Die chemiese organisasie van selle: organiese stowwe, makro- en mikro

In die laat 19de eeu is dit gevorm 'n tak van die biologie genoem biochemie. Sy is die bestudering van die chemiese samestelling van lewende selle. Die belangrikste taak van die wetenskap - kennis van die eienaardighede en gedrag van metabolisme en energie, regulering van belangrike funksies van plant- en dierselle.

Die konsep van die chemiese samestelling van selle

As gevolg van uitgebreide navorsing deur wetenskaplikes chemiese organisasie van selle is ondersoek en bevind dat lewende dinge bestaan uit meer as 85 chemiese elemente. En sommige van hulle is wat nodig is vir byna al die organismes, terwyl ander spesifieke en kom voor in spesifieke spesie. 'N Derde groep van chemiese elemente teenwoordig in die selle van mikro-organismes, plante en diere in voldoende klein hoeveelhede. Chemiese elemente van die sel is dikwels in die vorm van katione en anione waaruit minerale sout en water gevorm word, en organiese koolstofverbindings word gesintetiseer: koolhidrate, proteïene, lipiede.

organogenic elemente

In biochemie, dit sluit in koolstof, waterstof, suurstof en stikstof. Hulle stel is in 'n sel van 88-97% van die ander chemiese elemente teenwoordig in dit. Veral belangrik is koolstof. Al die organiese stowwe in die samestelling van selle bestaan uit molekules wat koolstof in die samestelling daarvan atome. Hulle kan met mekaar verbind om 'n ketting (vertakte en onvertakte), sowel as siklusse te vorm. Hierdie vermoë koolstofatome onderliggend treffende diversiteit van organiese stowwe ingesluit in die sel sitoplasma en organelle.

Byvoorbeeld, die interne inhoud van die sel bestaan uit 'n oplosbare oligosakkaried, hidrofiliese proteïene, lipiede, verskillende tipes RNA: oordrag RNA, ribosomale RNA en boodskapper RNA, asook gratis monomere - nukleotiede. So 'n chemiese samestelling het 'n selkern. Dit bevat ook 'n molekule van deoksiribonukleïensuur, 'n deel van die chromosome. Al die bogenoemde verbindings is in die samestelling daarvan atome van stikstof, koolstof met suurstof, waterstof. Dit is 'n bewys van hul besondere belang, aangesien 'n chemiese organisasie van die sel is afhanklik van die inhoud van biogeniese elemente wat make-up sellulêre strukture: hyaloplasm en organelle.

Makrovoedingstowwe en hul betekenis

Chemiese elemente wat in selle van verskillende tipes organismes ook baie algemeen is, is biochemie makrovoedingstowwe genoem. Die inhoud daarvan in die sel is 1,2% - 1,9%. Deur macroelements selle sluit in: fosfor, kalium, chloor, swael, magnesium, kalsium, yster en natrium. Almal van hulle het belangrike funksies en is deel van die verskillende selorganelle. So, die yster ioon is teenwoordig in die bloed proteïen - hemoglobien, wat suurstof (in welke geval dit genoem word oksihemoglobien), koolstofdioksied (karbogemoglobin) of koolstofdioksied (karboksiehemoglobien) dra.

Natriumione verskaf belangrike vorm van intersellulêre vervoer: die sogenaamde natrium-kalium pomp. Hulle is ook deel van die interstisiële vloeistof en bloed plasma. Magnesiumione teenwoordig in chlorofil molekule (fotopigment hoër plante) en is betrokke by die proses van fotosintese, sowel as vorm reaksie sentrums wat trap fotone van lig energie.

Kalsiumione verskaf geleiding van senuwee polse langs die vesel en is die belangrikste komponent van osteocytes - been selle. Kalsium verbindings is wydverspreid in die wêreld ongewerwelde diere waarvan die doppe is saamgestel uit kalsiumkarbonaat.

Chloriedione is betrokke by herlaai die selmembraan en bied die voorkoms van elektriese pulse van die onderliggende neurale stimulasie.

Die swael atome is deel van die inheemse proteïen en veroorsaak dat hul tersiêre struktuur "stikwerk" polipeptiedketting en sodoende globulêre proteïen molekule te vorm.

Kaliumione is betrokke by die vervoer van stowwe deur selmembrane. fosfor atome is 'n deel van hierdie belangrike energie-intensiewe stowwe soos adenosientrifosfaat, en is 'n belangrike komponent van die molekules van deoksiribonukleolus en ribonukleolus sure, wat die vernaamste stowwe sel oorerwing is.

Spoor funksie in sellulêre metabolisme

Ongeveer 50 chemiese elemente waaruit minder as 0,1% in die selle, genoem Micro. Dit sluit in sink, molibdeen, jodium, koper, kobalt, fluoor. Met 'n lae onderhoud 'n baie belangrike funksie verrig hulle, as deel van baie biologies-aktiewe stowwe.

Byvoorbeeld, die sink atome is in die insulien molekule (pankreas hormoon regulering van bloedglukose vlak), jodium is 'n bestanddeel van die tiroïedhormone - tiroksien en trijodotironien beheer van die vlak van metabolisme in die liggaam. Koper, saam met betrokke by haematopoiese (die vorming van rooibloedselle, plaatjies en witbloedselle in die beenmurg van vertebrate) ysterione. Koperione is ingesluit in hemocyanin pigment teenwoordig in die bloed van ongewerweldes, soos skulpvis. Daarom is die kleur van hul hemolymph blou.

Meer minder inhoud in die sel soos chemiese elemente soos lood, goud, broom, silwer. Hulle word genoem ultromikroelementami en deel van die plant- en dierselle. Byvoorbeeld, in chemiese analise mielies kalander goud ione is opgespoor. Broom atome in 'n groot aantal selle in die thalli van bruin en rooi alge, soos Sargassum, Laminaria, Fucus.

Alle voorheen hierdie voorbeelde en feite te verduidelik hoe interafhanklik chemiese samestelling, funksie en struktuur van selle. Die tabel hieronder toon die inhoud van verskeie chemiese elemente in die selle van lewende organismes.

Algemene kenmerke van organiese verbindings

Chemiese eienskappe van selle van verskillende groepe organismes in 'n sekere manier afhanklik van die koolstofatome, wat verantwoordelik is vir meer as 50% van selmassa. Feitlik alle droë sel saak word verteenwoordig koolhidrate, proteïene, nukleïensure en lipiede, wat 'n komplekse struktuur en 'n hoë molekulêre gewig het. Sulke molekules genoem word makromolekules (polimere) en is saamgestel uit eenvoudiger elemente - monomere. Proteïen stowwe speel 'n uiters belangrike rol en uit te voer 'n verskeidenheid van funksies, wat hieronder bespreek word.

Die rol van proteïene in die sel

Biochemiese analise van verbindings aangaan van 'n lewende sel, bevestig 'n hoë inhoud van organiese stowwe soos proteïene. Hierdie feit het 'n logiese verduideliking: proteïene uit te voer 'n verskeidenheid van funksies en is betrokke by alle aspekte van sel lewe.

Byvoorbeeld, die beskermende funksie van proteïene is die vorming van teenliggaampies - teenliggaampies vervaardig deur limfosiete. Soos beskermende proteïene soos trombien, fibrien en tromboblastin verskaf bloedstolling en sy verlies in trauma en beserings te voorkom. Die kompleks samestelling van die sel sluit die selmembraan proteïene met die vermoë om buitelandse verbindings erken - antigene. Hulle verander hul opset en verslag sel van die potensiële gevare (alarm funksie).

Sommige proteïene het 'n regulerende funksie en is hormone, soos oksitosien, wat deur die hipotalamus, pituïtêre voorbehou. Op grond van dit in die bloed, oksitosien tree op die spierwand van die uterus, veroorsaak die vermindering. vasopressien proteïen dien ook 'n regulerende funksie deur die beheer van bloeddruk.

Die spierselle is aktien en miosien, in staat is om te krimp, wat die motor funksie van spierweefsel veroorsaak. Vir proteïene, tipiese en trofiese funksie, bv albumien embrio gebruik as 'n voedingstof vir ontwikkeling. Bloed proteïene van verskillende organismes, soos hemoglobien en hemocyanin, is suurstofmolekules oorgedra - bedryf vervoer funksie. As meer energie in beslag stowwe soos koolhidrate en lipiede, ten volle gebruik, die sel begin proteïene af te breek. Een gram van hierdie materiaal 17 gee 2 kJ energie. Een van die belangrikste funksies van proteïene is katalitiese (proteïene, ensieme bespoedig chemiese reaksies in sitoplasmiese kompartemente). Gebaseer op die bogenoemde, het ons gesien dat die proteïene het 'n aantal baie belangrike funksies en noodsaaklike deel van die diersel.

eiwitbiosynthese

Kyk na die proses van proteïensintese in 'n sel, wat plaasvind in die sitoplasma via organelle soos ribosome. Te danke aan die aktiwiteit van spesifieke ensieme, met die deelname van die ribosoom kalsiumione kombineer om polisome. Die hooffunksies van die ribosome in die sel - die sintese van proteïenmolekules, begin die transkripsie proses. As gevolg van dit gesintetiseer mRNA molekules, waarvan aangeheg polisome. Dan begin die tweede verhoor - uitsending. Vervoer RNA bind twintig verskillende tipes aminosure en bring dit na die polisome, en sedert die funksie van ribosome in die sel - 'n sintese van polipeptiede, hierdie organelle vorm komplekse met tRNA, en aminosuur molekules met mekaar verbind deur peptiedbindings aan 'n proteïen makromolekule vorm.

Die rol van water in metabolisme

Sitologiese studies het die feit dat die sel struktuur en samestelling van wat ons bestudeer, 'n gemiddeld van 70% water, en in baie diere, wat lei 'n water leefwyse (bv, holt diere) die inhoud 97-98% bereik bevestig. In die lig van hierdie chemiese organisasie van selle sluit hidrofiliese (in staat te los) en hidrofobiese (water-afweermiddel) materiaal. As 'n universele polêre oplosmiddel, water speel 'n belangrike rol en het 'n direkte impak nie net op die funksie, maar ook in die struktuur van die selle. Die tabel hieronder toon die waterinhoud in verskillende tipes selle van lewende organismes.

Die funksie van koolhidrate in die sel

Soos ons vroeër verduidelik, om belangrike organiese chemikalieë - polimere - is ook koolhidrate. Dit sluit in polisakkariede, oligosakkariede en monosakkariede. Koolhidrate is deel van meer komplekse stelsels - glikolipiede en glikoproteïene, wat gemaak is van sellulêre membrane en nadmembrannye struktuur, bv glikokaliks.

Verder koolstof in die koolhidrate sluit atome van waterstof en suurstof, en 'n paar polisakkariede bevat meer stikstof, swael en fosfor. Die selle van baie plant koolhidrate: Aartappelknolle bevat tot 90% stysel in sade en vrugte koolhidraatinhoud tot 70%, en dierselle aangetref in die vorm van sulke verbindings as glikogeen, chitien en trehalose.

Eenvoudige suikers (monosakkariede) het die algemene formule CnH2nOn en verdeel in tetroses, triose, pentose en heksose. Die laaste twee is die mees algemene in die selle van lewende organismes, byvoorbeeld, ribose en deoksiribose is deel van nukleïensure, en glukose en fruktose is betrokke by die reaksies van assimilasie en veinzerij. Oligosakkariede word dikwels gevind in plantselle: sukrose gestoor in die selle van die suikerbieten en suikerriet, maltose vervat in caryopses ontkiem rog en gars.

Disakkariede het 'n soet smaak en is geredelik oplosbaar in water. Polisakkariede, synde die biopolimere bestaan hoofsaaklik uit stysel, sellulose, glikogeen en laminarin. Die strukturele vorms sluit polisakkariede chitien. Die primêre funksie van koolhidrate in die sel - energie. As gevolg van hidrolise reaksies en energie metabolisme gekleef polisakkariede na glukose, en dit is dan geoksideer tot koolstofdioksied en water. As gevolg hiervan, een gram van glukose vrystellings 17,6 kJ energie, en reserwes van stysel en glikogeen, is in wese sellulêre energie reservoir.

Glikogeen is hoofsaaklik gedeponeer in spiere en lewerselle, groente stysel - in knolle, bolle, wortels, sade en geleedpotiges, soos spinnekoppe, insekte en skaaldiere, die belangrikste rol in die energievoorsiening speel 'n oligosakkaried trehalose.

Koolhidrate verskil van lipiede en proteïene, die vermoë om anoksiese agteruitgang. Dit is uiters belangrik vir die organismes leef in 'n toestand van tekort of afwesigheid van suurstof, soos anaërobiese bakterieë, en helminte - parasiete van mense en diere.

Daar is nog 'n funksie van koolhidrate in die sel - konstruksie (strukturele). Dit lê in die feit dat hierdie stowwe ondersteunende strukture van selle. Byvoorbeeld, sellulose is 'n deel van die selwande van plante, chitien vorm 'n buitenste skelet en baie ongewerweldes voorkom in swam selle, olisaharidy saam met lipiede en proteïene molekules te vorm glikokaliks - nadmembranny kompleks. Dit bied adhesie - tussen 'n clumping dierselle, wat lei tot die vorming van weefsel.

Lipiede: struktuur en funksie

Hierdie organiese stowwe, wat hidrofobiese (water onoplosbare) is verwyder kan word, dit wil sê van die selle onttrek deur nie-polêre oplosmiddels, soos asetoon of chloroform. funksie van lipiede in die sel is afhanklik van watter een van die drie groepe waaraan hulle behoort: aan vette, wasse of steroïede. Vette is die mees algemene in alle vorme van selle.

Diere versamel hulle in die onderhuidse vetweefsel, neurale weefsel bevat vet in die vorm van die miëlienskede van senuwees. Dit ophoop ook in die niere, lewer, insekte - in die vet liggaam. Liquid vette - olies - gevind in die sade van baie plante: denne, grondboontjiebotter, sonneblom, olywe. Die lipied inhoud in selle wissel 5-90% (in die vetweefsel).

Steroïede en wasse verskil van vette in die sin dat hulle nie in die molekules van vetsuur oorblyfsels. So, steroïede - dis hormone bynierkorteks, wat puberteit die liggaam en watter komponente van testosteroon is. Hulle is ook deel van vitamiene (bv vitamien D).

Die belangrikste funksie van lipiede in die sel - is die energie, konstruksie en beskerming. Die eerste is te wyte aan die feit dat 1 gram vet in die cleavage gee 38,9 kJ energie - baie meer as ander organiese stowwe - proteïene en koolhidrate. Verder in die oksidasie van vet 1d dit staan byna 1,1 c. water. Dit is waarom sommige diere is met 'n voorraad van vet in jou liggaam kan 'n lang tyd sonder water. Byvoorbeeld, kan gophers dormant vir meer as twee maande wees, sonder die behoefte aan water, en nie drink water kameel by oorgange deur die woestyn vir 10-12 dae.

Konstruksie van lipiede funksie lê in die feit dat hulle is 'n integrale deel van selmembrane, sowel as deel van die senuwee. Die beskermende funksie van lipiede bestaan in die feit dat die vetlaag onder die vel rondom die niere en ander interne organe hulle beskerm teen meganiese besering. Spesifieke termiese isolering funksie is inherent in die diere vir 'n lang tyd en wyl in die water: walvisse, robbe, pelsrobbe. Dik onderhuidse adipose laag, byvoorbeeld, blou walvis is 0,5 m, dit beskerm die dier uit hipotermie.

Waarde suurstof in sellulêre metabolisme

Aerobiese organismes, wat die oorgrote meerderheid van diere, plante en mense insluit, met behulp van atmosferiese suurstof vir energie ruil reaksies wat lei tot die klowing van organiese stowwe en die toekenning van 'n sekere hoeveelheid energie opgehoopte in die vorm van molekules van adenosientrifosfaat.

So, die volledige oksidasie van een mol van glukose wat voorkom in die mitochondriale cristae, 2800 kJ energie is toegeken, waarvan 1596 kJ (55%) is gestoor in die vorm van ATP molekules bevat macroergic verband. So, die primêre funksie van suurstof in die sel - die implementering van aërobiese respirasie, wat gebaseer is op 'n groep van ensiemreaksies sogenaamde respiratoriese ketting wat in organelle - mitochondria. In prokariotiese organismes - Fototrofe bakterieë en sianobakterieë - oksidasie van voedingstowwe kom onder die invloed van suurstof diffundeer in die selle in die interne uitgroeisels van plasma membrane.

Ons het 'n chemiese organisasie van selle bestudeer, asook die prosesse van proteïensintese en suurstof funksie in sellulêre energie metabolisme.