Skład chemiczny komórek

Komórka - elementarna jednostka życia na ziemi. Ma wszystkie oznaki żywego organizmu: rośnie, mnoży, wymianę substancjami środowiskowymi i energią, reaguje na bodźce zewnętrzne. Początek ewolucji biologicznej wiąże się z pojawieniem się formy komórkowej życia na ziemi. Organizmy jednokomórkowe są istniejące komórek oddzielnie od siebie. Ciało wszystkich wielokomórkowych - zwierząt i roślin - zbudowanych z mniej lub mniej komórek, które są rodzajami bloków stanowiących złożony organizm. Niezależnie od tego, czy komórka jest holistycznym systemem żywym - oddzielnym organizmem lub jest tylko częścią go, jest on obdarzony z zestawem funkcji i właściwości wspólnych dla wszystkich komórek.

Skład chemiczny komórek

W komórkach znaleziono około 60 elementów okresowej okresy MendeleEV, znalezionego w naturze nieożywionej. Jest to jeden z dowodów społeczności życia żywego i nieożywionego. W żywych organizmach są najczęstsze wodór, tlen, węgiel oraz azot, które stanowią około 98% masy komórek. Wynika to z osobliwości właściwości chemicznych wodoru, tlenu, węgla i azotu, w wyniku których okazały się najbardziej odpowiednie do tworzenia cząsteczek wykonujących funkcje biologiczne. Te cztery elementy są zdolne do tworzenia bardzo silnych wiązań kowalencyjnych przez parowanie elektronów należących do dwóch atomów. Kowalencyjnie związane atomy węgla mogą tworzyć ramki niezliczonych wielu różnych cząsteczek organicznych. Ponieważ atomy węgla łatwo tworzą wiązania kowalencyjne z tlenem, wodorem, azotem, a także siarką, cząsteczki organiczne docierają do wyjątkowej złożoności i różnorodność struktury.

Oprócz czterech głównych elementów w komórce w zauważalnych ilościach (10^Y i 100^Y procent odsetek) są zawarte żelazo, potas, sód, wapń, magnez, chlor, fosfor oraz siarka. Wszystkie inne elementy (cynk, miedź, jod, fluor, kobalt, mangan itd.) są w klatce w bardzo małych ilościach i dlatego nazywane są pierwiastkami śladowymi.

Elementy chemiczne są częścią związków nieorganicznych i organicznych. Związki nieorganiczne obejmują wodę, sole mineralne, dwutlenek węgla, kwas i baza. Połączenia organiczne są Białka, kwasy nukleinowe, węglowodany, Gruby (lipidy) i Lipoidy.

Niektóre białka zawierają siarka. Część kwasów nukleinowych jest fosfor. Oblicza molekuła hemoglobiny żelazo, magnez uczestniczy w budowie cząsteczki chlorofil. Mikroelementy, pomimo niezwykle niskiej zawartości w organizmach żywych, odgrywają ważną rolę w procesach życia. Jod Zawarte w hormonie gruczołu tarczycy - tyroksyny, kobalt - W składzie witaminy₁₂Hormon wyspy części trzustki - insulina - zawiera cynk. W niektórych rybach, miejsce żelaza w cząsteczkach pigmentów przewożących tlen zajmuje miedź.

Substancje nieorganiczne

Woda

N₂O - Najczęstsze połączenie w organizmach żywych. Jego zawartość w różnych komórkach zmienia się w dość szerokich limitach: od 10% w szkliwa zębów do 98% w organizmie meduza, ale jest to około 80% masy ciała. Wyjątkowo ważną rolę wody w zapewnieniu procesów życia wynika z jego właściwości fizykochemicznych. Polaryzacja cząsteczek i zdolność tworzenia wiązań wodorowych tworzą wodę o dobrej rozpuszczalniku dla ogromnej ilości substancji. Większość reakcji chemicznych występuje w komórce może wystąpić tylko w roztworze wodnym. Woda uczestniczy w wielu przemianach chemicznych.

Łączna liczba wiązań wodorowych między cząsteczkami wody różni się w zależności od t°. Z T° Topienie lodu niszczy około 15% wiązań wodorowych, w T ° 40 ° C - połowa. Podczas przełączania na stan gazowy wszystkie wiązania wodorowe są zniszczone. Wyjaśnia to wysoką specyficzną pojemność cieplnej wody. Z zmianą t ° środowiska zewnętrznego, woda pochłania lub podkreśla ciepło ze względu na przerwę lub nową tworzenie wiązań wodorowych. W ten sposób zmienia się T ° wewnątrz komórek są mniejsze niż w środowisku. Wysokie ciepło odparowujące u podstaw efektywnego mechanizmu przenoszenia ciepła w roślinach i zwierząt.

Woda jako rozpuszczalnik bierze udział w zjawiskach osmozy odgrywania ważnej roli w życiu komórki ciała. Osmoza nazywana jest penetracją cząsteczek rozpuszczalników przez półprzepuszczalną membraną do roztworu dowolnej substancji. Semipermy nazywane są membranami, które pomijają cząsteczki rozpuszczalników, ale brakuje cząsteczek (lub jonów) rozpuszczonej substancji. W związku z tym osmoza jest jednostronną dyfuzją cząsteczek wody w kierunku roztworu.

Sole mineralne

Większość nieorganicznych komórek B-in ma postać soli w dysocjowaniu lub w stanie stałym. Koncentracja kationów i anionów w komórce i otaczającym go środowisku. Komórka zawiera dość dużo do i dużo na. W nośniku zewnątrzkomórkowym, na przykład, w osoczu krwi, w wodzie morskiej, wręcz przeciwnie, dużo sodu i małego potasu. Nawadnianie komórki zależy od stosunku stężeń jonów na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺. W tkankach wielokomórkowych zwierząt K jest częścią substancji wielokomórkowej, która zapewnia sprzęgło komórek i ich zamówionej lokalizacji. Ciśnienie osmotyczne w komórce i jego właściwości buforowe zależą od stężenia soli. BFFOFF to zdolność komórki, aby utrzymać słabą znaną reakcję jego zawartości na stałym poziomie. Bufferiness wewnątrz komórki jest zapewniona głównie przez jony₂RO₄ i NRA₄^2-. W płynach zewnątrzkomórkowych i we krwi, rola bufora jest odtwarzana przez₂WIĘC₃ i NSO₃^-. Aniony wiążą jony i jony wodorotlenku (on^-), aby reakcja wewnątrz komórki płynów zewnątrzkomórkowych jest praktycznie się nie zmieniana. Nierozpuszczalne sole mineralne (na przykład, fosforowe CA) zapewniają siłę kręgowców kości i zlewozmywaków Mollusk.

Komórki organiczne

Białka

Wśród substancji organicznych komórki białek znajdują się w pierwszej liczbie (10 - 12% całkowitej masy komórki) i wartości. Białka są polimerami o wysokiej masie cząsteczkowej (z masą cząsteczkową od 6000 do 1 miliona. oraz powyżej), którego monomery są aminokwasami. Organizmy na żywo wykorzystują 20 aminokwasów, chociaż istnieje znacznie więcej. Skład każdego aminokwasu obejmuje grupę aminową (-NH₂), mające właściwości podstawowe i grupy karboksylowej (-son) posiadających kwasowe właściwości. Dwa aminokwasy są połączone w jednej cząsteczce, ustanawiając komunikat HN-CO z uwalnianiem cząsteczki wody. Związek między grupą aminową jednego aminokwasu a karboksylem jest inny o nazwie peptyd. Białka są polipeptydami zawierającymi dziesiątki i setki aminokwasów. Cząsteczki różnych białek różnią się od siebie z masą cząsteczkową, liczbą, składem aminokwasów i sekwencji ich lokalizacji w łańcuchu polipeptydowym. Jest jasne, że białka wyróżniają się ogromną różnorodnością, ich liczba wszystkich żywych organizmów szacuje się przez liczbę 10^dziesięć - dziesięć¹².

Łańcuch jednostek aminokwasowych połączonych wiązaniami kowalencyjnymi w określonej sekwencji nazywany jest główną strukturą białka. W komórkach białka mają widok spiralnych skręconych włókien lub piłek (global). Wynika to z faktu, że w naturalnym białka łańcuch polipeptydowy jest położony ściśle w określonym sposobie w zależności od struktury chemicznej aminokwasów zawartych w jej kompozycji.

Początkowo łańcuch polipeptydowy zamienia się w spiralę. Istnieje atrakcyjność między atomami sąsiednich obrotów i w szczególności utworzyli wiązania wodorowe między NH- a grupami znajdującymi się na sąsiednich obrotach. Łańcuch aminokwasowy, skręcony w postaci spirali tworzy drugorzędną strukturę białek. W wyniku dalszego układania spirali pojawia się konfiguracja specyficzna dla każdego białka, zwana strukturą trzeciorzędową. Struktura trzeciorzędowa wynika z działań sił sprzęgła między rodnikami hydrofobowymi dostępnymi w niektórych aminokwasach, a obligacje kowalencyjne między grupami aminokwasów CISTEIN (S-S-Communication). Liczba aminokwasów z rodniki hydrofobowe i cysteiny, a także kolejność ich lokalizacji w łańcuchu polipeptydowym są specyficzne dla każdego białka. W związku z tym specyfioletnizyt struktury białorzędowej są określane przez jego podstawową strukturę. Aktywność biologiczna białka wykazuje tylko w postaci trzeciorzędowej struktury. Dlatego też zastąpienie nawet jednego aminokwasu w łańcuchu polipeptydowym może prowadzić do zmiany konfiguracji białka i zmniejszenia lub utraty jej aktywności biologicznej.

W niektórych przypadkach cząsteczki białkowe są łączone ze sobą i mogą wykonywać swoją funkcję tylko w postaci kompleksów. Tak więc Hemoglobina jest kompleksem czterech cząsteczek i tylko w takim formularzu może dołączyć i transportować. Takie agregaty są kwotą strukturą białka. Jeśli chodzi o jego skład, białka są podzielone na dwie główne klasy - proste i złożone. Proste białka składają się tylko z aminokwasów kwasów nukleinowych (nukleotydów), lipidów (lipoprotein), IU (Metalloproteides), P (fosfoproproproidów).

Funkcje białek w komórce są niezwykle różnorodne. Jedna z najważniejszych - funkcja budowlana: białka biorą udział w tworzeniu wszystkich błon komórkowych i komórek komórki, a także struktur wewnątrzkomórkowych. Enzymatyczna (katalityczna) rola białek jest niezwykle ważna. Enzymy przyspieszają reakcje chemiczne występujące w komórce, w 10^Ki i 100ⁿ Milion razy. Funkcja silnika zapewnia specjalne białka kurczliwe. Białka te są zaangażowane we wszystkie rodzaje ruchów, do których komórek i organizmy są w stanie: migotanie rzęsów i bijące smaki z najprostszego, skrótu mięśni u zwierząt, ruch liści w roślinach itp. Funkcja transportu białek jest przymocowanie elementów chemicznych (na przykład dołączenia hemoglobiny) lub substancje aktywne biologicznie (hormony) i przenoszą je do tkanek i organów ciała. Funkcja ochronna wyraża się w postaci opracowywania specjalnych białek zwanych przeciwciałami, w odpowiedzi na penetrację do korpusu białek lub komórek. Przeciwciała wiążą się i neutralizują substancje obcych. Białka odgrywają ważną rolę jako źródła energii. Z pełnym rozłupaniem 1g. Białka wyróżniają się out 17.6 KJ (~ 4,2 kcal).

Węglowodany

Węglowodany lub sacharydy - substancje organiczne o wzorze ogólnym (CH₂O)_N. W większości węglowodanów liczba atomów H jest większa niż liczba atomów o, jak w cząsteczkach wody. Dlatego substancje te nazywano węglowodanami. W żywym klatce węglowodany są w ilościach, które nie przekraczają 1-2, czasami 5% (w wątrobie, w mięśniach). Najbogatszy w komórek roślinnych węglowodanów, gdzie ich treści osiąga w niektórych przypadkach 90% masy suchej masy (nasiona, bulwy ziemniaka itp.D.).

Węglowodany są proste i złożone. Proste węglowodany nazywane są monosacharydami. W zależności od liczby atomów węglowodanów w cząsteczce monosacharydowej nazywane są one typami, tetrozą, paszczanami lub sześciokątami. Od sześciu monosacharydów węglowych - heksose - glukoza, fruktoza i galaktoza mają najważniejsze znaczenie. Glukoza jest zawarta we krwi (0,1-0,12%). Piętrawy z rafa i dezoksyrybozy są częścią kwasów nukleinowych i ATP. Jeśli dwa monosacharydy połączone są w jednej cząsteczce, takie połączenie nazywa się disacharydem. Cukier spożywczy otrzymany z buraków trzcinowych lub cukru składa się z jednej cząsteczki glukozy i jednej cząsteczki fruktozy, cukru mlecznego - od glukozy i galaktozy.

Złożone węglowodany utworzone przez wiele monosacharydów nazywane są polisacharydami. Monomer takich polisacharydów, takich jak skrobia, glikogen, celuloza, jest glukoza. Węglowodany wykonują dwie główne funkcje: budowa i energia. Celuloza tworzy ściany komórek roślinnych. Wyrafinowany polisacharydowy Chitin służy jako główny składnik strukturalny zewnętrznego szkieletu stawonogów. Funkcja konstrukcji chityny jest wykonywana przez grzyby. Węglowodany odgrywają rolę głównego źródła energii w komórce. W procesie utleniania 1 g. Węglowodany wydali 17.6 KJ (~ 4,2 kcal). Skrobia w roślinach i glikogen u zwierząt są osadzane w komórkach i służą jako rezerwa energii.

Kwasy nukleinowe

Wartość kwasów nukleinowych w komórce jest bardzo duża. Cechy ich struktury chemicznej zapewniają możliwość przechowywania, przeniesienia i transmisji przez dziedziczenie przez dziecko komórki informacji o strukturze cząsteczek białkowych, które są syntetyzowane w każdej tkance na pewnym etapie rozwoju indywidualnego. Ponieważ większość właściwości i objawów komórek wynika z białek, jasne jest, że stabilność kwasów nukleinowych jest najważniejszym warunkiem normalnego życia komórek i całych organizmów. Wszelkie zmiany w strukturze komórek lub aktywność procesów fizjologicznych, wpływających na żywotną aktywność. Badanie struktury kwasów nukleinowych jest niezwykle ważne dla zrozumienia dziedziczenia charakterystyki organizmów i wzorców funkcjonowania, zarówno pojedynczych komórek, jak i systemów komórkowych - tkanki i organy.

Istnieją 2 rodzaje kwasów nukleinowych - DNA i RNA. DNA - polimer składający się z dwóch spirali nukleotydowych, więźniów, aby tworzy się podwójna spirala. Monomery cząsteczki DNA są nukleotydami składającymi się z bazy azotowej (adenina, tyminy, guanin lub cytozynę), węglowodan (dezoksyryboza) i pozostałość kwasu fosforowego. Podstawy Azotystów w cząsteczce DNA są połączone inną liczbą N-Links i znajdują się na pardy: Adenine (A) jest zawsze przeciwko Thimine (T), Guanine (D) przeciwko cytozowym (C).

Nukleotydy są połączone ze sobą nie przez przypadek, ale selektywnie. Zdolność do wyboru adeniny z thime i guaninem z cytozyną nazywana jest komplementarnym. Komplementarna interakcja niektórych nukleotydów wyjaśniona jest przez specyfikę przestrzennego układu atomów w ich cząsteczkach, które pozwalają im zamknąć i tworzyć N-obligacje. W łańcuchu polinukleotydowym sąsiednie nukleotydy połączone przez cukier (deoksyryboza) i pozostałość kwasu fosforowego. RNA, jak również DNA jest polimerem, którego monomery są nukleotydami. Podstawy azotowe trzech nukleotydów są takie same jak część DNA (A, G, C) - czwarty - uracyl (Y) jest obecny w cząsteczce RNA zamiast timine. Nukleotydy RNA różnią się od nukleotydów DNA i na strukturze węglowodanów zawartych w ich kompozycji (ryba zamiast Dysoxyribose).

W łańcuchu nukleotydów RNA łączy się poprzez tworzenie wiązań kowalencyjnych pomiędzy rybozą jednego nukleotydu i pozostałości kwasu fosforowego innego. Struktura różni się dwa RNA łańcucha. Dwa łańcuchowe RNA są strażnikami informacji genetycznymi w wielu wirusach, t.MI. Wykonują funkcje chromosomów. Jeden łańcuch RNA przekazuje informacje o strukturze białek z chromosomu do miejsca ich syntezy i uczestniczyć w syntezie białek.

Istnieje kilka rodzajów jednego łańcucha RNA. Ich nazwy są spowodowane funkcją lub lokalizacją w komórce. Większość RNA Cytoplazmy (do 80-90%) jest RNA RNA (RRNA) zawarta w rybosomach. Cząsteczki RRNA są stosunkowo małe i składają się na średnio 10 nukleotydów. Inny rodzaj RNA (IRNN) przewożący informacje o sekwencji aminokwasów w białkach do syntetyzowanego do rybosomów. Rozmiar tych RNA zależy od długości sekcji DNA, na której zostały zsyntetyzowane. Transport RNA wykonuje kilka funkcji. Dostarczają aminokwasy do miejsca syntezy białek, "rozpoznać" (na zasadę komplementarności) Triplet i RNA odpowiadające przenośnym aminokwasie przeprowadzić dokładną orientację aminokwasu na rybosomie.

Tłuszcze i lipidy

Tłuszcze to związki tłustych o wysokiej masie cząsteczkowym i grubatomiczny gliceryna alkoholu. Tłuszcze nie rozpuszczają się w wodzie - są hydrofobowe. Zawsze istnieją inne złożone hydrofobowe substancje tłuszczowe w klatce, zwane lipoidami.Jedną z głównych funkcji tłuszczów jest energia. Podczas dzieli 1 g. Tłuszcze do S₂ oraz n₂O dużej ilości energii jest zwolniona - 38,9 KJ (~ 9,3 kcal). Zawartość tłuszczu w zakresie komórek mieści się w zakresie 5-15% masy suchej masy. W komórkach ożywionej tkanki ilość tłuszczu wzrasta do 90%. Główna funkcja tłuszczów u zwierząt (i częściowo - warzywa) światowa - pończochy.

Z pełnym utlenianiem 1 g tłuszczu (do dwutlenku węgla i wody), odróżnia się około 9 kcal energii. (1 KCAL = 1000 Calcalo (CAL, CAL) - incydentowa jednostka ilości pracy i energii równej ilości ciepła wymaganego do ogrzewania 1 ml wody w 1 ° C ze standardowym ciśnieniem atmosferycznym 101,325 kPa-1 kcal = 4,19 KJ). Podczas utleniania (w ciele), 1 g białek lub węglowodanów jest przeznaczony tylko około 4 kcal / g. Przy różnych organizmach wodnych - od jednokomórkowych okrzemków glonów do gigantycznych rekinów - tłuszcz jest poszukiwany przez "float", zmniejszając średnią gęstość ciała. Gęstość tłuszczu zwierzęcego wynosi około 0,91-0,95 g / cm³. Gęstość kości kręgowców blisko 1,7-1.8 g / cm³, a średnia gęstość większości innych tkanek jest bliska 1 g / cm³. Jasne jest, że tłuszcz potrzebuje dużo czasu, aby "równoważyć" ciężki szkielet.

Tłuszcze i lipidy wykonują funkcję konstrukcyjną: są częścią membran komórek. Ze względu na słaby tłuszcz przewodności cieplnej jest w stanie zabezpieczyć funkcję. W niektórych zwierzętach (uszczelki, wieloryby) przełożone w podskórnej tkance tłuszczowej, tworząc warstwę o grubości do 1 m. Tworzenie niektórych lipoidów poprzedza syntezę wielu hormonów. Dlatego substancje te są nieodłączne w funkcji regulujących procesów metabolicznych.