V bunkách rôznych organizmov sa našlo asi 70 prvkov periodickej tabuľky prvkov D. I. Mendeleeva, ale iba 24 z nich má úplne stanovenú hodnotu a neustále sa nachádzajú vo všetkých druhoch buniek.
Najväčšia špecifická hmotnosť v elementárnom zložení bunky je kyslík, uhlík, vodík a dusík. Jedná sa o tzv hlavný alebo biogénne prvkov. Tieto prvky tvoria viac ako 95% hmotnosti buniek a ich relatívny obsah v živej hmote je oveľa vyšší ako v zemskej kôre. Dôležitý je aj vápnik, fosfor, síra, draslík, chlór, sodík, horčík, jód a železo. Ich obsah v bunke sa počíta na desatiny a stotiny percenta. Uvedené položky tvoria skupinu makroživiny.
Ďalšie chemické prvky: meď, mangán, molybdén, kobalt, zinok, bór, fluór, chróm, selén, hliník, jód, železo, kremík - sú obsiahnuté v extrémne malom množstve (menej ako 0,01% bunkovej hmoty). Patria do skupiny stopové prvky.
Percento tohto alebo toho prvku v tele nijako ne charakterizuje stupeň jeho dôležitosti a nevyhnutnosti v tele. Napríklad veľa stopových prvkov je súčasťou rôznych biologicky aktívnych látok - enzýmy, vitamíny (kobalt je súčasťou vitamínu B12), hormóny (jód je súčasťou tyroxínu); ovplyvňujú rast a vývoj organizmov (zinok, mangán, meď), krvotvorba (železo, meď), procesy bunkového dýchania (meď, zinok) atď. Obsah a význam pre životne dôležitú činnosť buniek a tela ako celku rôznych chemických prvkov je uvedený v tabuľke:
| Prvok | Symbol | Približný obsah,% | Dôležitosť pre bunku a organizmus |
|---|---|---|---|
| Kyslík | O | 62 | Časť vody a organických látok; podieľa sa na bunkovom dýchaní |
| Uhlík | C. | 20 | Časť všetkých organických látok |
| Vodík | H | 10 | Časť vody a organických látok; podieľa sa na procesoch premeny energie |
| Dusík | N | 3 | Časť aminokyselín, bielkovín, nukleových kyselín, ATP, chlorofylu, vitamínov |
| Vápnik | Ca | 2,5 | Je súčasťou bunkovej steny rastlín, kostí a zubov, zvyšuje zrážanlivosť krvi a kontraktilitu svalových vlákien |
| Fosfor | P | 1,0 | Časť kostného tkaniva a zubnej skloviny, nukleové kyseliny, ATP, niektoré enzýmy |
| Síra | S | 0,25 | Časť aminokyselín (cysteín, cystín a metionín), niektoré vitamíny, sa podieľa na tvorbe disulfidových väzieb pri tvorbe terciárnej štruktúry bielkovín |
| Draslík | K | 0,25 | Je obsiahnutý v bunke iba vo forme iónov, aktivuje enzýmy syntézy bielkovín, určuje normálny rytmus srdcovej činnosti, zúčastňuje sa procesov fotosyntézy, tvorby bioelektrických potenciálov |
| Chlór | Cl | 0,2 | V tele zvierat prevažuje negatívny ión. Zložka kyseliny chlorovodíkovej v žalúdočnej šťave |
| Sodík | Na | 0,1 | Je obsiahnutý v bunke iba vo forme iónov, určuje normálny rytmus srdcovej činnosti, ovplyvňuje syntézu hormónov |
| Horčík | Mg | 0,07 | Je súčasťou molekúl chlorofylu, rovnako ako kostí a zubov, aktivuje energetický metabolizmus a syntézu DNA |
| Jód | Ja | 0,01 | Časť hormónov štítnej žľazy |
| Žehliť | Fe | Stopy | Je súčasťou mnohých enzýmov, hemoglobínu a myoglobínu, podieľa sa na biosyntéze chlorofylu, na transporte elektrónov, na procesoch dýchania a fotosyntézy |
| Meď | Cu | Stopy | Je súčasťou hemocyanínov u bezstavovcov, súčasťou niektorých enzýmov, podieľa sa na procesoch krvotvorby, fotosyntézy, syntézy hemoglobínu. |
| Mangán | Mn | Stopy | Je súčasťou alebo zvyšuje aktivitu určitých enzýmov, podieľa sa na vývoji kostí, asimilácii dusíka a na procese fotosyntézy |
| Molybdén | Mo | Stopy | Je súčasťou niektorých enzýmov (nitrátreduktáza), podieľa sa na procesoch viazania atmosférického dusíka baktériami uzlíkov |
| Kobalt | Spol | Stopy | Časť vitamínu B12 sa podieľa na fixácii atmosférického dusíka baktériami uzlíkov |
| Bór | B | Stopy | Ovplyvňuje rastové procesy rastlín, aktivuje regeneračné enzýmy dýchania |
| Zinok | Zn | Stopy | Je súčasťou niektorých enzýmov, ktoré štiepia polypeptidy, podieľajú sa na syntéze rastlinných hormónov (auxínov) a glykolýze |
| Fluór | F | Stopy | Časť skloviny zubov a kostí |
Dnes bolo objavených a izolovaných veľa chemických prvkov periodickej tabuľky v čistej forme a pätina z nich sa nachádza v každom živom organizme. Rovnako ako tehly sú hlavnými zložkami organických a anorganických látok.
Aké chemické prvky sú súčasťou bunky, biológia, aké látky možno posúdiť na základe ich prítomnosti v tele - o tom všetkom budeme uvažovať ďalej v článku.
Čo je to chemická konzistencia
Na udržanie stability v tele musí každá bunka udržiavať koncentráciu každej zo svojich zložiek na konštantnej úrovni. Táto úroveň je určená druhmi, biotopom a faktormi prostredia.
Aby sme odpovedali na otázku, aké chemické prvky sú obsiahnuté v bunke, je potrebné jasne pochopiť, že akákoľvek látka obsahuje ktorúkoľvek zo zložiek periodickej tabuľky.
Niekedy hovoríme o stotinách a tisícinách percenta obsahu určitého prvku v bunke, ale zároveň môže mať zmena menovaného počtu najmenej o tisícinu už vážne následky pre organizmus.
Zo 118 chemických prvkov v ľudskej bunke musí byť najmenej 24. Neexistujú žiadne zložky, ktoré by sa našli v živom organizme, ale neboli súčasťou neživých objektov prírody. Táto skutočnosť potvrdzuje úzky vzťah medzi živým a neživým v ekosystéme.
Úloha rôznych prvkov, ktoré tvoria bunku
Aké sú teda chemické prvky v bunke? Je potrebné poznamenať, že ich úloha v živote organizmu priamo závisí od frekvencie výskytu a ich koncentrácie v cytoplazme. Napriek rozdielnemu obsahu prvkov v bunke je však význam každého z nich rovnako vysoký. Nedostatok ktoréhokoľvek z nich môže viesť k škodlivému účinku na organizmus a znefunkčneniu najdôležitejších biochemických reakcií z metabolizmu.
Pri vymenovaní, ktoré chemické prvky sú súčasťou ľudskej bunky, je potrebné spomenúť tri hlavné typy, ktoré zvážime ďalej:
Hlavné biogénne prvky bunky
Nie je prekvapením, že prvky O, C, H, N sú biogénne, pretože práve tie tvoria všetky organické a veľa anorganických látok. Je nemožné si predstaviť bielkoviny, tuky, sacharidy alebo nukleové kyseliny bez týchto základných zložiek pre telo.
Funkcia týchto prvkov určovala ich vysoký obsah v tele. Spolu tvoria 98% celkovej suchej telesnej hmotnosti. Aká iná môže byť aktivita týchto enzýmov?
- Kyslík. Jeho obsah v bunke je asi 62% z celkovej suchej hmotnosti. Funkcie: stavba organických a anorganických látok, účasť v dýchacom reťazci;
- Uhlík. Jeho obsah dosahuje 20%. Hlavná funkcia: zahrnutá vo všetkých;
- Vodík. Jeho koncentrácia nadobúda hodnotu 10%. Okrem toho, že tento prvok je zložkou organických látok a vody, podieľa sa aj na energetických premenách;
- Dusík. Suma nepresahuje 3 - 5%. Jeho hlavnou úlohou je tvorba aminokyselín, nukleových kyselín, ATP, mnohých vitamínov, hemoglobínu, hemokyanínu, chlorofylu.
Jedná sa o chemické prvky, ktoré tvoria bunku a tvoria väčšinu látok potrebných pre normálny život.
Hodnota makroživín
Makroživiny tiež pomôžu navrhnúť, ktoré chemické prvky sú v bunke. Z priebehu biológie je zrejmé, že okrem hlavných látok, 2% sušiny sú ďalšie zložky periodickej tabuľky. A medzi makroživiny patria tie, ktorých obsah nie je nižší ako 0,01%. Ich hlavné funkcie sú uvedené v tabuľke.
Vápnik (Ca) | Zodpovedá za kontrakciu svalových vlákien, je súčasťou pektínu, kostí a zubov. Posilňuje zrážanie krvi. |
|
Fosfor (P) | Je súčasťou najdôležitejšieho zdroja energie - ATP. |
|
Podieľa sa na tvorbe disulfidových mostíkov počas skladania proteínu do terciárnej štruktúry. Je súčasťou cysteínu a metionínu, niektorých vitamínov. |
||
Ióny draslíka sa podieľajú na bunkách a ovplyvňujú tiež membránový potenciál. |
||
Hlavný anión tela |
||
Sodík (Na) | Analóg draslíka zapojený do rovnakých procesov. |
|
Horčík (Mg) | Ióny horčíka sú regulátory procesu. V strede molekuly chlorofylu sa nachádza aj atóm horčíka. |
|
Podieľa sa na transporte elektrónov pozdĺž ETC dýchania a fotosyntézy, je štrukturálnou väzbou myoglobínu, hemoglobínu a mnohých enzýmov. |
Dúfame, že z vyššie uvedeného je ľahké určiť, ktoré chemické prvky sú súčasťou bunky a patria medzi makroživiny.
Stopové prvky
Existujú aj také základné bunky, bez ktorých telo nemôže fungovať normálne, ale ich obsah je vždy nižší ako 0,01%. Definujme, aké chemické prvky sú obsiahnuté v bunke a patria do skupiny stopových prvkov.
Je súčasťou enzýmov DNA a RNA polymeráz, ako aj mnohých hormónov (napríklad inzulínu). |
||
Podieľa sa na procesoch fotosyntézy, syntéze hemocyanínu a niektorých enzýmov. |
||
Je štrukturálnou súčasťou hormónov štítnej žľazy T3 a T4 |
||
Mangán (Mn) | menej ako 0,001 | Časť enzýmov, kostí. Podieľa sa na fixácii dusíka v baktériách |
menej ako 0,001 | Ovplyvňuje proces rastu rastlín. |
|
Je súčasťou kostí a zubnej skloviny. |
Organické a anorganické látky
Aké ďalšie chemické prvky sú okrem uvedených v bunke obsiahnuté? Odpovede možno nájsť jednoducho štúdiom štruktúry väčšiny látok v tele. Medzi nimi sa rozlišujú molekuly organického a anorganického pôvodu a každá z týchto skupín obsahuje pevnú sadu prvkov.
Hlavnými triedami organických látok sú bielkoviny, nukleové kyseliny, tuky a sacharidy. Sú úplne postavené zo základných biogénnych prvkov: kostru molekuly vždy tvorí uhlík a vodík, kyslík a dusík sú súčasťou radikálov. U zvierat sú dominantnou triedou bielkoviny a u rastlín polysacharidy.
Anorganické látky sú všetky minerálne soli a samozrejme voda. Spomedzi všetkých anorganických látok v bunke je najviac H20, v ktorom je rozpustený zvyšok látok.
Všetko vyššie uvedené vám pomôže určiť, ktoré chemické prvky sú súčasťou bunky, a ich funkcie v tele pre vás už nebudú tajomstvom.
V bunkách rôznych organizmov sa našlo asi 70 prvkov periodickej tabuľky prvkov D. I. Mendeleeva, ale iba 24 z nich má úplne stanovenú hodnotu a neustále sa nachádzajú vo všetkých druhoch buniek.
Najväčšia špecifická hmotnosť v elementárnom zložení bunky je kyslík, uhlík, vodík a dusík. Jedná sa o tzv hlavný alebo živiny... Tieto prvky tvoria viac ako 95% hmotnosti buniek a ich relatívny obsah v živej hmote je oveľa vyšší ako v zemskej kôre. Dôležitý je aj vápnik, fosfor, síra, draslík, chlór, sodík, horčík, jód a železo. Ich obsah v bunke sa počíta na desatiny a stotiny percenta. Uvedené položky tvoria skupinu makroživiny.
Ďalšie chemické prvky: meď, mangán, molybdén, kobalt, zinok, bór, fluór, chróm, selén, hliník, jód, železo, kremík - sú obsiahnuté v extrémne malom množstve (menej ako 0,01% bunkovej hmoty). Patria do skupiny stopové prvky.
Percento tohto alebo toho prvku v tele nijako ne charakterizuje stupeň jeho dôležitosti a nevyhnutnosti v tele. Napríklad veľa stopových prvkov je súčasťou rôznych biologicky aktívnych látok - enzýmy, vitamíny (kobalt je súčasťou vitamínu B 12), hormóny (jód je súčasťou tyroxínu); ovplyvňujú rast a vývoj organizmov (zinok, mangán, meď). ), krvotvorba (železo, meď), procesy bunkového dýchania (meď, zinok) atď. Obsah a význam pre životne dôležitú činnosť buniek a tela ako celku rôznych chemických prvkov je uvedený v tabuľke:
| Prvok | Symbol | Približný obsah,% | Dôležitosť pre bunku a organizmus |
|---|---|---|---|
| Kyslík | O | 62 | Časť vody a organických látok; podieľa sa na bunkovom dýchaní |
| Uhlík | C. | 20 | Časť všetkých organických látok |
| Vodík | H | 10 | Časť vody a organických látok; podieľa sa na procesoch premeny energie |
| Dusík | N | 3 | Časť aminokyselín, bielkovín, nukleových kyselín, ATP, chlorofylu, vitamínov |
| Vápnik | Ca | 2,5 | Je súčasťou bunkovej steny rastlín, kostí a zubov, zvyšuje zrážanlivosť krvi a kontraktilitu svalových vlákien |
| Fosfor | P | 1,0 | Časť kostného tkaniva a zubnej skloviny, nukleové kyseliny, ATP, niektoré enzýmy |
| Síra | S | 0,25 | Časť aminokyselín (cysteín, cystín a metionín), niektoré vitamíny, sa podieľa na tvorbe disulfidových väzieb pri tvorbe terciárnej štruktúry bielkovín |
| Draslík | K | 0,25 | Je obsiahnutý v bunke iba vo forme iónov, aktivuje enzýmy syntézy bielkovín, určuje normálny rytmus srdcovej činnosti, zúčastňuje sa procesov fotosyntézy, tvorby bioelektrických potenciálov |
| Chlór | Cl | 0,2 | V tele zvierat prevažuje negatívny ión. Zložka kyseliny chlorovodíkovej v žalúdočnej šťave |
| Sodík | Na | 0,10 | Je obsiahnutý v bunke iba vo forme iónov, určuje normálny rytmus srdcovej činnosti, ovplyvňuje syntézu hormónov |
| Horčík | Mg | 0,07 | Je súčasťou molekúl chlorofylu, rovnako ako kostí a zubov, aktivuje energetický metabolizmus a syntézu DNA |
| Jód | Ja | 0,01 | Časť hormónov štítnej žľazy |
| Žehliť | Fe | 0,01 | Je súčasťou mnohých enzýmov, hemoglobínu a myoglobínu, podieľa sa na biosyntéze chlorofylu, na transporte elektrónov, na procesoch dýchania a fotosyntézy |
| Meď | Cu | Stopy | Je súčasťou hemocyanínov u bezstavovcov, súčasťou niektorých enzýmov, podieľa sa na procesoch krvotvorby, fotosyntézy, syntézy hemoglobínu. |
| Mangán | Mn | Stopy | Je súčasťou alebo zvyšuje aktivitu určitých enzýmov, podieľa sa na vývoji kostí, asimilácii dusíka a na procese fotosyntézy |
| Molybdén | Mo | Stopy | Je súčasťou niektorých enzýmov (nitrátreduktáza), podieľa sa na procesoch viazania atmosférického dusíka baktériami uzlíkov |
| Kobalt | Spol | Stopy | Časť vitamínu B 12 sa podieľa na fixácii vzdušného dusíka baktériami uzlíkov |
| Bór | B | Stopy | Ovplyvňuje rastové procesy rastlín, aktivuje regeneračné enzýmy dýchania |
| Zinok | Zn | Stopy | Je súčasťou niektorých enzýmov, ktoré štiepia polypeptidy, podieľajú sa na syntéze rastlinných hormónov (auxínov) a glykolýze |
| Fluór | F | Stopy | Časť skloviny zubov a kostí |
Bunka - elementárna jednotka života na Zemi. Má všetky vlastnosti živého organizmu: rastie, množí sa, vymieňa si látky a energiu s prostredím a reaguje na vonkajšie podnety. Začiatok biologickej evolúcie je spojený so vznikom bunkových foriem života na Zemi. Jednobunkové organizmy sú bunky, ktoré existujú oddelene od seba. Telo všetkých mnohobunkových organizmov - živočíchov a rastlín - je postavené z viac či menej buniek, ktoré sú akýmsi stavebným kameňom, ktoré tvoria zložitý organizmus. Bez ohľadu na to, či je bunka integrálnym živým systémom - samostatným organizmom alebo je iba jeho súčasťou, je vybavená súborom vlastností a vlastností spoločných pre všetky bunky.
Bunková chémia
V bunkách sa našlo asi 60 prvkov periodického systému Mendelejeva, ktoré sa našli v neživej prírode. Toto je jeden z dôkazov zhody živej a neživej prírody. V živých organizmoch najbežnejšie vodík, kyslík, uhlík a dusík, ktoré tvoria asi 98% bunkovej hmoty. Je to spôsobené zvláštnosťami chemických vlastností vodíka, kyslíka, uhlíka a dusíka, v dôsledku čoho sa ukázali ako najvhodnejšie na tvorbu molekúl, ktoré vykonávajú biologické funkcie. Tieto štyri prvky sú schopné vytvárať veľmi silné kovalentné väzby prostredníctvom párovania elektrónov patriacich k dvom atómom. Kovalentne viazané atómy uhlíka môžu vytvárať kostry nespočetných rôznych organických molekúl. Pretože atómy uhlíka ľahko vytvárajú kovalentné väzby s kyslíkom, vodíkom, dusíkom a tiež so sírou, organické molekuly sa stávajú mimoriadne zložitými a rôznorodými v štruktúre.
Okrem štyroch základných prvkov obsahuje bunka vo znateľných množstvách (10. a 100. percentuálny podiel) železo, draslík, sodík, vápnik, horčík, chlór, fosfor a síra... Všetky ostatné prvky ( zinok, meď, jód, fluór, kobalt, mangán a ďalšie) sú v bunke vo veľmi malom množstve a preto sa nazývajú stopové prvky.
Chemické prvky sú súčasťou anorganických a organických zlúčenín. Medzi anorganické zlúčeniny patrí voda, minerálne soli, oxid uhličitý, kyseliny a zásady. Organické zlúčeniny sú bielkoviny, nukleové kyseliny, sacharidy, tuky (lipidy) a lipoidy.
Niektoré bielkoviny obsahujú síra... Neoddeliteľnou súčasťou nukleových kyselín je fosfor... Molekula hemoglobínu zahŕňa železo, horčík podieľa sa na konštrukcii molekuly chlorofyl... Stopové prvky, napriek extrémne nízkemu obsahu v živých organizmoch, hrajú dôležitú úlohu v životne dôležitých procesoch. Jód je súčasťou hormónu štítnej žľazy - tyroxínu, kobalt - v zložení vitamínu B 12 obsahuje hormón ostrovčekovej časti pankreasu - inzulín zinok... U niektorých rýb meď nahrádza železo v molekulách pigmentu prenášajúcich kyslík.
Anorganické látky
Voda
H20 je najbežnejšia zlúčenina v živých organizmoch. Jeho obsah v rôznych bunkách sa líši pomerne široko: od 10% v zubnej sklovine po 98% v tele medúzy, ale v priemere je to asi 80% telesnej hmotnosti. Mimoriadne dôležitá úloha vody pri zabezpečovaní životne dôležitých procesov je spôsobená jej fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami. Polarita molekúl a schopnosť vytvárať vodíkové väzby robia z vody dobré rozpúšťadlo pre veľké množstvo látok. Väčšina chemických reakcií prebiehajúcich v bunke môže prebiehať iba vo vodnom roztoku. Voda sa tiež podieľa na mnohých chemických premenách.
Celkový počet vodíkových väzieb medzi molekulami vody sa líši s t °. V t ° topením ľadu sa zničí asi 15% vodíkových väzieb pri teplote t ° 40 ° C - polovica. Pri prechode do plynného stavu sú všetky vodíkové väzby zničené. To vysvetľuje vysokú špecifickú tepelnú kapacitu vody. Pri zmene teploty vonkajšieho prostredia voda absorbuje alebo uvoľňuje teplo v dôsledku prasknutia alebo novej tvorby vodíkových väzieb. Týmto spôsobom sú fluktuácie t ° vo vnútri bunky menšie ako v prostredí. Vysoké odparovacie teplo je základom účinného mechanizmu prenosu tepla u rastlín a zvierat.
Voda ako rozpúšťadlo sa zúčastňuje na javoch osmózy, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu pri životne dôležitej činnosti bunky tela. Osmóza je penetrácia molekúl rozpúšťadla cez semipermeabilnú membránu do roztoku látky. Polopriepustné membrány sú membrány, ktoré umožňujú priechod molekúl rozpúšťadla, ale neprepúšťajú molekuly (alebo ióny) rozpustenej látky. V dôsledku toho je osmóza jednosmernou difúziou molekúl vody v smere roztoku.
Minerálne soli
Väčšina anorganických vstupných buniek je vo forme solí v disociovanom alebo pevnom stave. Koncentrácia katiónov a aniónov v bunke a v jej prostredí nie je rovnaká. Bunka obsahuje pomerne veľa K a veľa Na. V extracelulárnom prostredí, napríklad v krvnej plazme, v morskej vode je naopak veľa sodíka a málo draslíka. Dráždivosť buniek závisí od koncentračného pomeru iónov Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+. V tkanivách mnohobunkových živočíchov je K súčasťou mnohobunkovej látky, ktorá zaisťuje súdržnosť buniek a ich usporiadané usporiadanie. Osmotický tlak v bunke a jeho tlmivé vlastnosti do značnej miery závisia od koncentrácie solí. Pufrovanie je schopnosť bunky udržiavať mierne zásaditú reakciu svojho obsahu na konštantnej úrovni. Pufrovanie vo vnútri bunky zabezpečujú hlavne ióny H 2 PO 4 a HPO 4 2-. V extracelulárnych tekutinách a v krvi zohrávajú úlohu tlmivého roztoku H 2 CO 3 a HCO 3. Anióny viažu ióny H a hydroxidové ióny (OH -), vďaka čomu sa reakcia vo vnútri bunky extracelulárnych tekutín prakticky nemení. Nerozpustné minerálne soli (napríklad fosforečnan vápenatý) dodávajú pevnosť kostnému tkanivu stavovcov a mäkkýšov.
Bunková organická hmota
Bielkoviny
Medzi organickými látkami bunky sú na prvom mieste bielkoviny, a to tak z hľadiska množstva (10 - 12% z celkovej hmotnosti bunky), ako aj z hľadiska hodnoty. Proteíny sú polyméry s vysokou molekulovou hmotnosťou (s molekulovou hmotnosťou 6 000 až 1 milión a viac), ktorých monoméry sú aminokyseliny. Živé organizmy používajú 20 aminokyselín, aj keď ich je oveľa viac. Akákoľvek aminokyselina obsahuje aminoskupinu (-NH2), ktorá má základné vlastnosti, a karboxylovú skupinu (-COOH), ktorá má kyslé vlastnosti. Dve aminokyseliny sa spoja do jednej molekuly vytvorením väzby HN-CO za uvoľnenia molekuly vody. Väzba medzi aminoskupinou jednej aminokyseliny a karboxylovou skupinou druhej sa nazýva peptidová väzba. Proteíny sú polypeptidy obsahujúce desiatky alebo stovky aminokyselín. Molekuly rôznych proteínov sa navzájom líšia molekulovou hmotnosťou, počtom, zložením aminokyselín a postupnosťou ich usporiadania v polypeptidovom reťazci. Preto je zrejmé, že bielkoviny sú veľmi rozmanité, ich počet vo všetkých druhoch živých organizmov sa odhaduje na 10 10 - 10 12.
Reťazec aminokyselinových väzieb spojených kovalentnými peptidovými väzbami v špecifickej sekvencii sa nazýva primárna štruktúra proteínu. V bunkách sú bielkoviny vo forme špirálovito skrútených vlákien alebo guľôčok (guľôčok). To je spôsobené skutočnosťou, že v prírodnom proteíne je polypeptidový reťazec zabalený striktne definovaným spôsobom, v závislosti od chemickej štruktúry jeho základných aminokyselín.
Spočiatku sú to polypeptidové reťazce. Medzi atómami susedných slučiek vzniká príťažlivosť a vytvárajú sa vodíkové väzby, najmä medzi skupinami NH- a CO- nachádzajúcimi sa na susedných slučkách. Reťazec aminokyselín, skrútený do špirály, vytvára sekundárnu štruktúru proteínu. V dôsledku ďalšieho skladania špirály vzniká konfigurácia špecifická pre každý proteín, ktorá sa nazýva terciárna štruktúra. Terciárna štruktúra je spôsobená pôsobením kohéznych síl medzi hydrofóbnymi radikálmi prítomnými v niektorých aminokyselinách a kovalentnými väzbami medzi SH-skupinami aminokyseliny cysteínu (väzby S-S). Počet aminokyselín hydrofóbnymi radikálmi a cysteínom, ako aj poradie ich usporiadania v polypeptidovom reťazci sú pre každý proteín špecifické. V dôsledku toho sú vlastnosti terciárnej štruktúry proteínu určené jeho primárnou štruktúrou. Bielkoviny vykazujú biologickú aktivitu iba vo forme terciárnej štruktúry. Preto nahradenie čo i len jednej aminokyseliny v polypeptidovom reťazci môže viesť k zmene konfigurácie proteínu a k zníženiu alebo strate jeho biologickej aktivity.
V niektorých prípadoch sa bielkovinové molekuly navzájom kombinujú a svoju funkciu môžu vykonávať iba vo forme komplexov. Hemoglobín je teda komplexom štyroch molekúl a iba v tejto forme je schopný viazať a prenášať kyslík. Podobné agregáty predstavujú kvartérnu štruktúru proteínu. Podľa svojho zloženia sú proteíny rozdelené do dvoch hlavných tried - jednoduché a zložité. Jednoduché proteíny pozostávajú iba z aminokyselín nukleové kyseliny (nukleotidy), lipidy (lipoproteíny), Me (metaloproteíny), P (fosfoproteíny).
Funkcie bielkovín v bunke sú mimoriadne rozmanité. Jednou z najdôležitejších je funkcia stavby: proteíny sa podieľajú na tvorbe všetkých bunkových membrán a bunkových organel, ako aj intracelulárnych štruktúr. Enzymatická (katalytická) úloha bielkovín je mimoriadne dôležitá. Enzýmy urýchľujú chemické reakcie v bunke o 10 ki a stokrát ani nie miliónkrát. Motorickú funkciu zabezpečujú špeciálne kontraktilné proteíny. Tieto proteíny sa podieľajú na všetkých druhoch pohybov, ktorých sú bunky a organizmy schopné: žmurkaním mihalníc a bičovaním bičíkov u prvokov, kontrakciou svalov u zvierat, pohybom listov v rastlinách atď. Transportnou funkciou proteínov je pripojenie chemických prvkov (napríklad hemoglobín dodáva O) alebo biologicky aktívne látky (hormóny) a prenášajú ich do tkanív a orgánov tela. Ochranná funkcia sa vyjadruje vo forme produkcie špeciálnych proteínov, ktoré sa nazývajú protilátky, v reakcii na penetráciu cudzích proteínov alebo buniek do tela. Protilátky viažu a neutralizujú cudzie látky. Bielkoviny hrajú dôležitú úlohu ako zdroje energie. S úplným štiepením, 1g. proteíny sa uvoľňujú 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).
Sacharidy
Sacharidy alebo sacharidy - organické látky so všeobecným vzorcom (CH20) n. Väčšina sacharidov má dvojnásobný počet atómov H ako molekuly vody. Preto sa tieto látky nazývali sacharidy. V živej bunke sa sacharidy nachádzajú v množstve nepresahujúcom 1–2, niekedy 5% (v pečeni, vo svaloch). Rastlinné bunky sú najbohatšie na uhľohydráty, kde ich obsah v niektorých prípadoch dosahuje 90% sušiny (semená, hľuzy zemiakov atď.).
Sacharidy sú jednoduché a zložité. Jednoduché sacharidy sa nazývajú monosacharidy. V závislosti od počtu atómov uhľohydrátov v molekule sa monosacharidy nazývajú triózy, tetrózy, pentózy alebo hexózy. Zo šiestich uhlíkových monosacharidov - hexóz - sú najdôležitejšie glukóza, fruktóza a galaktóza. Glukóza sa nachádza v krvi (0,1 - 0,12%). Pentózy ribózy a deoxyribózy sú súčasťou nukleových kyselín a ATP. Ak sa spoja dva monosacharidy v jednej molekule, takáto zlúčenina sa nazýva disacharid. Jedlý cukor získaný z trstiny alebo cukrovej repy sa skladá z jednej molekuly glukózy a jednej molekuly fruktózy, mliečny cukor je vyrobený z glukózy a galaktózy.
Komplexné sacharidy tvorené mnohými monosacharidmi sa nazývajú polysacharidy. Monomérom polysacharidov, ako je škrob, glykogén, celulóza, je glukóza. Sacharidy plnia dve hlavné funkcie: konštrukciu a energiu. Celulóza tvorí steny rastlinných buniek. Komplexný polysacharidový chitín slúži ako hlavná štruktúrna zložka vonkajšej kostry článkonožcov. Chitín tiež vykonáva stavebnú funkciu v hubách. Sacharidy zohrávajú úlohu hlavného zdroja energie v bunke. V procese oxidácie 1 g sacharidov sa uvoľní 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Škrob v rastlinách a glykogén u zvierat sa ukladajú v bunkách a slúžia ako energetická rezerva.
Nukleové kyseliny
Dôležitosť nukleových kyselín v bunke je veľmi veľká. Zvláštnosti ich chemickej štruktúry poskytujú možnosť ukladania, prenosu a prenosu informácií o štruktúre proteínových molekúl, ktoré sa syntetizujú v každom tkanive v určitom štádiu individuálneho vývoja, do dcérskych buniek. Pretože väčšinu vlastností a charakteristík buniek určujú proteíny, je zrejmé, že stabilita nukleových kyselín je najdôležitejšou podmienkou pre normálne fungovanie buniek a celých organizmov. Akékoľvek zmeny v štruktúre buniek alebo v činnosti fyziologických procesov v nich, ktoré ovplyvňujú životne dôležitú činnosť. Štúdium štruktúry nukleových kyselín je mimoriadne dôležité pre pochopenie dedičnosti znakov v organizmoch a vzorcov fungovania jednotlivých buniek a bunkových systémov - tkanív a orgánov.
Existujú 2 typy nukleových kyselín - DNA a RNA. DNA je polymér pozostávajúci z dvoch nukleotidových skrutkovíc uzavretých takým spôsobom, že vzniká dvojitá špirála. Monoméry molekúl DNA sú nukleotidy pozostávajúce z dusíkatej bázy (adenín, tymín, guanín alebo cytozín), uhľohydrátu (deoxyribóza) a zvyšku kyseliny fosforečnej. Dusíkaté zásady v molekule DNA sú vzájomne spojené nerovnakým počtom H-väzieb a sú usporiadané v pároch: adenín (A) je vždy proti tymínu (T), guanín (G) proti cytozínu (C).
Nukleotidy sú navzájom spojené nie náhodou, ale selektívne. Schopnosť adenínu selektívne interagovať s tymínom a guanínu s cytozínom sa nazýva komplementarita. Komplementárna interakcia určitých nukleotidov sa vysvetľuje zvláštnosťami priestorového usporiadania atómov v ich molekulách, ktoré im umožňujú vzájomný prístup a vytváranie H-väzieb. V polynukleotidovom reťazci sú susedné nukleotidy spojené pomocou cukru (deoxyribózy) a zvyšku kyseliny fosforečnej. RNA je rovnako ako DNA polymér, ktorého monoméry sú nukleotidy. Dusíkaté bázy troch nukleotidov sú rovnaké ako v DNA (A, G, C); štvrtý - uracil (U) - je prítomný v molekule RNA namiesto tymínu. Nukleotidy RNA sa líšia od nukleotidov DNA a štruktúrou svojej zložky uhľohydrátu (ribóza namiesto disoxyribózy).
V reťazci RNA sú nukleotidy spojené tvorbou kovalentných väzieb medzi ribózou jedného nukleotidu a zvyškom kyseliny fosforečnej druhého. Štruktúra sa líši od dvoch vlákien RNA. Dvojvláknové RNA sú správcami genetickej informácie o množstve vírusov, t.j. plnia funkcie chromozómov. Jednovláknové RNA uskutočňujú prenos informácií o štruktúre proteínov z chromozómu na miesto ich syntézy a podieľajú sa na syntéze proteínov.
Existuje niekoľko typov jednovláknovej RNA. Ich názvy sú spôsobené vykonanou funkciou alebo umiestnením v bunke. Väčšina RNA cytoplazmy (až 80-90%) je ribozomálna RNA (rRNA) obsiahnutá v ribozómoch. Molekuly RRNA sú relatívne malé a pozostávajú z priemeru 10 nukleotidov. Ďalším typom RNA (mRNA), ktorý prenáša informácie do ribozómov o sekvencii aminokyselín v proteínoch, ktoré sa majú syntetizovať. Veľkosť týchto RNA závisí od dĺžky segmentu DNA, v ktorom boli syntetizované. Transportné RNA majú niekoľko funkcií. Dodávajú aminokyseliny na miesto syntézy proteínov, „rozpoznávajú“ (podľa princípu komplementarity) triplet a RNA zodpovedajúce prenesenej aminokyseline a vykonávajú presnú orientáciu aminokyseliny na ribozóme.
Tuky a lipidy
Tuky sú zlúčeniny vysokomolekulárnych mastných kyselín a glycerol trihydrát alkoholu. Tuky sa nerozpúšťajú vo vode - sú hydrofóbne. Bunka vždy obsahuje ďalšie komplexné hydrofóbne látky podobné tukom, ktoré sa nazývajú lipoidy. Jednou z hlavných funkcií tukov je energia. Počas štiepenia 1 g tuku na CO 2 a H 2 O sa uvoľní veľké množstvo energie - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Obsah tuku v bunke sa pohybuje od 5 do 15% hmotnosti sušiny. V bunkách živého tkaniva sa množstvo tuku zvyšuje na 90%. Hlavnou funkciou tukov v živočíšnom (a čiastočne - rastlinnom) svete je skladovanie.
Pri úplnej oxidácii 1 g tuku (na oxid uhličitý a vodu) sa uvoľní asi 9 kcal energie. (1 kcal \u003d 1000 kalórií; kalória (kal, kal) je nesystémová jednotka práce a energie, ktorá sa rovná množstvu tepla potrebného na ohriatie 1 ml vody na 1 ° C pri štandardnom atmosférickom tlaku 101,325 kPa; 1 kcal \u003d 4,19 kJ) ... Počas oxidácie (v tele) sa 1 g bielkovín alebo sacharidov uvoľní iba asi 4 kcal / g. V širokej škále vodných organizmov - od jednobunkových rozsievok po obrovské žraloky - pláva tuk, čím sa znižuje priemerná telesná hustota. Hustota živočíšnych tukov je asi 0,91 - 0,95 g / cm³. Hustota kostí stavovcov sa blíži k 1,7 - 1,8 g / cm³ a \u200b\u200bpriemerná hustota väčšiny ostatných tkanív sa blíži k 1 g / cm³. Je zrejmé, že na „vyváženie“ ťažkej kostry je potrebných veľa tuku.
Tuky a lipidy tiež plnia stavebnú funkciu: sú súčasťou bunkových membrán. Vďaka svojej zlej tepelnej vodivosti je tuk schopný ochrannej funkcie. U niektorých zvierat (tulene, veľryby) sa ukladá v podkožnom tukovom tkanive a vytvára vrstvu s hrúbkou až 1 m. Tvorba niektorých lipoidov predchádza syntéze mnohých hormónov. V dôsledku toho majú tieto látky tiež funkciu regulácie metabolických procesov.
Biológia - veda o živote. Najdôležitejšou úlohou biológie je štúdium rozmanitosti, štruktúry, životnej činnosti, individuálneho vývoja a vývoja živých organizmov, ich vzťahu k životnému prostrediu.
Živé organizmy majú množstvo znakov, ktoré ich odlišujú od neživej prírody. Samostatne je každý z rozdielov dosť svojvoľný, takže by sa mali považovať za komplex.
Znaky, ktoré odlišujú živú hmotu od neživej:
- schopnosť reprodukovať a prenášať dedičné informácie na ďalšiu generáciu;
- metabolizmus a energia;
- vzrušivosť;
- prispôsobenie sa konkrétnym životným podmienkam;
- stavebný materiál - biopolyméry (najdôležitejšie z nich sú proteíny a nukleové kyseliny);
- špecializácia od molekúl k orgánom a vysoký stupeň ich organizácie;
- rast;
- starnutie;
- smrť.
Organizačné úrovne živej hmoty:
- molekulárne,
- bunkový,
- tkanivo,
- orgán,
- organizmový,
- špecifické pre obyvateľstvo,
- biogeocenotický,
- biosféra.
Rozmanitosť života
Bezjadrové bunky boli prvé na našej planéte. Väčšina vedcov uznáva, že jadrové organizmy sa objavili v dôsledku symbiózy starodávnych archebaktérií s modrozelenými riasami a oxidujúcimi baktériami (teória symbiogenézy).
Cytológia
Cytológia - veda o klietka... Študuje štruktúru a funkcie buniek v jednobunkových a mnohobunkových organizmoch. Bunka je základnou jednotkou štruktúry, fungovania, rastu a vývoja všetkého živého. Preto procesy a vzorce charakteristické pre cytológiu sú základom procesov študovaných mnohými inými vedami (anatómia, genetika, embryológia, biochémia atď.).
Bunkové chemické prvky
Chemický prvok - určitý druh atómov s rovnakým pozitívnym jadrovým nábojom. V bunkách sa nachádza asi 80 chemických prvkov. Možno ich rozdeliť do štyroch skupín:
Skupina 1 - uhlík, vodík, kyslík, dusík (98% obsahu buniek),
Skupina 2 - draslík, sodík, vápnik, horčík, síra, fosfor, chlór, železo (1,9%),
Skupina 3 - zinok, meď, fluór, jód, kobalt, molybdén atď. (Menej ako 0,01%),
4. skupina - zlato, urán, rádium atď. (Menej ako 0,00001%).
Prvky prvej a druhej skupiny sa vo väčšine manuálov nazývajú makroživiny, prvky tretej skupiny - mikroelementyprvky štvrtej skupiny - ultramikroelementy... V prípade makro- a mikroelementov boli objasnené procesy a funkcie, na ktorých sa zúčastňujú. U väčšiny ultramikroelementov nebola zistená žiadna biologická úloha.
| Chemický prvok | Látky, v ktorých je chemický prvok obsiahnutý | Procesy, pri ktorých je zahrnutý chemický prvok |
|---|---|---|
| Uhlík, vodík, kyslík, dusík | Bielkoviny, nukleové kyseliny, lipidy, sacharidy a ďalšie organické látky | Syntéza organických látok a celého komplexu funkcií vykonávaných týmito organickými látkami |
| Draslík, sodík | Na + a K + | Zabezpečenie funkcie membrán, najmä udržanie elektrického potenciálu bunkovej membrány, práca čerpadla Na + / Ka +, vedenie nervových impulzov, aniónové, katiónové a osmotické rovnováhy |
| Vápnik | Ca +2 | Účasť na procese zrážania krvi |
| Fosforečnan vápenatý, uhličitan vápenatý | Kostné tkanivo, zubná sklovina, škrupiny mäkkýšov | |
| Pektát vápenatý | Tvorba strednej vrstvy a bunkovej steny v rastlinách | |
| Horčík | Chlorofyl | Fotosyntéza |
| Síra | Bielkoviny | Tvorba priestorovej štruktúry proteínu v dôsledku tvorby disulfidových mostíkov |
| Fosfor | Nukleové kyseliny, ATP | Syntéza nukleových kyselín |
| Chlór | Cl - | Udržiavanie elektrického potenciálu bunkovej membrány, práca čerpadla Na + / Ka +, vedenie nervových impulzov, aniónové, katiónové a osmotické rovnováhy |
| HCl | Aktivácia tráviacich enzýmov žalúdočnej šťavy | |
| Žehliť | Hemoglobín | Transport kyslíka |
| Cytochrómy | Prenos elektrónov počas fotosyntézy a dýchania | |
| Mangán | Dekarboxyláza, dehydrogenáza | Oxidácia mastných kyselín, účasť na procesoch dýchania a fotosyntézy |
| Meď | Hemocyanin | Transport kyslíka u niektorých bezstavovcov |
| Tyrozináza | Tvorba melanínu | |
| Kobalt | Vitamín B 12 | Tvorba erytrocytov |
| Zinok | Alkohol dehydrogenáza | Anaeróbne dýchanie v rastlinách |
| Karboanhydráza | Preprava CO 2 na stavovcoch | |
| Fluór | Fluorid vápenatý | Kostné tkanivo, zubná sklovina |
| Jód | Tyroxín | Regulácia bazálneho metabolizmu |
| Molybdén | Nitrogenáza | Fixácia dusíkom |
Tvoria sa atómy chemických prvkov v živých organizmoch anorganické (voda, soľ) a organické zlúčeniny (bielkoviny, nukleové kyseliny, lipidy, sacharidy). Na atómovej úrovni nie sú rozdiely medzi živou a neživou hmotou, rozdiely sa objavia na ďalších vyšších úrovniach organizácie živej hmoty.
Voda
Voda - najbežnejšia anorganická zlúčenina. Obsah vody sa pohybuje od 10% (zubná sklovina) do 90% bunkovej hmoty (vyvíjajúce sa embryo). Život je nemožný bez vody, biologická hodnota vody je určená jej chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami.
Molekula vody má hranatý tvar: atómy vodíka zvierajú s ohľadom na kyslík uhol 104,5 °. Časť molekuly, kde sa nachádza vodík, je pozitívne nabitá, časť, kde sa nachádza kyslík, je nabitá negatívne, preto je molekulou vody dipól. Medzi vodnými dipólmi sa vytvárajú vodíkové väzby. Fyzikálne vlastnosti vody: priehľadný, maximálna hustota pri 4 ° С, vysoká tepelná kapacita, prakticky sa nestláča; čistá voda zle vedie teplo a elektrinu, zamŕza pri 0 ° C, varí pri 100 ° C atď. Chemické vlastnosti vody: dobré rozpúšťadlo, tvorí hydráty, vstupuje do hydrolytických rozkladných reakcií, interaguje s mnohými oxidmi atď. Pokiaľ ide o schopnosť rozpúšťať sa vo vode, existujú: hydrofilné látky - dobre rozpustný, hydrofóbne látky - prakticky nerozpustný vo vode.
Biologický význam vody:
- je základom vnútorného a vnútrobunkového prostredia,
- zabezpečuje údržbu priestorovej štruktúry,
- zabezpečuje prepravu látok,
- hydratuje polárne molekuly,
- slúži ako rozpúšťadlo a difúzne médium,
- podieľa sa na reakciách fotosyntézy a hydrolýzy,
- pomáha ochladzovať telo,
- je biotopom mnohých organizmov,
- podporuje migráciu a šírenie semien, plodov, larválnych štádií,
- je prostredie, v ktorom dochádza k hnojeniu,
- v rastlinách zaisťuje transpiráciu a klíčenie semien,
- podporuje rovnomerné rozloženie tepla v tele a v mnohých ďalších. DR.
Ostatné anorganické zlúčeniny bunky
Medzi ďalšie anorganické zlúčeniny patria predovšetkým soli, ktoré môžu byť obsiahnuté buď v rozpustenej forme (disociované na katióny a anióny), alebo v pevnej forme. Katódy K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ (pozri tabuľku vyššie) a anióny HPO 4 2—, Cl -, HCO 3 -, ktoré poskytujú tlmivé vlastnosti bunky, majú veľký význam pre životne dôležité aktivita bunky. Ukladanie do vyrovnávacej pamäte - schopnosť udržiavať pH na určitej úrovni (pH je desatinný logaritmus inverznej hodnoty koncentrácie vodíkových iónov). Hodnota pH 7,0 zodpovedá neutrálnemu roztoku, pod 7,0 kyslému roztoku, nad 7,0 alkalickému roztoku. Mierne zásadité prostredie je charakteristické pre bunky a tkanivá. Za udržiavanie tejto slabo zásaditej reakcie sú zodpovedné tlmivé systémy s fosfátom (1) a hydrogenuhličitanom (2).