Les organismes sont constitués de cellules. Les cellules de différents organismes ont des compositions chimiques similaires. Le tableau 1 présente les principaux éléments chimiques présents dans les cellules des organismes vivants.

Tableau 1. Contenu en éléments chimiques dans la cellule

En fonction du contenu de la cellule, trois groupes d'éléments peuvent être distingués. Le premier groupe comprend l'oxygène, le carbone, l'hydrogène et l'azote. Ils représentent près de 98 % de la composition totale de la cellule. Le deuxième groupe comprend le potassium, le sodium, le calcium, le soufre, le phosphore, le magnésium, le fer et le chlore. Leur contenu dans la cellule est de dixièmes et centièmes de pour cent. Les éléments de ces deux groupes sont classés comme macronutriments(du grec macro- grand).

Les éléments restants, représentés dans la cellule par des centièmes et des millièmes de pour cent, sont inclus dans le troisième groupe. Ce microéléments(du grec micro- petit).

Aucun élément propre à la nature vivante n’a été trouvé dans la cellule. Tous les éléments chimiques répertoriés font également partie de la nature inanimée. Cela indique l'unité de la nature vivante et inanimée.

Une carence en n’importe quel élément peut entraîner des maladies et même la mort de l’organisme, puisque chaque élément joue un rôle spécifique. Les macroéléments du premier groupe constituent la base des biopolymères - protéines, glucides, acides nucléiques ainsi que lipides, sans lesquels la vie est impossible. Le soufre fait partie de certaines protéines, le phosphore fait partie des acides nucléiques, le fer fait partie de l'hémoglobine et le magnésium fait partie de la chlorophylle. Le calcium joue un rôle important dans le métabolisme.

Certains des éléments chimiques contenus dans la cellule font partie de substances inorganiques - les sels minéraux et l'eau.

Des sels minéraux se trouvent généralement dans la cellule sous forme de cations (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) et d'anions (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3), dont le rapport détermine l'acidité du milieu, importante pour la vie des cellules.

(Dans de nombreuses cellules, l'environnement est légèrement alcalin et son pH ne change presque pas, puisqu'un certain rapport de cations et d'anions y est constamment maintenu.)

Parmi les substances inorganiques présentes dans la nature vivante, joue un rôle énorme eau.

Sans eau, la vie est impossible. Il constitue une masse importante pour la plupart des cellules. Les cellules du cerveau et des embryons humains contiennent beaucoup d'eau : plus de 80 % d'eau ; dans les cellules du tissu adipeux - seulement 40, % Avec la vieillesse, la teneur en eau des cellules diminue. Une personne qui a perdu 20 % de son eau meurt.

Les propriétés uniques de l’eau déterminent son rôle dans l’organisme. Il est impliqué dans la thermorégulation, qui est due à la capacité calorifique élevée de l'eau - la consommation d'une grande quantité d'énergie lors du chauffage. Qu’est-ce qui détermine la capacité calorifique élevée de l’eau ?

Dans une molécule d’eau, un atome d’oxygène est lié de manière covalente à deux atomes d’hydrogène. La molécule d'eau est polaire car l'atome d'oxygène a une charge partiellement négative et chacun des deux atomes d'hydrogène a une charge partielle.

Charge partiellement positive. Une liaison hydrogène se forme entre l’atome d’oxygène d’une molécule d’eau et l’atome d’hydrogène d’une autre molécule. Les liaisons hydrogène assurent la connexion d'un grand nombre de molécules d'eau. Lorsque l'eau est chauffée, une partie importante de l'énergie est dépensée pour rompre les liaisons hydrogène, ce qui détermine sa capacité thermique élevée.

Eau - bon solvant. En raison de leur polarité, ses molécules interagissent avec des ions chargés positivement et négativement, favorisant ainsi la dissolution de la substance. Par rapport à l'eau, toutes les substances cellulaires sont divisées en hydrophiles et hydrophobes.

Hydrophile(du grec hydroélectrique- l'eau et filleo- amour) sont appelés substances qui se dissolvent dans l'eau. Ceux-ci incluent des composés ioniques (par exemple, les sels) et certains composés non ioniques (par exemple, les sucres).

Hydrophobe(du grec hydroélectrique- l'eau et Phobos- peur) sont des substances insolubles dans l'eau. Ceux-ci incluent, par exemple, les lipides.

L'eau joue un rôle important dans les réactions chimiques qui se produisent dans la cellule en solution aqueuse. Il dissout les produits métaboliques dont l’organisme n’a pas besoin et favorise ainsi leur élimination du corps. La teneur élevée en eau de la cellule lui confère élasticité. L'eau facilite le mouvement de diverses substances au sein d'une cellule ou d'une cellule à l'autre.

Les corps de nature vivante et inanimée sont constitués des mêmes éléments chimiques. Les organismes vivants contiennent des substances inorganiques - de l'eau et des sels minéraux. Les nombreuses fonctions d'importance vitale de l'eau dans une cellule sont déterminées par les caractéristiques de ses molécules : leur polarité, leur capacité à former des liaisons hydrogène.

COMPOSANTS INORGANIQUES DE LA CELLULE

Environ 90 éléments se trouvent dans les cellules des organismes vivants, et environ 25 d'entre eux se trouvent dans presque toutes les cellules. En fonction de leur contenu dans la cellule, les éléments chimiques sont divisés en trois grands groupes : les macroéléments (99 %), les microéléments (1 %), les ultramicroéléments (moins de 0,001 %).

Les macroéléments comprennent l'oxygène, le carbone, l'hydrogène, le phosphore, le potassium, le soufre, le chlore, le calcium, le magnésium, le sodium et le fer.
Les microéléments comprennent le manganèse, le cuivre, le zinc, l'iode et le fluor.
Les ultramicroéléments comprennent l'argent, l'or, le brome et le sélénium.

COMPOSANTS ORGANIQUES DES CELLULES

Enzymes.

La fonction la plus importante des protéines est catalytique. Les molécules de protéines qui augmentent la vitesse des réactions chimiques dans une cellule de plusieurs ordres de grandeur sont appelées enzymes. Pas un seul processus biochimique dans le corps ne se produit sans la participation d'enzymes.

Actuellement, plus de 2 000 enzymes ont été découvertes. Leur efficacité est plusieurs fois supérieure à celle des catalyseurs inorganiques utilisés dans la production. Ainsi, 1 mg de fer dans l’enzyme catalase remplace 10 tonnes de fer inorganique. La catalase augmente le taux de décomposition du peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2) de 10 à 11 fois. L'enzyme qui catalyse la réaction de formation d'acide carbonique (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) accélère la réaction 10 7 fois.

Une propriété importante des enzymes est la spécificité de leur action ; chaque enzyme catalyse seulement une ou un petit groupe de réactions similaires.

La substance sur laquelle agit l’enzyme est appelée substrat. Les structures des molécules d’enzyme et de substrat doivent correspondre exactement les unes aux autres. Ceci explique la spécificité de l'action des enzymes. Lorsqu’un substrat est combiné à une enzyme, la structure spatiale de l’enzyme change.

La séquence d’interaction entre l’enzyme et le substrat peut être représentée schématiquement :

Substrat+Enzyme - Complexe enzyme-substrat - Enzyme+Produit.

Le diagramme montre que le substrat se combine avec l’enzyme pour former un complexe enzyme-substrat. Dans ce cas, le substrat est transformé en une nouvelle substance – un produit. Au stade final, l'enzyme est libérée du produit et interagit à nouveau avec une autre molécule substrat.

Les enzymes ne fonctionnent qu'à une certaine température, concentration de substances et acidité de l'environnement. Des conditions changeantes entraînent des modifications de la structure tertiaire et quaternaire de la molécule protéique et, par conséquent, la suppression de l'activité enzymatique. Comment cela peut-il arriver? Seule une certaine partie de la molécule enzymatique, appelée centre actif. Le centre actif contient de 3 à 12 résidus d'acides aminés et est formé à la suite de la courbure de la chaîne polypeptidique.

Sous l'influence de divers facteurs, la structure de la molécule d'enzyme change. Dans ce cas, la configuration spatiale du centre actif est perturbée et l'enzyme perd son activité.

Les enzymes sont des protéines qui agissent comme des catalyseurs biologiques. Grâce aux enzymes, la vitesse des réactions chimiques dans les cellules augmente de plusieurs ordres de grandeur. Une propriété importante des enzymes est leur spécificité d'action dans certaines conditions.

Acides nucléiques.

Les acides nucléiques ont été découverts dans la seconde moitié du XIXe siècle. Le biochimiste suisse F. Miescher, qui a isolé une substance à haute teneur en azote et en phosphore des noyaux cellulaires et l'a appelée « nucléine » (du lat. cœur- cœur).

Les acides nucléiques stockent des informations héréditaires sur la structure et le fonctionnement de chaque cellule et de tous les êtres vivants sur Terre. Il existe deux types d'acides nucléiques : l'ADN (acide désoxyribonucléique) et l'ARN (acide ribonucléique). Les acides nucléiques, comme les protéines, ont une spécificité d'espèce, c'est-à-dire que les organismes de chaque espèce ont leur propre type d'ADN. Pour découvrir les raisons de la spécificité des espèces, considérons la structure des acides nucléiques.

Les molécules d'acide nucléique sont de très longues chaînes composées de plusieurs centaines, voire millions de nucléotides. Tout acide nucléique ne contient que quatre types de nucléotides. Les fonctions des molécules d'acide nucléique dépendent de leur structure, des nucléotides qu'elles contiennent, de leur nombre dans la chaîne et de la séquence du composé dans la molécule.

Chaque nucléotide est constitué de trois composants : une base azotée, un glucide et un acide phosphorique. Chaque nucléotide d'ADN contient l'un des quatre types de bases azotées (adénine - A, thymine - T, guanine - G ou cytosine - C), ainsi que du carbone désoxyribose et un résidu d'acide phosphorique.

Ainsi, les nucléotides de l'ADN ne diffèrent que par le type de base azotée.

La molécule d'ADN est constituée d'un grand nombre de nucléotides reliés en chaîne dans une certaine séquence. Chaque type de molécule d’ADN possède son propre nombre et sa propre séquence de nucléotides.

Les molécules d'ADN sont très longues. Par exemple, pour écrire en lettres la séquence des nucléotides des molécules d’ADN d’une cellule humaine (46 chromosomes), il faudrait un livre d’environ 820 000 pages. L'alternance de quatre types de nucléotides peut former un nombre infini de variantes de molécules d'ADN. Ces caractéristiques structurelles des molécules d'ADN leur permettent de stocker une énorme quantité d'informations sur toutes les caractéristiques des organismes.

En 1953, le biologiste américain J. Watson et le physicien anglais F. Crick créent un modèle de la structure de la molécule d'ADN. Les scientifiques ont découvert que chaque molécule d’ADN est constituée de deux chaînes interconnectées et torsadées en spirale. Cela ressemble à une double hélice. Dans chaque chaîne, quatre types de nucléotides alternent dans une séquence spécifique.

La composition nucléotidique de l'ADN varie selon les différents types de bactéries, champignons, plantes et animaux. Mais cela ne change pas avec l’âge et dépend peu des changements environnementaux. Les nucléotides sont appariés, c'est-à-dire que le nombre de nucléotides adénine dans toute molécule d'ADN est égal au nombre de nucléotides thymidine (A-T) et le nombre de nucléotides cytosine est égal au nombre de nucléotides guanine (C-G). Cela est dû au fait que la connexion de deux chaînes entre elles dans une molécule d'ADN est soumise à une certaine règle, à savoir : l'adénine d'une chaîne est toujours reliée par deux liaisons hydrogène uniquement avec la thymine de l'autre chaîne, et la guanine - par trois liaisons hydrogène avec la cytosine, c'est-à-dire que les chaînes nucléotidiques d'une molécule d'ADN sont complémentaires et se complètent.

Les molécules d'acide nucléique - ADN et ARN - sont constituées de nucléotides. Les nucléotides d'ADN comprennent une base azotée (A, T, G, C), le désoxyribose glucidique et un résidu de molécule d'acide phosphorique. La molécule d'ADN est une double hélice, constituée de deux chaînes reliées par des liaisons hydrogène selon le principe de complémentarité. La fonction de l'ADN est de stocker les informations héréditaires.

Les cellules de tous les organismes contiennent des molécules d'ATP - acide adénosine triphosphorique. L'ATP est une substance cellulaire universelle dont la molécule possède des liaisons riches en énergie. La molécule d'ATP est un nucléotide unique qui, comme les autres nucléotides, se compose de trois composants : une base azotée - l'adénine, un glucide - le ribose, mais au lieu d'un, elle contient trois résidus de molécules d'acide phosphorique (Fig. 12). Les connexions indiquées sur la figure par une icône sont riches en énergie et sont appelées macroergique. Chaque molécule d'ATP contient deux liaisons à haute énergie.

Lorsqu'une liaison à haute énergie est rompue et qu'une molécule d'acide phosphorique est éliminée à l'aide d'enzymes, 40 kJ/mol d'énergie sont libérées et l'ATP est convertie en ADP - acide adénosine diphosphorique. Lorsqu’une autre molécule d’acide phosphorique est éliminée, 40 kJ/mol supplémentaires sont libérés ; L'AMP se forme - acide adénosine monophosphorique. Ces réactions sont réversibles, c'est-à-dire que l'AMP peut être converti en ADP, l'ADP en ATP.

Les molécules d'ATP sont non seulement décomposées, mais également synthétisées, leur contenu dans la cellule est donc relativement constant. L'importance de l'ATP dans la vie d'une cellule est énorme. Ces molécules jouent un rôle prépondérant dans le métabolisme énergétique nécessaire pour assurer la vie de la cellule et de l’organisme dans son ensemble.

Une molécule d'ARN est généralement une chaîne unique, composée de quatre types de nucléotides - A, U, G, C. Trois principaux types d'ARN sont connus : ARNm, ARNr, ARNt. Le contenu des molécules d'ARN dans une cellule n'est pas constant ; elles participent à la biosynthèse des protéines. L'ATP est une substance énergétique universelle de la cellule, qui contient des liaisons riches en énergie. L'ATP joue un rôle central dans le métabolisme énergétique cellulaire. L'ARN et l'ATP se trouvent à la fois dans le noyau et dans le cytoplasme de la cellule.

Tâches et tests sur le thème "Thème 4. "Composition chimique de la cellule".

• polymère, monomère;
• glucide, monosaccharide, disaccharide, polysaccharide ;
• lipide, acide gras, glycérol ;
• acide aminé, liaison peptidique, protéine ;
• catalyseur, enzyme, site actif ;
• acide nucléique, nucléotide.

Algorithme pour résoudre des problèmes.

Type 1. Autocopie de l'ADN.

L'une des chaînes d'ADN a la séquence nucléotidique suivante :
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Quelle séquence nucléotidique possède la deuxième chaîne de la même molécule ?

Pour écrire la séquence nucléotidique du deuxième brin d'une molécule d'ADN, lorsque la séquence du premier brin est connue, il suffit de remplacer la thymine par l'adénine, l'adénine par la thymine, la guanine par la cytosine et la cytosine par la guanine. Après avoir effectué ce remplacement, on obtient la séquence :
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

Type 2. Codage protéique.

La chaîne d'acides aminés de la protéine ribonucléase commence comme suit : lysine-glutamine-thréonine-alanine-alanine-alanine-lysine...
Par quelle séquence nucléotidique commence le gène correspondant à cette protéine ?

Pour ce faire, utilisez la table du code génétique. Pour chaque acide aminé, nous trouvons sa désignation de code sous la forme du triplet de nucléotides correspondant et l'écrivons. En disposant ces triplets les uns après les autres dans le même ordre que les acides aminés correspondants, on obtient la formule de la structure d'une section d'ARN messager. En règle générale, il existe plusieurs de ces triplés, le choix se fait en fonction de votre décision (mais un seul des triplés est pris). Il peut donc y avoir plusieurs solutions.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG

Par quelle séquence d'acides aminés commence une protéine si elle est codée par la séquence de nucléotides suivante :
ACCTTCCATGGCCGGT...

En utilisant le principe de complémentarité, on retrouve la structure d'une section d'ARN messager formée sur un segment donné d'une molécule d'ADN :
UGGGGGUACGGGGCA...

On se tourne ensuite vers le tableau du code génétique et pour chaque triplet de nucléotides, en commençant par le premier, on trouve et on écrit l'acide aminé correspondant :
Cystéine-glycine-tyrosine-arginine-proline-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Biologie générale". Moscou, "Lumières", 2000

• Thème 4. "Composition chimique de la cellule". §2-§7 p. 7-21
• Thème 5. "Photosynthèse". §16-17 p. 44-48
• Thème 6. "Respiration cellulaire". §12-13 p. 34-38
• Thème 7. "Informations génétiques". §14-15 p. 39-44

Éléments chimiques de la cellule

Il n'y a pas un seul élément chimique dans les organismes vivants qui ne se trouverait dans les corps de nature inanimée (ce qui indique le point commun entre la nature vivante et inanimée).
Différentes cellules contiennent presque les mêmes éléments chimiques (ce qui prouve l’unité de la nature vivante) ; et en même temps, même les cellules d'un organisme multicellulaire, remplissant des fonctions différentes, peuvent différer considérablement les unes des autres par leur composition chimique.
Sur plus de 115 éléments actuellement connus, environ 80 ont été trouvés dans la cellule.

Tous les éléments, selon leur contenu dans les organismes vivants, sont divisés en trois groupes :

1. macronutriments- dont la teneur dépasse 0,001 % du poids corporel.
   98 % de la masse d’une cellule provient de quatre éléments (parfois appelés organogènes) : - oxygène (O) - 75%, carbone (C) - 15%, hydrogène (H) - 8%, azote (N) - 3%. Ces éléments constituent la base des composés organiques (et l'oxygène et l'hydrogène font en outre partie de l'eau, qui est également contenue dans la cellule). Environ 2 % de la masse cellulaire représente huit autres macronutriments: magnésium (Mg), sodium (Na), calcium (Ca), fer (Fe), potassium (K), phosphore (P), chlore (Cl), soufre (S) ;
2. Les éléments chimiques restants sont contenus dans la cellule en très petites quantités : microéléments- ceux dont la part est de 0,000001% à 0,001% - bore (B), nickel (Ni), cobalt (Co), cuivre (Cu), molybdène (Mb), zinc (Zn), etc. ;
3. ultramicroéléments- dont la teneur n'excède pas 0,000001% - uranium (U), radium (Ra), or (Au), mercure (Hg), plomb (Pb), césium (Cs), sélénium (Se), etc.

Les organismes vivants sont capables d'accumuler certains éléments chimiques. Par exemple, certaines algues accumulent de l'iode, les renoncules - le lithium, les lentilles d'eau - le radium, etc.

Produits chimiques cellulaires

Les éléments sous forme d'atomes font partie des molécules inorganique Et organique connexions cellulaires.

À composés inorganiques inclure de l’eau et des sels minéraux.

Composés organiques ne sont caractéristiques que des organismes vivants, tandis que les organismes inorganiques existent également dans la nature inanimée.

À composés organiques Il s'agit notamment de composés carbonés dont le poids moléculaire varie de 100 à plusieurs centaines de milliers.
Le carbone est la base chimique de la vie. Il peut interagir avec de nombreux atomes et leurs groupes, formant des chaînes et des anneaux qui constituent le squelette de molécules organiques de composition chimique, de structure, de longueur et de forme différentes. Ils forment des composés chimiques complexes qui diffèrent par leur structure et leur fonction. Ces composés organiques qui composent les cellules des organismes vivants sont appelés polymères biologiques, ou biopolymères. Ils constituent plus de 97 % de la matière sèche de la cellule.

Il y en a environ 70 dans une cellule éléments chimiques Dans le tableau périodique de D.I. Mendeleev, cependant, le contenu de ces éléments diffère considérablement de leurs concentrations dans l'environnement, ce qui prouve l'unité du monde organique.

Les éléments chimiques présents dans la cellule sont répartis en trois grands groupes : macroéléments, mésoéléments(oligoéléments) et microéléments.
Contenu macronutriments représente environ 98% de la masse cellulaire. Il s'agit notamment du carbone, de l'oxygène, de l'hydrogène et de l'azote, qui font partie des principales substances organiques. Mésoéléments- ce sont le soufre, le phosphore, le potassium, le calcium, le sodium, le fer, le magnésium, le chlore, qui constituent ensemble environ 1,9 % de la masse cellulaire. Le soufre et le phosphore sont des composants des composés organiques les plus importants. Les éléments chimiques, dont la concentration dans la cellule est d'environ 0,1%, appartiennent à microéléments. Ce sont le zinc, l'iode, le cuivre, le manganèse, le fluor, le cobalt, etc.
Les substances cellulaires sont divisées en substances inorganiques et organiques. À substances inorganiques inclure de l’eau et des sels minéraux.
En raison de ses propriétés physicochimiques, l'eau dans la cellule est un solvant, un milieu de réactions, une substance initiale et un produit de réactions chimiques, remplit des fonctions de transport et de thermorégulation, donne de l'élasticité à la cellule et assure la propulsion de la cellule végétale.

Les sels minéraux présents dans une cellule peuvent être dissous ou non dissous. Les sels solubles se dissocient en ions. Les cations les plus importants sont le potassium et le sodium, qui facilitent le transfert de substances à travers la membrane et participent à l'apparition et à la conduction de l'influx nerveux ; le calcium, qui participe aux processus de contraction des fibres musculaires et de coagulation sanguine, le magnésium, qui fait partie de la chlorophylle, et le fer, qui fait partie d'un certain nombre de protéines, dont l'hémoglobine. Le zinc fait partie de la molécule de l'hormone pancréatique - l'insuline et le cuivre sont nécessaires aux processus de photosynthèse et de respiration. Les anions les plus importants sont l'anion phosphate, qui fait partie de l'ATP et des acides nucléiques, et le résidu acide carbonique, qui adoucit les fluctuations du pH de l'environnement. Le manque de calcium et de phosphore conduit au rachitisme, le manque de fer conduit à l'anémie.

Matière organique les cellules sont représentées par des glucides, des lipides, des protéines, des acides nucléiques, de l'ATP, des vitamines et des hormones.
Partie les glucides se compose principalement de trois éléments chimiques : le carbone, l’oxygène et l’hydrogène. Leur formule générale est C m (H 2 0) n. Il existe des glucides simples et complexes. Les glucides simples (monosaccharides) contiennent une seule molécule de sucre. Ils sont classés selon le nombre d'atomes de carbone, par exemple le pentose (C 5) et l'hexose (C 6). Les pentoses comprennent le ribose et le désoxyribose. Le ribose fait partie de l'ARN et de l'ATP. Le désoxyribose est un composant de l'ADN. Les hexoses sont le glucose, le fructose, le galactose, etc. Ils participent activement au métabolisme cellulaire et font partie des glucides complexes - oligosaccharides et polysaccharides. Les oligosaccharides (disaccharides) comprennent le saccharose (glucose + fructose), le lactose ou le sucre du lait (glucose + galactose), etc.

Des exemples de polysaccharides sont l'amidon, le glycogène, la cellulose et la chitine. Les glucides remplissent des fonctions plastiques (construction), énergétiques (la valeur énergétique de la dégradation de 1 g de glucides est de 17,6 kJ), de stockage et de support dans la cellule. Les glucides peuvent également faire partie de lipides et de protéines complexes.
Lipides- Il s'agit d'un groupe de substances hydrophobes. Ceux-ci incluent les graisses, les stéroïdes cireux, les phospholipides, etc.

Graisse est un ester d'alcool trihydrique glycérol et d'acides organiques (gras) supérieurs. Dans une molécule de graisse, on peut distinguer une partie hydrophile - la « tête » (résidu glycérol) et une partie hydrophobe - des « queues » (résidus d'acides gras), donc, dans l'eau, la molécule de graisse est orientée d'une manière strictement définie : la partie hydrophile est dirigée vers l'eau et la partie hydrophobe s'en éloigne.
Les lipides remplissent des fonctions plastiques (construction), énergétiques (la valeur énergétique de la dégradation de 1 g de graisse est de 38,9 kJ), de stockage, de protection (amortissement) et de régulation (hormones stéroïdes) dans la cellule.
Écureuils sont des biopolymères dont les monomères sont des acides aminés. Les acides aminés contiennent un groupe amino, un groupe carboxyle et un radical. Les acides aminés ne diffèrent que par leurs radicaux. Les protéines contiennent 20 acides aminés basiques. Les acides aminés sont reliés les uns aux autres pour former une liaison peptidique. Une chaîne de plus de 20 acides aminés est appelée polypeptide ou protéine. Les protéines forment quatre structures principales : primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire.
est une séquence d'acides aminés reliés par une liaison peptidique.

Structure secondaire est une structure en hélice ou pliée maintenue ensemble par des liaisons hydrogène entre les atomes d'oxygène et d'hydrogène de groupes peptidiques de différents tours de l'hélice ou des plis. La structure tertiaire (globule) est maintenue ensemble par des liaisons hydrophobes, hydrogène, disulfure et autres.

Structure tertiaire caractéristique de la plupart des protéines corporelles, par exemple la myoglobine musculaire.

Structure quaternaire le plus complexe, formé de plusieurs chaînes polypeptidiques reliées principalement par les mêmes liaisons que dans la tertiaire. La structure quaternaire est caractéristique de l'hémoglobine, de la chlorophylle, etc.
Les protéines peuvent être simple Et complexe. Les protéines simples sont constituées uniquement d'acides aminés, tandis que les protéines complexes (lipoprotéines, chromoprotéines, glycoprotéines, nucléoprotéines, etc.) contiennent des parties protéiques et non protéiques. Par exemple, en plus des quatre chaînes polypeptidiques de la protéine globine, l'hémoglobine contient une partie non protéique - l'hème, au centre de laquelle se trouve un ion fer, qui donne à l'hémoglobine une couleur rouge.
Activité fonctionnelle des protéines dépend des conditions environnementales. La perte de la structure d’une molécule protéique jusqu’à sa structure primaire est appelée dénaturation. Le processus inverse de restauration des structures secondaires et supérieures est la renaturation. La destruction complète d’une molécule protéique est appelée destruction.
Les protéines remplissent un certain nombre de fonctions dans la cellule : Plastique(construction), catalytique(enzymatique), énergie(la valeur énergétique de la dégradation de 1 g de protéine est de 17,6 kJ), signalisation(récepteur), contractile(moteur), transport, protecteur,réglementaire, stockage.
Acides nucléiques sont des biopolymères dont les monomères sont des nucléotides. Le nucléotide contient une base azotée, un résidu sucre pentose et un résidu acide orthophosphorique. Il existe deux types d'acides nucléiques : l'acide ribonucléique (ARN) et l'acide désoxyribonucléique (ADN).
ADN comprend quatre types de nucléotides : l'adénine (A), la thymine (T), la guanine (G) et la cytosine (C). Ces nucléotides contiennent le sucre désoxyribose. Les règles de Chargaff pour l'ADN sont :
1) le nombre de nucléotides adényliques dans l'ADN est égal au nombre de nucléotides thymidyliques (A = T) ;
2) le nombre de nucléotides guanyliques dans l'ADN est égal au nombre de nucléotides cytidyliques (G = C) ;
3) la somme des nucléotides adényle et guanyle est égale à la somme des nucléotides thymidyle et cytidyle (A + G = T + C).
La structure de l'ADN a été découverte par F. Crick et D. Watson (Prix Nobel de physiologie ou médecine 1962). La molécule d'ADN est une hélice double brin. Les nucléotides sont reliés les uns aux autres par des résidus d'acide phosphorique, formant une liaison phosphodiester, tandis que les bases azotées sont dirigées vers l'intérieur. La distance entre les nucléotides de la chaîne est de 0,34 nm.
Nucléotides différentes chaînes sont reliées entre elles par des liaisons hydrogène selon le principe de complémentarité : l'adénine est reliée à la thymine par deux liaisons hydrogène (A = T), et la guanine est reliée à la cytosine par trois (G = C).

La propriété la plus importante ADN est la capacité de se répliquer (auto-duplication). La fonction principale de l'ADN est le stockage et la transmission des informations héréditaires.

Il est concentré dans le noyau, les mitochondries et les plastes.
Partie ARN comprend également quatre nucléotides : l'adénine (A), l'uracile (U), la guanine (G) et la cytosine (C). Le résidu de sucre pentose qu'il contient est représenté par le ribose. L'ARN est principalement constitué de molécules simple brin. Il existe trois types d'ARN : l'ARN messager (i-ARN), l'ARN de transfert (t-ARN) et l'ARN ribosomal (r-ARN).

Tous participent activement au processus de mise en œuvre de l'information héréditaire, qui est réécrite de l'ADN en ARNi, et sur ce dernier, la synthèse protéique est déjà effectuée, l'ARNt en cours de synthèse protéique amène les acides aminés au ribosomes, l'ARN-r fait partie des ribosomes eux-mêmes.

KSE. Thème 4.

1. Quels sont les principaux éléments et substances qui composent une cellule vivante ?

En fonction de la quantité d'éléments chimiques entrant dans la composition des substances qui forment un organisme vivant, il est d'usage de distinguer plusieurs groupes d'atomes. Premier groupe(environ 98 % de la masse de la cellule) sont formés de quatre éléments : l'hydrogène, l'oxygène, le carbone et l'azote. On les appelle macronutriments. Ce sont les principaux composants de tous les composés organiques. Avec deux éléments deuxième groupe- le soufre et le phosphore, qui sont des composants nécessaires aux molécules de polymères biologiques (du grec polys - plusieurs ; meros - partie) - les protéines et les acides nucléiques, ils sont souvent appelés bioéléments.

En plus petites quantités, la composition cellulaire, en plus du phosphore et du soufre mentionnés, comprend 6 éléments : potassium et sodium, calcium et magnésium, fer et chlore. Chacun d’eux remplit une fonction importante dans la cellule. Par exemple, Na, K et Cl assurent la perméabilité des membranes cellulaires à diverses substances et la conduction des impulsions le long de la fibre nerveuse. Ca et P participent à la formation de la substance intercellulaire du tissu osseux, déterminant la solidité des os. De plus, le Ca est l’un des facteurs dont dépend la coagulation sanguine normale. Le fer fait partie de l’hémoglobine, une protéine présente dans les globules rouges et impliquée dans le transfert de l’oxygène des poumons vers les tissus. Enfin, le magnésium dans les cellules végétales est inclus dans la chlorophylle - le pigment qui détermine la photosynthèse, et chez les animaux, il fait partie des catalyseurs biologiques - des enzymes impliquées dans les transformations biochimiques.

Tous les autres éléments - troisième groupe(zinc, cuivre, iode, fluor, etc.) sont contenus dans la cellule en très petites quantités. Leur contribution totale à la masse cellulaire n'est que de 0,02 %. C'est pourquoi on les appelle microéléments. Cependant, cela ne signifie pas que le corps en a moins besoin que les autres éléments. Les microéléments sont également importants pour un organisme vivant, mais entrent dans sa composition en plus petites quantités. Le zinc, par exemple, fait partie de la molécule de l'hormone pancréatique - l'insuline, qui participe à la régulation du métabolisme des glucides, et l'iode est un composant nécessaire de la thyroxine - l'hormone thyroïdienne, qui régule le taux métabolique de l'organisme tout entier. un tout et sa croissance au cours du développement.

Tous les éléments chimiques répertoriés participent à la construction du corps sous forme d'ions ou dans le cadre de certains composés - molécules de substances inorganiques et organiques.

Substances inorganiques incluses danscomposition cellulaire

Eau. Le composé inorganique le plus répandu dans les organismes vivants est l’eau. Son contenu varie considérablement : dans les cellules de l'émail dentaire, il y a environ 10 % d'eau et dans les cellules d'un embryon en développement, plus de 90 %. En moyenne, dans un organisme multicellulaire, l’eau représente environ 80 % du poids corporel.

Le rôle de l’eau dans la cellule est très important. Ses fonctions sont largement déterminées par sa nature chimique. La nature dipolaire de la structure des molécules détermine la capacité de l'eau à interagir activement avec diverses substances. Ses molécules provoquent la dégradation d'un certain nombre de substances hydrosolubles en cations et anions. En conséquence, les ions entrent rapidement dans des réactions chimiques. La plupart des réactions chimiques impliquent des interactions entre des substances hydrosolubles.

Ainsi, la polarité des molécules et la capacité de former des liaisons hydrogène font de l'eau un bon solvant pour un grand nombre de substances inorganiques et organiques. De plus, en tant que solvant, l'eau assure à la fois l'afflux de substances dans la cellule et l'élimination des déchets, car la plupart des composés chimiques ne peuvent pénétrer dans la membrane cellulaire externe que sous forme dissoute.

Le rôle purement chimique de l’eau n’est pas moins important. Sous l'influence de certains catalyseurs - enzymes - il entre dans des réactions d'hydrolyse, c'est-à-dire des réactions dans lesquelles des groupes OH - ou H - eau sont ajoutés aux valences libres de diverses molécules. En conséquence, de nouvelles substances dotées de nouvelles propriétés sont formées.

L'eau est, dans une certaine mesure, un régulateur de chaleur ; En raison de la bonne conductivité thermique et de la capacité thermique élevée de l'eau, lorsque la température ambiante change, la température à l'intérieur de la cellule reste inchangée ou ses fluctuations sont nettement moindres que dans l'environnement entourant la cellule.

Des sels minéraux. La plupart des substances inorganiques de la cellule se trouvent sous forme de sels, soit dissociées en ions, soit à l'état solide. Parmi les premiers, les cations K -, Na + Ca 2+ sont d'une grande importance, car ils confèrent une propriété aussi importante aux organismes vivants que l'irritabilité. Dans les tissus des animaux multicellulaires, le calcium fait partie du « ciment » intercellulaire qui détermine l'adhésion des cellules entre elles et leur disposition ordonnée dans les tissus. Les propriétés tampons de la cellule dépendent de la concentration de sels à l’intérieur de la cellule.

Tampon appeler la capacité d'une cellule à maintenir la réaction légèrement alcaline de son contenu à un niveau constant.

Les sels minéraux insolubles, comme le phosphate de calcium, font partie de la substance intercellulaire du tissu osseux et des coquilles de mollusques, assurant la solidité de ces formations.

Substances organiques qui composent la cellule

Les composés organiques représentent en moyenne 20 à 30 % de la masse cellulaire d'un organisme vivant. Ceux-ci comprennent des polymères biologiques - protéines, acides nucléiques et glucides, ainsi que des graisses et un certain nombre de petites molécules - hormones, pigments, ATP et bien d'autres. Différents types de cellules contiennent différentes quantités de composés organiques. Les glucides complexes - les polysaccharides - prédominent dans les cellules végétales ; chez les animaux, il y a plus de protéines et de graisses. Cependant, chacun des groupes de substances organiques dans tout type de cellule remplit des fonctions similaires.

Polymères biologiques - protéines. Parmi les substances organiques de la cellule, les protéines occupent la première place tant en quantité qu'en importance. Chez les animaux, ils représentent environ 50 % de la masse sèche de la cellule. Dans le corps humain, il existe 5 millions de types de molécules protéiques qui diffèrent non seulement les unes des autres, mais également des protéines d'autres organismes. Malgré une telle diversité et complexité de structure, ils sont constitués de seulement 20 acides aminés différents. Une combinaison de deux acides aminés en une molécule est appelée un dipeptide, trois acides aminés - un tripeptide, etc., et un composé constitué de 20 résidus d'acides aminés ou plus est appelé un polypeptide.

Les glucides, ou alors saccharides - substances organiques de formule générale C n (H 2 0) m. Pour la plupart des glucides, le nombre de molécules d’eau correspond au nombre d’atomes de carbone. C'est pourquoi ces substances sont appelées glucides.

Dans une cellule animale, les glucides se trouvent en quantités ne dépassant pas 1 à 2, parfois 5 %. Les cellules végétales sont les plus riches en glucides, dont la teneur atteint dans certains cas 90 % du poids sec (tubercules de pomme de terre, graines, etc.). Les glucides sont simples et complexes.

Les glucides simples sont appelés monosaccharides. Selon le nombre d'atomes de carbone dans la molécule, les monosaccharides sont appelés trioses - 3 atomes, tétroses - 4, pentoses - 5 ou hexoses - 6 atomes de carbone. Parmi les monosaccharides à six carbones - les hexoses - les plus importants sont le glucose, le fructose et le galactose. Le glucose est contenu dans le sang (0,08-0,12%). Les pentoses - ribose et désoxyribose - font partie des acides nucléiques et de l'ATP.

Si deux monosaccharides sont combinés en une seule molécule, le composé est appelé disaccharide. Les disaccharides comprennent le sucre alimentaire - le saccharose, obtenu à partir de canne ou de betterave sucrière, constitué d'une molécule de glucose et d'une molécule de fructose, et le sucre du lait, formé de molécules de glucose et de galactose.

Les glucides complexes formés à partir de nombreux monosaccharides sont appelés polysaccharides. Les monomères des polysaccharides tels que l'amidon, le glycogène et la cellulose sont le glucose. En règle générale, les polysaccharides sont des polymères ramifiés.

Graisses (lipides) sont des composés d'acides gras de poids moléculaire élevé et d'alcool trihydrique glycérol. Les graisses ne se dissolvent pas dans l'eau, elles sont hydrophobes (du grec hydor - eau et phobos - peur). Les cellules contiennent toujours d’autres substances complexes hydrophobes ressemblant à de la graisse, appelées lipoïdes.

Le rôle des graisses est également important en tant que solvants des composés organiques hydrophobes nécessaires au déroulement normal des transformations biochimiques dans l'organisme.

Biologiquement, les polymères sont des acides nucléiques. L'importance des acides nucléiques dans une cellule est très grande. Les particularités de leur structure chimique offrent la possibilité de stocker, de transférer et d'hériter aux cellules filles des informations sur la structure des molécules protéiques synthétisées dans chaque tissu à un certain stade du développement individuel.

Étant donné que la plupart des propriétés et caractéristiques sont déterminées par les protéines, il est clair que la stabilité des acides nucléiques est la condition la plus importante pour le fonctionnement normal des cellules et des organismes entiers. Tout changement dans la structure des acides nucléiques entraîne des changements dans la structure des cellules ou dans l'activité des processus physiologiques qui s'y trouvent, affectant ainsi leur viabilité.

L'étude de la structure des acides nucléiques, qui a été établie pour la première fois par le biologiste américain J. Watson et le physicien anglais F. Crick, est extrêmement importante pour comprendre l'héritage des traits dans les organismes et les modèles de fonctionnement des cellules individuelles et cellulaires. systèmes - tissus et organes.

Il existe deux types d'acides nucléiques : l'ADN et l'ARN.

Tous les organismes vivants sont constitués de cellules. La composition chimique des cellules végétales et animales présente de nombreuses caractéristiques communes. Les cellules végétales contiennent un grand nombre d'éléments chimiques, qui peuvent également faire partie d'objets inanimés. Ils participent à diverses réactions chimiques se produisant à l'intérieur de la cellule. La composition chimique des cellules des organismes vivants, y compris les plantes, contient principalement des éléments tels que le carbone, l'hydrogène, l'oxygène et l'azote. En général, ces éléments constituent jusqu’à 98 % de la masse cellulaire. La teneur relative de ces éléments dans la matière vivante est bien plus élevée que dans la croûte terrestre.

D'autres éléments (potassium, calcium, soufre, phosphore, sodium, silicium, chlore, fer, magnésium) constituent des dixièmes ou des centièmes de pour cent de la masse totale de la cellule végétale. La teneur en d'autres éléments chimiques, par exemple le zinc, le cuivre, l'iode, dans un organisme vivant est encore moindre (millièmes et dix millièmes de pour cent). Les éléments chimiques se combinent les uns avec les autres pour former des substances inorganiques et organiques.

Les substances organiques constituent un élément structurel important des organismes vivants, y compris les plantes. Ceux-ci incluent les glucides, les graisses, les protéines, les acides nucléiques, etc. Les protéines font partie de diverses formations cellulaires, régulent les processus vitaux et sont stockées en réserve. Les graisses se déposent dans les graines et dans d’autres parties de la plante.

L'importance des graisses est que, suite à leur dégradation, l'énergie nécessaire à la vie du corps végétal est libérée. Les glucides constituent le groupe principal de composés organiques, grâce à la dégradation desquels les organismes vivants obtiennent l'énergie nécessaire à leur existence.

L’amidon est le glucide de stockage le plus couramment formé dans les cellules végétales en raison de la photosynthèse.

Une quantité énorme de ce composé se dépose, par exemple, dans les cellules des tubercules de pomme de terre ou des graines de céréales. D’autres glucides, les sucres, donnent le goût sucré aux fruits végétaux. Et un glucide tel que la cellulose fait partie des parois cellulaires des plantes. Les acides nucléiques jouent un rôle de premier plan dans la préservation des informations héréditaires et dans leur transmission à la descendance.

Les substances inorganiques entrant dans la composition d'une cellule végétale comprennent l'eau et les sels minéraux. L'eau représente 60 à 95 % de la masse cellulaire totale. Grâce à l'eau, la cellule acquiert l'élasticité et la forme nécessaires. L'eau participe également au métabolisme.

L'eau assure la circulation des nutriments au sein de la plante et joue un rôle important dans la régulation de la température corporelle.

Environ 1 à 1,5 % de la masse cellulaire est constituée de sels minéraux, notamment de sels de potassium, de sodium et de calcium.

Les sels de magnésium et de fer sont d'une grande importance car ils participent à la formation de la chlorophylle. En raison du manque ou de l'absence de ces éléments, les feuilles pâlissent voire perdent leur couleur verte, et les processus de photosynthèse sont perturbés ou suspendus.

Ainsi, une cellule végétale est une sorte de « laboratoire naturel » où divers composés chimiques sont produits et transformés. De ce fait, la cellule est considérée comme un composant élémentaire et une unité fonctionnelle d’un organisme vivant.

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