Care este compoziția chimică în biologie. Ce elemente chimice sunt incluse în celulă? Rolul și funcția elementelor chimice care alcătuiesc celula. Au propriul lor ADN

În celulele diferitelor organisme, au fost găsite aproximativ 70 de elemente ale tabelului periodic al elementelor lui D.I.Mendeleev, dar doar 24 dintre ele au o valoare complet stabilită și se găsesc în mod constant în toate tipurile de celule.

Cea mai mare greutate specifică din compoziția elementară a celulei este oxigenul, carbonul, hidrogenul și azotul. Acestea sunt așa-numitele principalul sau biogenă elemente. Aceste elemente reprezintă mai mult de 95% din masa celulelor, iar conținutul lor relativ în materia vie este mult mai mare decât în \u200b\u200bscoarța terestră. Calciu, fosfor, sulf, potasiu, clor, sodiu, magneziu, iod și fier sunt, de asemenea, vitale. Conținutul lor în celulă este calculat în zecimi și sutimi de procent. Elementele listate alcătuiesc un grup macronutrienți.

Alte elemente chimice: cupru, mangan, molibden, cobalt, zinc, bor, fluor, crom, seleniu, aluminiu, iod, fier, siliciu - sunt conținute în cantități extrem de mici (mai puțin de 0,01% din masa celulei). Acestea aparțin grupului oligoelemente.

Procentul din corp a acestui sau acelui element nu caracterizează în niciun fel gradul de importanță și necesitate a acestuia în corp. De exemplu, multe oligoelemente fac parte din diferite substanțe biologic active - enzime, vitamine (cobaltul face parte din vitamina B12), hormoni (iodul face parte din tiroxină); afectează creșterea și dezvoltarea organismelor (zinc, mangan, cupru), hematopoieză (fier, cupru), procese de respirație celulară (cupru, zinc), etc.

Cele mai importante elemente chimice ale celulei

Element	Simbol	Conținut aproximativ,%	Semnificație pentru celulă și corp
Oxigen	O	62	O parte din apă și materie organică; participă la respirația celulară
Carbon	C	20	Parte a tuturor substanțelor organice
Hidrogen	H	10	O parte din apă și materie organică; participă la procesele de conversie a energiei
Azot	N	3	O parte din aminoacizi, proteine, acizi nucleici, ATP, clorofilă, vitamine
Calciu	Ca	2,5	Este o parte a peretelui celular din plante, oase și dinți, crește coagularea sângelui și contractilitatea fibrelor musculare
Fosfor	P	1,0	O parte din țesutul osos și smalțul dinților, acizi nucleici, ATP, unele enzime
Sulf	S	0,25	O parte a aminoacizilor (cisteină, cistină și metionină), unele vitamine, participă la formarea legăturilor disulfidice în timpul formării structurii terțiare a proteinelor
Potasiu	K	0,25	Este conținut în celulă numai sub formă de ioni, activează enzimele de sinteză a proteinelor, determină ritmul normal al activității cardiace, participă la procesele de fotosinteză, generare de potențiale bioelectrice
Clor	Cl	0,2	Un ion negativ predomină în corpul animalelor. Componenta acidului clorhidric din sucul gastric
Sodiu	N / A	0,1	Este conținut în celulă numai sub formă de ioni, determină ritmul normal al activității cardiace, afectează sinteza hormonilor
Magneziu	Mg	0,07	Face parte din moleculele de clorofilă, precum și din oase și dinți, activează metabolismul energetic și sinteza ADN-ului
Iod	Eu	0,01	O parte din hormonii tiroidieni
Fier	Fe	Urme de pasi	Este o parte a multor enzime, hemoglobina și mioglobina, participă la biosinteza clorofilei, la transportul electronilor, la procesele de respirație și fotosinteză
Cupru	Cu	Urme de pasi	Este o parte a hemocianinelor la nevertebrate, o parte a unor enzime, participă la procesele de hematopoieză, fotosinteză, sinteză a hemoglobinei
Mangan	Mn	Urme de pasi	Face parte sau mărește activitatea anumitor enzime, participă la dezvoltarea oaselor, la asimilarea azotului și la procesul de fotosinteză
Molibden	Mo	Urme de pasi	Face parte din unele enzime (nitrat reductază), participă la procesele de legare a azotului atmosferic de către bacteriile nodulare
Cobalt	Co	Urme de pasi	O parte din vitamina B12, participă la fixarea azotului atmosferic de către bacteriile nodulare
Bor	B	Urme de pasi	Influențează procesele de creștere a plantelor, activează enzimele restaurative ale respirației
Zinc	Zn	Urme de pasi	Face parte din unele enzime care descompun polipeptidele, participă la sinteza hormonilor vegetali (auxine) și glicoliză
Fluor	F	Urme de pasi	O parte din smalțul dinților și oaselor

Astăzi, multe elemente chimice ale tabelului periodic au fost descoperite și izolate în formă pură, iar o cincime dintre ele se găsește în fiecare organism viu. Acestea, la fel ca cărămizile, sunt principalele componente ale substanțelor organice și anorganice.

Ce elemente chimice fac parte din celulă, biologia substanțelor care pot fi judecate în funcție de prezența lor în organism - vom analiza toate acestea mai târziu în articol.

Ce este consistența chimică

Pentru a menține stabilitatea în corp, fiecare celulă trebuie să mențină concentrația fiecăruia dintre componentele sale la un nivel constant. Acest nivel este determinat de specii, habitat și factori de mediu.

Pentru a răspunde la întrebarea ce elemente chimice sunt incluse în celulă, este necesar să înțelegem clar că orice substanță conține oricare dintre componentele tabelului periodic.

Uneori vorbim despre sutimi și mii de procente din conținutul unui anumit element dintr-o celulă, dar în același timp, o modificare a numărului numit cu cel puțin o miime poate avea deja consecințe grave pentru corp.

Din cele 118 elemente chimice dintr-o celulă umană, trebuie să existe cel puțin 24. Nu există componente care ar putea fi găsite într-un organism viu, dar care nu ar face parte din obiecte neînsuflețite ale naturii. Acest fapt confirmă relația strânsă dintre viață și viață în ecosistem.

Rolul diferitelor elemente care alcătuiesc celula

Deci, care sunt elementele chimice din celulă? Trebuie remarcat faptul că rolul lor în viața organismului depinde în mod direct de frecvența apariției și de concentrația lor în citoplasmă. Cu toate acestea, în ciuda conținutului diferit al elementelor din celulă, semnificația fiecăruia dintre ele este la fel de mare. O deficiență a oricăreia dintre ele poate duce la un efect dăunător asupra organismului, dezactivând cele mai importante reacții biochimice din metabolism.

La enumerarea elementelor chimice care fac parte din celula umană, ar trebui menționate trei tipuri principale, pe care le vom lua în considerare în continuare:

Principalele elemente biogene ale celulei

Nu este surprinzător faptul că elementele O, C, H, N sunt biogene, deoarece acestea sunt cele care formează toate substanțele organice și multe substanțe anorganice. Este imposibil să ne imaginăm proteine, grăsimi, carbohidrați sau acizi nucleici fără aceste componente esențiale pentru organism.

Funcția acestor elemente a determinat conținutul lor ridicat în corp. Împreună reprezintă 98% din masa corporală totală uscată. Ce altceva poate fi activitatea acestor enzime?

Oxigen. Conținutul său în celulă este de aproximativ 62% din greutatea totală uscată. Funcții: construirea substanțelor organice și anorganice, participarea la lanțul respirator;
Carbon. Conținutul său ajunge la 20%. Funcția principală: inclusă în toate;
Hidrogen. Concentrația sa capătă o valoare de 10%. Pe lângă faptul că acest element este o componentă a substanțelor organice și a apei, participă și la transformările energetice;
Azot. Suma nu depășește 3-5%. Rolul său principal este formarea de aminoacizi, acizi nucleici, ATP, multe vitamine, hemoglobină, hemocianină, clorofilă.

Acestea sunt elementele chimice care alcătuiesc celula și formează majoritatea substanțelor necesare vieții normale.

Valoarea macronutrienților

Macronutrienții vor ajuta, de asemenea, la sugerarea elementelor chimice care fac parte din celulă. Din cursul biologiei, devine clar că, pe lângă cele principale, 2% din masa uscată sunt alte componente ale tabelului periodic. Iar macronutrienții includ pe cei al căror conținut nu este mai mic de 0,01%. Funcțiile lor principale sunt prezentate într-un tabel.


Calciu (Ca)		Responsabil de contracția fibrelor musculare, face parte din pectină, oase și dinți. Întărește coagularea sângelui.
Fosfor (P)		Face parte din cea mai importantă sursă de energie - ATP.
		Participă la formarea punților disulfură în timpul plierii proteinelor într-o structură terțiară. Este o parte din cisteină și metionină, unele vitamine.
		Ionii de potasiu sunt implicați în celule și afectează, de asemenea, potențialul membranei.
		Anionul principal al corpului
Sodiu (Na)		Un analog de potasiu implicat în aceleași procese.
Magneziu (Mg)		Ionii de magneziu sunt regulatori de proces.În centrul moleculei de clorofilă există și un atom de magneziu.
		Participă la transportul de electroni de-a lungul ETC al respirației și fotosintezei, este o legătură structurală a mioglobinei, hemoglobinei și a multor enzime.

Sperăm că din cele de mai sus este ușor să stabilim care elemente chimice fac parte din celulă și aparțin macronutrienților.

Oligoelemente

Există, de asemenea, astfel de celule constitutive, fără de care corpul nu poate funcționa normal, dar conținutul lor este întotdeauna mai mic de 0,01%. Să definim ce elemente chimice sunt incluse în celulă și aparțin grupului de oligoelemente.


		Face parte din enzimele ADN și ARN polimeraze, precum și din mulți hormoni (de exemplu, insulina).
		Participă la procesele de fotosinteză, sinteză a hemocianinei și a unor enzime.
		Este o componentă structurală a hormonilor tiroidieni T3 și T4
Mangan (Mn)	mai puțin de 0,001	Parte a enzimelor, oaselor. Participă la fixarea azotului în bacterii
	mai puțin de 0,001	Influențează procesul de creștere a plantelor.
		Face parte din oase și smalțul dinților.

Substanțe organice și anorganice

Pe lângă cele enumerate, ce alte elemente chimice sunt incluse în celulă? Răspunsurile pot fi găsite pur și simplu prin studierea structurii majorității substanțelor din corp. Dintre acestea, se disting molecule de origine organică și anorganică și fiecare dintre aceste grupuri conține un set fix de elemente.

Principalele clase de substanțe organice sunt proteinele, acizii nucleici, grăsimile și carbohidrații. Acestea sunt construite în întregime din elemente biogene de bază: scheletul unei molecule este întotdeauna format din carbon, iar hidrogenul, oxigenul și azotul fac parte din radicali. La animale, proteinele sunt clasa dominantă, iar la plante, polizaharidele.

Substanțele anorganice sunt toate săruri minerale și, desigur, apă. Dintre toate anorganicele din celulă, cel mai mult este H2O, în care restul substanțelor sunt dizolvate.

Toate cele de mai sus vă vor ajuta să determinați ce elemente chimice fac parte din celulă, iar funcțiile lor în corp nu vor mai fi un mister pentru dvs.

Cea mai mare greutate specifică din compoziția elementară a celulei este oxigenul, carbonul, hidrogenul și azotul. Acestea sunt așa-numitele principalul sau nutrienți... Aceste elemente reprezintă mai mult de 95% din masa celulelor, iar conținutul lor relativ în materia vie este mult mai mare decât în \u200b\u200bscoarța terestră. Calciu, fosfor, sulf, potasiu, clor, sodiu, magneziu, iod și fier sunt, de asemenea, vitale. Conținutul lor în celulă este calculat în zecimi și sutimi de procent. Elementele listate alcătuiesc un grup macronutrienți.

Procentul din corp a acestui sau acelui element nu caracterizează în niciun fel gradul de importanță și necesitate a acestuia în corp. De exemplu, multe oligoelemente fac parte din diferite substanțe biologic active - enzime, vitamine (cobaltul face parte din vitamina B 12), hormoni (iodul face parte din tiroxină); afectează creșterea și dezvoltarea organismelor (zinc, mangan, cupru ), hematopoieză (fier, cupru), procese de respirație celulară (cupru, zinc) etc. Conținutul și semnificația pentru viața celulelor și a corpului în ansamblu a diverselor elemente chimice sunt date în tabel:

Cele mai importante elemente chimice ale celulei

Element	Simbol	Conținut aproximativ,%	Semnificație pentru celulă și corp
Oxigen	O	62	O parte din apă și materie organică; participă la respirația celulară
Carbon	C	20	Parte a tuturor substanțelor organice
Hidrogen	H	10	O parte din apă și materie organică; participă la procesele de conversie a energiei
Azot	N	3	O parte din aminoacizi, proteine, acizi nucleici, ATP, clorofilă, vitamine
Calciu	Ca	2,5	Este o parte a peretelui celular din plante, oase și dinți, crește coagularea sângelui și contractilitatea fibrelor musculare
Fosfor	P	1,0	O parte din țesutul osos și smalțul dinților, acizi nucleici, ATP, unele enzime
Sulf	S	0,25	O parte a aminoacizilor (cisteină, cistină și metionină), unele vitamine, participă la formarea legăturilor disulfidice în timpul formării structurii terțiare a proteinelor
Potasiu	K	0,25	Este conținut în celulă numai sub formă de ioni, activează enzimele de sinteză a proteinelor, determină ritmul normal al activității cardiace, participă la procesele de fotosinteză, generare de potențiale bioelectrice
Clor	Cl	0,2	Un ion negativ predomină în corpul animalelor. Componenta acidului clorhidric din sucul gastric
Sodiu	N / A	0,10	Este conținut în celulă numai sub formă de ioni, determină ritmul normal al activității cardiace, afectează sinteza hormonilor
Magneziu	Mg	0,07	Face parte din moleculele de clorofilă, precum și din oase și dinți, activează metabolismul energetic și sinteza ADN-ului
Iod	Eu	0,01	O parte din hormonii tiroidieni
Fier	Fe	0,01	Este o parte a multor enzime, hemoglobina și mioglobina, participă la biosinteza clorofilei, la transportul electronilor, la procesele de respirație și fotosinteză
Cupru	Cu	Urme de pasi	Este o parte a hemocianinelor la nevertebrate, o parte a unor enzime, participă la procesele de hematopoieză, fotosinteză, sinteză a hemoglobinei
Mangan	Mn	Urme de pasi	Face parte sau mărește activitatea anumitor enzime, participă la dezvoltarea oaselor, la asimilarea azotului și la procesul de fotosinteză
Molibden	Mo	Urme de pasi	Face parte din unele enzime (nitrat reductază), participă la procesele de legare a azotului atmosferic de către bacteriile nodulare
Cobalt	Co	Urme de pasi	O parte din vitamina B 12, participă la fixarea azotului atmosferic de către bacteriile nodulare
Bor	B	Urme de pasi	Influențează procesele de creștere a plantelor, activează enzimele restaurative ale respirației
Zinc	Zn	Urme de pasi	Face parte din unele enzime care descompun polipeptidele, participă la sinteza hormonilor vegetali (auxine) și glicoliză
Fluor	F	Urme de pasi	O parte din smalțul dinților și oaselor

Celulă - o unitate elementară de viață pe Pământ. Are toate caracteristicile unui organism viu: crește, se înmulțește, schimbă substanțe și energie cu mediul și reacționează la stimulii externi. Începutul evoluției biologice este asociat cu apariția formelor de viață celulare pe Pământ. Organismele unicelulare sunt celule care există separat una de alta. Corpul tuturor organismelor multicelulare - animale și plante - este construit din mai multe sau mai puține celule, care sunt un fel de blocuri care alcătuiesc un organism complex. Indiferent dacă o celulă este un sistem viu integral - un organism separat sau doar o parte a acestuia, este dotată cu un set de trăsături și proprietăți comune tuturor celulelor.

Chimia celulelor

Aproximativ 60 de elemente ale sistemului periodic al lui Mendeleev, găsite în natura neînsuflețită, au fost găsite în celule. Aceasta este una dintre dovezile caracterului comun al naturii animate și neînsuflețite. La organismele vii, cele mai frecvente hidrogen, oxigen, carbon și azot, care reprezintă aproximativ 98% din masa celulară. Acest lucru se datorează particularităților proprietăților chimice ale hidrogenului, oxigenului, carbonului și azotului, drept urmare s-au dovedit a fi cele mai potrivite pentru formarea moleculelor care îndeplinesc funcții biologice. Aceste patru elemente sunt capabile să formeze legături covalente foarte puternice prin împerecherea electronilor aparținând a doi atomi. Atomii de carbon legați covalent pot forma coloana vertebrală a nenumărate molecule organice diferite. Deoarece atomii de carbon formează cu ușurință legături covalente cu oxigenul, hidrogenul, azotul și, de asemenea, cu sulful, moleculele organice devin extrem de complexe și de structuri diverse.

În plus față de cele patru elemente principale, celula conține în cantități vizibile (fracțiunile 10 și 100 de procente) fier, potasiu, sodiu, calciu, magneziu, clor, fosfor și sulf... Toate celelalte elemente ( zinc, cupru, iod, fluor, cobalt, mangan și altele) se află în celulă în cantități foarte mici și, prin urmare, sunt numite oligoelemente.

Elementele chimice fac parte din compuși anorganici și organici. Compușii anorganici includ apă, săruri minerale, dioxid de carbon, acizi și baze. Compușii organici sunt proteine, acizi nucleici, glucide, grăsimi (lipide) și lipoide.

Unele proteine \u200b\u200bconțin sulf... O parte integrantă a acizilor nucleici este fosfor... Molecula de hemoglobină include fier, magneziu participă la construirea unei molecule clorofilă... Oligoelementele, în ciuda conținutului extrem de redus din organismele vii, joacă un rol important în procesele vitale. Iod face parte din hormonul tiroidian - tiroxina, cobalt - în compoziția vitaminei B 12, hormonul părții insulare a pancreasului - insulină - conține zinc... La unii pești, cuprul ia locul fierului în moleculele de pigment care transportă oxigenul.

Substanțe anorganice

Apă

H2O este cel mai frecvent compus în organismele vii. Conținutul său în diferite celule variază într-un interval destul de larg: de la 10% în smalțul dinților până la 98% în corpul unei meduze, dar în medie este de aproximativ 80% din greutatea corporală. Rolul extrem de important al apei în asigurarea proceselor vitale se datorează proprietăților sale fizice și chimice. Polaritatea moleculelor și capacitatea de a forma legături de hidrogen fac din apă un bun solvent pentru un număr imens de substanțe. Majoritatea reacțiilor chimice care au loc în celulă pot avea loc numai într-o soluție apoasă. Apa este, de asemenea, implicată în multe transformări chimice.

Numărul total de legături de hidrogen între moleculele de apă variază cu t °. La t ° topirea gheții distruge aproximativ 15% din legăturile de hidrogen, la t ° 40 ° C - jumătate. În tranziția la starea gazoasă, toate legăturile de hidrogen sunt distruse. Aceasta explică capacitatea termică specifică ridicată a apei. Când temperatura mediului extern se schimbă, apa absoarbe sau eliberează căldură datorită ruperii sau formării noi a legăturilor de hidrogen. În acest fel, fluctuațiile în t ° în interiorul celulei sunt mai mici decât în \u200b\u200bmediul înconjurător. Căldura ridicată de vaporizare este baza unui mecanism eficient de transfer de căldură la plante și animale.

Apa ca solvent ia parte la fenomenele de osmoză, care joacă un rol important în activitatea vitală a celulei corpului. Osmoza este pătrunderea moleculelor de solvent printr-o membrană semipermeabilă într-o soluție a unei substanțe. Membranele semipermeabile sunt cele care permit trecerea moleculelor solventului, dar nu permit trecerea moleculelor (sau ionilor) unui solut. În consecință, osmoza este o difuzie unidirecțională a moleculelor de apă în direcția unei soluții.

Saruri minerale

Majoritatea celulelor anorganice in-in sunt sub formă de săruri într-o stare solidă sau disociată. Concentrația de cationi și anioni în celulă și în mediul său nu este aceeași. Celula conține destul de mult K și mult Na. În mediul extracelular, de exemplu, în plasma sanguină, în apa de mare, dimpotrivă, există mult sodiu și puțin potasiu. Iritabilitatea celulelor depinde de raportul de concentrație al ionilor Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+. În țesuturile animalelor multicelulare, K este o parte a unei substanțe multicelulare care asigură coeziunea celulelor și dispunerea ordonată a acestora. Presiunea osmotică din celulă și proprietățile sale de tamponare depind în mare măsură de concentrația sărurilor. Tamponarea este capacitatea unei celule de a menține o reacție ușor alcalină a conținutului său la un nivel constant. Tamponarea în interiorul celulei este asigurată în principal de ionii H 2 PO 4 și HPO 4 2-. În fluidele extracelulare și în sânge, H 2 CO 3 și HCO 3 - joacă rolul unui tampon. Anionii leagă ioni H și ioni hidroxid (OH -), datorită cărora reacția din interiorul celulei fluidelor extracelulare nu se schimbă practic. Sărurile minerale insolubile (de exemplu, fosfatul de calciu) oferă rezistență țesutului osos al vertebratelor și al cojilor de moluște.

Materia organică celulară

Proteină

Printre substanțele organice ale celulei, proteinele sunt pe primul loc atât în \u200b\u200bceea ce privește cantitatea (10 - 12% din masa totală a celulei), cât și în valoare. Proteinele sunt polimeri cu greutate moleculară mare (cu o greutate moleculară de la 6000 la 1 milion și mai mult), ai căror monomeri sunt aminoacizi. Organismele vii folosesc 20 de aminoacizi, deși sunt mult mai mulți. Orice aminoacid conține o grupare amino (-NH2), care are proprietăți bazice, și o grupă carboxil (-COOH), care are proprietăți acide. Doi aminoacizi se combină într-o singură moleculă prin stabilirea unei legături HN-CO cu eliberarea unei molecule de apă. Legătura dintre grupa amino a unui aminoacid și carboxilul altuia se numește legătură peptidică. Proteinele sunt polipeptide care conțin zeci sau sute de aminoacizi. Moleculele diferitelor proteine \u200b\u200bdiferă unele de altele în ceea ce privește greutatea moleculară, numărul, compoziția aminoacizilor și secvența aranjării lor în lanțul polipeptidic. Prin urmare, este clar că proteinele sunt foarte diverse, numărul lor în toate tipurile de organisme vii este estimat la 10 10 - 10 12.

Un lanț de legături de aminoacizi conectat prin legături peptidice covalente într-o secvență specifică se numește structura primară a unei proteine. În celule, proteinele sunt sub formă de fibre răsucite în spirală sau bile (globule). Acest lucru se datorează faptului că într-o proteină naturală, lanțul polipeptidic este așezat într-un mod strict definit, în funcție de structura chimică a aminoacizilor săi constituenți.

Inițial, lanțul polipeptidic se înfășoară. Atracția apare între atomii buclelor vecine și se formează legături de hidrogen, în special între grupurile NH și CO situate pe buclele adiacente. Un lanț de aminoacizi, răsucit într-o spirală, formează structura secundară a proteinei. Ca urmare a plierii ulterioare a helixului, apare o configurație specifică fiecărei proteine, numită structură terțiară. Structura terțiară se datorează acțiunii forțelor de coeziune dintre radicalii hidrofobi prezenți în unii aminoacizi și legăturile covalente între grupele SH ale aminoacizului cisteină (legături S-S). Numărul de aminoacizi de către radicalii hidrofobi și cisteina, precum și ordinea aranjării lor în lanțul polipeptidic, sunt specifice fiecărei proteine. În consecință, caracteristicile structurii terțiare a unei proteine \u200b\u200bsunt determinate de structura sa primară. Proteina prezintă activitate biologică doar sub forma unei structuri terțiare. Prin urmare, înlocuirea chiar și a unui aminoacid în lanțul polipeptidic poate duce la o schimbare a configurației proteinei și la o scădere sau pierdere a activității sale biologice.

În unele cazuri, moleculele de proteine \u200b\u200bse combină între ele și își pot îndeplini funcția doar sub formă de complexe. Astfel, hemoglobina este un complex de patru molecule și numai sub această formă este capabilă să atașeze și să transporte oxigen.Agregate similare reprezintă structura cuaternară a unei proteine. Prin compoziția lor, proteinele sunt împărțite în două clase principale - simple și complexe. Proteinele simple constau numai din aminoacizi acizi nucleici (nucleotide), lipide (lipoproteine), Me (metaloproteine), P (fosfoproteine).

Funcțiile proteinelor din celulă sunt extrem de diverse. Una dintre cele mai importante este funcția de construcție: proteinele sunt implicate în formarea tuturor membranelor celulare și a organelor celulare, precum și a structurilor intracelulare. Rolul enzimatic (catalitic) al proteinelor este extrem de important. Enzimele accelerează reacțiile chimice în celulă cu 10 ki și 100 de milioane de ori. Funcția motorie este asigurată de proteine \u200b\u200bcontractile speciale. Aceste proteine \u200b\u200bsunt implicate în toate tipurile de mișcări pe care celulele și organismele le pot face: clipirea cililor și bătaia flagelilor în protozoare, contracția musculară la animale, mișcarea frunzelor în plante etc. Funcția de transport a proteinelor este de a atașa elemente chimice. (de exemplu, hemoglobina adaugă O) sau substanțe biologic active (hormoni) și le transferă în țesuturile și organele corpului. Funcția de protecție este exprimată sub forma producerii de proteine \u200b\u200bspeciale numite anticorpi ca răspuns la pătrunderea proteinelor sau a celulelor străine în organism. Anticorpii leagă și neutralizează substanțele străine. Proteinele joacă un rol important ca surse de energie. Cu decolteu complet 1g. proteinele sunt eliberate 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Glucidele

Carbohidrați sau zaharide - substanțe organice cu formula generală (CH2O) n. Majoritatea glucidelor au de două ori numărul de atomi de H decât moleculele de apă. Prin urmare, aceste substanțe au fost numite carbohidrați. Într-o celulă vie, carbohidrații se găsesc în cantități care nu depășesc 1-2, uneori 5% (în ficat, în mușchi). Celulele vegetale sunt cele mai bogate în carbohidrați, unde conținutul lor atinge în unele cazuri 90% din masa de substanță uscată (semințe, tuberculi de cartof etc.).

Glucidele sunt simple și complexe. Glucidele simple se numesc monozaharide. În funcție de numărul de atomi de carbohidrați din moleculă, monozaharidele sunt numite trioze, tetroze, pentoze sau hexoze. Dintre cele șase monozaharide de carbon - hexoze - glucoza, fructoza și galactoza sunt cele mai importante. Glucoza se găsește în sânge (0,1-0,12%). Pentozele de riboză și dezoxiriboză fac parte din acizii nucleici și ATP. Dacă două monozaharide sunt combinate într-o moleculă, un astfel de compus se numește dizaharidă. Zaharul comestibil, obținut din trestie sau sfeclă de zahăr, este format dintr-o moleculă de glucoză și o moleculă de fructoză, zahărul din lapte este format din glucoză și galactoză.

Glucidele complexe, formate din multe monozaharide, se numesc polizaharide. Monomerul unor astfel de polizaharide precum amidonul, glicogenul, celuloza este glucoza. Glucidele îndeplinesc două funcții principale: construcția și energia. Celuloza formează pereții celulelor vegetale. Chitina polizaharidă complexă servește ca principală componentă structurală a scheletului extern al artropodelor. Chitina îndeplinește, de asemenea, funcția de construcție în ciuperci. Glucidele joacă rolul sursei principale de energie din celulă. În procesul de oxidare a 1 g de carbohidrați, se eliberează 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Amidonul din plante și glicogenul de la animale se depun în celule și servesc drept rezervă de energie.

Acizi nucleici

Importanța acizilor nucleici în celulă este foarte mare. Particularitățile structurii lor chimice oferă posibilitatea stocării, transferului și transmiterii informațiilor despre structura moleculelor de proteine, care sunt sintetizate în fiecare țesut într-un anumit stadiu al dezvoltării individuale, către celulele fiice. Deoarece majoritatea proprietăților și caracteristicilor celulelor sunt determinate de proteine, este clar că stabilitatea acizilor nucleici este cea mai importantă condiție pentru funcționarea normală a celulelor și a organismelor întregi. Orice modificare a structurii celulelor sau a activității proceselor fiziologice în acestea, afectând astfel activitatea vitală. Studiul structurii acizilor nucleici este extrem de important pentru înțelegerea moștenirii trăsăturilor din organisme și a modelelor de funcționare atât a celulelor individuale, cât și a sistemelor celulare - țesuturi și organe.

Există 2 tipuri de acizi nucleici - ADN și ARN. ADN-ul este un polimer format din două spirale nucleotidice, închise în așa fel încât se formează o spirală dublă. Monomerii moleculelor de ADN sunt nucleotide formate dintr-o bază azotată (adenină, timină, guanină sau citozină), un carbohidrat (dezoxiriboză) și un reziduu de acid fosforic. Bazele azotate din molecula ADN sunt interconectate printr-un număr inegal de legături H și sunt dispuse în perechi: adenina (A) este întotdeauna împotriva timinei (T), guanina (G) împotriva citozinei (C).

Nucleotidele sunt legate între ele nu întâmplător, ci selectiv. Capacitatea adeninei de a interacționa selectiv cu timina și guanina cu citozina se numește complementaritate. Interacțiunea complementară a anumitor nucleotide se explică prin particularitățile aranjării spațiale a atomilor din moleculele lor, care le permit să se apropie unul de altul și să formeze legături H. În lanțul polinucleotidic, nucleotidele adiacente sunt legate prin zahăr (dezoxiriboză) și un reziduu de acid fosforic. ARN, la fel ca ADN-ul, este un polimer ai cărui monomeri sunt nucleotide. Bazele azotate ale celor trei nucleotide sunt aceleași ca și în ADN (A, G, C); al patrulea - uracil (U) - este prezent în molecula de ARN în loc de timină. Nucleotidele ARN diferă de nucleotidele ADN și în structura carbohidraților lor constituenți (riboză în loc de disoxiriboză).

În lanțul ARN, nucleotidele sunt legate prin formarea de legături covalente între riboza unei nucleotide și reziduurile de acid fosforic ale alteia. Două ARN-uri catenare diferă în structură. ARN-urile bicatenare sunt custodele informațiilor genetice dintr-o serie de viruși, adică îndeplinesc funcțiile cromozomilor. ARN-urile monocatenare efectuează transferul de informații despre structura proteinelor de la cromozom la locul sintezei lor și sunt implicate în sinteza proteinelor.

Există mai multe tipuri de ARN monocatenar. Numele lor se datorează funcției sau locației efectuate în celulă. Cea mai mare parte a ARN-ului citoplasmei (până la 80-90%) este ARN ribozomal (ARNr) conținut în ribozomi. Moleculele de ARNr sunt relativ mici și constau dintr-o medie de 10 nucleotide. Un alt tip de ARN (ARNm) care transportă informații către ribozomi despre secvența aminoacizilor din proteinele care urmează să fie sintetizate. Mărimea acestor ARN-uri depinde de lungimea segmentului de ADN la care au fost sintetizate. ARN-urile de transport îndeplinesc mai multe funcții. Ele livrează aminoacizi la locul sintezei proteinelor, „recunosc” (conform principiului complementarității) tripletul și ARN-ul corespunzător aminoacidului transferat și realizează orientarea exactă a aminoacidului pe ribozom.

Grăsimi și lipide

Grăsimile sunt compuși cu acizi grași cu greutate moleculară ridicată și alcool glicerol trihidric. Grăsimile nu se dizolvă în apă - sunt hidrofobe. Celula conține întotdeauna alte substanțe complexe asemănătoare grăsimilor hidrofobe numite lipoide. Una dintre principalele funcții ale grăsimilor este energia. În timpul împărțirii a 1 g de grăsime la CO 2 și H 2 O, o cantitate mare de energie este eliberată - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Conținutul de grăsime din celulă variază de la 5-15% din greutatea substanței uscate. În celulele țesuturilor vii, cantitatea de grăsime crește la 90%. Funcția principală a grăsimilor în lumea animală (și parțial vegetală) este depozitarea.

Odată cu oxidarea completă a 1 g de grăsime (la dioxid de carbon și apă), se eliberează aproximativ 9 kcal de energie. (1 kcal \u003d 1000 cal; caloria (cal, cal) este o unitate nesistemică de lucru și energie, egală cu cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 ml de apă la 1 ° C la o presiune atmosferică standard de 101,325 kPa; 1 kcal \u003d 4.19 kJ) ... În timpul oxidării (în organism) 1 g de proteine \u200b\u200bsau carbohidrați este eliberat doar aproximativ 4 kcal / g. Într-o mare varietate de organisme acvatice - de la diatomee unicelulare la rechini uriași - grăsimile plutesc, reducând densitatea medie a corpului. Densitatea grăsimilor animale este de aproximativ 0,91-0,95 g / cm³. Densitatea osoasă a vertebratelor este apropiată de 1,7-1,8 g / cm³, iar densitatea medie a majorității celorlalte țesuturi este apropiată de 1 g / cm³. Este clar că este nevoie de multă grăsime pentru a „echilibra” un schelet greu.

Grăsimile și lipidele îndeplinesc, de asemenea, o funcție de construcție: fac parte din membranele celulare. Datorită conductivității sale termice slabe, grăsimea este capabilă de o funcție de protecție. La unele animale (foci, balene), se depune în țesutul adipos subcutanat, formând un strat de până la 1 m grosime. Formarea unor lipoizi precede sinteza unui număr de hormoni. În consecință, aceste substanțe au și funcția de reglare a proceselor metabolice.

Biologie - știința vieții. Cea mai importantă sarcină a biologiei este studiul diversității, structurii, activității vieții, dezvoltarea și evoluția individuală a organismelor vii, relația lor cu mediul.

Organisme vii au o serie de trăsături care le disting de natura neînsuflețită. Separat, fiecare dintre diferențe este destul de arbitrară, deci ar trebui considerate ca fiind un complex.

Semne care diferențiază materia vie de materia non-vie:

capacitatea de a reproduce și de a transfera informații ereditare generației următoare;
metabolism și energie;
excitabilitate;
adaptarea la condiții specifice de viață;
material de construcție - biopolimeri (cei mai importanți dintre aceștia sunt proteinele și acizii nucleici);
specializarea de la molecule la organe și un grad ridicat de organizare a acestora;
creştere;
îmbătrânire;
moarte.

Nivelurile organizaționale ale materiei vii:

molecular,
celular,
țesut,
organ,
organismic,
specific populației,
biogeocenotic,
biosferă.

Diversitatea vieții

Celulele fără nucleare au fost primele de pe planeta noastră. Majoritatea oamenilor de știință acceptă faptul că organismele nucleare au apărut ca urmare a simbiozei arheobacteriilor antice cu alge albastre-verzi și a bacteriilor oxidante (teoria simbiogenezei).

Citologie

Citologie - știință despre cuşcă... Studiază structura și funcțiile celulelor din organismele unicelulare și multicelulare. Celula este o unitate elementară a structurii, funcționării, creșterii și dezvoltării tuturor ființelor vii. Prin urmare, procesele și modelele caracteristice citologiei stau la baza proceselor studiate de multe alte științe (anatomie, genetică, embriologie, biochimie etc.).

Elemente chimice celulare

Element chimic - un anumit tip de atomi cu aceeași sarcină nucleară pozitivă. Aproximativ 80 de elemente chimice se găsesc în celule. Acestea pot fi împărțite în patru grupe:
Grupa 1 - carbon, hidrogen, oxigen, azot (98% din conținutul de celule),
Grupa 2 - potasiu, sodiu, calciu, magneziu, sulf, fosfor, clor, fier (1,9%),
Grupa 3 - zinc, cupru, fluor, iod, cobalt, molibden etc. (mai puțin de 0,01%),
Grupa 4 - aur, uraniu, radiu etc. (mai puțin de 0,00001%).

Elementele din primul și al doilea grup din majoritatea manualelor sunt numite macronutrienți, elemente ale celui de-al treilea grup - microelemente, elemente ale celui de-al patrulea grup - ultramicroelemente... Pentru macro și microelemente, procesele și funcțiile la care participă au fost clarificate. Pentru majoritatea ultramicroelementelor, nu a fost identificat niciun rol biologic.

Element chimic	Substanțe în care este conținut elementul chimic	Procese în care este implicat un element chimic
Carbon, hidrogen, oxigen, azot	Proteine, acizi nucleici, lipide, carbohidrați și alte substanțe organice	Sinteza substanțelor organice și a întregului complex de funcții desfășurate de aceste substanțe organice
Potasiu, sodiu	Na + și K +	Asigurarea funcției membranelor, în special, menținerea potențialului electric al membranei celulare, activitatea pompei Na + / Ka +, conducerea impulsurilor nervoase, echilibrele anionice, cationice și osmotice
Calciu	Ca +2	Participarea la procesul de coagulare a sângelui
	Fosfat de calciu, carbonat de calciu	Țesutul osos, smalțul dinților, cochilii de moluște
	Pectat de calciu	Formarea lamelei mediane și a peretelui celular la plante
Magneziu	Clorofilă	Fotosinteză
Sulf	Proteină	Formarea structurii spațiale a proteinei datorită formării punților disulfură
Fosfor	Acizi nucleici, ATP	Sinteza acidului nucleic
Clor	Cl -	Menținerea potențialului electric al membranei celulare, activitatea pompei Na + / Ka +, conducerea impulsurilor nervoase, echilibrele anionice, cationice și osmotice
Clor	acid clorhidric	Activarea enzimelor digestive în sucul gastric
Fier	Hemoglobină	Transportul oxigenului
Fier	Citocromi	Transferul de electroni în timpul fotosintezei și respirației
Mangan	Decarboxilaza, dehidrogenaza	Oxidarea acizilor grași, participarea la procesele de respirație și fotosinteză
Cupru	Hemocianină	Transportul oxigenului la unele nevertebrate
Cupru	Tirozinaza	Formarea melaninei
Cobalt	Vitamina B 12	Formarea eritrocitelor
Zinc	Alcool dehidrogenază	Respirația anaerobă la plante
Zinc	Anhidrazei carbonice	Transportul CO 2 la vertebrate
Fluor	Fluorură de calciu	Țesutul osos, smaltul dinților
Iod	Tiroxina	Reglarea metabolismului bazal
Molibden	Nitrogenaza	Fixarea azotului

Se formează atomii elementelor chimice din organismele vii anorganic (apă, sare) și compusi organici (proteine, acizi nucleici, lipide, glucide). La nivel atomic, nu există diferențe între materia vie și materia neînsuflețită; diferențele vor apărea la nivelurile următoare, mai înalte de organizare a materiei vii.

Apă

Apă - cel mai frecvent compus anorganic. Conținutul de apă variază de la 10% (smalțul dinților) la 90% din masa celulară (embrion în curs de dezvoltare). Viața este imposibilă fără apă, valoarea biologică a apei este determinată de proprietățile sale chimice și fizice.

Molecula de apă are o formă unghiulară: atomii de hidrogen formează un unghi de 104,5 ° față de oxigen. Partea moleculei în care se află hidrogenul este încărcată pozitiv, partea în care este localizat oxigenul este încărcată negativ, prin urmare molecula de apă este un dipol. Legăturile de hidrogen se formează între dipoli de apă. Proprietățile fizice ale apei: transparent, densitate maximă la 4 ° C, capacitate termică mare, practic nu comprimă; apa curată conduce slab căldura și electricitatea, îngheață la 0 ° C, fierbe la 100 ° C etc. Proprietățile chimice ale apei: solvent bun, formează hidrați, intră în reacții de descompunere hidrolitică, interacționează cu mulți oxizi etc. În raport cu capacitatea de a se dizolva în apă, există: substanțe hidrofile - bine solubil, substanțe hidrofobe - practic insolubil în apă.

Semnificația biologică a apei:

este baza mediului intern și intracelular,
asigură menținerea structurii spațiale,
asigură transportul substanțelor,
hidratează moleculele polare,
servește ca solvent și mediu de difuzie,
participă la reacțiile de fotosinteză și hidroliză,
ajută la răcirea corpului,
este un habitat pentru multe organisme,
promovează migrația și răspândirea semințelor, fructelor, stadiilor larvelor,
este mediul în care are loc fertilizarea,
în plante asigură transpirația și germinarea semințelor,
promovează o distribuție uniformă a căldurii în organism și multe altele. dr.

Alți compuși anorganici ai celulei

Alți compuși anorganici sunt reprezentați în principal de săruri, care pot fi conținute fie sub formă dizolvată (disociată în cationi și anioni), fie solidă. Cationii K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ (vezi tabelul de mai sus) și anionii HPO 4 2—, Cl -, HCO 3 -, care furnizează proprietățile tampon ale celulei, sunt de mare importanță pentru vitalitatea activitatea celulei. Tamponare - capacitatea de a menține pH-ul la un anumit nivel (pH-ul este logaritmul zecimal al inversului concentrației ionilor de hidrogen). O valoare a pH-ului de 7,0 corespunde unei soluții neutre, sub 7,0 unei soluții acide, peste 7,0 unei soluții alcaline. Un mediu ușor alcalin este caracteristic celulelor și țesuturilor. Sistemele tampon fosfat (1) și bicarbonat (2) sunt responsabile pentru menținerea acestei reacții slab alcaline.