hidratov do 70%, in živalske celice so na voljo v obliki takih spojin kot glikogen, hitin in trehaloza.

Enostavni sladkorji (monosaharidi) imajo splošno formulo CnH2nOn razdelimo tetroses, trioza, pentoze in heksozni. Zadnji dve sta najpogostejša v celicah živih organizmov, saj so na primer, riboza in deoksiriboza del nukleinskih kislin, in ki sodelujejo glukoze in fruktoze v reakcijah asimilacije in dissimilation. Oligosaharidi so pogosto najdemo v rastlinskih celicah: saharoza je shranjena v celicah sladkorne pese in sladkornega trsa, maltoza vsebuje zrna vzklila rži in ječmena.

Disaharidi imajo sladek okus in so zlahka topen v vodi. Polisaharidov, ki so kot biopolimeri sestavlja predvsem škrob, celuloza, glikogen in laminarin. Strukturne oblike so polisaharidi hitin. Primarna naloga ogljikovih hidratov v celici - energija. Kot posledica hidrolize reakcij in energijskega metabolizma odcepimo polisaharide v glukozo in se nato oksidira v ogljikov dioksid in vodo. Kot rezultat, en gram glukoze izpustov 17,6 kJ energije in zalogami škroba in glikogena, so v bistvu celične energije rezervoar.

Glikogen je deponirana predvsem v mišičnih in jetrnih celic, rastlinskega škroba - pri gomoljih, čebulice, korenine, semena in členonožcev, kot pajkov, žuželke in raki, glavno vlogo pri oskrbi z energijo ima oligosaharidne trehaloze.

Ogljikovi hidrati so drugačni od lipidov in proteinov, sposobnost anoksičnem degradacijo. To je zelo pomembno za organizme, ki živijo v pogojih pomanjkanja ali odsotnosti kisika, kot anaerobne bakterije in paraziti - parazitov ljudi in živali.

Obstaja pa še ena funkcija ogljikovih hidratov v celice - gradnje (strukturne). To je v tem, da so te snovi, ki podpira strukture celic. Na primer, celuloza je del celične stene rastlin, hitin tvori zunanjo ogrodje in veliko nevretenčarjev pojavi pri glivičnih celic, olisaharidy skupaj z lipidi in proteini molekule tvorita glikokaliks - nadmembranny kompleks. Zagotavlja oprijem - med a skupki živalskih celic, kar vodi do tvorbe tkiva.

Lipidi: zgradba in funkcija

Te organske snovi, ki so hidrofobni (v vodi netopen) se lahko odstrani, npr ekstrahira iz celic, ki jih nepolarnih topilih, kot sta aceton ali kloroform. Funkcija lipidov v celici je odvisno, kateri od treh skupin pripadajo: na maščobe, voski ali steroidi. Maščobe so najbolj pogosti v vse vrste celic.

Živali jih kopičijo v podkožnem maščobnem tkivu, nevronska tkivo vsebuje maščobo v obliki mielinske ovojnice živcev. Prav tako se nabira na ledvica, jetra, žuželke - v maščobe telesu. Tekoči maščobe - olja - najdemo v semenih mnogih rastlin: bor, arašide, sončnice, olive. Vsebnost lipidov v celicah v območju od 5 do 90% (v maščobnem tkivu).

Steroidi in voski razlikujejo od maščob v tem, da nimajo v molekulah ostankov maščobnih kislin. Torej, steroidi - to hormoni nadledvične žleze, ki vplivajo na puberteto telo in katere so sestavine testosterona. So tudi del vitaminov (npr vitamin D).

Glavna funkcija lipidov v celici - je energija, gradbeništvo in varovanje. Prvi je posledica dejstva, da 1 gram maščobe v cepitvijo daje 38,9 kJ energije - veliko več kot druge organske snovi - beljakovin in ogljikovih hidratov. Poleg tega pri oksidaciji maščobe 1d stoji skoraj 1,1 c. voda. To je razlog, zakaj nekatere živali imajo zalogo maščob v telesu je lahko dolgo časa brez vode. Na primer, lahko Gophers biti v mirujočem stanju, za več kot dva meseca, brez potrebe po vodi, in ne pije vode kamelo na prehodih skozi puščavo za 10-12 dni.

Gradnja funkcije lipidov je v tem, da so sestavni del celičnih membran, kot tudi del živca. Zaščitna funkcija lipidov je v tem, da je plast maščobe pod kožo okrog ledvic in drugih notranjih organov, ki jih ščiti pred mehanskimi poškodbami. Specifična funkcija toplotna izolacija je neločljivo povezana živali za dolgo časa čemer v vodi: kitov, tesnila, krzna tesnila. Debele podkožno maščobno plast, na primer, modra kit je 0,5 m, ščiti žival pred podhladitve.

Vrednost kisika v celični metabolizem

Aerobna organizmi, kot so velika večina živali, rastline in človeka, z uporabo atmosferskega kisika za izmenjavo energije reakcije, ki vodijo do cepitve organskih snovi in dodelitvi določene količine energije, zbranih v obliki molekul adenozin trifosfata.

Tako je popolna oksidacija en mol glukoze, ki se pojavi v mitohondrijski cristae, 2800 kJ energije je razporejen, od katerih je 1596 kJ (55%), shranjena v obliki molekul ATP, ki vsebujejo macroergic povezavo. Tako je primarna funkcija kisika v celici - izvajanje aerobnega dihanja, ki temelji na skupino encimskih reakcij ti dihalne verige pojavljajo v organel - mitohondriji. Prokariontskih organizmov - phototrophic bakterij in cianobakterij - oksidacijo hranil pojavi pod vplivom kisika difundirati v celicah v notranjih izboklin v plazemskih membranah.

Imamo kemijska organizacija celic je bilo raziskano, kot tudi postopki sinteze proteinov in kisikovo funkcijo v celično presnovo energije.