Химични елементи на клетката.
- Предотвратяване
Клетките на живите организми в техния химичен състав значително се различават от околните неживи среди и структурата на химичните съединения, както и от множеството и съдържанието на химичните елементи. Общо около 90 химични елемента присъстват (открити днес) в живите организми, които, в зависимост от тяхното съдържание, се разделят на 3 основни групи: макроелементи, микроелементи и ултрамикроелементи.
Макронутриенти.
Макроелементите в значителни количества са представени в живите организми, вариращи от стотни от процента до десетки процента. Ако съдържанието на всяко химично вещество в организма надвишава 0,005% от телесното тегло, това вещество се нарича макроелементи. Те са част от основните тъкани: кръв, кости и мускули. Те включват например следните химични елементи: водород, кислород, въглерод, азот, фосфор, сяра, натрий, калций, калий, хлор. Макроелементите са около 99% от масата на живите клетки, като повечето (98%) са водород, кислород, въглерод и азот.
Таблицата по-долу показва основните макроелементи в тялото:
За всичките четири от най-често срещаните елементи в живите организми (водород, кислород, въглерод, азот, както беше казано по-рано) е характерно едно общо свойство. Тези елементи нямат един или повече електрони във външната орбита, за да образуват стабилни електронни връзки. Следователно, водородният атом за образуване на стабилна електронна връзка няма един електрон във външната орбита, кислородните атоми, азота и въглерода - съответно два, три и четири електрона. В тази връзка, тези химични елементи лесно образуват ковалентни връзки, дължащи се на сдвояването на електрони, и могат лесно да взаимодействат помежду си, запълвайки външните си електронни обвивки. В допълнение, кислород, въглерод и азот могат да образуват не само единични връзки, но и двойни връзки. В резултат на това броят на химическите съединения, които могат да се образуват от тези елементи, се увеличава значително.
В допълнение, въглерод, водород и кислород - най-лекият сред елементите, способни да образуват ковалентни връзки. Затова те се оказаха най-подходящи за образуването на съединения, които съставляват жива материя. Трябва да се отбележи отделно друго важно свойство на въглеродните атоми - способността да се образуват едновременно ковалентни връзки с четири други въглеродни атома. Благодарение на тази способност, скелетите се създават от огромно разнообразие от органични молекули.
Микроелементи
Въпреки че съдържанието на микроелементи не надвишава 0,005% за всеки отделен елемент, и като цяло те съставляват само около 1% от масата на клетките, микроелементите са необходими за жизнената активност на организмите. При липса или липса на съдържание могат да възникнат различни заболявания. Много микроелементи са част от не-протеинови ензимни групи и са необходими за осъществяване на тяхната каталитична функция.
Например, желязото е неразделна част от хем, който е част от цитохроми, които са компоненти на веригата за пренос на електрони, и хемоглобин, протеин, който транспортира кислород от белите дробове до тъканите. Недостигът на желязо в човешкото тяло причинява развитие на анемия. Липсата на йод, който е част от тироксиновия хормон на щитовидната жлеза, води до появата на заболявания, свързани с недостатъчност на този хормон, като ендемична гуша или кретинизъм.
Примери за микроелементи са представени в таблицата по-долу:
2.3 Клетъчен химичен състав. Макро и микроелементи
Видеоурок 2: Структура, свойства и функции на органичните съединения Понятието за биополимери
Лекция: Химичен състав на клетките. Макро и микроелементи. Връзката между структурата и функциите на неорганични и органични вещества
макроелементи, чието съдържание не е по-ниско от 0,01%;
микроелементи - концентрацията на които е по-малка от 0.01%.
Във всяка клетка съдържанието на микроелементи е по-малко от 1%, макроелементите съответно - повече от 99%.
Натрий, калий и хлор осигуряват много биологични процеси - тургор (вътрешно клетъчно налягане), поява на нервни електрически импулси.
Азот, кислород, водород, въглерод. Това са основните компоненти на клетката.
Фосфорът и сярата са важни компоненти на пептидите (протеините) и нуклеиновите киселини.
Калцият е в основата на всякакви скелетни образувания - зъби, кости, черупки, клетъчни стени. Той също така участва в мускулната контракция и кръвосъсирването.
Магнезият е компонент на хлорофила. Участва в синтеза на протеини.
Желязото е компонент на хемоглобина, участва в фотосинтезата, определя ефективността на ензимите.
Микроелементи съдържащи се в много ниски концентрации, важни за физиологичните процеси:
Цинкът е компонент на инсулин;
Мед - участва в фотосинтезата и дишането;
Кобалт - компонент на витамин В12;
Йод - участва в регулирането на метаболизма. Той е важен компонент на хормоните на щитовидната жлеза;
Флуоридът е компонент на зъбния емайл.
Дисбалансът в концентрацията на микро и макронутриенти води до метаболитни нарушения, до развитие на хронични заболявания. Недостиг на калций - причината за рахит, желязо - анемия, азотен дефицит на протеини, йод - намаляване на интензивността на метаболитните процеси.
Помислете за връзката между органични и неорганични вещества в клетката, тяхната структура и функция.
Клетките съдържат огромно количество микро- и макромолекули, принадлежащи към различни химически класове.
Неорганични клетъчни вещества
Вода. От общата маса на живия организъм той представлява най-голям процент - 50-90% и участва в почти всички жизнени процеси:
Капилярните процеси, тъй като той е универсален полярен разтворител, влияе върху свойствата на интерстициалната течност, метаболизма. Във връзка с водата всички химични съединения се разделят на хидрофилни (разтворими) и липофилни (разтворими в мазнини).
Интензивността на метаболизма зависи от концентрацията му в клетката - колкото повече вода, толкова по-бързо протичат процесите. Загубата на 12% вода от човешкото тяло - изисква възстановяване под наблюдението на лекар, със загуба от 20% - настъпва смърт.
Минерални соли. Съдържащи се в живи системи в разтворена форма (дисоцииране в йони) и неразтворени. Разтворените соли се включват в:
пренос на вещества през мембраната. Металните катиони осигуряват "калиево-натриева помпа", която променя осмотичното налягане на клетката. Поради това водата с вещества, разтворени в нея, се втурва в клетката или я напуска, като отнема ненужно;
образуване на нервни импулси от електрохимичен характер;
са част от протеини;
фосфатен йон - компонент на нуклеинови киселини и АТР;
карбонатен йон - поддържа Ph в цитоплазмата.
Неразтворими соли под формата на цели молекули образуват структури от черупки, черупки, кости, зъби.
Клетъчна органична материя
Обща характеристика на органичната материя е наличието на въглеродна скелетна верига. Това са биополимери и малки молекули с проста структура.
Основните класове, които се предлагат в живите организми:
Въглехидрати. Клетките съдържат различни видове - прости захари и неразтворими полимери (целулоза). Като процент, техният дял в сухото вещество на растенията е до 80%, животните - 20%. Те играят важна роля в поддържането на живота на клетките:
Фруктоза и глюкоза (монозахариди) се абсорбират бързо от организма, са включени в метаболизма, са източник на енергия.
Рибоза и дезоксирибоза (монозахариди) са един от трите основни компонента на ДНК и РНК.
Лактозата (отнасяща се за дисахарам) - синтезирана от животинското тяло, е част от млякото на бозайниците.
Захароза (дизахарид) - източник на енергия, се образува в растенията.
Малтоза (дизахарид) - осигурява покълване на семената.
Също така, прости захари изпълняват и други функции: сигнални, защитни, транспортни.
Полимерните въглехидрати са водоразтворим гликоген, както и неразтворима целулоза, хитин, нишесте. Те играят важна роля в метаболизма, извършват структурни, складови, защитни функции.
Липиди или мазнини. Те са неразтворими във вода, но се смесват добре един с друг и се разтварят в неполярни течности (несъдържащи кислород, например керосин или циклични въглеводороди са неполярни разтворители). Липидите са необходими в организма, за да го осигурят с енергия - по време на тяхната окислителна енергия и вода се образуват. Мазнините са много енергийно ефективни - с помощта на 39 kJ на грам, отделени по време на окислението, можете да повдигнете товар с тегло 4 тона на височина от 1 м. Мазнината също осигурява защитна и изолираща функция - при животните дебелият му слой спомага за запазване на топлината през студения сезон. Мастноподобните вещества предпазват перата от водолюбиви птици да се намокрит, осигуряват здрав блясък и еластичност на животинските косми, изпълняват покриваща функция върху листата на растенията. Някои хормони имат липидна структура. Мазнините формират основата на структурата на мембраната.
Протеините или протеините са хетерополимери на биогенна структура. Състоят се от аминокиселини, чиито структурни единици са: аминогрупа, радикал и карбоксилна група. Свойствата на аминокиселините и техните различия един от друг определят радикалите. Поради амфотерни свойства те могат да образуват връзки помежду си. Протеинът може да се състои от няколко или стотици аминокиселини. Като цяло структурата на протеините включва 20 аминокиселини, техните комбинации определят разнообразието от форми и свойства на протеините. Около дузина аминокиселини са незаменими - те не се синтезират в тялото на животните, а приемът им се осигурява от растителни храни. В храносмилателния тракт протеините се разделят на отделни мономери, използвани за синтезиране на техните собствени протеини.
Структурни особености на протеините:
първична структура - аминокиселинна верига;
вторична - верига, усукана в спирала, където се образуват водородни връзки между намотките;
третичен - спирала или няколко от тях, навити в глобула и свързани със слаби връзки;
Кватернерите не съществуват във всички протеини. Това са няколко глобули, свързани чрез нековалентни връзки.
Силата на структурите може да бъде счупена, а след това възстановена, докато протеинът временно губи характерните си свойства и биологичната си активност. Само разрушаването на първичната структура е необратимо.
Протеините изпълняват много функции в клетката:
ускоряване на химичните реакции (ензимна или каталитична функция, всяка от които е отговорна за специфична единична реакция);
транспорт - трансфер на йони, кислород, мастни киселини през клетъчни мембрани;
протеини на кръвта, като фибрин и фибриноген, присъстват в кръвната плазма в неактивна форма, образуват кръвни съсиреци на мястото на нараняване, дължащо се на кислород. Антителата - осигуряват имунитет.
структурните пептиди са отчасти или са в основата на клетъчните мембрани, сухожилията и другите съединителни тъкани, косата, вълната, копитата и ноктите, крилата и външните кожни обвивки. Актинът и миозинът осигуряват контрактилна мускулна активност;
регулаторни - хормонални протеини осигуряват хуморална регулация;
енергия - по време на липсата на хранителни вещества тялото започва да разгражда собствените си протеини, разрушавайки процеса на тяхната жизнена дейност. Ето защо, след дълъг глад, тялото не винаги може да се възстанови без медицинска помощ.
Нуклеинови киселини. Те съществуват 2 - ДНК и РНК. РНК е от няколко вида - информационни, транспортни и рибозомни. Открит от швейцарския швейцарец Ф. Фишър в края на 19-ти век.
ДНК е дезоксирибонуклеинова киселина. Съдържа се в ядрото, пластидите и митохондриите. Структурно това е линеен полимер, който образува двойна спирала на комплементарни нуклеотидни вериги. Концепцията за нейната пространствена структура е създадена през 1953 г. от американците Д. Уотсън и Ф. Крик.
Нейните мономерни единици са нуклеотиди, които имат принципно обща структура от:
азотна основа (принадлежаща към пуриновата група - аденин, гуанин, пиримидин - тимин и цитозин).
В структурата на полимерната молекула, нуклеотидите са комбинирани по двойки и комплементарно, което се дължи на различния брой водородни връзки: аденин + тимин - две, гуанин + цитозин - три водородни връзки.
Редът на нуклеотидите кодира структурните аминокиселинни последователности на протеинови молекули. Мутацията е промяна в реда на нуклеотидите, тъй като протеиновите молекули с различна структура ще бъдат кодирани.
РНК - рибонуклеинова киселина. Структурните особености на неговата разлика от ДНК са:
вместо тиминов нуклеотид - урацил;
рибоза вместо дезоксирибоза.
Транспортната РНК е полимерна верига, която е сгъната под формата на листа от детелина в равнината, чиято основна функция е доставянето на аминокиселина към рибозомите.
Матрицата (пратеник) РНК се формира постоянно в ядрото, допълващо всяка част от ДНК. Това е структурна матрица, на базата на нейната структура на протеинова молекула ще бъде събрана на рибозома. От общото съдържание на РНК молекули този тип е 5%.
Рибозомал - отговорен за процеса на получаване на протеинова молекула. Той се синтезира върху ядрото. В клетката е 85%.
АТФ - аденозин трифосфатна киселина. Това е нуклеотид, съдържащ:
Към следите елементи са включени
Спестете време и не виждайте реклами с Knowledge Plus
Спестете време и не виждайте реклами с Knowledge Plus
Отговорът
Отговорът е даден
nikitasapper
Свържете Knowledge Plus, за да получите достъп до всички отговори. Бързо, без реклама и паузи!
Не пропускайте важното - свържете се с Knowledge Plus, за да видите отговора точно сега.
Гледайте видеоклипа, за да получите достъп до отговора
О, не!
Прегледите на отговорите приключиха
Свържете Knowledge Plus, за да получите достъп до всички отговори. Бързо, без реклама и паузи!
Не пропускайте важното - свържете се с Knowledge Plus, за да видите отговора точно сега.
Химичен състав на клетките
Групи от елементи на химичния състав на клетката
Науката, която изучава съставните части и структурата на живата клетка, се нарича цитология.
Всички елементи, включени в химическата структура на тялото, могат да бъдат разделени на три групи:
- макронутриенти;
- микроелементи;
- ултрамикро елементи.
Макроелементите включват водород, въглерод, кислород и азот. Почти 98% от всички съставни елементи попадат в техния дял.
Микроелементите са в десетки и стотни от процента. И много ниско съдържание на ултрамикроелементи - стотни и хилядни от процента.
Преведено от гръцки, „макро” е голямо, а „микро” е малко.
Фиг. 1 Съдържание на химичните елементи в клетката
Учените са открили, че няма конкретни елементи, които да са уникални за живите организми. Следователно, този жив, неживата природа се състои от едни и същи елементи. Това доказва тяхната връзка.
Въпреки количественото съдържание на химичния елемент, отсъствието или намаляването на поне един от тях води до смърт на целия организъм. В края на краищата всеки от тях има свой смисъл.
Ролята на химичния състав на клетката
Макроелементите са в основата на биополимерите, а именно протеини, въглехидрати, нуклеинови киселини и липиди.
Микроелементите са част от жизненоважни органични вещества, включени в метаболитните процеси. Те са съставни компоненти на минералните соли, които са под формата на катиони и аниони, като тяхното съотношение определя алкалната среда. Най-често е леко алкална, тъй като съотношението на минерални соли не се променя.
Хемоглобинът съдържа желязо, хлорофил - магнезий, протеини - сяра, нуклеинови киселини - фосфор, метаболизмът се осъществява с достатъчно количество калций.
Фиг. 2. Състав на клетката
Някои химични елементи са компоненти на неорганични вещества, например вода. Той играе важна роля в жизнената активност на растителните и животинските клетки. Водата е добър разтворител, поради което всички вещества в тялото са разделени на:
- Хидрофилен - разтворим във вода;
- Хидрофобен - не се разтваря във вода.
Поради наличието на вода, клетката става еластична, насърчава движението на органични вещества в цитоплазмата.
Фиг. 3. Клетъчни вещества.
Таблица "Свойства на химичния състав на клетката"
За да разберем ясно кои химични елементи са част от клетката, ги посочихме в следната таблица:
Какви химически елементи са свързани с макро и микроелементи на клетката?
Какви химически елементи са свързани с макро и микроелементи на клетката?
Макроелементите (голям процент от тялото според съдържанието му) включват следните химични елементи:
- кислород (70%), въглерод (15%), водород (10%), азот (2%), калий (0.3%), сяра (0, 2%), фосфор (1%), хлор (0, 1%), а останалата част - магнезий, калций, натрий.
За микроелементи (малък процент от съдържанието на тялото) се включват такива химични елементи:
- кобалт, цинк, ванадий, флуор, селен, мед, хром, никел, германий, йод, рутений.
Химичен състав на клетките
Клетката е елементарна единица на живота на Земята. Той притежава всички характеристики на живия организъм: расте, умножава, обменя вещества и енергия с околната среда, реагира на външни стимули. Началото на биологичната еволюция е свързано с появата на клетъчни форми на живот на Земята. Едноклетъчните организми са клетки, които съществуват отделно един от друг. Тялото на всички многоклетъчни - животни и растения - е изградено от по-голям или по-малък брой клетки, които са един вид блокове, които съставляват сложен организъм. Независимо от това дали една клетка е цялостна жива система - отделен организъм или е само част от нея, тя е надарена с набор от характеристики и свойства, общи за всички клетки.
Химичен състав на клетките
В клетките са открити около 60 елемента от периодичната система на Менделеев, които също се срещат в неживата природа. Това е едно от доказателствата за еднаквост на живата и неживата природа. В живите организми най-често се срещат водород, кислород, въглерод и азот, които съставляват около 98% от масата на клетките. Това се дължи на особеностите на химичните свойства на водорода, кислорода, въглерода и азота, в резултат на което те се оказаха най-подходящи за образуването на молекули, които изпълняват биологични функции. Тези четири елемента са способни да образуват много силни ковалентни връзки чрез сдвояване на електрони, принадлежащи към два атома. Ковалентно свързани въглеродни атоми могат да образуват скелета на безброй различни органични молекули. Тъй като въглеродните атоми лесно образуват ковалентни връзки с кислород, водород, азот и сяра, органичните молекули постигат изключителна сложност и структурно разнообразие.
В допълнение към четирите основни елемента в клетката, забележими количества (10-та и 100-та фракции от процента) съдържат желязо, калий, натрий, калций, магнезий, хлор, фосфор и сяра. Всички други елементи (цинк, мед, йод, флуор, кобалт, манган и др.) Се намират в клетката в много малки количества и поради това се наричат микроелементи.
Химичните елементи са част от неорганични и органични съединения. Неорганичните съединения включват вода, минерални соли, въглероден диоксид, киселини и основи. Органични съединения са протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, мазнини (липиди) и липиди. Освен кислород, водород, въглерод и азот могат да бъдат включени и други елементи. Някои протеини съдържат сяра. Съставната част на нуклеиновите киселини е фосфор. Молекулата на хемоглобина включва желязо, магнезият участва в изграждането на молекулата на хлорофила. Микроелементите, въпреки изключително ниското съдържание на живи организми, играят важна роля в процесите на жизнената активност. Йодът е част от тироидния хормон - тироксин, кобалт - в състава на витамин В12 Инсулин, хормон на панкреатичния остров, съдържа цинк. В някои риби медът заема мястото на желязото в молекулите на кислородните пигменти.
вода
Н2О - най-често срещаното съединение в живите организми. Съдържанието му в различни клетки варира в доста широки граници: от 10% в зъбния емайл до 98% в тялото на медузата, но средно е около 80% от телесното тегло. Изключително важната роля на водата за осигуряване на процесите на жизнената активност се дължи на нейните физикохимични свойства. Полярността на молекулите и способността за образуване на водородни връзки правят водата добър разтворител за огромен брой вещества. Повечето от химичните реакции, които протичат в клетката, могат да се появят само във воден разтвор. Водата участва в много химически трансформации.
Общият брой на водородните връзки между водните молекули варира с t °. При t °, топенето на леда унищожава около 15% от водородните връзки, при t ° 40 ° С - половината. По време на прехода към газовото състояние всички водородни връзки се унищожават. Това обяснява високата специфична топлина на водата. С промяна на t ° на външната среда, водата абсорбира или отделя топлина, дължаща се на скъсване или повторно образуване на водородни връзки. По този начин t ° колебанията вътре в клетката са по-малки, отколкото в околната среда. Високата топлина на изпарение е в основата на ефективния механизъм за пренос на топлина в растенията и животните.
Водата като разтворител участва в явленията на осмоза, която играе важна роля в жизнената активност на клетката на организма. Осмозата се отнася до проникването на молекули на разтворителя през полупропусклива мембрана в разтвор на вещество. Полупропускливите мембрани се наричат мембрани, които преминават през молекули на разтворителя, но не преминават молекули (или йони) на разтворено вещество. Ето защо, осмозата е едностранна дифузия на водни молекули в посока на разтвора.
Минерални соли
Повечето от неорганичните in-клетки са под формата на соли в дисоциираното или в твърдо състояние. Концентрацията на катиони и аниони в клетката и в нейната среда варира. Клетката съдържа доста К и много Na. В извънклетъчната среда, например в кръвната плазма, в морската вода, напротив, има много натрий и недостатъчен калий. Раздразнителност на клетката зависи от съотношението на концентрациите на йони Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+. В тъканите на многоклетъчните животни К се включва в състава на многоклетъчно вещество, което осигурява кохезията на клетките и тяхното подредено подреждане. Осмотичното налягане в клетката и нейните буферни свойства до голяма степен зависят от концентрацията на солта. Буферирането е способността на клетката да поддържа слабо алкална реакция на своето съдържание на постоянно ниво. Буферирането вътре в клетката се осигурява главно от Н-йони2RO4 и НАП4 2. При извънклетъчните течности и в кръвта, Х играе ролята на буфер.2CO3 и NSO3 -. Аниони свързват Н йони и хидроксидни йони (ОН -), благодарение на които реакцията вътре в клетката на извънклетъчните течности остава почти непроменена. Неразтворимите минерални соли (например калциев фосфат) осигуряват здравината на костната тъкан на гръбначните и мекотеловите черупки.
Клетъчна органична материя
протеини
Сред органичните вещества, на първо място, клетките са протеини, както по количество (10-12% от общата клетъчна маса), така и по стойност. Протеините са високомолекулни полимери (с молекулно тегло от 6,000 до 1 милион и повече), чиито мономери са аминокиселини. Живите организми използват 20 аминокиселини, въпреки че съществуват много повече. Съставът на всяка аминокиселина включва амино група (-NH.)2с основни свойства и карбоксилна група (-СООН) с киселинни свойства. Две аминокиселини се комбинират в една молекула чрез установяване на HN-CO връзката с освобождаването на водната молекула. Връзката между аминогрупата на една аминокиселина и карбоксилната част на другата се нарича пептид. Протеините са полипептиди, съдържащи десетки и стотици аминокиселини. Молекули от различни протеини се различават един от друг по молекулно тегло, брой, състав на аминокиселини и последователността на тяхното подреждане в полипептидната верига. Следователно е ясно, че протеините се различават в огромно разнообразие, броят им във всички видове живи организми се оценява на 10 10 - 10 12.
Верига от аминокиселинни единици, свързани чрез ковалентни пептидни връзки в специфична последователност, се нарича първична структура на протеина. В клетките протеините имат формата на спирално усукани влакна или топки (кълбове). Това се обяснява с факта, че в естествения протеин полипептидната верига се полага по строго определен начин, в зависимост от химичната структура на съставните й аминокиселини.
Първоначално полипептидната верига се навива нагоре. Привличането възниква между атомите на съседните намотки и се образуват водородни връзки, по-специално между групите NH и CO, разположени на съседните намотки. Верига от аминокиселини, усукана в спирала, образува вторичната структура на протеина. В резултат на по-нататъшното сгъване на спиралата се появява специфична за всяка протеинова конфигурация, наречена третична структура. Третичната структура се дължи на действието на сили на сцепление между хидрофобните радикали, присъстващи в някои аминокиселини и ковалентни връзки между SH-групите на аминокиселината цистеин (S-S-връзки). Количеството аминокиселини от хидрофобни радикали и цистеин, както и редът на тяхното местоположение в полипептидната верига, са специфични за всеки протеин. Следователно, характеристиките на третичната структура на протеина се определят от неговата първична структура. Протеинът проявява биологична активност само под формата на третична структура. Следователно, заместването дори на една аминокиселина в полипептидната верига може да доведе до промяна в конфигурацията на протеина и до намаляване или загуба на неговата биологична активност.
В някои случаи протеиновите молекули се комбинират помежду си и могат да изпълняват функциите си само под формата на комплекси. Така, хемоглобинът е комплекс от четири молекули и само в тази форма е способен да прикрепи и транспортира О. такива агрегати представляват кватернерната структура на протеина. В състава протеините са разделени на две основни групи - прости и сложни. Простите протеини се състоят само от аминокиселини, нуклеинови киселини (нуклеотиди), липиди (липопротеини), Ме (металопротеиди), Р (фосфопротеини).
Функциите на протеините в клетката са изключително разнообразни. Една от най-важните е функцията на сградата: протеините участват във формирането на всички клетъчни мембрани и клетъчни органоиди, както и във вътреклетъчните структури. Ензимната (каталитична) роля на протеините е изключително важна. Ензимите ускоряват химичните реакции, протичащи в клетката, 10 ки и 100 милиона пъти. Моторната функция се осигурява от специални контрактилни протеини. Тези протеини са включени във всички видове движения, които клетките и организмите са способни на: мигане на мигли и биене на флагела при протозои, свиване на мускулите при животни, движение на листата при растенията и др. или биологично активни вещества (хормони) и ги прехвърлят в тъканите и органите на тялото. Защитната функция се изразява във формата на производство на специфични протеини, наречени антитела, в отговор на проникването на чужди протеини или клетки в тялото. Антителата свързват и неутрализират чужди вещества. Протеините играят важна роля като източници на енергия. С пълно разделяне 1g. протеин се разпределя 17,6 kJ (
въглехидрати
Въглехидрати или захариди - органични вещества с обща формула (СН2О)п. За повечето въглехидрати броят на атомите Н е два пъти по-голям от броя на атомите О, както във водните молекули. Следователно тези вещества се наричат въглехидрати. В живата клетка въглехидратите са в количества, които не превишават 1-2, понякога 5% (в черния дроб, в мускулите). Растителните клетки са най-богати на въглехидрати, където тяхното съдържание в някои случаи достига до 90% от теглото на сухото вещество (семена, картофени клубени и др.).
Въглехидратите са прости и сложни. Простите въглехидрати се наричат монозахариди. В зависимост от броя на въглехидратните атоми в молекулата, монозахаридите се наричат триози, тетрози, пентози или хексози. От шестте въглеродни монозахарида - хексози - най-важни са глюкозата, фруктозата и галактозата. Глюкозата се съдържа в кръвта (0,1-0,12%). Пентозите на рибозата и дезоксирибозата са част от нуклеиновите киселини и АТР. Ако два монозахарида са комбинирани в една молекула, това съединение се нарича дизахарид. Хранителната захар, получена от тръстика или захарно цвекло, се състои от една глюкозна молекула и една фруктозна молекула, млечна захар - от глюкоза и галактоза.
Сложните въглехидрати, образувани от много монозахариди, се наричат полизахариди. Мономерът на такива полизахариди като нишесте, гликоген, целулоза е глюкоза. Въглехидратите изпълняват две основни функции: конструкция и енергия. Целулозата образува стените на растителните клетки. Комплексният полизахарид хитин е основният структурен компонент на външния скелет на членестоногите. Хитинът има и функцията на сграда в гъбите. Въглехидратите играят ролята на основен източник на енергия в клетката. В процеса на окисление се освобождава 1 g въглехидрати 17,6 kJ (
4,2 kcal). Нишестето в растенията и гликогенът при животните се отлагат в клетките и служат като енергиен резерв.
Нуклеинови киселини
Стойността на нуклеиновите киселини в клетката е много голяма. Особеностите на тяхната химическа структура позволяват да се съхранява, пренася и пренася чрез наследяване на дъщерни клетки информация за структурата на протеиновите молекули, които се синтезират във всяка тъкан на определен етап от индивидуалното развитие. Тъй като повечето от свойствата и признаците на клетките се дължат на протеини, ясно е, че стабилността на нуклеиновите киселини е най-важното условие за нормалното функциониране на клетки и цели организми. Всякакви промени в структурата на клетките или активността на физиологичните процеси в тях, като по този начин засягат жизнената активност. Изследването на структурата на нуклеиновите киселини е изключително важно за разбирането на наследяването на героите в организмите и законите, регулиращи функционирането на отделните клетки и клетъчни системи - тъкани и органи.
Има 2 вида нуклеинови киселини - ДНК и РНК. ДНК е полимер, състоящ се от две нуклеотидни спирали, затворени по такъв начин, че се образува двойна спирала. Мономерите на ДНК молекулите са нуклеотиди, състоящи се от азотна основа (аденин, тимин, гуанин или цитозин), въглехидрат (дезоксирибоза) и остатък от фосфорна киселина. Азотните бази в ДНК молекулата са свързани помежду си с неравномерно количество Н-връзки и са подредени по двойки: аденин (А) е винаги срещу тимин (Т), гуанин (G) срещу цитозин (С).
Нуклеотидите не са свързани помежду си случайно, а селективно. Способността за селективно взаимодействие с аденин тимин и гуанин с цитозин се нарича комплементарност. Допълнителното взаимодействие на някои нуклеотиди се обяснява с особеностите на пространственото подреждане на атомите в техните молекули, което им позволява да се сближават и да образуват Н-връзки. В полинуклеотидната верига, съседни нуклеотиди са свързани заедно чрез захар (дезоксирибоза) и остатък на фосфорна киселина. РНК, както и ДНК е полимер, чиито мономери са нуклеотиди. Азотните бази на трите нуклеотида са същите като тези, които са част от ДНК (А, G, С); четвъртият, урацил (V), присъства в RNA молекулата вместо тимин. РНК нуклеотидите се различават от ДНК нуклеотидите и от структурата на въглехидратите им (рибоза, вместо дезоксирибоза).
В верига от РНК, нуклеотидите се свързват чрез образуване на ковалентни връзки между рибозата на един нуклеотид и остатъка от фосфорна киселина на друг. В структурата се разграничават двуверижни РНК. Двуверижните РНК са пазители на генетична информация за редица вируси, т.е. те изпълняват функциите на хромозомите. Едноверижните РНК трансферират информация за структурата на протеините от хромозомата до мястото на техния синтез и участват в синтеза на протеини.
Съществуват няколко вида едноверижни РНК. Техните имена се дължат на функцията или местоположението в килията. Повечето от цитоплазмената РНК (до 80-90%) е рибозомна РНК (рРНК), съдържаща се в рибозомите. Молекулите на RRNA са относително малки и се състоят средно от 10 нуклеотида. Друг тип РНК (mRNA), който носи информация за последователността на аминокиселини в протеини, които трябва да бъдат синтезирани в рибозомите. Размерът на тези РНК зависи от дължината на ДНК областта, върху която те са синтезирани. Транспортната РНК изпълнява няколко функции. Те доставят аминокиселини на мястото на протеиновия синтез, „разпознават” (според принципа на взаимно допълване) триплет и РНК, съответстващи на прехвърлената аминокиселина, извършват точната ориентация на аминокиселината върху рибозомата.
Мазнини и липиди
Мазнините са съединения с високомолекулни мастни киселини и триатомен алкохол на глицерин. Мазнините не се разтварят във вода - те са хидрофобни. Винаги има други сложни хидрофобни мастни вещества, наречени липоиди в клетката. Една от основните функции на мазнините е енергията. При разцепване на 1 g мазнини към СО2 и Н2Освобождава се голямо количество енергия - 38,9 kJ (
9,3 ккал). Съдържанието на мазнини в клетката варира от 5-15% от теглото на сухото вещество. В живите тъканни клетки количеството на мазнините се увеличава до 90%. Основната функция на мазнините в животинския (и отчасти - на растението) света - съхраняване.
С пълното окисление на 1 g мазнина (до въглероден диоксид и вода) се отделят около 9 kcal енергия. (1 kcal = 1000 калории; калорични (cal, cal) е извънсистемна единица за работа и енергия, равна на количеството топлина, необходимо за загряване на 1 ml вода при 1 ° C при стандартно атмосферно налягане от 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ), При окисляване (в организма) на 1 g протеини или въглехидрати, се освобождават само около 4 kcal / g. В различни водни организми - от едноклетъчни диатоми до гигантски акули - мазнината ще плава, намалявайки средната плътност на тялото. Плътността на животинските мазнини е около 0.91-0.95 g / cm3. Костната плътност на гръбначните животни е близо до 1,7-1,8 g / cm3, а средната плътност на повечето други тъкани е близо до 1 g / cm3. Ясно е, че мазнините са необходими много, за да „балансират” тежкия скелет.
Мазнините и липидите изпълняват функцията на сградата: те са част от клетъчната мембрана. Поради лошата си топлопроводимост, мазнините са способни на защитна функция. При някои животни (тюлени, китове) се отлага в подкожната мастна тъкан, образувайки слой с дебелина до 1 м. Образуването на някои липоиди предшества синтеза на редица хормони. Следователно, тези вещества са присъщи на функцията за регулиране на метаболитните процеси.
Макро и микроелементи
В живите организми се срещат около 80 химични елемента, но само за 27 от тях се установяват техните функции в клетката и организма. Останалите елементи присъстват в малки количества и, очевидно, влизат в тялото с храна, вода и въздух.
В зависимост от концентрацията им, те се разделят на макроелементи и микроелементи.
Концентрацията на всеки от макроелементите в тялото надвишава 0,01%, а общото им съдържание е 99%. Макроелементите включват кислород, въглерод, водород, азот, фосфор, сяра, калий, калций, натрий, хлор, магнезий и желязо. Първите четири от изброените елементи (кислород, въглерод, водород и азот) се наричат още органогенни, тъй като са част от основните органични съединения. Фосфорът и сярата също са компоненти на редица органични вещества, като протеини и нуклеинови киселини. Фосфорът е необходим за образуването на кости и зъби.
Без останалите макронутриенти не е възможно нормалното функциониране на организма.
Така калий, натрий и хлор участват в процесите на клетъчно възбуждане. Калцият е част от клетъчните стени на растенията, костите, зъбите и черупките на мекотелите, той е необходим за свиването на мускулните клетки и кръвосъсирването. Магнезият е компонент на хлорофила - пигмента, който осигурява потока на фотосинтезата. Участва и в биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини. Желязото е част от хемоглобина и е необходимо за функционирането на много ензими.
Микроелементите се съдържат в организма в концентрации по-малки от 0.01%, а общата им концентрация в клетката не достига 0.1%. Микроелементите включват цинк, мед, манган, кобалт, йод, флуор и др.
Цинкът е част от молекулата на хормона на панкреаса, инсулина, медта е необходима за фотосинтезата и дишането. Кобалт е компонент на витамин В12, отсъствието на което води до анемия. Йодът е необходим за синтеза на тиреоидни хормони, осигуряващ нормален поток на метаболизма, а флуорът е свързан с образуването на зъбен емайл.
Както дефицитът, така и излишният или нарушен метаболизъм на макро- и микроелементите водят до развитие на различни заболявания.
По-специално недостигът на калций и фосфор причинява рахит, дефицит на азот - тежък дефицит на протеин, недостиг на желязо - анемия, липса на йод - нарушена форма на тиреоиден хормон и намалена скорост на метаболизма, намален прием на флуорид - кариес. Оловото е токсично за почти всички организми.
Липсата на макро- и микроелементи може да бъде компенсирана чрез увеличаване на съдържанието им в храни и питейна вода, както и чрез приемане на лекарства.
Химичните елементи на клетката образуват различни съединения - неорганични и органични.
Химичният състав на клетката. Микро и макро елементи
Химичният състав на клетката. Микро и макро елементи.
Всяка клетка съдържа много химични елементи, участващи в различни химични реакции. Химични процеси, течаща в клетка - едно от основните условия в нейния живот, развитие и функциониране. Някои химически елементи в клетката повече, други - по-малко.
Обикновено всички елементи на клетката могат да бъдат разделени на три групи:
Макроелементи (> 0.01%)
Микроелементи (от 0.001% до 0.000001%)
Ултрамикро елементи (по-малко от 0.0000001%)
макронутриенти
Макроелементи - химични елементи, които съставляват плътта на живите организми.
Те включват: (Биогенни): въглерод, кислород, водород, азот, сяра, фосфор, магнезий, калций, натрий, калий.
Характеристики:
Съдържание в живите организми comp. повече от 0.01%
Повечето макроелементи влизат в човешкото тяло с храна
Необходим дневен курс -> 200mg. (Калий, калций, магнезий, натрий, сяра, хлор)
Намира се в мускулите, костите, съединителните тъкани и кръвта.
Отговаря за нормалното развитие на киселинната основа.
Поддържа се осмотично налягане.
Липсата на макронутриенти може да доведе до влошаване на човешкото здраве.
Причината може да бъде: недохранване, лоша екология, масивна загуба на минерални елементи, поради заболяване или медикаменти.
Микроелементи - химични елементи, участващи в биохимичните процеси.
Те включват: ванадий, йод, кобалт, манган, никел, селен, флуор, мед, хром, цинк.
^ Основни елементи на микроскопа - кислород, азот, въглерод, водород - са строителни материали и имат най-голям дял. Останалите микроелементи се съдържат в малки количества, но ефектът им върху човешкото здраве е не по-малък.
Характеристики:
Участвайте в процесите на образуване на кост, образуването на кръв, свиването на мускулите.
Задължителна дневна ставка -
Тема 2.2. Химичен клетъчен състав. - клас 10-11, Сивозлазов (работна тетрадка част 1)
1. Дайте определенията на понятията.
Елемент е съвкупност от атоми със същия ядрен заряд и броя на протоните, съвпадащи с ординалния (атомния) номер в периодичната таблица.
Микроелемент - елемент, който е в тялото при много ниски концентрации.
Макроелемент - елемент, който е в организма във високи концентрации.
Биоелементът - химичен елемент, който участва в клетъчната активност, е в основата на биомолекулите.
Съставът на клетъчния елемент е процентът на химичните елементи в клетката.
2. Какво е едно от доказателствата за общността на живата и неживата природа?
Единството на химичния състав. Няма елементи, характерни само за неживата природа.
3. Попълнете таблицата.
ЕЛЕМЕНТЕН СЪСТАВ НА КЛЕТКИ
4. Дайте примери за органични вещества, чиито молекули се състоят от три, четири и пет макронутриенти.
3 елемента: въглехидрати и липиди.
4 елемента: катерици.
5 елемента: нуклеинови киселини, протеини.
5. Попълнете таблицата.
БИОЛОГИЧНА РОЛЯ НА ЕЛЕМЕНТИТЕ
6. Проучване в § 2.2 на раздела “Ролята на външните фактори при формирането на химичния състав на живата природа” и отговор на въпроса: “Какви са биохимичните ендемии и какви са причините за техния произход?”
Биохимичните ендемии са заболявания на растения, животни и хора, причинени от остър недостиг или излишък на даден елемент в определена област.
7. Какви са известните заболявания, свързани с липсата на микроелементи?
Дефицит на йод - ендемична гуша. Намален синтез на тироксин и произтичащата от това пролиферация на щитовидната тъкан.
Недостиг на желязо - желязодефицитна анемия.
8. Не забравяйте, на каква основа се разпределят химичните елементи по макро-, микро- и ултрамикроелементи. Предложете своя собствена, алтернативна класификация на химични елементи (например, чрез функции в жива клетка).
Микро, макро и ултра микроелементи се разделят според знака, базиран на техния процент в клетката. Освен това е възможно да се класифицират елементите според функциите, които регулират дейността на определени органични системи: нервна, мускулна, кръвоносна и сърдечно-съдова, храносмилателна и др.
9. Изберете правилния отговор.
Тест 1.
Какви химически елементи съставляват повечето органични вещества?
2) С, О, Н, N;
Тест 2.
Елементите на макросите не се прилагат:
4) манган.
Тест 3.
Живите организми се нуждаят от азот, тъй като той служи:
1) компонент на протеини и нуклеинови киселини; 10. Определете симптом, чрез който всички изброени по-долу елементи, с изключение на един, са обединени в една група. Подчертайте този „допълнителен“ елемент.
Кислород, водород, сяра, желязо, въглерод, фосфор, азот. Включено само в ДНК. А останалото е в протеини.
11. Обяснете произхода и общия смисъл на думата (термина), въз основа на значението на корените, които го съставят.
12. Изберете термин и обяснете как текущата му стойност съответства на първоначалната стойност на корените му.
Избраният термин е органоген.
Съответствие: терминът по принцип съответства на първоначалното му значение, но днес има по-точно определение. Преди това стойността беше такава, че елементите участват само в изграждането на тъкани и клетки на органи. Сега е установено, че биологично важните елементи не само образуват химични молекули в клетките и т.н., но и регулират всички процеси в клетките, тъканите и органите. Те са част от хормони, витамини, ензими и други биомолекули.
13. Формулирайте и запишете основните идеи на § 2.2.
Елементният състав на клетката е процентът на химичните елементи в клетката. Клетъчните елементи обикновено се класифицират в зависимост от техния процент на микро-, макро- и ултрамикроелементи. Тези елементи, които участват в жизнената активност на клетката, са в основата на биомолекулите, наречени биоелементи.
Макроелементите включват: C N H O. Те са основните компоненти на всички органични съединения в клетката. В допълнение, P S K Ca Na Fe Cl Mg - са включени във всички основни биомолекули. Без тях функционирането на тялото е невъзможно. Липсата им води до смърт.
За микроелементи: Al Cu Mn Zn Mo Co Ni I Se Br F B и др. Те също са необходими за нормалното функциониране на тялото, но не са толкова критични. Липсата им води до заболяване. Те са част от биологично активни съединения, повлияват метаболизма.
Има ултрамикроелементи: Au Ag Be и др., Физиологичната роля не е напълно установена. Но те са важни за клетката.
Има концепция за "биохимична ендемия" - болести на растения, животни и хора, причинени от остър недостиг или излишък на всеки елемент в определена област. Например, ендемична гуша (йоден дефицит).
При липса на елемент, дължащ се на начина на хранене, могат да възникнат и болести или заболявания. Например, при липса на желязо - анемия. При липса на калций - чести фрактури, загуба на коса, зъби, мускулни болки.
I.2. Химичният състав на клетката. Микро и макро елементи
Обикновено 70–80% от клетъчната маса е вода, в която се разтварят различни соли и органични съединения с ниско молекулно тегло. Най-характерните компоненти на клетката са протеини и нуклеинови киселини. Някои протеини са структурни компоненти на клетката, други са ензими, т.е. катализатори, които определят скоростта и посоката на химичните реакции, протичащи в клетките. Нуклеиновите киселини служат като носители на наследствена информация, която се прилага в процеса на вътреклетъчен протеинов синтез. Често клетките съдържат известно количество резервни вещества, които служат като хранителен резерв. Растителните клетки съхраняват главно нишесте, полимерна форма на въглехидрати. В клетките на черния дроб и мускулите се съхранява друг въглехидратен полимер - гликоген. Мастните продукти също често се съхраняват, въпреки че някои мазнини изпълняват различна функция, а именно, те са най-важните структурни компоненти. Протеините в клетките (с изключение на семенните клетки) обикновено не се съхраняват. Не е възможно да се опише типичният състав на клетката, главно защото има големи различия в количеството на съхраняваната храна и вода. Чернодробните клетки съдържат, например, 70% вода, 17% протеин, 5% мазнина, 2% въглехидрати и 0.1% нуклеинови киселини; останалите 6% са соли и нискомолекулни органични съединения, по-специално аминокиселини. Растителните клетки обикновено съдържат по-малко протеини, значително повече въглехидрати и малко повече вода; изключения са клетките, които са в покой. Почиващата клетка от пшенично зърно, която е източник на хранителни вещества за ембриона, съдържа около 12% от протеините (основно съхраняван протеин), 2% от мазнините и 72% от въглехидратите. Количеството на водата достига нормалното ниво (70–80%) само в началото на кълняемостта на зърното. Всяка клетка съдържа много химични елементи, участващи в различни химични реакции. Химичните процеси, протичащи в една клетка, са едно от основните условия за неговия живот, развитие и функциониране. Някои химически елементи в клетката повече, други - по-малко. На атомното ниво няма различия между органичния и неорганичния свят на живата природа: живите организми се състоят от същите атоми като телата на неживата природа. Съотношението на различни химически елементи в живите организми и в земната кора обаче варира значително. В допълнение, живите организми могат да се различават от околната среда в изотопния състав на химичните елементи. Обикновено всички елементи на клетката могат да бъдат разделени на три групи:
Макронутриенти. Макроелементите включват кислород (65–75%), въглерод (15–18%), водород (8–10%), азот (2,0–3,0%), калий (0,15–0,4%)., сяра (0,15 - 0,2%), фосфор (0,2 - 1,0%), хлор (0,05 - 0,1%), магнезий (0,02 - 0,03%), натрий Калций (0,04–2,00%), желязо (0,01–0,0155%). Елементи като С, О, Н, N, S, Р са част от органични съединения. Въглерод - е част от всички органични вещества; скелетът на въглеродните атоми е тяхната основа. В допълнение, под формата на CO2 се фиксира в процеса на фотосинтеза и освобождава по време на дишането, под формата на CO (в ниски концентрации) участва в регулирането на клетъчните функции, под формата на CaCO3 е част от минералните скелети. Кислород - е част от почти всички органични вещества в клетката. Образува се по време на фотосинтезата по време на фотолизата на водата. За аеробни организми той служи като окислител по време на клетъчното дишане, като осигурява на клетките енергия. В най-големи количества в живите клетки се съдържа в състава на водата. Водород - е част от всички органични вещества в клетката. В най-големите количества, съдържащи се в състава на водата. Някои бактерии окисляват молекулярния водород за енергия. Азот - е част от протеини, нуклеинови киселини и техните мономери - аминокиселини и нуклеотиди. От организма на животните се получава в състава на амоняк, урея, гуанин или пикочна киселина като краен продукт на азотния метаболизъм. Под формата на азотен оксид NO (в ниски концентрации) участва в регулирането на кръвното налягане. Следователно сярата - част от съдържащите сяра аминокиселини, се намира в повечето протеини. В малки количества, присъства като сулфат-йон в цитоплазмата на клетките и извънклетъчните течности. Фосфор - е част от АТФ, други нуклеотиди и нуклеинови киселини (под формата на остатъци от фосфорна киселина), в състава на костната тъкан и зъбния емайл (под формата на минерални соли), както и в цитоплазмата и междуклетъчните течности (под формата на фосфатни йони). Магнезият е кофактор на много ензими, участващи в енергийния метаболизъм и синтеза на ДНК; поддържа целостта на рибозомите и митохондриите, е част от хлорофила. В животинските клетки е необходимо за функционирането на мускулната и костната системи. Калцият участва в кръвосъсирването и служи като един от универсалните вторични медиатори, регулиращи най-важните вътреклетъчни процеси (включително участие в поддържането на мембранния потенциал, необходим за мускулна контракция и екзоцитоза). Неразтворимите калциеви соли участват в образуването на костите и зъбите на гръбначни и минерални скелети на безгръбначни. Натрият участва в поддържането на мембранния потенциал, генерирането на нервни импулси, процесите на осморегулация (включително работата на бъбреците при хората) и създаването на буферна кръвна система. Калият участва в поддържането на мембранния потенциал, генерирането на нервни импулси, регулирането на свиването на сърдечния мускул. Съдържа се в извънклетъчни вещества. Хлор - поддържа електронейтралността на клетката.
Микроелементи: Микроелементите, които съставляват от 0.001% до 0.000001% от телесното тегло на живите същества, включват ванадий, германий, йод (част от тироксин, тироиден хормон), кобалт (витамин В12), манган, никел, рутений, селен, флуор (зъбен емайл), мед, хром, цинк Цинкът - част от ензимите, участващи в алкохолната ферментация, е част от инсулина. Мед - е част от окислителните ензими, участващи в синтеза на цитохроми. Селен - участва в регулаторните процеси на организма.
Ултрамикро елементи. Ултрамикроелементите съставляват по-малко от 0.0000001% в организмите на живите същества, те включват злато, среброто има бактерициден ефект, живакът потиска реабсорбцията на вода в бъбречните тубули, засягайки ензимите. Платината и цезият също принадлежат към ултрамикроелементи. Някои от тази група включват също селен, с дефицит, който развива рак. Функциите на ултрамикроелементите все още са слабо разбрани. Молекулен състав на клетката (табл. 1)