Cheminių elementų svarba biologijoje. Cheminiai ląstelės elementai

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

1 lentelė. Turinys cheminiai elementai narve

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 pagrindą - baltymai, angliavandeniai, nukleino rūgštys, taip pat lipidų, be kurių gyvenimas neįmanomas. Siera yra kai kurių baltymų dalis, fosforas yra nukleorūgščių dalis, geležis yra hemoglobino dalis, o magnis yra chlorofilo dalis. Kalcis vaidina svarbus vaidmuo metabolizme.

Kai kurie ląstelėje esantys cheminiai elementai yra įtraukti į organinės medžiagos- mineralinės druskos ir vanduo.

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 – suvartojimas dideli kiekiai energijos kaitinant. Kas lemia didelę vandens šiluminę talpą?

Vandens molekulėje deguonies atomas yra kovalentiškai sujungtas su dviem vandenilio atomais. Vandens molekulė yra polinė, nes deguonies atomas yra iš dalies neigiamas krūvis, ir 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 užtikrina ryšį didelis skaičius vandens molekules. 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 ląstelių medžiagos skirstomos į hidrofilines ir hidrofobines.

Hidrofilinis(iš graikų kalbos hidro- vanduo ir filleo- meilė) vadinamos vandenyje tirpstančiomis medžiagomis. Tai apima joniniai junginiai(pvz., druskos) ir kai kuriuos nejoninius junginius (pvz., cukrų).

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

Vanduo vaidina svarbų vaidmenį ląstelėje vykstančiose cheminėse reakcijose. vandeniniai tirpalai. Jis ištirpina organizmui nereikalingus medžiagų apykaitos produktus ir taip skatina jų pasišalinimą iš organizmo. Puikus turinys vandens narve tai duoda elastingumas. Vanduo skatina judėjimą įvairių medžiagų 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, o apie 25 iš jų – beveik visose ląstelėse. Pagal jų kiekį ląstelėje cheminiai elementai skirstomi į tris didelės grupės: 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. Baltymų molekulės, ląstelėje vykstančių cheminių reakcijų greitį padidinus keliomis eilėmis vadinami fermentai. Nei vienas biocheminis procesas organizme nevyksta be fermentų dalyvavimo.

Šiuo metu yra atrasta daugiau nei 2000 fermentų. Jų veiksmingumas yra daug kartų didesnis nei neorganiniai katalizatoriai naudojamas gamyboje. Taigi 1 mg geležies fermente katalazėje pakeičia 10 tonų neorganinė geležis. 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. Kai substratas sujungiamas su fermentu erdvinė struktūra pasikeičia fermentas.

Fermento ir substrato sąveikos seka gali būti pavaizduota schematiškai:

Substratas + fermentas - Fermentų-substratų 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 veikia tik esant tam tikrai temperatūrai, medžiagų koncentracijai ir aplinkos rūgštingumui. Besikeičiančios sąlygos lemia tretinio ir ketvirtinė struktūra baltymų molekulės, taigi ir fermentų aktyvumo slopinimas. Kaip tai atsitinka? Katalizinis aktyvumas turi tik tam tikrą fermento molekulės dalį, vadinamą 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 nuosavybė fermentai – 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).

Saugomi nukleino rūgštyse paveldima informacija apie kiekvienos ląstelės ir visų gyvų būtybių Žemėje sandarą ir funkcionavimą. Nukleino rūgštys yra dviejų tipų – DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) ir RNR (ribonukleino rūgštis). Nukleino rūgštys, kaip ir baltymai, turi rūšies specifiškumą, tai yra, kiekvienos rūšies organizmai turi savo DNR tipą. Norėdami išsiaiškinti rūšies specifiškumo priežastis, apsvarstykite nukleorūgščių struktūrą.

Nukleino rūgščių molekulės yra labai ilgos grandinės, susidedantis 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 bazė, 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. Gali susidaryti pakaitomis keturių tipų nukleotidai begalinis rinkinys DNR molekulių variantai. 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 nustatė, kad kiekvieną DNR molekulę sudaro dvi tarpusavyje sujungtos ir spirale susuktos grandinės. Tai atrodo kaip dviguba spiralė. Kiekvienoje grandinėje tam tikra seka pakaitomis keičiasi keturių tipų nukleotidai.

DNR nukleotidų sudėtis skiriasi skirtingų tipų bakterijos, grybai, augalai, gyvūnai. Bet tai nesikeičia su amžiumi, mažai priklauso nuo pokyčių aplinką. 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 paklūsta dviejų grandinių jungtis viena su kita DNR molekulėje 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 DNR molekulės nukleotidų grandinės yra komplementarios, papildo viena kitą.

Nukleino rūgšties molekulės – DNR ir RNR – yra 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 apykaitą būtinos 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. Žaidžia ATP centrinis vaidmuo keičiantis energija ląstelėje. 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 dalies 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 susidariusios RNR pasiuntinio sekcijos struktūrą šis segmentas DNR molekulės:
UGCGGGGUACCGGCCCA...

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 p. 39-44

Cheminė ląstelių sudėtis

Makroelementai, jų vaidmuo ląstelėje. Apie 70 D. I. Mendelejevo periodinės elementų sistemos elementų buvo rasta skirtingų organizmų ląstelėse, tačiau tik 24 iš jų turi nusistovėjusią reikšmę ir nuolat randami visų tipų ląstelėse.

Didžiausią ląstelės elementinės sudėties dalį sudaro deguonis, anglis, vandenilis ir azotas. Tai yra vadinamieji pagrindiniai, arba biogeniniai, elementai. Šių elementų atomai sudaro visų ląstelėse esančių organinių medžiagų molekules; jie sudaro daugiau nei 95% ląstelių masės, o santykinis elementų kiekis gyvojoje medžiagoje yra daug didesnis nei žemės plutoje. Prie pagrindinių elementų organinės molekulės taip pat apima fosforą ir sierą.

Be to, gyvybiškai svarbūs yra kalcis, magnis, kalis, natris ir chloras (gyvūnų ląstelėse), kurie į ląstelę patenka jonų pavidalu. Jų kiekis ląstelėje skaičiuojamas procentų dešimtosiomis ir šimtosiomis dalimis. Išvardyti elementai sudaro makroelementų grupę.

Kalcio jonai dalyvauja reguliuojant daugybę ląstelių procesų, įskaitant raumenų susitraukimas ir kitas motorines funkcijas, taip pat kraujo krešėjimą. Netirpios kalcio druskos dalyvauja formuojantis kaulams ir dantims, kalcio karbonatas dalyvauja formuojant moliuskų lukštus ir stiprina kai kurių augalų rūšių ląstelių membranas. Magnio jonų koncentracija yra svarbi ribosomų vientisumui ir funkcijai palaikyti. Be to, magnis yra chlorofilo dalis ir palaiko normalų mitochondrijų funkcionavimą.

Kalio ir natrio jonai dalyvauja palaikant tam tikrą jonų stiprumą ir sukuriant buferinę aplinką, reguliuoja osmosinį slėgį ląstelėje, nustato normalų širdies veiklos ritmą ir užtikrina perdavimą. nervinis impulsas. Chloras anijonų pavidalu dalyvauja kuriant gyvūnų organizmų druskų aplinką (augalams chloras yra mikroelementas), be to, kartais įtraukiamas į organinius junginius.

Mikroelementai, jų vaidmuo ląstelėje. Kiti cheminiai elementai – varis, manganas, geležis, kobaltas, cinkas, taip pat (kai kuriems organizmams) boras, fluoras, chromas, selenas, aliuminis, silicis, molibdenas ir jodas. dideli kiekiai(ne daugiau kaip 0,01 % ląstelės masės). Jie priklauso mikroelementų grupei.

Tam tikro elemento procentinis kiekis organizme jokiu būdu neapibūdina jo svarbos ir būtinumo organizmui laipsnio. Pavyzdžiui, kobaltas yra vitamino B12 dalis, jodas – hormonų tiroksino ir tironino dalis, o varis – fermentų, katalizuojančių redokso procesus, dalis; be to, varis dalyvauja pernešant deguonį moliuskų audiniuose. Geležis yra neatsiejama kompleksų, atliekančių daugybę gyvybiškai svarbių funkcijų, dalis svarbias funkcijas. Tai apima, pavyzdžiui, hemoglobino hemą, kai kuriuos fermentus ir elektronų nešiklius (citochromą C).

Nemažai fermentų, turinčių skirtingą veikimo mechanizmą, turi cinko, mangano, kobalto ir molibdeno jonų.

Silicis randamas diatomės, asiūkliai, kempinės ir moliuskai. Stuburinių gyvūnų kremzlėse ir raiščiuose jo kiekis gali siekti kelias šimtąsias procento dalis.

Boras veikia augalų augimą, fluoras yra dantų ir kaulų emalio dalis.

>> Chemija: cheminiai elementai gyvų organizmų ląstelėse

Medžiagose, kurios sudaro visų gyvų organizmų (žmonių, gyvūnų, augalų) ląsteles, buvo atrasta daugiau nei 70 elementų. Šie elementai paprastai skirstomi į dvi grupes: makroelementus ir mikroelementus.

Makroelementų ląstelėse yra dideli kiekiai. Visų pirma, tai yra anglis, deguonis, azotas ir vandenilis. Kartu jie sudaro beveik 98% viso ląstelės turinio. Be šių elementų, makroelementai taip pat yra magnis, kalis, kalcis, natris, fosforas, siera ir chloras. Bendras jų kiekis yra 1,9%. Taigi kitų cheminių elementų dalis sudaro apie 0,1%. Tai yra mikroelementai. Tai geležis, cinkas, manganas, boras, varis, jodas, kobaltas, bromas, fluoras, aliuminis ir kt.

Žinduolių piene buvo rasti 23 mikroelementai: ličio, rubidžio, vario, sidabro, bario, stroncio, titano, arseno, vanadžio, chromo, molibdeno, jodo, fluoro, mangano, geležies, kobalto, nikelio ir kt.

Žinduolių kraujyje yra 24 mikroelementai, o žmogaus smegenyse – 18 mikroelementų.

Kaip matote, ląstelėje nėra ypatingų elementų, būdingų tik gyvajai gamtai, t.y. atominiame lygmenyje yra skirtumų tarp gyvosios ir negyvoji gamta Nr. Šie skirtumai aptinkami tik lygiu sudėtingos medžiagos- įjungta molekulinis lygis. Taigi, kartu su neorganinių medžiagų(vanduo ir mineralinės druskos) gyvų organizmų ląstelėse yra tik jiems būdingų medžiagų – organinių medžiagų (baltymai, riebalai, angliavandeniai, nukleino rūgštys, vitaminai, hormonai ir kt.). Šios medžiagos daugiausia sudarytos iš anglies, vandenilio, deguonies ir azoto, t. y. iš makroelementų. Mikroelementų šiose medžiagose yra nedideliais kiekiais, tačiau jų vaidmuo normaliam organizmų funkcionavimui yra milžiniškas. Pavyzdžiui, boro, mangano, cinko, kobalto junginiai smarkiai padidina atskirų žemės ūkio augalų derlių ir padidina jų atsparumą įvairioms ligoms.

Žmonės ir gyvūnai normaliam gyvenimui reikalingus mikroelementus gauna per augalus, kuriuos valgo. Jei maiste nėra pakankamai mangano, galimas augimo sulėtėjimas, vėlyvas brendimas, medžiagų apykaitos sutrikimai formuojantis skeletui. Į kasdienį gyvūnų racioną įdėjus miligramo mangano druskų frakcijas, šios ligos pašalinamos.

Kobaltas yra vitamino B12, atsakingo už kraują formuojančių organų veiklą, dalis. Kobalto trūkumas maiste dažnai sukelia sunkias ligas, kurios veda prie organizmo išsekimo ir net mirties.

Mikroelementų svarba žmogui pirmą kartą atsiskleidė tiriant tokią ligą kaip endeminė gūžys, kurią sukėlė jodo trūkumas maiste ir vandenyje. Vartojant druską, kurioje yra jodo, pasveikstama, o įdėjus jos į maistą nedideliais kiekiais išvengiama ligų. Tam tikslui jodinama valgomoji druska, į kurią įdedama 0,001-0,01 % kalio jodido.

Dauguma biologinių fermentų katalizatorių yra cinkas, molibdenas ir kai kurie kiti metalai. Šie elementai, esantys labai mažais kiekiais gyvų organizmų ląstelėse, užtikrina normalų geriausių biocheminių mechanizmų veikimą ir yra tikri gyvybinių procesų reguliatoriai.

Daugybė mikroelementų yra vitaminuose – įvairiose organinėse medžiagose cheminė prigimtis, kurios su maistu į organizmą patenka nedidelėmis dozėmis ir turi didelę įtaką apie medžiagų apykaitą ir bendrą organizmo funkcionavimą. Savaip biologinis poveikis jie artimi fermentams, bet fermentus formuoja organizmo ląstelės, o vitaminai dažniausiai gaunami su maistu. Vitaminų šaltiniai yra augalai: citrusiniai vaisiai, erškėtuogės, petražolės, svogūnai, česnakai ir daugelis kitų. Kai kurie vitaminai – A, B1, B2, K – gaunami sintetiniu būdu. Vitaminai savo pavadinimą gavo iš dviejų žodžių: vita – gyvybė ir aminas – turintis azoto.

Mikroelementai taip pat yra hormonų dalis – biologiškai veikliosios medžiagos reguliuojančių žmonių ir gyvūnų organų ir organų sistemų veiklą. Jie paima savo vardą iš Graikiškas žodis Harmao – aš laimiu. Hormonus gamina liaukos vidinė sekrecija ir patenka į kraują, kuris perneša juos po visą kūną. Kai kurie hormonai gaunami sintetiniu būdu.

1. Makroelementai ir mikroelementai.

2. Mikroelementų vaidmuo augalų, gyvūnų ir žmonių gyvenime.

3. Organinės medžiagos: baltymai, riebalai, angliavandeniai.

4. Fermentai.

5. Vitaminai.

6. Hormonai.

Kokiame cheminio elemento egzistavimo formų lygyje prasideda skirtumas tarp gyvosios ir negyvosios gamtos?

Kodėl atskiri makroelementai dar vadinami biogeniniais? Išvardykite juos.

Elementari kūno sudėtis

Autorius cheminė sudėtis skirtingų organizmų ląstelės gali labai skirtis, tačiau jos susideda iš identiški elementai. Ląstelėse rasta apie 70 elementų periodinė lentelė DI. Mendelejevas, bet tik 24 iš jų turi svarbu ir nuolat aptinkami gyvuose organizmuose.

Makroelementai – deguonis, angliavandeniliai, vandenilis, azotas – yra organinių medžiagų molekulių dalis. Į makroelementus pastaruoju metu yra kalis, natris, kalcis, siera, fosforas, magnis, geležis, chloras. Jų kiekis ląstelėje yra dešimtosios ir šimtosios procentų dalys.

Magnis yra chlorofilo dalis; geležis - hemoglobinas; fosforas – kaulinis audinys, nukleorūgštys; kalcis – kauluose, vėžliuose, siera – baltymų sudėtyje; kalio, natrio ir chloro jonai dalyvauja keičiant ląstelės membranos potencialą.

Mikroelementai ląstelėje yra pavaizduotos šimtosios ir tūkstantosios procentų dalys. Tai cinkas, varis, jodas, fluoras, molibdenas, boras ir kt.

Mikroelementai yra fermentų, hormonų ir pigmentų dalis.

Ultramikroelementai – elementai, kurių kiekis langelyje neviršija 0,000001%. Tai uranas, auksas, gyvsidabris, cezis ir kt.

Vanduo ir jo biologinė reikšmė

Vanduo kiekybiškai užima tarp cheminiai junginiai pirmoji vieta visose ląstelėse. Priklausomai nuo ląstelių tipo, jie funkcinė būklė, organizmo tipas ir sąlygos, kuriomis jis randamas, jo kiekis ląstelėse labai skiriasi.

Kaulų ląstelėse vandens yra ne daugiau kaip 20%, riebaliniame audinyje - apie 40%, raumenų ląstelėse - 76%, o vaisiaus ląstelėse - daugiau nei 90%.

1 pastaba

Bet kurio organizmo ląstelėse vandens kiekis pastebimai mažėja su amžiumi.

Taigi daroma išvada, kad kuo didesnis viso organizmo ir kiekvienos ląstelės funkcinis aktyvumas atskirai, tuo didesnis jose vandens kiekis ir atvirkščiai.

2 pastaba

Būtina ląstelių gyvybinės veiklos sąlyga yra vandens buvimas. Tai pagrindinė citoplazmos dalis, palaiko jos struktūrą ir koloidų, sudarančių citoplazmą, stabilumą.

Vandens vaidmenį ląstelėje lemia jo cheminės ir struktūrinės savybės. Taip yra visų pirma dėl mažo molekulių dydžio, jų poliškumo ir galimybės prisijungti naudojant vandenilinius ryšius.

Vandenilio ryšius sudaro vandenilio atomai, sujungti su elektronegatyviu atomu (dažniausiai deguonimi arba azotu). Tokiu atveju vandenilio atomas įgauna tokį didelį teigiamą krūvį, kad gali sudaryti naują ryšį su kitu elektronegatyviu atomu (deguonimi arba azotu). Vandens molekulės, kurių vienas galas turi teigiamą krūvį, o kitas – neigiamą, taip pat jungiasi viena su kita. Tokia molekulė vadinama dipolis. Labiau elektronegatyvus vienos vandens molekulės deguonies atomas pritraukiamas kitos molekulės teigiamai įkrautas vandenilio atomas, kad susidarytų vandenilio jungtis.

Dėl to, kad vandens molekulės yra polinės ir gali sudaryti vandenilinius ryšius, vanduo yra puikus tirpiklis polinėms medžiagoms, vadinamoms. hidrofilinis. Tai joniniai junginiai, kuriuose įelektrintos dalelės (jonai) vandenyje disocijuoja (atsiskiria), kai medžiaga (druska) ištirpsta. Kai kurie nejoniniai junginiai turi tą patį gebėjimą, kurių molekulėje yra įkrautų (polinių) grupių (cukruose, aminorūgštyse, paprasti alkoholiai tai OH grupės). Medžiagos, susidedančios iš nepolinių molekulių (lipidų), praktiškai netirpsta vandenyje, tai yra hidrofobai.

Kai medžiaga patenka į tirpalą, jos struktūrinės dalelės (molekulės arba jonai) gali judėti laisviau ir atitinkamai reaktyvumas medžiagų. Dėl šios priežasties vanduo yra pagrindinė terpė, kurioje vyksta daugiausia cheminių reakcijų. Be to, visos redokso reakcijos ir hidrolizės reakcijos vyksta tiesioginis dalyvavimas vandens.

Vanduo turi didžiausią savitąją šilumą iš visų žinomų medžiagų. Tai reiškia, kad žymiai padidėjus šiluminei energijai vandens temperatūra pakyla palyginti nedaug. Taip yra dėl naudojimo reikšminga sumaši energija, skirta vandeniliniams ryšiams nutraukti, ribojantiems vandens molekulių judrumą.

Dėl didelės šiluminės talpos vanduo tarnauja kaip augalų ir gyvūnų audinių apsauga nuo stiprių ir greitas skatinimas temperatūra, o didelė garavimo šiluma yra patikimo kūno temperatūros stabilizavimo pagrindas. Didelis energijos kiekis vandeniui išgarinti reikalingas dėl to, kad tarp jo molekulių yra vandenilio ryšiai. Ši energija gaunama iš aplinkos, todėl garavimą lydi aušinimas. Šis procesas gali būti stebimas prakaitavimo metu, šunų terminio dusulio atveju, jis taip pat svarbus aušinant augalų pernešamus organus, ypač dykumos sąlygomis ir sausų stepių sąlygomis bei sausros periodais kituose regionuose.

Vanduo turi tą patį didelis šilumos laidumas kas yra numatyta vienodas paskirstymasšiluma visame kūne. Taigi nėra vietinių „karštų taškų“, galinčių pakenkti ląstelių elementams, rizikos. Taigi jis yra aukštas specifinė šiluma ir didelis skysčio šilumos laidumas daro vandenį idealia terpe optimaliam palaikyti terminis režimas kūno.

Vandeniui būdingas aukštas paviršiaus įtempimas. Ši savybė labai svarbi adsorbcijos procesams, tirpalų judėjimui per audinius (kraujo cirkuliacijai, judėjimui aukštyn ir žemyn per augalą ir kt.).

Vanduo naudojamas kaip deguonies ir vandenilio šaltinis, kurie išsiskiria šviesioje fotosintezės fazėje.

Į svarbius fiziologines savybes vanduo reiškia jo gebėjimą ištirpinti dujas ($O_2$, $CO_2$ ir kt.). Be to, vanduo kaip tirpiklis dalyvauja osmoso procese, kuris atlieka svarbų vaidmenį ląstelių ir kūno gyvenime.

Angliavandenilių savybės ir jų biologinis vaidmuo

Jei neatsižvelgsime į vandenį, tai galime pasakyti dauguma ląstelių molekulės priklauso angliavandenilių, vadinamųjų organinių, junginiams.

3 pastaba

Angliavandenis, turintis unikalų cheminiai gebėjimai gyvybės pagrindas, yra jo cheminis pagrindas.

Dėl mažo dydžio ir keturių elektronų išoriniame apvalkale angliavandenilio atomas gali sudaryti keturis stiprius kovalentinius ryšius su kitais atomais.

Svarbiausias yra angliavandenilių atomų gebėjimas susijungti ir sudaryti grandines, žiedus ir galiausiai didelių, sudėtingų organinių molekulių skeletą.

Be to, lengvai susidaro angliavandeniliai kovalentiniai ryšiai su kitomis maistinėmis medžiagomis (dažniausiai $H, Mg, P, O, S$). Tai paaiškina, kad egzistuoja astronominis įvairių organinių junginių kiekis, užtikrinantis gyvų organizmų egzistavimą visomis jo apraiškomis. Jų įvairovė pasireiškia molekulių sandara ir dydžiu, jų cheminės savybės, anglies karkaso prisotinimo laipsnis ir įvairių formų molekulių, kurią lemia intramolekulinių ryšių kampai.

Biopolimerai

Tai didelės molekulinės masės ( molekulinė masė 103 – 109) organiniai junginiai, kurių makromolekulės susideda iš daugybės pasikartojančių vienetų – monomerų.

Biopolimerams priskiriami baltymai, nukleino rūgštys, polisacharidai ir jų dariniai (krakmolas, glikogenas, celiuliozė, hemiceliuliozė, pektinas, chitinas ir kt.). Jų monomerai yra atitinkamai aminorūgštys, nukleotidai ir monosacharidai.

4 pastaba

Apie 90 % sausos ląstelės masės sudaro biopolimerai: augaluose vyrauja polisacharidai, o gyvūnuose – baltymai.

1 pavyzdys

Bakterijų ląstelėje yra apie 3 tūkstančius rūšių baltymų ir 1 tūkstantis nukleorūgščių, o žmogaus organizme baltymų yra 5 mln.

Biopolimerai ne tik susidaro struktūrinis pagrindas gyvi organizmai, bet taip pat atlieka svarbų vaidmenį gyvybiniuose procesuose.

Struktūrinis biopolimerų pagrindas yra linijinės (baltymai, nukleorūgštys, celiuliozė) arba šakotos (glikogeno) grandinės.

O nukleino rūgštys, imuninės reakcijos, metabolinės reakcijos – ir atliekamos dėl biopolimerų kompleksų susidarymo ir kitų biopolimerų savybių.