Chemická organizace buněk: organických látek, makro- a mikroprvků

V pozdní 19. století vznikne obor biologie volal biochemie. Studuje chemické složení živých buněk. Hlavním úkolem vědy - znalost zvláštností metabolismu a energie, regulaci životních funkcí rostlinných a živočišných buněk.

Pojem chemického složení buněk

Jako výsledek rozsáhlého výzkumu vědců chemické organizace buněk byla zkoumána a bylo zjištěno, že živé organismy jsou složeny z více než 85 chemických prvků. A některé z nich jsou nezbytné pro téměř všechny organismy, zatímco jiní jsou specifické a vyskytují se v konkrétních druhů. Třetí skupina chemických prvků přítomných v buňkách mikroorganismů, rostlin a zvířat v dostatečně malých množstvích. Chemické prvky buňky jsou často ve formě kationtů a aniontů, ze kterých se tvoří minerální soli a vody, a organické sloučeniny uhlíku se syntetizují: sacharidy, bílkoviny, lipidy.

organogenní prvky

V biochemii, mezi ně patří uhlík, vodík, kyslík a dusík. Jejich sada je v buňce 88 až 97% ostatních chemických prvků přítomných v něm. Zvláště důležité je uhlík. Všechny organické látky ve složení buněk se skládají z molekul, obsahujících uhlík v jeho atomů složení. Mohou být vzájemně propojeny do řetězce (rozvětvený a nerozvětvený), stejně jako cykly. Tato schopnost atomů uhlíku je základem nápadnou různorodost organických látek obsažených v buněčné cytoplazmě a organel.

Například vnitřní obsah buňky se skládá z rozpustné oligosacharidu, hydrofilních proteinů, lipidů, různé typy RNA: RNA převod, ribozomální RNA a posel RNA, stejně jako volné monomery - nukleotidy. Takové chemické složení má buněčné jádro. To také obsahuje molekulu deoxyribonukleové kyseliny, část chromozomů. Všechny z výše uvedených sloučenin jsou v jeho atomů složení z dusíku, uhlíku s kyslíkem, vodík. To je důkazem jejich mimořádný význam, protože chemická organizace buňky závisí na obsahu biogenních prvků, které tvoří buněčné struktury: hyaloplasm a organel.

Makroživin a jejich významy

Chemické látky, které jsou také velmi běžné v buňkách různých typů organismů, biochemie, se nazývají makroživiny. Jejich obsah v buňce je 1,2% - 1,9%. Tím makroprvků buňky zahrnují: fosfor, draslík, chlór, síru, hořčík, vápník, železo a sodík. Všechny z nich mají důležité funkce a jsou součástí různých buněčných organel. To znamená, že železnaté ionty je přítomna v krevní bílkoviny - hemoglobin, který přenáší kyslík (v takovém případě se nazývá oxyhemoglobinu), oxid uhličitý (karbogemoglobin) nebo oxidu uhličitého (karboxyhemoglobinu).

Sodné ionty poskytují důležité formu mezibuněčné dopravy: tzv čerpadlo sodno-draselného. Jsou také součástí mezibuněčné tekutiny a krevní plazmy. hořečnaté ionty přítomné v chlorofylu molekul (photopigment vyšších rostlin) a jsou zapojeny v procesu fotosyntézy, stejně jako forma reakčních center, že pasti fotony světelné energie.

Vápenaté ionty poskytují vedení nervových impulsů podél vláken a jsou hlavní složkou osteocyty - kostních buněk. sloučeniny vápníku jsou velmi rozšířené v celém světě bezobratlých živočichů, jejichž pláště jsou složeny z uhličitanu vápenatého.

Chloridové ionty se podílejí na dobíjení buněčnou membránu a poskytuje vzhled elektrických pulzů základního nervové stimulace.

Atomy síry jsou součástí nativního proteinu a způsobí jejich terciární struktura „šití“ polypeptidový řetězec, čímž se vytvoří globulární molekulu proteinu.

Draselné ionty se podílejí na transportu látek přes buněčné membrány. atomy fosforu jsou součástí tohoto důležitého energeticky náročných látek, jako jsou adenosin trifosfátu, a je důležitou součástí molekul deoxyribonukleové a ribonukleové kyseliny, které jsou hlavní látky buňka dědičnost.

Trace funkce v buněčném metabolismu

Asi 50 chemické prvky, které tvoří méně než 0,1% v buňkách, tzv mikrobublin. Mezi ně patří zinek, molybden, jod, měď, kobalt, atom fluoru. S nízkými nároky na údržbu vykonávají velmi důležitou funkci, jako součást mnoha biologicky aktivních látek.

Například atomy zinku jsou v inzulínové molekule (pankreatický hormon regulující krevní hladiny glukózy v krvi), jód je složkou hormonů štítné žlázy - thyroxin a trijodthyronin řízení úrovně metabolismus v těle. Měď, spolu s ionty železa zapojených krvetvorby (tvorbě červených krvinek, krevních destiček a bílých krvinek v kostní dřeni obratlovců). Ionty mědi jsou zahrnuty v hemocyanin pigment přítomný v krvi bezobratlých, takových korýšů. Proto je barva jejich hemolymfy modré.

Další menší obsah v buněčných těchto chemických prvků, jako je olovo, zlato, bromu, stříbro. Nazývají se ultromikroelementami a součástí rostlinných a živočišných buněk. Například, v chemické analýze byly zjištěny kukuřice květopas ionty zlata. bromu ve velkém počtu buněk zahrnutých v stélek hnědé a červené řasy, jako Sargassum, Laminaria, Fucus.

Všechny výše uvedené příklady a fakta vysvětlují, jak vzájemně chemické složení, funkce a struktury buněk. Níže uvedená tabulka ukazuje obsah různých chemických prvků v buňkách živých organismů.

Obecná charakteristika organických sloučenin

Chemické vlastnosti buněk z různých skupin organismů v určitým způsobem závislé na atomech uhlíku, které tvoří více než 50% buněčné hmoty. Prakticky všechny suchý článek ohledu na to, je reprezentován sacharidy, proteiny, nukleové kyseliny a lipidů, které mají složitou strukturu a vysokou molekulovou hmotností. Takové molekuly se nazývají makromolekuly (polymery) a jsou složeny z jednodušších prvků - monomerů. Proteinové látky hrají velmi důležitou roli a provádět celou řadu funkcí, které jsou popsány níže.

Úloha proteinů v buňce

Biochemická analýza sloučeniny vstupu do živé buňky, potvrzuje vysoký obsah organických látek, jako jsou proteiny. Tato skutečnost má logické vysvětlení: proteiny provádět celou řadu funkcí a jsou zapojeni do všech aspektů buněčného života.

Například ochranná funkce proteinů je tvorba protilátek - protilátky produkovány lymfocyty. Takové ochranné proteiny, jako je trombin, fibrin a tromboblastin poskytnout srážení krve a zabránit jeho ztrátu trauma a zranění. Komplex složení buňky obsahuje buněčné membránové proteiny, které mají schopnost rozpoznávat cizí složky - antigeny. Nezmění svou konfiguraci a sestavy buňku z potenciálních rizik (funkce alarm).

Některé proteiny mají regulační funkci a jsou hormony, jako je například oxytocin, produkované v hypotalamu, hypofýzy vyhrazena. Vycházeje z něj do krve, oxytocin působí na svalové stěně dělohy, což způsobuje jeho snížení. vasopresin protein také slouží regulační funkci tím, že řídí krevní tlak.

Svalové buňky jsou aktin a myosin, jsou schopny zmenšovat, což způsobí, že funkce motoru svalové tkáně. Pro proteiny, typické a trofické funkce, například albumin embryo používají jako živiny pro rozvoj. Krevní proteiny různých organismů, jako je hemoglobin a hemocyanin, molekuly kyslíku jsou přeneseny - působit transportní funkci. Je-li více spotřebou energie látky, jako jsou sacharidy a lipidy, plně využita, buňka začne rozkládat proteiny. Jeden gram tohoto materiálu 17 dává 2 kJ energie. Jednou z nejdůležitějších funkcí proteinů je katalytická (bílkoviny, enzymy urychlit chemické reakce v cytoplazmatických oddílů). Na základě výše uvedeného, jsme zjistili, že tyto proteiny mají řadu velmi důležitých funkcí a potřebné části živočišné buňky.

biosyntéza protein

Vezměme si proces syntézy proteinu v buňce, který se vyskytuje v cytoplazmě přes organel, jako jsou ribozomy. Díky aktivitě specifických enzymů, za účasti ribozóma vápenatých iontů se spojí polysomy. Hlavní funkce ribozomy v buňce - syntézu molekul bílkovin, spuštění procesu transkripce. V důsledku toho jsou syntetizovány mRNA molekuly, ke které jsou připojeny polysomy. Pak začne druhý pokus - vysílání. Doprava RNA se váží na dvacet různých druhů aminokyselin, a přivést je do polysomy, a protože funkce ribozomů v buňce - syntéza polypeptidů, tyto organely vytvářet komplexy s tRNA a aminokyselinové molekuly jsou spojeny peptidovými vazbami za vzniku proteinové makromolekuly.

Úloha vody v metabolismu

Cytologické studie potvrdily skutečnost, že struktura a složení buněk, který studujeme, v průměru o 70% vody, a v mnoha zvířat, což vede vodní způsob života (např coelenterates) jeho obsah dosahuje 97-98%. S ohledem na tuto chemickou organizaci buněk zahrnuje hydrofilní (schopný rozpuštění) a hydrofobní (vodu odpuzujícího) materiálu. Jako univerzální polárního rozpouštědla, voda hraje klíčovou roli a má přímý vliv nejen na funkci, ale také v samotné struktuře buněk. Níže uvedená tabulka ukazuje obsah vody v různých typů buněk živých organismů.

Funkce sacharidů v buňce

Jak jsme již bylo vysvětleno dříve, s významnými organické chemikálie - polymerů - jsou také sacharidy. Ty zahrnují polysacharidy, oligosacharidy a monosacharidy. Sacharidy jsou součástí složitějších systémů - glykolipidů a glykoproteinů, které jsou vyrobeny z buněčných membrán a nadmembrannye struktura, např. Glykokalyx.

Dále uhlíku v sacharidů zahrnuje atomy vodíku a okysličení, a některé polysacharidy obsahují více dusíku, síry a fosforu. Buňky mnoha rostlinných sacharidů: Bramborové hlízy obsahují až 90% škrobu v semenech a obsah ovoce sacharidů až 70%, a živočišné buňky se nacházejí ve formě takových sloučenin, jako je glykogen, chitin a trehalosu.

Jednoduché cukry (monosacharidy), mají obecný vzorec CnH2nOn a rozdělen do tetrózy, triose, pentózy a hexózy. Poslední dva jsou nejčastější v buňkách živých organismů, například, ribosy a deoxyribosy jsou součástí nukleových kyselin a glukózy a fruktózy se účastní v reakcích asimilace a disimilace. Oligosacharidy se často nacházejí v rostlinných buňkách: sacharóza je uložena v buňkách cukrové řepy a cukrové třtiny, maltóza obsažené v obilkách naklíčených žito a ječmen.

Disacharidy mají sladkou chuť a jsou snadno rozpustné ve vodě. Polysacharidy, přičemž tyto biopolymery tvoří zejména škrob, celulóza, glykogenu a laminarinu. Strukturální formy zahrnují polysacharidy chitin. Primární funkcí sacharidů v buňce - energie. Jako výsledek hydrolýzy reakcí a energetický metabolismus štěpí polysacharidy na glukózu, a to se pak oxiduje na oxid uhličitý a vodu. Výsledkem je, že jeden gram glukózy uvolňuje 17,6 kJ energie, a rezervy škrobu a glykogenu, jsou v podstatě buněčné energie nádrž.

Glykogen je uložen hlavně ve svalových a jaterních buněk, rostlinného škrobu - v hlízy, cibule, kořeny, semena a členovců, jako jsou pavouci, hmyzu a korýšů, hlavní roli v zásobování energií hraje oligosacharid trehalózu.

Sacharidy jsou odlišné od lipidů a proteinů, schopnost anoxické degradaci. To je mimořádně důležité pro organismy žijící v podmínkách nedostatku nebo v nepřítomnosti kyslíku, například anaerobním bakteriím a hlístů - parazitů u lidí a zvířat.

Existuje ještě další funkce sacharidů v buňce - konstrukce (strukturální). To spočívá v tom, že tyto látky jsou nosné struktury buněk. Například, celulóza je součástí buněčných stěn rostlin, chitin tvoří vnější kostru a mnoho bezobratlých se vyskytuje v buňkách hub, olisaharidy spolu s lipidy a proteiny molekuly tvoří glykokalyx - nadmembranny komplex. To poskytuje adhezi - mezi hrudkující živočišných buňkách, což vede k tvorbě tkáně.

Lipidy: struktura a funkce

Tyto organické látky, které jsou hydrofobní (ve vodě nerozpustné), mohou být odstraněny, tj. Se extrahuje z buněk nepolárních rozpouštědlech, jako je aceton nebo chloroform. Funkce lipidů v buňce závisí na tom, která ze tří skupin patří: na tuky, vosky nebo steroidy. Tuky jsou nejčastější u všech typů buněk.

Zvířata se hromadí je v podkožní tukové tkáně, nervová tkáň obsahuje tuk ve formě myelinové pochvy nervů. To také hromadí v ledvinách, játrech, hmyz - v tuku těla. Tekuté tuky - oleje - nalezené v semenech mnoha rostlin: borovice, arašídový, slunečnicový, olivový. Obsah lipidů v buňkách se pohybuje v rozmezí od 5 do 90% (v tukové tkáni).

Steroidy a vosky se liší od tuků v tom, že nemají v molekulách zbytků mastných kyselin. Takže, steroidy - je to hormony kůru nadledvin, které ovlivňují puberty tělo a které jsou součástí testosteronu. Jsou také součástí vitaminů (např., Vitamin D).

Hlavní funkcí lipidů v buňce - je energie, konstrukce a ochranu. První z nich je vzhledem k tomu, že 1 g tuku ve štěpení dává 38,9 kJ energie - mnohem více než u jiných organických látek - bílkovin a sacharidů. Kromě toho, při oxidaci tuků 1d stojí téměř 1,1 c. voda. To je důvod, proč jsou některá zvířata, která má zásoby tuku v těle může být dlouhou dobu bez vody. Například gophery může být spící po dobu delší než dva měsíce, aniž by bylo nutné pro vodu, a nepije vodu velbloud na přechody přes poušť po dobu 10-12 dnů.

Konstrukce funkce lipidů spočívá v tom, že jsou nedílnou součástí buněčných membrán, jakož i část nervu. Ochranná funkce lipidů spočívá v tom, že vrstva tuku pod kůži kolem ledvin a dalších vnitřních orgánech je chrání od mechanického poškození. Měrná tepelná izolace funkce je inherentní zvířat po dlouhou dobu být ve vodě: velryby, těsnění, kožešiny těsnění. Silný podkožní tuková vrstva, například, modrá velryba je 0,5 m, chrání zvíře podchlazení.

Hodnota Kyslík v buněčném metabolismu

Aerobní, které obsahují naprostou většinu zvířat, rostlin a člověka, s použitím atmosférického kyslíku pro výměnu energie reakcí vedoucích ke štěpení organických látek a přidělení určité množství energie, akumulované ve formě molekul adenosintrifosfátu.

To znamená, že kompletní oxidace jednoho molu glukózy, který se vyskytuje v mitochondriální cristae, 2800 kJ energie je přidělen, z nichž 1596 kJ (55%), je uložena ve formě ATP molekul obsahujících makroergní spojení. To znamená, že primární funkcí kyslíku v buňce - provádění aerobní dýchání, který je založen na skupině enzymatických reakcí tzv dýchací řetězec vyskytující se v organelách - mitochondriích. V prokaryotických organismech - fototrofních bakterií a sinic - oxidace živin dochází pod vlivem kyslíku difundovat do buněk ve vnitřních výstupků plazmatické membrány.

Máme chemické organizace buněk byla studována, stejně jako procesy syntézy proteinů a funkce kyslíku v buněčném metabolismu energie.