Organisasi kimia sel: bahan-bahan organik, makro dan microelements

Pada abad ke-19 ia membentuk sebuah cabang biologi dipanggil biokimia. Dia sedang mengkaji komposisi kimia sel-sel hidup. Tugas utama sains - Pengetahuan tentang keunikan metabolisme dan tenaga, mengawal fungsi-fungsi utama sel-sel tumbuhan dan haiwan.

Konsep komposisi kimia sel

Hasil daripada penyelidikan meluas oleh saintis organisasi kimia sel telah dikaji dan mendapati bahawa benda hidup terdiri daripada lebih daripada 85 unsur-unsur kimia. Dan sebahagian daripada mereka dikehendaki untuk hampir semua organisma, manakala yang lain adalah khusus dan berlaku dalam spesies tertentu. Kumpulan ketiga unsur-unsur kimia di dalam sel-sel mikroorganisma, tumbuh-tumbuhan dan haiwan dalam kuantiti yang cukup kecil. unsur-unsur kimia sel sering dalam bentuk kation dan anion yang garam mineral dan air terbentuk, dan sebatian karbon organik disintesis: karbohidrat, protein, lipid.

elemen organogenic

Dalam biokimia, ini termasuk karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen. set mereka adalah dalam sel sebanyak 88 kepada 97% unsur-unsur kimia lain yang hadir di dalamnya. Terutama penting adalah karbon. Semua bahan-bahan organik dalam komposisi sel terdiri daripada molekul yang mengandungi karbon dalam atom komposisinya. Mereka boleh saling untuk membentuk rantaian (bercabang dan tidak bercabang), serta kitaran. Keupayaan ini atom karbon mendasari kepelbagaian menarik bahan-bahan organik termasuk dalam sitoplasma sel dan organel.

Sebagai contoh, kandungan dalaman sel terdiri daripada oligosakarida larut, protein hydrophilic, lipid, pelbagai jenis RNA: pemindahan RNA, RNA ribosom dan Rasul-RNA, serta monomer percuma - nukleotida. Apa-apa komposisi kimia mempunyai nukleus sel. Ia juga mengandungi satu molekul asid deoksiribonukleik, sebahagian daripada kromosom. Semua sebatian di atas adalah dalam atom komposisinya Nitrogen, karbon dengan oksigen, hidrogen. Ini adalah bukti kepentingan tertentu mereka, kerana organisasi kimia sel bergantung kepada kandungan unsur biogenik yang membentuk struktur sel: hyaloplasm dan organel.

Makronutrien dan makna mereka

unsur-unsur kimia, yang juga sangat biasa dalam sel-sel pelbagai jenis organisma, biokimia dipanggil makronutrien. kandungan mereka dalam sel adalah 1.2% - 1.9%. Oleh Makroelemen sel-sel termasuk: fosforus, kalium, klorin, sulfur, magnesium, kalsium, besi dan sodium. Kesemua mereka mempunyai fungsi yang penting dan merupakan sebahagian daripada pelbagai organel sel. Oleh itu, ion ferus hadir dalam protein darah - hemoglobin yang membawa oksigen (di mana ia dipanggil oksihaemoglobin), karbon dioksida (karbogemoglobin) atau karbon dioksida (carboxyhaemoglobin).

ion natrium menyediakan bentuk penting dalam pengangkutan intercellular: apa yang dipanggil pam natrium-kalium. Mereka juga adalah sebahagian daripada plasma cecair dan darah celahan. ion magnesium di dalam molekul klorofil (photopigment tumbuhan yang lebih tinggi) dan terlibat dalam proses fotosintesis, serta pusat-pusat tindak balas bentuk yang foton perangkap tenaga cahaya.

ion kalsium menyediakan pengaliran denyutan saraf di sepanjang gentian dan komponen utama osteocytes - sel-sel tulang. sebatian kalsium adalah meluas dalam haiwan invertebrat dunia yang cengkerang terdiri daripada kalsium karbonat.

ion klorida terlibat dalam pengisian membran sel dan menyediakan kemunculan denyutan elektrik rangsangan neural asas.

Atom sulfur adalah sebahagian daripada protein asli dan menyebabkan tinggi struktur "jahitan" rantaian polipeptida mereka, dan dengan itu membentuk molekul protein globular.

ion kalium terlibat dalam pengangkutan bahan-bahan melalui membran sel. atom fosforus adalah sebahagian daripada ini penting bahan-bahan tenaga intensif seperti adenosina trifosfat, dan merupakan komponen penting dalam molekul asid deoksiribonukleik dan ribonucleic, yang merupakan keturunan bahan sel utama.

fungsi surih dalam metabolisme sel

Kira-kira 50 unsur-unsur kimia yang membentuk kurang daripada 0.1% dalam sel-sel, yang dipanggil microcells. Ini termasuk zink, molibdenum, iodin, tembaga, kobalt, fluorin. Dengan penyelenggaraan yang rendah mereka melakukan fungsi yang sangat penting, sebagai sebahagian daripada banyak bahan-bahan biologi aktif.

Sebagai contoh, atom zink adalah dalam molekul insulin (pankreas hormon yang mengawal paras glukosa darah), iodin merupakan satu daripada komponen hormon tiroid - tiroksin dan triiodothyronine mengawal tahap metabolisme di dalam badan. Tembaga, bersama-sama dengan ion besi yang terlibat dalam hematopoiesis (pembentukan sel-sel darah merah, platelet dan sel-sel darah putih di dalam sum-sum tulang vertebrata). ion tembaga adalah termasuk dalam hemosianinnya pigmen di dalam darah invertebrata, kerang tersebut. Oleh itu, warna biru Hemolimfa mereka.

Lebih banyak kandungan kurang dalam sel unsur kimia seperti seperti plumbum, emas, bromin, perak. Mereka dipanggil ultromikroelementami dan sebahagian daripada sel-sel tumbuhan dan haiwan. Sebagai contoh, dalam analisis kimia ion emas jagung kumbang dikesan. atom bromin dalam sebilangan besar sel-sel termasuk dalam Thalli alga coklat dan merah, seperti Sargassum, Laminaria, Fucus.

Semua sebelum ini contoh-contoh dan fakta menjelaskan bagaimana saling komposisi kimia, fungsi dan struktur sel. Jadual di bawah menunjukkan kandungan pelbagai elemen kimia dalam sel-sel organisma hidup.

ciri-ciri umum sebatian organik

sifat kimia sel-sel yang berbeza kumpulan organisma dengan cara yang tertentu bergantung kepada atom karbon, yang mencakupi lebih 50% daripada jisim sel. Hampir semua perkara sel kering diwakili karbohidrat, protein, asid nukleik dan lipid, yang mempunyai struktur kompleks dan berat molekul yang tinggi. molekul itu dipanggil makromolekul (polimer) dan terdiri daripada unsur-unsur mudah - monomer. bahan protein memainkan peranan yang amat penting dan melaksanakan pelbagai fungsi, yang dibincangkan di bawah.

Peranan protein dalam sel

analisis biokimia sebatian memasukkan ke dalam sel hidup, mengesahkan kandungan tinggi bahan-bahan organik seperti protein. Fakta ini mempunyai penjelasan yang logik: protein melaksanakan pelbagai fungsi dan terlibat dalam semua aspek kehidupan sel.

Sebagai contoh, fungsi perlindungan protein adalah pembentukan antibodi - antibodi yang dihasilkan oleh limfosit. protein perlindungan sedemikian seperti thrombin, fibrin dan tromboblastin menyediakan pembekuan darah dan mencegah kehilangan dalam trauma dan kecederaan. Komposisi kompleks sel termasuk protein membran sel mempunyai keupayaan untuk mengenal pasti sebatian asing - antigen. Mereka mengubah konfigurasi mereka dan sel laporan bahaya yang mungkin timbul (fungsi penggera).

Sesetengah protein mempunyai fungsi kawal selia dan hormon, seperti oxytocin, yang dihasilkan oleh hipotalamus, pituitari terpelihara. Prosiding dari ia ke dalam darah, oxytocin bertindak di dinding otot rahim, menyebabkan pengurangan. vasopressin protein juga berfungsi fungsi kawal selia dengan mengawal tekanan darah.

Sel-sel otot aktin dan myosin, mampu mengecut, yang menyebabkan fungsi motor tisu otot. Untuk protein, fungsi biasa dan trofik, misalnya, albumin embrio digunakan sebagai nutrien untuk pembangunan. protein darah pelbagai organisma, seperti hemoglobin dan hemosianinnya, molekul oksigen dipindahkan - mengendalikan fungsi pengangkutan. Jika lebih memakan tenaga bahan-bahan seperti karbohidrat dan lipid, yang digunakan sepenuhnya, sel bermula untuk memecahkan protein. Satu gram bahan ini 17 memberikan 2 kJ tenaga. Salah satu fungsi yang paling penting protein adalah pemangkin (protein, enzim mempercepatkan tindak balas kimia dalam petak cytoplasmic). Berdasarkan maklumat di atas, kita telah melihat bahawa protein mempunyai beberapa fungsi yang sangat penting dan perlu sebahagian daripada sel haiwan.

biosintesis protein

Mempertimbangkan proses sintesis protein dalam sel, yang berlaku dalam sitoplasma melalui organel seperti ribosom. Terima kasih kepada aktiviti enzim tertentu, dengan penyertaan ion kalsium ribosome bergabung untuk polysomes. Fungsi utama ribosom dalam sel - sintesis molekul protein, memulakan proses transkripsi. Hasil daripada ia disintesis molekul mRNA, yang dilampirkan polysomes. Kemudian bermula percubaan kedua - penyiaran. Pengangkutan RNA mengikat dua puluh jenis asid amino dan membawa mereka ke polysomes, dan sejak fungsi ribosom dalam sel - sintesis polypeptides, organel ini membentuk kompleks dengan tRNA, dan molekul asid amino yang dikaitkan bersama oleh ikatan peptida untuk membentuk makromolekul protein.

Peranan air dalam metabolisme

kajian sitologi telah mengesahkan hakikat bahawa struktur sel dan komposisi yang kita belajar, purata 70% air, dan dalam banyak haiwan, mengetuai cara air kehidupan (contohnya, coelenterates) kandungan mencecah 97-98%. Memandangkan organisasi kimia ini sel-sel termasuk hidrofilik (mampu melarutkan) dan hidrofobik (air-penghalau) material. Sebagai pelarut kutub universal, air memainkan peranan yang penting dan mempunyai kesan langsung bukan sahaja kepada fungsi, tetapi juga dalam struktur yang sel-sel. Jadual di bawah menunjukkan kandungan air di dalam pelbagai jenis sel organisma hidup.

Fungsi karbohidrat dalam sel

Seperti yang kami jelaskan sebelum ini, untuk penting organik bahan kimia - polimer - juga karbohidrat. Ini termasuk polisakarida, oligosakarida dan monosakarida. Karbohidrat adalah sebahagian daripada sistem yang lebih kompleks - glycolipids dan glycoproteins, yang dibina membran sel dan struktur nadmembrannye, mis glycocalyx.

Tambahan pula karbon dalam karbohidrat termasuk atom hidrogen dan oksigen, dan beberapa polisakarida mengandungi lebih nitrogen, sulfur dan fosforus. Sel-sel banyak karbohidrat tumbuhan: ubi kentang mengandungi sehingga 90% kanji dalam biji dan kandungan buah-buahan karbohidrat sehingga 70%, dan sel-sel haiwan didapati dalam bentuk sebatian seperti glikogen, chitin dan trehalose.

gula ringkas (monosakarida) mempunyai formula umum CnH2nOn dan dibahagikan kepada tetroses, triose, pentosa dan hexose. Kedua-dua lepas adalah yang paling biasa dalam sel-sel organisma hidup, sebagai contoh, ribosa dan deoxyribose adalah sebahagian daripada asid nukleik, dan glukosa dan fruktosa yang terlibat dalam tindak balas asimilasi dan disimilasi. Oligosakarida sering dijumpai di dalam sel tumbuhan: sukrosa disimpan dalam sel-sel bit gula dan tebu, maltosa terkandung dalam caryopses bercambah rai dan barli.

Disaccharides mempunyai rasa yang manis dan mudah larut dalam air. Polisakarida, yang merupakan biopolimer terdiri terutamanya daripada kanji, selulosa, glikogen dan laminarin. Bentuk-bentuk struktur termasuk polisakarida chitin. Fungsi utama karbohidrat dalam sel - tenaga. Akibat daripada tindak balas hidrolisis dan metabolisme tenaga melekang polisakarida kepada glukosa, dan ia kemudian dioksidakan kepada karbon dioksida dan air. Hasilnya, satu gram Sidang glukosa 17.6 kJ tenaga, dan rizab kanji dan glikogen, pada dasarnya selular takungan tenaga.

Glikogen adalah disimpan terutamanya dalam otot dan hati sel, sayur-sayuran kanji - dalam ubi, mentol, akar, biji dan artropod, seperti labah-labah, serangga dan krustasia, peranan utama dalam bekalan tenaga memainkan trehalose oligosakarida.

Karbohidrat adalah berbeza daripada lemak dan protein, keupayaan untuk degradasi anoksik. Ini adalah amat penting bagi organisma hidup dalam keadaan kekurangan atau ketiadaan oksigen, seperti bakteria anaerobik, dan helmin - parasit manusia dan haiwan.

Terdapat satu lagi fungsi karbohidrat dalam sel - pembinaan (struktur). Ia terletak pada hakikat bahawa bahan-bahan ini menyokong struktur sel. Sebagai contoh, selulosa sebahagian daripada dinding sel tumbuh-tumbuhan, chitin membentuk rangka luar dan banyak invertebrata berlaku dalam sel-sel kulat, olisaharidy bersama-sama dengan lipid dan protein molekul membentuk glycocalyx - nadmembranny kompleks. Ia menyediakan lekatan - antara sel-sel pengumpalan haiwan, yang membawa kepada pembentukan tisu.

Lipid: struktur dan fungsi

Bahan-bahan organik, yang hidrofobik (larut air) boleh dikeluarkan, iaitu diekstrak dari sel-sel oleh pelarut nonpolar, seperti aseton atau kloroform. fungsi lipid dalam sel bergantung kepada mana satu daripada tiga kumpulan mereka tergolong: untuk lemak, lilin atau steroid. Lemak adalah yang paling biasa dalam semua jenis sel.

Haiwan mengumpul mereka dalam tisu adipos subkutaneus, tisu neural mengandungi lemak dalam bentuk sarung myelin saraf. Ia juga berkumpul di dalam buah pinggang, hati, serangga - dalam badan lemak. lemak cecair - minyak - terdapat dalam benih tumbuh-tumbuhan banyak: pain, kacang, bunga matahari, zaitun. Kandungan lipid dalam sel-sel antara 5 hingga 90% (dalam tisu adipos).

Steroid dan wax berbeza daripada lemak dalam bahawa mereka tidak mempunyai dalam molekul sisa-sisa asid lemak. Jadi, steroid - ia hormon korteks adrenal, yang memberi kesan baligh badan dan yang merupakan komponen testosteron. Mereka juga adalah sebahagian daripada vitamin (mis, vitamin D).

Fungsi utama lipid dalam sel - adalah tenaga, pembinaan dan perlindungan. Yang pertama adalah disebabkan oleh hakikat bahawa 1 gram lemak dalam belahan memberikan 38.9 kJ tenaga - lebih daripada bahan-bahan organik yang lain - protein dan karbohidrat. Tambahan pula, dalam pengoksidaan 1h lemak ia berdiri hampir 1.1 c. air. Itulah sebabnya mengapa sesetengah haiwan mempunyai stok lemak dalam badan anda boleh menjadi masa yang lama tanpa air. Sebagai contoh, gophers boleh menjadi aktif selama lebih daripada dua bulan, tanpa memerlukan air, dan tidak minum unta air pada peralihan melalui padang pasir untuk 10-12 hari.

Pembinaan fungsi lipid terletak pada hakikat bahawa mereka adalah merupakan sebahagian daripada membran sel, dan juga sebagai sebahagian daripada saraf. Fungsi perlindungan lipid terdiri dalam fakta bahawa lapisan lemak di bawah kulit di sekeliling buah pinggang dan organ-organ dalaman yang lain melindungi mereka daripada kecederaan mekanikal. Tertentu fungsi penebat haba wujud dalam haiwan untuk masa yang lama berada di dalam air: ikan paus, anjing laut, anjing laut. Tebal lapisan adipos subkutaneus, sebagai contoh, ikan paus biru adalah 0.5 m, ia melindungi haiwan itu daripada hipotermia.

Nilai oksigen dalam metabolisme sel

organisma aerobik, termasuk majoriti haiwan, tumbuh-tumbuhan dan manusia, dengan menggunakan oksigen atmosfera untuk tindak balas pertukaran tenaga yang membawa kepada perpecahan bahan-bahan organik dan peruntukan sejumlah tenaga terkumpul dalam bentuk molekul adenosina trifosfat.

Oleh itu, pengoksidaan lengkap satu mol glukosa yang berlaku dalam kristae mitokondria, 2800 kJ tenaga diperuntukkan, yang mana 1596 kJ (55%) disimpan dalam bentuk molekul ATP mengandungi sambungan macroergic. Oleh itu, fungsi utama oksigen dalam sel - pelaksanaan respirasi aerobik, yang berasaskan kumpulan tindak balas enzim yang dipanggil rantaian pernafasan yang berlaku dalam organel - mitokondria. Dalam organisma prokariot - bakteria phototrophic dan cyanobacteria - pengoksidaan nutrien berlaku di bawah pengaruh oksigen meresap ke dalam sel-sel dalam bonjol dalaman membran plasma.

Kami mempunyai organisasi kimia sel telah dikaji, serta proses sintesis protein dan fungsi oksigen dalam metabolisme tenaga selular.