Organizacja chemiczny komórek: substancje organiczne, makro- i mikroskładników

Pod koniec 19 wieku utworzyli oddział biologii nazywane biochemia. Studiuje skład chemiczny żywych komórkach. Głównym zadaniem nauki – znajomość specyfiki metabolizmu i energii, regulując funkcje życiowe komórek roślinnych i zwierzęcych.

Pojęcie skład chemiczny komórek

W wyniku rozległych badań przeprowadzonych przez naukowców badano organizacja chemiczny komórek i okazało się, że żywe organizmy składają się z ponad 85 pierwiastków chemicznych. A niektóre z nich są wymagane dla prawie wszystkich organizmów, podczas gdy inne są specyficzne i występują w poszczególnych gatunków. Trzecia grupa pierwiastków obecnych w komórkach drobnoustrojów, roślin i zwierząt w odpowiednio małej ilości. pierwiastków chemicznych ogniwa są często w postaci kationów i anionów, z którego są utworzone soli mineralnych i wody i organiczne związki węgla są syntetyzowane: węglowodanów, białek, lipidów.

elementy organogenicznych

W Biochemistry, obejmują węgiel, wodór, tlen i azot. Ich znajduje się w komórce 88 do 97% innych pierwiastków chemicznych zawartych w nim. Szczególnie ważny jest węgiel. Wszystkie substancje organiczne zawarte w kompozycji komórek składa się z cząsteczek zawierających atomy węgla w ich skład. Mogą one być połączone ze sobą tworząc łańcuch (rozgałęzione i nierozgałęzione), jak również cykli. Zdolność ta stanowi podstawę uderzającą atomy węgla różnorodność substancji organicznych zawartych w cytoplazmie komórki i organelle.

Na przykład, wewnętrzna zawartość komórki składa się z rozpuszczalnych oligosacharydów, białek hydrofilowych, lipidy, różne rodzaje RNA: RNA transferu, rybosomalny RNA informacyjny RNA, jak również w postaci wolnych monomerów – nukleotydów. Taka kompozycja chemiczna ma jądra komórkowego. Zawiera on również cząsteczki kwasu dezoksyrybonukleinowego, część chromosomów. Wszystkie z powyższych związków znajdują się w kompozycji z jego atomów azotu, węgla, tlenu, wodoru. Jest to dowodem na ich szczególne znaczenie, ponieważ organizacja chemiczny komórki zależy od zawartości pierwiastków biogennych, które tworzą struktury komórkowe: hyaloplasm i organelli.

Makroelementy i ich znaczenie

pierwiastki chemiczne, które są bardzo powszechne na komórkach różnych typów organizmów, biochemia nazywane makroelementy. Ich zawartość w komórce wynosi 1,2% – 1,9%. Przez makroelementów komórki obejmują fosfor, potas, chlor, siarkę, wapń, magnez, żelazo i sód. Wszystkie z nich posiadają ważne funkcje i są częścią poszczególnych organelli komórkowych. W ten sposób, jony żelaza występuje w białku krwi – hemoglobiny, który przenosi tlenu (w tym przypadku jest wywoływana oksyhemoglobiny), dwutlenek węgla (karbogemoglobin) lub ditlenek węgla (karboksyhemoglobiny).

Jony sodu daje istotną postać komunikacji międzykomórkowej: tak zwanej pompy sodowo-potasowej. Oni również są częścią płynu śródmiąższowego osocza i krwi. jony obecne w cząsteczkach chlorofilu (photopigment roślin wyższych) i są zaangażowane w procesie fotosyntezy, a jako ośrodki reakcji formę, która wychwytuje energię fotonów światła magnezu.

Jony wapnia dostarczają przewodzeniu impulsów nerwowych wzdłuż włókna, są głównym składnikiem osteocyty – komórek kostnych. Związki wapnia są szeroko rozpowszechnione na całym świecie zwierząt bezkręgowych, których powłoki zbudowane są z węglanu wapnia.

Jony chlorkowe są zaangażowane w ładowania błony komórkowej i zapewniają wygląd impulsów elektrycznych bazowego stymulacji nerwowej.

Atomy siarki należą do natywnego białka, powodując ich strukturę trzeciorzędową „zszywania” łańcuch polipeptydowy, tworząc w ten sposób kulistą cząsteczkę białka.

Jony potasu udział w transporcie substancji przez błony komórkowe. atomy fosforu są częścią tej ważnej energochłonnych substancji, takich jak adenozynotrifosforanu i jest ważnym składnikiem cząsteczek kwasów deoksyrybonukleinowych i rybonukleinowych, które są głównym dziedziczność substancji komórkowej.

Funkcja śledzenia w metabolizmie komórkowym

Około 50 pierwiastki chemiczne stanowiące mniej niż 0,1% komórek, zwanych mikrokomórek. Należą do nich cynk, molibden, jod, miedź, kobalt, fluor. Dzięki łatwej konserwacji pełnią one bardzo ważną funkcję w ramach wielu substancji biologicznie czynnych.

Na przykład, atomy cynku są w cząsteczce insuliny (hormon trzustki regulacji poziomu glukozy we krwi), jod jest składnikiem hormonów tarczycy – tyroksyny i trijodotyroniny kontrolowania poziomu metabolizmu w organizmie. Miedzi wraz z jonami żelaza włączone w hematopoezę (tworzenie krwinek czerwonych, płytek krwi i krwinek białych we krwi w szpiku kostnym u kręgowców). Jony miedzi zawarte w skałoczepa barwnika obecnego w krwi bezkręgowców, takich skorupiaków. Dlatego kolor ich hemolimfie błękitu.

Mniej więcej zawartość w komórkach takich pierwiastków, takich jak ołów, złoto, srebro, bromu. Nazywane są ultromikroelementami i część komórek roślinnych i zwierzęcych. Na przykład, w analizie chemicznej wykryto jonów kukurydzy weevil złota. bromu w dużej ilości komórek zawartych w plechy w brązowych i czerwonych alg, takich jak Sargassum, Laminaria, morszczyn.

Wszystkie wcześniej podane przykłady i fakty wyjaśnić w jaki sposób ze sobą powiązane składu chemicznego, struktury i funkcji komórek. W poniższej tabeli podano zawartości różnych pierwiastków chemicznych w komórkach organizmów żywych.

Ogólna charakterystyka związków organicznych

Właściwości chemiczne różnych grup komórek organizmów w pewien sposób uzależnione od atomów węgla, które stanowią ponad 50% masy komórek. Praktycznie wszystkie substancje komórek sucho reprezentowane węglowodany, białka, kwasy nukleinowe i lipidy, które mają skomplikowaną konstrukcję i wysokiej masie cząsteczkowej. Takie cząsteczki są zwane makrocząsteczki (polimerów) i składają się z prostych elementów – monomerów. substancje białkowe odgrywają niezwykle ważną rolę i wykonywać różne funkcje, które są omówione poniżej.

Rola białek w komórce

Analiza biochemiczna związki zaciągnie żywej komórki potwierdzają wysoką zawartość substancji organicznych, takich jak białka. Fakt ten ma logiczne wytłumaczenie: Białka wykonywać różnorodne funkcje i są zaangażowane we wszystkie aspekty życia komórki.

Na przykład, funkcja ochronna białek jest powstawanie przeciwciał – przeciwciała wytwarzane przez limfocyty. Takie białka ochronne, takie jak trombina, fibrynę i tromboblastin zapewnienia krzepnięcia krwi i zapobiec utracie w urazów lub obrażeń. Kompleks kompozycja komórki obejmuje białek błonowych komórki mające zdolność rozpoznawania obcych związków, – antygeny. Zmieniają ich konfigurację i komórkę raportu potencjalnych zagrożeń (funkcja alarmu).

Niektóre białka pełnią funkcję regulacyjną i są hormony, takie jak oksytocyna, produkowane przez podwzgórze, przysadka zastrzeżone. Wychodząc z niej do krwi, oksytocyna działa na ścianki mięśnia macicy, powodując jego ograniczenie. Białko wazopresyna pełni również funkcję regulacyjną poprzez kontrolowanie ciśnienia krwi.

Komórki mięśni są miozyna i aktyna są w stanie zmniejszać, co powoduje, że funkcje motoryczne tkanki mięśniowej. W przypadku białek, funkcja typowym i troficznego, na przykład, albumina zarodków stosuje się jako środek odżywczy dla rozwoju. białka krwi z różnych organizmów, takich jak hemoglobiny i skałoczepa, cząsteczki tlenu są przetwarzane – obsługiwać funkcję transportową. Jeśli więcej substancji energochłonnych, takie jak węglowodany i lipidy, w pełni wykorzystywane, komórka zaczyna rozkładać białka. Jeden gram tego materiału 17, daje 2 kJ energii. Jedną z najważniejszych funkcji białek jest katalityczna (białek, enzymów przyspieszać reakcje chemiczne w cytoplazmie przedziałów). Na podstawie powyższego, widzieliśmy, że białka posiadają szereg bardzo ważnych funkcji i niezbędną częścią komórki zwierzęcej.

biosyntezy białka

Rozważmy proces syntezy białka w komórce, która występuje w cytoplazmie przez organelli, takich jak rybosomy. Dzięki aktywności specyficznych enzymów, z udziałem rybosomu jonów wapnia łączą polisomów. Główne funkcje rybosomami w komórce – synteza cząsteczek białkowych, rozpoczynając proces transkrypcji. W wyniku tego są syntetyzowane cząsteczki mRNA, do którego są przyłączone polisomów. Następnie rozpoczyna się drugi proces – transmisję. Transport RNA wiążą się z dwudziestu różnych rodzajów aminokwasów i doprowadzić je do polisomów i od funkcji rybosomami w komórce – synteza polipeptydów, te organelle tworzyć kompleksy z tRNA, oraz cząsteczki aminokwasowe są połączone wiązaniami peptydowymi, tworząc makrocząsteczki białka.

Rola wody w metabolizmie

cytologicznych badań potwierdzają, że struktura komórkowa i skład którego nauki, średnio 70% wody, a u wielu zwierząt, co sposób woda życia (np jamochłonów) jego zawartość wynosi 97-98%. W związku z tym organizacji chemicznego komórek zawiera hydrofilowy (zdolnego do rozpuszczania) i hydrofobowy materiał (odrzucający wodę). Jako uniwersalnego rozpuszczalnika polarnego, woda odgrywa kluczową rolę i ma bezpośredni wpływ nie tylko na funkcji, ale także w samej strukturze komórek. Poniższa tabela przedstawia zawartość wody w różnych typach komórek organizmów żywych.

Funkcja węglowodanów w komórce

Jak wspomniano wcześniej, do głównych chemicznych – polimerów organicznych – także węglowodany. Są to polisacharydy, oligosacharydy i cukry proste. Węglowodany są częścią bardziej złożonych systemów – glikolipidy i glikoproteiny, które zbudowane są z błony komórkowej oraz konstrukcji nadmembrannye, np glikokaliks.

Ponadto węgla w węglowodan zawiera atomy wodoru, a natlenienie i pewne polisacharydy zawierają więcej atomów azotu, siarki i fosforu. Komórki wielu węglowodanów roślinnych: bulw ziemniaka zawierają do 90% skrobi w nasionach i zawartości węglowodanów, owoce do 70%, a komórki zwierzęce znajdują się w postaci takich związków, jak glikogenu, chityny i trehaloza.

Cukry proste (monosacharydy) mają ogólny wzór CnH2nOn podzielono na triozy, tetrozy, pentozy i heksozy. Dwa ostatnie są najbardziej powszechne w komórkach organizmów żywych, na przykład, rybozy i dezoksyrybozy należą kwasy nukleinowe, glukoza i fruktoza są zaangażowane w reakcjach asymilacji i dysymilacji. Oligosacharydy są często spotykane w komórkach roślinnych: sacharoza są przechowywane w komórkach, buraków cukrowych i trzciny cukrowej, maltoza zawartego w ziarniakach kiełkujących żyta i jęczmienia.

Disacharydy mają słodki smak i są łatwo rozpuszczalne w wodzie. Polisacharydy, będąc biopolimerów obejmują głównie skrobia, celuloza, glikogen i laminarinu. Formy konstrukcyjne obejmują polisacharydy chityny. Podstawową funkcją węglowodanów w komórce – energia. W wyniku reakcji hydrolizy i metabolizmie energetycznym rozszczepia polisacharydy do glukozy, a następnie utlenia się do dwutlenku węgla i wody. W rezultacie jeden gram wydaniach glukozy 17,6 kJ energii i zastrzega skrobi i glikogenu, są zasadniczo komórkowej zbiornik energii.

Glikogen osadza się głównie w komórkach mięśni i wątroby, skrobia roślinna – w bulwach, bulw, korzeni, nasion i stawonogów, takich jak pająki, owady i skorupiaki, główną rolę w dostawie energii odgrywa trehalozę oligosacharydów.

Węglowodany różnią się z lipidów i białek, zdolność do degradacji beztlenowej. Jest to bardzo ważne dla żywych organizmów w warunkach z niedoborem lub brakiem tlenu, takich jak bakterie beztlenowe i robaków – pasożytów u ludzi i zwierząt.

Istnieje inna funkcja węglowodanów w komórce – konstrukcja (strukturalnych). To polega na tym, że substancje te są nośnej struktury komórek. Na przykład, celulozowa jest częścią ścian komórkowych roślin, chitynę tworzy zewnętrzną szkieletu i bezkręgowców występuje wiele komórek grzybów, olisaharidy wraz z lipidami i białkami, tworząc cząsteczki glikokaliks – nadmembranny złożone. Zapewnia przyczepność – w przedziale od grudki komórek zwierzęcych, co prowadzi do tworzenia się tkanki.

Lipidy: struktura i funkcja

Te substancje organiczne, które są hydrofobowe (nierozpuszczalne w wodzie), może być usunięty, to znaczy ekstrahuje się z komórek niepolarnych rozpuszczalników, takich jak aceton i chloroform. Funkcja lipidów w komórce zależy od tego, która z tych trzech grup należą: tłuszczów, wosków lub sterydy. Tłuszcze są najbardziej powszechne we wszystkich typach komórek.

Zwierzęta gromadzą je w podskórnej tkanki tłuszczowej, tkance nerwowej zawiera tłuszcz w postaci osłonki mielinowej nerwów. gromadzi się także w nerkach, owadów – w organizmie tłuszczu. Ciekłe tłuszcze – oleje – znalezione w nasionach wielu roślin: sosna, arachidowy, słonecznikowy, oliwa. Zawartość lipidów w komórkach w zakresie od 5 do 90% (w tkance tłuszczowej).

Steroidy i woski różnią się od tłuszczów, które nie mają w cząsteczkach reszt kwasów tłuszczowych. Tak więc, sterydy – to hormonami kory nadnerczy, wpływając dojrzewania ciało i które są składnikami testosteronu. są one również częścią witaminy (na przykład, witamina D).

Główną funkcją lipidów w komórce – energia, konstrukcja i ochronę. Pierwszym z nich jest w związku z tym, że 1 gram tłuszczu w rozszczepiania daje 38,9 kJ energii – znacznie bardziej niż w przypadku innych substancji organicznych, – białka i węglowodanów. Ponadto, w wyniku utleniania 1d tłuszczu stoi prawie 1,1 C. wody. Dlatego niektóre zwierzęta mają zapasy tłuszczu w organizmie może być bardzo długo bez wody. Na przykład, gophers może być uśpione przez ponad dwa miesiące, bez konieczności stosowania wody i nie pić wody na wielbłądzie przez pustynię przejść przez 10-12 dni.

Budowa lipidów funkcji polega na tym, że stanowią one integralną część błon komórkowych, a także część nerwu. Funkcja ochronna lipidów polega na tym, że warstwa tłuszczu pod skórą wokół nerkach i innych narządach wewnętrznych chroni je przed uszkodzeniem mechanicznym. Specyficzną funkcję izolacji cieplnej jest nieodłączną zwierząt przez dłuższy czas, będącej w wodzie: wielorybów, uszczelek, uszczelki futra. Gruba warstwa podskórnej tkanki tłuszczowej, na przykład, niebiesko wieloryba 0,5 m chroni zwierzę przed hipotermią.

Wartość tlenu w metabolizmie komórkowym

organizmów tlenowych, które zawierają ogromną większość zwierząt, roślin i ludzi, z użyciem tlenu atmosferycznego do reakcji wymiany energii prowadzi do rozszczepienia substancji organicznych i przydziału pewnej ilości energii zgromadzonej w postaci cząsteczek trifosforan adenozyny.

W ten sposób całkowite utlenienie jeden mol glukozy, która występuje w mitochondrialnym cristae 2800 kJ energii jest przydzielone, którego 1596 kJ (55%) znajduje się w postaci cząsteczek zawierających połączenie macroergic ATP. Zatem podstawowa funkcja tlenu w komórce – realizacja oddychania tlenowego, który jest oparty na reakcji enzymatycznej grupy tak zwany łańcuch oddechowy występujący w organellach – mitochondriami. U organizmów prokariotycznych – fototropowy bakterii i cyjanobakterii – utlenianie składników odżywczych zachodzi pod wpływem dyfuzję tlenu do komórek wewnętrznych wypukłości błon plazmatycznych.

Mamy organizacja chemiczny komórek badano, jak również sposoby wytwarzania białka i tlenu w funkcji komórkowej przemiany energii.