Organizmai susideda iš ląstelių. Skirtingų organizmų ląstelės turi panašią cheminę sudėtį. 1 lentelėje pateikti pagrindiniai cheminiai elementai, randami gyvų organizmų ląstelėse.

1 lentelė. Cheminių elementų kiekis ląstelėje

Pagal turinį langelyje galima išskirti tris elementų grupes. Pirmajai grupei priklauso deguonis, anglis, vandenilis ir azotas. Jie sudaro beveik 98% visos ląstelės sudėties. Antrajai grupei priklauso kalis, natris, kalcis, siera, fosforas, magnis, geležis, chloras. Jų kiekis ląstelėje yra dešimtosios ir šimtosios procentų dalys. Šių dviejų grupių elementai klasifikuojami kaip makroelementų(iš graikų kalbos makrokomandą- didelis).

Likę elementai, ląstelėje pavaizduoti šimtosiomis ir tūkstantosiomis procentų dalimis, yra įtraukti į trečiąją grupę. Tai mikroelementai(iš graikų kalbos mikro- mažas).

Ląstelėje nerasta jokių tik gyvajai gamtai elementų. Visi išvardyti cheminiai elementai taip pat yra negyvosios gamtos dalis. Tai rodo gyvosios ir negyvosios gamtos vienybę.

Bet kurio elemento trūkumas gali sukelti ligas ir net kūno mirtį, nes kiekvienas elementas atlieka tam tikrą vaidmenį. Pirmosios grupės makroelementai sudaro biopolimerų – baltymų, angliavandenių, nukleorūgščių, taip pat lipidų – pagrindą, be kurių gyvybė neįmanoma. Siera yra kai kurių baltymų dalis, fosforas yra nukleorūgščių dalis, geležis yra hemoglobino dalis, o magnis yra chlorofilo dalis. Kalcis vaidina svarbų vaidmenį metabolizme.

Kai kurie ląstelėje esantys cheminiai elementai yra neorganinių medžiagų – mineralinių druskų ir vandens – dalis.

Mineralinės druskos ląstelėje, kaip taisyklė, yra katijonų (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) ir anijonų (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO) pavidalu. 3), kurio santykis lemia aplinkos rūgštingumą, kuris svarbus ląstelių gyvybei.

(Daugelyje ląstelių aplinka yra šiek tiek šarminė ir jos pH beveik nekinta, nes joje nuolat palaikomas tam tikras katijonų ir anijonų santykis.)

Iš neorganinių medžiagų gyvojoje gamtoje vaidina didžiulį vaidmenį vandens.

Be vandens gyvybė neįmanoma. Jis sudaro didelę daugumos ląstelių masę. Smegenų ląstelėse ir žmogaus embrionuose yra daug vandens: daugiau nei 80 % vandens; riebalinio audinio ląstelėse – tik 40.% Iki senatvės vandens kiekis ląstelėse mažėja. Žmogus, netekęs 20% vandens, miršta.

Unikalios vandens savybės lemia jo vaidmenį organizme. Jis dalyvauja termoreguliacijoje, kurią lemia didelė vandens šiluminė talpa – šildant sunaudojama daug energijos. Kas lemia didelę vandens šiluminę talpą?

Vandens molekulėje deguonies atomas yra kovalentiškai sujungtas su dviem vandenilio atomais. Vandens molekulė yra polinė, nes deguonies atomas turi iš dalies neigiamą krūvį, o kiekvienas iš dviejų vandenilio atomų turi

Iš dalies teigiamas krūvis. Vandenilio jungtis susidaro tarp vienos vandens molekulės deguonies atomo ir kitos molekulės vandenilio atomo. Vandeniliniai ryšiai suteikia ryšį tarp daugybės vandens molekulių. Kaitinamas vanduo, nemaža dalis energijos išleidžiama vandeniliniams ryšiams nutraukti, o tai lemia didelę jo šiluminę talpą.

Vanduo - geras tirpiklis. Dėl savo poliškumo jo molekulės sąveikauja su teigiamai ir neigiamai įkrautais jonais, taip skatindamos medžiagos tirpimą. Vandens atžvilgiu visos ląstelės medžiagos skirstomos į hidrofilines ir hidrofobines.

Hidrofilinis(iš graikų kalbos hidro- vanduo ir filleo- meilė) vadinamos vandenyje tirpstančiomis medžiagomis. Tai apima joninius junginius (pavyzdžiui, druskas) ir kai kuriuos nejoninius junginius (pavyzdžiui, cukrų).

Hidrofobiškas(iš graikų kalbos hidro- vanduo ir Fobos- baimė) yra vandenyje netirpios medžiagos. Tai apima, pavyzdžiui, lipidus.

Vanduo atlieka svarbų vaidmenį cheminėse reakcijose, kurios vyksta ląstelėje vandeniniuose tirpaluose. Jis ištirpina organizmui nereikalingus medžiagų apykaitos produktus ir taip skatina jų pasišalinimą iš organizmo. Tai suteikia didelis vandens kiekis ląstelėje elastingumas. Vanduo palengvina įvairių medžiagų judėjimą ląstelėje arba iš ląstelės į ląstelę.

Gyvosios ir negyvosios gamtos kūnai susideda iš tų pačių cheminių elementų. Gyvuose organizmuose yra neorganinių medžiagų – vandens ir mineralinių druskų. Daugybę gyvybiškai svarbių vandens funkcijų ląstelėje lemia jo molekulių savybės: jų poliškumas, gebėjimas sudaryti vandenilinius ryšius.

NEORGANINIAI LĄSTELĖS KOMPONENTAI

Gyvų organizmų ląstelėse randama apie 90 elementų, iš jų apie 25 yra beveik visose ląstelėse. Pagal jų kiekį ląstelėje cheminiai elementai skirstomi į tris dideles grupes: makroelementai (99%), mikroelementai (1%), ultramikroelementai (mažiau nei 0,001%).

Makroelementai yra deguonis, anglis, vandenilis, fosforas, kalis, siera, chloras, kalcis, magnis, natris, geležis.
Mikroelementai yra manganas, varis, cinkas, jodas, fluoras.
Ultramikroelementai yra sidabras, auksas, bromas ir selenas.

ORGANINIAI LĄSTELIŲ KOMPONENTAI

Fermentai.

Svarbiausia baltymų funkcija yra katalizė. Vadinamos baltymų molekulės, kurios padidina cheminių reakcijų greitį ląstelėje keliais dydžiais fermentai. Nei vienas biocheminis procesas organizme nevyksta be fermentų dalyvavimo.

Šiuo metu yra atrasta daugiau nei 2000 fermentų. Jų efektyvumas daug kartų viršija gamyboje naudojamų neorganinių katalizatorių efektyvumą. Taigi 1 mg geležies katalazės fermente pakeičia 10 tonų neorganinės geležies. Katalazė padidina vandenilio peroksido (H 2 O 2) skilimo greitį 10 11 kartų. Fermentas, katalizuojantis anglies rūgšties susidarymo reakciją (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3), reakciją pagreitina 10 7 kartus.

Svarbi fermentų savybė yra jų veikimo specifiškumas, kiekvienas fermentas katalizuoja tik vieną ar nedidelę panašių reakcijų grupę.

Medžiaga, kurią veikia fermentas, vadinama substratas. Fermento ir substrato molekulių struktūros turi tiksliai atitikti viena kitą. Tai paaiškina fermentų veikimo specifiškumą. Sujungus substratą su fermentu, pasikeičia fermento erdvinė struktūra.

Fermento ir substrato sąveikos seka gali būti pavaizduota schematiškai:

Substratas+Fermentas – Fermento-substrato kompleksas – Fermentas+Produktas.

Diagrama rodo, kad substratas susijungia su fermentu ir sudaro fermento-substrato kompleksą. Tokiu atveju substratas paverčiamas nauja medžiaga – produktu. Paskutiniame etape fermentas išsiskiria iš produkto ir vėl sąveikauja su kita substrato molekule.

Fermentai funkcionuoja tik esant tam tikrai temperatūrai, medžiagų koncentracijai ir aplinkos rūgštingumui. Keičiantis sąlygoms, pasikeičia tretinė ir ketvirtinė baltymo molekulės struktūra, taigi, slopinamas fermentų aktyvumas. Kaip tai atsitinka? Tik tam tikra fermento molekulės dalis, vadinama aktyvus centras. Aktyviame centre yra nuo 3 iki 12 aminorūgščių liekanų ir jis susidaro dėl polipeptidinės grandinės lenkimo.

Veikiant įvairiems veiksniams, pakinta fermento molekulės struktūra. Tokiu atveju sutrinka aktyvaus centro erdvinė konfigūracija, fermentas praranda savo veiklą.

Fermentai yra baltymai, kurie veikia kaip biologiniai katalizatoriai. Dėl fermentų cheminių reakcijų greitis ląstelėse padidėja keliomis eilėmis. Svarbi fermentų savybė yra jų veikimo specifiškumas tam tikromis sąlygomis.

Nukleino rūgštys.

Nukleino rūgštys buvo atrastos XIX amžiaus antroje pusėje. Šveicarijos biochemikas F. Miescheris, kuris iš ląstelių branduolių išskyrė medžiagą, kurioje yra daug azoto ir fosforo, ir pavadino ją „nukleinu“ (iš lot. šerdis- šerdis).

Nukleino rūgštys saugo paveldimą informaciją apie kiekvienos ląstelės ir visų gyvų būtybių Žemėje struktūrą ir funkcionavimą. Nukleino rūgštys yra dviejų tipų – DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) ir RNR (ribonukleino rūgštis). Nukleino rūgštys, kaip ir baltymai, yra specifinės rūšiai, tai yra, kiekvienos rūšies organizmai turi savo DNR tipą. Norėdami išsiaiškinti rūšies specifiškumo priežastis, apsvarstykite nukleorūgščių struktūrą.

Nukleino rūgšties molekulės yra labai ilgos grandinės, susidedančios iš daugybės šimtų ir net milijonų nukleotidų. Bet kurioje nukleorūgštyje yra tik keturių tipų nukleotidai. Nukleino rūgšties molekulių funkcijos priklauso nuo jų struktūros, jose esančių nukleotidų, jų skaičiaus grandinėje ir junginio sekos molekulėje.

Kiekvienas nukleotidas susideda iš trijų komponentų: azoto bazės, angliavandenių ir fosforo rūgšties. Kiekviename DNR nukleotide yra viena iš keturių tipų azoto bazių (adeninas – A, timinas – T, guaninas – G arba citozinas – C), taip pat dezoksiribozės anglies ir fosforo rūgšties liekanos.

Taigi DNR nukleotidai skiriasi tik azoto bazės tipu.

DNR molekulė susideda iš daugybės nukleotidų, sujungtų grandinėje tam tikra seka. Kiekvienas DNR molekulės tipas turi savo nukleotidų skaičių ir seką.

DNR molekulės yra labai ilgos. Pavyzdžiui, norint raidėmis užrašyti nukleotidų seką vienos žmogaus ląstelės (46 chromosomos) DNR molekulėse, reikėtų apie 820 000 puslapių knygos. Keturių tipų nukleotidų kaitaliojimas gali sudaryti begalinį skaičių DNR molekulių variantų. Šios DNR molekulių struktūros ypatybės leidžia saugoti didžiulį kiekį informacijos apie visas organizmų savybes.

1953 metais amerikiečių biologas J. Watsonas ir anglų fizikas F. Crickas sukūrė DNR molekulės struktūros modelį. Mokslininkai išsiaiškino, kad kiekviena DNR molekulė susideda iš dviejų grandinių, tarpusavyje sujungtų ir susuktų spirale. Tai atrodo kaip dviguba spiralė. Kiekvienoje grandinėje tam tikra seka pakaitomis keičiasi keturių tipų nukleotidai.

DNR nukleotidų sudėtis skiriasi įvairiose bakterijų, grybų, augalų ir gyvūnų rūšyse. Tačiau tai nesikeičia su amžiumi ir mažai priklauso nuo aplinkos pokyčių. Nukleotidai yra suporuoti, tai yra, adenino nukleotidų skaičius bet kurioje DNR molekulėje yra lygus timidino nukleotidų skaičiui (A-T), o citozino nukleotidų skaičius yra lygus guanino nukleotidų (C-G) skaičiui. Taip yra dėl to, kad dviejų grandinių sujungimui viena su kita DNR molekulėje galioja tam tikra taisyklė, būtent: vienos grandinės adeninas visada yra sujungtas dviem vandeniliniais ryšiais tik su kitos grandinės timinu, o guaninas - trimis vandeniliniais ryšiais su citozinu, tai yra, vienos molekulės DNR nukleotidų grandinės yra komplementarios, viena kitą papildančios.

Nukleino rūgšties molekulės – DNR ir RNR – sudarytos iš nukleotidų. DNR nukleotidai apima azoto bazę (A, T, G, C), angliavandenių dezoksiribozę ir fosforo rūgšties molekulės liekanas. DNR molekulė yra dviguba spiralė, susidedanti iš dviejų grandinių, sujungtų vandeniliniais ryšiais pagal komplementarumo principą. DNR funkcija yra saugoti paveldimą informaciją.

Visų organizmų ląstelėse yra ATP molekulių – adenozino trifosforo rūgšties. ATP yra universali ląstelių medžiaga, kurios molekulė turi daug energijos turinčių ryšių. ATP molekulė yra vienas unikalus nukleotidas, kuris, kaip ir kiti nukleotidai, susideda iš trijų komponentų: azoto bazės – adenino, angliavandenio – ribozės, tačiau vietoj vienos joje yra trys fosforo rūgšties molekulių liekanos (12 pav.). Paveiksle su piktograma nurodytos jungtys yra turtingos energijos ir yra vadinamos makroerginis. Kiekvienoje ATP molekulėje yra dvi didelės energijos jungtys.

Nutrūkus didelės energijos ryšiui ir fermentų pagalba pašalinus vieną fosforo rūgšties molekulę, išsiskiria 40 kJ/mol energijos, o ATP virsta ADP – adenozino difosforo rūgštimi. Pašalinus kitą fosforo rūgšties molekulę, išsiskiria dar 40 kJ/mol; Susidaro AMP – adenozino monofosforo rūgštis. Šios reakcijos yra grįžtamos, tai yra, AMP gali būti paverstas ADP, ADP - ATP.

ATP molekulės ne tik skaidomos, bet ir sintezuojamos, todėl jų kiekis ląstelėje yra gana pastovus. ATP reikšmė ląstelės gyvenime yra didžiulė. Šios molekulės atlieka pagrindinį vaidmenį energijos apykaitoje, būtinoje ląstelės ir viso organizmo gyvybei užtikrinti.

RNR molekulė dažniausiai yra vienos grandinės, susidedančios iš keturių tipų nukleotidų – A, U, G, C. Yra žinomi trys pagrindiniai RNR tipai: mRNR, rRNR, tRNR. RNR molekulių kiekis ląstelėje nėra pastovus, jos dalyvauja baltymų biosintezėje. ATP yra universali ląstelės energetinė medžiaga, kurioje yra daug energijos turinčių ryšių. ATP vaidina pagrindinį vaidmenį ląstelių energijos apykaitoje. RNR ir ATP yra tiek ląstelės branduolyje, tiek citoplazmoje.

Užduotys ir testai tema „4 tema. „Cheminė ląstelės sudėtis“.

• polimeras, monomeras;
• angliavandeniai, monosacharidai, disacharidai, polisacharidai;
• lipidai, riebalų rūgštys, glicerolis;
• aminorūgštis, peptidinė jungtis, baltymas;
• katalizatorius, fermentas, aktyvi vieta;
• nukleino rūgštis, nukleotidas.

Problemų sprendimo algoritmas.

1 tipas. Savarankiškas DNR kopijavimas.

Viena iš DNR grandinių turi tokią nukleotidų seką:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Kokią nukleotidų seką turi antroji tos pačios molekulės grandinė?

Norint parašyti antrosios DNR molekulės grandinės nukleotidų seką, kai žinoma pirmosios grandinės seka, pakanka timiną pakeisti adeninu, adeniną timinu, guaniną citozinu, citoziną guaninu. Atlikę šį pakeitimą, gauname seką:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

2 tipas. Baltymų kodavimas.

Ribonukleazės baltymo aminorūgščių grandinė turi tokią pradžią: lizinas-glutaminas-treoninas-alaninas-alaninas-alaninas-lizinas...
Kokia nukleotidų seka prasideda šį baltymą atitinkantis genas?

Norėdami tai padaryti, naudokite genetinio kodo lentelę. Kiekvienai aminorūgščiai randame jos kodo pavadinimą atitinkamo nukleotidų trigubo pavidalu ir užrašome. Išdėstę šiuos tripletus vieną po kito ta pačia tvarka kaip ir atitinkamas aminorūgštis, gauname pasiuntinio RNR sekcijos struktūros formulę. Paprastai tokių trynukų yra keli, pasirinkimas daromas pagal jūsų sprendimą (bet paimamas tik vienas iš trynukų). Atitinkamai, gali būti keli sprendimai.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG

Kokia aminorūgščių seka prasideda baltymas, jei jį koduoja tokia nukleotidų seka:
ACCTTCCATGGCCGGT...

Naudodami komplementarumo principą, randame tam tikrame DNR molekulės segmente susidariusios pasiuntinio RNR sekcijos struktūrą:
UGGGGGUACGGGGCA...

Tada kreipiamės į genetinio kodo lentelę ir kiekvienam nukleotidų trigubui, pradedant nuo pirmojo, randame ir užrašome atitinkamą aminorūgštį:
Cisteinas-glicinas-tirozinas-argininas-prolinas-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. „Bendroji biologija“. Maskva, „Švietimas“, 2000 m

• 4 tema. „Cheminė ląstelės sudėtis“. §2-§7 p. 7-21
• 5 tema. "Fotosintezė". §16-17 p. 44-48
• 6 tema. „Ląstelinis kvėpavimas“. §12-13 34-38 p
• 7 tema. „Genetinė informacija“. §14-15 39-44 p

Cheminiai ląstelės elementai

Gyvuose organizmuose nėra nė vieno cheminio elemento, kurio nebūtų negyvosios gamtos kūnuose (tai rodo gyvosios ir negyvosios gamtos bendrumą).
Skirtingos ląstelės apima praktiškai tuos pačius cheminius elementus (tai įrodo gyvosios gamtos vienovę); ir tuo pačiu metu net vieno daugialąsčio organizmo ląstelės, atliekančios skirtingas funkcijas, gali labai skirtis viena nuo kitos chemine sudėtimi.
Iš daugiau nei 115 šiuo metu žinomų elementų ląstelėje rasta apie 80.

Visi elementai, atsižvelgiant į jų kiekį gyvuose organizmuose, yra suskirstyti į tris grupes:

1. makroelementų- kurio kiekis viršija 0,001 % kūno masės.
   98% bet kurios ląstelės masės sudaro keturi elementai (kartais vadinami organogenai): - deguonis (O) - 75%, anglis (C) - 15%, vandenilis (H) - 8%, azotas (N) - 3%. Šie elementai sudaro organinių junginių pagrindą (be to, deguonis ir vandenilis yra dalis vandens, kuris taip pat yra ląstelėje). Maždaug 2% ląstelių masės sudaro dar aštuonias makroelementų: magnis (Mg), natris (Na), kalcis (Ca), geležis (Fe), kalis (K), fosforas (P), chloras (Cl), siera (S);
2. Likę cheminiai elementai ląstelėje yra labai mažais kiekiais: mikroelementai- tie, kurių dalis yra nuo 0,000001% iki 0,001% - boras (B), nikelis (Ni), kobaltas (Co), varis (Cu), molibdenas (Mb), cinkas (Zn) ir kt.;
3. ultramikroelementai- kurių kiekis neviršija 0,000001 % - urano (U), radžio (Ra), aukso (Au), gyvsidabrio (Hg), švino (Pb), cezio (Cs), seleno (Se) ir kt.

Gyvi organizmai geba kaupti tam tikrus cheminius elementus. Pavyzdžiui, kai kurie dumbliai kaupia jodą, vėdrynai – ličio, ančiukai – radžio ir kt.

Ląstelių cheminės medžiagos

Atomų pavidalo elementai yra molekulių dalis neorganinės Ir ekologiškas ląstelių jungtys.

KAM neorganiniai junginiai apima vandenį ir mineralines druskas.

Organiniai junginiai būdingi tik gyviems organizmams, o neorganinių egzistuoja ir negyvojoje gamtoje.

KAM organiniai junginiai Tai apima anglies junginius, kurių molekulinė masė svyruoja nuo 100 iki kelių šimtų tūkstančių.
Anglis yra cheminis gyvybės pagrindas. Jis gali sąveikauti su daugeliu atomų ir jų grupių, sudarydamas grandines ir žiedus, kurie sudaro skirtingos cheminės sudėties, struktūros, ilgio ir formos organinių molekulių skeletą. Jie sudaro sudėtingus cheminius junginius, kurie skiriasi struktūra ir funkcija. Šie organiniai junginiai, sudarantys gyvų organizmų ląsteles, vadinami biologiniai polimerai, arba biopolimerai. Jie sudaro daugiau nei 97% ląstelės sausosios medžiagos.

Kameroje yra apie 70 cheminiai elementai D.I. Mendelejevo periodinėje lentelėje, tačiau šių elementų turinys gerokai skiriasi nuo jų koncentracijos aplinkoje, o tai įrodo organinio pasaulio vienovę.

Ląstelėje esantys cheminiai elementai skirstomi į tris dideles grupes: makroelementai, mezoelementai(oligoelementai) ir mikroelementai.
Turinys makroelementų sudaro apie 98% ląstelės masės. Tai anglis, deguonis, vandenilis ir azotas, kurie yra pagrindinių organinių medžiagų dalis. Mezoelementai- tai siera, fosforas, kalis, kalcis, natris, geležis, magnis, chloras, kurie kartu sudaro apie 1,9% ląstelės masės. Siera ir fosforas yra svarbiausių organinių junginių komponentai. Priskiriami cheminiai elementai, kurių koncentracija ląstelėje yra apie 0,1%. mikroelementai. Tai cinkas, jodas, varis, manganas, fluoras, kobaltas ir kt.
Ląstelių medžiagos skirstomos į neorganines ir organines. KAM neorganinių medžiagų apima vandenį ir mineralines druskas.
Vanduo ląstelėje dėl savo fizikinių ir cheminių savybių yra tirpiklis, terpė reakcijoms, pradinė medžiaga ir cheminių reakcijų produktas, atlieka transportavimo ir termoreguliacijos funkcijas, suteikia ląstelei elastingumo, suteikia augalo ląstelės varomąją jėgą.

Mineralinės druskos ląstelėje gali būti ištirpusios arba neištirpusios. Tirpios druskos disocijuoja į jonus. Svarbiausi katijonai yra kalis ir natris, kurie palengvina medžiagų pernešimą per membraną ir dalyvauja nervinių impulsų atsiradime ir vedime; kalcio, kuris dalyvauja raumenų skaidulų susitraukimo ir kraujo krešėjimo procesuose, magnio, kuris yra chlorofilo dalis, ir geležies, kuri yra daugelio baltymų, įskaitant hemoglobiną, dalis. Cinkas yra kasos hormono – insulino – molekulės dalis, varis reikalingas fotosintezės ir kvėpavimo procesams. Svarbiausi anijonai yra fosfato anijonas, kuris yra ATP ir nukleorūgščių dalis, ir anglies rūgšties liekana, sušvelninanti aplinkos pH svyravimus. Kalcio ir fosforo trūkumas sukelia rachitą, geležies stoką – anemiją.

Organinės medžiagos ląsteles sudaro angliavandeniai, lipidai, baltymai, nukleino rūgštys, ATP, vitaminai ir hormonai.
dalis angliavandenių daugiausia susideda iš trijų cheminių elementų: anglies, deguonies ir vandenilio. Jų bendroji formulė yra C m (H 2 0) n. Yra paprastų ir sudėtingų angliavandenių. Paprastuose angliavandeniuose (monosachariduose) yra viena cukraus molekulė. Jie skirstomi pagal anglies atomų skaičių, pavyzdžiui, pentozė (C5) ir heksozė (C6). Pentozės apima ribozę ir dezoksiribozę. Ribozė yra RNR ir ATP dalis. Dezoksiribozė yra DNR komponentas. Heksozės yra gliukozė, fruktozė, galaktozė ir kt. Jos aktyviai dalyvauja ląstelių metabolizme ir yra sudėtinių angliavandenių – oligosacharidų ir polisacharidų – dalis. Oligosacharidus (disacharidus) sudaro sacharozė (gliukozė + fruktozė), laktozė arba pieno cukrus (gliukozė + galaktozė) ir kt.

Polisacharidų pavyzdžiai yra krakmolas, glikogenas, celiuliozė ir chitinas. Angliavandeniai atlieka plastikines (konstrukcines), energetines (1 g angliavandenių skilimo energetinė vertė 17,6 kJ), kaupimo ir palaikymo funkcijas ląstelėje. Angliavandeniai taip pat gali būti sudėtinių lipidų ir baltymų dalis.
Lipidai– Tai hidrofobinių medžiagų grupė. Tai yra riebalai, vaško steroidai, fosfolipidai ir kt.

Riebalai yra trihidrolio alkoholio glicerolio ir aukštesnių organinių (riebalų) rūgščių esteris. Riebalų molekulėje galima išskirti hidrofilinę dalį - "galvą" (glicerolio likutį) ir hidrofobinę dalį - "uodegas" (riebalų rūgščių likučius), todėl vandenyje riebalų molekulė yra orientuota griežtai apibrėžtu būdu: hidrofilinė dalis nukreipta į vandenį, o hidrofobinė dalis – toliau nuo jo.
Lipidai ląstelėje atlieka plastines (konstrukcines), energetines (1 g riebalų suskaidymo energetinė vertė 38,9 kJ), saugojimo, apsauginę (amortizaciją) ir reguliavimo (steroidiniai hormonai) funkcijas.
Voverės yra biopolimerai, kurių monomerai yra aminorūgštys. Aminorūgštyse yra amino grupė, karboksilo grupė ir radikalas. Aminorūgštys skiriasi tik savo radikalais. Baltymuose yra 20 pagrindinių aminorūgščių. Aminorūgštys yra sujungtos viena su kita, kad sudarytų peptidinį ryšį. Daugiau nei 20 aminorūgščių grandinė vadinama polipeptidu arba baltymu. Baltymai sudaro keturias pagrindines struktūras: pirminę, antrinę, tretinę ir ketvirtinę.
yra aminorūgščių seka, sujungta peptidine jungtimi.

Antrinė struktūra yra spiralė arba sulankstyta struktūra, kurią kartu laiko vandeniliniai ryšiai tarp peptidinių grupių deguonies ir vandenilio atomų, turinčių skirtingus spiralės posūkius arba raukšles. Tretinę struktūrą (globulę) laiko kartu hidrofobiniai, vandenilio, disulfidiniai ir kiti ryšiai.

Tretinė struktūra būdingas daugumai kūno baltymų, pavyzdžiui, raumenų mioglobinui.

Kvarterinė struktūra sudėtingiausias, sudarytas iš kelių polipeptidinių grandinių, sujungtų daugiausia tomis pačiomis jungtimis kaip ir tretinėje. Ketvirtinė struktūra būdinga hemoglobinui, chlorofilui ir kt.
Baltymai gali būti paprastas Ir kompleksas. Paprasti baltymai susideda tik iš aminorūgščių, o sudėtinguose baltymuose (lipoproteinai, chromoproteinai, glikoproteinai, nukleoproteinai ir kt.) yra baltyminių ir nebaltyminių dalių. Pavyzdžiui, be keturių globino baltymo polipeptidinių grandinių, hemoglobine yra ir nebaltyminė dalis – hemas, kurio centre yra geležies jonas, suteikiantis hemoglobinui raudoną spalvą.
Funkcinis baltymų aktyvumas priklauso nuo aplinkos sąlygų. Baltymų molekulės struktūros praradimas iki pirminės struktūros vadinamas denatūracija. Atvirkštinis antrinių ir aukštesniųjų struktūrų atkūrimo procesas yra renatūracija. Visiškas baltymo molekulės sunaikinimas vadinamas sunaikinimu.
Baltymai ląstelėje atlieka keletą funkcijų: plastmasinis(statyba), katalizinis(fermentinis), energijos(1 g baltymo suskaidymo energinė vertė yra 17,6 kJ), signalizacija(receptorius), susitraukiantis(variklis), transporto, apsauginis,reguliavimo, saugojimas.
Nukleino rūgštys yra biopolimerai, kurių monomerai yra nukleotidai. Nukleotidą sudaro azoto bazė, pentozės cukraus liekanos ir ortofosforo rūgšties liekanos. Yra dviejų tipų nukleino rūgštys: ribonukleino rūgštis (RNR) ir dezoksiribonukleino rūgštis (DNR).
DNR apima keturių tipų nukleotidus: adeniną (A), timiną (T), guaniną (G) ir citoziną (C). Šiuose nukleotiduose yra cukraus dezoksiribozės. Chargaff taisyklės DNR yra šios:
1) adenilo nukleotidų skaičius DNR lygus timidilo nukleotidų skaičiui (A = T);
2) guanilo nukleotidų skaičius DNR lygus citidilo nukleotidų skaičiui (G = C);
3) adenilo ir guanilo nukleotidų suma lygi timidilo ir citidilo nukleotidų sumai (A + G = T + C).
DNR struktūrą atrado F. Crickas ir D. Watsonas (1962 m. Nobelio fiziologijos arba medicinos premija). DNR molekulė yra dvigrandė spiralė. Nukleotidai yra sujungti vienas su kitu per fosforo rūgšties likučius, sudarydami fosfodiesterio ryšį, o azoto bazės nukreiptos į vidų. Atstumas tarp nukleotidų grandinėje yra 0,34 nm.
Nukleotidai skirtingos grandinės yra sujungtos viena su kita vandeniliniais ryšiais pagal komplementarumo principą: adeninas su timinu jungiasi dviem vandeniliniais ryšiais (A = T), o guaninas su citozinu – trimis (G = C).

Svarbiausias turtas DNR yra gebėjimas daugintis (savarankiškai pasikartoti). Pagrindinė DNR funkcija yra paveldimos informacijos saugojimas ir perdavimas.

Jis sutelktas branduolyje, mitochondrijose ir plastiduose.
dalis RNR taip pat apima keturis nukleotidus: adeniną (A), uracilą (U), guaniną (G) ir citoziną (C). Pentozės cukraus likutį jame vaizduoja ribozė. RNR dažniausiai yra vienos grandinės molekulės. Yra trys RNR tipai: pasiuntinio RNR (i-RNR), pernešimo RNR (t-RNR) ir ribosomų RNR (r-RNR).

Visi jie aktyviai dalyvauja įgyvendinant paveldimą informaciją, kuri iš DNR perrašoma į i-RNR, o pastarojoje jau vyksta baltymų sintezė, t-RNR baltymų sintezės procese atneša aminorūgštis į ribosomos, r-RNR yra pačių ribosomų dalis.

KSE. 4 tema.

1. Kokie pagrindiniai elementai ir medžiagos sudaro gyvą ląstelę?

Atsižvelgiant į cheminių elementų, įtrauktų į gyvą organizmą sudarančių medžiagų, sudėtį, kiekį, įprasta išskirti keletą atomų grupių. Pirmoji grupė(apie 98% ląstelės masės) sudaro keturi elementai: vandenilis, deguonis, anglis ir azotas. Jie vadinami makroelementais. Tai yra pagrindiniai visų organinių junginių komponentai. Kartu su dviem elementais antroji grupė- siera ir fosforas, kurie yra būtini biologinių polimerų molekulių komponentai (iš graikų polys - daug; meros - dalis) - baltymai ir nukleorūgštys, jie dažnai vadinami bioelementais.

Mažesniais kiekiais ląstelių sudėtyje, be minėtų fosforo ir sieros, yra 6 elementai: kalis ir natris, kalcis ir magnis, geležis ir chloras. Kiekvienas iš jų ląstelėje atlieka svarbią funkciją. Pavyzdžiui, Na, K ir Cl užtikrina ląstelių membranų pralaidumą įvairioms medžiagoms ir impulsų laidumą išilgai nervinės skaidulos. Ca ir P dalyvauja formuojant kaulinio audinio tarpląstelinę medžiagą, lemiančią kaulų stiprumą. Be to, Ca yra vienas iš faktorių, nuo kurių priklauso normalus kraujo krešėjimas. Geležis yra hemoglobino, raudonųjų kraujo kūnelių baltymo, dalyvaujančio deguonies pernešime iš plaučių į audinius, dalis. Galiausiai augalų ląstelėse esantis Mg yra įtrauktas į chlorofilą – pigmentą, lemiantį fotosintezę, o gyvūnams jis yra biologinių katalizatorių – fermentų, dalyvaujančių biocheminėse transformacijose, dalis.

Visi kiti elementai - trečioji grupė(cinko, vario, jodo, fluoro ir kt.) ląstelėje yra labai mažais kiekiais. Jų bendras indėlis į ląstelių masę yra tik 0,02%. Štai kodėl jie vadinami mikroelementais. Tačiau tai nereiškia, kad jų organizmui reikia mažiau nei kitų elementų. Mikroelementai taip pat svarbūs gyvam organizmui, tačiau į jo sudėtį įeina mažesniais kiekiais. Pavyzdžiui, cinkas yra kasos hormono – insulino, dalyvaujančio angliavandenių apykaitos reguliavime, molekulės dalis, o jodas yra būtinas tiroksino – skydliaukės hormono, reguliuojančio viso organizmo medžiagų apykaitą, – komponentas. visuma ir jos augimas vystymosi metu.

Visi išvardyti cheminiai elementai dalyvauja kūno statyboje jonų pavidalu arba tam tikrų junginių – neorganinių ir organinių medžiagų molekulių – dalis.

Neorganinės medžiagos, įtrauktos įląstelių sudėtis

Vanduo. Labiausiai paplitęs neorganinis junginys gyvuose organizmuose yra vanduo. Jo kiekis labai įvairus: danties emalio ląstelėse vandens yra apie 10 proc., o besivystančio embriono ląstelėse – daugiau nei 90 proc. Vidutiniškai daugialąsčiame organizme vanduo sudaro apie 80% kūno svorio.

Vandens vaidmuo ląstelėje yra labai svarbus. Jo funkcijas daugiausia lemia cheminė prigimtis. Molekulių struktūros dipolis lemia vandens gebėjimą aktyviai sąveikauti su įvairiomis medžiagomis. Jo molekulės sukelia daugelio vandenyje tirpių medžiagų skilimą į katijonus ir anijonus. Dėl to jonai greitai patenka į chemines reakcijas. Dauguma cheminių reakcijų apima sąveiką tarp vandenyje tirpių medžiagų.

Taigi dėl molekulių poliškumo ir gebėjimo sudaryti vandenilinius ryšius vanduo yra geras tirpiklis daugeliui neorganinių ir organinių medžiagų. Be to, kaip tirpiklis, vanduo užtikrina medžiagų patekimą į ląstelę ir atliekų pašalinimą iš jos, nes dauguma cheminių junginių gali prasiskverbti į išorinę ląstelės membraną tik ištirpę.

Ne mažiau svarbus ir grynai cheminis vandens vaidmuo. Veikiamas tam tikrų katalizatorių – fermentų – jis įsitraukia į hidrolizės reakcijas, t.y. reakcijas, kurių metu OH – arba H – vandens grupės pridedamos prie įvairių molekulių laisvųjų valentų. Dėl to susidaro naujos, naujų savybių turinčios medžiagos.

Vanduo tam tikru mastu yra šilumos reguliatorius; Dėl gero vandens šilumos laidumo ir didelės šiluminės talpos, kintant aplinkos temperatūrai, temperatūra ląstelės viduje išlieka nepakitusi arba jos svyravimai yra žymiai mažesni nei ląstelę supančioje aplinkoje.

Mineralinės druskos. Dauguma neorganinių ląstelės medžiagų yra druskų pavidalu – arba disocijuotos į jonus, arba kietos būsenos. Tarp pirmųjų didelę reikšmę turi katijonai K -, Na + Ca 2+, kurie suteikia tokią svarbią gyvų organizmų savybę kaip dirglumas. Daugialąsčių gyvūnų audiniuose kalcis yra tarpląstelinio „cemento“ dalis, lemianti ląstelių sukibimą viena su kita ir jų tvarkingą išsidėstymą audiniuose. Ląstelės buferinės savybės priklauso nuo druskų koncentracijos ląstelės viduje.

Buferis vadinamas ląstelės gebėjimu palaikyti pastovią šiek tiek šarminę jos turinio reakciją.

Netirpios mineralinės druskos, tokios kaip kalcio fosfatas, yra kaulinio audinio ir moliuskų kiautų tarpląstelinės medžiagos dalis, užtikrinančios šių darinių tvirtumą.

Organinės medžiagos, sudarančios ląstelę

Organiniai junginiai sudaro vidutiniškai 20-30% gyvo organizmo ląstelių masės. Tai apima biologinius polimerus – baltymus, nukleino rūgštis ir angliavandenius, taip pat riebalus ir daugybę mažų molekulių – hormonus, pigmentus, ATP ir daugelį kitų. Skirtingų tipų ląstelėse yra skirtingi organinių junginių kiekiai. Augalų ląstelėse vyrauja kompleksiniai angliavandeniai – polisacharidai; gyvūnuose yra daugiau baltymų ir riebalų. Tačiau kiekviena organinių medžiagų grupė bet kokio tipo ląstelėje atlieka panašias funkcijas.

Biologiniai polimerai – baltymai. Tarp organinių ląstelių medžiagų baltymai užima pirmąją vietą tiek kiekiu, tiek svarba. Gyvūnams jie sudaro apie 50% sausos ląstelės masės. Žmogaus kūne yra 5 milijonai rūšių baltymų molekulių, kurios skiriasi ne tik viena nuo kitos, bet ir nuo kitų organizmų baltymų. Nepaisant tokios struktūros įvairovės ir sudėtingumo, jie yra pagaminti tik iš 20 skirtingų aminorūgščių. Dviejų aminorūgščių derinys į vieną molekulę vadinamas dipeptidu, trijų aminorūgščių – tripeptidu ir kt., o junginys, susidedantis iš 20 ar daugiau aminorūgščių liekanų, vadinamas polipeptidu.

angliavandeniai, arba sacharidai – organinės medžiagos, kurių bendra formulė C n (H 2 0) m. Daugumos angliavandenių vandens molekulių skaičius atitinka anglies atomų skaičių. Štai kodėl šios medžiagos buvo vadinamos angliavandeniais.

Gyvūnų ląstelėje angliavandenių randama ne daugiau kaip 1-2, kartais 5%. Augalų ląstelės yra turtingiausios angliavandenių, kur jų kiekis kai kuriais atvejais siekia 90% sausos masės (bulvių gumbai, sėklos ir kt.). Angliavandeniai yra paprasti ir sudėtingi.

Paprasti angliavandeniai vadinami monosacharidais. Priklausomai nuo anglies atomų skaičiaus molekulėje, monosacharidai vadinami triozėmis – 3 atomai, tetrozėmis – 4, pentozėmis – 5 arba heksozėmis – 6 anglies atomai. Iš šešių anglies monosacharidų – heksozių – svarbiausi yra gliukozė, fruktozė ir galaktozė. Gliukozės yra kraujyje (0,08-0,12%). Pentozės – ribozė ir dezoksiribozė – yra nukleorūgščių ir ATP dalis.

Jei du monosacharidai yra sujungti vienoje molekulėje, junginys vadinamas disacharidu. Disacharidams priskiriamas maistinis cukrus – sacharozė, gaunama iš cukranendrių ar cukrinių runkelių, susidedanti iš vienos gliukozės ir vienos fruktozės molekulės, ir pieno cukrus, sudarytas iš gliukozės ir galaktozės molekulių.

Sudėtiniai angliavandeniai, susidarantys iš daugelio monosacharidų, vadinami polisacharidais. Polisacharidų, tokių kaip krakmolas, glikogenas ir celiuliozė, monomerai yra gliukozė. Polisacharidai, kaip taisyklė, yra šakotieji polimerai.

Riebalai (lipidai) yra didelės molekulinės masės riebalų rūgščių ir trihidrolio alkoholio glicerolio junginiai. Riebalai netirpsta vandenyje, yra hidrofobiniai (iš graikų kalbos hydor – vanduo ir fobos – baimė). Ląstelėse visada yra kitų sudėtingų hidrofobinių riebalų panašių medžiagų, vadinamų lipoidais.

Riebalai taip pat svarbūs kaip hidrofobinių organinių junginių tirpikliai, reikalingi normaliai biocheminių virsmų organizme eigai.

Biologiškai polimerai yra nukleorūgštys. Nukleino rūgščių reikšmė ląstelėje yra labai didelė. Jų cheminės sandaros ypatumai suteikia galimybę kaupti, perduoti ir paveldėti dukterinėms ląstelėms informaciją apie baltymų molekulių struktūrą, kurios sintetinamos kiekviename audinyje tam tikrame individo vystymosi etape.

Kadangi daugumą savybių ir charakteristikų lemia baltymai, akivaizdu, kad nukleorūgščių stabilumas yra svarbiausia sąlyga normaliam ląstelių ir ištisų organizmų funkcionavimui. Bet kokie nukleino rūgščių struktūros pokyčiai lemia ląstelių struktūros ar jose vykstančių fiziologinių procesų aktyvumo pokyčius, taip paveikiant gyvybingumą.

Nukleino rūgščių struktūros tyrimas, kurį pirmieji nustatė amerikiečių biologas J. Watsonas ir anglų fizikas F. Crickas, yra nepaprastai svarbus norint suprasti organizmų savybių paveldėjimą ir atskirų ląstelių bei ląstelių funkcionavimo modelius. sistemos – audiniai ir organai.

Nukleino rūgštys yra dviejų tipų: DNR ir RNR.

Visi gyvi organizmai susideda iš ląstelių. Augalų ir gyvūnų ląstelių cheminė sudėtis turi daug bendrų bruožų. Augalų ląstelėse yra daugybė cheminių elementų, kurie taip pat gali būti negyvų objektų dalis. Jie dalyvauja įvairiose cheminėse reakcijose, vykstančiose ląstelės viduje. Gyvų organizmų, įskaitant augalus, ląstelių cheminę sudėtį daugiausia sudaro tokie elementai kaip anglis, vandenilis, deguonis ir azotas. Paprastai šie elementai sudaro iki 98% ląstelės masės. Santykinis šių elementų kiekis gyvojoje medžiagoje yra daug didesnis nei žemės plutoje.

Kiti elementai (kalis, kalcis, siera, fosforas, natris, silicis, chloras, geležis, magnis) sudaro dešimtąsias ar šimtąsias procento visos augalo ląstelės masės. Kitų cheminių elementų, pavyzdžiui, cinko, vario, jodo, kiekis gyvame organizme yra dar mažesnis (tūkstančios ir dešimt tūkstantųjų procentų). Cheminiai elementai jungiasi vienas su kitu, sudarydami neorganines ir organines medžiagas.

Organinės medžiagos yra svarbi gyvų organizmų, įskaitant augalus, struktūrinė sudedamoji dalis. Tai yra angliavandeniai, riebalai, baltymai, nukleino rūgštys ir kt. Baltymai yra įvairių ląstelių darinių dalis, reguliuoja gyvybinius procesus ir kaupiasi rezerve. Riebalai nusėda sėklose ir kitose augalo dalyse.

Riebalų svarba ta, kad dėl jų irimo išsiskiria augalo organizmo gyvybei reikalinga energija. Angliavandeniai yra pagrindinė organinių junginių grupė, kurią skaidydami gyvi organizmai gauna savo egzistavimui reikalingą energiją.

Dažniausias kaupiamasis angliavandenis, kuris susidaro augalų ląstelėse dėl fotosintezės, yra krakmolas.

Didžiulis šio junginio kiekis nusėda, pavyzdžiui, bulvių gumbų ar javų sėklų ląstelėse. Kiti angliavandeniai – cukrus – suteikia augalų vaisiams saldų skonį. O toks angliavandenis kaip celiuliozė yra augalų ląstelių sienelių dalis. Nukleino rūgštys atlieka pagrindinį vaidmenį išsaugant paveldimą informaciją ir perduodant ją palikuonims.

Neorganinės medžiagos, esančios augalo ląstelės sudėtyje, yra vanduo ir mineralinės druskos. Vanduo sudaro 60–95% visos ląstelės masės. Vandens dėka ląstelė įgauna reikiamą elastingumą ir formą. Vanduo taip pat dalyvauja medžiagų apykaitoje.

Vanduo užtikrina maistinių medžiagų judėjimą augalo viduje ir atlieka svarbų vaidmenį reguliuojant kūno temperatūrą.

Maždaug 1–1,5% ląstelių masės sudaro mineralinės druskos, įskaitant kalio, natrio ir kalcio druskas.

Didelę reikšmę turi magnio ir geležies druskos, kurios dalyvauja formuojant chlorofilą. Dėl šių elementų trūkumo ar nebuvimo lapai nublanksta ar net praranda žalią spalvą, sutrinka arba sustoja fotosintezės procesai.

Taigi augalo ląstelė yra savotiška „natūrali laboratorija“, kurioje gaminami ir transformuojami įvairūs cheminiai junginiai. Dėl šios priežasties ląstelė laikoma elementariu gyvo organizmo komponentu ir funkciniu vienetu.

Susijusios medžiagos: