Hemijske supstance je prvi klasificirao krajem 9. stoljeća arapski naučnik Abu Bakr al-Razi. Na osnovu porijekla tvari podijelio ih je u tri grupe. U prvoj grupi mjesto je odredio mineralnim tvarima, u drugoj biljnim, a u trećoj životinjskim tvarima.
Ova klasifikacija je bila predodređena da traje skoro jedan milenijum. Tek u 19. veku formiraju se dve od tih grupa - organske i neorganske supstance. Hemijske supstance oba tipa izgrađene su zahvaljujući devedeset elemenata uključenih u tabelu D.I.
Grupa neorganskih supstanci
Među neorganskim jedinjenjima razlikuju se jednostavne i složene tvari. U grupu jednostavnih supstanci spadaju metali, nemetali i plemeniti gasovi. Kompleksne supstance predstavljaju oksidi, hidroksidi, kiseline i soli. Sve se može izgraditi od bilo kojih hemijskih elemenata.
Grupa organskih supstanci
Sastav svih organskih spojeva nužno uključuje ugljik i vodik (ovo je njihova temeljna razlika od mineralnih tvari). Supstance koje formiraju C i H nazivaju se ugljikovodici - najjednostavniji organski spojevi. Derivati ugljikovodika sadrže dušik i kisik. Oni su, pak, klasificirani u spojeve koji sadrže kisik i dušik.
Grupu supstanci koje sadrže kisik predstavljaju alkoholi i etri, aldehidi i ketoni, karboksilne kiseline, masti, voskovi i ugljikohidrati. Jedinjenja koja sadrže dušik uključuju amine, aminokiseline, nitro spojeve i proteine. Kod heterocikličkih supstanci položaj je dvojak - one, ovisno o svojoj strukturi, mogu pripadati objema vrstama ugljikovodika.
Ćelijske hemikalije
Postojanje ćelija je moguće ako sadrže organske i neorganske supstance. Umiru kada im nedostaje vode i mineralnih soli. Ćelije umiru ako su ozbiljno osiromašene nukleinskim kiselinama, mastima, ugljikohidratima i proteinima.
Oni su sposobni za normalan život ako sadrže nekoliko hiljada jedinjenja organske i neorganske prirode, sposobnih da uđu u mnoge različite hemijske reakcije. Biohemijski procesi koji se odvijaju u ćeliji su osnova njene vitalne aktivnosti, normalnog razvoja i funkcionisanja.
Hemijski elementi koji zasićuju ćeliju
Ćelije živih sistema sadrže grupe hemijskih elemenata. Obogaćeni su makro-, mikro- i ultra-mikroelementima.
- Makroelementi su prvenstveno predstavljeni ugljenikom, vodonikom, kiseonikom i azotom. Ove neorganske supstance ćelije formiraju skoro sva njena organska jedinjenja. Oni takođe uključuju vitalne elemente. Ćelija nije sposobna da živi i razvija se bez kalcijuma, fosfora, sumpora, kalijuma, hlora, natrijuma, magnezijuma i gvožđa.
- Grupu mikroelemenata čine cink, hrom, kobalt i bakar.
- Ultramikroelementi su još jedna grupa koja predstavlja najvažnije anorganske supstance ćelije. Grupu čine zlato i srebro, koji imaju baktericidno dejstvo, i živa, koja sprečava reapsorpciju vode koja ispunjava bubrežne tubule i utiče na enzime. Takođe uključuje platinu i cezijum. Određenu ulogu u tome ima selen, čiji nedostatak dovodi do raznih vrsta raka.
Voda u ćeliji
Važnost vode, uobičajene supstance na zemlji za život ćelija, je neosporna. U njemu se otapaju mnoge organske i neorganske supstance. Voda je plodno okruženje u kojem se odvija nevjerovatan broj hemijskih reakcija. Sposoban je da otapa produkte raspadanja i metabolizma. Zahvaljujući njemu otpad i toksini napuštaju ćeliju.
Ova tečnost ima visoku toplotnu provodljivost. To omogućava da se toplota ravnomjerno širi po tjelesnim tkivima. Ima značajan toplotni kapacitet (sposobnost da apsorbuje toplotu kada se njegova sopstvena temperatura minimalno promeni). Ova sposobnost sprječava nagle promjene temperature u ćeliji.
Voda ima izuzetno visoku površinsku napetost. Zahvaljujući njemu, otopljene neorganske tvari, poput organskih, lako se kreću kroz tkiva. Mnogi mali organizmi, koristeći svojstvo površinske napetosti, ostaju na površini vode i slobodno klize po njoj.
Turgor biljnih ćelija zavisi od vode. Kod određenih vrsta životinja s potpornom funkcijom se nosi voda, a ne bilo koje druge anorganske tvari. Biologija je identifikovala i proučavala životinje sa hidrostatskim skeletima. To uključuje predstavnike bodljokožaca, okruglih i anelida, meduza i morskih anemona.
Zasićenje ćelija vodom
Radne ćelije su napunjene vodom do 80% ukupne zapremine. Tečnost postoji u njima u slobodnom i vezanom obliku. Molekuli proteina se čvrsto vezuju za vezanu vodu. One su, okružene vodenom školjkom, izolovane jedna od druge.
Molekuli vode su polarni. Oni formiraju vodonične veze. Zahvaljujući vodoničnim mostovima, voda ima visoku toplotnu provodljivost. Vezana voda omogućava ćelijama da izdrže niske temperature. Besplatna voda čini 95%. Pospješuje rastvaranje tvari uključenih u ćelijski metabolizam.
Visoko aktivne ćelije u moždanom tkivu sadrže do 85% vode. Mišićne ćelije su 70% zasićene vodom. Manje aktivnim ćelijama koje formiraju masno tkivo potrebno je 40% vode. Ne samo da otapa neorganske hemikalije u živim ćelijama, već je i ključni učesnik u hidrolizi organskih jedinjenja. Pod njegovim utjecajem, organske tvari, razgrađujući se, pretvaraju u srednje i krajnje tvari.
Značaj mineralnih soli za ćeliju
Mineralne soli su u ćelijama predstavljene katjonima kalijuma, natrijuma, kalcijuma, magnezijuma i anjonima HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -. Pravilne proporcije anjona i kationa stvaraju kiselost neophodnu za život ćelije. Mnoge ćelije održavaju blago alkalno okruženje, koje ostaje gotovo nepromijenjeno i osigurava njihovo stabilno funkcioniranje.
Koncentracija kationa i aniona u stanicama razlikuje se od njihovog omjera u međućelijskom prostoru. Razlog tome je aktivna regulacija koja ima za cilj transport hemijskih jedinjenja. Ovaj tok procesa određuje postojanost hemijskog sastava u živim ćelijama. Nakon smrti ćelije, koncentracija hemijskih jedinjenja u međućelijskom prostoru i citoplazmi dostiže ravnotežu.
Neorganske supstance u hemijskoj organizaciji ćelije
Hemijski sastav živih ćelija ne sadrži nikakve posebne elemente koji su im svojstveni. Ovo određuje jedinstvo hemijskog sastava živih i neživih objekata. Neorganske supstance u sastavu ćelije igraju ogromnu ulogu.
Sumpor i dušik pomažu u stvaranju proteina. Fosfor je uključen u sintezu DNK i RNK. Magnezijum je važna komponenta enzima i molekula hlorofila. Bakar je neophodan za oksidativne enzime. Gvožđe je centar molekula hemoglobina, cink je deo hormona koje proizvodi gušterača.
Značaj anorganskih jedinjenja za ćelije
Jedinjenja dušika pretvaraju proteine, aminokiseline, DNK, RNK i ATP. U biljnim ćelijama, amonijum joni i nitrati se pretvaraju u NH 2 tokom redoks reakcija i uključuju se u sintezu aminokiselina. Živi organizmi koriste aminokiseline za stvaranje vlastitih proteina potrebnih za izgradnju tijela. Nakon smrti organizama, proteini ulaze u ciklus supstanci tokom njihovog raspadanja, azot se oslobađa u slobodnom obliku.
Neorganske tvari koje sadrže kalij igraju ulogu "pumpe". Zahvaljujući “kalijumskoj pumpi”, supstance koje su im hitno potrebne prodiru u ćelije kroz membranu. Jedinjenja kalija dovode do aktivacije ćelijske aktivnosti, zahvaljujući kojoj se provode ekscitacije i impulsi. Koncentracija jona kalijuma u ćelijama je veoma visoka, za razliku od životne sredine. Nakon smrti živih organizama, joni kalija lako prelaze u prirodno okruženje.
Tvari koje sadrže fosfor doprinose formiranju membranskih struktura i tkiva. U njihovom prisustvu nastaju enzimi i nukleinske kiseline. Različiti slojevi tla su u različitom stepenu zasićeni fosfornim solima. Izluci korijena biljaka, otapajući fosfate, upijaju ih. Nakon smrti organizama, preostali fosfati prolaze kroz mineralizaciju, pretvarajući se u soli.
Neorganske tvari koje sadrže kalcij doprinose stvaranju međustaničnih tvari i kristala u biljnim stanicama. Kalcij iz njih prodire u krv, regulirajući proces zgrušavanja krvi. Zahvaljujući njemu u živim organizmima nastaju kosti, školjke, vapnenački skeleti i koralni polipi. Ćelije sadrže ione kalcija i kristale njegovih soli.
Biologija [Kompletan priručnik za pripremu za Jedinstveni državni ispit] Lerner Georgij Isaakovič
2.3.1. Neorganske supstance ćelije
Ćelija sadrži oko 70 elemenata Mendeljejevljevog periodnog sistema, a njih 24 prisutna su u svim vrstama ćelija. Svi elementi prisutni u ćeliji podijeljeni su, ovisno o njihovom sadržaju u ćeliji, u grupe:
makronutrijenti– H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
mikroelementi– B, Ni, Cu, Co, Zn, Mb, itd.;
ultramikroelementi– U, Ra, Au, Pb, Hg, Se, itd.
Molekuli koji čine ćeliju neorganski I organski veze.
Neorganska jedinjenja ćelije - vode I neorganski joni.
Voda je najvažnija neorganska supstanca ćelije. Sve biohemijske reakcije odvijaju se u vodenim rastvorima. Molekul vode ima nelinearnu prostornu strukturu i polaritet. Vodikove veze se formiraju između pojedinačnih molekula vode, koje određuju fizička i hemijska svojstva vode.
Fizička svojstva vode: Pošto su molekuli vode polarni, voda ima svojstvo rastvaranja polarnih molekula drugih supstanci. Supstance koje su rastvorljive u vodi nazivaju se hidrofilna. Supstance koje su nerastvorljive u vodi nazivaju se hidrofobna.
Voda ima visok specifični toplotni kapacitet. Da bi se prekinule brojne vodikove veze prisutne između molekula vode, mora se apsorbirati velika količina energije. Zapamtite koliko je potrebno da se čajnik zagreje do ključanja. Ovo svojstvo vode osigurava održavanje toplinske ravnoteže u tijelu.
Za isparavanje vode potrebno je dosta energije. Tačka ključanja vode je viša nego kod mnogih drugih supstanci. Ovo svojstvo vode štiti tijelo od pregrijavanja.
Voda može biti u tri agregatna stanja - tečnom, čvrstom i gasovitom.
Vodikove veze određuju viskoznost vode i adheziju njenih molekula na molekule drugih supstanci. Zahvaljujući adhezivnim silama molekula, na površini vode se stvara film sa sljedećim karakteristikama: površinski napon.
Kada se ohladi, usporava se kretanje molekula vode. Broj vodikovih veza između molekula postaje maksimalan. Voda dostiže najveću gustinu na 4 C?. Kada se voda zamrzne, ona se širi (trebajući prostor za stvaranje vodikovih veza) i njena gustoća se smanjuje. Zato led pluta.
Biološke funkcije vode. Voda osigurava kretanje tvari u ćeliji i tijelu, apsorpciju tvari i uklanjanje metaboličkih produkata. U prirodi voda prenosi otpadne proizvode u tlo i vodena tijela.
Voda je aktivan učesnik u metaboličkim reakcijama.
Voda učestvuje u stvaranju mazivih tečnosti i sluzi, sekreta i sokova u organizmu. Ove tečnosti se nalaze u zglobovima kičmenjaka, u pleuralnoj šupljini i u perikardijalnoj vrećici.
Voda je dio sluzi, što olakšava kretanje tvari kroz crijeva i stvara vlažnu sredinu na sluznicama respiratornog trakta. Sekreti koje luče neke žlijezde i organi su također na bazi vode: pljuvačka, suze, žuč, sperma itd.
Neorganski joni. Neorganski joni ćelije uključuju: katione K+, Na+, Ca 2+, Mg 2+, NH 3 + i anjone Cl –, NO 3 -, H 2 PO 4 -, NCO 3 -, HPO 4 2-.
Razlika između broja kationa i anjona (Na + , Ka + , Cl -) na površini i unutar ćelije osigurava nastanak akcionog potencijala koji je u osnovi nervnog i mišićnog uzbuđenja.
Anioni fosfor stvaraju kiseline sistem fosfatnog pufera, održavajući pH unutarćelijskog okruženja tijela na nivou od 6-9.
Ugljena kiselina i njeni anjoni stvaraju bikarbonatni pufer sistem i održavaju pH ekstracelularnog okruženja (krvne plazme) na nivou od 7-4.
Jedinjenja dušika služe kao izvor mineralne ishrane, sinteze proteina i nukleinskih kiselina. Atomi fosfora su dio nukleinskih kiselina, fosfolipida, kao i kostiju kralježnjaka i hitinskog omotača artropoda. Kalcijumovi joni su deo supstance kostiju; također su neophodni za kontrakciju mišića i zgrušavanje krvi.
PRIMJERI ZADATAKA
A1. Polaritet vode određuje njenu sposobnost
1) provesti toplotu 3) rastvoriti natrijum hlorid
2) apsorbuju toplotu 4) rastvore glicerin
A2. Djeci sa rahitisom treba davati lijekove koji sadrže
1) gvožđe 2) kalijum 3) kalcijum 4) cink
A3. Provođenje nervnog impulsa osiguravaju joni:
1) kalijum i natrijum 3) gvožđe i bakar
2) fosfor i azot 4) kiseonik i hlor
A4. Slabe veze između molekula vode u njenoj tečnoj fazi nazivaju se:
1) kovalentni 3) vodonik
2) hidrofobni 4) hidrofilni
A5. Hemoglobin sadrži
1) fosfor 2) gvožđe 3) sumpor 4) magnezijum
A6. Odaberite grupu hemijskih elemenata koji su nužno uključeni u proteine
A7. Bolesnicima s hipotireozom daju se lijekovi koji sadrže
dio B
U 1. Odaberite funkcije vode u kavezu
1) energetika 4) izgradnja
2) enzimsko 5) podmazivanje
3) transportni 6) termoregulatorni
U 2. Odaberite samo fizička svojstva vode
1) sposobnost odvajanja
2) hidroliza soli
3) gustina
4) toplotnu provodljivost
5) električna provodljivost
6) donacija elektrona
dio WITH
C1. Koja fizička svojstva vode određuju njen biološki značaj?
Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (VK) autora TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (IN) autora TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (KA) autora TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (NE) autora TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (PL) autora TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (PO) autora TSB Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (ST) autora TSB Iz knjige Kratka istorija gotovo svega na svijetu by Bryson Bill Iz knjige Biologija [Kompletan priručnik za pripremu za Jedinstveni državni ispit] autor Lerner Georgij Isaakovič Iz knjige Džepni vodič za medicinske testove autor Rudnicki Leonid Vitalijevič24 ĆELIJE Ovo počinje sa jednom ćelijom. Prva ćelija se deli da postane dve, a dve postaju četiri i tako dalje. Nakon samo 47 udvostručenja, imaćete oko 10 hiljada triliona (10.000.000.000.000.000) ćelija spremnih da ožive kao osoba*.322 I svaka od ovih ćelija tačno zna šta
Iz knjige Kompletan priručnik analiza i istraživanja u medicini autor Ingerleib Mihail Borisovič2.3. Hemijska organizacija ćelije. Odnos između strukture i funkcija neorganskih i organskih supstanci (proteini, nukleinske kiseline, ugljikohidrati, lipidi, ATP) koje čine ćeliju. Opravdanje odnosa organizama na osnovu analize njihovog hemijskog sastava
Iz knjige Kako da se brinete o sebi ako imate više od 40. Zdravlje, lepota, vitkost, energija autor Karpukhina Viktorija Vladimirovna2.3.2. Organske supstance ćelije. Ugljikohidrati, lipidi Ugljikohidrati. Opšta formula Sn (H2O)n. Shodno tome, ugljeni hidrati sadrže samo tri hemijska elementa rastvorljivih ugljenih hidrata: transportna, zaštitna, signalna.
Iz knjige Enciklopedija dr Mjašnjikova o najvažnijim stvarima autor Mjasnikov Aleksandar Leonidovič4.6. Neorganske supstance Neorganske supstance u krvnoj plazmi i serumu (kalijum, natrijum, kalcijum, fosfor, magnezijum, gvožđe, hlor itd.) određuju fizičko-hemijska svojstva krvi. Količina neorganskih supstanci u plazmi je oko 1%. U tjelesnim tkivima nalaze se u
Iz autorove knjige Iz autorove knjige Iz autorove knjige6.9. Matične ćelije Sada je moderno govoriti o matičnim ćelijama. Kada me ljudi pitaju šta mislim o ovome, na pitanje odgovaram pitanjem: „Gdje? U Rusiji ili u svijetu?” Situacije u ovoj oblasti su potpuno različite u Rusiji i svijetu. Intenzivna istraživanja su u toku širom svijeta i
Organizmi se sastoje od ćelija. Ćelije različitih organizama imaju sličan hemijski sastav. Tabela 1 predstavlja glavne hemijske elemente koji se nalaze u ćelijama živih organizama.
Tabela 1. Sadržaj hemijskih elemenata u ćeliji
Na osnovu sadržaja u ćeliji mogu se razlikovati tri grupe elemenata. U prvu grupu spadaju kiseonik, ugljenik, vodonik i azot. Oni čine skoro 98% ukupnog sastava ćelije. U drugu grupu spadaju kalijum, natrijum, kalcijum, sumpor, fosfor, magnezijum, gvožđe, hlor. Njihov sadržaj u ćeliji je desetinki i stoti dio procenta. Elementi ove dvije grupe su klasifikovani kao makronutrijenti(iz grčkog makro- veliki).
Preostali elementi, predstavljeni u ćeliji sa stotim i hiljaditim dijelom procenta, uključeni su u treću grupu. Ovo mikroelementi(iz grčkog mikro- mali).
U ćeliji nisu pronađeni elementi jedinstveni za živu prirodu. Svi navedeni hemijski elementi su takođe deo nežive prirode. Ovo ukazuje na jedinstvo žive i nežive prirode.
Nedostatak bilo kojeg elementa može dovesti do bolesti, pa čak i smrti organizma, jer svaki element igra specifičnu ulogu. Makroelementi prve grupe čine osnovu biopolimera - proteina, ugljikohidrata, nukleinskih kiselina, kao i lipida, bez kojih je život nemoguć. Sumpor je deo nekih proteina, fosfor je deo nukleinskih kiselina, gvožđe je deo hemoglobina, a magnezijum deo hlorofila. Kalcijum igra važnu ulogu u metabolizmu.
Neki od hemijskih elemenata sadržanih u ćeliji su dio neorganskih supstanci - mineralnih soli i vode.
Mineralne soli nalaze se u ćeliji, po pravilu, u obliku kationa (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) i anjona (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3), čiji odnos određuje kiselost sredine koja je važna za život ćelija.
(U mnogim ćelijama sredina je blago alkalna i njen pH se gotovo ne mijenja, jer se u njoj stalno održava određeni omjer kationa i aniona.)
Od neorganskih supstanci u živoj prirodi igra ogromnu ulogu vode.
Bez vode život je nemoguć. Čini značajnu masu većine ćelija. Mnogo vode sadrži ćelije mozga i ljudski embrioni: više od 80% vode; u ćelijama masnog tkiva - samo 40.% Do starosti se sadržaj vode u ćelijama smanjuje. Osoba koja je izgubila 20% vode umire.
Jedinstvena svojstva vode određuju njenu ulogu u tijelu. Uključen je u termoregulaciju, što je uzrokovano visokim toplinskim kapacitetom vode - potrošnjom velike količine energije pri grijanju. Šta određuje visok toplotni kapacitet vode?
U molekuli vode, atom kiseonika je kovalentno vezan za dva atoma vodika. Molekula vode je polarna jer atom kisika ima djelomično negativan naboj, a svaki od dva atoma vodika ima
Djelomično pozitivan naboj. Vodikova veza nastaje između atoma kisika jedne molekule vode i atoma vodika druge molekule. Vodikove veze obezbeđuju vezu velikog broja molekula vode. Kada se voda zagrije, značajan dio energije se troši na razbijanje vodoničnih veza, što određuje njen veliki toplinski kapacitet.
voda - dobar rastvarač. Zbog svog polariteta, njegovi molekuli stupaju u interakciju s pozitivno i negativno nabijenim ionima, čime pospješuju otapanje tvari. U odnosu na vodu, sve ćelijske supstance se dijele na hidrofilne i hidrofobne.
Hidrofilna(iz grčkog hidro- vodu i filleo- ljubav) nazivaju se tvari koje se otapaju u vodi. To uključuje jonska jedinjenja (na primjer, soli) i neka nejonska jedinjenja (na primjer, šećeri).
Hidrofobna(iz grčkog hidro- vodu i Fobos- strah) su supstance koje su nerastvorljive u vodi. To uključuje, na primjer, lipide.
Voda igra važnu ulogu u hemijskim reakcijama koje se dešavaju u ćeliji u vodenim rastvorima. Rastvara metaboličke produkte koji tijelu nisu potrebni i na taj način potiče njihovo uklanjanje iz tijela. To daje visok sadržaj vode u ćeliji elastičnost. Voda olakšava kretanje različitih supstanci unutar ćelije ili od ćelije do ćelije.
Tijela žive i nežive prirode sastoje se od istih kemijskih elemenata. Živi organizmi sadrže neorganske supstance - vodu i mineralne soli. Vitalno važne brojne funkcije vode u ćeliji određene su karakteristikama njenih molekula: njihovim polaritetom, sposobnošću stvaranja vodikovih veza.
NEORGANSKE KOMPONENTE ĆELIJE
U ćelijama živih organizama nalazi se oko 90 elemenata, a oko 25 ih se nalazi u gotovo svim ćelijama. Na osnovu njihovog sadržaja u ćeliji, hemijski elementi se dele u tri velike grupe: makroelementi (99%), mikroelementi (1%), ultramikroelementi (manje od 0,001%).
Makroelementi uključuju kiseonik, ugljenik, vodonik, fosfor, kalijum, sumpor, hlor, kalcijum, magnezijum, natrijum, gvožđe.
Mikroelementi uključuju mangan, bakar, cink, jod, fluor.
Ultramikroelementi uključuju srebro, zlato, brom i selen.
| ELEMENTI | SADRŽAJ U TELU (%) | BIOLOŠKI ZNAČAJ |
| Makronutrijenti: | ||
| O.C.H.N. | 62-3 | Sadrži sve organske materije u ćelijama, vodu |
| Fosfor R | 1,0 | Dio su nukleinskih kiselina, ATP-a (formira visokoenergetske veze), enzima, koštanog tkiva i zubne cakline |
| Kalcijum Ca +2 | 2,5 | U biljkama je dio ćelijske membrane, kod životinja - u sastavu kostiju i zuba, aktivira zgrušavanje krvi |
| Mikroelementi: | 1-0,01 | |
| Sumpor S | 0,25 | Sadrži proteine, vitamine i enzime |
| Kalijum K+ | 0,25 | Izaziva provođenje nervnih impulsa; aktivator enzima sinteze proteina, procesa fotosinteze, rasta biljaka |
| Klor CI - | 0,2 | Sastojak je želučanog soka u obliku hlorovodonične kiseline, aktivira enzime |
| Natrijum Na+ | 0,1 | Osigurava provođenje nervnih impulsa, održava osmotski tlak u ćeliji, stimulira sintezu hormona |
| Magnezijum Mg +2 | 0,07 | Dio molekule hlorofila, koji se nalazi u kostima i zubima, aktivira sintezu DNK i energetski metabolizam |
| jod I - | 0,1 | Dio hormona štitnjače - tiroksina, utiče na metabolizam |
| Gvožđe Fe+3 | 0,01 | Dio je hemoglobina, mioglobina, sočiva i rožnjače oka, aktivator enzima i uključen je u sintezu hlorofila. Omogućava transport kiseonika do tkiva i organa |
| Ultramikroelementi: | manje od 0,01, količine u tragovima | |
| Bakar Si +2 | Učestvuje u procesima hematopoeze, fotosinteze, katalizira intracelularne oksidativne procese | |
| Manganese Mn | Povećava produktivnost biljaka, aktivira proces fotosinteze, utiče na hematopoetske procese | |
| Bor V | Utiče na procese rasta biljaka | |
| Fluor F | Dio je zubne cakline, ako postoji nedostatak, razvija se karijes, ako postoji višak, fluoroza. | |
| Supstance: | ||
| N 2 0 | 60-98 | On čini unutrašnje okruženje tela, učestvuje u procesima hidrolize i strukturira ćeliju. Univerzalni rastvarač, katalizator, učesnik u hemijskim reakcijama |
ORGANSKI KOMPONENTE ĆELIJA
| SUPSTANCE | STRUKTURA I SVOJSTVA | FUNKCIJE |
| Lipidi | ||
| Esteri viših masnih kiselina i glicerola. Sastav fosfolipida dodatno uključuje i ostatak H 3 PO4. Oni imaju hidrofobna ili hidrofilno-hidrofobna svojstva i visoku energetsku intenzivnost | Izgradnja- formira bilipidni sloj svih membrana. Energija. Termoregulatorna. Zaštitni. Hormonalni(kortikosteroidi, polni hormoni). Komponente vitamina D, E. Izvor vode u tijelu |
|
| Ugljikohidrati | ||
| monosaharidi: glukoza, fruktoza, riboza, deoksiriboza |
Visoko rastvorljiv u vodi | Energija |
| disaharidi: saharoza, maltoza (slani šećer) |
Rastvorljivo u vodi | Komponente DNK, RNK, ATP |
| polisaharidi: skrob, glikogen, celuloza |
Slabo rastvorljiv ili nerastvorljiv u vodi | Rezervni nutrijent. Konstrukcija - ljuska biljne ćelije |
| Vjeverice | Polimeri. Monomeri - 20 aminokiselina. | Enzimi su biokatalizatori. |
| I struktura je sekvenca aminokiselina u polipeptidnom lancu. Veza - peptid - CO-NH- | Konstrukcija - dio su membranskih struktura, ribozoma. | |
| II struktura - a-heliks, veza - vodonik | Motor (kontraktilni mišićni proteini). | |
| III struktura - prostorna konfiguracija a-spirale (globule). Veze - jonske, kovalentne, hidrofobne, vodonične | Transport (hemoglobin). Zaštitna (antitijela regulatorna (hormoni, inzulin). | |
| IV struktura nije karakteristična za sve proteine. Povezivanje nekoliko polipeptidnih lanaca u jednu nadgradnju. Slabo rastvorljiv u vodi. Djelovanje visokih temperatura, koncentriranih kiselina i lužina, soli teških metala uzrokuje denaturaciju | ||
| nukleinske kiseline: | Biopolimeri. Sastoji se od nukleotida | |
| DNK je deoksiribonukleinska kiselina. | Nukleotidni sastav: deoksiriboza, azotne baze - adenin, gvanin, citozin, timin, H 3 PO 4 ostatak. Komplementarnost azotnih baza A = T, G = C. Dvostruka spirala. Sposoban za samoudvostručavanje | Oni formiraju hromozome. Čuvanje i prijenos nasljednih informacija, genetski kod. Biosinteza RNK i proteina. Kodira primarnu strukturu proteina. Sadrži u jezgru, mitohondrijama, plastidima |
| RNK je ribonukleinska kiselina. | Nukleotidni sastav: riboza, azotne baze - adenin, gvanin, citozin, uracil, H 3 PO 4 ostatak Komplementarnost azotnih baza A = U, G = C. Jedan lanac | |
| Messenger RNA | Prenos informacija o primarnoj strukturi proteina, učestvuje u biosintezi proteina | |
| Ribosomalna RNA | Gradi tijelo ribosoma | |
| Transfer RNA | Kodira i prenosi aminokiseline do mjesta sinteze proteina - ribozoma | |
| Virusna RNK i DNK | Genetski aparat virusa | |
Enzimi.
Najvažnija funkcija proteina je katalitička. Proteinski molekuli koji povećavaju brzinu hemijskih reakcija u ćeliji za nekoliko redova veličine nazivaju se enzimi. Niti jedan biohemijski proces u tijelu ne nastaje bez sudjelovanja enzima.
Trenutno je otkriveno preko 2000 enzima. Njihova efikasnost je višestruko veća od efikasnosti neorganskih katalizatora koji se koriste u proizvodnji. Dakle, 1 mg željeza u enzimu katalaze zamjenjuje 10 tona neorganskog željeza. Katalaza povećava brzinu razgradnje vodikovog peroksida (H 2 O 2) za 10 11 puta. Enzim koji katalizuje reakciju stvaranja ugljene kiseline (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) ubrzava reakciju 10 7 puta.
Važno svojstvo enzima je specifičnost njihovog djelovanja, svaki enzim katalizira samo jednu ili malu grupu sličnih reakcija.
Supstanca na koju enzim djeluje naziva se supstrat. Strukture molekula enzima i supstrata moraju se međusobno točno podudarati. Ovo objašnjava specifičnost djelovanja enzima. Kada se supstrat kombinuje sa enzimom, prostorna struktura enzima se menja.
Redoslijed interakcije između enzima i supstrata može se shematski prikazati:
Supstrat+Enzim - Kompleks enzim-supstrat - Enzim+Proizvod.
Dijagram pokazuje da se supstrat kombinuje sa enzimom i formira kompleks enzim-supstrat. U ovom slučaju, supstrat se pretvara u novu tvar - proizvod. U završnoj fazi, enzim se oslobađa iz proizvoda i ponovo stupa u interakciju s drugim molekulom supstrata.
Enzimi funkcioniraju samo pri određenoj temperaturi, koncentraciji tvari i kiselosti okoline. Promjene uvjeta dovode do promjene tercijarne i kvartarne strukture proteinskog molekula, a samim tim i do supresije aktivnosti enzima. Kako se to dešava? Samo određeni dio molekule enzima, tzv aktivni centar. Aktivni centar sadrži od 3 do 12 aminokiselinskih ostataka i nastaje kao rezultat savijanja polipeptidnog lanca.
Pod uticajem različitih faktora, struktura molekula enzima se menja. U tom slučaju, prostorna konfiguracija aktivnog centra je poremećena, a enzim gubi svoju aktivnost.
Enzimi su proteini koji djeluju kao biološki katalizatori. Zahvaljujući enzimima, brzina hemijskih reakcija u ćelijama se povećava za nekoliko redova veličine. Važno svojstvo enzima je njihova specifičnost djelovanja pod određenim uvjetima.
Nukleinske kiseline.
Nukleinske kiseline su otkrivene u drugoj polovini 19. veka. Švicarski biohemičar F. Miescher, koji je izolovao supstancu s visokim sadržajem dušika i fosfora iz ćelijskih jezgara i nazvao je "nuklein" (od lat. jezgro- jezgro).
Nukleinske kiseline pohranjuju nasljedne informacije o strukturi i funkcioniranju svake ćelije i svih živih bića na Zemlji. Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina - DNK (deoksiribonukleinska kiselina) i RNA (ribonukleinska kiselina). Nukleinske kiseline su, kao i proteini, specifične za vrstu, odnosno organizmi svake vrste imaju svoj tip DNK. Da biste saznali razloge specifičnosti vrste, razmotrite strukturu nukleinskih kiselina.
Molekuli nukleinske kiseline su veoma dugi lanci koji se sastoje od stotina, pa čak i miliona nukleotida. Svaka nukleinska kiselina sadrži samo četiri vrste nukleotida. Funkcije molekula nukleinske kiseline zavise od njihove strukture, nukleotida koje sadrže, njihovog broja u lancu i redoslijeda spoja u molekuli.
Svaki nukleotid se sastoji od tri komponente: azotne baze, ugljikohidrata i fosforne kiseline. Svaki nukleotid DNK sadrži jednu od četiri vrste azotnih baza (adenin - A, timin - T, gvanin - G ili citozin - C), kao i dezoksiribozni ugljenik i ostatak fosforne kiseline.
Dakle, DNK nukleotidi se razlikuju samo po tipu azotne baze.
Molekul DNK se sastoji od ogromnog broja nukleotida povezanih u lanac u određenom nizu. Svaki tip molekula DNK ima svoj broj i sekvencu nukleotida.
Molekuli DNK su veoma dugački. Na primjer, za pisanje slovima sekvence nukleotida u molekulima DNK iz jedne ljudske ćelije (46 hromozoma) bila bi potrebna knjiga od oko 820.000 stranica. Izmjena četiri tipa nukleotida može formirati beskonačan broj varijanti DNK molekula. Ove strukturne karakteristike molekula DNK omogućavaju im da skladište ogromnu količinu informacija o svim karakteristikama organizama.
Godine 1953. američki biolog J. Watson i engleski fizičar F. Crick stvorili su model strukture molekule DNK. Naučnici su otkrili da se svaki molekul DNK sastoji od dva lanca, međusobno povezanih i spiralno uvijenih. Izgleda kao dvostruka spirala. U svakom lancu se izmjenjuju četiri tipa nukleotida u određenom nizu.
Nukleotidni sastav DNK varira među različitim vrstama bakterija, gljiva, biljaka i životinja. Ali to se ne mijenja s godinama i malo ovisi o promjenama okoline. Nukleotidi su upareni, odnosno broj nukleotida adenina u bilo kojoj molekuli DNK jednak je broju nukleotida timidina (A-T), a broj nukleotida citozina jednak je broju nukleotida guanina (C-G). To je zbog činjenice da veza dva lanca jedan s drugim u molekuli DNK podliježe određenom pravilu, naime: adenin jednog lanca uvijek je povezan dvjema vodikovim vezama samo s timinom drugog lanca, a gvanin - tri vodonične veze sa citozinom, odnosno nukleotidni lanci jednog molekula DNK su komplementarni, međusobno se nadopunjuju.
Molekule nukleinske kiseline - DNK i RNK - sastoje se od nukleotida. DNK nukleotidi uključuju dušičnu bazu (A, T, G, C), deoksiribozu ugljikohidrata i ostatak molekula fosforne kiseline. Molekul DNK je dvostruka spirala koja se sastoji od dva lanca povezana vodoničnim vezama prema principu komplementarnosti. Funkcija DNK je pohranjivanje nasljednih informacija.
Ćelije svih organizama sadrže molekule ATP-a – adenozin trifosforne kiseline. ATP je univerzalna ćelijska tvar, čija molekula ima veze bogate energijom. Molekul ATP je jedan jedinstveni nukleotid, koji se, kao i drugi nukleotidi, sastoji od tri komponente: azotne baze - adenina, ugljikohidrata - riboze, ali umjesto jednog sadrži tri ostatka molekula fosforne kiseline (Sl. 12). Veze označene na slici sa ikonom su bogate energijom i nazivaju se makroergijski. Svaki ATP molekul sadrži dvije visokoenergetske veze.
Kada se prekine visokoenergetska veza i uz pomoć enzima ukloni jedan molekul fosforne kiseline, oslobađa se 40 kJ/mol energije, a ATP se pretvara u ADP – adenozin difosfornu kiselinu. Kada se ukloni još jedan molekul fosforne kiseline, oslobađa se još 40 kJ/mol; Nastaje AMP - adenozin monofosforna kiselina. Ove reakcije su reverzibilne, odnosno AMP se može pretvoriti u ADP, ADP u ATP.
Molekuli ATP-a se ne samo razgrađuju, već se i sintetiziraju, pa je njihov sadržaj u ćeliji relativno konstantan. Značaj ATP-a u životu ćelije je ogroman. Ove molekule igraju vodeću ulogu u energetskom metabolizmu potrebnom za osiguranje života ćelije i organizma u cjelini.
Rice. 12. Šema strukture ATP-a.| adenin - |
Molekul RNK je obično jedan lanac, koji se sastoji od četiri tipa nukleotida - A, U, G, C. Poznata su tri glavna tipa RNK: mRNA, rRNA, tRNA. Sadržaj RNK molekula u ćeliji nije konstantan, oni učestvuju u biosintezi proteina. ATP je univerzalna energetska supstanca ćelije, koja sadrži veze bogate energijom. ATP igra centralnu ulogu u ćelijskom energetskom metabolizmu. RNK i ATP se nalaze i u jezgru i u citoplazmi ćelije.
Zadaci i testovi na temu "Tema 4. "Hemijski sastav ćelije."
- polimer, monomer;
- ugljikohidrati, monosaharidi, disaharidi, polisaharidi;
- lipid, masna kiselina, glicerol;
- aminokiselina, peptidna veza, protein;
- katalizator, enzim, aktivno mjesto;
- nukleinska kiselina, nukleotid.
Algoritam za rješavanje problema.
Tip 1. Samokopiranje DNK.
Jedan od lanaca DNK ima sljedeću sekvencu nukleotida:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Koju sekvencu nukleotida ima drugi lanac istog molekula?
Za pisanje nukleotidne sekvence drugog lanca molekule DNK, kada je poznat niz prvog lanca, dovoljno je zamijeniti timin adeninom, adenin timinom, gvanin citozinom i citozin guaninom. Nakon što smo izvršili ovu zamjenu, dobijamo slijed:
TATTGGGCTATGAGCTAAATG...
Tip 2. Kodiranje proteina.
Lanac aminokiselina proteina ribonukleaze ima sledeći početak: lizin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lizin...
Kojom nukleotidnom sekvencom počinje gen koji odgovara ovom proteinu?
Da biste to učinili, koristite tabelu genetskih kodova. Za svaku aminokiselinu nalazimo njenu kodnu oznaku u obliku odgovarajuće trojke nukleotida i zapisujemo je. Ređajući ove triplete jedan za drugim istim redoslijedom kao i odgovarajuće aminokiseline, dobijamo formulu za strukturu dijela RNK glasnika. Takvih trojki u pravilu ima nekoliko, izbor se vrši prema vašoj odluci (ali se uzima samo jedna od trojki). Shodno tome, može postojati nekoliko rješenja.
AAAAAAAAACUGCCGGCUGCGAAG
Kojim slijedom aminokiselina počinje protein ako je kodiran sljedećim nizom nukleotida:
ACGGCCATGGCCGGT...
Koristeći princip komplementarnosti, nalazimo strukturu dijela RNK glasnika formiranog na datom segmentu molekule DNK:
UGGGGGUACGGGGCA...
Zatim se okrećemo tablici genetskog koda i za svaku trojku nukleotida, počevši od prve, pronađemo i ispišemo odgovarajuću aminokiselinu:
Cistein-glicin-tirozin-arginin-prolin-...
Ivanova T.V., Kalinova G.S., Mjagkova A.N. "Opća biologija". Moskva, "Prosvetljenje", 2000
- Tema 4. "Hemijski sastav ćelije." §2-§7 str. 7-21
- Tema 5. "Fotosinteza." §16-17 str. 44-48
- Tema 6. "Ćelijsko disanje." §12-13 str. 34-38
- Tema 7. "Genetske informacije." §14-15, str. 39-44
Hemijski sastav ćelije
Hemijski elementi ćelije.
Sve ćelije, bez obzira na nivo organizacije, slične su po hemijskom sastavu. Ćelija sadrži nekoliko hiljada supstanci koje učestvuju u raznim hemijskim reakcijama. U živim organizmima otkriveno je oko 80 hemijskih elemenata iz periodnog sistema D.I. Za 24 elementa poznate su funkcije koje obavljaju u tijelu, to su biogeni elementi. Na osnovu njihovog kvantitativnog sadržaja u živoj materiji, elementi se dijele u tri kategorije:
Makronutrijenti:
O, C, H, N- oko 98% mase žive materije, elementi 1. grupe;
K, Na, Ca, Mg, S, P, Cl, F e - elementi 2. grupe. (1,9% mase žive materije).
Mikroelementi (Zn, Mn, Cu, Co, Mo i mnogi drugi),čiji se udio kreće od 0,001% do 0,000001. Mikroelementi su dio biološki aktivnih supstanci - enzima, vitamina i hormona.
Ultramikroelementi (Au, U, Ra, itd.),čija koncentracija ne prelazi 0,000001%. Uloga većine elemenata ove grupe još nije razjašnjena.
Makro- i mikroelementi prisutni su u živoj materiji u različitim oblicima hemijska jedinjenja, koji se dijele na neorganske i organske tvari .
Neorganska jedinjenja ćelije.
Neorganske supstance uključuju: voda,čine otprilike 70-80% tjelesne težine; minerali - 1-1,5%.
Voda. Najčešći neorganski spoj u živim organizmima. Njegov sadržaj uvelike varira: u ćelijama zubne cakline voda čini oko 10% težine, au ćelijama embrija u razvoju - više od 90%.
Bez vode život je nemoguć. Ona nije samo bitna komponenta živih ćelija, već i stanište organizama. Biološki značaj vode zasniva se na njenim hemijskim i fizičkim svojstvima.
Hemijska i fizička svojstva vode objašnjavaju se, prije svega, malom veličinom molekula vode, njihovim polaritetom i sposobnošću međusobnog povezivanja vodoničnim vezama. U molekuli vode jedan atom kisika je kovalentno vezan za dva atoma vodika. Molekula je polarna: atom kisika nosi mali negativni naboj, a dva atoma vodika nose male pozitivne naboje. To čini molekul vode dipolom. Stoga, kada molekuli vode međusobno djeluju, između njih se uspostavljaju vodikove veze. Oni su 15-20 puta slabiji od kovalentnih, ali budući da je svaki molekul vode sposoban da formira 4 vodikove veze, značajno utiču na fizička svojstva vode. Veliki toplotni kapacitet, toplota fuzije i toplota isparavanja objašnjavaju se činjenicom da se većina toplote koju apsorbuje voda troši na razbijanje vodoničnih veza između njenih molekula. Voda ima visoku toplotnu provodljivost. Voda je praktično nestišljiva i prozirna u vidljivom dijelu spektra. Konačno, voda je tvar čija je gustina u tekućem stanju veća nego u čvrstom stanju na 4ºC ima maksimalnu gustinu, led ima manju gustinu, izdiže se na površinu i štiti rezervoar od smrzavanja.
Fizička i hemijska svojstva čine ga jedinstvenom tečnošću i određuju njen biološki značaj. Voda je dobar rastvarač za jonska (polarna) jedinjenja, kao i za neka nejonska jedinjenja čiji molekuli sadrže naelektrisane (polarne) grupe. Bilo koja polarna jedinjenja u vodi hidratizirati(okruženi molekulima vode), dok molekuli vode učestvuju u formiranju strukture molekula organskih supstanci. Ako je energija privlačenja molekula vode za molekule tvari veća od energije privlačenja između molekula tvari, tada se tvar rastvara. U odnosu na vodu postoje: hidrofilne supstance - tvari koje su vrlo topljive u vodi; hidrofobne supstance- supstance koje su praktično nerastvorljive u vodi. Većina biohemijskih reakcija može se dogoditi samo u vodenom rastvoru; Mnoge supstance ulaze i izlaze iz ćelije u vodenom rastvoru. Visok toplotni kapacitet i toplotna provodljivost vode doprinose ravnomernoj raspodeli toplote u ćeliji.
Zbog velikog gubitka toplote prilikom isparavanja vode telo se hladi. Zahvaljujući silama adhezije i kohezije, voda se može dići kroz kapilare (jedan od faktora koji osigurava kretanje vode u posudama biljaka). Voda je direktan učesnik u mnogim hemijskim reakcijama (hidrolitička razgradnja proteina, ugljenih hidrata, masti itd.). Određuje napregnuto stanje staničnih zidova (turgor), a također obavlja funkciju podrške (hidrostatski kostur, na primjer, kod okruglih crva).
Minerali ćelije. Uglavnom su predstavljene solima koje se disociraju na anione i katione. Za vitalne procese ćelije najvažniji kationi su K+, Na+, Ca 2+, Mg 2+, te anjoni HPO 4 2-, Cl -, HCO 3 -. Koncentracije jona u ćeliji i njenom okruženju su različite. Na primjer, u vanjskom okruženju (krvna plazma, morska voda) K+ je uvijek manji, a Na+ je uvijek više nego u ćeliji. Postoji niz mehanizama koji omogućavaju ćeliji da održi određeni omjer jona u protoplastu i vanjskom okruženju.
Razni joni učestvuju u mnogim procesima života ćelije: kationi K+, Na+, Cl – obezbeđuju podražljivost živih organizama; kationi Mg 2+, Mn 2+, Zn 2+, Ca 2+ itd. neophodni su za normalno funkcionisanje mnogih enzima; stvaranje ugljikohidrata tokom fotosinteze nemoguće je bez Mg 2+ (komponente hlorofila); puferska svojstva ćelije (održavanje blago alkalne reakcije sadržaja ćelije) podržavaju anjoni slabih kiselina (HCO 3 -, HPO 4 -) i slabih kiselina (H 2 CO 3);
Sistem fosfatnog pufera:
Nizak pH Visok pH
NPO 4 2- + H + ←―――――――→H 2 PO 4 -
Hidrogen fosfat - jon Dihidrogen fosfat - jon
Bikarbonatni pufer sistem:
Nizak pH Visok pH
HCO 3 - + H + ←―――――――→ H 2 CO 3
Bikarbonat - jon Ugljena kiselina
Neke anorganske tvari sadržane su u ćeliji ne samo u otopljenom, već iu čvrstom stanju. Na primjer, Ca i P se nalaze u koštanom tkivu i školjkama mekušaca u obliku dvostrukih soli ugljičnog dioksida i fosfata.
Od neorganskih supstanci ćelija vodečini oko 65% njegove mase: u mladim brzorastućim ćelijama do 95%, u starim ćelijama - oko 60%. Uloga vode u ćelijama je veoma velika, ona je medij i rastvarač, učestvuje u većini hemijskih reakcija, kretanju supstanci, termoregulaciji, formiranju ćelijskih struktura, određuje zapreminu i elastičnost ćelije. Većina tvari ulazi i izlazi iz tijela u vodenoj otopini.
Organska materija- čine 20-30% ćelijskog sastava. Mogu biti jednostavno(aminokiseline, glukoza, masne kiseline) i kompleks(proteini, polisaharidi, nukleinske kiseline, lipidi). Najvažniji su proteini, masti, ugljikohidrati i nukleinske kiseline.
Proteini su glavne i najsloženije supstance svake ćelije. Veličina proteinskog molekula je stotine i hiljade puta veća od molekula neorganskih jedinjenja. Molekuli proteina nastaju od jednostavnih spojeva - aminokiselina (prirodni proteini sadrže 20 aminokiselina). Kombinujući se u različitim sekvencama i količinama, oni formiraju širok spektar (do 1000) proteina. Njihova uloga u životu ćelije je ogromna: građevni materijal tela, katalizatori (enzimski proteini ubrzavaju hemijske reakcije), transport (hemoglobin u krvi dostavlja kiseonik i hranljive materije ćelijama i odnosi ugljen-dioksid i produkte raspadanja). Proteini obavljaju zaštitnu i energetsku funkciju. Ugljikohidrati su organske tvari koje se sastoje od ugljika, vodika i kisika. Najjednostavniji od njih su monosaharidi - heksoza, fruktoza, glukoza (nalazi se u voću, medu), galaktoza (u mlijeku) i polisaharidi - koji se sastoje od nekoliko jednostavnih ugljikohidrata. To uključuje škrob i glikogen. Ugljikohidrati su glavni izvor energije za sve oblike ćelijske aktivnosti (kretanje, biosinteza, lučenje itd.) i imaju ulogu rezervnih supstanci. Lipidi su masti netopive u vodi i tvari slične mastima. Oni su glavna strukturna komponenta bioloških membrana. Lipidi obavljaju energetsku funkciju i sadrže vitamine rastvorljive u mastima. Nukleinske kiseline - (od latinske riječi "nukleus" - jezgro) - nastaju u jezgri ćelije. Dolaze u dvije vrste: dezoksiribonukleinske kiseline (DNK) i ribonukleinske kiseline (RNA). Njihova biološka uloga je veoma velika. Oni određuju sintezu proteina i prijenos nasljednih informacija.