Die chemische Zusammensetzung der Zelle

Chemische Elemente der Zelle.

Alle Zellen, unabhängig vom Organisationsgrad, haben eine ähnliche chemische Zusammensetzung. Die Zelle enthält mehrere tausend Substanzen, die an einer Vielzahl chemischer Reaktionen beteiligt sind. In lebenden Organismen wurden etwa 80 chemische Elemente des Periodensystems von D. I. Mendeleev gefunden. Für 24 Elemente sind die Funktionen bekannt, die sie im Körper erfüllen, diese sind biogen Elemente. Entsprechend dem quantitativen Gehalt in lebender Materie werden Elemente in drei Kategorien eingeteilt:

Makronährstoffe:

O, C, H, N- etwa 98% der Masse der lebenden Materie, Elemente der 1. Gruppe;

K, Na, Ca, Mg, S, P, Cl, F e - Elemente der 2. Gruppe. (1,9 % der Masse lebender Materie).

Spurenelemente (Zn, Mn, Cu, Co, Mo und viele andere), deren Anteil zwischen 0,001 % und 0,000001 liegt. Spurenelemente sind Teil biologisch aktiver Substanzen - Enzyme, Vitamine und Hormone.

Ultramikroelemente (Au, U, Ra usw.), deren Konzentration 0,000001 % nicht übersteigt. Die Rolle der meisten Elemente dieser Gruppe ist noch nicht geklärt.

Makro- und Mikroelemente sind in lebender Materie in Form verschiedener vorhanden Chemische Komponenten, die in anorganische und organische Stoffe unterteilt werden .

Anorganische Verbindungen der Zelle.

Zu den anorganischen Stoffen gehören: Wasser, etwa 70–80 % des Körpergewichts ausmachen; Mineralien - 1-1,5%.

Wasser. Die häufigste anorganische Verbindung in lebenden Organismen. Sein Gehalt ist sehr unterschiedlich: In den Zellen des Zahnschmelzes macht Wasser etwa 10 Gew.-% und in den Zellen eines sich entwickelnden Embryos mehr als 90 % aus.

Ohne Wasser ist kein Leben möglich. Es ist nicht nur ein wesentlicher Bestandteil lebender Zellen, sondern auch Lebensraum von Organismen. Die biologische Bedeutung des Wassers beruht auf seinen chemischen und physikalischen Eigenschaften.

Die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Wasser erklären sich vor allem durch die geringe Größe der Wassermoleküle, ihre Polarität und die Fähigkeit, sich durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander zu verbinden. In einem Wassermolekül ist ein Sauerstoffatom kovalent an zwei Wasserstoffatome gebunden. Das Molekül ist polar: Ein Sauerstoffatom trägt eine kleine negative Ladung und zwei Wasserstoffatome tragen eine kleine positive Ladung. Dadurch wird das Wassermolekül zu einem Dipol. Wenn Wassermoleküle miteinander interagieren, werden daher Wasserstoffbrückenbindungen zwischen ihnen hergestellt. Sie sind 15-20 Mal schwächer als kovalent, aber da jedes Wassermolekül in der Lage ist, 4 Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden, beeinflussen sie die physikalischen Eigenschaften von Wasser erheblich. Die große Wärmekapazität, Schmelzwärme und Verdampfungswärme erklären sich aus der Tatsache, dass der größte Teil der vom Wasser absorbierten Wärme zum Aufbrechen der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen seinen Molekülen aufgewendet wird. Wasser hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Wasser komprimiert praktisch nicht, es ist im sichtbaren Teil des Spektrums transparent. Schließlich ist Wasser eine Substanz, deren Dichte im flüssigen Zustand größer ist als im festen Zustand, bei 4 °C hat es eine maximale Dichte, Eis hat eine geringere Dichte, es steigt an die Oberfläche und schützt das Reservoir vor dem Einfrieren.

Seine physikalischen und chemischen Eigenschaften machen es zu einer einzigartigen Flüssigkeit und bestimmen seine biologische Bedeutung. Wasser ist ein gutes Lösungsmittel für ionische (polare) sowie einige nichtionische Verbindungen, die geladene (polare) Gruppen in ihren Molekülen enthalten. Alle polaren Verbindungen in Wasser hydratisiert(umgeben von Wassermolekülen), während Wassermoleküle an der Bildung der Struktur von Molekülen organischer Substanzen beteiligt sind. Wenn die Anziehungsenergie von Wassermolekülen zu den Molekülen eines Stoffes größer ist als die Anziehungsenergie zwischen den Molekülen eines Stoffes, dann löst sich der Stoff auf. In Bezug auf Wasser gibt es: hydrophile Substanzen - Substanzen, die in Wasser hochlöslich sind; hydrophobe Substanzen Substanzen, die in Wasser praktisch unlöslich sind. Die meisten biochemischen Reaktionen können nur in wässriger Lösung stattfinden; Viele Substanzen gelangen in die Zelle und werden aus ihr in wässriger Lösung ausgeschieden. Die hohe Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Wasser tragen zur gleichmäßigen Wärmeverteilung in der Zelle bei.

Durch den großen Wärmeverlust beim Verdampfen von Wasser wird der Körper gekühlt. Dank der Adhäsions- und Kohäsionskräfte kann Wasser durch die Kapillaren aufsteigen (einer der Faktoren, die die Bewegung des Wassers in den Gefäßen der Pflanzen gewährleisten). Wasser ist an vielen chemischen Reaktionen direkt beteiligt (hydrolytischer Abbau von Proteinen, Kohlenhydraten, Fetten usw.). Bestimmt den Spannungszustand von Zellwänden (Turgor) und erfüllt auch eine Stützfunktion (hydrostatisches Skelett, z. B. bei Spulwürmern).

Mineralien der Zelle. Sie werden hauptsächlich durch Salze repräsentiert, die in Anionen und Kationen dissoziieren. Für die Lebensvorgänge der Zelle sind die wichtigsten Kationen K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+, Anionen HPO 4 2-, Cl -, HCO 3 -. Die Konzentrationen von Ionen in der Zelle und ihrer Umgebung sind unterschiedlich. Beispielsweise ist in der äußeren Umgebung (Blutplasma, Meerwasser) K + immer weniger und Na + immer mehr als in der Zelle. Es gibt eine Reihe von Mechanismen, die es der Zelle ermöglichen, ein bestimmtes Verhältnis von Ionen im Protoplasten und in der Umgebung aufrechtzuerhalten.

An vielen Lebensvorgängen der Zelle sind verschiedene Ionen beteiligt: ​​Kationen K + , Na + , Cl – sorgen für die Erregbarkeit lebender Organismen; Kationen Mg 2+ , Mn 2+ , Zn 2+ , Ca 2+ und andere sind für das normale Funktionieren vieler Enzyme notwendig; die Bildung von Kohlenhydraten während der Photosynthese ist ohne Mg 2+ (ein wesentlicher Bestandteil von Chlorophyll) unmöglich; die Puffereigenschaften der Zelle (Aufrechterhaltung einer leicht alkalischen Reaktion des Zellinhalts) wird durch Anionen schwacher Säuren (HCO 3 -, HPO 4 -) und schwacher Säuren (H 2 CO 3) unterstützt;

Phosphatpuffersystem:

Niedriger pH-Wert Hoher pH-Wert

HPO 4 2- + H + ←―――――――→H 2 PO 4 -

Hydrophosphat - Ion Dihydrogenphosphat - Ion

Bikarbonat-Puffersystem:

Niedriger pH-Wert Hoher pH-Wert

HCO 3 - + H + ←―――――――→ H 2 CO 3

Bicarbonat - Ion Kohlensäure

Einige anorganische Stoffe sind in der Zelle nicht nur in gelöstem Zustand, sondern auch in festem Zustand enthalten. Beispielsweise kommen Ca und P in Knochengewebe, in Weichtierschalen in Form von Doppelkohlenstoff- und Phosphatsalzen vor.

Die chemischen Elemente, aus denen die Zelle besteht.

Die Zusammensetzung einer lebenden Zelle umfasst etwa 60 chemische Elemente des Periodensystems von D. und Mendeleev. Außerdem haben viele von ihnen die kleinsten Seriennummern. Und je niedriger die Seriennummer eines chemischen Elements ist, desto häufiger kommt es in Wildtieren vor.

Alle chemischen Elemente, aus denen die Zelle besteht, können unterteilt werden
3 Gruppen nach Vorkommen:

1) Makroelemente: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Ihre Anzahl in der Zelle ist am größten, beträgt etwa 98%. Diese Elemente sind Teil des Proteins.

2) Oligoelemente oder durchschnittliches Vorkommen. Es gibt insgesamt 8 davon: 5 davon sind Metalle (Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium und Eisen) und 3 sind Nichtmetalle (Schwefel, Phosphor und Chlor). Der Anteil an Oligoelementen in der Zelle beträgt 1,9 %.

3) Spurenelemente. Es gibt sehr wenige davon in der Zelle, etwa 0,1 % für mehr als 40 Elemente. Dies sind Jod, Zink, Kupfer, Fluor usw. Das Fehlen oder Fehlen von Spurenelementen kann zu schweren Krankheiten führen. Beispielsweise führt ein Jodmangel zu einer Funktionsstörung der Schilddrüse, was zur Entstehung eines Kropfes führt.

Je nach chemischer Zusammensetzung werden die in die Zelle gelangenden Substanzen in 2 Gruppen eingeteilt:

- Anorganisch (auch in der unbelebten Natur zu finden)

– Organisch (Merkmal nur für lebende Organismen)

Wasser . Die Wassermenge in der Zelle ist maximal und beträgt 70-80%.

Die Rolle des Wassers in der Zelle ist sehr groß:

1) Wasser ist ein universelles Lösungsmittel. Darin lösen sich verschiedene organische und anorganische Stoffe. Je nachdem, wie sich verschiedene Stoffe in Wasser lösen, gibt es 2 Stoffgruppen:

– hydrophil(aus dem Griechischen hydor – Wasser, phileo – Liebe) – das sind Stoffe, die gut wasserlöslich sind. Dazu gehören viele Salze, Säuren, Proteine, Kohlenhydrate usw.

– hydrophob(aus dem Griechischen hydor - Wasser, phobos - Angst) - dies sind in Wasser unlösliche oder schwer lösliche Substanzen. Dazu gehören Fette und fettähnliche Stoffe.

2) Die meisten chemischen Prozesse in der Zelle laufen nur in wässrigen Lösungen ab. Wasser ist an vielen chemischen intrazellulären Reaktionen direkt beteiligt (Hydrolyse, also der Abbau von Proteinen, Fetten und anderen Stoffen).

3) Das Volumen und die Elastizität der Zelle hängen von der darin enthaltenen Wassermenge ab.

4) Wasser hat eine hohe Wärmekapazität, es sorgt für die Thermoregulation der Zelle.

Wassermoleküle sind polar und können durch das Auftreten von Wasserstoffbrückenbindungen Komplexe aus mehreren Molekülen bilden. Wenn die Umgebungstemperatur ansteigt, wird ein Teil der Wärme zum Aufbrechen der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen aufgewendet, während die Temperatur der inneren Umgebung praktisch unverändert bleibt. Beim Abkühlen entstehen wieder Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen und Wärme wird freigesetzt.

Neben Wasser enthält die Zelle schwache Säuren, Basen und viele Salze.

Salz in der Zelle befinden sich in einem dissoziierten Zustand. K +, Na + Ca 2+ Mg 2+ und HPO 2-, H 2 PO 4, HCO 3, Cl – sind wichtig für das Leben der Zelle. Mit Hilfe von Anionen schwacher Säuren wird die Reaktion des inneren Milieus der Zelle, nahezu neutral (schwach alkalisch), auf einem nahezu konstanten Niveau gehalten.

Die Konzentration von Ionen innerhalb der Zelle und in der interzellulären Flüssigkeit ist unterschiedlich. Besonders scharfe Unterschiede sind charakteristisch für Na + (vor allem in der interzellulären Flüssigkeit) und K + (in hoher Konzentration in der Zelle enthalten), die eine wichtige Rolle bei der Funktion von Nerven- und Muskelfasern spielen.

Der Gehalt an verschiedenen Salzen in der Zelle wird auf einem bestimmten Niveau gehalten. Eine signifikante Änderung ihrer Konzentration kann zu ernsthaften Störungen in der Zelle und sogar zu ihrem Tod führen. Eine Abnahme der Ca 2+ -Konzentration im Blut von Säugetieren verursacht Krämpfe und Tod. Für eine normale Kontraktion des Herzmuskels ist ein bestimmtes Verhältnis von K + , Na + Ca 2+ notwendig. Wenn sich das Gleichgewicht dieser Ionen ändert, wird die Arbeit des Herzmuskels gestört.

Oft bilden anorganische Substanzen in der Zelle Komplexe mit Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten.

Wasser. Von den anorganischen Stoffen, aus denen die Zelle besteht, ist Wasser die wichtigste. Seine Menge beträgt 60 bis 95% der gesamten Zellmasse. Wasser spielt eine wesentliche Rolle im Leben von Zellen und lebenden Organismen im Allgemeinen. Es ist nicht nur Teil ihrer Zusammensetzung, sondern für viele Organismen auch ein Lebensraum.

Die Rolle des Wassers in einer Zelle wird durch seine einzigartigen chemischen und physikalischen Eigenschaften bestimmt, die hauptsächlich mit der geringen Größe seiner Moleküle, mit der Polarität seiner Moleküle und mit ihrer Fähigkeit verbunden sind, Wasserstoffbrückenbindungen miteinander zu bilden.

Wasser als Bestandteil biologischer Systeme erfüllt folgende wichtige Funktionen: zellchemisch anorganisch

Wasser ist ein universelles Lösungsmittel für polare Stoffe, wie Salze, Zucker, Alkohole, Säuren usw. Stoffe, die gut in Wasser löslich sind, werden als hydrophil bezeichnet. Wenn eine Substanz in Lösung geht, können sich ihre Moleküle oder Ionen freier bewegen; die Reaktivität des Stoffes steigt entsprechend an. Aus diesem Grund laufen die meisten chemischen Reaktionen in der Zelle in wässrigen Lösungen ab. Seine Moleküle sind an vielen chemischen Reaktionen beteiligt, beispielsweise an der Bildung oder Hydrolyse von Polymeren. Bei der Photosynthese ist Wasser ein Elektronenspender, eine Quelle für Wasserstoffionen und freien Sauerstoff.

Wasser löst oder vermischt sich nicht mit unpolaren Stoffen, da es mit ihnen keine Wasserstoffbrückenbindungen eingehen kann. Stoffe, die in Wasser unlöslich sind, werden als hydrophob bezeichnet. Hydrophobe Moleküle oder ihre Teile werden von Wasser abgestoßen und in seiner Gegenwart voneinander angezogen. Solche Wechselwirkungen spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Stabilität von Membranen sowie vieler Proteinmoleküle, Nukleinsäuren und einer Reihe subzellulärer Strukturen.

Wasser hat eine hohe spezifische Wärmekapazität. Es braucht viel Energie, um die Wasserstoffbrücken zu brechen, die Wassermoleküle zusammenhalten. Diese Eigenschaft gewährleistet die Aufrechterhaltung des thermischen Gleichgewichts des Körpers bei erheblichen Temperaturschwankungen in der Umgebung. Darüber hinaus hat Wasser eine hohe Wärmeleitfähigkeit, die es dem Körper ermöglicht, über sein gesamtes Volumen hinweg die gleiche Temperatur aufrechtzuerhalten.

Wasser zeichnet sich durch eine hohe Verdampfungswärme aus, d.h. die Fähigkeit von Molekülen, eine erhebliche Wärmemenge mit sich zu führen und dabei den Körper abzukühlen. Aufgrund dieser Eigenschaft von Wasser, die sich beim Schwitzen bei Säugetieren, thermischer Atemnot bei Krokodilen und anderen Tieren, Transpiration bei Pflanzen manifestiert, wird deren Überhitzung verhindert.

Wasser hat eine außergewöhnlich hohe Oberflächenspannung. Diese Eigenschaft ist sehr wichtig für Adsorptionsprozesse, für die Bewegung von Lösungen durch Gewebe (Blutzirkulation, aufsteigende und absteigende Strömungen in Pflanzen). Vielen kleinen Organismen ermöglicht die Oberflächenspannung, über die Wasseroberfläche zu schweben oder zu gleiten.

Wasser sorgt für die Bewegung von Stoffen in Zelle und Körper, die Aufnahme von Stoffen und die Ausscheidung von Stoffwechselprodukten.

Bei Pflanzen bestimmt Wasser den Turgor der Zellen und bei einigen Tieren erfüllt es als hydrostatisches Skelett (Rund- und Anneliden, Stachelhäuter) unterstützende Funktionen.

Wasser ist ein wesentlicher Bestandteil von Schmierflüssigkeiten (Synovial - in den Gelenken von Wirbeltieren, Pleura - in der Pleurahöhle, Perikard - im Herzbeutel) und Schleim (erleichtern die Bewegung von Substanzen durch den Darm, schaffen eine feuchte Umgebung auf der Schleimhaut Membranen der Atemwege). Es ist Bestandteil von Speichel, Galle, Tränen, Sperma usw.

Mineralsalze. Salze in wässriger Lösung zerfallen in Kationen und Anionen. Kationen (K+, Na+, Ca 2+, Mg:+, NH4+) und Anionen (C 1, H 2P 04 -, HP 042-, HC 03 -, NO32--, SO4 2-) sind von größter Bedeutung der Gehalt, sondern auch das Verhältnis der Ionen in der Zelle.

Der Unterschied zwischen der Anzahl von Kationen und Anionen auf der Oberfläche und im Inneren der Zelle sorgt für die Entstehung eines Aktionspotentials, das dem Auftreten von Nerven- und Muskelerregung zugrunde liegt. Der Unterschied in der Konzentration von Ionen auf verschiedenen Seiten der Membran ist auf den aktiven Stofftransport durch die Membran sowie auf die Umwandlung von Energie zurückzuführen.

Phosphorsäureanionen bilden ein Phosphatpuffersystem, das den pH-Wert der intrazellulären Umgebung des Körpers auf einem Niveau von 6,9 hält.

Kohlensäure und ihre Anionen bilden ein Bicarbonat-Puffersystem, das den pH-Wert des extrazellulären Mediums (Blutplasma) auf 7,4 hält.

Einige Ionen sind an der Aktivierung von Enzymen, der Erzeugung von osmotischem Druck in der Zelle, an Muskelkontraktionsprozessen, Blutgerinnung usw. beteiligt.

Eine Reihe von Kationen und Anionen sind für die Synthese wichtiger organischer Substanzen (z. B. Phospholipide, ATP, Nukleotide, Hämoglobin, Hämocyanin, Chlorophyll usw.) sowie von Aminosäuren als Quellen von Stickstoff- und Schwefelatomen erforderlich.

Jede Zelle enthält nicht nur organische Substanzen. Es besteht aus 70 Elementen des Periodensystems. Und 24 davon kommen in Zellen jeglicher Art vor. Die anorganischen Substanzen der Zelle werden auch durch Wasser und Ionen repräsentiert.

Alle Elemente lassen sich je nach Inhalt in drei Gruppen einteilen:

• Makroelemente - N, C, H, O, Mg, Na, K, Ca, Fe, P, Cl, S;
• Spurenelemente - B, Ni, Cu, Zn, Mb, Co;
• Ultramikroelemente - U, Ra, Hg, Au, Pb, Se.

Nach einer anderen Klassifizierungsmethode werden Organellen getrennt von diesen Gruppen herausgenommen - Substanzen, die für die Synthese organischer Stoffe notwendig sind: Wasser, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff.

Der Wert des Wassers

Wasser ist eine der wichtigsten anorganischen Substanzen in der Zelle. Seine Notwendigkeit für jedes Lebewesen kann kaum überschätzt werden, aber nur wenige Menschen kennen alle seine Funktionen in der Zelle. Betrachten wir sie kurz im Zusammenhang mit den Eigenschaften des Wassers, die es ihm ermöglichen, seine Aufgabe zu erfüllen.

1. Transpiration und Schweiß - hohe Wärmekapazität und gute Wärmeleitfähigkeit.
2. Beibehaltung der Form - es ist fast unmöglich, Wasser so zu komprimieren, dass es sein Volumen ändert.
3. Schmiereigenschaften - Viskosität.
4. Osmose ist die Mobilität von Molekülen aufgrund der Zerbrechlichkeit von Wasserstoffbrückenbindungen innerhalb des Moleküls.
5. Lymphe, Blut, Magensaft und andere Körperflüssigkeiten können in Wasser gelösten Sauerstoff verwerten – Wassermoleküle sind polar, es ist ein gutes Lösungsmittel.
6. Im Zytoplasma wird ein Dispersionsmedium aufrechterhalten (gleichzeitige Existenz in Lösung von zwei oder mehr Phasen, die sich nicht miteinander vermischen) - die Bildung von Hydratationsmembranen um große Moleküle, wiederum aufgrund der Polarität von Wassermolekülen.

Makroelemente, Mikroelemente und ihre Rolle in der Zelle

Betrachten wir einige der Funktionen der Elemente, um zu verstehen, wie wichtig sie für die Zelle sind, obwohl ihr Gehalt in ihr gering ist.

Magnesium – hilft vielen Enzymen, an der DNA-Synthese und dem Energiestoffwechsel teilzunehmen.

Calcium - reguliert die Durchlässigkeit von Zellmembranen.

Kalium - beteiligt sich an der Proteinsynthese und Glykolyse, hält das notwendige bioelektrische Potential auf der Membran aufrecht (siehe Funktionsweise der Natrium-Kalium-Pumpe).

Schwefel - ist Teil einiger Aminosäuren, hilft ihnen bei der Bildung von Disulfidbrücken (für die Bildung der Tertiärstruktur des Proteins), ist an der Chemosynthese und der bakteriellen Photosynthese beteiligt.

Eisen - ist Teil der Elektronenträgerenzyme im Photosynthesesystem, ist das Zentrum des Hämoglobinmoleküls.

Chlor – seine Ionen helfen der Zelle, elektrisch neutral zu bleiben.

Brom ist Bestandteil von Vitamin B1.

Kupfer - ist Teil der Enzyme, die an der Synthese von Cytochromen beteiligt sind.

Zink - gefunden in Enzymen, die für die alkoholische Gärung notwendig sind.

Und das sind nicht alle anorganischen Substanzen der Zelle. Es ist sehr wichtig, die Konzentration jeder Substanz auf dem richtigen Niveau zu halten. Schließlich kann ihr Mangel die Funktion der Zelle erheblich stören. Allerdings sowie deren Übermaß.

Der Aufbau der Zelle und aller darin ablaufenden Prozesse ist ein sehr großes und komplexes System. Alle Prozesse und Methoden ihrer Regulation sind über Jahrhunderte evolutionär entwickelt worden, alles an ihnen ist perfektioniert und arbeitet unter geeigneten Bedingungen stabil und fehlerfrei.

Anorganische Substanzen, aus denen die Zelle besteht - Video

Biologie- die Wissenschaft des Lebens. Die wichtigste Aufgabe der Biologie ist das Studium der Vielfalt, Struktur, Lebensaktivität, individuellen Entwicklung und Evolution lebender Organismen, ihrer Beziehung zur Umwelt.

Lebende Organismen haben eine Reihe von Merkmalen, die sie von der unbelebten Natur unterscheiden. Jeder der Unterschiede ist einzeln eher bedingt, daher sollten sie als Ganzes betrachtet werden.

Zeichen, die lebende Materie von unbelebter Materie unterscheiden:

1. die Fähigkeit, Erbinformationen zu reproduzieren und an die nächste Generation weiterzugeben;
2. Stoffwechsel und Energie;
3. Erregbarkeit;
4. Anpassung an spezifische Lebensbedingungen;
5. Baumaterial - Biopolymere (die wichtigsten davon sind Proteine ​​​​und Nukleinsäuren);
6. Spezialisierung von Molekülen auf Organe und ein hoher Grad ihrer Organisation;
7. Wachstum;
8. Altern;
9. Tod.

Organisationsebenen lebender Materie:

1. molekular,
2. Mobilfunk,
3. Stoff,
4. Organ,
5. organisch,
6. Bevölkerungsart,
7. biogeozänotisch,
8. biosphärisch.

Vielfalt des Lebens

Kernfreie Zellen waren die ersten, die auf unserem Planeten auftauchten. Die meisten Wissenschaftler akzeptieren, dass Kernorganismen als Ergebnis der Symbiose alter Archaebakterien mit Blaualgen und oxidierenden Bakterien entstanden sind (Symbiogenese-Theorie).

Zytologie

Zytologie- die Wissenschaft von Käfig. Untersucht die Struktur und Funktionen von Zellen einzelliger und mehrzelliger Organismen. Eine Zelle ist eine elementare Einheit von Aufbau, Funktion, Wachstum und Entwicklung aller Lebewesen. Daher liegen die für die Zytologie charakteristischen Prozesse und Muster den Prozessen zugrunde, die von vielen anderen Wissenschaften (Anatomie, Genetik, Embryologie, Biochemie usw.) untersucht werden.

Chemische Elemente der Zelle

Chemisches Element- eine bestimmte Art von Atomen mit der gleichen positiven Ladung des Kerns. Etwa 80 chemische Elemente wurden in Zellen gefunden. Sie lassen sich in vier Gruppen einteilen:
Gruppe 1 - Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff (98% des Zellinhalts),
Gruppe 2 - Kalium, Natrium, Calcium, Magnesium, Schwefel, Phosphor, Chlor, Eisen (1,9%),
Gruppe 3 - Zink, Kupfer, Fluor, Jod, Kobalt, Molybdän usw. (weniger als 0,01%),
Gruppe 4 - Gold, Uran, Radium usw. (weniger als 0,00001 %).

Elemente der ersten und zweiten Gruppe werden in den meisten Handbüchern genannt Makronährstoffe, sind die Elemente der dritten Gruppe Spurenelemente, sind die Elemente der vierten Gruppe Ultramikroelemente. Für Makro- und Mikroelemente wurden die Prozesse und Funktionen, an denen sie beteiligt sind, geklärt. Für die meisten Ultramikroelemente wurde die biologische Rolle nicht identifiziert.

Chemisches Element	Substanzen, die ein chemisches Element enthalten	Prozesse, an denen ein chemisches Element beteiligt ist
Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff	Proteine, Nukleinsäuren, Lipide, Kohlenhydrate und andere organische Substanzen	Synthese organischer Substanzen und der gesamte Funktionskomplex dieser organischen Substanzen
Kalium, Natrium	Na+ und K+	Sicherstellung der Funktion von Membranen, insbesondere Aufrechterhaltung des elektrischen Potentials der Zellmembran, Betrieb der Na + / Ka + -Pumpe, Weiterleitung von Nervenimpulsen, anionische, kationische und osmotische Gleichgewichte
Kalzium	Ca +2	Teilnahme am Prozess der Blutgerinnung
	Calciumphosphat, Calciumcarbonat	Knochengewebe, Zahnschmelz, Muschelschalen
	Calciumpektat	Bildung der Mittelschicht und Zellwand bei Pflanzen
Magnesium	Chlorophyll	Photosynthese
Schwefel	Eichhörnchen	Bildung der räumlichen Struktur des Proteins aufgrund der Bildung von Disulfidbrücken
Phosphor	Nukleinsäuren, ATP	Synthese von Nukleinsäuren
Chlor	Cl-	Aufrechterhaltung des elektrischen Potentials der Zellmembran, Funktion der Na + /Ka + -Pumpe, Weiterleitung von Nervenimpulsen, anionisches, kationisches und osmotisches Gleichgewicht
	HCl	Aktivierung von Verdauungsenzymen im Magen
Eisen	Hämoglobin	Sauerstofftransport
	Cytochrome	Elektronentransfer während Photosynthese und Atmung
Mangan	Decarboxylasen, Dehydrogenasen	Oxidation von Fettsäuren, Teilnahme an Atmungs- und Photosyntheseprozessen
Kupfer	Hämocyanin	Sauerstofftransport bei einigen Wirbellosen
	Tyrosinase	Melaninbildung
Kobalt	Vitamin B12	RBC-Bildung
Zink	Alkoholdehydrogenase	Anaerobe Atmung in Pflanzen
	Carboanhydrase	CO 2 -Transport bei Wirbeltieren
Fluor	Calciumfluorid	Knochengewebe, Zahnschmelz
Jod	Thyroxin	Regulierung des Grundumsatzes
Molybdän	Nitrogenase	Stickstoff-Fixierung

Atome chemischer Elemente bilden sich in lebenden Organismen anorganisch(Wasser, Salz) und organische Verbindungen(Proteine, Nukleinsäuren, Lipide, Kohlenhydrate). Auf atomarer Ebene gibt es keine Unterschiede zwischen lebender und nicht lebender Materie, Unterschiede werden auf den nächsten, höheren Ebenen der Organisation lebender Materie auftreten.

Wasser

Wasser ist die häufigste anorganische Verbindung. Der Wassergehalt reicht von 10 % (Zahnschmelz) bis 90 % der Zellmasse (sich entwickelnder Embryo). Ohne Wasser ist kein Leben möglich, die biologische Bedeutung des Wassers wird durch seine chemischen und physikalischen Eigenschaften bestimmt.

Das Wassermolekül hat eine eckige Form: Wasserstoffatome bilden mit Sauerstoff einen Winkel von 104,5°. Der Teil des Moleküls, in dem sich Wasserstoff befindet, ist positiv geladen, der Teil, in dem sich Sauerstoff befindet, ist negativ geladen, in diesem Zusammenhang ist das Wassermolekül ein Dipol. Zwischen Wasserdipolen bilden sich Wasserstoffbrückenbindungen. Physikalische Eigenschaften von Wasser: transparent, maximale Dichte - bei 4 °C, hohe Wärmekapazität, schrumpft praktisch nicht; Reines Wasser ist ein schlechter Wärme- und Stromleiter, gefriert bei 0 °C, siedet bei 100 °C usw. Chemische Eigenschaften von Wasser: gutes Lösungsmittel, bildet Hydrate, geht hydrolytische Zersetzungsreaktionen ein, interagiert mit vielen Oxiden usw. In Bezug auf die Fähigkeit, sich in Wasser zu lösen, gibt es: hydrophile Substanzen- sehr gut löslich hydrophobe Substanzen- praktisch unlöslich in Wasser.

Biologische Wertigkeit des Wassers:

1. ist die Grundlage der inneren und intrazellulären Umgebung,
2. sorgt für die Erhaltung der räumlichen Struktur,
3. sorgt für den Transport von Stoffen,
4. hydratisiert polare Moleküle,
5. dient als Lösungs- und Diffusionsmedium,
6. beteiligt sich an den Reaktionen der Photosynthese und Hydrolyse,
7. hilft, den Körper zu kühlen
8. ist ein Lebensraum für viele Organismen,
9. fördert die Migration und Verteilung von Samen, Früchten, Larvenstadien,
10. ist die Umgebung, in der die Befruchtung stattfindet,
11. in Pflanzen sorgt für Transpiration und Samenkeimung,
12. trägt zur gleichmäßigen Wärmeverteilung im Körper und vielen anderen bei. Andere

Andere anorganische Verbindungen der Zelle

Andere anorganische Verbindungen werden hauptsächlich durch Salze repräsentiert, die entweder in gelöster Form (dissoziiert in Kationen und Anionen) oder in fester Form enthalten sein können. Die Kationen K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ (siehe Tabelle oben) und die Anionen HPO 4 2– , Cl – , HCO 3 – sind wichtig für das Leben der Zelle und sorgen für die Puffereigenschaften der Zelle. Pufferung- die Fähigkeit, den pH-Wert auf einem bestimmten Niveau zu halten (pH ist der dezimale Logarithmus des Kehrwerts der Konzentration von Wasserstoffionen). Ein pH-Wert von 7,0 entspricht einer neutralen Lösung, unter 7,0 einer sauren Lösung und über 7,0 einer alkalischen Lösung. Zellen und Gewebe sind durch ein leicht alkalisches Milieu gekennzeichnet. Phosphat- (1) und Bicarbonat- (2) Puffersysteme sind für die Aufrechterhaltung dieser leicht alkalischen Reaktion verantwortlich.