Den kjemiske organisering av celler: organiske stoffer, makro- og mikroelementer

I slutten av det 19. århundre dannet det en gren av biologien kalles biokjemi. Hun studerer den kjemiske sammensetningen av levende celler. Hovedoppgaven for vitenskap - kunnskap om særegenheter metabolisme og energi, regulerer vitale funksjoner i plante- og dyreceller.

Konseptet med den kjemiske sammensetningen av cellene

Som et resultat av omfattende forskning av forskere kjemisk organisering av celler har blitt studert og funnet at levende ting består av mer enn 85 kjemiske elementer. Og noen av dem er nødvendig for nesten alle organismer, mens andre er spesifikke og forekommer i bestemte arter. En tredje gruppe av kjemiske elementer som er tilstede i cellene i mikroorganismer, planter og dyr i tilstrekkelig små mengder. Kjemiske elementer i cellen er ofte i form av kationer og anioner fra hvilken mineralsalt og vann blir dannet, og organiske karbonforbindelser blir syntetisert: karbohydrater, proteiner, lipider.

organogenic elementer

I biokjemi, disse inkluderer karbon, hydrogen, oksygen og nitrogen. Deres sett er i en celle på 88 97% av de andre grunnstoffer som er tilstede i den. Spesielt viktig er karbon. Alle de organiske stoffene i sammensetningen av celler består av molekyler inneholdende karbon i komposisjonen atomer. De kan være sammenkoplet for å danne en kjede (forgrenede og uforgrenede), så vel som sykluser. Denne evnen karbonatomer ligger til grunn slående mangfold av organiske stoffer som inngår i cellecytoplasmaet og organeller.

For eksempel, de interne innholdet i cellen består av et oppløselig oligosakkarid, hydrofile proteiner, lipider, forskjellige typer av RNA: transfer RNA, ribosomal-RNA og messenger RNA, så vel som frie monomerer - nukleotider. En slik kjemisk sammensetning har en cellekjerne. Den inneholder også et molekyl av deoksyribonukleinsyre, en del av kromosomene. Alle de ovennevnte forbindelser er i sin sammensetning atomer av nitrogen, karbon med oksygen, hydrogen. Dette er et bevis på deres spesielle betydning, siden en kjemisk organisering av cellen avhenger av innholdet av biogene elementene som utgjør cellulære strukturer: hyaloplasm og organeller.

Makronæringsstoffer og deres betydning

Kjemiske elementer, som også er svært vanlig i celler av forskjellige typer organismer, blir biokjemi kalles makronæringsstoffer. Deres innhold i cellen er 1,2% - 1,9%. Ved Macroelements celler omfatter: fosfor, kalium, klor, svovel, magnesium, kalsium, jern og natrium. Alle av dem har viktige funksjoner og er en del av de ulike celleorganeller. Således er den toverdige jernioner som er tilstede i blodprotein - hemoglobin, som bærer oksygen (i hvilket tilfelle det kalles oksyhemoglobin), karbondioksid (karbogemoglobin) eller karbondioksid (karboksyhemoglobin).

Natriumioner gir viktig form for inter transport: den såkalte natrium-kalium-pumpe. De er også en del av mellomvæsken og blodplasma. Magnesiumioner som er tilstede i klorofyll-molekyler (photopigment høyere planter) og er involvert i prosessen med fotosyntese, så vel som danner reaksjonssentre som innfanger fotoner av lysenergi.

Kalsiumioner tilveiebringe overføring av nerveimpulser langs fibrene, og er den viktigste komponenten i osteocytter - benceller. Kalsiumforbindelser er utbredt i verden virvelløse dyr hvis skall er sammensatt av kalsiumkarbonat.

Kloridioner er involvert i å lade opp cellemembranen og gi utseende av elektriske pulser i den underliggende nervestimulering.

De svovelatomer er en del av det naturlige protein og forårsake deres tertiære struktur "søm" polypeptidkjede, for derved å danne kuleformede proteinmolekyl.

Kaliumioner er involvert i transport av stoffer gjennom cellemembraner. fosforatomer er en del av denne viktige energiintensive stoffer som adenosintrifosfat, og er en viktig del av molekylene av deoksyribonukleinsyrer og ribonukleinsyrer, som er de viktigste stoffer celle arvelighet.

Trace funksjon i cellulær metabolisme

Omtrent 50 kjemiske elementene som utgjør mindre enn 0,1% i cellene, kalt mikroceller. Disse inkluderer sink, molybden, jod, kobber, kobolt, fluor. Med lavt vedlikehold utfører de en meget viktig funksjon som en del av mange biologisk aktive stoffer.

For eksempel, sinkatomene er i insulinmolekylet (pankreatisk hormon som regulerer blodglukosenivå), er jod en bestanddel av thyroidhormoner - tyroksin og trijodtyronin kontrollere nivået av metabolismen i kroppen. Kobber, sammen med jernioner som er involvert i hematopoese (dannelsen av røde blodceller, blodplater og hvite blodlegemer i benmargen hos virveldyr). Kopperioner inngår i hemocyanin pigment til stede i blodet hos virvelløse dyr, slike skalldyr. Derfor fargen på deres hemolymph blå.

Mer innhold i cellen slik kjemiske elementer som bly, gull, brom, sølv mindre. De kalles ultromikroelementami og en del av dyre- og planteceller. For eksempel, i kjemisk analyse mais snutebillegullioner ble detektert. Bromatomer i et stort antall celler som inngår i thalli av brune og røde alger, slik som Sargassum, Laminaria, Fucus.

Alle tidligere disse eksemplene og fakta forklare hvordan innbyrdes kjemisk sammensetning, funksjon og struktur av celler. Tabellen nedenfor viser innholdet av forskjellige kjemiske elementer i celler i levende organismer.

Generelle trekk av organiske forbindelser

Kjemiske egenskaper av celler fra forskjellige grupper av organismer i en bestemt måte avhengig av karbonatomer, som utgjør over 50% av cellemasse. Praktisk talt alle celletørr materiale er representert karbohydrater, proteiner, nukleinsyrer og lipider, som har en kompleks struktur og høy molekylvekt. Slike molekyler kalles makromolekyler (polymer), og er sammensatt av enklere elementer - monomerer. Proteinstoffer spiller en ekstremt viktig rolle, og utføre en rekke forskjellige funksjoner, som er omtalt nedenfor.

Rollen av proteiner i cellen

Biokjemisk analyse av forbindelser som går inn i en levende celle, bekrefter høyt innhold av organiske stoffer slik som proteiner. Dette faktum har en logisk forklaring: proteiner utføre en rekke funksjoner og er involvert i alle aspekter av celle livet.

For eksempel, den beskyttende funksjon av proteiner er dannelsen av antistoffer - antistoffer produsert av lymfocytter. Slike beskyttende proteiner slik som trombin, fibrin og tromboblastin gi blodpropp og forhindrer tap av dette i traumer og skader. Den komplekse sammensetningen av cellen innbefatter cellemembranproteiner som har evne til å gjenkjenne fremmede forbindelser - antigener. De endrer sin konfigurasjon og rapport cellen av potensielle farer (alarmfunksjon).

Noen proteiner har en regulatorisk funksjon og er hormoner, såsom oxytocin, produsert av hypothalamus, hypofyse reservert. Ved å gå frem fra den i blodet, virker oksytocin på muskelen veggen av uterus, forårsaker sin reduksjon. vasopressin protein virker også en regulerende funksjon ved å kontrollere blodtrykket.

Muskelcellene er aktin og myosin, er i stand til å krympe, noe som fører til at motoren funksjon av muskelvev. For proteiner, typisk og trofisk-funksjon, f.eks albumin embryo brukt som et næringsstoff for utvikling. Blod proteiner av forskjellige organismer, slik som hemoglobin og hemocyanin, blir oksygenmolekyler overføres - operere transportfunksjon. Hvis mer energiforbrukende bestanddeler som karbohydrater og lipider, utnyttes fullt ut, begynner cellen for å bryte ned proteinene. Ett gram av dette materiale 17 gir 2 kJ energi. En av de viktigste funksjoner av proteinene er katalytisk (proteiner, enzymer fremskynde kjemiske reaksjoner i cytoplasmatiske fraksjoner). Basert på ovennevnte, har vi sett at proteinene har en rekke meget viktige funksjoner og nødvendig del av dyrecellen.

protein biosyntese

Anse prosessen av proteinsyntese i en celle, som oppstår i cytoplasma via organeller slik som ribosomer. Takket være aktiviteten av spesifikke enzymer, med deltakelse av ribosomet kalsiumioner kombineres for å polysomer. De viktigste funksjonene til ribosomene i cellen - syntese av proteinmolekylene, og starter den transkripsjonsprosessen. Som et resultat av det er syntetisert mRNA molekyler, til hvilken det er festet polysomer. Deretter begynner den andre rettssaken - kringkasting. Transport RNA binder til tjue forskjellige typer av aminosyrer og bringe dem til polysomer, og ettersom funksjonen for ribosomer i cellen - en syntese av polypeptider, disse organeller danne komplekser med tRNA, og aminosyre-molekyler er bundet sammen med peptidbindinger for å danne en proteinmakromolekyl.

Vannets rolle i stoffskiftet

Cytologiske undersøkelser har bekreftet det faktum at cellestrukturen og sammensetningen av disse vi studerer, et gjennomsnitt på 70% vann, og i mange dyr, fører en vann livsform (f.eks coelenterates) sitt innhold når 97-98%. I lys av denne kjemiske organisering av celler som inneholder hydrofile (istand til å oppløse) og hydrofob (vannavstøtende) materiale. Som en universell polart løsningsmiddel, spiller vann en viktig rolle og har en direkte innvirkning ikke bare på funksjonen, men også i selve strukturen av cellene. Tabellen nedenfor viser vanninnholdet i ulike typer celler i levende organismer.

Funksjonen av karbohydrater i cellen

Som vi forklarte tidligere, til viktige organiske kjemikalier - polymerer - er også karbohydrater. Disse inkluderer polysakkarider, oligosakkarider og monosakkarider. Karbohydrater er en del av flere komplekse systemer - glykolipider og glykoproteiner, som er konstruert av cellulære membraner og nadmembrannye struktur, f.eks glycocalyx.

Videre er karbon i karbohydratet omfatter hydrogen- og oksygenering, og noen polysakkarider inneholder mer nitrogen, svovel og fosfor. Cellene i mange plante karbohydrater: potetknoller inneholde opp til 90% stivelse i frø og frukter karbohydrat-innhold opp til 70%, og animalske celler finnes i form av slike forbindelser som glykogen, chitin og trehalose.

Enkle sukkerarter (monosakkarider) har den generelle formel CnH2nOn og oppdelt i tetroser, triosefosfatdehydrogenase, pentose og heksose. De to sistnevnte er de mest vanlig i celler i levende organismer, for eksempel, ribose og deoksyribose er en del av nukleinsyrer, og glukose og fruktose er involvert i reaksjonene assimilering og dissimilasjon. Oligosakkarider er ofte funnet i planteceller: sukrose er lagret i cellene av sukkerroer og sukkerrør, maltose som inneholdes i caryopses spirer rug og bygg.

Disakkarider har en søt smak og er lett løselige i vann. Polysakkarider, idet biopolymerer består hovedsakelig av stivelse, cellulose, glykogen og laminarin. De strukturelle former omfatter polysakkarider kitin. Den primære funksjon av karbohydrater i cellen - energi. Som et resultat av hydrolysereaksjoner, og energimetabolisme spaltet polysakkarider til glukose, og det er deretter oksyderes til karbondioksyd og vann. Som et resultat av ett gram av glukose utslipp 17,6 kJ energi, og reserver av stivelse og glykogen, er hovedsakelig cellulær energi reservoaret.

Glykogen avsettes hovedsakelig i muskel- og leverceller, vegetabilsk stivelse - i knoller, løker, røtter, frø og leddyr, slik som edderkopper, insekter og krepsdyr, den viktigste rolle i energiforsyningen spiller en oligosakkarid trehalose.

Karbohydrater er forskjellig fra lipider og proteiner, evnen til anoksisk degradering. Dette er ekstremt viktig for de organismer som lever under forhold på mangel eller fravær av oksygen, slik som anaerobe bakterier, og helminter - parasitter hos mennesker og dyr.

Det er en annen funksjon av karbohydrater i cellen - konstruksjon (strukturelle). Det ligger i det faktum at disse stoffene er bærende strukturer av celler. For eksempel, cellulose er en del av celleveggene av planter, danner chitin en ytre skjelett og mange virvelløse dyr forekommer i soppceller, olisaharidy sammen med lipider og proteiner molekyler danner glycocalyx - nadmembranny kompleks. Det gir adhesjon mellom et - klumper dyreceller, noe som fører til dannelsen av vevet.

Lipider: struktur og funksjon

Disse organiske stoffer, som er hydrofobe (vann-uløselig) kan fjernes, dvs. ekstrahert fra cellene ved ikke-polare oppløsningsmidler, slik som aceton eller kloroform. funksjon av lipider i cellen, avhenger av hvilken av de tre gruppene de tilhører, til fett, vokser eller steroider. Fett er det mest vanlig i alle typer celler.

Dyr samle dem i det subkutane fettvev, inneholder nervevev fett i form av myelinlaget av nerver. Det akkumuleres også i nyrer, lever, insekter - i fett kroppen. Flytende fett - olje - som finnes i frø av mange planter: furu, peanøttolje, solsikke, oliven. Lipidinnholdet i celler som varierer fra 5 til 90% (i det adipose vev).

Steroider og voks skiller seg fra fettstoffer ved at de ikke har i molekylene av fettsyreester. Så, steroider - det er hormoner binyrebarken, som påvirker pubertet kroppen og som er komponenter av testosteron. De er også en del av vitaminer (for eksempel vitamin D).

Hovedfunksjonen av lipider i cellen - er den energi, konstruksjon og beskyttelse. Den første er på grunn av det faktum at 1 gram av fett i at spaltning gir 38,9 kJ av energi - mye mer enn andre organiske stoffer - proteiner og karbohydrater. Videre er det i oksidasjon av fett 1d står det nesten 1.1 c. vann. Det er derfor noen dyr har et lager av fett i kroppen din kan være en lang tid uten vann. For eksempel kan jordrotter være sovende i mer enn to måneder, uten behov for vann, og ikke drikke vann kamel på overganger gjennom ørkenen i 10-12 dager.

Konstruksjon av lipider funksjon ligger i det faktum at de er en integrert del av cellemembraner, så vel som en del av nerven. Den beskyttende funksjon av lipider består i det faktum at fett laget under huden omkring nyrer og andre indre organer beskytter dem mot mekanisk skade. Spesifikk varmeisolasjon funksjon er iboende i dyrene i lang tid vært i vannet: hval, sel, pels sel. Tykt subkutan adipose lag, for eksempel, er blå hval 0,5 m, den beskytter dyret mot nedkjøling.

Verdi Oksygen i cellenes stoffskifte

Aerobe organismer, som inkluderer den overveldende majoriteten av dyr, planter og mennesker, ved hjelp av atmosfærisk oksygen for energiutvekslingsreaksjoner som fører til spaltning av organiske stoffer, og tildeling av en viss mengde energi akkumulert i form av molekyler av adenosintrifosfat.

Således, for fullstendig oksidering av et mol av glukose som oppstår i den mitokondrielle cristae, 2800 kJ av energi er tilordnet, hvorav 1596 kJ (55%) blir lagret i form av ATP-molekyler inneholdende macroergic forbindelse. Således er den primære funksjon av oksygen i cellen - gjennomføring av aerob respirasjon, som er basert på en gruppe av enzymatiske reaksjoner såkalt respiratoriske kjeden som forekommer i organeller - mitokondriene. I prokaryote organismer - fototrofe bakterier og cyanobakterier - oksidasjon av næringsstoffer inntreffer under påvirkning av oksygen diffundere inn i cellene i de indre fremspring av plasmamembraner.

Vi har kjemisk organisering av celler er studert, så vel som fremgangsmåter for proteinsyntese og oksygenfunksjon i celleenergimetabolisme.