Chemická organizácie buniek: organických látok, makro- a mikroprvkov

V neskorej 19. storočí vznikne odbor biológia volal biochémie. Študuje chemické zloženie živých buniek. Hlavnou úlohou vedy - znalosť zvláštností metabolizmu a energie, reguláciu životných funkcií rastlinných a živočíšnych buniek.

Pojem chemického zloženia buniek

Ako výsledok rozsiahleho výskumu vedcov chemické organizácie buniek bola skúmaná a zistilo sa, že živé organizmy sú zložené z viac ako 85 chemických prvkov. A niektoré z nich sú nevyhnutné pre takmer všetky organizmy, zatiaľ čo iní sú špecifické a vyskytujú sa v konkrétnych druhov. Tretia skupina chemických prvkov prítomných v bunkách mikroorganizmov, rastlín a zvierat v dostatočne malých množstvách. Chemické prvky bunky sú často vo forme katiónov a aniónov, z ktorých sa tvoria minerálne soli a vody, a organické zlúčeniny uhlíka sa syntetizujú: sacharidy, bielkoviny, lipidy.

organogenní prvky

V biochémiu, medzi ne patrí uhlík, vodík, kyslík a dusík. Ich sada je v bunke 88 až 97% ostatných chemických prvkov prítomných v ňom. Zvlášť dôležité je uhlík. Všetky organické látky v zložení buniek sa skladajú z molekúl, obsahujúcich uhlík v jeho atómov zložení. Môžu byť vzájomne prepojené do reťazca (rozvetvený a nerozvetvený), rovnako ako cykly. Táto schopnosť atómov uhlíka je základom nápadnú rôznorodosť organických látok obsiahnutých v bunkovej cytoplazme a organel.

Napríklad vnútorný obsah bunky sa skladá z rozpustné oligosacharidy, hydrofilných proteínov, lipidov, rôzne typy RNA: RNA prevod, ribozomálnu RNA a posol RNA, rovnako ako voľné monoméry - nukleotidy. Takéto chemické zloženie má bunkové jadro. To tiež obsahuje molekulu deoxyribonukleovej kyseliny, časť chromozómov. Všetky z vyššie uvedených zlúčenín sú v jeho atómov zložení z dusíka, uhlíka s kyslíkom, vodík. To je dôkazom ich mimoriadny význam, pretože chemická organizácia bunky závisí od obsahu biogénnych prvkov, ktoré tvoria bunkové štruktúry: hyaloplasm a organel.

Makroživín a ich významy

Chemické látky, ktoré sú tiež veľmi bežné v bunkách rôznych typov organizmov, biochémie, sa nazývajú makroživiny. Ich obsah v bunke je 1,2% - 1,9%. Tým makroprvkov bunky zahŕňajú: fosfor, draslík, chlór, síru, horčík, vápnik, železo a sodík. Všetky z nich majú dôležité funkcie a sú súčasťou rôznych bunkových organel. To znamená, že železnaté ióny je prítomná v krvnej bielkoviny - hemoglobín, ktorý prenáša kyslík (v takom prípade sa nazýva oxyhemoglobín), oxid uhličitý (karbogemoglobin) alebo oxidu uhličitého (karboxyhemoglobínu).

Sodné ióny poskytujú dôležité formu medzibunkovej dopravy: tzv čerpadlo sodno-draselného. Sú tiež súčasťou medzibunkovej tekutiny a krvnej plazmy. horečnaté ióny prítomné v chlorofylu molekúl (photopigment vyšších rastlín) a sú zapojené v procese fotosyntézy, rovnako ako forma reakčných centier, že pasce fotóny svetelnej energie.

Vápenaté ióny poskytujú vedenie nervových impulzov pozdĺž vlákien a sú hlavnou zložkou osteocyty - kostných buniek. zlúčeniny vápnika sú veľmi rozšírené v celom svete bezstavovcov živočíchov, ktorých plášte sú zložené z uhličitanu vápenatého.

Chloridové ióny sa podieľajú na dobíjanie bunkovú membránu a poskytuje vzhľad elektrických pulzov základného nervovej stimulácie.

Atómy síry sú súčasťou natívneho proteínu a spôsobí ich terciárne štruktúra "šitie" polypeptidový reťazec, čím sa vytvorí globulárne molekulu proteínu.

Draselné ióny sa podieľajú na transporte látok cez bunkové membrány. atómy fosforu sú súčasťou tohto dôležitého energeticky náročných látok, ako sú adenozíntrifosfátu, a je dôležitou súčasťou molekúl deoxyribonukleovej a ribonukleovej kyseliny, ktoré sú hlavnou látky bunka dedičnosť.

Trace funkcie v bunkovom metabolizme

Asi 50 chemické prvky, ktoré tvoria menej ako 0,1% v bunkách, tzv mikrobublín. Medzi ne patrí zinok, molybdén, jód, meď, kobalt, atóm fluóru. S nízkymi nárokmi na údržbu vykonávajú veľmi dôležitú funkciu, ako súčasť mnohých biologicky aktívnych látok.

Napríklad atómy zinku sú v inzulínovej molekule (pankreatický hormón regulujúci krvnej hladiny glukózy v krvi), jód je zložkou hormónov štítnej žľazy - tyroxín a trijódtyronín riadenie úrovne metabolizmus v tele. Meď, spolu s iónmi železa zapojených krvotvorby (tvorbe červených krviniek, krvných doštičiek a bielych krviniek v kostnej dreni stavovcov). Ióny medi sú zahrnuté v hemocyanin pigment prítomný v krvi bezstavovcov, takých kôrovcov. Preto je farba ich hemolymfa modrej.

Ďalšie menšie obsah v bunkových týchto chemických prvkov, ako je olovo, zlato, brómu, striebro. Nazývajú sa ultromikroelementami a súčasťou rastlinných a živočíšnych buniek. Napríklad, v chemickej analýze boli zistené kukurica kvetovke ióny zlata. brómu vo veľkom počte buniek zahrnutých v stielok hnedej a červenej riasy, ako Sargassum, Laminaria, Fucus.

Všetky vyššie uvedené príklady a fakty vysvetľujú, ako vzájomne chemické zloženie, funkcie a štruktúry buniek. Nižšie uvedená tabuľka ukazuje obsah rôznych chemických prvkov v bunkách živých organizmov.

Všeobecná charakteristika organických zlúčenín

Chemické vlastnosti buniek z rôznych skupín organizmov v určitým spôsobom závislé na atómoch uhlíka, ktoré tvoria viac ako 50% bunkovej hmoty. Prakticky všetky suchý článok ohľadu na to, je reprezentovaný sacharidy, proteíny, nukleové kyseliny a lipidov, ktoré majú zložitú štruktúru a vysokej molekulovej hmotnosti. Takéto molekuly sa nazývajú makromolekuly (polyméry) a sú zložené z jednoduchších prvkov - monomérov. Proteínové látky hrajú veľmi dôležitú úlohu a vykonávať celý rad funkcií, ktoré sú popísané nižšie.

Úloha proteínov v bunke

Biochemická analýza zlúčeniny vstupe do živej bunky, potvrdzuje vysoký obsah organických látok, ako sú proteíny. Táto skutočnosť má logické vysvetlenie: proteíny vykonávať celý rad funkcií a sú zapojení do všetkých aspektov bunkového života.

Napríklad ochranná funkcia proteínov je tvorba protilátok - protilátky produkované lymfocyty. Také ochranné proteíny, ako je trombín, fibrín a tromboblastin poskytnúť zrážanie krvi a zabrániť jeho stratu trauma a zranenia. Komplex zloženie bunky obsahuje bunkové membránové proteíny, ktoré majú schopnosť rozpoznávať cudzie zložky - antigény. Nezmení svoju konfiguráciu a zostavy bunku z potenciálnych rizík (funkcia alarm).

Niektoré proteíny majú regulačnú funkciu a sú hormóny, ako je napríklad oxytocín, produkované v hypotalame, hypofýzy vyhradené. Vychádzajúc z neho do krvi, oxytocín pôsobí na svalové stene maternice, čo spôsobuje jeho zníženiu. vazopresín proteín tiež slúži regulačnú funkciu tým, že riadi krvný tlak.

Svalové bunky sú aktínu a myosin, sú schopné zmenšovať, čo spôsobí, že funkcia motora svalového tkaniva. Pre proteíny, typické a trofické funkcie, napríklad albumín embryo používajú ako živiny pre rozvoj. Krvné proteíny rôznych organizmov, ako je hemoglobín a hemocyanin, molekuly kyslíka sú prenesené - pôsobiť transportnú funkciu. Ak je viac spotrebou energie látky, ako sú sacharidy a lipidy, plne využitá, bunka začne rozkladať proteíny. Jeden gram tohto materiálu 17 dáva 2 kJ energie. Jednou z najdôležitejších funkcií proteínov je katalytická (bielkoviny, enzýmy urýchliť chemické reakcie v cytoplazmatických oddielov). Na základe vyššie uvedeného, sme zistili, že tieto proteíny majú rad veľmi dôležitých funkcií a potrebnej časti živočíšne bunky.

biosyntéza proteín

Zoberme si proces syntézy proteínu v bunke, ktorý sa vyskytuje v cytoplazme cez organel, ako sú ribozómy. Vďaka aktivite špecifických enzýmov, za účasti ribozómy vápenatých iónov sa spoja polysomy. Hlavné funkcie ribozómy v bunke - syntézu molekúl bielkovín, spustenie procesu transkripcie. V dôsledku toho sú syntetizované mRNA molekuly, ku ktorej sú pripojené polysomy. Potom začne druhý pokus - vysielanie. Doprava RNA sa viažu na dvadsať rôznych druhov aminokyselín, a priviesť ich do polysomy, a pretože funkcia ribozómov v bunke - syntéza polypeptidov, tieto organely vytvárať komplexy s tRNA a aminokyselinové molekuly sú spojené peptidovými väzbami za vzniku proteínovej makromolekuly.

Úloha vody v metabolizme

Cytologické štúdie potvrdili skutočnosť, že štruktúra a zloženie buniek, ktorý študujeme, v priemere o 70% vody, a v mnohých zvierat, čo vedie vodný spôsob života (napr coelenterates) jeho obsah dosahuje 97-98%. S ohľadom na túto chemickú organizáciu buniek zahŕňa hydrofilné (schopný rozpustenie) a hydrofóbne (vodu odpudzujúceho) materiálu. Ako univerzálne polárneho rozpúšťadla, voda hrá kľúčovú úlohu a má priamy vplyv nielen na funkciu, ale aj v samotnej štruktúre buniek. Nižšie uvedená tabuľka ukazuje obsah vody v rôznych typov buniek živých organizmov.

Funkcia sacharidov v bunke

Ako sme už bolo vysvetlené skôr, s významnými organické chemikálie - polymérov - sú tiež sacharidy. Tie zahŕňajú polysacharidy, oligosacharidy a monosacharidy. Sacharidy sú súčasťou zložitejších systémov - glykolipidov a glykoproteínov, ktoré sú vyrobené z bunkových membrán a nadmembrannye štruktúra, napr. Glykokalyx.

Ďalej uhlíka v sacharidov zahŕňa atómy vodíka a okysličenie, a niektoré polysacharidy obsahujú viac dusíka, síry a fosforu. Bunky mnohých rastlinných sacharidov: Zemiakové hľuzy obsahujú až 90% škrobu v semenách a obsah ovocie sacharidov až 70%, a živočíšne bunky sa nachádzajú vo forme takých zlúčenín, ako je glykogén, chitín a trehalózy.

Jednoduché cukry (monosacharidy), majú všeobecný vzorec CnH2nOn a rozdelený do tetrózy, trojosí, pentóza a hexózy. Posledné dva sú najčastejšie v bunkách živých organizmov, napríklad, ribózy a deoxyribóza sú súčasťou nukleových kyselín a glukózy a fruktózy sa zúčastňuje v reakciách asimilácie a disimilace. Oligosacharidy sa často nachádzajú v rastlinných bunkách: sacharóza je uložená v bunkách cukrovej repy a cukrovej trstiny, maltóza obsiahnuté v obilkách vyklíčených raž a jačmeň.

Disacharidy majú sladkú chuť a sú ľahko rozpustné vo vode. Polysacharidy, pričom tieto biopolyméry tvoria najmä škrob, celulóza, glykogénu a laminarinu. Štrukturálne formy zahŕňajú polysacharidy chitín. Primárnou funkciou sacharidov v bunke - energie. Ako výsledok hydrolýzy reakcií a energetický metabolizmus štiepi polysacharidy na glukózu, a to sa potom oxiduje na oxid uhličitý a vodu. Výsledkom je, že jeden gram glukózy uvoľňuje 17,6 kJ energie, a rezervy škrobu a glykogénu, sú v podstate bunkovej energie nádrž.

Glykogén je uložený hlavne vo svalových a pečeňových buniek, rastlinného škrobu - v hľuzy, cibule, korene, semená a článkonožcov, ako sú pavúky, hmyzu a kôrovcov, hlavnú úlohu v zásobovaní energiou hrá oligosacharid trehalóza.

Sacharidy sú odlišné od lipidov a proteínov, schopnosť anoxické degradácii. To je mimoriadne dôležité pre organizmy žijúce v podmienkach nedostatku alebo v neprítomnosti kyslíka, napríklad anaeróbnym baktériám a háďatká vo - parazitov u ľudí a zvierat.

Existuje ešte ďalšie funkcie sacharidov v bunke - konštrukcie (štrukturálne). To spočíva v tom, že tieto látky sú nosné štruktúry buniek. Napríklad, celulóza je súčasťou bunkových stien rastlín, chitín tvorí vonkajšiu kostru a mnoho bezstavovcov sa vyskytuje v bunkách húb, olisaharidy spolu s lipidmi a proteínmi molekuly tvorí glykokalyx - nadmembranny komplex. To poskytuje adhéziu - medzi hrudkujúca živočíšnych bunkách, čo vedie k tvorbe tkaniva.

Lipidy: štruktúra a funkcia

Tieto organické látky, ktoré sú hydrofóbne (vo vode nerozpustné), môžu byť odstránené, tj. So extrahuje z buniek nepolárnych rozpúšťadlách, ako je acetón alebo chloroform. Funkcia lipidov v bunke závisí od toho, ktorá z troch skupín patria: na tuky, vosky alebo steroidy. Tuky sú najčastejšie u všetkých typov buniek.

Zvieratá sa hromadí je v podkožného tukového tkaniva, nervové tkanivo obsahuje tuk vo forme myelínové pošvy nervov. To tiež hromadí v obličkách, pečeni, hmyz - v tuku tela. Tekuté tuky - oleje - nájdené v semenách mnohých rastlín: borovica, arašidový, slnečnicový, olivový. Obsah lipidov v bunkách sa pohybuje v rozmedzí od 5 do 90% (v tukovom tkanive).

Steroidy a vosky sa líšia od tukov v tom, že nemajú v molekulách zvyškov mastných kyselín. Takže, steroidy - je to hormóny kôru nadobličiek, ktoré ovplyvňujú puberty telo a ktoré sú súčasťou testosterónu. Sú tiež súčasťou vitamínov (napr., Vitamín D).

Hlavnou funkciou lipidov v bunke - je energia, konštrukcia a ochranu. Prvý z nich je vzhľadom k tomu, že 1 g tuku vo štiepenie dáva 38,9 kJ energie - oveľa viac než u iných organických látok - bielkovín a sacharidov. Okrem toho, pri oxidácii tukov 1d stojí takmer 1,1 c. voda. To je dôvod, prečo sú niektoré zvieratá, ktorá má zásoby tuku v tele môže byť dlhú dobu bez vody. Napríklad gopher môže byť spiace po dobu dlhšiu ako dva mesiace, aby bolo nutné pre vodu, a nepije vodu ťava na prechody cez púšť po dobu 10-12 dní.

Konštrukcia funkcie lipidov spočíva v tom, že sú neoddeliteľnou súčasťou bunkových membrán, ako aj časť nervu. Ochranná funkcia lipidov spočíva v tom, že vrstva tuku pod kožu okolo obličiek a ďalších vnútorných orgánoch je chráni od mechanického poškodenia. Merná tepelná izolácia funkcia je inherentnú zvierat po dlhú dobu byť vo vode: veľryby, tesnenia, kožušiny tesnenie. Silný podkožné tuková vrstva, napríklad, modrá veľryba je 0,5 m, chráni zviera podchladenie.

Hodnota Kyslík v bunkovom metabolizme

Aeróbne, ktoré obsahujú väčšinu zvierat, rastlín a človeka, s použitím atmosférického kyslíka pre výmenu energie reakcií vedúcich k štiepeniu organických látok a pridelenie určité množstvo energie, akumulované vo forme molekúl adenosintrifosfátu.

To znamená, že kompletná oxidácia jedného mólu glukózy, ktorý sa vyskytuje v mitochondriálnej cristae, 2800 kJ energie je pridelený, z ktorých 1596 kJ (55%), je uložená vo forme ATP molekúl obsahujúcich makroergných spojenie. To znamená, že primárnou funkciou kyslíka v bunke - vykonávanie aeróbne dýchanie, ktorý je založený na skupine enzymatických reakcií tzv dýchacie reťazec vyskytujúce sa v organelách - mitochondriách. V prokaryotických organizmoch - fototrofních baktérií a siníc - oxidácia živín dochádza pod vplyvom kyslíka difundovať do buniek vo vnútorných výstupkov plazmatické membrány.

Máme chemické organizácie buniek sa študovala, rovnako ako procesy syntézy proteínov a funkcie kyslíka v bunkovom metabolizme energie.