Kemijski organizaciju stanice: organskih tvari, makro- i mikroelemenata

U kasnom 19. stoljeću formirao grana biologije naziva biokemija. Ona proučava kemijski sastav živih stanica. Glavna zadaća znanosti - poznavanje osobitosti metabolizma i energije, regulira vitalne funkcije biljnih i životinjskih stanica.

Pojam kemijskog sastava stanice

Kao rezultat opsežnog istraživanja znanstvenika kemijski organizacija stanica je studirao i utvrdili da su živa bića sastoje od više od 85 kemijskih elemenata. A neki od njih su potrebni za gotovo sve organizme, a drugi su specifični i dogoditi u određenim vrstama. Treća skupina kemijskih elemenata prisutnih u stanicama mikroorganizama, biljaka i životinja u dovoljno malim količinama. Kemijski elementi stanice su često u obliku kationa i aniona od kojih se mineralne soli i vode, a organski spojevi ugljika sintetizirani: ugljikohidrata, proteina, lipida.

organogenog porijekla elementi

U biokemiji, to uključuje ugljik, vodik, kisik i dušik. Njihov set je u ćeliji od 88 do 97% ostalih kemijskih elemenata prisutnih u njemu. Posebno je važno ugljika. Sve organske tvari u sastavu stanica sastoje se od molekula koje sadrže ugljik u njegovih atoma sastava. Oni mogu biti međusobno povezane tako da tvore lanac (razgranate i nerazgranate), kao i ciklusa. Ova sposobnost atoma ugljika u podlozi udarnim raznolikost organskih tvari uključene u staničnu citoplazmu i organela.

Na primjer, unutarnja sadržaj stanice se sastoji od topljivog oligosaharida, hidrofilnih proteini, lipidi, različiti tipovi RNK: RNK prijenos, ribosomna RNA i RNA glasnik, kao slobodni monomer - nukleotida. Takav kemijski sastav ima jezgru stanice. On sadrži molekulu od deoksiribonukleinske kiseline, dio kromosoma. Sve od gore navedenih spojeva su u svom sastavu atoma dušika, ugljika s kisikom, atom vodika. To je dokaz njihove posebne važnosti, jer kemijski organizacija ćelije ovisi o sadržaju biogenih elemenata koji čine stanične strukture: hyaloplasm i organela.

Makronutrijenata i njihova značenja

Kemijski elementi, koji su također vrlo čest u stanicama različitih vrsta organizama, biokemija nazivaju makronutrijenata. Njihov sadržaj u stanicama je 1,2% - 1,9%. Od makroelemenata stanice uključuju: fosfor, kalij, klor, sumpor, magnezij, kalcij, željezo i natrij. Svi oni imaju važne funkcije i dio različitih staničnih organela. Tako, željezne ion prisutan u proteinu krvi - hemoglobin, koji prenosi kisik (u kojem slučaju se zove oxyhaemoglobin), ugljičnog dioksida (karbogemoglobin) ili ugljikov dioksid (carboxyhaemoglobin).

Natrijevi ioni dati važan oblik međustanične transporta: takozvani natrij-kalij pumpe. Oni su također dio intersticijske tekućine i krvne plazme. Ione magnezija prisutne u klorofila molekula (photopigment viših biljaka) i uključeni u proces fotosinteze, kao i reakcija centara oblik koji zamke fotona svjetlosne energije.

Kalcijevi ioni pružaju provođenja živčanih impulsa duž vlakana, te su glavna komponenta osteocite - koštanih stanica. Kalcijevi spojevi su rašireni u svijetu beskralježnjaka životinja čiji ljušture se sastoje od kalcijevog karbonata.

Klorid ioni su uključeni u staničnu membranu za punjenje i osigurati pojavu električnih impulsa u neuralnoj stimulacije.

Atomi sumpora su dio nativnog proteina i uzrokuju njihovo tercijarna struktura „spajanje” polipeptidni lanac, čime se globularnu proteinsku molekulu.

Kalij ioni su uključeni u transport tvari kroz stanične membrane. fosforni atomi su dio ove važne energetski intenzivne tvari kao što su adenozin trifosfata i važan dio molekula deoksiribonukleinske i ribonukleinske kiseline, koje su glavne supstancije stanica nasljeđe.

Trag funkcija u stanični metabolizam

Oko 50 kemijskih elemenata čine manje od 0.1% u stanicama, pod nazivom microcells. Oni uključuju cink, molibden, jod, bakar, kobalt, fluor. Uz nisku razinu održavanja obavljaju vrlo važnu funkciju, kao dio mnogih biološki aktivnih tvari.

Na primjer, cink atomi u molekuli inzulina (hormon koji regulira razina glukoze u krvi pankreasa), jod, konstituent tiroidnih hormona - tiroksin i trijodotironin nadzor razine metabolizma u tijelu. Bakra, zajedno s uključenim iona željeza u hematopoezu (formiranju crvenih krvnih stanica, trombocita i bijelih krvnih stanica u koštanoj srži kralježnjaka). Bakrenih iona su uključeni u hemocijanin pigment prisutan u krvi beskralješnjaka, takve školjke. Dakle, boja njihove hemolymph plave.

Više manje sadržaja u staničnim takvih kemijskih elemenata kao što su olovo, zlato, broma, srebro. Oni su pozvani ultromikroelementami i dio biljnih i životinjskih stanica. Na primjer, u kemijskoj analizi su detektirani kukuruzni žižak zlato iona. Broma u velikom broju stanica uključenih u thalli smeđe crvene i alge, kao što je, Laminaria Sargassum, Fucus.

Sve ranije ove primjere i činjenice objašnjavaju kako međusobno kemijski sastav, funkciju i strukturu stanica. Tablica u nastavku prikazuje sadržaj raznih kemijskih elemenata u stanicama živih organizama.

Opće karakteristike organskih spojeva

Kemijska svojstva stanica različitih skupina organizama na određeni način ovise o ugljikovim atomima, na koje se odnosi na više od 50% mase. Stanične Praktički sve suhe tvari stanica predstavljena ugljikohidrate, proteine, nukleinske kiseline i lipide, koji imaju složenu strukturu i visoke molekulske težine. Takve molekule se nazivaju makromolekule (polimeri) i sastoji se od jednostavnijih elemenata - monomera. Protein tvari igraju izuzetno važnu ulogu i obavljaju razne funkcije, koje se spominju u nastavku.

Uloga proteina u stanici

Biokemijska analiza spojeva ulaska u živoj stanici potvrđuje visok sadržaj organskih tvari, kao što su proteini. Ova činjenica ima logično objašnjenje: proteini obavljaju razne funkcije i sudjeluju u svim aspektima života stanice.

Na primjer, zaštitna funkcija proteina je nastajanje antitijela - antitijela proizvedena limfocita. Takve zaštitne proteini kao što su trombin, fibrin i tromboblastin pružaju zgrušavanje krvi i spriječiti gubitak u trauma i ozljeda. Složeni sastav stanica uključuje stanice membranske proteine koji imaju sposobnost prepoznavanja strane spojeva - antigena. Oni mijenjaju svoju konfiguraciju i izvješće stanicu potencijalne opasnosti (alarm funkcija).

Neki proteini imaju regulatornu funkciju i hormoni, poput oksitocina, koje proizvodi hipotalamus, hipofiza pridržana. Polazeći od toga u krvi, oksitocin djeluje na zidu mišića maternice, što uzrokuje njegovo smanjenje. vazopresin protein služi regulatorne funkcije koje kontroli krvnog tlaka.

Mišića Stanice su aktin i miozin, mogu se smanjiti, što uzrokuje motoričke funkcije mišićnog tkiva. Proteine, tipični i prehrambenog funkcije, npr albumin embrio korišten kao hranjiva tvar za razvoj. Krvnih proteina različitih organizama, kao što su hemoglobina i aspera, molekula kisika prenose - djeluju transport funkciju. Ako više energije troše tvari poput ugljikohidrata i masti u potpunosti koristi, stanica počinje break down proteina. Jedan gram ovog materijala 17. daje 2 kJ energije. Jedna od najvažnijih funkcija proteina je katalitičku (proteini, enzimi ubrzati kemijske reakcije u citoplazmatske odjeljaka). Na temelju navedenog, vidjeli smo da su proteini imaju niz vrlo važnih funkcija i potrebnih dio životinjske stanice.

biosinteza proteina

Razmotriti proces sinteze proteina u stanici, koji se nalazi u citoplazmi preko organele, kao što su ribosoma. Zahvaljujući aktivnosti specifičnih enzima, uz sudjelovanje ribosoma kalcijevih iona se kombiniraju tako da polisomu. Glavne funkcije u stanici ribosoma - sintezu molekula proteina, počevši proces transkripcije. Kao rezultat toga su sintetizirani molekule mRNA, na koji su vezani polisomu. Tada počinje drugo suđenje - emitiranje. Transport RNA vežu na dvadeset različitih vrsta amino kiseline, ih na polisomu, a od funkcije ribosoma u stanici - sinteze polipeptida, te organele tvoriti komplekse s tRNA, i molekule aminokiselina povezane zajedno s peptidnim vezama pri čemu tvore proteina makromolekulu.

Uloga vode u metabolizmu

Citološki studije potvrdile činjenicu da je stanica struktura i sastav koji smo studij, u prosjeku 70% vode, a kod mnogih životinja, vodeći vode način života (npr koleneteratima) njegov sadržaj doseže 97-98%. S obzirom na ove kemijske organizacije stanica sadrži hidrofilni (sposoban za otapanje), a hidrofobni materijal (vodootporan). Kao univerzalni polarnog otapala, voda ima ključnu ulogu i ima izravan utjecaj ne samo na funkciju, nego iu samoj strukturi stanica. Tablica u nastavku prikazuje sadržaj vode u različitim vrstama stanica živih organizama.

Funkcija ugljikohidrata u stanicama

Kao što smo ranije objasnili, na važne organske kemikalije - polimera - također su ugljikohidrati. Oni uključuju polisaharide, oligosaharidi i monosaharide. Ugljikohidrati dio složenijih sustava - glikolipida i glikoproteina, koji su izgrađeni na stanične membrane i nadmembrannye strukture, npr glycocalyx.

Nadalje ugljika u ugljikohidrata sadrži atome vodika i kisika, a neki polisaharidi sadrže više atoma dušika, sumpora i fosfora. Stanice brojnih biljnih ugljikohidrata: krumpir gomolji sadržavati do 90% škroba u sjemenu i sadržaja voća ugljikohidrata do 70%, i životinjske stanice mogu se naći u obliku takvih spojeva kao glikogen, hitin i trehaloze.

Jednostavne šećere (monosaharide) imaju opću formulu CnH2nOn te podijeli u tetroses, trioza, pentoze i heksoze. Zadnje dvije su najčešće u stanicama živih organizama, na primjer, riboza i deoksiriboza su dio nukleinske kiseline, i glukozu i fruktozu sudjeluju u reakcijama i asimilacije disimilacija. Oligosaharidi se često nalaze u biljnim stanicama: saharoza je pohranjena u stanicama šećerne repe i šećerne trske, maltoza sadržan u caryopses proklijalog raž i ječam.

Disaharidi imati slatki okus, te su lako topljive u vodi. Polisaharide, kao biopolimere sastoji se prvenstveno od škroba, celuloze, glikogena i laminarin. Strukturni oblici uključuju polisaharide hitin. Primarna funkcija ugljikohidrata u stanici - energija. Kao rezultat reakcije hidrolize i energetski metabolizam cijepa polisaharida na glukozu, te je tada oksidira u ugljični dioksid i vodu. Kao rezultat, jedan gram tisak glukoze 17,6 kJ energije i rezerve škroba i glikogena, u biti stanični kondenzatora.

Glikogen taloži uglavnom u stanicama mišića i jetre, povrća škrob - u gomolja, lukovice, korijenje, sjemena i člankonožaca, kao što su pauci, kukaca i rakova, glavnu ulogu u opskrbu energijom ima oligosaharida trehalozu.

Ugljikohidrati su drugačiji od lipida i proteina, sposobnost da anoksičnom degradacije. To je izuzetno važno za organizme koji žive u uvjetima nedostatka ili nedostatku kisika, poput anaerobnih bakterija i helminta - parazita ljudi i životinja.

Postoji još jedna funkcija ugljikohidrata u staničnoj - gradnja (strukturna). Ona leži u činjenici da su te tvari prateće strukture stanica. Na primjer, celuloza je dio stanične stijenke biljaka, hitin formira vanjski kostur i mnogi beskralježnjaci pojavljuje u stanice gljiva, olisaharidy uz lipida i proteina molekule tvore glycocalyx - nadmembranny kompleks. Osigurava adheziju između - zgrušavanje životinjskih stanica, što dovodi do formiranja tkiva.

Lipidi: struktura i funkcija

Te organske tvari, koje su hidrofobni (u vodi netopljivi) može se odstraniti, tj ekstrahirana iz stanica nepolarnim otapalima, kao što je aceton ili kloroform. Funkcija lipida u stanici ovisi o tri skupine pripadaju: u masti, voskovi ili steroidi. Masti su najčešći u svim vrstama stanica.

Životinje ih se akumuliraju u potkožno masno tkivo, tkivo neuronska sadrži masnoće u obliku mijelinske ovojnice živaca. Također se akumulira u bubrezima, jetri, insekata - u masti tijelu. Tekući masti - ulja - našao u sjeme mnogih biljaka: bor, kikiriki, suncokret, maslina. Sadržaj masti u stanicama je u rasponu od 5 do 90% (u masnom tkivu).

Steroidi i voskovi razlikuju od masti u da oni nemaju u molekulama ostataka masnih kiselina. Dakle, steroidi - to je hormoni kore nadbubrežne žlijezde, utječe u pubertet tijelo, a koji su sastavni dio testosterona. Oni su također dio vitamina (na primjer vitamin D).

Glavna funkcija lipida u stanici - je energija, graditeljstvo i zaštitu. Prvi je zbog činjenice da je 1 gram masti u dekolte daje 38,9 kJ energije - mnogo više od drugih organskih tvari - proteina i ugljikohidrata. Nadalje, u oksidaciju masti 1d stoji gotovo 1,1 c. voda. To je razlog zašto su neke životinje imaju zalihe masnoća u tijelu može biti dugo vremena bez vode. Na primjer, glodavci mogu biti uspavan za više od dva mjeseca, bez potrebe za vodom, i ne pije deva vode na prijelazima preko pustinje za 10-12 dana.

Izgradnja lipida funkcije leži u činjenici da su sastavni dio staničnih membrana, kao i dio živca. Zaštitna funkcija lipida sastoji se u činjenici da ih masni sloj ispod kože oko bubrega i drugih organa štiti od mehaničkih ozljeda. Specifična funkcija toplinska izolacija je svojstvena životinjama već dugo vremena bude u vodi: kitovi, tuljani, morski lavovi. Gusta potkožno masno sloja, na primjer, kit plava 0,5 m, štiti životinju od hipotermije.

Vrijednost Kisik u stanični metabolizam

Aerobni organizmi, koji uključuju velike većine životinja, biljaka i ljudi, pomoću kisika iz zraka za razmjenu energije koji bi doveli do cijepanja organskih tvari i dodjelu određene količine energije akumulirane u obliku molekula adenozin trifosfata.

Tako će potpuna oksidacija jedan mol glukoze koja se pojavljuje u mitohondrijske cristae, 2800 kJ energije raspoređuje, od kojih 1596 kJ (55%) je pohranjena u obliku ATP molekula koje sadrže macroergic vezu. Tako je primarna funkcija kisika u ćeliju - provedbe aerobne disanja, koji se temelji na skupini enzimske reakcije tzv respiratorni lanac odvija u organela - mitohondrija. U prokariotskih organizama - fototrofnih bakterije i cijanobakterije - oksidacija hranjiva pojavljuje pod utjecajem kisika difuziju u stanice unutarnje izbočenja plazma membrane.

Imamo kemijske organizacija stanica je studirao, kao i procesi sinteze proteina i funkcije kisika u stanični metabolizam energije.