Химически организация на клетки: органично вещество, макро и микроелементи

В края на 19 век е образувана клон на биологията, наречена биохимия. Тя е изучаване на химичния състав на живите клетки. Основната задача на науката - познаването на особеностите на обмяната на веществата и енергията, регулиране на жизнените функции на растителни и животински клетки.

Концепцията на химическия състав на клетката

Като резултат от обширно изследване на учени химически организация на клетките е проучен и е установено, че живите същества са съставени от повече от 85 химични елемента. И някои от тях са необходими за почти всички организми, а други са специфични и се срещат в специфични видове. Трета група на химични елементи, присъстващи в клетки на микроорганизми, растения и животни в достатъчно малки количества. Химични елементи на клетката, често са под формата на катиони и аниони от които са образувани минерална сол и вода и органични въглеродни съединения са синтезирани: въглехидрати, протеини, липиди.

органогенни елементи

В биохимия, те включват въглерод, водород, кислород и азот. Тяхната комплект е в клетка на 88-97% от други химични елементи, намиращи се в него. Особено важно е въглерод. Всички органични вещества в състава на клетки се състоят от молекули, съдържащи въглерод в състава атома. Те могат да бъдат свързани за образуване на верига (разклонени и неразклонени), както и цикли. Тази способност въглеродни атома в основата поразително разнообразие от органични вещества, включени в цитоплазмата и органели клетка.

Например, вътрешните съдържанието на клетката се състои от разтворима олигозахарид, хидрофилни протеини, липиди, различни видове РНК: РНК трансфер, рибозомна РНК и РНК пратеник, както и свободни мономери - нуклеотиди. Такава химически състав има клетъчното ядро. Той също така съдържа молекула дезоксирибонуклеинова киселина, част от хромозомите. Всички от горните съединения са в състава си атоми на азот, въглерод с кислород, водород. Това е доказателство за тяхната особена важност, тъй като химичен организация на клетката зависи от съдържанието на биогенни елементи, които изграждат клетъчните структури: hyaloplasm и органели.

Макронутриенти и техните значения

Химични елементи, които също са много често в клетки на различни видове организми, биохимия се наричат макроелементи. Тяхното съдържание в клетката е 1,2% - 1,9%. Чрез макроелементи клетки включват: фосфор, калий, хлор, сяра, магнезий, калций, желязо и натрий. Всички те имат важни функции и са част от различни клетъчни органели. По този начин, железен йон присъства в кръвната протеин - хемоглобин, който пренася кислород (в който случай той се нарича oxyhaemoglobin), въглероден диоксид (karbogemoglobin) или въглероден диоксид (карбоксихемоглобин).

Натриеви йони предоставят важна форма на междуклетъчен транспорт: т.нар натриев калиев помпата. Те също така са част от интерстициална течност и кръвната плазма. Магнезиеви йони, присъстващи в хлорофил молекули (photopigment висши растения) и са включени в процеса на фотосинтеза, както и реакционни центрове форма, която капан фотони на светлинна енергия.

Калциеви йони осигуряват провеждане на нервните импулси по влакната и са основният компонент на остеоцити - костни клетки. Калциеви съединения са широко разпространени в безгръбначни животни световни чиито черупки са съставени от калциев карбонат.

Хлоридни йони са включени в презареждане на клетъчната мембрана и осигуряват появата на електрически импулси на базовия нервна стимулация.

Атомите на сяра са част от нативния протеин и причиняват тяхното третична структура "шиене" полипептидна верига, при което се образува глобуларен протеин молекула.

Калиеви йони са включени в транспорта на вещества през клетъчните мембрани. фосфорни атоми са част от тези важни енергоемки вещества като аденозин трифосфат, и е важен компонент на молекулите на дезоксирибонуклеинова и рибонуклеинови киселини, които са основната вещества клетка наследственост.

Трейс функция в клетъчния метаболизъм

Около 50 химични елементи, които представляват по-малко от 0.1% в клетките, наречени микроклетки. Те включват цинк, молибден, йод, мед, кобалт, флуор. С лека съдържание те изпълняват много важна функция, като част от много биологично активни вещества.

Например, цинкови атоми са в молекулата на инсулин (панкреатичен хормон регулиране нивото на кръвната глюкоза), йод е съставна част на хормони на щитовидната жлеза - тироксин и трийодтиронин контролиране нивото на метаболизма в тялото. Мед, заедно с железни йони, участващи в хематопоезата (образуването на червени кръвни клетки, тромбоцити и бели кръвни клетки в костния мозък на гръбначни). Медните йони са включени в хемоцианин пигмент присъства в кръвта на безгръбначни, такива миди. Ето защо, на цвета на тяхната хемолимфа синьо.

Още по-малко съдържание на клетъчните такива химични елементи като олово, злато, бром, сребърен. Те се наричат ultromikroelementami и част от растителни и животински клетки. Например, в химичен анализ се откриват царевица хоботник златни йони. Бромни атоми в голям брой клетки, включени в thalli на кафяви и червени водорасли, като Sargassum, ламинария, Fucus.

Всички преди тези примери и факти обясняват как взаимосвързани химичен състав, функция и структура на клетките. Таблицата по-долу показва съдържанието на различни химични елементи в клетките на живите организми.

Общи характеристики на органични съединения

Химичните свойства на клетки от различни групи организми в определен начин в зависимост от въглеродните атоми, които представляват над 50% от клетъчната маса. Практически всички суха клетъчна значение е представена въглехидрати, протеини, нуклеинови киселини и липиди, които имат сложна структура и високо молекулно тегло. Такива молекули са наречени макромолекули (полимери) и се състои от прости елементи - мономери. Протеинови вещества играят изключително важна роля и изпълняват различни функции, които са обсъдени по-долу.

Ролята на протеини в клетката

Биохимичен анализ на съединенията, влизащи в жива клетка, потвърждава високо съдържание на органични вещества като протеини. Този факт има логично обяснение: белтъци изпълняват различни функции и участват във всички аспекти на клетъчния живот.

Например, защитната функция на протеини е образуването на антитела - антитела, произведени от лимфоцити. Такива защитни протеини като тромбин, фибрин и tromboblastin осигуряват съсирването на кръвта и предотвратяване на загубата му в травма и травма. Комплексът състав на клетката включва протеини на клетъчната мембрана, притежаващи способността да разпознават чуждите съединения - антигени. Те променят конфигурацията и доклад клетка на потенциалните опасности (аларма).

Някои протеини имат регулаторна функция и са хормони като окситоцин, произведени от хипоталамуса, хипофизата запазени. Изхождайки от това в кръвта, окситоцин действа върху мускулите стената на матката, което води до намаляване на неговата. вазопресин протеин служи регулаторна функция чрез контролиране на кръвното налягане.

мускулни клетки са актин и миозин, са способни да се свива, което причинява моторното функцията на мускулната тъкан. За протеини, типичен и трофично функция, например, албумин ембриони се използва като хранителна добавка за развитие. Кръвните протеини от различни организми, като хемоглобин и хемоцианин, кислородни молекули се прехвърлят - работи транспортна функция. Ако повече консумация на енергия вещества като въглехидрати и липиди използва изцяло, клетката започва да разграждат протеини. Един грам от този материал 17 дава 2 кДж на енергия. Един от най-важните функции на протеини е каталитично (протеини, ензими ускорят химични реакции в цитоплазмени отделения). Въз основа на гореизложеното, ние видяхме, че протеините имат редица много важни функции и необходима част от животинските клетки.

протеин биосинтеза

Разглеждане на процеса на синтез на протеин в клетка, която се среща в цитоплазмата чрез органели като рибозоми. Благодарение на активността на специфични ензими, с участието на рибозомата калциевите йони комбинират, за да полизоми. Основните функции на рибозомите в клетката - синтеза на протеинови молекули, като се започне процеса на транскрипция. В резултат на това се синтезират иРНК молекули, към който са прикрепени полизоми. След това започва втория съдебен процес - излъчва. Транспорт РНК се свързват с двадесет различни видове аминокиселини и да ги доведе до полизомите, и тъй като функцията на рибозоми в клетката - синтез на полипептиди, тези органели образуват комплекси с тРНК и аминокиселинни молекули са свързани заедно чрез пептидни връзки за образуване на протеин макромолекула.

Ролята на вода в метаболизма

Цитологични изследвания са потвърдили, че клетъчната структура и състав, които изучаваме, средно 70% вода, а в много животни, което води воден начин на живот (например, мешести) съдържанието му достига 97-98%. С оглед на това химично организация на клетките включва хидрофилен (който може да разтвори) и хидрофобен (водоотблъскващ) материал. Като универсална полярен разтворител, вода играе решаваща роля и има пряко въздействие не само върху функцията, но и в самата структура на клетките. Таблицата по-долу показва съдържанието на вода в различни видове клетки на живите организми.

Функцията на въглехидрати в клетката

Както обяснихме по-рано, до важни органични химикали - полимери - също са въглехидрати. Те включват полизахариди, олигозахариди и монозахариди. Въглехидратите са част от по-сложни системи - гликолипиди и гликопротеини, които са изградени от клетъчни мембрани и nadmembrannye структура, например гликокаликса.

Освен въглерод в въглехидрати включва атоми на водород и кислород, както и някои полизахариди съдържат повече азот, сяра и фосфор. Клетките на много растителни въглехидрати: Картофените клубени съдържат до 90% нишесте в семена и плодово съдържание на въглехидрати до 70%, и животински клетки се намират под формата на такива съединения като гликоген, хитин и трехалоза.

Прости захари (монозахариди) имат обща формула CnH2nOn и се разделя на тетрози, триозо, пентоза и хексоза. Последните два са най-често в клетките на живи организми, например, рибоза и деоксирибоза са част от нуклеинови киселини и глюкоза и фруктоза са включени в реакциите на асимилация и дисимилация. Олигозахаридите често са намерени в растителни клетки: захароза се съхранява в клетките на захарно цвекло и захарна тръстика, малтоза, съдържаща се в caryopses покълнали ръж и ечемик.

Дизахариди имат сладък вкус и са лесно разтворими във вода. Полизахариди, са на биополимерите се състоят основно от нишесте, целулоза, гликоген и ламинарин. Структурните форми включват полизахариди, хитин. Основната функция на въглехидратите в клетката - енергия. Като резултат от реакции на хидролиза и енергийния метаболизъм разцепва полизахариди на глюкоза, и след това се окислява до въглероден диоксид и вода. В резултат на един грам глюкоза пресата 17.6 килоджаул на енергия, и резервите на нишесте и гликоген, са по същество клетъчна енергия резервоар.

Гликогенът се нанася предимно в мускулните и чернодробните клетки, растителни нишесте - в грудки, луковици, корени, семена и членестоноги, като паяци, насекоми и ракообразни, главната роля в енергоснабдяването играе олигозахарид трехалоза.

Въглехидратите са различни от липиди и протеини, способността да аноксична разграждане. Това е изключително важно за организмите, живеещи в условия на дефицит или отсъствие на кислород, като анаеробни бактерии, и хелминти - паразити по хора и животни.

Съществува и друга функция на въглехидрати в клетката - конструкция (структурна). Тя се състои в това, че тези вещества са подпорните структури на клетките. Например, целулоза е част от клетъчните стени на растенията, хитин образува външен скелет и много безгръбначни среща в гъбични клетки, olisaharidy заедно с липиди и протеини молекули образуват гликокаликса - nadmembranny комплекс. Тя осигурява адхезия - между слепване животински клетки, което води до образуване на тъкан.

Липидите: структура и функция

Тези органични вещества, които са хидрофобни (водонеразтворими) могат да бъдат отстранени, например извлечени от клетки от неполярни разтворители, като ацетон или хлороформ. функция на липиди в клетките зависи от това коя от трите групи принадлежат: на мазнини, восъци или стероиди. Мазнините са най-често във всички видове клетки.

Животните ги натрупват в подкожната мастна тъкан, нервна тъкан съдържа мазнини под формата на миелиновата обвивка на нервите. Той също така се натрупва в бъбреците, черния дроб, насекоми - в мазнини тялото. Течните мазнини - масла - намерени в семената на много растения: бор, фъстъчено, слънчоглед, маслини. Съдържанието на липид в клетки варира от 5 до 90% (в мастната тъкан).

Стероиди и восъци различават от мазнини в които те не са в молекулите на остатъци на мастни киселини. Така че, стероиди - това е хормони кората на надбъбречната жлеза, засягащи пубертета тялото и които са компоненти на тестостерон. Те са също част от витамини (например, витамин D).

Основната функция на липиди в клетката - е енергия, конструкцията и защита. Първият се дължи на факта, че 1 грам мазнини в разцепване дава 38,9 кДж на енергия - много повече от други органични вещества - протеини и въглехидрати. Освен това, в окисляването на мазнини 1г стои почти 1.1 гр. вода. Ето защо някои животни, които имат запаси от мазнини в тялото ви може да бъде дълго време без вода. Например, Gophers могат да бъдат пасивни в продължение на повече от два месеца, без да е необходима вода и не пият вода камила в преход през пустинята в продължение на 10-12 дни.

Изграждане на липиди функция се състои в това, че те са неразделна част от клетъчните мембрани, както и част от нерв. Защитната функция на липиди се състои във факта, че мазнини слой под кожата около бъбреците и други вътрешни органи ги предпазва от механично нараняване. Специфична изолация функция топлинна е присъщо на животните за дълго време е във водата: китове, уплътнения, кожа уплътнения. Thick подкожна мастна слой, например, син кит е 0,5 м, предпазва животното от хипотермия.

Стойност на кислород в клетъчния метаболизъм

Аеробни организми, които включват по-голямата част от животните, растенията и човека, като се използва атмосферен кислород за обмен на енергия реакции, водещи до разпадане на органични вещества и разпределението на определено количество енергия, натрупана в формата на молекули на аденозин трифосфат.

По този начин, при пълно окисляване на един мол глюкоза, настъпващ върху митохондриалните кристали, се освобождава 2800 kJ енергия, от които 1596 kJ (55%) се съхраняват под формата на АТР молекули, съдържащи макроенергични връзки. По този начин основната функция на кислорода в клетката е прилагането на аеробно дишане, което се основава на група ензимни реакции на така наречената респираторна верига, които се срещат в клетъчните органели - митохондрии. При прокариотните организми - фототрофните бактерии и цианобактериите - окисляването на хранителни вещества се осъществява под въздействието на кислород, като се разпространява в клетките в вътрешни израстъци на плазмените мембрани.

Изследвахме химичната организация на клетките и също така разгледахме процесите на биосинтеза на протеините и функцията на кислорода в клетъчния енергиен метаболизъм.