Kimyasal elementlerin biyolojideki önemi. Hücrenin kimyasal elementleri

Organizmalar hücrelerden oluşur. Farklı organizmaların hücreleri benzer kimyasal bileşimlere sahiptir. Tablo 1, canlı organizmaların hücrelerinde bulunan ana kimyasal elementleri sunmaktadır.

Tablo 1. İçindekiler kimyasal elementler bir kafeste

Hücredeki içeriğe bağlı olarak üç grup öğe ayırt edilebilir. Birinci grup oksijen, karbon, hidrojen ve nitrojeni içerir. Hücrenin toplam bileşiminin neredeyse %98'ini oluştururlar. İkinci grup potasyum, sodyum, kalsiyum, kükürt, fosfor, magnezyum, demir, kloru içerir. Hücredeki içerikleri yüzde onda biri ve yüzde biri kadardır. Bu iki grubun elemanları şu şekilde sınıflandırılır: makro besinler(Yunanca'dan makro- büyük).

Hücrede yüzde biri ve binde biri oranında temsil edilen geri kalan elementler üçüncü gruba dahildir. Bu mikro elementler(Yunanca'dan mikro- küçük).

Hücrede canlı doğaya özgü hiçbir unsura rastlanmadı. Listelenen kimyasal elementlerin tümü aynı zamanda cansız doğanın bir parçasıdır. Bu canlı ve cansız doğanın birliğini gösterir.

Herhangi bir elementin eksikliği, her elementin belirli bir rol oynaması nedeniyle hastalığa ve hatta vücudun ölümüne yol açabilir. Birinci grubun makro elementleri biyopolimerlerin temelini oluşturur - proteinler, karbonhidratlar, nükleik asitler ve onsuz hayatın imkansız olduğu lipitler. Kükürt bazı proteinlerin bir parçasıdır, fosfor nükleik asitlerin bir parçasıdır, demir hemoglobinin bir parçasıdır ve magnezyum klorofilin bir parçasıdır. Kalsiyum oynar önemli rol metabolizmada.

Hücrenin içerdiği kimyasal elementlerin bir kısmı organik madde- mineral tuzları ve su.

Mineral tuzları hücrede kural olarak katyonlar (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) ve anyonlar (HPO 2-/4, H2PO -/4, CI -, HCO) formunda bulunur 3), oranı hücrelerin yaşamı için önemli olan ortamın asitliğini belirler.

(Birçok hücrede ortam hafif alkalindir ve belirli bir katyon ve anyon oranı sürekli olarak muhafaza edildiğinden pH'ı neredeyse değişmez.)

Canlı doğadaki inorganik maddelerden büyük rol oynar su.

Su olmadan hayat imkansızdır. Çoğu hücrenin önemli bir kütlesini oluşturur. Beyin hücrelerinde ve insan embriyosunda çok fazla su bulunur: %80'den fazlası su; yağ dokusu hücrelerinde - sadece% 40. Yaşlandıkça hücrelerdeki su içeriği azalır. Suyun %20'sini kaybeden kişi ölür.

Suyun benzersiz özellikleri vücuttaki rolünü belirler. Su tüketiminin yüksek ısı kapasitesinden kaynaklanan termoregülasyonda rol oynar. büyük miktarısıtıldığında enerji. Suyun yüksek ısı kapasitesini ne belirler?

Bir su molekülünde bir oksijen atomu iki hidrojen atomuna kovalent bağla bağlıdır. Su molekülü polardır çünkü oksijen atomu kısmen negatif yük ve iki hidrojen atomunun her biri

Kısmen pozitif yük. Bir su molekülünün oksijen atomu ile başka bir molekülün hidrojen atomu arasında bir hidrojen bağı oluşur. Hidrojen bağları bağlantıyı sağlar büyük sayı su molekülleri. Su ısıtıldığında enerjinin önemli bir kısmı, yüksek ısı kapasitesini belirleyen hidrojen bağlarının kırılmasına harcanır.

Su - iyi çözücü. Polariteleri nedeniyle molekülleri pozitif ve negatif yüklü iyonlarla etkileşime girerek maddenin çözünmesini teşvik eder. Su ile ilgili olarak, tüm hücre maddeleri hidrofilik ve hidrofobik olarak ikiye ayrılır.

Hidrofilik(Yunanca'dan hidro- su ve evlat- aşk) suda çözünen maddelere denir. Bunlar şunları içerir: iyonik bileşikler(örneğin tuzlar) ve bazı iyonik olmayan bileşikler (örneğin şekerler).

Hidrofobik(Yunanca'dan hidro- su ve Phobos- korku) suda çözünmeyen maddelerdir. Bunlar arasında örneğin lipitler bulunur.

Su, hücrede meydana gelen kimyasal reaksiyonlarda önemli bir rol oynar. sulu çözeltiler. Vücudun ihtiyaç duymadığı metabolik ürünleri çözer ve böylece vücuttan atılmasını teşvik eder. Harika içerik kafesteki su bunu veriyor esneklik. Su hareketi teşvik eder çeşitli maddeler Bir hücrenin içinde veya hücreden hücreye.

Canlı ve cansız doğanın bedenleri aynı kimyasal elementlerden oluşur. Canlı organizmalar inorganik maddeler içerir - su ve mineral tuzları. Suyun bir hücredeki hayati öneme sahip çok sayıda işlevi, moleküllerinin özelliklerine göre belirlenir: polariteleri, hidrojen bağları oluşturma yetenekleri.

HÜCRENİN İNORGANİK BİLEŞENLERİ

Canlı organizmaların hücrelerinde yaklaşık 90 element bulunur ve bunların yaklaşık 25'i hemen hemen tüm hücrelerde bulunur. Kimyasal elementler hücredeki içeriklerine göre üçe ayrılır: büyük gruplar: makro elementler (%99), mikro elementler (%1), ultramikro elementler (%0,001'den az).

Makro elementler arasında oksijen, karbon, hidrojen, fosfor, potasyum, kükürt, klor, kalsiyum, magnezyum, sodyum, demir bulunur.
Mikro elementler arasında manganez, bakır, çinko, iyot, flor bulunur.
Ultramikro elementler arasında gümüş, altın, brom ve selenyum bulunur.

HÜCRELERİN ORGANİK BİLEŞENLERİ

Enzimler.

Proteinlerin en önemli işlevi katalitiktir. Protein molekülleri Bir hücredeki kimyasal reaksiyonların hızının birkaç kat arttırılmasına denir. enzimler. Enzimlerin katılımı olmadan vücutta tek bir biyokimyasal süreç gerçekleşmez.

Şu anda 2000'den fazla enzim keşfedilmiştir. Etkinliği, diğerlerinden kat kat daha yüksektir. inorganik katalizörlerüretimde kullanılır. Böylece katalaz enzimindeki 1 mg demir, 10 ton demirin yerini alır. inorganik demir. Katalaz, hidrojen peroksitin (H 2 O 2) ayrışma hızını 10 11 kat artırır. Karbonik asit oluşumu reaksiyonunu (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) katalize eden enzim, reaksiyonu 10 7 kat hızlandırır.

Enzimlerin önemli bir özelliği, eylemlerinin özgüllüğüdür; her enzim, yalnızca bir veya küçük bir grup benzer reaksiyonu katalize eder.

Enzimin etki ettiği maddeye denir alt tabaka. Enzim ve substrat moleküllerinin yapıları birbirine tam olarak uymalıdır. Bu, enzimlerin etkisinin özgüllüğünü açıklar. Bir substrat bir enzimle birleştiğinde mekansal yapı enzim değişir.

Enzim ve substrat arasındaki etkileşim dizisi şematik olarak gösterilebilir:

Substrat+Enzim - Enzim-substrat kompleksi- Enzim+Ürün.

Diyagram, substratın enzim ile birleşerek bir enzim-substrat kompleksi oluşturduğunu göstermektedir. Bu durumda, substrat yeni bir maddeye, bir ürüne dönüştürülür. Son aşamada enzim üründen salınır ve tekrar başka bir substrat molekülü ile etkileşime girer.

Enzimler yalnızca belirli bir sıcaklıkta, madde konsantrasyonunda ve ortamın asitliğinde çalışır. Değişen koşullar üçüncül ve dördüncül yapı protein molekülü ve sonuç olarak enzim aktivitesinin baskılanması. Bu nasıl oluyor? Katalitik aktivite adı verilen enzim molekülünün yalnızca belirli bir kısmına sahiptir. aktif merkez. Aktif merkez 3 ila 12 amino asit kalıntısı içerir ve polipeptit zincirinin bükülmesi sonucu oluşur.

Çeşitli faktörlerin etkisi altında enzim molekülünün yapısı değişir. Bu durumda aktif merkezin mekansal konfigürasyonu bozulur ve enzim aktivitesini kaybeder.

Enzimler biyolojik katalizör görevi gören proteinlerdir. Enzimler sayesinde hücrelerdeki kimyasal reaksiyonların hızı birkaç kat artar. Önemli özellik enzimler - belirli koşullar altında eylemin özgüllüğü.

Nükleik asitler.

Nükleik asitler 19. yüzyılın ikinci yarısında keşfedildi. Hücre çekirdeğinden yüksek miktarda nitrojen ve fosfor içeren bir maddeyi izole eden ve buna “nüklein” adını veren İsviçreli biyokimyacı F. Miescher (lat. çekirdek- çekirdek).

Nükleik asitlerde depolanır kalıtsal bilgi Dünyadaki her hücrenin ve tüm canlıların yapısı ve işleyişi hakkında. İki tür nükleik asit vardır - DNA (deoksiribonükleik asit) ve RNA (ribonükleik asit). Nükleik asitlerin de proteinler gibi tür özgüllüğü vardır, yani her türün organizmaları kendi DNA türüne sahiptir. Tür spesifikliğinin nedenlerini bulmak için nükleik asitlerin yapısını düşünün.

Nükleik asit molekülleri çok uzun zincirler yüzlerce, hatta milyonlarca nükleotitten oluşur. Herhangi bir nükleik asit yalnızca dört tip nükleotit içerir. Nükleik asit moleküllerinin fonksiyonları, yapılarına, içerdikleri nükleotidlere, zincirdeki sayılarına ve bileşiğin molekül içindeki sırasına bağlıdır.

Her nükleotid üç bileşenden oluşur: azotlu baz, karbonhidrat ve fosforik asit. Her bir DNA nükleotidi, dört tip azotlu bazdan birini (adenin - A, timin - T, guanin - G veya sitozin - C) ve ayrıca deoksiriboz karbonu ve bir fosforik asit kalıntısını içerir.

Bu nedenle, DNA nükleotidleri yalnızca azotlu bazın türünde farklılık gösterir.

DNA molekülü, bir zincire belirli bir sırayla bağlanan çok sayıda nükleotitten oluşur. Her DNA molekülü tipinin kendine ait nükleotid sayısı ve dizisi vardır.

DNA molekülleri çok uzundur. Örneğin, bir insan hücresindeki (46 kromozom) DNA moleküllerindeki nükleotid dizisini harflerle yazmak için yaklaşık 820.000 sayfalık bir kitap gerekir. Alternatif dört tip nükleotid oluşabilir sonsuz küme DNA moleküllerinin çeşitleri. DNA moleküllerinin bu yapısal özellikleri, organizmaların tüm özellikleri hakkında büyük miktarda bilgi depolamalarına olanak tanır.

1953 yılında Amerikalı biyolog J. Watson ve İngiliz fizikçi F. Crick, DNA molekülünün yapısının bir modelini oluşturdular. Bilim adamları, her DNA molekülünün birbirine bağlı ve spiral olarak bükülmüş iki zincirden oluştuğunu bulmuşlardır. Çift sarmal gibi görünüyor. Her zincirde dört tip nükleotid belirli bir sırayla değişir.

DNA'nın nükleotid bileşimi kişiden kişiye değişir. farklı türler bakteriler, mantarlar, bitkiler, hayvanlar. Ancak yaşla değişmez, değişikliklere çok az bağlıdır çevre. Nükleotidler eşleştirilmiştir, yani herhangi bir DNA molekülündeki adenin nükleotidlerinin sayısı, timidin nükleotidlerinin (A-T) sayısına eşittir ve sitozin nükleotidlerinin sayısı, guanin nükleotidlerinin (C-G) sayısına eşittir. Bunun nedeni, bir DNA molekülünde iki zincirin birbirine bağlanmasının kurallara uymasıdır. belli bir kural, yani: bir zincirin adenini her zaman yalnızca diğer zincirin Timini ile iki hidrojen bağıyla bağlanır ve guanin - sitozinle üç hidrojen bağıyla bağlanır, yani bir DNA molekülünün nükleotid zincirleri tamamlayıcıdır, birbirini tamamlar.

Nükleik asit molekülleri (DNA ve RNA) nükleotidlerden oluşur. DNA nükleotidleri arasında nitrojenli bir baz (A, T, G, C), karbonhidrat deoksiriboz ve bir fosforik asit molekülü kalıntısı bulunur. DNA molekülü, tamamlayıcılık ilkesine göre hidrojen bağlarıyla birbirine bağlanan iki zincirden oluşan bir çift sarmaldır. DNA'nın işlevi kalıtsal bilgiyi depolamaktır.

Tüm organizmaların hücreleri ATP - adenosin trifosforik asit moleküllerini içerir. ATP, molekülü enerji açısından zengin bağlara sahip olan evrensel bir hücre maddesidir. ATP molekülü, diğer nükleotidler gibi üç bileşenden oluşan benzersiz bir nükleotiddir: azotlu bir baz - adenin, bir karbonhidrat - riboz, ancak bir yerine üç fosforik asit molekülü kalıntısı içerir (Şekil 12). Şekilde simgeyle gösterilen bağlantılar enerji açısından zengindir ve denir. makroerjik. Her ATP molekülü iki yüksek enerjili bağ içerir.

Yüksek enerjili bir bağ kopup, enzimlerin yardımıyla bir molekül fosforik asit uzaklaştırıldığında, 40 kJ/mol enerji açığa çıkar ve ATP, ADP - adenozin difosforik asite dönüştürülür. Başka bir fosforik asit molekülü çıkarıldığında, başka bir 40 kJ/mol açığa çıkar; AMP oluşur - adenozin monofosforik asit. Bu reaksiyonlar tersine çevrilebilir, yani AMP ADP'ye, ADP ATP'ye dönüştürülebilir.

ATP molekülleri yalnızca parçalanmakla kalmaz, aynı zamanda sentezlenir, dolayısıyla hücredeki içerikleri nispeten sabittir. ATP'nin hücre yaşamındaki önemi çok büyüktür. Bu moleküller önemli bir rol oynamaktadır. enerji metabolizması hücrenin ve organizmanın bir bütün olarak yaşamını sağlamak için gereklidir.

Bir RNA molekülü genellikle dört tip nükleotidden oluşan tek bir zincirdir - A, U, G, C. Üç ana RNA türü bilinmektedir: mRNA, rRNA, tRNA. Bir hücredeki RNA moleküllerinin içeriği sabit değildir; protein biyosentezine katılırlar. ATP, enerji açısından zengin bağlar içeren hücrenin evrensel bir enerji maddesidir. ATP oyunları merkezi rol Hücredeki enerji alışverişinde. RNA ve ATP hücrenin hem çekirdeğinde hem de sitoplazmasında bulunur.

"Konu 4. "Hücrenin kimyasal bileşimi" konulu görevler ve testler.

• polimer, monomer;
• karbonhidrat, monosakarit, disakkarit, polisakkarit;
• lipit, yağ asidi, gliserol;
• amino asit, peptid bağı, protein;
• katalizör, enzim, aktif bölge;
• nükleik asit, nükleotid.

Sorunları çözmek için algoritma.

Tip 1. DNA'nın kendi kendine kopyalanması.

DNA zincirlerinden biri aşağıdaki nükleotid dizisine sahiptir:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Aynı molekülün ikinci zinciri hangi nükleotid dizisine sahiptir?

Bir DNA molekülünün ikinci ipliğinin nükleotit dizisini yazmak için, birinci ipliğin dizisi bilindiğinde, timin yerine adenin, adenin yerine timin, guanin yerine sitozin ve sitozin yerine guanin koymak yeterlidir. Bu değişimi yaptıktan sonra şu sırayı elde ederiz:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

Tip 2. Protein kodlaması.

Ribonükleaz proteininin amino asit zinciri şu başlangıca sahiptir: lizin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lisin...
Bu proteine ​​karşılık gelen gen hangi nükleotid dizisiyle başlıyor?

Bunu yapmak için genetik kod tablosunu kullanın. Her amino asit için, kod tanımını karşılık gelen üçlü nükleotid formunda bulup yazıyoruz. Bu üçlüleri karşılık gelen amino asitlerle aynı sıraya göre birbiri ardına düzenleyerek haberci RNA'nın bir bölümünün yapısının formülünü elde ederiz. Kural olarak, bu tür birkaç üçlü vardır, seçim sizin kararınıza göre yapılır (ancak üçüzlerden yalnızca biri alınır). Buna göre birkaç çözüm olabilir.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG

Bir protein aşağıdaki nükleotid dizisi tarafından kodlanıyorsa hangi amino asit dizisiyle başlar:
ACCTTCCATGGCCGGT...

Tamamlayıcılık ilkesini kullanarak, mesajcı RNA'nın bir bölümünün yapısını buluyoruz. bu bölüm DNA molekülleri:
UGCGGGGUACCGGCCCA...

Daha sonra genetik kod tablosuna dönüyoruz ve her bir nükleotid üçlüsü için, ilkinden başlayarak karşılık gelen amino asidi bulup yazıyoruz:
Sistein-glisin-tirozin-arginin-prolin-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. " Genel biyoloji". Moskova, "Aydınlanma", 2000

• Konu 4. "Hücrenin kimyasal bileşimi." §2-§7 s. 7-21
• Konu 5. "Fotosentez." §16-17 s. 44-48
• Konu 6. "Hücresel solunum." §12-13 s. 34-38
• Konu 7." Genetik bilgi"§14-15 s. 39-44

Hücrelerin kimyasal bileşimi

Makroelementler, hücredeki rolleri. D.I. Mendeleev'in periyodik element sisteminin yaklaşık 70 elementi farklı organizmaların hücrelerinde bulundu, ancak bunlardan yalnızca 24'ünün köklü bir önemi var ve her hücre türünde sürekli olarak bulunuyor.

Hücrenin elementel bileşiminde en büyük payı oksijen, karbon, hidrojen ve nitrojen oluşturur. Bunlar sözde temel veya biyojenik elementlerdir. Bu elementlerin atomları hücrelerdeki tüm organik maddelerin moleküllerini oluşturur; hücre kütlesinin %95'inden fazlasını oluştururlar ve canlı maddelerdeki göreceli element içeriği yer kabuğundakinden çok daha yüksektir. Ana unsurlara organik moleküller Ayrıca fosfor ve kükürt içerir.

Ayrıca hücre içerisinde iyon halinde bulunan kalsiyum, magnezyum, potasyum, sodyum ve klor (hayvan hücrelerinde) hayati önem taşır. Hücredeki içerikleri yüzde onda biri ve yüzde biri olarak hesaplanır. Listelenen öğeler bir grup makro öğeyi oluşturur.

Kalsiyum iyonları bir dizi hücresel sürecin düzenlenmesinde rol alır; kas kasılması ve diğer motor fonksiyonların yanı sıra kanın pıhtılaşmasında da rol oynar. Çözünmeyen kalsiyum tuzları kemik ve dişlerin oluşumunda, kalsiyum karbonat ise yumuşakça kabuklarının oluşumunda ve bazı bitki türlerinin hücre zarlarının güçlendirilmesinde rol oynar. Magnezyum iyonlarının konsantrasyonu, ribozomların bütünlüğünü ve fonksiyonunu korumak için önemlidir. Ayrıca magnezyum klorofilin bir parçasıdır ve mitokondrinin normal işleyişini destekler.

Potasyum ve sodyum iyonları belirli bir iyon kuvvetinin korunmasında ve tampon ortamın yaratılmasında, hücredeki ozmotik basıncın düzenlenmesinde, kalp aktivitesinin normal ritminin belirlenmesinde ve iletiminin sağlanmasında rol oynar. sinir impulsu. Anyon formundaki klor, hayvan organizmalarının tuz ortamının oluşturulmasına katılır (bitkiler için klor bir eser elementtir) ve ayrıca bazen organik bileşiklere dahil edilir.

Mikro elementler, hücredeki rolleri. Diğer kimyasal elementler (bakır, manganez, demir, kobalt, çinko ve ayrıca (bazı organizmalar için) bor, flor, krom, selenyum, alüminyum, silikon, molibden ve iyot) içerir. büyük miktarlar(hücre kütlesinin %0,01'inden fazla olmamalıdır). Mikro elementler grubuna aittirler.

Belirli bir elementin vücuttaki yüzde içeriği, hiçbir şekilde onun vücuttaki öneminin ve gerekliliğinin derecesini karakterize etmez. Örneğin kobalt, B12 vitamininin bir parçasıdır, iyot, tiroksin ve tironin hormonlarının bir parçasıdır ve bakır, redoks işlemlerini katalize eden enzimlerin bir parçasıdır; ayrıca bakır, yumuşakçaların dokularında oksijenin taşınmasında rol oynar. Demir, bir dizi hayati işlevi yerine getiren komplekslerin ayrılmaz bir parçasıdır. önemli işlevler. Bunlar arasında örneğin hemoglobin hem, bazı enzimler ve elektron taşıyıcıları (sitokrom C) bulunur.

Farklı etki mekanizmalarına sahip önemli sayıda enzim, çinko, manganez, kobalt ve molibden iyonlarını içerir.

Silikon bulunur diatomlar, at kuyruğu, süngerler ve yumuşakçalar. Omurgalıların kıkırdaklarında ve bağlarında içeriği yüzde birkaç yüze ulaşabilir.

Bor bitki büyümesini etkiler, flor diş ve kemik emayesinin bir parçasıdır.

>> Kimya: Canlı organizmaların hücrelerindeki kimyasal elementler

Tüm canlı organizmaların (insan, hayvan, bitki) hücrelerini oluşturan maddelerde 70'ten fazla element keşfedilmiştir. Bu elementler genellikle iki gruba ayrılır: makro elementler ve mikro elementler.

Makro elementler hücrelerde büyük miktarlarda bulunur. Öncelikle bunlar karbon, oksijen, nitrojen ve hidrojendir. Birlikte hücrenin toplam içeriğinin neredeyse %98'ini oluştururlar. Bu elementlerin yanı sıra makro elementler arasında magnezyum, potasyum, kalsiyum, sodyum, fosfor, kükürt ve klor da bulunur. Toplam içerikleri %1,9'dur. Böylece diğer kimyasal elementlerin payı yaklaşık %0,1'dir. Bunlar mikro elementlerdir. Bunlar arasında demir, çinko, manganez, bor, bakır, iyot, kobalt, brom, flor, alüminyum vb. bulunur.

Memeli sütünde 23 mikro element bulundu: lityum, rubidyum, bakır, gümüş, baryum, stronsiyum, titanyum, arsenik, vanadyum, krom, molibden, iyot, flor, manganez, demir, kobalt, nikel vb.

Memelilerin kanı 24 eser element içerir ve insan beyni 18 eser element içerir.

Gördüğünüz gibi, hücrede yalnızca canlı doğaya özgü özel elementler yoktur, yani atom düzeyinde canlı ve canlı arasında farklılıklar vardır. cansız doğa HAYIR. Bu farklılıklar yalnızca düzeyde bulunur. karmaşık maddeler- Açık moleküler seviye. Yani, bununla birlikte inorganik maddeler(su ve mineral tuzları) canlı organizmaların hücreleri yalnızca kendilerine özgü maddeler içerir - organik maddeler (proteinler, yağlar, karbonhidratlar, nükleik asitler, vitaminler, hormonlar vb.). Bu maddeler esas olarak karbon, hidrojen, oksijen ve nitrojenden, yani makro elementlerden oluşur. Bu maddelerde mikro elementler küçük miktarlarda bulunur, ancak organizmaların normal işleyişindeki rolleri çok büyüktür. Örneğin bor, manganez, çinko ve kobalt bileşikleri, bireysel tarım bitkilerinin verimini önemli ölçüde artırır ve çeşitli hastalıklara karşı dirençlerini arttırır.

İnsanlar ve hayvanlar normal yaşam için ihtiyaç duydukları mikro elementleri yedikleri bitkilerden alırlar. Yiyeceklerde yeterli manganez yoksa büyüme geriliği, ergenliğin gecikmesi ve iskelet oluşumu sırasında metabolik bozukluklar mümkündür. Hayvanların günlük diyetine bir miligramlık manganez tuzu fraksiyonlarının eklenmesi bu hastalıkları ortadan kaldırır.

Kobalt, kan oluşturan organların işleyişinden sorumlu olan B12 vitamininin bir parçasıdır. Gıdalarda kobalt eksikliği sıklıkla ciddi hastalıklara neden olur, bu da vücudun tükenmesine ve hatta ölüme yol açar.

Mikro elementlerin insanlar için önemi ilk kez gıda ve sudaki iyot eksikliğinden kaynaklanan endemik guatr gibi bir hastalığın incelenmesi sırasında ortaya çıktı. İyot içeren tuzun alınması iyileşmeyi sağlar, yiyeceklere az miktarda eklenmesi ise hastalıkları önler. Bu amaçla sofra tuzu iyotlanır ve buna %0,001-0,01 oranında potasyum iyodür eklenir.

Çoğu biyolojik enzim katalizörü çinko, molibden ve diğer bazı metalleri içerir. Canlı organizmaların hücrelerinde çok küçük miktarlarda bulunan bu elementler, en ince biyokimyasal mekanizmaların normal işleyişini sağlar ve hayati süreçlerin gerçek düzenleyicileridir.

Vitaminlerde birçok mikro element bulunur - çeşitli organik maddeler kimyasal doğa Vücuda küçük dozlarda gıdayla giren ve büyük etki Metabolizma ve vücudun genel işleyişi hakkında. kendi yolumla biyolojik etki enzimlere yakındırlar ancak enzimler vücut hücreleri tarafından oluşturulur ve vitaminler genellikle yiyeceklerden gelir. Vitamin kaynakları bitkilerdir: turunçgiller, kuşburnu, maydanoz, soğan, sarımsak ve diğerleri. Bazı vitaminler - A, B1, B2, K - sentetik olarak elde edilir. Vitaminler isimlerini iki kelimeden almıştır: vita - yaşam ve amin - nitrojen içeren.

Mikro elementler biyolojik olarak hormonların da bir parçasıdır aktif maddeler insan ve hayvanların organlarının ve organ sistemlerinin işleyişini düzenler. Adını oradan alıyorlar Yunanca kelime Harmao - Ben kazandım. Hormonlar bezler tarafından üretilir iç salgı ve onları vücutta taşıyan kana girerler. Bazı hormonlar sentetik olarak elde edilir.

1. Makro elementler ve mikro elementler.

2. Mikro elementlerin bitki, hayvan ve insan yaşamındaki rolü.

3. Organik maddeler: proteinler, yağlar, karbonhidratlar.

4. Enzimler.

5. Vitaminler.

6. Hormonlar.

Canlı ve cansız doğa arasındaki fark, kimyasal bir elementin varoluş biçimlerinin hangi düzeyinde başlar?

Bireysel makro elementlere neden biyojenik de deniyor? Onları listeleyin.

Vücudun elementel bileşimi

İle kimyasal bileşim Farklı organizmaların hücreleri önemli ölçüde farklılık gösterebilir, ancak bunlar aşağıdakilerden oluşur: özdeş elemanlar. Hücrelerde yaklaşık 70 element bulundu periyodik tablo DI. Mendeleev, ancak yalnızca 24 tanesi önemli ve canlı organizmalarda sürekli olarak bulunurlar.

Makrobesinler – oksijen, hidrokarbon, hidrojen, nitrojen – organik madde moleküllerinin bir parçasıdır. Makro elementlere son zamanlarda potasyum, sodyum, kalsiyum, kükürt, fosfor, magnezyum, demir, klor içerir. Hücredeki içerikleri yüzde onda biri ve yüzde biri kadardır.

Magnezyum klorofilin bir parçasıdır; demir – hemoglobin; fosfor – kemik dokusu, nükleik asitler; kalsiyum - kemiklerde, kabuklu deniz kaplumbağalarında, kükürt - proteinlerin bileşiminde; Potasyum, sodyum ve klor iyonları hücre zarının potansiyelinin değişmesinde görev alır.

Mikro elementler hücrede yüzde biri ve binde biri oranında temsil edilir. Bunlar çinko, bakır, iyot, flor, molibden, bor vb.'dir.

Mikro elementler enzimlerin, hormonların ve pigmentlerin bir parçasıdır.

Ultramikro elementler – hücredeki içeriği %0,000001'i aşmayan elementler. Bunlar uranyum, altın, cıva, sezyum vb.'dir.

Su ve biyolojik önemi

Su niceliksel olarak aralarında yer alır kimyasal bileşikler tüm hücrelerde ilk sırada yer alır. Hücre tipine bağlı olarak bunlar işlevsel durum organizmanın türü ve bulunduğu koşullar, hücrelerdeki içeriği önemli ölçüde değişir.

Kemik hücreleri %20'den fazla su, yağ dokusu - yaklaşık %40, kas hücreleri - %76 ve fetal hücreler - %90'dan fazla içerir.

Not 1

Herhangi bir organizmanın hücrelerinde su miktarı yaşla birlikte gözle görülür şekilde azalır.

Dolayısıyla sonuç, organizmanın bir bütün olarak ve her bir hücrenin ayrı ayrı fonksiyonel aktivitesi ne kadar yüksekse, içlerindeki su içeriğinin de o kadar yüksek olduğu ve bunun tersinin de geçerli olduğudur.

Not 2

Hücrelerin hayati aktivitesi için bir ön koşul suyun varlığıdır. Sitoplazmanın ana parçasıdır, yapısını ve sitoplazmayı oluşturan kolloidlerin stabilitesini korur.

Suyun hücredeki rolü kimyasal ve yapısal özellikleriyle belirlenir. Bu öncelikle moleküllerin küçük boyutundan, polaritelerinden ve hidrojen bağlarını kullanarak bağlanma yeteneklerinden kaynaklanmaktadır.

Hidrojen bağları, elektronegatif bir atoma (genellikle oksijen veya nitrojen) bağlanan hidrojen atomları tarafından oluşturulur. Bu durumda Hidrojen atomu o kadar büyük bir pozitif yük kazanır ki başka bir elektronegatif atomla (oksijen veya nitrojen) yeni bir bağ oluşturabilir. Bir ucu pozitif, diğer ucu negatif yüklü olan su molekülleri de birbirine bağlanır. Böyle bir moleküle denir dipol. Bir su molekülünün daha elektronegatif oksijen atomu, başka bir molekülün pozitif yüklü hidrojen atomuna çekilerek bir hidrojen bağı oluşturur.

Su moleküllerinin polar olması ve hidrojen bağları oluşturabilme yeteneğinden dolayı su, polar maddeler için mükemmel bir çözücüdür. hidrofilik. Bunlar, bir madde (tuz) çözündüğünde yüklü parçacıkların (iyonların) suda ayrıştığı (ayrıldığı) iyonik bileşiklerdir. Molekülleri yüklü (polar) gruplar (şekerlerde, amino asitlerde, basit alkoller bunlar OH gruplarıdır). Polar olmayan moleküllerden (lipitler) oluşan maddeler suda pratik olarak çözünmez, yani hidrofoblar.

Bir madde çözeltiye geçtiğinde yapısal parçacıkları (moleküller veya iyonlar) daha serbest hareket edebilir hale gelir ve buna bağlı olarak tepkime maddeler. Bu nedenle su, çoğu kimyasal reaksiyonun meydana geldiği ana ortamdır. Ayrıca tüm redoks reaksiyonları ve hidroliz reaksiyonları aynı anda gerçekleşir. doğrudan katılım su.

Su, bilinen maddeler arasında en yüksek özgül ısıya sahiptir. Bu, termal enerjideki önemli bir artışla su sıcaklığının nispeten az arttığı anlamına gelir. Bunun nedeni kullanımdır önemli miktar Bu enerji, su moleküllerinin hareketliliğini sınırlayan hidrojen bağlarını kırmak için kullanılır.

Su, büyük ısı kapasitesinden dolayı bitki ve hayvan dokularını güçlü ve zararlı etkilere karşı koruma görevi görür. hızlı tanıtım sıcaklık ve yüksek buharlaşma ısısı, vücudun vücut sıcaklığının güvenilir bir şekilde stabilizasyonunun temelidir. Suyu buharlaştırmak için önemli miktarda enerjiye ihtiyaç duyulması, molekülleri arasında hidrojen bağlarının bulunmasından kaynaklanmaktadır. Bu enerji çevreden geldiği için buharlaşmaya soğutma da eşlik eder. Bu işlem terleme sırasında görülebildiği gibi, köpeklerde termal nefes alma durumunda da, özellikle çöl şartlarında ve diğer bölgelerdeki kuru bozkır ve kuraklık dönemlerinde bitkilerin terleme organlarının soğutulması sürecinde de önemlidir.

Su da aynı yüksek termal iletkenlik ne sağlandı düzgün dağılım vücut boyunca sıcaklık. Böylece hücre elemanlarına zarar verebilecek lokal “sıcak nokta” riski ortadan kalkar. Yani yüksek özgül ısı ve bir sıvının yüksek termal iletkenliği, suyu optimum düzeyde tutmak için ideal bir ortam haline getirir. termal rejim vücut.

Su yüksek ile karakterize edilir yüzey gerilimi. Bu özellik adsorpsiyon süreçleri, çözeltilerin dokular içindeki hareketi (kan dolaşımı, bitkide yukarı ve aşağı hareket vb.) için çok önemlidir.

Su, fotosentezin ışık aşamasında açığa çıkan oksijen ve hidrojen kaynağı olarak kullanılır.

Önemli olana fizyolojik özellikler su, gazları ($O_2$, $CO_2$, vb.) çözme yeteneğini ifade eder. Ayrıca su, hücrelerin ve vücudun yaşamında önemli bir rol oynayan ozmoz sürecine bir çözücü olarak katılır.

Hidrokarbonların özellikleri ve biyolojik rolü

Suyu hesaba katmazsak şunu söyleyebiliriz. en Hücre molekülleri, organik bileşikler olarak adlandırılan hidrokarbonlara aittir.

Not 3

Benzersiz özelliklere sahip hidrokarbon kimyasal yetenekler Yaşam için temel olan kimyasal temelini oluşturur.

Küçük boyutu ve dış kabuğunda dört elektron bulunması nedeniyle bir hidrokarbon atomu, diğer atomlarla dört güçlü kovalent bağ oluşturabilir.

En önemlisi, hidrokarbon atomlarının bir araya gelerek zincirler, halkalar ve sonuçta büyük, karmaşık organik moleküllerin iskeletini oluşturma yeteneğidir.

Ayrıca hidrokarbonlar kolayca oluşur kovalent bağlar diğer besinlerle (genellikle $H, Mg, P, O, S$). Bu, canlı organizmaların tüm tezahürlerinde varlığını sağlayan astronomik miktarda çeşitli organik bileşiklerin varlığını açıklar. Çeşitlilikleri moleküllerin yapısında ve boyutunda kendini gösterir. kimyasal özellikler, karbon iskeletinin doygunluk derecesi ve çeşitli formlar Molekül içi bağların açıları tarafından belirlenen moleküller.

Biyopolimerler

Bunlar yüksek molekül ağırlıklıdır ( moleküler ağırlık 103 – 109) makromolekülleri çok sayıda tekrarlanan birimden - monomerlerden oluşan organik bileşikler.

Biyopolimerler proteinleri, nükleik asitleri, polisakkaritleri ve bunların türevlerini (nişasta, glikojen, selüloz, hemiselüloz, pektin, kitin vb.) içerir. Bunlar için monomerler sırasıyla amino asitler, nükleotitler ve monosakkaritlerdir.

Not 4

Bir hücrenin kuru kütlesinin yaklaşık %90'ı biyopolimerlerden oluşur: bitkilerde polisakkaritler baskındır ve hayvanlarda proteinler baskındır.

Örnek 1

Bir bakteri hücresinde yaklaşık 3 bin çeşit protein ve 1 bin nükleik asit bulunurken, insanlarda protein sayısının 5 milyon olduğu tahmin ediliyor.

Biyopolimerler sadece oluşmaz yapısal temel canlı organizmaların yanı sıra yaşamsal süreçlerde de iletken rol oynarlar.

Biyopolimerlerin yapısal temeli doğrusal (proteinler, nükleik asitler, selüloz) veya dallanmış (glikojen) zincirlerdir.

Ve nükleik asitler, bağışıklık reaksiyonları, metabolik reaksiyonlar - ve biyopolimer komplekslerinin oluşumu ve biyopolimerlerin diğer özellikleri nedeniyle gerçekleştirilir.