Farklı organizmaların hücrelerinde, D.I.Mendeleev'in periyodik element tablosunun yaklaşık 70 elementi bulundu, ancak bunlardan sadece 24'ü tam olarak belirlenmiş bir değere sahip ve her tür hücrede sürekli olarak bulunuyor.
Hücrenin temel bileşimindeki en büyük özgül ağırlık oksijen, karbon, hidrojen ve azottur. Bunlar sözde ana veya biyojenik elementler. Bu elementler, hücre kütlesinin% 95'inden fazlasını oluşturur ve canlı maddelerdeki göreceli içerikleri yer kabuğundakinden çok daha yüksektir. Kalsiyum, fosfor, kükürt, potasyum, klor, sodyum, magnezyum, iyot ve demir de hayati önem taşır. Hücredeki içerikleri yüzde onda biri ve yüzde biri olarak hesaplanır. Listelenen öğeler bir grubu oluşturur makro besinler.
Diğer kimyasal elementler: bakır, manganez, molibden, kobalt, çinko, bor, flor, krom, selenyum, alüminyum, iyot, demir, silikon - çok küçük miktarlarda bulunur (hücre kütlesinin% 0,01'inden az). Gruba aitler eser elementler.
Bu veya o elementin vücuttaki yüzdesi, vücuttaki önemi ve gerekliliğinin derecesini hiçbir şekilde karakterize etmez. Örneğin, birçok eser element biyolojik olarak aktif çeşitli maddelerin bir parçasıdır - enzimler, vitaminler (kobalt B12 vitamininin bir parçasıdır), hormonlar (iyot tiroksinin bir parçasıdır); organizmaların büyümesini ve gelişimini etkiler (çinko, manganez, bakır) , hematopoez (demir, bakır), hücresel solunum süreçleri (bakır, çinko) vb. Çeşitli kimyasal elementlerin tümü olarak hücrelerin ve vücudun yaşamsal aktivitesinin içeriği ve önemi tabloda verilmiştir:
| Eleman | Sembol | Yaklaşık içerik,% | Hücre ve vücut için önemi |
|---|---|---|---|
| Oksijen | Ö | 62 | Su ve organik maddenin bir kısmı; hücresel solunuma katılır |
| Karbon | C | 20 | Tüm organik maddelerin bir kısmı |
| Hidrojen | H | 10 | Su ve organik maddenin bir kısmı; enerji dönüşüm süreçlerine katılır |
| Azot | N | 3 | Amino asitler, proteinler, nükleik asitler, ATP, klorofil, vitaminler |
| Kalsiyum | CA | 2,5 | Bitkilerde, kemiklerde ve dişlerde hücre duvarının bir parçasıdır, kanın pıhtılaşmasını ve kas liflerinin kasılmasını arttırır. |
| Fosfor | P | 1,0 | Kemik dokusu ve diş minesinin bir kısmı, nükleik asitler, ATP, bazı enzimler |
| Kükürt | S | 0,25 | Amino asitlerin bir kısmı (sistein, sistin ve metiyonin), bazı vitaminler, proteinlerin üçüncül yapısının oluşumu sırasında disülfür bağlarının oluşumuna katılır. |
| Potasyum | K | 0,25 | Hücrede sadece iyon şeklinde bulunur, protein sentezi enzimlerini aktive eder, kardiyak aktivitenin normal ritmini belirler, fotosentez işlemlerine, biyoelektrik potansiyellerin oluşumuna katılır. |
| Klor | Cl | 0,2 | Hayvanların vücudunda negatif bir iyon baskındır. Mide suyunda hidroklorik asit bileşeni |
| Sodyum | Na | 0,1 | Hücrede sadece iyon şeklinde bulunur, kalp aktivitesinin normal ritmini belirler, hormonların sentezini etkiler |
| Magnezyum | Mg | 0,07 | Klorofil moleküllerinin yanı sıra kemiklerin ve dişlerin bir parçasıdır, enerji metabolizmasını ve DNA sentezini harekete geçirir |
| İyot | ben | 0,01 | Tiroid hormonlarının bir parçası |
| Demir | Fe | İzler | Pek çok enzimin, hemoglobin ve miyoglobinin bir parçasıdır, klorofil biyosentezine, elektron taşınmasına, solunum ve fotosenteze katılır. |
| Bakır | Cu | İzler | Omurgasızlarda hemosiyaninlerin bir parçasıdır, bazı enzimlerin bir parçasıdır, hematopoez, fotosentez, hemoglobin sentezi süreçlerine katılır. |
| Manganez | Mn | İzler | Belirli enzimlerin bir parçasıdır veya aktivitesini arttırır, kemiklerin gelişimine, nitrojenin asimilasyonuna ve fotosentez sürecine katılır |
| Molibden | Pzt | İzler | Bazı enzimlerin (nitrat redüktaz) bir parçasıdır, atmosferik nitrojeni nodül bakterileri tarafından bağlama işlemlerine katılır. |
| Kobalt | Co | İzler | B12 vitamininin bir kısmı, nodül bakterileri tarafından atmosferik nitrojenin fiksasyonuna katılır |
| Bor | B | İzler | Bitkilerin büyüme süreçlerini etkiler, solunumun onarıcı enzimlerini harekete geçirir. |
| Çinko | Zn | İzler | Polipeptitleri parçalayan bazı enzimlerin bir kısmı, bitki hormonlarının (oksinler) ve glikolizin sentezine katılır. |
| Flor | F | İzler | Diş minesi ve kemik parçası |
Günümüzde periyodik cetvelin birçok kimyasal elementi keşfedilmiş ve saf haliyle izole edilmiştir ve bunların beşte biri her canlı organizmada bulunur. Tuğlalar gibi organik ve inorganik maddelerin ana bileşenleridirler.
Hangi kimyasal elementler hücrenin bir parçasıdır, hangi maddelerin vücuttaki varlığına göre değerlendirilebileceğinin biyolojisi - tüm bunları daha sonra makalede ele alacağız.
Kimyasal kıvam nedir
Vücuttaki dengeyi korumak için, her hücre, bileşenlerinin her birinin konsantrasyonunu sabit bir seviyede tutmalıdır. Bu seviye türler, habitat ve çevresel faktörler tarafından belirlenir.
Hücrede hangi kimyasal elementlerin bulunduğu sorusuna cevap vermek için, herhangi bir maddenin periyodik tablonun bileşenlerinden herhangi birini içerdiğini açıkça anlamak gerekir.
Bazen, bir hücredeki belirli bir elementin içeriğinin yüzde yüz binde biri kadarından bahsediyoruz, ancak aynı zamanda, adlandırılmış sayıdaki en az binde bir değişiklik zaten vücut için ciddi sonuçlar doğurabilir.
Bir insan hücresindeki 118 kimyasal elementten en az 24'ü olmalıdır. Canlı bir organizmada bulunabilecek, ancak doğanın cansız nesnelerinin parçası olmayan bu tür bileşenler yoktur. Bu gerçek, ekosistemde yaşayan ve cansız arasındaki yakın ilişkiyi doğrular.
Hücreyi oluşturan çeşitli unsurların rolü
Peki hücredeki kimyasal elementler nelerdir? Organizmanın yaşamındaki rollerinin doğrudan meydana gelme sıklığına ve sitoplazmadaki konsantrasyonlarına bağlı olduğuna dikkat edilmelidir. Bununla birlikte, hücredeki elementlerin farklı içeriğine rağmen, her birinin önemi eşit derecede yüksektir. Bunlardan herhangi birinin eksikliği, vücut üzerinde zararlı bir etkiye yol açarak metabolizmanın en önemli biyokimyasal reaksiyonlarını devre dışı bırakabilir.
Hangi kimyasal elementlerin insan hücresinin bir parçası olduğu listelenirken, üç ana türden bahsedilmeli, bunları daha sonra ele alacağız:
Hücrenin ana biyojenik unsurları
O, C, H, N elementlerinin biyojenik olması şaşırtıcı değildir, çünkü tüm organik ve birçok inorganik maddeyi oluşturan onlardır. Vücut için bu temel bileşenler olmadan proteinleri, yağları, karbonhidratları veya nükleik asitleri hayal etmek imkansızdır.
Bu elementlerin işlevi vücuttaki yüksek içeriklerini belirledi. Birlikte toplam kuru vücut kütlesinin% 98'ini oluştururlar. Bu enzimlerin etkinliği başka ne olabilir?
- Oksijen. Hücredeki içeriği, toplam kuru ağırlığın yaklaşık% 62'si kadardır. Fonksiyonlar: organik ve inorganik maddelerin yapımı, solunum zincirine katılım;
- Karbon. İçeriği% 20'ye ulaşır. Ana işlev: hepsine dahildir;
- Hidrojen. Konsantrasyonu% 10'luk bir değer alır. Bu element organik maddelerin ve suyun bir bileşeni olmasının yanı sıra enerji dönüşümlerine de katılır;
- Azot. Miktar% 3-5'i geçmez. Ana rolü amino asitler, nükleik asitler, ATP, birçok vitamin, hemoglobin, hemosiyanin, klorofil oluşumudur.
Bunlar, hücreyi oluşturan ve normal yaşam için gerekli olan maddelerin çoğunu oluşturan kimyasal elementlerdir.
Makrobesinlerin değeri
Makro besinler, hangi kimyasal elementlerin hücrenin bir parçası olduğunu önermeye de yardımcı olacaktır. Biyoloji dersinden, ana kütlenin yanı sıra kuru kütlenin% 2'sinin periyodik tablonun diğer bileşenleri olduğu anlaşılıyor. Makro besinler, içeriği% 0.01'den az olmayanları içerir. Ana işlevleri bir tabloda sunulmuştur.
Kalsiyum (Ca) | Kas liflerinin kasılmasından sorumlu olan pektin, kemikler ve dişlerin bir parçasıdır. Kan pıhtılaşmasını güçlendirir. |
|
Fosfor (P) | En önemli enerji kaynağı olan ATP'nin bir parçasıdır. |
|
Proteinin üçüncül bir yapıya katlanması sırasında disülfür köprülerinin oluşumuna katılır. Bazı vitaminler olan sistein ve metiyoninin bir parçasıdır. |
||
Potasyum iyonları hücrelere dahil olur ve ayrıca zar potansiyelini etkiler. |
||
Vücudun ana anyonu |
||
Sodyum (Na) | Aynı süreçlerde yer alan bir potasyum analoğu. |
|
Magnezyum (Mg) | Magnezyum iyonları proses düzenleyicilerdir.Klorofil molekülünün merkezinde ayrıca bir magnezyum atomu vardır. |
|
Elektronların solunum ve fotosentez ETC'si boyunca taşınmasına katılır, miyoglobin, hemoglobin ve birçok enzimin yapısal bir bağıdır. |
Yukarıdakilerden hangi kimyasal elementlerin hücrenin bir parçası olduğunu ve makro besinlere ait olduğunu belirlemenin kolay olduğunu umuyoruz.
Eser elementler
Ayrıca vücudun normal şekilde çalışamayacağı, ancak içerikleri her zaman% 0.01'den az olan bu tür kurucu hücreler de vardır. Hücreye hangi kimyasal elementlerin dahil edildiğini ve iz elementler grubuna ait olduğunu tanımlayalım.
DNA ve RNA polimeraz enzimlerinin yanı sıra birçok hormonun (örneğin insülin) bir parçasıdır. |
||
Fotosentez, hemosiyanin sentezi ve bazı enzimlerin süreçlerine katılır. |
||
Tiroid hormonları T3 ve T4'ün yapısal bir bileşenidir |
||
Manganez (Mn) | 0.001'den az | Enzimlerin bir parçası, kemikler. Bakterilerde azot fiksasyonuna katılır |
0.001'den az | Bitki büyüme sürecini etkiler. |
|
Dişlerin kemik ve minesinin bir parçasıdır. |
Organik ve inorganik maddeler
Listelenenlere ek olarak, hücreye başka hangi kimyasal elementler dahildir? Cevaplar basitçe vücuttaki çoğu maddenin yapısını inceleyerek bulunabilir. Bunların arasında, organik ve inorganik kökenli moleküller ayırt edilir ve bu grupların her biri sabit bir dizi element içerir.
Ana organik madde sınıfları proteinler, nükleik asitler, yağlar ve karbonhidratlardır. Tamamen temel biyojenik elementlerden oluşurlar: Bir molekülün iskeleti her zaman karbondan oluşur ve hidrojen, oksijen ve nitrojen radikallerin bir parçasıdır. Hayvanlarda proteinler baskın sınıftır ve bitkilerde polisakkaritlerdir.
İnorganik maddelerin hepsi mineral tuzlardır ve tabii ki sudur. Hücredeki tüm inorganikler arasında çoğu, geri kalan maddelerin çözündüğü H2O'dur.
Yukarıdakilerin tümü, hangi kimyasal elementlerin hücrenin bir parçası olduğunu belirlemenize yardımcı olacak ve vücuttaki işlevleri artık sizin için bir gizem olmayacak.
Farklı organizmaların hücrelerinde, D.I.Mendeleev'in periyodik element tablosunun yaklaşık 70 elementi bulundu, ancak bunlardan sadece 24'ü tam olarak belirlenmiş bir değere sahip ve her tür hücrede sürekli olarak bulunuyor.
Hücrenin temel bileşimindeki en büyük özgül ağırlık oksijen, karbon, hidrojen ve azottur. Bunlar sözde ana veya besinler... Bu elementler, hücre kütlesinin% 95'inden fazlasını oluşturur ve canlı maddelerdeki göreceli içerikleri yer kabuğundakinden çok daha yüksektir. Kalsiyum, fosfor, kükürt, potasyum, klor, sodyum, magnezyum, iyot ve demir de hayati önem taşır. Hücredeki içerikleri yüzde onda biri ve yüzde biri olarak hesaplanır. Listelenen öğeler bir grubu oluşturur makro besinler.
Diğer kimyasal elementler: bakır, manganez, molibden, kobalt, çinko, bor, flor, krom, selenyum, alüminyum, iyot, demir, silikon - çok küçük miktarlarda bulunur (hücre kütlesinin% 0,01'inden az). Gruba aitler eser elementler.
Bu veya o elementin vücuttaki yüzdesi, vücuttaki önemi ve gerekliliğinin derecesini hiçbir şekilde karakterize etmez. Bu nedenle, örneğin, birçok eser element biyolojik olarak aktif çeşitli maddelerin bir parçasıdır - enzimler, vitaminler (kobalt, vitamin B 12'nin bir parçasıdır), hormonlar (iyot, tiroksinin bir parçasıdır); organizmaların büyümesini ve gelişimini etkiler (çinko, manganez) , bakır), hematopoez (demir, bakır), hücresel solunum süreçleri (bakır, çinko) vb. Çeşitli kimyasal elementlerin tamamı olarak hücrelerin ve vücudun hayati aktivitesinin içeriği ve önemi tabloda verilmiştir:
| Eleman | Sembol | Yaklaşık içerik,% | Hücre ve vücut için önemi |
|---|---|---|---|
| Oksijen | Ö | 62 | Su ve organik maddenin bir kısmı; hücresel solunuma katılır |
| Karbon | C | 20 | Tüm organik maddelerin bir kısmı |
| Hidrojen | H | 10 | Su ve organik maddenin bir kısmı; enerji dönüşüm süreçlerine katılır |
| Azot | N | 3 | Amino asitler, proteinler, nükleik asitler, ATP, klorofil, vitaminler |
| Kalsiyum | CA | 2,5 | Bitkilerde, kemiklerde ve dişlerde hücre duvarının bir parçasıdır, kanın pıhtılaşmasını ve kas liflerinin kasılmasını arttırır. |
| Fosfor | P | 1,0 | Kemik dokusu ve diş minesinin bir kısmı, nükleik asitler, ATP, bazı enzimler |
| Kükürt | S | 0,25 | Amino asitlerin bir kısmı (sistein, sistin ve metiyonin), bazı vitaminler, proteinlerin üçüncül yapısının oluşumu sırasında disülfür bağlarının oluşumuna katılır. |
| Potasyum | K | 0,25 | Hücrede sadece iyon şeklinde bulunur, protein sentezi enzimlerini aktive eder, kardiyak aktivitenin normal ritmini belirler, fotosentez işlemlerine, biyoelektrik potansiyellerin oluşumuna katılır. |
| Klor | Cl | 0,2 | Hayvanların vücudunda negatif bir iyon baskındır. Mide suyunda hidroklorik asit bileşeni |
| Sodyum | Na | 0,10 | Hücrede sadece iyon şeklinde bulunur, kalp aktivitesinin normal ritmini belirler, hormonların sentezini etkiler |
| Magnezyum | Mg | 0,07 | Klorofil moleküllerinin yanı sıra kemiklerin ve dişlerin bir parçasıdır, enerji metabolizmasını ve DNA sentezini harekete geçirir |
| İyot | ben | 0,01 | Tiroid hormonlarının bir parçası |
| Demir | Fe | 0,01 | Pek çok enzimin, hemoglobin ve miyoglobinin bir parçasıdır, klorofil biyosentezine, elektron taşınmasına, solunum ve fotosenteze katılır. |
| Bakır | Cu | İzler | Omurgasızlarda hemosiyaninlerin bir parçasıdır, bazı enzimlerin bir parçasıdır, hematopoez, fotosentez, hemoglobin sentezi süreçlerine katılır. |
| Manganez | Mn | İzler | Belirli enzimlerin bir parçasıdır veya aktivitesini arttırır, kemiklerin gelişimine, nitrojenin asimilasyonuna ve fotosentez sürecine katılır |
| Molibden | Pzt | İzler | Bazı enzimlerin (nitrat redüktaz) bir parçasıdır, atmosferik nitrojeni nodül bakterileri tarafından bağlama işlemlerine katılır. |
| Kobalt | Co | İzler | B 12 vitamininin bir kısmı, nodül bakterileri tarafından atmosferik nitrojenin fiksasyonuna katılır |
| Bor | B | İzler | Bitkilerin büyüme süreçlerini etkiler, solunumun onarıcı enzimlerini harekete geçirir. |
| Çinko | Zn | İzler | Polipeptitleri parçalayan bazı enzimlerin bir kısmı, bitki hormonlarının (oksinler) ve glikolizin sentezine katılır. |
| Flor | F | İzler | Diş minesi ve kemik parçası |
Hücre - Dünyadaki temel yaşam birimi. Canlı bir organizmanın tüm özelliklerine sahiptir: büyür, çoğalır, çevre ile madde ve enerji alışverişi yapar ve dış uyaranlara tepki verir. Biyolojik evrimin başlangıcı, Dünya'da hücresel yaşam formlarının ortaya çıkışı ile ilişkilidir. Tek hücreli organizmalar, birbirinden ayrı olarak var olan hücrelerdir. Tüm çok hücreli organizmaların (hayvanlar ve bitkiler) gövdesi, karmaşık bir organizmayı oluşturan bir tür yapı taşı olan aşağı yukarı hücrelerden oluşur. Bir hücrenin ayrılmaz bir canlı sistem - ayrı bir organizma ya da sadece bir parçası olup olmadığına bakılmaksızın, tüm hücreler için ortak olan bir dizi özellik ve özellik ile donatılmıştır.
Hücre kimyası
Cansız doğada bulunan Mendeleev'in periyodik sisteminin yaklaşık 60 elementi hücrelerde bulundu. Bu, canlı ve cansız doğanın ortaklığının delillerinden biridir. Canlı organizmalarda en yaygın olanı hidrojen, oksijen, karbon ve azothücre kütlesinin yaklaşık% 98'ini oluşturan. Bu, hidrojen, oksijen, karbon ve nitrojenin kimyasal özelliklerinin özelliklerinden kaynaklanmaktadır ve bunun sonucunda biyolojik işlevleri yerine getiren moleküllerin oluşumu için en uygun oldukları ortaya çıkmıştır. Bu dört element, iki atoma ait elektronların eşleşmesiyle çok güçlü kovalent bağlar oluşturabilir. Kovalent bağlı karbon atomları, sayısız farklı organik molekülün omurgasını oluşturabilir. Karbon atomları oksijen, hidrojen, nitrojen ve ayrıca kükürt ile kolayca kovalent bağlar oluşturduğundan, organik moleküller olağanüstü karmaşıklık ve yapısal çeşitlilik elde eder.
Dört ana öğeye ek olarak, hücre göze çarpan miktarlarda içerir (bir yüzdenin 10. ve 100. fraksiyonları) demir, potasyum, sodyum, kalsiyum, magnezyum, klor, fosfor ve kükürt... Diğer tüm unsurlar ( çinko, bakır, iyot, flor, kobalt, manganez ve diğerleri) hücrede çok küçük miktarlarda bulunur ve bu nedenle eser elementler olarak adlandırılır.
Kimyasal elementler inorganik ve organik bileşiklerin bir parçasıdır. İnorganik bileşikler arasında su, mineral tuzlar, karbon dioksit, asitler ve bazlar bulunur. Organik bileşikler proteinler, nükleik asitler, karbonhidratlar, yağlar (lipitler) ve lipidler.
Bazı proteinler şunları içerir: kükürt... Nükleik asitlerin ayrılmaz bir parçası fosfor... Hemoglobin molekülü şunları içerir: demir, magnezyum bir molekül yapımına katılır klorofil... İz elementler, canlı organizmalardaki son derece düşük içeriğe rağmen, hayati süreçlerde önemli bir rol oynar. İyot tiroid hormonunun bir parçasıdır - tiroksin, kobalt - B 12 vitamini bileşiminde, pankreasın insülin kısmının hormonu - insülin - içerir çinko... Bazı balıklarda bakır, oksijen taşıyan pigment moleküllerinde demirin yerini alır.
İnorganik maddeler
Su
H 2 O, canlı organizmalarda en yaygın bileşiktir. Farklı hücrelerdeki içeriği oldukça geniş bir aralıkta değişir: diş minelerinde% 10'dan bir denizanasının vücudunda% 98'e kadar, ancak ortalama olarak vücut ağırlığının yaklaşık% 80'i kadardır. Suyun hayati süreçleri sağlamadaki son derece önemli rolü, fizikokimyasal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Moleküllerin polaritesi ve hidrojen bağları oluşturma yeteneği, suyu çok sayıda madde için iyi bir çözücü yapar. Hücrede meydana gelen kimyasal reaksiyonların çoğu ancak sulu bir çözelti içinde gerçekleşebilir. Su aynı zamanda birçok kimyasal dönüşümde de rol oynar.
Su molekülleri arasındaki toplam hidrojen bağı sayısı t ile değişir. °. T ° eriyen buz t ° 40 ° C'de yarı yarıya hidrojen bağlarının yaklaşık% 15'ini yok eder. Gaz haline geçerken, tüm hidrojen bağları yok edilir. Bu, suyun yüksek özgül ısı kapasitesini açıklar. Dış ortamın sıcaklığı değiştiğinde su, kopma veya yeni hidrojen bağları oluşumu nedeniyle ısıyı emer veya serbest bırakır. Bu sayede hücre içindeki t ° dalgalanmaları ortamdakinden daha azdır. Yüksek buharlaşma ısısı, bitkilerde ve hayvanlarda verimli bir ısı transfer mekanizmasının temelidir.
Çözücü olarak su, vücut hücresinin yaşamsal faaliyetinde önemli bir rol oynayan ozmoz fenomeninde yer alır. Osmoz, çözücü moleküllerin yarı geçirgen bir zardan bir madde çözeltisine nüfuz etmesidir. Yarı geçirgen zarlar, çözücü moleküllerin geçmesine izin veren, ancak çözünen madde moleküllerinin (veya iyonlarının) geçmesine izin vermeyen zarlardır. Sonuç olarak, ozmoz, su moleküllerinin bir çözelti yönünde tek yönlü bir difüzyonudur.
Mineral tuzlar
İnorganik in-in hücrelerin çoğu, ayrışmış veya katı halde tuzlar formundadır. Hücredeki ve çevresindeki katyon ve anyon konsantrasyonu aynı değildir. Hücre oldukça fazla K ve çok miktarda Na içerir. Hücre dışı ortamda, örneğin kan plazmasında, deniz suyunda, aksine çok miktarda sodyum ve az potasyum vardır. Hücre irritabilitesi, Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ iyonlarının konsantrasyon oranına bağlıdır. Çok hücreli hayvanların dokularında K, hücrelerin kohezyonunu ve sıralı düzenlenmesini sağlayan çok hücreli bir maddenin bir parçasıdır. Hücredeki ozmotik basınç ve tamponlama özellikleri büyük ölçüde tuzların konsantrasyonuna bağlıdır. Tamponlama, bir hücrenin, içeriğinin sabit bir seviyede hafif alkali bir reaksiyonunu sürdürme yeteneğidir. Hücre içinde tamponlama esas olarak H 2 PO 4 ve HPO 4 2- iyonları tarafından sağlanır. Hücre dışı sıvılar ve kanda, bir tamponun rolü H 2 CO 3 ve HCO 3 - tarafından oynanır. Anyonlar, hücre dışı sıvıların hücresindeki reaksiyonun pratikte değişmemesi nedeniyle H iyonlarını ve hidroksit iyonlarını (OH -) bağlar. Çözünmeyen mineral tuzlar (örneğin kalsiyum fosfat), omurgalıların kemik dokusuna ve yumuşakçaların kabuklarına güç sağlar.
Hücre organik maddesi
Protein
Bir hücrenin organik maddeleri arasında proteinler hem miktar (bir hücrenin toplam kütlesinin% 10-12'si) hem de değer açısından ilk sıradadır. Proteinler, monomerleri amino asitler olan yüksek moleküler ağırlıklı polimerlerdir (moleküler ağırlığı 6000 ila 1 milyon ve üzeri). Canlı organizmalar, çok daha fazlası olmasına rağmen 20 amino asit kullanır. Herhangi bir amino asit, bazik özelliklere sahip bir amino grubu (-NH2) ve asidik özelliklere sahip bir karboksil grubu (-COOH) içerir. İki amino asit, bir su molekülünün salınmasıyla bir HN-CO bağı kurarak tek bir molekülde birleşir. Bir amino asidin amino grubu ile diğerinin karboksilleri arasındaki bağa peptid bağı denir. Proteinler, onlarca veya yüzlerce amino asit içeren polipeptitlerdir. Çeşitli proteinlerin molekülleri, moleküler ağırlık, sayı, amino asitlerin bileşimi ve polipeptit zincirindeki düzenlenme sırası bakımından birbirinden farklıdır. Bu nedenle, proteinlerin çok çeşitli olduğu açıktır, her tür canlı organizmada sayılarının 10 10 - 10 12 olduğu tahmin edilmektedir.
Belirli bir dizide kovalent peptit bağlarıyla bağlanan bir amino asit bağları zincirine, bir proteinin birincil yapısı denir. Hücrelerde proteinler spiral olarak bükülmüş lifler veya toplar (kürecikler) şeklindedir. Bunun nedeni, doğal bir proteinde polipeptit zincirinin, bileşen amino asitlerinin kimyasal yapısına bağlı olarak kesin olarak tanımlanmış bir şekilde döşenmesidir.
Başlangıçta polipeptit zinciri sarılır. Komşu ilmeklerin atomları arasında çekim meydana gelir ve özellikle bitişik ilmeklerde bulunan NH ve CO grupları arasında hidrojen bağları oluşur. Spiral şeklinde bükülmüş bir amino asit zinciri, proteinin ikincil yapısını oluşturur. Sarmalın daha fazla katlanmasının bir sonucu olarak, üçüncül yapı adı verilen her proteine \u200b\u200bözgü bir konfigürasyon ortaya çıkar. Üçüncül yapı, bazı amino asitlerde bulunan hidrofobik radikaller ve amino asit sisteininin (S-S bağları) SH-grupları arasındaki kovalent bağlar arasındaki kohezyon kuvvetlerinin etkisinden kaynaklanmaktadır. Hidrofobik radikaller ve sistein tarafından amino asitlerin sayısı ve bunların polipeptit zincirindeki düzenlenme sırası her protein için spesifiktir. Sonuç olarak, bir proteinin üçüncül yapısının özellikleri, birincil yapısı tarafından belirlenir. Protein, yalnızca üçüncül bir yapı formunda biyolojik aktivite sergiler. Bu nedenle, polipeptit zincirindeki bir amino asidin bile değiştirilmesi, proteinin konfigürasyonunda bir değişikliğe ve biyolojik aktivitesinin azalmasına veya kaybına yol açabilir.
Bazı durumlarda protein molekülleri birbirleriyle birleşir ve işlevlerini ancak kompleksler halinde gerçekleştirebilirler. Dolayısıyla, hemoglobin dört molekülden oluşan bir komplekstir ve sadece bu formda oksijeni bağlayıp taşıyabilir Benzer agregalar bir proteinin dörtlü yapısını temsil eder. Bileşimlerine göre, proteinler iki ana sınıfa ayrılır - basit ve karmaşık. Basit proteinler sadece nükleik asitler (nükleotidler), lipidler (lipoproteinler), Me (metaloproteinler), P (fosfoproteinler) amino asitlerinden oluşur.
Hücredeki proteinlerin işlevleri son derece çeşitlidir. En önemlilerinden biri yapı işlevidir: proteinler, tüm hücre zarlarının ve hücre organellerinin yanı sıra hücre içi yapıların oluşumunda rol oynar. Proteinlerin enzimatik (katalitik) rolü son derece önemlidir. Enzimler, hücredeki kimyasal reaksiyonları milyon kez değil 10 ki, 100 kadar hızlandırır. Motor işlevi, özel kasılma proteinleri tarafından sağlanır. Bu proteinler, hücrelerin ve organizmaların yapabildiği her tür harekette rol oynarlar: protozoada silyaların yanıp sönmesi ve flagella'nın vurulması, hayvanlarda kas kasılması, bitkilerde yaprakların hareketi, vb. Proteinlerin taşıma işlevi, kimyasal elementler eklemektir. (örneğin, hemoglobin O bağlar) veya biyolojik olarak aktif maddeler (hormonlar) ve bunları vücudun doku ve organlarına aktarır. Koruyucu işlev, yabancı proteinlerin veya hücrelerin vücuda girmesine yanıt olarak antikor adı verilen özel proteinlerin üretilmesi şeklinde ifade edilir. Antikorlar yabancı maddeleri bağlar ve nötralize eder. Proteinler enerji kaynağı olarak önemli bir rol oynar. Tam bölünme ile 1g. proteinler 17.6 kJ (~ 4.2 kcal) salınır.
Karbonhidratlar
Karbonhidratlar veya sakkaritler - (CH20) n genel formülüne sahip organik maddeler. Çoğu karbonhidrat, su moleküllerinin iki katı H atomuna sahiptir. Bu nedenle bu maddelere karbonhidrat adı verildi. Canlı bir hücrede karbonhidratlar 1-2, bazen% 5'i (karaciğerde, kaslarda) geçmeyen miktarlarda bulunur. Bitki hücreleri karbonhidratlar açısından en zengindir ve bazı durumlarda içerikleri kuru madde kütlesinin (tohumlar, patates yumruları vb.)% 90'ına ulaşır.
Karbonhidratlar basit ve karmaşıktır. Basit karbonhidratlara monosakkaritler denir. Moleküldeki karbonhidrat atomlarının sayısına bağlı olarak, monosakkaritlere triozlar, tetrozlar, pentozlar veya heksozlar denir. Altı karbon monosakkaritten - heksozlar - glikoz, fruktoz ve galaktoz en önemlileridir. Kanda glikoz bulunur (% 0.1-0.12). Riboz ve deoksiribozun pentozları, nükleik asitlerin ve ATP'nin bir parçasıdır. Bir molekülde iki monosakkarit birleştirilirse, böyle bir bileşiğe disakkarit denir. Şeker kamışından veya şeker pancarından elde edilen yenilebilir şeker, bir glikoz molekülü ve bir fruktoz molekülünden oluşur, süt şekeri ise glikoz ve galaktozdan yapılır.
Pek çok monosakkaridin oluşturduğu kompleks karbonhidratlara polisakkaritler denir. Nişasta, glikojen, selüloz gibi polisakkaritlerin monomeri glikozdur. Karbonhidratlar iki ana işlevi yerine getirir: inşaat ve enerji. Selüloz, bitki hücrelerinin duvarlarını oluşturur. Karmaşık polisakkarit kitin, eklembacaklıların dış iskeletinin ana yapısal bileşeni olarak hizmet eder. Kitin ayrıca mantarlarda yapı işlevini de yerine getirir. Karbonhidratlar, hücredeki ana enerji kaynağı rolünü oynar. 1 g karbonhidratın oksidasyonu sürecinde 17.6 kJ (~ 4.2 kcal) açığa çıkar. Bitkilerde nişasta ve hayvanlarda glikojen hücrelerde biriktirilir ve bir enerji rezervi görevi görür.
Nükleik asitler
Hücredeki nükleik asitlerin önemi çok yüksektir. Kimyasal yapılarının özellikleri, bireysel gelişimin belirli bir aşamasında her dokuda sentezlenen protein moleküllerinin yapısı hakkında bilgilerin saklanması, aktarılması ve yavru hücrelere aktarılması imkanı sağlar. Hücrelerin özelliklerinin ve özelliklerinin çoğu proteinler tarafından belirlendiği için, nükleik asitlerin stabilitesinin hücrelerin ve tüm organizmaların normal işleyişi için en önemli koşul olduğu açıktır. Hücrelerin yapısındaki herhangi bir değişiklik veya içlerindeki fizyolojik süreçlerin aktivitesi, böylece hayati aktiviteyi etkiler. Nükleik asitlerin yapısının incelenmesi, organizmalardaki özelliklerin kalıtımını ve hem bireysel hücrelerin hem de hücresel sistemlerin - dokular ve organların işleyiş modellerini anlamak için son derece önemlidir.
2 tür nükleik asit vardır - DNA ve RNA. DNA, çift sarmal oluşacak şekilde çevrelenmiş iki nükleotid sarmalından oluşan bir polimerdir. DNA moleküllerinin monomerleri, bir azotlu baz (adenin, timin, guanin veya sitozin), bir karbonhidrat (deoksiriboz) ve bir fosforik asit kalıntısından oluşan nükleotidlerdir. DNA molekülündeki azotlu bazlar eşit olmayan sayıda H-bağı ile birbirine bağlanır ve çiftler halinde düzenlenir: adenin (A) her zaman timine (T), guanine (G) sitozine (C) karşıdır.
Nükleotidler birbirine tesadüfen değil, seçici olarak bağlıdır. Adeninin timin ve guanin ile sitozin ile seçici olarak etkileşime girme kabiliyetine tamamlayıcılık denir. Bazı nükleotidlerin tamamlayıcı etkileşimi, atomların moleküllerindeki uzaysal düzenlemelerinin, birbirlerine yaklaşmalarına ve H-bağları oluşturmalarına izin veren özellikleriyle açıklanır. Polinükleotid zincirinde, bitişik nükleotidler şeker (deoksiriboz) ve bir fosforik asit kalıntısı ile bağlanır. RNA, tıpkı DNA gibi, monomerleri nükleotid olan bir polimerdir. Üç nükleotidin azotlu bazları DNA'dakiyle aynıdır (A, G, C); dördüncü - urasil (U) - timin yerine RNA molekülünde bulunur. RNA nükleotitleri, DNA nükleotitlerinden ve kurucu karbonhidratlarının (disoksiriboz yerine riboz) yapısında farklılık gösterir.
RNA zincirinde nükleotidler, bir nükleotidin ribozu ile diğerinin fosforik asit kalıntısı arasında kovalent bağların oluşumu ile bağlanır. İki sarmallı RNA'nın yapısı farklıdır. İki sarmallı RNA'lar, bir dizi virüsteki genetik bilginin koruyucusudur, örn. kromozomların işlevlerini yerine getirirler. Tek sarmallı RNA'lar, proteinlerin yapısı hakkındaki bilgilerin kromozomdan sentezlendikleri yere transferini gerçekleştirir ve proteinlerin sentezinde yer alır.
Birkaç tür tek sarmallı RNA vardır. İsimleri, hücrede gerçekleştirilen işlev veya konumdan kaynaklanmaktadır. Sitoplazmanın RNA'sının çoğu (% 80-90'a kadar) ribozomlarda bulunan ribozomal RNA'dır (rRNA). RRNA molekülleri nispeten küçüktür ve ortalama 10 nükleotidden oluşur. Sentezlenecek proteinlerdeki amino asit dizisi hakkında ribozomlara bilgi taşıyan başka bir RNA türü (mRNA). Bu RNA'ların boyutu, sentezlendikleri DNA segmentinin uzunluğuna bağlıdır. Taşıma RNA'ları çeşitli işlevlere sahiptir. Amino asitleri protein sentezi bölgesine iletirler, transfer edilen amino aside karşılık gelen üçlü ve RNA'yı (tamamlayıcılık ilkesine göre) “tanırlar” ve amino asidin ribozom üzerindeki tam oryantasyonunu gerçekleştirirler.
Yağlar ve lipitler
Yağlar, yüksek moleküler ağırlıklı yağ asitleri ve gliserol trihidrik alkolün bileşikleridir. Yağlar suda çözünmez - hidrofobiktir. Hücre her zaman lipoid adı verilen diğer kompleks hidrofobik yağ benzeri maddeleri içerir. Yağların temel işlevlerinden biri enerjidir. 1 gr yağın CO2 ve H 2 O'ya bölünmesi sırasında büyük miktarda enerji açığa çıkar - 38.9 kJ (~ 9.3 kcal). Hücredeki yağ içeriği, kuru madde ağırlığının% 5-15'i arasında değişir. Canlı doku hücrelerinde yağ miktarı% 90'a çıkar. Hayvan (ve kısmen bitki) dünyasındaki yağların temel işlevi depolamadır.
1 gr yağın (karbondioksit ve suya) tamamen oksidasyonu ile yaklaşık 9 kcal enerji açığa çıkar. (1 kcal \u003d 1000 kalori; kalori (cal, cal), 101.325 kPa'lık standart atmosferik basınçta 1 ° C'de 1 ml suyu ısıtmak için gereken ısı miktarına eşit, sistemik olmayan bir iş ve enerji birimidir; 1 kcal \u003d 4,19 kJ) ... Oksidasyon sırasında (vücutta) 1 g protein veya karbonhidrat sadece yaklaşık 4 kcal / g salınır. Tek hücreli diatomlardan dev köpek balıklarına kadar çok çeşitli sucul organizmalarda yağ yüzer ve ortalama vücut yoğunluğunu azaltır. Hayvansal yağların yoğunluğu yaklaşık 0,91-0,95 g / cm³'dür. Omurgalıların kemik yoğunluğu 1,7-1,8 g / cm to'e yakındır ve diğer çoğu dokunun ortalama yoğunluğu 1 g / cm'e yakındır. Ağır bir iskeleti "dengelemek" için çok fazla yağa ihtiyaç olduğu açıktır.
Yağlar ve lipitler de bir yapı işlevi görürler: hücre zarlarının parçasıdırlar. Zayıf ısıl iletkenliği nedeniyle, yağ koruyucu bir işlev görebilir. Bazı hayvanlarda (foklar, balinalar) deri altı yağ dokusunda birikerek 1 m kalınlığa kadar bir tabaka oluşturur.Bazı lipoidlerin oluşumu bir dizi hormonun sentezinden önce gelir. Sonuç olarak, bu maddeler aynı zamanda metabolik süreçleri düzenleme işlevine de sahiptir.
Biyoloji - yaşam bilimi. Biyolojinin en önemli görevi, canlı organizmaların çeşitliliği, yapısı, yaşamsal aktivitesi, bireysel gelişimi ve evrimi ve çevre ile ilişkilerinin incelenmesidir.
Canlı organizmalar onları cansız doğadan ayıran bir dizi özelliğe sahiptir. Ayrı ayrı, farklılıkların her biri oldukça keyfidir, bu yüzden bir kompleks olarak düşünülmeleri gerekir.
Canlı maddeyi cansız maddeden ayıran işaretler:
- kalıtsal bilgileri yeniden üretme ve sonraki nesle aktarma yeteneği;
- metabolizma ve enerji;
- heyecanlanma;
- belirli yaşam koşullarına adaptasyon;
- yapı malzemesi - biyopolimerler (en önemlileri proteinler ve nükleik asitlerdir);
- moleküllerden organlara uzmanlaşma ve yüksek derecede organizasyon;
- büyüme;
- yaşlanma;
- ölüm.
Organizasyonel yaşam seviyeleri:
- moleküler,
- hücresel,
- doku,
- organ,
- organizma
- popülasyona özgü,
- biyojeosinotik,
- biyosfer.
Hayatın çeşitliliği
Nükleer olmayan hücreler gezegenimizdeki ilk hücrelerdi. Çoğu bilim insanı, nükleer organizmaların, mavi-yeşil algler ve oksitleyici bakterilerle (simbiyojenez teorisi) antik arkebakterilerin ortak yaşamının bir sonucu olarak ortaya çıktığını kabul eder.
Sitoloji
Sitoloji - bilim hakkında kafes... Tek hücreli ve çok hücreli organizmalarda hücrelerin yapısını ve işlevlerini inceler. Hücre, tüm canlıların yapısı, işleyişi, büyümesi ve gelişmesinin temel birimidir. Bu nedenle, sitolojinin karakteristiği olan süreçler ve kalıplar, diğer birçok bilim dalında (anatomi, genetik, embriyoloji, biyokimya vb.) İncelenen süreçlerin temelini oluşturur.
Hücre kimyasal elementleri
Kimyasal element - aynı pozitif nükleer yüke sahip belirli bir tür atom. Hücrelerde yaklaşık 80 kimyasal element bulunur. Dört gruba ayrılabilirler:
Grup 1 - karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen (hücre içeriğinin% 98'i),
Grup 2 - potasyum, sodyum, kalsiyum, magnezyum, kükürt, fosfor, klor, demir (% 1,9),
Grup 3 - çinko, bakır, flor, iyot, kobalt, molibden vb. (% 0.01'den az),
Grup 4 - altın, uranyum, radyum vb. (% 0.00001'den az).
Çoğu kılavuzdaki birinci ve ikinci grupların unsurları makro besinler, üçüncü grubun unsurları - mikro elementler, dördüncü grubun unsurları - ultramicroelements... Makro ve mikro elementler için, katıldıkları süreçler ve işlevler açıklığa kavuşturulmuştur. Ultramikroelementlerin çoğu için biyolojik bir rol tanımlanmamıştır.
| Kimyasal element | Kimyasal elementin bulunduğu maddeler | Kimyasal bir elementin dahil olduğu süreçler |
|---|---|---|
| Karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen | Proteinler, nükleik asitler, lipitler, karbonhidratlar ve diğer organik maddeler | Organik maddelerin sentezi ve bu organik maddeler tarafından gerçekleştirilen tüm fonksiyon kompleksi |
| Potasyum, sodyum | Na + ve K + | Zarların işlevini sağlamak, özellikle hücre zarının elektriksel potansiyelini korumak, Na + / Ka + pompasının çalışması, sinir uyarılarının iletilmesi, anyonik, katyonik ve ozmotik dengeler |
| Kalsiyum | Ca +2 | Kan pıhtılaşma sürecine katılım |
| Kalsiyum Fosfat, Kalsiyum Karbonat | Kemik dokusu, diş minesini, yumuşakçaların kabukları | |
| Kalsiyum pektat | Bitkilerde orta lamina ve hücre duvarının oluşumu | |
| Magnezyum | Klorofil | Fotosentez |
| Kükürt | Protein | Disülfür köprülerinin oluşumuna bağlı olarak proteinin uzaysal yapısının oluşumu |
| Fosfor | Nükleik asitler, ATP | Nükleik asit sentezi |
| Klor | Cl - | Hücre zarının elektriksel potansiyelini korumak, Na + / Ka + pompasının çalışması, sinir uyarılarının iletilmesi, anyonik, katyonik ve ozmotik dengeler |
| HCl | Mide suyunda sindirim enzimlerinin aktivasyonu | |
| Demir | Hemoglobin | Oksijen taşınması |
| Sitokromlar | Fotosentez ve solunum sırasında elektron transferi | |
| Manganez | Dekarboksilaz, dehidrojenaz | Yağ asitlerinin oksidasyonu, solunum ve fotosentez süreçlerine katılım |
| Bakır | Hemosiyanin | Bazı omurgasızlarda oksijen taşınması |
| Tirozinaz | Melanin oluşumu | |
| Kobalt | B12 vitamini | Eritrosit oluşumu |
| Çinko | Alkol dehidrojenaz | Bitkilerde anaerobik solunum |
| Karbonik anhidraz | Omurgalılarda CO 2 taşınması | |
| Flor | Kalsiyum florür | Kemik dokusu, diş minesi |
| İyot | Tiroksin | Bazal metabolizmanın düzenlenmesi |
| Molibden | Nitrojenaz | Azot fiksasyonu |
Canlı organizmalardaki kimyasal elementlerin atomları oluşur inorganik (su, tuz) ve organik bileşikler (proteinler, nükleik asitler, lipitler, karbonhidratlar). Atom düzeyinde, canlı ve cansız madde arasında hiçbir fark yoktur; farklılıklar, canlı maddenin bir sonraki, daha yüksek organizasyon seviyelerinde ortaya çıkacaktır.
Su
Su - en yaygın inorganik bileşik. Su içeriği hücre kütlesinin% 10'u (diş minesi) ile% 90'ı (gelişen embriyo) arasında değişir. Su olmadan hayat imkansızdır, suyun biyolojik değeri kimyasal ve fiziksel özellikleriyle belirlenir.
Su molekülü açısal bir şekle sahiptir: hidrojen atomları oksijene göre 104,5 ° 'lik bir açı oluşturur. Molekülün hidrojenin bulunduğu kısım pozitif yüklüdür, oksijenin bulunduğu kısım negatif yüklüdür, dolayısıyla su molekülü bir dipoldür. Su dipolleri arasında hidrojen bağları oluşur. Suyun fiziksel özellikleri: şeffaf, 4 ° C'de maksimum yoğunluk, yüksek ısı kapasitesi, pratik olarak sıkıştırmaz; temiz su yetersiz ısı ve elektrik iletir, 0 ° C'de donar, 100 ° C'de kaynar, vb. Suyun kimyasal özellikleri: iyi çözücü, hidratlar oluşturur, hidrolitik bozunma reaksiyonlarına girer, birçok oksitle etkileşime girer vb. Suda çözünme yeteneği ile ilgili olarak, şunlar vardır: hidrofilik maddeler - iyi çözünür, hidrofobik maddeler - suda hemen hemen çözünmez.
Suyun biyolojik önemi:
- iç ve hücre içi ortamın temelidir,
- mekansal yapının korunmasını sağlar,
- maddelerin taşınmasını sağlar,
- polar molekülleri hidratlar,
- çözücü ve difüzyon ortamı olarak hizmet eder,
- fotosentez ve hidroliz reaksiyonlarına katılır,
- vücudu soğutmaya yardımcı olur,
- birçok organizma için bir yaşam alanıdır,
- tohumların, meyvelerin, larva aşamalarının göçünü ve yayılmasını teşvik eder,
- gübrelemenin gerçekleştiği ortam,
- bitkilerde tohumların terlemesini ve çimlenmesini sağlar,
- vücutta ve diğerlerinde eşit bir ısı dağılımını teşvik eder. dr.
Hücrenin diğer inorganik bileşikleri
Diğer inorganik bileşikler, esas olarak, çözünmüş formda (katyonlar ve anyonlar halinde ayrışmış) veya katı halde bulunabilen tuzlarla temsil edilir. Hücrenin tampon özelliklerini sağlayan katyonlar K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ (yukarıdaki tabloya bakınız) ve HPO 4 2—, Cl -, HCO 3 - anyonları yaşamsal aktivite için büyük önem taşımaktadır. hücrenin. Arabelleğe alma - pH'ı belirli bir seviyede tutma yeteneği (pH, hidrojen iyonlarının konsantrasyonunun tersinin ondalık logaritmasıdır). 7.0'lık bir pH değeri nötr bir çözeltiye, 7.0'ın altında asidik bir çözeltiye, 7.0'ın üzerinde bir alkalin çözeltiye karşılık gelir. Hafif alkali bir ortam, hücre ve dokuların karakteristiğidir. Bu zayıf alkali reaksiyonun sürdürülmesinden fosfat (1) ve bikarbonat (2) tampon sistemleri sorumludur.