Den kemiske gruppe af celler: organiske stoffer, makro- og mikroelementer

I slutningen af det 19. århundrede dannede en gren af biologien kaldes biokemi. Hun studerer den kemiske sammensætning af levende celler. Den vigtigste opgave for videnskaben - kendskab til de særlige forhold i stofskiftet og energi, at regulere vitale funktioner i plante- og dyreceller.

Begrebet den kemiske sammensætning af celler

Som et resultat af omfattende forskning af forskere kemisk organisering af celler er blevet undersøgt og fundet, at levende ting er sammensat af mere end 85 kemiske elementer. Og nogle af dem er nødvendige for næsten alle organismer, mens andre er specifikke og forekommer i bestemte arter. En tredje gruppe af kemiske elementer til stede i cellerne af mikroorganismer, planter og dyr i tilstrækkeligt små mængder. Kemiske elementer af cellen er ofte i form af kationer og anioner fra hvilke mineralsalt og vand dannes, og organiske kulstofforbindelser syntetiseres: kulhydrater, proteiner, lipider.

organogene elementer

I biokemi, disse omfatter carbon, hydrogen oxygen og nitrogen. Deres sæt er i en celle på 88 til 97% af de andre grundstoffer til stede i det. Især vigtigt er carbon. Alle organiske stoffer i sammensætningen af celler består af molekyler indeholdende carbon i dets sammensætning atomer. De kan være indbyrdes forbundet til dannelse af en kæde (forgrenet og uforgrenet), samt cykler. Denne evne carbonatomer ligger bag slående mangfoldighed af organiske stoffer i cellecytoplasmaet og organeller.

For eksempel de interne cellens indhold består af et opløseligt oligosaccharid, hydrofile proteiner, lipider, forskellige typer af RNA: overførsel RNA, ribosomalt RNA og messenger-RNA, såvel som frie monomerer - nukleotider. Sådan kemisk sammensætning har en cellekerne. Den indeholder også et molekyle af deoxyribonukleinsyre, en del af kromosomerne. Alle de ovenstående forbindelser er i sin sammensætning nitrogenatomerne, carbon med oxygen, Hydrogen. Dette er et bevis på deres særlige betydning, da en kemisk organisation af cellen afhænger af indholdet af biogene elementer, der udgør cellestrukturer: hyaloplasm og organeller.

Makronæringsstoffer og deres betydning

Kemiske grundstoffer, som også er meget almindelige i celler af forskellige typer af organismer, der biokemi kaldes makronæringsstoffer. Deres indhold i cellen er 1,2% - 1,9%. Ved macroelements celler indbefatter: phosphor, kalium, chlor, svovl, magnesium, calcium, jern og natrium. Alle af dem har vigtige funktioner og er en del af de forskellige celleorganeller. Således ferroion er til stede i blodet protein - hæmoglobin, som transporterer ilt (i hvilket tilfælde det kaldes oxyhæmoglobin), carbondioxid (karbogemoglobin) eller carbondioxid (carboxyhæmoglobin).

Natriumioner giver vigtig form for intercellulær transport: den såkaldte natrium-kalium-pumpen. De er også en del af den interstitielle væske og blodplasma. Magnesiumioner til stede i klorofylmolekylerne (photopigment højere planter) og er involveret i fotosyntesen, samt danner reaktionscentre at fælde fotoner af lys energi.

Calciumioner give ledning af nerveimpulser langs fibrene og er den vigtigste komponent i osteocytter - knogleceller. Calciumforbindelser er udbredt i de hvirvelløse dyr verdens hvis skaller er sammensat af calciumcarbonat.

Chloridioner er involveret i genopladning cellemembranen og tilvejebringe udseendet af elektriske impulser af den underliggende neurale stimulation.

Svovlatomerne er en del af det native protein og forårsage deres tertiære struktur "søm" polypeptidkæde, hvorved der dannes globulært protein molekyle.

Kaliumioner involveret i transporten af stoffer gennem cellemembraner. phosphoratomer er en del af denne vigtige energiintensive stoffer, såsom adenosintriphosphat, og er en vigtig del af molekylerne af deoxyribonukleinsyrer og ribonukleinsyrer, som er de vigtigste stoffer celle arvelighed.

Trace funktion i cellulær metabolisme

Omkring 50 kemiske elementer udgør mindre end 0,1% i cellerne, kaldet mikroceller. Disse omfatter zink, molybdæn, iod, kobber, kobolt, fluor. Med lav vedligeholdelse de udfører en meget vigtig funktion, som en del af mange biologisk aktive stoffer.

For eksempel de zinkatomer er i insulinmolekylet (pancreas hormon regulerende blodsukkerniveau), iod er en bestanddel af skjoldbruskkirtelhormoner - thyroxin og triiodthyronin styring af niveauet af stofskiftet i kroppen. Kobber, sammen med jernioner, der er involveret i hæmatopoiese (dannelsen af røde blodlegemer, blodplader og hvide blodlegemer i knoglemarven af hvirveldyr). Kobberioner er inkluderet i hæmocyanin pigment til stede i blodet hos vanddyr, sådanne skaldyr. Derfor farven på deres hemolymph blå.

Mere mindre indhold i cellen sådanne grundstoffer som bly, guld, brom, sølv. De kaldes ultromikroelementami og en del af plante- og dyreceller. For eksempel i kemisk analyse blev påvist majssnudebille guldioner. Bromatomer i et stort antal celler indgår i thalli af brune og røde alger, såsom Sargassum, Laminaria, Fucus.

Alle tidligere disse eksempler og fakta forklare, hvordan indbyrdes kemisk sammensætning, funktion og struktur af celler. Nedenstående tabel viser indholdet af forskellige kemiske elementer i cellerne i levende organismer.

Generelle egenskaber af organiske forbindelser

Kemiske egenskaber for celler af forskellige grupper af organismer i en bestemt måde afhængige af carbonatomer, som udgør over 50% af cellemasse. Stort set alle tør celle stof er repræsenteret kulhydrater, proteiner, nukleinsyrer og lipider, som har en kompleks struktur og høj molekylvægt. Sådanne molekyler kaldes makromolekyler (polymerer) og er sammensat af simplere elementer - monomerer. Proteinstoffer spiller en særdeles vigtig rolle og udføre en række funktioner, som er beskrevet nedenfor.

Rolle proteiner i cellen

Biokemisk analyse af forbindelser indgår en levende celle, bekræfter højt indhold af organiske stoffer, såsom proteiner. Dette faktum har en logisk forklaring: proteiner udføre en række funktioner og er involveret i alle aspekter af celle liv.

For eksempel den beskyttende funktion af proteiner er dannelsen af antistoffer - antistoffer produceret af lymfocytter. Sådanne beskyttende proteiner såsom thrombin, fibrin og tromboblastin giver blodpropper og forhindre dens tab i traumer og skade. Den komplekse sammensætning af cellen omfatter cellemembranproteiner der har evnen til genkende fremmede forbindelser - antigener. De ændrer deres konfiguration og rapport celle af de potentielle farer (alarmfunktion).

Nogle proteiner har en regulerende funktion og er hormoner, såsom oxytocin, produceret af hypothalamus, hypofyse reserveret. Ved at gå frem fra det i blodet, oxytocin virker på musklen livmodervæggen, forårsager dens reduktion. vasopressin-proteinet tjener også en regulerende funktion ved at styre blodtrykket.

Muskelcellerne er actin og myosin, er i stand til at krympe, hvilket får motoren funktion af muskelvæv. For proteiner, typisk og trofisk funktion, fx albumin embryo anvendes som næringsstof for udvikling. Blodproteiner af forskellige organismer, såsom hæmoglobin og hemocyanin, er oxygenmolekyler overføres - betjene transportfunktion. Hvis flere energikrævende stoffer, såsom carbohydrater og lipider, fuldt udnyttet, cellen begynder at nedbryde proteiner. Et gram af dette materiale 17 giver 2 kJ energi. En af de vigtigste funktioner af proteiner er katalytisk (proteiner, enzymer fremskynde kemiske reaktioner i cytoplasmatiske rum). På baggrund af ovenstående har vi set, at proteinerne har en række meget vigtige funktioner og nødvendig del af dyrecellen.

proteinbiosyntese

Overveje processen af proteinsyntese i en celle, som forekommer i cytoplasmaet via organeller såsom ribosomer. Takket være aktiviteten af specifikke enzymer, med deltagelse af ribosomet calciumioner kombinere at polysomer. De vigtigste funktioner i ribosomerne i cellen - syntese af proteinmolekyler, begyndende transskriptionsprocessen. Som et resultat af det syntetiseres mRNA-molekyler, hvortil der er knyttet polysomer. Så begynder det andet forsøg - udsendelse. Transport RNA binder til tyve forskellige typer aminosyrer og bringe dem til polysomerne, og da funktionen af ribosomer i cellen - en syntese af polypeptider, disse organeller danne komplekser med tRNA, og aminosyremolekyler er bundet sammen af peptidbindinger til dannelse af et protein makromolekyle.

Den rolle, som vand i stofskiftet

Cytologiske undersøgelser har bekræftet, at cellestrukturen og sammensætning skal vi studere, gennemsnitligt 70% vand, og i mange dyr, der fører en vand levevis (f.eks coelenterates) dens indhold er 97-98%. I lyset af denne kemiske gruppe af celler omfatter hydrofile (i stand til at opløse) og hydrofobe (vandafvisende) materiale. Som en universel polært opløsningsmiddel, vand spiller en afgørende rolle og har en direkte indvirkning ikke blot på den funktion, men også i selve strukturen af cellerne. Tabellen nedenfor viser vandindholdet i forskellige typer af celler i levende organismer.

Funktionen af kulhydrater i cellen

Som vi tidligere forklaret, at vigtige organiske kemikalier - polymerer - er også kulhydrater. Disse indbefatter polysaccharider, oligosaccharider og monosaccharider. Kulhydrater er en del af mere komplekse systemer - glycolipider og glycoproteiner, som er konstrueret af cellemembraner og nadmembrannye struktur, fx glycocalyx.

Desuden carbon i carbohydratet omfatter atomer af brint og iltning, og nogle polysaccharider indeholder mere nitrogen, svovl og phosphor. Cellerne i mange plantecarbohydrater: Kartoffelknolde indeholde op til 90% stivelse i frø og frugter kulhydratindhold op til 70%, og dyreceller findes i form af sådanne forbindelser som glycogen, chitin og trehalose.

Simple sukkerarter (monosaccharider) har den almene formel CnH2nOn og delt i tetroser, triose, pentose og hexose. De sidste to er den mest almindelige i cellerne i levende organismer, for eksempel ribose og deoxyribose er en del af nukleinsyrer, og glucose og fructose er involveret i reaktionerne i assimilation og dissimilation. Oligosaccharider findes ofte i planteceller: saccharose lagres i cellerne af sukkerroer og sukkerrør, maltose indeholdt i græsfrugter spirede rug og byg.

Disaccharider har en sød smag og er let opløseligt i vand. Polysaccharider, der er de biopolymerer består primært af stivelse, cellulose, glycogen og laminarin. De strukturelle former indbefatter polysaccharider chitin. Den primære funktion af kulhydrater i cellen - energi. Som et resultat af hydrolysereaktioner og energimetabolisme spaltes polysaccharider til glucose, og det oxideres derefter til carbondioxid og vand. Som følge heraf et gram glucose frigiver 17.6 kJ energi, og reserver af stivelse og glycogen, er i det væsentlige cellulær energi reservoir.

Glycogen deponeres hovedsagelig i muskel- og leverceller, vegetabilsk stivelse - i knolde, løg, rødder, frø og leddyr, såsom edderkopper, insekter og krebsdyr, hovedrollen i energiforsyningen spiller et oligosaccharid trehalose.

Kulhydrater er forskellig fra lipider og proteiner, evnen til anoxiske nedbrydning. Dette er ekstremt vigtigt for de organismer, der lever under forhold med mangel eller fravær af ilt, såsom anaerobe bakterier og indvoldsorme - parasitter hos mennesker og dyr.

Der er en anden funktion af kulhydrater i cellen - konstruktion (strukturelt). Det ligger i det faktum, at disse stoffer er bærende konstruktioner af celler. For eksempel cellulose er en del af cellevæggene i planter, chitin danner en udvendig skelet og mange invertebrater forekommer i svampeceller, olisaharidy sammen med lipider og proteiner molekyler danner glycocalyx - nadmembranny kompleks. Det giver adhæsion - mellem en sammenklumpning dyreceller, hvilket fører til dannelsen af væv.

Lipider: struktur og funktion

Disse organiske stoffer, som er hydrofobe (vanduopløselige) kan fjernes, dvs. ekstraheret fra cellerne ved upolære opløsningsmidler, såsom acetone eller chloroform. funktion af lipider i cellen afhænger af, hvilken af de tre grupper de tilhører: til fedtstoffer, vokser eller steroider. Fedtstoffer er den mest almindelige i alle typer af celler.

Dyr ophobes dem i det subkutane fedtvæv, neuralt væv indeholder fedt i form af myelinskeden af nerver. Det akkumuleres også i nyrer, lever, insekter - i fedt kroppen. Flydende fedt - olier - findes i frø af mange planter: fyr, jordnødder, solsikke, oliven. Lipidindholdet i celler varierer fra 5 til 90% (i fedtvævet).

Steroider og voksarter afviger fra fedtstoffer i, at de ikke har i molekylerne af fedtsyrerester. Så steroider - det er hormoner binyrebark, der påvirker puberteten kroppen, og som er komponenter af testosteron. De er også en del af vitaminer (fx vitamin D).

Den vigtigste funktion af lipider i cellen - er den energi, konstruktion og beskyttelse. Den første skyldes det faktum, at 1 gram fedt i spaltningen giver 38,9 kJ energi - meget mere end andre organiske stoffer - proteiner og kulhydrater. Endvidere i oxidationen af fedt 1d det står næsten 1,1 c. vand. Det er grunden til nogle dyr har et lager af fedt i kroppen kan være en lang tid uden vand. For eksempel kan jordegern være i dvale i mere end to måneder, uden behov for vand, og ikke drikker vand kamel ved overgange gennem ørkenen i 10-12 dage.

Konstruktion af lipider funktion ligger i det faktum, at de er en integreret del af cellemembraner, samt en del af nerven. Den beskyttende funktion af lipider består i, at fedtlaget under huden omkring nyrerne og andre indre organer beskytter dem mod mekanisk skade. Specifik varmeisolering funktion er iboende i dyrene i lang tid at være i vandet: hvaler, sæler, fur seals. Tykt subkutant adipose lag, for eksempel blå hval er 0,5 m, beskytter dyret mod hypotermi.

Værdi Oxygen i cellulær metabolisme

Aerob, som omfatter det overvældende flertal af dyr, planter og mennesker, ved anvendelse af atmosfærisk ilt til energi exchange reaktioner, der fører til spaltningen af organiske stoffer og tildeling af en vis mængde energi akkumuleret i form af molekyler af adenosintriphosphat.

Således fuldstændig oxidation af et mol glucose, der forekommer i den mitokondriske cristae, tildeles 2800 kJ energi, hvoraf 1596 kJ (55%) lagres i form af ATP-molekyler indeholdende macroergic forbindelse. Således er den primære funktion af oxygen i cellen - gennemførelse af aerob respiration, som er baseret på en gruppe af enzymatiske reaktioner såkaldte respiratoriske kæde forekommer i organeller - mitokondrier. I prokaryote organismer - fototrofe bakterier og cyanobakterier - oxidation af næringsstoffer sker under indflydelse af oxygen diffunderer ind i cellerne i de interne fremspring af plasmamembraner.

Vi har kemisk gruppe af celler er blevet undersøgt, samt de processer af proteinsyntese og oxygenholdige grupper i cellulær energimetabolisme.