Kemia organizo de ĉeloj: organikaj substancoj, macro- kaj mikrolektoj

Fine de la 19-a jarcento, branĉo de biologio estis formata, nomata biokemio. Ŝi studas la kemian komponadon de vivanta ĉelo. La ĉefa tasko de scienco estas la scio pri la proprecoj de la metabolo kaj energio, kiuj reguligas la esencan aktivecon de plantoj kaj bestoj.

La koncepto de la kemia komponado de ĉeloj

Kiel rezulto de zorgema esplorado, scienculoj studis la kemian organizon de ĉeloj kaj trovis ke vivantaj estaĵoj havas pli ol 85 kemiajn elementojn en sia komponaĵo. Kaj iuj el ili estas devigaj por preskaŭ ĉiuj organismoj, dum aliaj estas specifa kaj okazas en specifa biologia specio. Kaj la tria grupo de kemiaj elementoj ĉeestas en ĉeloj de mikroorganismoj, plantoj kaj bestoj en malgrandaj kvantoj. Kemiaj elementoj en la komponado de ĉeloj estas plej ofte en la formo de katenoj kaj anoj, el kiuj mineraloj kaj akvo estas formitaj, kaj ankaŭ karbonaĵoj, proteinoj, lipidoj estas sintezitaj de karbono.

Organogenaj elementoj

En biokemio, ili inkluzivas karbonon, hidrogenon, oksigenon kaj nitrogenon. Ilia totalo estas en la ĉelo de 88 ĝis 97% de la aliaj kemiaj elementoj, kiuj estas en ĝi. Speciale grava estas la karbono. Ĉiuj organikaj substancoj en la ĉelo konsistas el molekuloj enhavantaj karbonajn atomojn en sia komponaĵo. Ili kapablas konekti unu al la alia, formante ĉenojn (branĉitajn kaj neformitajn), same kiel ciklojn. Ĉi tiu kapablo de karbaj atomoj submetas la mirindan varion de organikaj substancoj, kiuj formas la citoplasmon kaj la ĉelajn organelojn.

Ekzemple, la internaj enhavo de ĉelo konsistas el solveblaj oligosacáridoj, hidrofilaj proteinoj, lipidoj, diversaj tipoj de ribonukaj acidoj: transporto de ARN, ribosomala RNA kaj informa RNA, same kiel senpagaj monomeroj - nucleotidoj. Tia kemia komponaĵo havas ĉelo nukleo. Ĝi ankaŭ enhavas molekulojn de deoxyribonucleic acid, kiuj estas parto de la kromosomoj. Ĉiuj supraj komponaĵoj havas en sia komponaĵo la atomojn de nitrogeno, karbono, oksigeno, hidrogeno. Ĉi tio estas pruvo de ilia speciale grava graveco, ĉar la kemia organizo de ĉeloj dependas de la enhavo de organogenaj elementoj, kiuj formas la ĉelajn strukturojn: la haloplasmon kaj la organelojn.

Macro-elementoj kaj iliaj signifoj

Kemiaj elementoj, kiuj ofte troveblas en la ĉeloj de diversaj specioj de organismoj, estas nomataj macroceloj en biokemio. Ilia enhavo en la ĉelo estas 1.2% - 1.9%. La macroelementoj de la ĉelo inkluzivas: fosforo, kalio, kloro, sulfuro, magnezio, kalcio, fero kaj natrio. Ĉiuj el ili okupas gravajn funkciojn kaj estas parto de diversaj poŝtelaj organoj. Do, la ferrosa jono estas ĉeestanta en la sango-proteino - hemoglobino, kiu transportas oksigenon (en ĉi tiu kazo ĝi estas nomata oksemoglobino), karbona dióxido (karogemoglobino) aŭ karbono-monoksido (karboxemahemlobino).

Sodiaj jonoj provizas la plej gravan tipon de interĉela transporto: la nomata natrio-kalio-bombo. Ili ankaŭ estas parto de intersticia fluida kaj sanga plasmo. Magneziaj jonoj estas prezencaj en klorofilaj molekuloj (fotopigmento de pli altaj plantoj) kaj partoprenas en la procezo de fotosíntesis, ĉar ili formas reakcentrojn kiuj kaptas fotonojn de lumo-energio.

Kalciaj jonoj havigas nervajn impulsojn laŭ la fibroj, kaj ankaŭ estas la ĉefa komponanto de osteocitoj - ostaj ĉeloj. Kalciaj komponaĵoj estas vaste distribuitaj en la mondo de senvertebruloj, en kiuj la ŝeloj estas formitaj de kalcia karbonato.

La uloj de la kloro partoprenas en la reŝarĝo de ĉelaj membranoj kaj provizas la aspekton de elektraj impulsoj, kiuj submetas al nervoza ekscito.

Sulfuro-atomoj estas parto de la denaskaj proteinoj kaj kaŭzas ilian terciaran strukturon, "pikanta" la polipéptidan ĉenon, rezultigante la formadon de globula proteino-molekulo.

La kosiaj jonoj partoprenas en la transporto de substancoj per ĉelaj membranoj. Atomoj de fosforo estas parto de tiom grava energio-intensiva substanco kiel adenosina triposfora acido, kaj ankaŭ grava komponanto de la molekuloj de deoxiribonukukaj kaj ribonukaj acidoj, kiuj estas la ĉefaj substancoj de ĉela heredaĵo.

Funkcioj de mikrolektoj en poŝtela metabolo

Ĉirkaŭ 50 kemiaj elementoj, kiuj formas malpli ol 0.1% en ĉeloj, estas nomataj mikrolektoj. Ĉi tiuj inkluzivas zinkon, molibdeno, jodo, kupro, kobalto, fluoro. Kun bagatela enhavo, ili plenumas tre gravajn funkciojn, ĉar ili estas parto de multaj biologie aktivaj substancoj.

Ekzemple, zinkaj atomoj estas trovitaj en insulinaj molekuloj (la hormono de la pankreato reguliga sango de glukozo de sango), jodo estas integra parto de la tiroideaj hormonoj - thyroxino kaj triiodotirona, kiu kontrolas la nivelon de metabolo en la korpo. Kupro, kune kun feraj jonoj, partoprenas en hematopoiesis (la formado de eritrocitos, teleroj kaj leŭkocitoj en la ruĝa osta medolo de vertebruloj). Kupraj jonoj estas parto de la pigmento de hemocianina ĉeestanta en la sango de senvertebruloj, ekzemple moluskoj. Sekve, la koloro de hemolimfo ili havas bluan.

Eĉ malpli estas la enhavo en la ĉelo de tiaj kemiaj elementoj kiel plumbo, oro, bromo, arĝento. Ili estas nomataj ultramicroelementoj kaj estas parto de plantoj kaj bestoj. Ekzemple, en la grajnoj de maizo, oraj uloj estis detektitaj per kemia analizo. Atomoj de bromo en granda nombro estas inkluzivitaj en la komponado de teloj ĉeloj de bruna kaj ruĝa algoj, ekzemple sargassum, kelp, fucus.

Ĉiuj supraj ekzemploj kaj faktoj klarigas kiel la kemia komponado, funkcioj kaj strukturo de la ĉelo estas interrilatigitaj. La tablo sube montras la enhavon de diversaj kemiaj elementoj en la ĉeloj de vivantaj organismoj.

Ĝeneralaj karakterizaĵoj de organikaj substancoj

La kemiaj proprietoj de ĉeloj de diversaj grupoj de organismoj dependas de certa maniero sur la karbona atomoj, kies proporcio estas pli ol 50% de la ĉelo-maso. Preskaŭ la tuta seka materio de la ĉelo estas reprezentita de karbonhidratoj, proteinoj, nukleaj acidoj kaj lipidoj, kiuj havas kompleksan strukturon kaj grandan molekulan pezon. Tiaj molekuloj estas nomataj macromolekuloj (polimeroj) kaj konsistas el pli simplaj elementoj - monomeroj. Proteinaj substancoj ludas ege gravan rolon kaj plenumas multajn funkciojn, kiuj diskutos sube.

La rolo de proteinoj en la ĉelo

Biokemia analizo de komponaĵoj enirante en vivan ĉelon konfirmas la altan enhavon de organikaj substancoj kiel ekzemple proteinoj en ĝi. Ĉi tiu fakto havas logikan eksplikon: proteinoj plenumas diversajn funkciojn kaj partoprenas en ĉiuj demonstracioj de ĉela vivo.

Ekzemple, la protekta funkcio de proteinoj estas la formado de antikorpoj - immunoglobulinoj, produktitaj de limfocitoj. Tiaj protektaj proteinoj, kiel trombeno, fibrino kaj tromboblastino, havigas sangonkuladon kaj malhelpas ĝian perdon en vundoj kaj vundoj. La ĉelo konsistas el kompleksaj proteinoj de ĉelaj membranoj, kiuj havas la kapablon rekoni eksterlandajn komponaĵojn - antigensojn. Ili ŝanĝas sian agordon kaj informas la celon de ebla danĝero (signala funkcio).

Iuj proteinoj plenumas reguligan funkcion kaj estas hormonoj, ekzemple, oksitokino, produktita de la hipotalamo, estas rezervita de la pituitaria glando. Enirante en la sangon, oksococin tuŝas la muskolajn murojn de la utero, kaŭzante ĝin kontrakti. La proteino vasopresina ankaŭ plenumas reguligan funkcion, kontrolante la premon de sango.

En la muskolaj ĉeloj estas actino kaj mosino, kapablaj kontrakti, kio kaŭzas la motoron funkcion de muskola histo. Por proteinoj, trofa funkcio estas ankaŭ karakteriza, ekzemple, albumino estas uzata de embrio kiel nutraĵo por ĝia evoluo. Sangaj proteinoj de diversaj organismoj, ekzemple hemoglobino kaj hemocianino, portas oksigenajn molekulojn - plenumas transportan funkcion. Se pli da energio-intensivaj substancoj, kiel karbonhidratoj kaj lipidoj, plene uzas, la ĉelo komencas rompi la proteinojn. Unu gramo de ĉi tiu substanco donas 17, 2 kJ de energio. Unu el la plej gravaj funkcioj de proteinoj estas kataliza (proteinoj-enzimoj akcelas kemiajn reagojn, kiuj okazas en la kupeo de la citoplasmo). Bazita sur la antaŭaj, ni estis konvinkitaj, ke proteinoj plenumas multajn tre gravajn funkciojn kaj nepre estas parto de la bestoĉelo.

Biosíntesis de proteino

Konsideru la procezon de proteino-sintezo en ĉelo, kiu okazas en la citoplasmo kun la helpo de organeluloj kiel ribosomoj. Danke al la aktiveco de specialaj enzimoj, kun la partopreno de kalciaj jonoj, la ribosomoj kombinas en polomoj. La ĉefaj funkcioj de ribosomoj en ĉelo estas la sintezo de protekaj molekuloj, kiu komenciĝas per la transskribo. Kiel rezulto, ĝi sintezas mRNA-molekulojn, al kiuj polizomoj estas alfiksitaj. Tiam la dua procezo komencas - traduko. Transportaj ARNoj kombinas kun dudek malsamaj specoj de aminoácidoj kaj kondukas ilin al la sistemoj, kaj ĉar la funkcioj de la ribosomoj en la ĉelo estas la sintezo de polipéptidoj, ĉi tiuj organeluloj formas kompleksojn kun tRNA, kaj la aminoacaj molekuloj estas ligitaj kune per peptidaj ligoj por formi la proteinon-macromolekulon.

La rolo de akvo en metabolaj procezoj

Citologiaj studoj konfirmis la fakton, ke la ĉelo, la strukturo kaj komponado, kiun ni studas, estas averaĝa 70% de akvo, kaj en multaj bestoj, kiuj kondukas la akvan vivon (ekzemple, bonegantaj), ĝia enhavo atingas 97-98%. Pro tiu kemia organizo de ĉeloj inkludas hidrofílica (kapablas solvi) kaj hidrofoba (akvo-repelente) materialo. Estanta universala polusa solvento, akvo ludas esceptan rolon kaj rekte efikas ne nur la funkciojn, sed ankaŭ la tre strukturon de la ĉelo. La tablo sube montras la akvan enhavon en la ĉeloj de diversaj specoj de vivantaj organismoj.

Funkcio de karbonhidratoj en kaĝo

Kiel ni eksciis pli frue, gravaj karbonhidratoj estas gravaj organikaj substancoj - polimeroj. Ĉi tiuj inkluzivas polisacáridos, oligosacáridos kaj monosakaridoj. Karbonhidratoj estas parto de pli kompleksaj kompleksoj - glicolipidoj kaj glicoproteinoj, de kiuj konstruiĝas ĉelaj membranoj kaj supramembranaj strukturoj, ekzemple glycocalyx.

Krom karbono, karbonhidratoj inkluzivas oksigenon kaj hidrogenajn atomojn, kaj iuj polisacaridoj ankaŭ enhavas nitrogenon, sulfuron kaj fosforon. Estas multaj ĉeloj de karbohidratos: la tuberoj de terpomoj enhavas ĝis 90% de amelo, en semoj kaj fruktoj carbohidratoj ĝis 70%, kaj en bestoj ĉeloj okazas en formo de komponaĵoj kiel glicogeno, chitino kaj trehalosa.

Simplaj sukeroj (monosakaridoj) havas ĝeneralan formulon CnH2nOn kaj estas dividitaj en tetrosojn, triojn, pentosojn kaj heksoseojn. Ĉi tiuj duaj estas plej oftaj en ĉeloj de vivantaj organismoj, ekzemple, ribose kaj deoxiribosa estas parto de nukleaj acidoj, kaj glukozo kaj fruktozo estas okupitaj en asimilado kaj disimilaj reagoj. Oligosakaridoj ofte troviĝas en plantaj ĉeloj: la sacarosao estas konservita en ĉeloj de sukero kaj sukero da kano, maltoseo estas enhavita en ĝermitaj aknoj de sekalo kaj hordeo.

Disacaridoj havas dolĉan guston kaj facile solvas en akvo. La polisacáridos, estante biopolímeros, estas reprezentitaj ĉefe de amelo, celulozo, glucógeno kaj laminarino. Chitin apartenas al la strukturaj formoj de polisacaridoj. La ĉefa funkcio de karbonhidratoj en la ĉelo estas energio. Kiel rezulto de hidrolizo kaj reagoj de energia metabolo, polisacaridoj dividiĝas al glukozo, kaj tiam ĝi estas oxida al karbona dióxido kaj akvo. Kiel rezulto, unu gramo de glukozo liberigas 17.6 kJ de energio, kaj provizoj de amelo kaj gluceno, fakte, estas rezervujo de poŝtelemo.

Glicogeno estas deponita ĉefe en muskolaj ŝtofoj kaj hepataj ĉeloj, vegetala amelo en tuberoj, cepoj, radikoj, semoj kaj artrópodos, ekzemple araneoj, insektoj kaj krustuloj, la ĉefa rolo en energia provizo estas ludata per trehalosa oligosacarido.

Karbohidratoj diferencas de lipidoj kaj proteinoj per la kapablo de oksigeno-libera digesto. Ĉi tio estas ekstreme grava por organismoj vivantaj en kondiĉoj de manko aŭ manko de oksigeno, ekzemple por anaerobiaj bakterioj kaj helimetoj - homoj kaj bestoj.

Ekzistas alia funkcio de karbonhidratoj en la ĉelo-konstruaĵo (struktura). Ĝi konsistas en la fakto, ke ĉi tiuj substancoj estas la subtenantaj strukturoj de ĉeloj. Ekzemple, celulozo estas parto de ĉelaj muroj de plantoj, chitin formas la eksterajn skeleton de multaj senvertebruloj kaj okazas en fungaj ĉeloj, olisacaridoj kune kun lipidoj kaj proteinoj molekuloj formas glicocalikajn supramembranajn kompleksojn. Ĝi provizas adhesion - ĉagrenadon de bestoj ĉeloj inter si, kondukante al la formado de ŝtofoj.

Lipidoj: strukturo kaj funkcio

Ĉi tiuj organikaj substancoj, kiuj estas hidrofobiaj (nesolveblaj al akvo) povas esti rekuperitaj, tio estas, ĉerpitaj de la ĉeloj per ne-polusaj solventoj kiel ekzemple aketono aŭ kloroformo. La funkcioj de lipidoj en ĉelo dependas de tiuj el la tri grupoj ili apartenas al: grasoj, vakso aŭ steroidoj. La grasoj estas plej vaste distribuitaj en ĉiuj specoj de ĉeloj.

Bestoj amasigi ilin en la subkutana ŝtofo adiposo neŭra histo enhavas grason en la formo de la myelin ingon de nervoj. Ĝi ankaŭ amasigas en la renoj, hepato, en insektoj - en la grasa korpo. Liquidaj grasoj - oleoj - troviĝas en la semoj de multaj plantoj: cedro, arakidoj, sunfloro, olivoj. La lipida enhavo en ĉeloj varias de 5 ĝis 90% (en adiposa ŝtofo).

La esteroides kaj la vakso diferencas de grasoj, ĉar ili ne havas acidajn restaĵojn grasaj en la molekuloj. Do, la esteroidoj estas la hormonoj de la cortika tavolo de la adrenaloj, kiuj efikas la seksan maturadon de la korpo kaj estas komponantoj de testosterona. Ili ankaŭ estas parto de vitaminoj (ekzemple, vitamino D).

La ĉefaj funkcioj de lipidoj en la ĉelo estas energio, konstruado kaj protekta. La unua estas pro tio, ke 1 gramo da graso dum la disvastigo donas 38.9 kJ-energion multe pli ol aliaj organikaj substancoj - proteinoj kaj karbonhidratoj. Krome, kiam oxidanta 1g de graso, preskaŭ 1.1 gr estas liberigita. Akvo. Tial iuj bestoj, kiuj havas grason en sia korpo, povas resti sen akvo dum longa tempo. Ekzemple, gophers povas dormi pli ol du monatoj sen neceso de akvo, kaj kamelo ne trinkas akvon dum transiroj tra la dezerto dum 10-12 tagoj.

La konstrua funkcio de lipidoj estas ke ili estas integra parto de ĉelaj membranoj, kaj ankaŭ formas parton de la nervoj. La protekta funkcio de lipidoj estas ke tavolo de graso sub la haŭto ĉirkaŭ la renoj kaj aliaj internaj organoj protektas ilin de mekanikaj vundoj. Specifa termika izola funkcio estas propra en bestoj, kiuj estis en la akvo dum longa tempo: balenoj, fokoj, fokoj. Densa subcutanea dika tavolo, ekzemple, en blua baleno estas 0,5 m, ĝi protektas la beston de hipotermia.

La graveco de oksigeno en poŝtela metabolo

Aerobiaj organismoj, kiuj inkluzivas la vastan plimulton de bestoj, plantoj kaj homoj, uzas atmosferan oksigenon por energiaj metabolo-reagoj, kiuj kondukas al disigo de organikaj substancoj kaj liberigo de certa kvanto da energio akumulita en la formo de molekuloj de adenosina trifosfato.

Tiel, la kompleta oxidación de unu molo de glukozo kiu okazas en la mitokondria cristae, 2800 kJ de energio estas asignita, el kiuj 1596 kJ (55%) estas stokita en la formo de ATP molekulojn enhavantaj macroergic konekton. Tiel, la ĉefa funkcio de oksigeno en la ĉelo - la efektivigo de aerobia spirado, kiu estas bazita sur grupo de reagoj enzimáticas tiel nomata spira ĉeno okazantaj en orgánulos - mitocondrias. En procariotas organismoj - fototrofaj bakterioj kaj cianobakterioj - oxidación de nutrientes okazas sub la influo de oksigeno difuzanta en la ĉeloj en la interna protuberancias de plasmo membranoj.

Ni havas kemian organizo de ĉeloj estis studita, kaj ankaŭ la procezoj de sintezo de proteinoj kaj oksigeno funkcio en ĉela energio metabolo.