Los organismos están formados por células. Las células de diferentes organismos tienen composiciones químicas similares. La Tabla 1 presenta los principales elementos químicos que se encuentran en las células de los organismos vivos.

Tabla 1. Contenido de elementos químicos en la celda.

Según el contenido de la celda, se pueden distinguir tres grupos de elementos. El primer grupo incluye oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno. Representan casi el 98% de la composición total de la célula. El segundo grupo incluye potasio, sodio, calcio, azufre, fósforo, magnesio, hierro y cloro. Su contenido en la celda es décimas y centésimas de porcentaje. Los elementos de estos dos grupos se clasifican como macronutrientes(del griego macro- grande).

El resto de elementos, representados en la celda por centésimas y milésimas de porcentaje, se incluyen en el tercer grupo. Este microelementos(del griego micro- pequeño).

En la celda no se encontraron elementos exclusivos de la naturaleza viva. Todos los elementos químicos enumerados también forman parte de la naturaleza inanimada. Esto indica la unidad de la naturaleza viva e inanimada.

Una deficiencia de cualquier elemento puede provocar enfermedades e incluso la muerte del organismo, ya que cada elemento juega un papel específico. Los macroelementos del primer grupo forman la base de los biopolímeros: proteínas, carbohidratos, ácidos nucleicos y lípidos, sin los cuales la vida es imposible. El azufre forma parte de algunas proteínas, el fósforo forma parte de los ácidos nucleicos, el hierro forma parte de la hemoglobina y el magnesio forma parte de la clorofila. El calcio juega un papel importante en el metabolismo.

Algunos de los elementos químicos contenidos en la célula forman parte de sustancias inorgánicas: sales minerales y agua.

Sales minerales se encuentran en la célula, por regla general, en forma de cationes (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) y aniones (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3), cuya proporción determina la acidez del medio ambiente, que es importante para la vida de las células.

(En muchas células, el ambiente es ligeramente alcalino y su pH casi no cambia, ya que en él se mantiene constantemente una cierta proporción de cationes y aniones).

De las sustancias inorgánicas en la naturaleza viva, juega un papel muy importante. agua.

Sin agua, la vida es imposible. Constituye una masa significativa de la mayoría de las células. Las células del cerebro y de los embriones humanos contienen mucha agua: más del 80% de agua; en las células del tejido adiposo: solo el 40%. Con la edad, el contenido de agua en las células disminuye. Muere una persona que ha perdido el 20% de agua.

Las propiedades únicas del agua determinan su papel en el organismo. Participa en la termorregulación, lo que se debe a la alta capacidad calorífica del agua: el consumo de una gran cantidad de energía durante la calefacción. ¿Qué determina la alta capacidad calorífica del agua?

En una molécula de agua, un átomo de oxígeno está unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno. La molécula de agua es polar porque el átomo de oxígeno tiene una carga parcialmente negativa y cada uno de los dos átomos de hidrógeno tiene

Carga parcialmente positiva. Se forma un enlace de hidrógeno entre el átomo de oxígeno de una molécula de agua y el átomo de hidrógeno de otra molécula. Los enlaces de hidrógeno proporcionan la conexión de una gran cantidad de moléculas de agua. Cuando se calienta el agua, una parte importante de la energía se gasta en romper los enlaces de hidrógeno, lo que determina su alta capacidad calorífica.

Agua - buen solvente. Debido a su polaridad, sus moléculas interactúan con iones cargados positiva y negativamente, favoreciendo así la disolución de la sustancia. En relación con el agua, todas las sustancias celulares se dividen en hidrófilas e hidrófobas.

hidrófilo(del griego hidro- agua y filete- amor) se llaman sustancias que se disuelven en agua. Estos incluyen compuestos iónicos (por ejemplo, sales) y algunos compuestos no iónicos (por ejemplo, azúcares).

Hidrofóbico(del griego hidro- agua y Fobos- miedo) son sustancias que son insolubles en agua. Estos incluyen, por ejemplo, lípidos.

El agua juega un papel importante en las reacciones químicas que ocurren en la célula en soluciones acuosas. Disuelve los productos metabólicos que el cuerpo no necesita y promueve así su eliminación del cuerpo. El alto contenido de agua en la célula le da elasticidad. El agua facilita el movimiento de diversas sustancias dentro de una célula o de una célula a otra.

Los cuerpos de naturaleza viva e inanimada se componen de los mismos elementos químicos. Los organismos vivos contienen sustancias inorgánicas: agua y sales minerales. Las numerosas funciones de vital importancia del agua en una célula están determinadas por las características de sus moléculas: su polaridad, la capacidad de formar enlaces de hidrógeno.

COMPONENTES INORGÁNICOS DE LA CÉLULA

En las células de los organismos vivos se encuentran alrededor de 90 elementos, y alrededor de 25 de ellos se encuentran en casi todas las células. Según su contenido en la célula, los elementos químicos se dividen en tres grandes grupos: macroelementos (99%), microelementos (1%), ultramicroelementos (menos del 0,001%).

Los macroelementos incluyen oxígeno, carbono, hidrógeno, fósforo, potasio, azufre, cloro, calcio, magnesio, sodio y hierro.
Los microelementos incluyen manganeso, cobre, zinc, yodo y flúor.
Los ultramicroelementos incluyen plata, oro, bromo y selenio.

COMPONENTES ORGÁNICOS DE LAS CÉLULAS

Enzimas.

La función más importante de las proteínas es catalítica. Las moléculas de proteínas que aumentan la velocidad de las reacciones químicas en una célula en varios órdenes de magnitud se denominan enzimas. Ningún proceso bioquímico en el cuerpo ocurre sin la participación de enzimas.

Actualmente se han descubierto más de 2000 enzimas. Su eficiencia es muchas veces mayor que la eficiencia de los catalizadores inorgánicos utilizados en la producción. Así, 1 mg de hierro en la enzima catalasa sustituye a 10 toneladas de hierro inorgánico. La catalasa aumenta la velocidad de descomposición del peróxido de hidrógeno (H 2 O 2) entre 10 y 11 veces. La enzima que cataliza la reacción de formación de ácido carbónico (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) acelera la reacción 10 7 veces.

Una propiedad importante de las enzimas es la especificidad de su acción; cada enzima cataliza sólo una o un pequeño grupo de reacciones similares.

La sustancia sobre la que actúa la enzima se llama sustrato. Las estructuras de las moléculas de enzima y sustrato deben coincidir exactamente entre sí. Esto explica la especificidad de la acción de las enzimas. Cuando un sustrato se combina con una enzima, la estructura espacial de la enzima cambia.

La secuencia de interacción entre enzima y sustrato se puede representar esquemáticamente:

Sustrato+Enzima - Complejo enzima-sustrato - Enzima+Producto.

El diagrama muestra que el sustrato se combina con la enzima para formar un complejo enzima-sustrato. En este caso, el sustrato se transforma en una nueva sustancia: un producto. En la etapa final, la enzima se libera del producto y nuevamente interactúa con otra molécula de sustrato.

Las enzimas funcionan solo a una determinada temperatura, concentración de sustancias y acidez del medio ambiente. Las condiciones cambiantes conducen a cambios en la estructura terciaria y cuaternaria de la molécula de proteína y, en consecuencia, a la supresión de la actividad enzimática. ¿Como sucedió esto? Sólo una cierta parte de la molécula de enzima, llamada centro activo. El centro activo contiene de 3 a 12 residuos de aminoácidos y se forma como resultado de la flexión de la cadena polipeptídica.

Bajo la influencia de varios factores, la estructura de la molécula de enzima cambia. En este caso, se altera la configuración espacial del centro activo y la enzima pierde su actividad.

Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores biológicos. Gracias a las enzimas, la velocidad de las reacciones químicas en las células aumenta en varios órdenes de magnitud. Una propiedad importante de las enzimas es su especificidad de acción en determinadas condiciones.

Ácidos nucleicos.

Los ácidos nucleicos fueron descubiertos en la segunda mitad del siglo XIX. El bioquímico suizo F. Miescher, que aisló de los núcleos celulares una sustancia con un alto contenido de nitrógeno y fósforo y la llamó “nucleína” (del lat. centro- centro).

Los ácidos nucleicos almacenan información hereditaria sobre la estructura y el funcionamiento de cada célula y de todos los seres vivos de la Tierra. Hay dos tipos de ácidos nucleicos: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico). Los ácidos nucleicos, al igual que las proteínas, son específicos de cada especie, es decir, los organismos de cada especie tienen su propio tipo de ADN. Para descubrir las razones de la especificidad de especie, consideremos la estructura de los ácidos nucleicos.

Las moléculas de ácido nucleico son cadenas muy largas que constan de muchos cientos e incluso millones de nucleótidos. Cualquier ácido nucleico contiene sólo cuatro tipos de nucleótidos. Las funciones de las moléculas de ácido nucleico dependen de su estructura, los nucleótidos que contienen, su número en la cadena y la secuencia del compuesto en la molécula.

Cada nucleótido consta de tres componentes: una base nitrogenada, un carbohidrato y un ácido fosfórico. Cada nucleótido de ADN contiene uno de los cuatro tipos de bases nitrogenadas (adenina - A, timina - T, guanina - G o citosina - C), así como carbono desoxirribosa y un residuo de ácido fosfórico.

Por tanto, los nucleótidos del ADN se diferencian sólo en el tipo de base nitrogenada.

La molécula de ADN consta de una gran cantidad de nucleótidos conectados en cadena en una secuencia determinada. Cada tipo de molécula de ADN tiene su propio número y secuencia de nucleótidos.

Las moléculas de ADN son muy largas. Por ejemplo, para escribir en letras la secuencia de nucleótidos de las moléculas de ADN de una célula humana (46 cromosomas) se necesitaría un libro de unas 820.000 páginas. La alternancia de cuatro tipos de nucleótidos puede formar una infinidad de variantes de moléculas de ADN. Estas características estructurales de las moléculas de ADN les permiten almacenar una gran cantidad de información sobre todas las características de los organismos.

En 1953, el biólogo estadounidense J. Watson y el físico inglés F. Crick crearon un modelo de la estructura de la molécula de ADN. Los científicos han descubierto que cada molécula de ADN consta de dos cadenas, interconectadas y retorcidas en espiral. Parece una doble hélice. En cada cadena se alternan cuatro tipos de nucleótidos en una secuencia específica.

La composición de nucleótidos del ADN varía entre diferentes tipos de bacterias, hongos, plantas y animales. Pero no cambia con la edad y depende poco de los cambios ambientales. Los nucleótidos están emparejados, es decir, la cantidad de nucleótidos de adenina en cualquier molécula de ADN es igual a la cantidad de nucleótidos de timidina (A-T), y la cantidad de nucleótidos de citosina es igual a la cantidad de nucleótidos de guanina (C-G). Esto se debe al hecho de que la conexión de dos cadenas entre sí en una molécula de ADN está sujeta a una determinada regla, a saber: la adenina de una cadena siempre está conectada por dos enlaces de hidrógeno solo con la timina de la otra cadena y la guanina. por tres enlaces de hidrógeno con la citosina, es decir, las cadenas de nucleótidos de una molécula de ADN son complementarias, complementándose entre sí.

Las moléculas de ácido nucleico (ADN y ARN) están formadas por nucleótidos. Los nucleótidos del ADN incluyen una base nitrogenada (A, T, G, C), el carbohidrato desoxirribosa y un residuo de molécula de ácido fosfórico. La molécula de ADN es una doble hélice que consta de dos cadenas unidas por enlaces de hidrógeno según el principio de complementariedad. La función del ADN es almacenar información hereditaria.

Las células de todos los organismos contienen moléculas de ATP: ácido adenosina trifosfórico. El ATP es una sustancia celular universal, cuya molécula tiene enlaces ricos en energía. La molécula de ATP es un nucleótido único que, como otros nucleótidos, consta de tres componentes: una base nitrogenada, adenina, un carbohidrato, ribosa, pero en lugar de uno contiene tres residuos de moléculas de ácido fosfórico (Fig. 12). Las conexiones indicadas en la figura con un icono son ricas en energía y se denominan macroérgico. Cada molécula de ATP contiene dos enlaces de alta energía.

Cuando se rompe un enlace de alta energía y se elimina una molécula de ácido fosfórico con la ayuda de enzimas, se liberan 40 kJ/mol de energía y el ATP se convierte en ADP (ácido adenosina difosfórico). Cuando se elimina otra molécula de ácido fosfórico, se liberan otros 40 kJ/mol; Se forma AMP: ácido adenosina monofosfórico. Estas reacciones son reversibles, es decir, el AMP se puede convertir en ADP y el ADP en ATP.

Las moléculas de ATP no solo se descomponen, sino que también se sintetizan, por lo que su contenido en la célula es relativamente constante. La importancia del ATP en la vida de una célula es enorme. Estas moléculas desempeñan un papel protagonista en el metabolismo energético necesario para asegurar la vida de la célula y del organismo en su conjunto.

Una molécula de ARN suele ser una cadena única que consta de cuatro tipos de nucleótidos: A, U, G, C. Se conocen tres tipos principales de ARN: ARNm, ARNr y ARNt. El contenido de moléculas de ARN en una célula no es constante; participan en la biosíntesis de proteínas. El ATP es una sustancia energética universal de la célula, que contiene enlaces ricos en energía. El ATP juega un papel central en el metabolismo energético celular. El ARN y el ATP se encuentran tanto en el núcleo como en el citoplasma de la célula.

Tareas y pruebas sobre el tema "Tema 4. "Composición química de la célula".

• polímero, monómero;
• carbohidratos, monosacáridos, disacáridos, polisacáridos;
• lípidos, ácidos grasos, glicerol;
• aminoácido, enlace peptídico, proteína;
• catalizador, enzima, sitio activo;
• ácido nucleico, nucleótido.

Algoritmo para la resolución de problemas.

Tipo 1. Autocopia del ADN.

Una de las cadenas de ADN tiene la siguiente secuencia de nucleótidos:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
¿Qué secuencia de nucleótidos tiene la segunda cadena de la misma molécula?

Para escribir la secuencia de nucleótidos de la segunda hebra de una molécula de ADN, cuando se conoce la secuencia de la primera hebra, basta con sustituir timina por adenina, adenina por timina, guanina por citosina y citosina por guanina. Habiendo realizado este reemplazo, obtenemos la secuencia:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

Tipo 2. Codificación de proteínas.

La cadena de aminoácidos de la proteína ribonucleasa tiene el siguiente comienzo: lisina-glutamina-treonina-alanina-alanina-alanina-lisina...
¿Con qué secuencia de nucleótidos comienza el gen correspondiente a esta proteína?

Para hacer esto, use la tabla de códigos genéticos. Para cada aminoácido, encontramos su designación de código en forma del triple de nucleótidos correspondiente y lo escribimos. Disponiendo estos tripletes uno tras otro en el mismo orden que los aminoácidos correspondientes, obtenemos la fórmula de la estructura de una sección de ARN mensajero. Como regla general, hay varios de estos trillizos, la elección se realiza de acuerdo con su decisión (pero solo se elige uno de los trillizos). En consecuencia, puede haber varias soluciones.
АААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG

Con qué secuencia de aminoácidos comienza una proteína si está codificada por la siguiente secuencia de nucleótidos:
ACCTTCCATGGCCGGT...

Utilizando el principio de complementariedad, encontramos la estructura de una sección de ARN mensajero formada en un segmento determinado de una molécula de ADN:
UGCGGGGUACCGGCCCA...

Luego pasamos a la tabla del código genético y para cada triple de nucleótidos, comenzando por el primero, buscamos y escribimos el aminoácido correspondiente:
Cisteína-glicina-tirosina-arginina-prolina-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Biología General". Moscú, "Ilustración", 2000

• Tema 4. "Composición química de la célula". §2-§7 págs. 7-21
• Tema 5. "Fotosíntesis". §16-17 págs. 44-48
• Tema 6. "Respiración celular". §12-13 págs. 34-38
• Tema 7. "Información genética". §14-15 págs. 39-44

Elementos químicos de la célula.

No hay un solo elemento químico en los organismos vivos que no se encuentre en cuerpos de naturaleza inanimada (lo que indica la similitud de la naturaleza viva y la inanimada).
Las diferentes células contienen casi los mismos elementos químicos (lo que demuestra la unidad de la naturaleza viva); y al mismo tiempo, incluso las células de un organismo multicelular, que realizan diferentes funciones, pueden diferir significativamente entre sí en su composición química.
De los más de 115 elementos conocidos actualmente, se han encontrado en la célula unos 80.

Todos los elementos, según su contenido en los organismos vivos, se dividen en tres grupos:

1. macronutrientes- cuyo contenido supere el 0,001% del peso corporal.
   El 98% de la masa de cualquier célula proviene de cuatro elementos (a veces llamados organógenos): - oxígeno (O) - 75%, carbono (C) - 15%, hidrógeno (H) - 8%, nitrógeno (N) - 3%. Estos elementos forman la base de los compuestos orgánicos (y el oxígeno y el hidrógeno, además, forman parte del agua, que también está contenida en la célula). Aproximadamente el 2% de la masa celular representa otros ocho. macronutrientes: magnesio (Mg), sodio (Na), calcio (Ca), hierro (Fe), potasio (K), fósforo (P), cloro (Cl), azufre (S);
2. El resto de elementos químicos están contenidos en la célula en cantidades muy pequeñas: microelementos- aquellos cuya proporción oscila entre el 0,000001% y el 0,001%: boro (B), níquel (Ni), cobalto (Co), cobre (Cu), molibdeno (Mb), zinc (Zn), etc.;
3. ultramicroelementos- cuyo contenido no supere el 0,000001% - uranio (U), radio (Ra), oro (Au), mercurio (Hg), plomo (Pb), cesio (Cs), selenio (Se), etc.

Los organismos vivos son capaces de acumular ciertos elementos químicos. Por ejemplo, algunas algas acumulan yodo, ranúnculos - litio, lenteja de agua - radio, etc.

químicos celulares

Los elementos en forma de átomos son parte de las moléculas. inorgánico Y orgánico conexiones celulares.

A compuestos inorgánicos Incluye agua y sales minerales.

Compuestos orgánicos Son característicos sólo de los organismos vivos, mientras que los inorgánicos también existen en la naturaleza inanimada.

A compuestos orgánicos Estos incluyen compuestos de carbono con un peso molecular que oscila entre 100 y varios cientos de miles.
El carbono es la base química de la vida. Puede interactuar con muchos átomos y sus grupos, formando cadenas y anillos que forman el esqueleto de moléculas orgánicas de diferente composición química, estructura, longitud y forma. Forman compuestos químicos complejos que difieren en estructura y función. Estos compuestos orgánicos que forman las células de los organismos vivos se llaman polímeros biológicos, o biopolímeros. Constituyen más del 97% de la materia seca de la célula.

Hay alrededor de 70 en una celda. elementos químicos En la tabla periódica de D.I. Mendeleev, sin embargo, el contenido de estos elementos difiere significativamente de sus concentraciones en el medio ambiente, lo que demuestra la unidad del mundo orgánico.

Los elementos químicos presentes en la célula se dividen en tres grandes grupos: macroelementos, mesoelementos(oligoelementos) y microelementos.
Contenido macronutrientes constituye aproximadamente el 98% de la masa celular. Estos incluyen carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno, que forman parte de las principales sustancias orgánicas. mesoelementos- Estos son azufre, fósforo, potasio, calcio, sodio, hierro, magnesio y cloro, que en conjunto constituyen aproximadamente el 1,9% de la masa celular. El azufre y el fósforo son componentes de los compuestos orgánicos más importantes. Los elementos químicos, cuya concentración en la célula es de aproximadamente el 0,1%, pertenecen a microelementos. Se trata de zinc, yodo, cobre, manganeso, flúor, cobalto, etc.
Las sustancias celulares se dividen en inorgánicas y orgánicas. A sustancias inorgánicas Incluye agua y sales minerales.
Por sus propiedades fisicoquímicas, el agua en la célula es un disolvente, un medio de reacciones, una sustancia de partida y un producto de reacciones químicas, realiza funciones de transporte y termorregulación, da elasticidad a la célula y proporciona propulsión a la célula vegetal.

Las sales minerales en una célula pueden estar en estado disuelto o no disuelto. Las sales solubles se disocian en iones. Los cationes más importantes son el potasio y el sodio, que facilitan la transferencia de sustancias a través de la membrana y participan en la aparición y conducción de los impulsos nerviosos; calcio, que participa en los procesos de contracción de las fibras musculares y coagulación de la sangre, magnesio, que forma parte de la clorofila, y hierro, que forma parte de varias proteínas, incluida la hemoglobina. El zinc es parte de la molécula de la hormona pancreática: la insulina, el cobre es necesario para los procesos de fotosíntesis y respiración. Los aniones más importantes son el anión fosfato, que forma parte del ATP y los ácidos nucleicos, y el residuo de ácido carbónico, que suaviza las fluctuaciones del pH del medio ambiente. La falta de calcio y fósforo provoca raquitismo, la falta de hierro provoca anemia.

Materia orgánica Las células están representadas por carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, ATP, vitaminas y hormonas.
Parte carbohidratos Se compone principalmente de tres elementos químicos: carbono, oxígeno e hidrógeno. Su fórmula general es C m (H 2 0) n. Hay carbohidratos simples y complejos. Los carbohidratos simples (monosacáridos) contienen una sola molécula de azúcar. Se clasifican según el número de átomos de carbono, por ejemplo, pentosas (C 5) y hexosas (C 6). Las pentosas incluyen ribosa y desoxirribosa. La ribosa es parte del ARN y del ATP. La desoxirribosa es un componente del ADN. Las hexosas son glucosa, fructosa, galactosa, etc. Participan activamente en el metabolismo celular y forman parte de carbohidratos complejos: oligosacáridos y polisacáridos. Los oligosacáridos (disacáridos) incluyen sacarosa (glucosa + fructosa), lactosa o azúcar de la leche (glucosa + galactosa), etc.

Ejemplos de polisacáridos son el almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina. Los carbohidratos realizan funciones plásticas (de construcción), energéticas (el valor energético de la descomposición de 1 g de carbohidratos es de 17,6 kJ), de almacenamiento y de soporte en la célula. Los carbohidratos también pueden formar parte de lípidos y proteínas complejos.
lípidos- Este es un grupo de sustancias hidrófobas. Estos incluyen grasas, esteroides de cera, fosfolípidos, etc.

Gordo es un éster de alcohol trihídrico, glicerol y ácidos orgánicos (grasos) superiores. En una molécula de grasa, se puede distinguir una parte hidrófila: la "cabeza" (residuo de glicerol) y una parte hidrófoba: "colas" (residuos de ácidos grasos), por lo tanto, en el agua, la molécula de grasa está orientada de una manera estrictamente definida: la parte hidrófila se dirige hacia el agua y la parte hidrófoba, lejos de ella.
Los lípidos realizan funciones plásticas (construcción), energéticas (el valor energético de la descomposición de 1 g de grasa es 38,9 kJ), de almacenamiento, protectoras (amortiguación) y reguladoras (hormonas esteroides) en la célula.
Ardillas Son biopolímeros cuyos monómeros son aminoácidos. Los aminoácidos contienen un grupo amino, un grupo carboxilo y un radical. Los aminoácidos se diferencian sólo en sus radicales. Las proteínas contienen 20 aminoácidos básicos. Los aminoácidos están conectados entre sí para formar un enlace peptídico. Una cadena de más de 20 aminoácidos se llama polipéptido o proteína. Las proteínas forman cuatro estructuras principales: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.
Es una secuencia de aminoácidos conectados por un enlace peptídico.

Estructura secundaria es una hélice o estructura plegada unida por enlaces de hidrógeno entre los átomos de oxígeno e hidrógeno de grupos peptídicos de diferentes vueltas de la hélice o pliegues. La estructura terciaria (glóbulo) se mantiene unida mediante enlaces hidrófobos, de hidrógeno, disulfuro y otros.

Estructura terciaria Característica de la mayoría de las proteínas del cuerpo, por ejemplo, la mioglobina muscular.

Estructura cuaternaria el más complejo, formado por varias cadenas polipeptídicas unidas principalmente por los mismos enlaces que en el terciario. La estructura cuaternaria es característica de la hemoglobina, la clorofila, etc.
Las proteínas pueden ser simple Y complejo. Las proteínas simples están formadas únicamente por aminoácidos, mientras que las proteínas complejas (lipoproteínas, cromoproteínas, glicoproteínas, nucleoproteínas, etc.) contienen partes proteicas y no proteicas. Por ejemplo, además de las cuatro cadenas polipeptídicas de la proteína globina, la hemoglobina contiene una parte no proteica: el hemo, en cuyo centro hay un ion de hierro, que le da a la hemoglobina un color rojo.
Actividad funcional de las proteínas. depende de las condiciones ambientales. La pérdida de la estructura de una molécula de proteína hasta su estructura primaria se llama desnaturalización. El proceso inverso de restauración de estructuras secundarias y superiores es la renaturalización. La destrucción completa de una molécula de proteína se llama destrucción.
Las proteínas realizan una serie de funciones en la célula: el plastico(construcción), catalítico(enzimático), energía(el valor energético de la descomposición de 1 g de proteína es 17,6 kJ), señalización(receptor), contractible(motor), transporte, protector,regulador, almacenar.
Ácidos nucleicos Son biopolímeros cuyos monómeros son nucleótidos. El nucleótido contiene una base nitrogenada, un residuo de azúcar pentosa y un residuo de ácido ortofosfórico. Hay dos tipos de ácidos nucleicos: ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxirribonucleico (ADN).
ADN Incluye cuatro tipos de nucleótidos: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Estos nucleótidos contienen el azúcar desoxirribosa. Las reglas de Chargaff para el ADN son:
1) el número de nucleótidos de adenilo en el ADN es igual al número de nucleótidos de timidilo (A = T);
2) el número de nucleótidos de guanilo en el ADN es igual al número de nucleótidos de citidilo (G = C);
3) la suma de los nucleótidos de adenilo y guanilo es igual a la suma de los nucleótidos de timidilo y citidilo (A + G = T + C).
La estructura del ADN fue descubierta por F. Crick y D. Watson (Premio Nobel de Fisiología o Medicina 1962). La molécula de ADN es una hélice de doble cadena. Los nucleótidos están conectados entre sí a través de residuos de ácido fosfórico, formando un enlace fosfodiéster, mientras que las bases nitrogenadas se dirigen hacia adentro. La distancia entre los nucleótidos de la cadena es de 0,34 nm.
Nucleótidos diferentes cadenas están conectadas entre sí mediante enlaces de hidrógeno según el principio de complementariedad: la adenina está conectada a la timina mediante dos enlaces de hidrógeno (A = T) y la guanina está conectada a la citosina mediante tres (G = C).

La propiedad más importante ADN es la capacidad de replicarse (autoduplicarse). La función principal del ADN es el almacenamiento y transmisión de información hereditaria.

Se concentra en el núcleo, mitocondrias y plastidios.
Parte ARN También incluye cuatro nucleótidos: adenina (A), uracilo (U), guanina (G) y citosina (C). El residuo de azúcar pentosa que contiene está representado por ribosa. El ARN es en su mayoría moléculas monocatenarias. Hay tres tipos de ARN: ARN mensajero (i-ARN), ARN de transferencia (t-ARN) y ARN ribosómico (r-ARN).

Todos ellos participan activamente en el proceso de implementación de la información hereditaria, que se reescribe del ADN al i-ARN, y en este último ya se realiza la síntesis de proteínas, el t-ARN en el proceso de síntesis de proteínas aporta aminoácidos al ribosomas, el r-RNA es parte de los propios ribosomas.

KSE. Tema 4.

1. ¿Cuáles son los principales elementos y sustancias que forman una célula viva?

Dependiendo de la cantidad de elementos químicos que componen las sustancias que forman un organismo vivo, se acostumbra distinguir varios grupos de átomos. Primer grupo(aproximadamente el 98% de la masa de la célula) están formados por cuatro elementos: hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno. Se les llama macronutrientes. Estos son los componentes principales de todos los compuestos orgánicos. Junto con dos elementos segundo grupo- azufre y fósforo, que son componentes necesarios de las moléculas de polímeros biológicos (del griego polis - muchos; meros - parte) - proteínas y ácidos nucleicos, a menudo se les llama bioelementos.

En cantidades más pequeñas, la composición celular, además de los mencionados fósforo y azufre, incluye 6 elementos: potasio y sodio, calcio y magnesio, hierro y cloro. Cada uno de ellos realiza una función importante en la célula. Por ejemplo, Na, K y Cl aseguran la permeabilidad de las membranas celulares a diversas sustancias y la conducción de impulsos a lo largo de la fibra nerviosa. Ca y P participan en la formación de la sustancia intercelular del tejido óseo, determinando la resistencia ósea. Además, el Ca es uno de los factores de los que depende la coagulación sanguínea normal. El hierro forma parte de la hemoglobina, una proteína de los glóbulos rojos que participa en la transferencia de oxígeno desde los pulmones a los tejidos. Finalmente, el magnesio en las células vegetales forma parte de la clorofila, el pigmento que determina la fotosíntesis, y en los animales forma parte de los catalizadores biológicos, enzimas implicadas en las transformaciones bioquímicas.

Todos los demás elementos - tercer grupo(zinc, cobre, yodo, flúor, etc.) están contenidos en la celda en cantidades muy pequeñas. Su contribución total a la masa celular es sólo del 0,02%. Por eso se les llama microelementos. Sin embargo, esto no significa que el organismo los necesite menos que otros elementos. Los microelementos también son importantes para un organismo vivo, pero se incluyen en su composición en cantidades más pequeñas. El zinc, por ejemplo, forma parte de la molécula de la hormona pancreática, la insulina, que participa en la regulación del metabolismo de los carbohidratos, y el yodo es un componente necesario de la tiroxina, la hormona tiroidea, que regula la tasa metabólica de todo el organismo como un todo y su crecimiento durante el desarrollo.

Todos los elementos químicos enumerados participan en la construcción del cuerpo en forma de iones o como parte de ciertos compuestos: moléculas de sustancias orgánicas e inorgánicas.

Sustancias inorgánicas incluidas encomposición celular

Agua. El compuesto inorgánico más común en los organismos vivos es el agua. Su contenido varía ampliamente: en las células del esmalte dental hay aproximadamente un 10% de agua y en las células del embrión en desarrollo, más del 90%. En promedio, en un organismo multicelular, el agua constituye alrededor del 80% del peso corporal.

El papel del agua en la célula es muy importante. Sus funciones están determinadas en gran medida por su naturaleza química. La naturaleza dipolar de la estructura de las moléculas determina la capacidad del agua para interactuar activamente con diversas sustancias. Sus moléculas provocan la descomposición de varias sustancias solubles en agua en cationes y aniones. Como resultado, los iones entran rápidamente en reacciones químicas. La mayoría de las reacciones químicas implican interacciones entre sustancias solubles en agua.

Así, la polaridad de las moléculas y la capacidad de formar enlaces de hidrógeno hacen del agua un buen disolvente para una gran cantidad de sustancias orgánicas e inorgánicas. Además, como disolvente, el agua proporciona tanto la entrada de sustancias a la célula como la eliminación de productos de desecho, ya que la mayoría de los compuestos químicos pueden penetrar la membrana celular externa solo en forma disuelta.

No menos importante es el papel puramente químico del agua. Bajo la influencia de ciertos catalizadores (enzimas), entra en reacciones de hidrólisis, es decir, reacciones en las que se añaden grupos de agua OH o H a las valencias libres de varias moléculas. Como resultado, se forman nuevas sustancias con nuevas propiedades.

El agua es, hasta cierto punto, un regulador del calor; Debido a la buena conductividad térmica y la alta capacidad calorífica del agua, cuando cambia la temperatura ambiente, la temperatura dentro de la celda permanece sin cambios o sus fluctuaciones son significativamente menores que en el entorno que rodea la celda.

Sales minerales. La mayoría de las sustancias inorgánicas de la célula se encuentran en forma de sales, ya sea disociadas en iones o en estado sólido. Entre los primeros, destacan los cationes K -, Na + Ca 2+, que aportan una propiedad tan importante de los organismos vivos como la irritabilidad. En los tejidos de los animales multicelulares, el calcio forma parte del “cemento” intercelular, que determina la adhesión de las células entre sí y su disposición ordenada en los tejidos. Las propiedades amortiguadoras de la célula dependen de la concentración de sales dentro de la célula.

Buffer Llame a la capacidad de una célula para mantener la reacción ligeramente alcalina de su contenido en un nivel constante.

Las sales minerales insolubles, como el fosfato cálcico, forman parte de la sustancia intercelular del tejido óseo y de las conchas de los moluscos, asegurando la resistencia de estas formaciones.

Sustancias orgánicas que forman la célula.

Los compuestos orgánicos constituyen en promedio entre el 20 y el 30% de la masa celular de un organismo vivo. Estos incluyen polímeros biológicos (proteínas, ácidos nucleicos y carbohidratos, así como grasas y una serie de moléculas pequeñas), hormonas, pigmentos, ATP y muchos otros. Los diferentes tipos de células contienen diferentes cantidades de compuestos orgánicos. Los carbohidratos complejos (polisacáridos) predominan en las células vegetales; en los animales hay más proteínas y grasas. Sin embargo, cada uno de los grupos de sustancias orgánicas en cualquier tipo de célula realiza funciones similares.

Polímeros biológicos - proteínas. Entre las sustancias orgánicas de las células, las proteínas ocupan el primer lugar tanto en cantidad como en importancia. En los animales representan aproximadamente el 50% de la masa seca de la célula. En el cuerpo humano hay 5 millones de tipos de moléculas de proteínas que se diferencian no sólo entre sí, sino también de las proteínas de otros organismos. A pesar de tal diversidad y complejidad de estructura, se construyen a partir de solo 20 aminoácidos diferentes. Una combinación de dos aminoácidos en una molécula se llama dipéptido, tres aminoácidos, tripéptido, etc., y un compuesto que consta de 20 o más residuos de aminoácidos se llama polipéptido.

carbohidratos, o sacáridos: sustancias orgánicas con la fórmula general C n (H 2 0) m. Para la mayoría de los carbohidratos, la cantidad de moléculas de agua corresponde a la cantidad de átomos de carbono. Por eso estas sustancias se llamaron carbohidratos.

En una célula animal, los carbohidratos se encuentran en cantidades que no superan el 1-2, a veces el 5%. Las células vegetales son las más ricas en carbohidratos, donde su contenido alcanza en algunos casos el 90% del peso seco (tubérculos de patata, semillas, etc.). Los carbohidratos son simples y complejos.

Los carbohidratos simples se llaman monosacáridos. Dependiendo de la cantidad de átomos de carbono en la molécula, los monosacáridos se llaman triosas - 3 átomos, tetrosas - 4, pentosas - 5 o hexosas - 6 átomos de carbono. De los monosacáridos de seis carbonos (hexosas), los más importantes son la glucosa, la fructosa y la galactosa. La glucosa está contenida en la sangre (0,08-0,12%). Las pentosas (ribosa y desoxirribosa) forman parte de los ácidos nucleicos y del ATP.

Si dos monosacáridos se combinan en una molécula, el compuesto se llama disacárido. Los disacáridos incluyen el azúcar alimentario: la sacarosa, obtenida de la caña o la remolacha azucarera, que consta de una molécula de glucosa y una molécula de fructosa, y el azúcar de la leche, formada por moléculas de glucosa y galactosa.

Los carbohidratos complejos formados a partir de muchos monosacáridos se denominan polisacáridos. Los monómeros de polisacáridos como el almidón, el glucógeno y la celulosa son la glucosa. Los polisacáridos suelen ser polímeros ramificados.

Grasas (lípidos) son compuestos de ácidos grasos de alto peso molecular y alcohol trihídrico glicerol. Las grasas no se disuelven en agua, son hidrofóbicas (del griego hydor - agua y phobos - miedo). Las células siempre contienen otras sustancias complejas hidrofóbicas parecidas a las grasas llamadas lipoides.

El papel de las grasas también es importante como disolventes de compuestos orgánicos hidrófobos necesarios para el curso normal de las transformaciones bioquímicas del organismo.

Biológicamente, los polímeros son ácidos nucleicos. La importancia de los ácidos nucleicos en una célula es muy grande. Las peculiaridades de su estructura química brindan la posibilidad de almacenar, transferir y heredar a las células hijas información sobre la estructura de las moléculas proteicas que se sintetizan en cada tejido en una determinada etapa del desarrollo individual.

Dado que la mayoría de las propiedades y características están determinadas por las proteínas, está claro que la estabilidad de los ácidos nucleicos es la condición más importante para el funcionamiento normal de las células y de organismos enteros. Cualquier cambio en la estructura de los ácidos nucleicos implica cambios en la estructura de las células o en la actividad de los procesos fisiológicos en ellas, afectando así la viabilidad.

El estudio de la estructura de los ácidos nucleicos, establecido por primera vez por el biólogo estadounidense J. Watson y el físico inglés F. Crick, es extremadamente importante para comprender la herencia de rasgos en los organismos y los patrones de funcionamiento tanto de las células individuales como de las células. sistemas: tejidos y órganos.

Hay dos tipos de ácidos nucleicos: ADN y ARN.

Todos los organismos vivos están formados por células. La composición química de las células vegetales y animales tiene muchas características comunes. Las células vegetales contienen una gran cantidad de elementos químicos, que también pueden formar parte de objetos inanimados. Participan en diversas reacciones químicas que ocurren dentro de la célula. La composición química de las células de los organismos vivos, incluidas las plantas, contiene principalmente elementos como carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. En general, estos elementos constituyen hasta el 98% de la masa celular. El contenido relativo de estos elementos en la materia viva es mucho mayor que en la corteza terrestre.

Otros elementos (potasio, calcio, azufre, fósforo, sodio, silicio, cloro, hierro, magnesio) constituyen décimas o centésimas de porcentaje de la masa total de la célula vegetal. El contenido de otros elementos químicos, por ejemplo, zinc, cobre, yodo, en un organismo vivo es incluso menor (milésimas y diezmilésimas de porcentaje). Los elementos químicos se combinan entre sí para formar sustancias orgánicas e inorgánicas.

Las sustancias orgánicas son un componente estructural importante de los organismos vivos, incluidas las plantas. Estos incluyen carbohidratos, grasas, proteínas, ácidos nucleicos, etc. Las proteínas forman parte de diversas formaciones celulares, regulan procesos vitales y se almacenan en reserva. Las grasas se depositan en la semilla y otras partes de la planta.

La importancia de las grasas es que como resultado de su descomposición se libera la energía necesaria para la vida del organismo vegetal. Los carbohidratos son el grupo principal de compuestos orgánicos, mediante cuya descomposición los organismos vivos obtienen la energía necesaria para su existencia.

El carbohidrato de almacenamiento más común que se forma en las células vegetales debido a la fotosíntesis es el almidón.

Una gran cantidad de este compuesto se deposita, por ejemplo, en las células de los tubérculos de patata o de las semillas de cereales. Otros carbohidratos (azúcares) dan el sabor dulce a las frutas de las plantas. Y un carbohidrato como la celulosa forma parte de las paredes celulares de las plantas. Los ácidos nucleicos desempeñan un papel fundamental en la conservación de la información hereditaria y su transmisión a la descendencia.

Las sustancias inorgánicas en la composición de una célula vegetal incluyen agua y sales minerales. El agua constituye del 60 al 95% de la masa celular total. Gracias al agua, la célula adquiere la elasticidad y forma necesarias. El agua también participa en el metabolismo.

El agua asegura el movimiento de nutrientes dentro de la planta y juega un papel importante en la regulación de la temperatura corporal.

Aproximadamente entre el 1 y el 1,5% de la masa celular está formada por sales minerales, incluidas sales de potasio, sodio y calcio.

Las sales de magnesio y hierro son de gran importancia, ya que participan en la formación de clorofila. Debido a la falta o ausencia de estos elementos, las hojas palidecen o incluso pierden su color verde, y los procesos de fotosíntesis se interrumpen o suspenden.

Así, una célula vegetal es una especie de “laboratorio natural” donde se producen y transforman diversos compuestos químicos. Debido a esto, la célula se considera un componente elemental y unidad funcional de un organismo vivo.

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