Die Zusammensetzung einer lebenden Zelle umfasst die gleichen chemischen Elemente, die Teil der unbelebten Natur sind. Von den 104 Elementen des Periodensystems von D. I. Mendeleev wurden 60 in Zellen gefunden.

Sie werden in drei Gruppen eingeteilt:

1. die Hauptelemente sind Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff (98 % der Zellzusammensetzung);
2. Elemente, die Zehntel- und Hundertstelprozent ausmachen - Kalium, Phosphor, Schwefel, Magnesium, Eisen, Chlor, Kalzium, Natrium (insgesamt 1,9%);
3. alle anderen Elemente, die in noch geringeren Mengen vorhanden sind, sind Spurenelemente.

Die molekulare Zusammensetzung der Zelle ist komplex und heterogen. Separate Verbindungen - Wasser und Mineralsalze - kommen auch in der unbelebten Natur vor; andere - organische Verbindungen: Kohlenhydrate, Fette, Proteine, Nukleinsäuren usw. - sind nur für lebende Organismen charakteristisch.

ANORGANISCHE STOFFE

Wasser macht etwa 80 % der Masse der Zelle aus; in jungen schnell wachsenden Zellen - bis zu 95%, in alten - 60%.

Die Rolle des Wassers in der Zelle ist groß.

Es ist das Hauptmedium und Lösungsmittel, beteiligt sich an den meisten chemischen Reaktionen, der Bewegung von Substanzen, der Thermoregulation, der Bildung von Zellstrukturen, bestimmt das Volumen und die Elastizität der Zelle. Die meisten Stoffe gelangen in den Körper und werden von diesem in wässriger Lösung ausgeschieden. Die biologische Rolle von Wasser wird durch die Spezifität der Struktur bestimmt: die Polarität seiner Moleküle und die Fähigkeit, Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden, wodurch Komplexe aus mehreren Wassermolekülen entstehen. Wenn die Anziehungsenergie zwischen Wassermolekülen geringer ist als zwischen Wassermolekülen und einem Stoff, löst er sich in Wasser auf. Solche Substanzen werden als hydrophil bezeichnet (aus dem Griechischen "Hydro" - Wasser, "Filet" - ich liebe). Dies sind viele Mineralsalze, Proteine, Kohlenhydrate usw. Wenn die Anziehungsenergie zwischen Wassermolekülen größer ist als die Anziehungsenergie zwischen Wassermolekülen und einer Substanz, sind solche Substanzen unlöslich (oder leicht löslich), sie werden als hydrophob bezeichnet ( aus dem Griechischen "phobos" - Angst) - Fette, Lipide usw.

Mineralsalze in wässrigen Lösungen der Zelle dissoziieren in Kationen und Anionen und liefern eine stabile Menge der notwendigen chemischen Elemente und des osmotischen Drucks. Von den Kationen sind die wichtigsten K + , Na + , Ca 2+ , Mg + . Die Konzentration einzelner Kationen in der Zelle und in der extrazellulären Umgebung ist nicht gleich. In einer lebenden Zelle ist die K-Konzentration hoch, Na + niedrig und im Blutplasma dagegen eine hohe Na + - und eine niedrige K + -Konzentration. Dies liegt an der selektiven Permeabilität von Membranen. Der Unterschied in der Konzentration von Ionen in der Zelle und der Umgebung sorgt für den Wasserfluss aus der Umgebung in die Zelle und die Wasseraufnahme durch die Pflanzenwurzeln. Das Fehlen einzelner Elemente – Fe, P, Mg, Co, Zn – blockiert die Bildung von Nukleinsäuren, Hämoglobin, Proteinen und anderen Vitalstoffen und führt zu schweren Erkrankungen. Anionen bestimmen die Konstanz des pH-Zellmilieus (neutral und leicht alkalisch). Von den Anionen sind die wichtigsten HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -

ORGANISCHE SUBSTANZEN

Organische Substanzen im Komplex bilden etwa 20-30% der Zellzusammensetzung.

Kohlenhydrate- organische Verbindungen bestehend aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Sie werden in einfache - Monosaccharide (vom griechischen "Monos" - eins) und komplexe - Polysaccharide (vom griechischen "Poly" - viel) unterteilt.

Monosaccharide(ihre allgemeine Formel ist C n H 2n O n) - farblose Substanzen mit einem angenehm süßen Geschmack, die in Wasser gut löslich sind. Sie unterscheiden sich in der Anzahl der Kohlenstoffatome. Von den Monosacchariden sind Hexosen (mit 6 C-Atomen) am häufigsten: Glucose, Fructose (in Früchten, Honig, Blut enthalten) und Galactose (in Milch enthalten). Von den Pentosen (mit 5 C-Atomen) sind Ribose und Desoxyribose, die Bestandteil von Nukleinsäuren und ATP sind, die häufigsten.

Polysaccharide bezieht sich auf Polymere - Verbindungen, in denen das gleiche Monomer viele Male wiederholt wird. Die Monomere von Polysacchariden sind Monosaccharide. Polysaccharide sind wasserlöslich und viele haben einen süßen Geschmack. Von diesen sind die einfachsten Disaccharide, bestehend aus zwei Monosacchariden. Zum Beispiel besteht Saccharose aus Glucose und Fructose; Milchzucker - aus Glukose und Galaktose. Mit zunehmender Anzahl an Monomeren nimmt die Löslichkeit von Polysacchariden ab. Von den Polysacchariden mit hohem Molekulargewicht ist Glykogen das häufigste in Tieren und Stärke und Ballaststoffe (Cellulose) in Pflanzen. Letztere besteht aus 150-200 Glukosemolekülen.

Kohlenhydrate- die Hauptenergiequelle für alle Formen der Zellaktivität (Bewegung, Biosynthese, Sekretion usw.). In die einfachsten Produkte CO 2 und H 2 O gespalten, setzt 1 g Kohlenhydrat 17,6 kJ Energie frei. Kohlenhydrate erfüllen in Pflanzen eine Aufbaufunktion (ihre Hüllen bestehen aus Zellulose) und die Rolle von Reservestoffen (in Pflanzen - Stärke, in Tieren - Glykogen).

Lipide- Dies sind wasserunlösliche fettähnliche Substanzen und Fette, bestehend aus Glycerin und hochmolekularen Fettsäuren. Tierische Fette sind in Milch, Fleisch und Unterhautgewebe enthalten. Bei Raumtemperatur sind sie Feststoffe. In Pflanzen kommen Fette in Samen, Früchten und anderen Organen vor. Bei Raumtemperatur sind sie flüssig. Fettähnliche Substanzen ähneln in ihrer chemischen Struktur Fetten. Es gibt viele von ihnen im Eigelb, in Gehirnzellen und anderen Geweben.

Die Rolle der Lipide wird durch ihre strukturelle Funktion bestimmt. Sie bilden Zellmembranen, die aufgrund ihrer Hydrophobie verhindern, dass sich der Zellinhalt mit der Umgebung vermischt. Lipide erfüllen eine Energiefunktion. 1 g Fett setzt bei der Spaltung in CO 2 und H 2 O 38,9 kJ Energie frei. Sie leiten Wärme schlecht, sammeln sich im Unterhautgewebe (und anderen Organen und Geweben) an, erfüllen eine Schutzfunktion und die Rolle von Reservesubstanzen.

Eichhörnchen- das spezifischste und wichtigste für den Körper. Sie gehören zu nichtperiodischen Polymeren. Im Gegensatz zu anderen Polymeren bestehen ihre Moleküle aus ähnlichen, aber nicht identischen Monomeren – 20 verschiedenen Aminosäuren.

Jede Aminosäure hat ihren eigenen Namen, eine spezielle Struktur und Eigenschaften. Ihre allgemeine Formel kann wie folgt dargestellt werden

Ein Aminosäuremolekül besteht aus einem bestimmten Teil (Radikal R) und einem für alle Aminosäuren gleichen Teil, darunter einer Aminogruppe (-NH 2 ) mit basischen Eigenschaften und einer Carboxylgruppe (COOH) mit sauren Eigenschaften. Das Vorhandensein saurer und basischer Gruppen in einem Molekül bestimmt ihre hohe Reaktivität. Durch diese Gruppen erfolgt die Verbindung von Aminosäuren zur Bildung eines Polymer-Proteins. In diesem Fall wird ein Wassermolekül aus der Aminogruppe einer Aminosäure und dem Carboxyl einer anderen gelöst, und die freigesetzten Elektronen werden zu einer Peptidbindung kombiniert. Daher werden Proteine ​​Polypeptide genannt.

Ein Proteinmolekül ist eine Kette von mehreren zehn oder hundert Aminosäuren.

Proteinmoleküle sind riesig, daher werden sie Makromoleküle genannt. Proteine ​​sind wie Aminosäuren sehr reaktiv und können mit Säuren und Laugen reagieren. Sie unterscheiden sich in Zusammensetzung, Menge und Reihenfolge der Aminosäuren (die Zahl solcher Kombinationen von 20 Aminosäuren ist nahezu unendlich). Dies erklärt die Vielfalt der Proteine.

Es gibt vier Organisationsebenen in der Struktur von Proteinmolekülen (59)

• Primäre Struktur- eine Polypeptidkette von Aminosäuren, die in einer bestimmten Reihenfolge durch kovalente (starke) Peptidbindungen verbunden sind.
• sekundäre Struktur- eine Polypeptidkette, die zu einer engen Spirale verdreht ist. Darin entstehen zwischen den Peptidbindungen benachbarter Windungen (und anderer Atome) Wasserstoffbrückenbindungen geringer Stärke. Zusammen bilden sie eine ziemlich starke Struktur.
• Tertiärstruktur ist eine bizarre, aber spezifische Konfiguration für jedes Protein - ein Kügelchen. Es wird durch schwache hydrophobe Bindungen oder Kohäsionskräfte zwischen unpolaren Radikalen zusammengehalten, die in vielen Aminosäuren vorkommen. Aufgrund ihrer Vielfältigkeit sorgen sie für eine ausreichende Stabilität des Proteinmakromoleküls und dessen Beweglichkeit. Die Tertiärstruktur von Proteinen wird auch durch kovalente S - S (es - es) Bindungen gestützt, die zwischen voneinander entfernten Resten der schwefelhaltigen Aminosäure Cystein entstehen.
• Quartäre Struktur nicht typisch für alle Proteine. Es tritt auf, wenn sich mehrere Proteinmakromoleküle zu Komplexen verbinden. Beispielsweise ist menschliches Bluthämoglobin ein Komplex aus vier Makromolekülen dieses Proteins.

Diese Komplexität der Struktur von Proteinmolekülen ist mit einer Vielzahl von Funktionen verbunden, die diesen Biopolymeren innewohnen. Die Struktur von Proteinmolekülen hängt jedoch von den Eigenschaften der Umgebung ab.

Verletzung der natürlichen Struktur des Proteins genannt wird Denaturierung. Es kann unter dem Einfluss von hohen Temperaturen, Chemikalien, Strahlungsenergie und anderen Faktoren auftreten. Bei einem schwachen Aufprall bricht nur die Quartärstruktur zusammen, bei einer stärkeren die Tertiärstruktur und dann die Sekundärstruktur, und das Protein bleibt in Form einer Primärstruktur - einer Polypeptidkette. Dieser Vorgang ist teilweise reversibel und das denaturierte Protein ist in der Lage, seine Struktur wiederherzustellen.

Die Rolle des Proteins im Zellleben ist enorm.

Eichhörnchen ist das Baumaterial des Körpers. Sie sind am Aufbau der Hülle, Organellen und Membranen der Zelle und einzelner Gewebe (Haare, Blutgefäße etc.) beteiligt. Viele Proteine ​​wirken in der Zelle als Katalysatoren – Enzyme, die zelluläre Reaktionen um das Zehn-, Hundertmillionenfache beschleunigen. Etwa tausend Enzyme sind bekannt. Ihre Zusammensetzung umfasst neben Proteinen die Metalle Mg, Fe, Mn, Vitamine usw.

Jede Reaktion wird durch ihr eigenes spezielles Enzym katalysiert. In diesem Fall wirkt nicht das gesamte Enzym, sondern ein bestimmter Bereich - das aktive Zentrum. Es passt zum Untergrund wie ein Schlüssel zum Schloss. Enzyme wirken bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten pH-Wert. Spezielle kontraktile Proteine ​​sorgen für motorische Funktionen von Zellen (Bewegung von Flagellaten, Ciliaten, Muskelkontraktion usw.). Separate Proteine ​​​​(Bluthämoglobin) erfüllen eine Transportfunktion und liefern Sauerstoff an alle Organe und Gewebe des Körpers. Spezifische Proteine ​​- Antikörper - üben eine Schutzfunktion aus und neutralisieren Fremdstoffe. Einige Proteine ​​erfüllen eine Energiefunktion. In Aminosäuren und dann in noch einfachere Substanzen zerlegt, setzt 1 g Protein 17,6 kJ Energie frei.

Nukleinsäuren(vom lateinischen "nucleus" - der Kern) wurden zuerst im Kern entdeckt. Sie sind von zwei Arten - Desoxyribonukleinsäuren(DNA) und Ribonukleinsäuren(RNA). Ihre biologische Rolle ist groß, sie bestimmen die Synthese von Proteinen und die Übertragung von Erbinformationen von einer Generation zur anderen.

Das DNA-Molekül hat eine komplexe Struktur. Es besteht aus zwei spiralförmig verdrillten Ketten. Die Breite der Doppelhelix beträgt 2 nm 1 , die Länge mehrere zehn und sogar hundert Mikromikron (hundert- oder tausendmal größer als das größte Proteinmolekül). DNA ist ein Polymer, dessen Monomere Nukleotide sind - Verbindungen, die aus einem Molekül Phosphorsäure, einem Kohlenhydrat - Desoxyribose und einer stickstoffhaltigen Base bestehen. Ihre allgemeine Formel lautet wie folgt:

Phosphorsäure und Kohlenhydrat sind für alle Nukleotide gleich, und es gibt vier Arten von stickstoffhaltigen Basen: Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. Sie bestimmen den Namen der entsprechenden Nukleotide:

• Adenyl (A),
• Guanyl (G),
• Cytosyl (C),
• Thymidyl (T).

Jeder DNA-Strang ist ein Polynukleotid, das aus mehreren zehntausend Nukleotiden besteht. Darin sind benachbarte Nukleotide durch eine starke kovalente Bindung zwischen Phosphorsäure und Desoxyribose verbunden.

Bei der enormen Größe von DNA-Molekülen kann die Kombination von vier Nukleotiden in ihnen unendlich groß sein.

Bei der Bildung der DNA-Doppelhelix werden die stickstoffhaltigen Basen des einen Strangs in einer genau definierten Reihenfolge gegen die stickstoffhaltigen Basen des anderen Strangs angeordnet. Gleichzeitig ist T immer gegen A und nur C gegen G. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass A und T sowie G und C streng einander entsprechen, wie zwei Glasscherben, und sind zusätzliche bzw komplementär(von griechisch „Ergänzung“ – Addition) zueinander. Wenn die Nukleotidsequenz eines DNA-Strangs bekannt ist, können die Nukleotide eines anderen Strangs nach dem Prinzip der Komplementarität ermittelt werden (siehe Anhang, Aufgabe 1). Komplementäre Nukleotide sind durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden.

Zwischen A und T gibt es zwei Bindungen, zwischen G und C - drei.

Die Vervielfältigung des DNA-Moleküls ist ihr einzigartiges Merkmal, das die Übertragung der Erbinformation von der Mutterzelle auf die Tochterzellen sicherstellt. Der Vorgang der DNA-Vervielfältigung heißt DNA Replikation. Sie wird wie folgt durchgeführt. Kurz vor der Zellteilung entwindet sich das DNA-Molekül und seine Doppelkette wird durch die Wirkung eines Enzyms von einem Ende in zwei unabhängige Ketten gespalten. Auf jeder Hälfte der freien Nukleotide der Zelle wird nach dem Prinzip der Komplementarität eine zweite Kette aufgebaut. Dadurch erscheinen statt eines DNA-Moleküls zwei völlig identische Moleküle.

RNS- ein Polymer, das in seiner Struktur einem DNA-Strang ähnelt, aber viel kleiner ist. RNA-Monomere sind Nukleotide, die aus Phosphorsäure, einem Kohlenhydrat (Ribose) und einer stickstoffhaltigen Base bestehen. Die drei stickstoffhaltigen Basen der RNA – Adenin, Guanin und Cytosin – entsprechen denen der DNA, die vierte ist anders. Anstelle von Thymin enthält RNA Uracil. Die Bildung des RNA-Polymers erfolgt durch kovalente Bindungen zwischen Ribose und Phosphorsäure benachbarter Nukleotide. Drei Arten von RNA sind bekannt: Boten-RNA(i-RNA) überträgt Informationen über die Struktur des Proteins vom DNA-Molekül; RNA übertragen(t-RNA) transportiert Aminosäuren zum Ort der Proteinsynthese; Ribosomale RNA (rRNA) kommt in Ribosomen vor und ist an der Proteinsynthese beteiligt.

ATP- Adenosintriphosphorsäure ist eine wichtige organische Verbindung. Strukturell ist es ein Nukleotid. Es besteht aus der stickstoffhaltigen Base Adenin, Kohlenhydrat - Ribose und drei Molekülen Phosphorsäure. ATP ist eine instabile Struktur, unter dem Einfluss des Enzyms wird die Bindung zwischen "P" und "O" aufgebrochen, ein Molekül Phosphorsäure wird abgespalten und ATP tritt ein

Wie wir bereits wissen, besteht die Zelle aus organischen und anorganischen Chemikalien. Die wichtigsten anorganischen Substanzen, aus denen die Zelle besteht, sind Salze und Wasser.

Wasser als Bestandteil des Lebens

Wasser ist der dominierende Bestandteil aller Organismen. Wichtige biologische Funktionen des Wassers werden aufgrund der einzigartigen Eigenschaften seiner Moleküle ausgeführt, insbesondere aufgrund des Vorhandenseins von Dipolen, die die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Zellen ermöglichen.

Dank Wassermolekülen im Körper von Lebewesen finden die Prozesse der thermischen Stabilisierung und Thermoregulation statt. Der Prozess der Thermoregulation erfolgt aufgrund der hohen Wärmekapazität von Wassermolekülen: Äußere Temperaturänderungen wirken sich nicht auf Temperaturänderungen im Körper aus.

Dank Wasser behalten die Organe des menschlichen Körpers ihre Elastizität. Wasser ist einer der Hauptbestandteile der Schmierflüssigkeiten, die für die Gelenke von Wirbeltieren oder den Herzbeutel notwendig sind.

Es ist im Schleim enthalten, der die Bewegung von Substanzen durch den Darm erleichtert. Wasser ist ein Bestandteil von Galle, Tränen und Speichel.

Salze und andere anorganische Stoffe

Die Zellen eines lebenden Organismus enthalten neben Wasser solche anorganischen Substanzen wie Säuren, Basen und Salze. Mg2+, H2PO4, K, CA2, Na, C1- sind die wichtigsten im Leben des Organismus. Schwache Säuren garantieren ein stabiles inneres Zellmilieu (leicht basisch).

Die Konzentration von Ionen in der Interzellularsubstanz und innerhalb der Zelle kann unterschiedlich sein. So sind beispielsweise Na + -Ionen nur in der Interzellularflüssigkeit konzentriert, während K + ausschließlich in der Zelle vorkommt.

Eine starke Verringerung oder Erhöhung der Anzahl bestimmter Ionen in der Zusammensetzung der Zelle führt nicht nur zu ihrer Funktionsstörung, sondern auch zum Tod. Beispielsweise verursacht eine Abnahme der Ca + -Menge in der Zelle Krämpfe innerhalb der Zelle und ihren weiteren Tod.

Einige anorganische Substanzen interagieren oft mit Fetten, Proteinen und Kohlenhydraten. Ein markantes Beispiel sind also organische Verbindungen mit Phosphor und Schwefel.

Schwefel, der Teil von Proteinmolekülen ist, ist für die Bildung von molekularen Bindungen im Körper verantwortlich. Dank der Synthese von Phosphor und organischen Substanzen wird Energie aus Proteinmolekülen freigesetzt.

Calciumsalze

Calciumsalze tragen zur normalen Entwicklung des Knochengewebes sowie zur Funktion des Gehirns und des Rückenmarks bei. Der Calciumstoffwechsel im Körper wird durch Vitamin D durchgeführt. Ein Überschuss oder Mangel an Calciumsalzen führt zu Funktionsstörungen des Körpers.

Die chemische Zusammensetzung pflanzlicher und tierischer Zellen ist sehr ähnlich, was auf die Einheit ihrer Herkunft hinweist. Mehr als 80 chemische Elemente wurden in Zellen gefunden.

Die in der Zelle vorhandenen chemischen Elemente werden unterteilt in 3 große Gruppen: Makronährstoffe, Mesoelemente, Mikroelemente.

Makronährstoffe umfassen Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Mesoelemente sind Schwefel, Phosphor, Kalium, Calcium, Eisen. Spurenelemente - Zink, Jod, Kupfer, Mangan und andere.

Biologisch wichtige chemische Elemente der Zelle:

Stickstoff - Strukturbestandteil von Proteinen und NA.

Wasserstoff- ist ein Bestandteil von Wasser und allen biologischen Verbindungen.

Magnesium- aktiviert die Arbeit vieler Enzyme; Strukturbestandteil des Chlorophylls.

Kalzium- der Hauptbestandteil von Knochen und Zähnen.

Eisen- geht in Hämoglobin ein.

Jod- Bestandteil des Schilddrüsenhormons.

Substanzen der Zelle sind in organische unterteilt(Proteine, Nukleinsäuren, Lipide, Kohlenhydrate, ATP) und anorganisch(Wasser und Mineralsalze).

Wasser macht bis zu 80 % der Masse der Zelle aus, spielt wichtige Rolle:

Wasser in der Zelle ist ein Lösungsmittel

· transportiert Nährstoffe;

Mit Wasser werden Schadstoffe aus dem Körper entfernt;

hohe Wärmekapazität von Wasser;

Die Verdunstung von Wasser hilft, Tiere und Pflanzen zu kühlen.

Verleiht der Zelle Elastizität.

Mineralien:

an der Aufrechterhaltung der Homöostase teilnehmen, indem sie den Wasserfluss in die Zelle regulieren;

Kalium und Natrium sorgen für den Stofftransport durch die Membran und sind an der Entstehung und Weiterleitung eines Nervenimpulses beteiligt.

Mineralsalze, hauptsächlich Calciumphosphate und -carbonate, verleihen Knochengewebe Härte.

Löse ein Problem über die Genetik des menschlichen Blutes

Proteine, ihre Rolle im Körper

Protein- in allen Zellen vorkommende organische Substanzen, die aus Monomeren bestehen.

Protein- nichtperiodisches Polymer mit hohem Molekulargewicht.

Monomer ist ein Aminosäure (20).

Aminosäuren enthalten eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe und einen Rest. Aminosäuren werden miteinander verknüpft, um eine Peptidbindung zu bilden. Proteine ​​sind äußerst vielfältig, zum Beispiel gibt es über 10 Millionen davon im menschlichen Körper.

Die Proteinvielfalt hängt ab von:

1. andere AK-Sequenz

2. nach Größe

3. aus der Zusammensetzung

Proteinstrukturen

Die Primärstruktur eines Proteins - eine Sequenz von Aminosäuren, die durch eine Peptidbindung verbunden sind (lineare Struktur).

Die Sekundärstruktur eines Proteins - spiralförmige Struktur.

Tertiärstruktur eines Proteins- Kügelchen (glomeruläre Struktur).

Quartäre Proteinstruktur- besteht aus mehreren Kügelchen. Charakteristisch für Hämoglobin und Chlorophyll.

Proteineigenschaften

1. Komplementarität: die Fähigkeit eines Proteins, sich in seiner Form an eine andere Substanz anzupassen, wie ein Schlüssel an ein Schloss.

2. Denaturierung: Verletzung der natürlichen Struktur des Proteins (Temperatur, Säuregehalt, Salzgehalt, Zugabe anderer Substanzen usw.). Beispiele für Denaturierung: eine Änderung der Proteineigenschaften beim Kochen von Eiern, der Übergang von Protein von einem flüssigen in einen festen Zustand.

3. Renaturierung - Wiederherstellung der Proteinstruktur, wenn die Primärstruktur nicht gestört wurde.

Proteinfunktionen

1. Gebäude: die Bildung aller Zellmembranen

2. Katalytisch: Proteine ​​sind Katalysatoren; chemische Reaktionen beschleunigen

3. Motor: Aktin und Myosin sind Bestandteile der Muskelfasern.

4. Transport: Transport von Stoffen zu verschiedenen Geweben und Organen des Körpers (Hämoglobin ist ein Protein, das Teil der roten Blutkörperchen ist)

5. Schutz: Antikörper, Fibrinogen, Thrombin - Proteine, die an der Entwicklung von Immunität und Blutgerinnung beteiligt sind;

6. Energie: Teilnahme an Plastikaustauschreaktionen zum Aufbau neuer Proteine.

7. Regulatorisch: Die Rolle des Hormons Insulin bei der Regulierung des Blutzuckers.

8. Speicherung: Anreicherung von Proteinen im Körper als Reservenährstoffe, zB in Eiern, Milch, Pflanzensamen.

Eine Zelle ist nicht nur eine strukturelle Einheit aller Lebewesen, eine Art Baustein des Lebens, sondern auch eine kleine biochemische Fabrik, in der im Sekundenbruchteil verschiedene Umwandlungen und Reaktionen ablaufen. So entstehen die für das Leben und Wachstum des Organismus notwendigen Bausteine: die Mineralstoffe der Zelle, Wasser und organische Verbindungen. Daher ist es sehr wichtig zu wissen, was passiert, wenn einer von ihnen nicht ausreicht. Welche Rolle spielen verschiedene Verbindungen im Leben dieser winzigen, mit bloßem Auge nicht sichtbaren Strukturpartikel lebender Systeme? Versuchen wir, dieses Problem zu verstehen.

Klassifizierung von Zellsubstanzen

Alle Verbindungen, die die Masse der Zelle ausmachen, ihre strukturellen Teile bilden und für ihre Entwicklung, Ernährung, Atmung, plastische und normale Entwicklung verantwortlich sind, können in drei große Gruppen eingeteilt werden. Dies sind Kategorien wie:

• organisch;
• Zellen (Mineralsalze);
• Wasser.

Letzteres wird oft der zweiten Gruppe der anorganischen Komponenten zugeordnet. Zusätzlich zu diesen Kategorien können Sie diejenigen bestimmen, die sich aus ihrer Kombination zusammensetzen. Dies sind Metalle, aus denen das Molekül organischer Verbindungen besteht (z. B. ist ein Hämoglobinmolekül, das ein Eisenion enthält, von Natur aus ein Protein).

Mineralien der Zelle

Wenn wir speziell über die mineralischen oder anorganischen Verbindungen sprechen, aus denen jeder lebende Organismus besteht, dann sind sie sowohl in ihrer Natur als auch in ihrem quantitativen Gehalt nicht gleich. Daher haben sie ihre eigene Klassifizierung.

Alle anorganischen Verbindungen lassen sich in drei Gruppen einteilen.

1. Makronährstoffe. Solche, deren Gehalt in der Zelle mehr als 0,02% der Gesamtmasse anorganischer Substanzen beträgt. Beispiele: Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Magnesium, Calcium, Kalium, Chlor, Schwefel, Phosphor, Natrium.
2. Spurenelemente - weniger als 0,02 %. Dazu gehören: Zink, Kupfer, Chrom, Selen, Kobalt, Mangan, Fluor, Nickel, Vanadium, Jod, Germanium.
3. Ultramikroelemente - der Gehalt beträgt weniger als 0,0000001%. Beispiele: Gold, Cäsium, Platin, Silber, Quecksilber und einige andere.

Sie können auch mehrere Elemente hervorheben, die organogen sind, dh sie bilden die Grundlage organischer Verbindungen, aus denen der Körper eines lebenden Organismus aufgebaut ist. Dies sind Elemente wie:

• Wasserstoff;
• Stickstoff;
• Kohlenstoff;
• Sauerstoff.

Sie bilden die Moleküle von Proteinen (Lebensgrundlage), Kohlenhydraten, Lipiden und anderen Stoffen. Mineralien sind jedoch auch für das normale Funktionieren des Körpers verantwortlich. Die chemische Zusammensetzung der Zelle wird in Dutzenden von Elementen aus dem Periodensystem berechnet, die der Schlüssel zu einem erfolgreichen Leben sind. Nur etwa 12 aller Atome spielen überhaupt keine Rolle, oder sie ist vernachlässigbar und nicht untersucht.

Besonders wichtig sind einige Salze, die täglich in ausreichender Menge mit der Nahrung aufgenommen werden müssen, damit verschiedene Krankheiten nicht entstehen. Für Pflanzen ist dies beispielsweise Natrium, für Mensch und Tier Calciumsalze, Kochsalz als Quelle für Natrium und Chlor etc.

Wasser

Die Mineralstoffe der Zelle werden mit Wasser zu einer gemeinsamen Gruppe kombiniert, daher ist es unmöglich, ihre Bedeutung nicht zu sagen. Welche Rolle spielt es im Körper der Lebewesen? Enorm. Zu Beginn des Artikels haben wir die Zelle mit einer biochemischen Fabrik verglichen. Alle Stoffumwandlungen, die jede Sekunde stattfinden, werden also genau in der aquatischen Umwelt durchgeführt. Es ist ein universelles Lösungsmittel und Medium für chemische Wechselwirkungen, Synthese- und Zerfallsprozesse.

Darüber hinaus ist Wasser Teil der inneren Umgebung:

• Zytoplasma;
• Zellsaft in Pflanzen;
• Blut bei Tieren und Menschen;
• Urin;
• Speichel anderer biologischer Flüssigkeiten.

Austrocknung bedeutet für ausnahmslos alle Organismen den Tod. Wasser ist der Lebensraum für eine große Vielfalt an Flora und Fauna. Daher ist es schwierig, die Bedeutung dieser anorganischen Substanz zu überschätzen, sie ist wirklich unendlich groß.

Makronährstoffe und ihre Bedeutung

Den großen Wert haben die Mineralstoffe der Zelle für ihre normale Arbeit. Dies gilt zunächst einmal für Makronährstoffe. Die Rolle eines jeden von ihnen wurde im Detail untersucht und ist seit langem etabliert. Wir haben bereits aufgelistet, welche Atome die Gruppe der Makroelemente bilden, also wiederholen wir uns nicht. Lassen Sie uns kurz die Rolle der wichtigsten skizzieren.

1. Kalzium. Seine Salze sind für die Versorgung des Körpers mit Ca 2+ -Ionen notwendig. Die Ionen selbst sind an den Prozessen des Stoppens und der Blutgerinnung beteiligt, sorgen für Zellexozytose sowie für Muskelkontraktionen, einschließlich Herzkontraktionen. Unlösliche Salze sind die Grundlage für starke Knochen und Zähne von Tieren und Menschen.
2. Kalium und Natrium. Halten Sie den Zustand der Zelle aufrecht, bilden Sie die Natrium-Kalium-Pumpe des Herzens.
3. Chlor - ist an der Sicherstellung der Elektroneutralität der Zelle beteiligt.
4. Phosphor, Schwefel, Stickstoff - sind Bestandteile vieler organischer Verbindungen und nehmen auch an der Arbeit der Muskeln und der Zusammensetzung der Knochen teil.

Wenn wir jedes Element genauer betrachten, kann natürlich viel über seinen Überschuss im Körper und über seinen Mangel gesagt werden. Denn beides ist schädlich und führt zu Krankheiten verschiedenster Art.

Spurenelemente

Groß ist auch die Rolle der Mineralstoffe in der Zelle, die zur Gruppe der Spurenelemente gehören. Obwohl ihr Inhalt in der Zelle sehr gering ist, kann sie ohne sie lange Zeit nicht normal funktionieren. Die wichtigsten aller oben genannten Atome in dieser Kategorie sind wie:

• Zink;
• Kupfer;
• Selen;
• Fluor;
• Kobalt.

Ein normaler Jodspiegel ist für die Aufrechterhaltung der Schilddrüsenfunktion und der Hormonproduktion unerlässlich. Fluor wird vom Körper benötigt, um den Zahnschmelz zu stärken, und Pflanzen - um die Elastizität und die satte Farbe der Blätter zu erhalten.

Zink und Kupfer sind Elemente, aus denen viele Enzyme und Vitamine bestehen. Sie sind wichtige Teilnehmer an den Prozessen der Synthese und des Kunststoffaustauschs.

Selen ist ein aktiver Teilnehmer an Regulierungsprozessen, es ist ein Element, das für das Funktionieren des endokrinen Systems notwendig ist. Kobalt hingegen hat einen anderen Namen - Vitamin B 12, und alle Verbindungen dieser Gruppe sind äußerst wichtig für das Immunsystem.

Daher sind die Funktionen von Mineralstoffen in der Zelle, die von Mikroelementen gebildet werden, nicht geringer als diejenigen, die von Makrostrukturen ausgeführt werden. Daher ist es wichtig, beides in ausreichender Menge zu sich zu nehmen.

Ultramikroelemente

Die Mineralstoffe der Zelle, die durch Ultramikroelemente gebildet werden, spielen keine so große Rolle wie die oben genannten. Ihr langfristiger Mangel kann jedoch zu sehr unangenehmen und manchmal sehr gefährlichen Folgen für die Gesundheit führen.

Zu dieser Gruppe gehört beispielsweise auch Selen. Sein langfristiger Mangel provoziert die Entwicklung von Krebstumoren. Daher gilt es als unverzichtbar. Aber Gold und Silber sind Metalle, die sich negativ auf Bakterien auswirken und sie zerstören. Daher spielen im Inneren der Zellen eine bakterizide Rolle.

Generell ist jedoch zu sagen, dass die Funktionen von Ultramikroelementen wissenschaftlich noch nicht vollständig aufgeklärt sind und ihre Bedeutung unklar bleibt.

Metalle und organische Stoffe

Viele Metalle sind Bestandteil organischer Moleküle. Beispielsweise ist Magnesium ein Coenzym von Chlorophyll, das für die Photosynthese von Pflanzen notwendig ist. Eisen ist Teil des Hämoglobinmoleküls, ohne das es unmöglich ist zu atmen. Kupfer, Zink, Mangan und andere sind Bestandteile der Moleküle von Enzymen, Vitaminen und Hormonen.

Offensichtlich sind alle diese Verbindungen wichtig für den Körper. Es ist unmöglich, sie vollständig den mineralischen zuzuordnen, aber sie folgen teilweise noch.

Mineralstoffe der Zelle und ihre Bedeutung: Klasse 5, Tabelle

Um zusammenzufassen, was wir während des Artikels gesagt haben, werden wir eine allgemeine Tabelle erstellen, in der wir widerspiegeln, was Mineralverbindungen sind und warum sie benötigt werden. Sie können es verwenden, wenn Sie dieses Thema beispielsweise Schulkindern in der fünften Klasse erklären.

So werden den Schülerinnen und Schülern im Rahmen der Hauptschulbildung die Mineralstoffe der Zelle und ihre Bedeutung näher gebracht.

Folgen eines Mineralstoffmangels

Wenn wir sagen, dass die Rolle der Mineralien in der Zelle wichtig ist, müssen wir Beispiele nennen, die diese Tatsache beweisen.

Wir listen einige Krankheiten auf, die sich bei einem Mangel oder Überschuss an einer der im Verlauf des Artikels angegebenen Verbindungen entwickeln.

1. Hypertonie.
2. Ischämie, Herzinsuffizienz.
3. Kropf und andere Erkrankungen der Schilddrüse (Morbus Basedow und andere).
4. Anämie.
5. Falsches Wachstum und Entwicklung.
6. Krebstumore.
7. Fluorose und Karies.
8. Blutkrankheiten.
9. Störung des Muskel- und Nervensystems.
10. Verdauungsstörungen.

Natürlich ist dies keine vollständige Liste. Daher ist es notwendig, sorgfältig zu überwachen, ob die tägliche Ernährung korrekt und ausgewogen ist.

Lektion 2

Unterrichtsthema : Anorganische Substanzen der Zelle.

Das Ziel des Unterrichts: Kenntnisse über die anorganischen Substanzen der Zelle zu vertiefen.

Unterrichtsziele:

Lehrreich: Betrachten Sie die strukturellen Merkmale von Wassermolekülen im Zusammenhang mit ihrer wichtigsten Rolle im Leben der Zelle, zeigen Sie die Rolle von Wasser und Mineralsalzen im Leben lebender Organismen auf.

Entwicklung: Fortsetzung der Entwicklung des logischen Denkens der Schüler, Fortsetzung der Ausbildung von Fähigkeiten zur Arbeit mit verschiedenen Informationsquellen;

Lehrreich: Die Bildung einer wissenschaftlichen Weltanschauung fortzusetzen, die Ausbildung einer biologisch gebildeten Persönlichkeit; die Bildung und Entwicklung der moralischen und ideologischen Grundlagen des Individuums; die Bildung des ökologischen Bewusstseins fortzusetzen, die Erziehung zur Liebe zur Natur;

Ausrüstung : Multimedia-Anwendung für Lehrbuch, Beamer, Computer, Aufgabenkarten,Schema "Elemente. Substanzen der Zelle". Reagenzgläser, Becherglas, Eis, Spirituslampe, Kochsalz, Ethylalkohol, Saccharose, Pflanzenöl.

Grundlegendes Konzept: Dipol, Hydrophilie, Hydrophobie, Kationen, Anionen.

Unterrichtsart : kombiniert

Lehrmethoden : reproduktiv, teilweise explorativ, experimentell.

Lernende müssen:

Wissen die wichtigsten chemischen Elemente und Verbindungen, aus denen die Zelle besteht;

In der Lage sein erklären die Bedeutung anorganischer Stoffe in Lebensvorgängen.

Unterrichtsstruktur

1. Organisatorischer Moment

Grüße, Vorbereitung für die Arbeit.

Zu Beginn und am Ende der Stunde gibt es ein mentales Warm-up. Sein Zweck ist es, den emotionalen Zustand der Schüler zu bestimmen. Jeder Schüler bekommt einen Teller mit sechs Gesichtern – eine Skala zur Bestimmung des emotionalen Zustands (Abb. 1). Jeder Schüler setzt ein Häkchen unter das Gesicht, dessen Ausdruck seine Stimmung widerspiegelt.

2. Überprüfung des Wissens der Schüler

Test "Chemische Zusammensetzung der Zelle" (Anhang)

3. Zielsetzung und Motivation

"Wasser! Du hast keinen Geschmack, keine Farbe, keinen Geruch, du kannst nicht beschrieben werden. Eine Person genießt dich und versteht nicht, was du wirklich bist. Du kannst nicht sagen, dass du für das Leben notwendig bist, du bist das Leben selbst. Du gibst überall und überall ein Glücksgefühl, das von keinem unserer Sinne erfasst werden kann. Du gibst uns Kraft zurück. Deine Barmherzigkeit belebt die versiegten Quellen unserer Herzen. Du bist der größte Reichtum der Welt. Du bist ein Reichtum, der sich leicht verscheuchen lässt, aber du gibst uns ein so einfaches und kostbares Glück“, schrieb der französische Schriftsteller und Pilot Antoine de Saint-Exupery, der die Durstwehen erleben musste, diese begeisterte Hymne an das Wasser in einer heißen Wüste.

Mit diesen wunderbaren Worten beginnen wir die Lektion, deren Ziel es ist, das Verständnis von Wasser zu erweitern – der Substanz, die unseren Planeten erschaffen hat.

1. Aktualisieren

Welche Bedeutung hat Wasser im menschlichen Leben?

(Schülerantworten über die Bedeutung von Wasser im menschlichen Leben0

1. Präsentation von neuem Material.

Wasser ist die häufigste anorganische Substanz in lebenden Organismen, ihr wesentlicher Bestandteil, Lebensraum für viele Organismen und das Hauptlösungsmittel der Zelle.

Zeilen des Gedichts von M. Dudnik:

Sie sagen, dass achtzig Prozent des Wassers Menschen sind,

Aus dem Wasser, möchte ich hinzufügen, seine heimischen Flüsse,

Aus dem Wasser, will ich hinzufügen, dem Regen, den sie ihm zu trinken gaben,

Aus dem Wasser, will ich hinzufügen, aus dem alten Wasser der Quellen,

Daraus tranken Großväter und Urgroßväter.

Beispiele für den Wassergehalt in verschiedenen Körperzellen:

In einem jungen menschlichen oder tierischen Körper - 80% der Zellmasse;

In den Zellen des alten Organismus - 60%

Im Gehirn - 85 %;

In den Zellen des Zahnschmelzes - 10-15%.

Bei einem Wasserverlust von 20 % stirbt ein Mensch.

Betrachten Sie die Struktur eines Wassermoleküls:

H2O - Summenformel,

Н–О–Н – Strukturformel,

Das Wassermolekül hat eine eckige Struktur: Es ist ein gleichschenkliges Dreieck mit einem Spitzenwinkel von 104,5°.

Das Molekulargewicht von Wasser im Dampfzustand beträgt 18 g/mol. Das Molekulargewicht von flüssigem Wasser ist jedoch höher. Dies weist darauf hin, dass es in flüssigem Wasser eine durch Wasserstoffbrückenbindungen verursachte Assoziation von Molekülen gibt.

Welche Rolle spielt Wasser in einer Zelle?

Aufgrund der hohen Polarität der Moleküle ist Wasser das Lösungsmittel anderer polarer Verbindungen ohnegleichen. In Wasser lösen sich mehr Stoffe als in jeder anderen Flüssigkeit. Deshalb finden viele chemische Reaktionen in der aquatischen Umgebung der Zelle statt. Wasser löst Stoffwechselprodukte und entfernt sie aus der Zelle und dem gesamten Körper.

Wasser hat eine hohe Wärmekapazität, d.h. Fähigkeit, Wärme aufzunehmen. Bei einer minimalen Änderung der eigenen Temperatur wird eine erhebliche Wärmemenge abgegeben oder absorbiert. Dadurch schützt es die Zelle vor plötzlichen Temperaturänderungen. Da für die Verdunstung von Wasser viel Wärme aufgewendet wird, können sich Organismen durch die Verdunstung von Wasser vor Überhitzung (z. B. beim Schwitzen) schützen.

Wasser hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Diese Eigenschaft schafft die Fähigkeit, Wärme gleichmäßig zwischen den Geweben des Körpers zu verteilen.

Wasser ist eine der Hauptsubstanzen der Natur, ohne die die Entwicklung der organischen Welt der Pflanzen, Tiere und Menschen nicht möglich ist. Wo es ist, da ist Leben.

Demonstration von Erfahrungen. Erstellen Sie mit den Schülern eine Tabelle.

a) Folgende Substanzen in Wasser auflösen: Kochsalz, Ethylalkohol, Saccharose, Pflanzenöl.

Warum lösen sich manche Stoffe in Wasser auf und andere nicht?

Der Begriff der hydrophilen und hydrophoben Substanzen ist gegeben.

Hydrophile Substanzen sind Substanzen, die in Wasser gut löslich sind.

Hydrophobe Substanzen sind Substanzen, die in Wasser schwer löslich sind.

b) Lassen Sie ein Stück Eis in ein Glas Wasser fallen.

Was können Sie über die Dichte von Wasser und Eis sagen?

Mit dem Lehrbuch in Gruppen müssen Sie die Tabelle "Mineralsalze" ausfüllen. Am Ende der Arbeit erfolgt eine Diskussion der in die Tabelle eingetragenen Daten.

Pufferung - die Fähigkeit einer Zelle, die relative Konstanz einer schwach alkalischen Umgebung aufrechtzuerhalten.

1. Konsolidierung des studierten Materials.

Biologische Probleme in Gruppen lösen.

Aufgabe 1.

Bei einigen Krankheiten wird eine 0,85-prozentige Kochsalzlösung, sogenannte Kochsalzlösung, in das Blut injiziert. Berechnen Sie: a) wie viel Gramm Wasser und Salz Sie einnehmen müssen, um 5 kg Kochsalzlösung zu erhalten; b) Wie viel Gramm Salz werden dem Körper zugeführt, wenn 400 g Kochsalzlösung infundiert werden.

Aufgabe 2.

In der medizinischen Praxis wird eine 0,5% ige Lösung von Kaliumpermanganat zum Waschen von Wunden und zum Gurgeln verwendet. Welches Volumen einer gesättigten Lösung (mit 6,4 g dieses Salzes in 100 g Wasser) und reinem Wasser muss genommen werden, um 1 Liter einer 0,5%igen Lösung (ρ = 1 g/cm 3 ).

Die Übung.

Schreiben Sie ein Cinquain-Thema: Wasser

1. Hausaufgaben: Punkt 2.3

Finden Sie in literarischen Werken Beispiele für die Beschreibung der Eigenschaften und Qualitäten von Wasser und seiner biologischen Bedeutung.

Schema "Elemente. Substanzen der Zelle"

Referenzstruktur für die Lektion