Semua sistem kehidupan mengandung unsur-unsur kimia dalam berbagai proporsi dan senyawa kimia yang dibangun darinya, baik organik maupun anorganik.

Menurut kandungan kuantitatif dalam sel, semua unsur kimia dibagi menjadi 3 kelompok: unsur makro, mikro, dan ultramikro.

Makronutrien membuat hingga 99% dari massa sel, yang hingga 98% dicatat oleh 4 elemen: oksigen, nitrogen, hidrogen dan karbon. Dalam jumlah yang lebih kecil, sel mengandung kalium, natrium, magnesium, kalsium, belerang, fosfor, dan besi.

Elemen jejak sebagian besar adalah ion logam (kobalt, tembaga, seng, dll.) dan halogen (yodium, bromin, dll.). Mereka hadir dalam jumlah dari 0,001% hingga 0,000001%.

Ultramikro. Konsentrasi mereka di bawah 0,000001%. Ini termasuk emas, merkuri, selenium, dll.

Senyawa kimia adalah zat di mana atom-atom dari satu atau lebih unsur kimia dihubungkan satu sama lain melalui ikatan kimia. Senyawa kimia bersifat anorganik dan organik. Anorganik meliputi air dan garam mineral. Senyawa organik adalah senyawa karbon dengan unsur lain.

Senyawa organik utama sel adalah protein, lemak, karbohidrat, dan asam nukleat.

Unsur kimia dan zat anorganik sel

Perbedaan antara alam hidup dan mati jelas dimanifestasikan dalam komposisi kimianya. Jadi, kerak bumi adalah 90% oksigen, silikon, aluminium dan natrium (O, Si, Al, Na), dan pada organisme hidup sekitar 95% adalah karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen (C, H, O, N) . Selain itu, kelompok makronutrien ini mencakup delapan elemen kimia lagi: Na - natrium, Cl - klorin, S - belerang, Fe - besi, Mg - magnesium, P - fosfor, Ca - kalsium, K - kalium, yang isinya adalah dihitung dalam sepersepuluh dan seperseratus persen. Dalam jumlah yang jauh lebih kecil, ditemukan unsur-unsur mikro yang sama-sama diperlukan untuk kehidupan: Cu - tembaga, Mn - mangan, Zn - seng, Mo - molibdenum, Co - kobalt, F - fluor, J - yodium, dll.

Hanya 27 elemen (dari 105 yang diketahui saat ini) yang menjalankan fungsi spesifik dalam organisme. Dan seperti yang telah kita catat, hanya empat - C, H, O, N - yang berfungsi sebagai dasar organisme hidup. Dari merekalah zat organik (protein, asam nukleat, karbohidrat, lemak, dll.) terutama terdiri.

Tempat pertama di antara makronutrien adalah karbon. Hal ini ditandai dengan kemampuan untuk membentuk hampir semua jenis ikatan kimia. Karbon, pada tingkat yang lebih besar daripada unsur-unsur lain, mampu membentuk molekul besar. Atom-atomnya dapat terhubung satu sama lain, membentuk cincin dan rantai. Akibatnya, molekul kompleks berukuran besar muncul, dicirikan oleh variasi yang sangat besar (saat ini lebih dari 10 juta zat organik telah dijelaskan). Selain itu, atom karbon dalam senyawa kimia yang sama menunjukkan sifat pengoksidasi dan pereduksi.

Karbon adalah dasar dari semua senyawa organik. Kandungan oksigen dan hidrogen yang tinggi dikaitkan dengan sifat pengoksidasi dan pereduksi yang diucapkan. Berkat hanya tiga elemen - C, H, O - ada seluruh rangkaian karbohidrat (gula), rumus umum yang terlihat seperti CnH2nOn (di mana n adalah jumlah atom). Ketiga elemen ini dalam komposisi protein ditambahkan atom N dan S, dan dalam komposisi asam nukleat - N dan P.

Peran penting dalam organisme hidup milik semua elemen lain yang disebutkan di atas. Jadi, atom Mg adalah bagian dari klorofil, dan Fe - hemoglobin. Yodium terkandung dalam molekul tiroksin (hormon tiroid), dan Zn terkandung dalam molekul insulin (hormon pankreas). Kehadiran ion Na dan K diperlukan untuk konduksi impuls saraf, untuk transportasi melalui membran sel. Garam P dan Ca ditemukan dalam jumlah besar di tulang dan cangkang moluska, yang memastikan kekuatan tinggi dari formasi ini.

Perlu dicatat bahwa bagian terbesar (hingga 85%) dari komposisi kimia organisme hidup adalah air. Karena merupakan pelarut universal untuk banyak zat anorganik dan organik, ternyata menjadi media yang ideal untuk berbagai reaksi kimia. Air terlibat dalam berbagai reaksi biokimia (misalnya, dalam fotosintesis). Dengan itu, kelebihan garam, produk limbah dikeluarkan dari tubuh. Kapasitas panas yang tinggi dan konduktivitas termal yang relatif tinggi yang terkandung dalam air sangat penting untuk termoregulasi organisme (ketika keringat menguap, misalnya, kulit menjadi dingin).

Sel makhluk hidup menurut susunan kimianya berbeda secara signifikan dari lingkungan mati di sekitarnya baik dalam struktur senyawa kimia, maupun dalam himpunan dan kandungan unsur kimia. Secara total, sekitar 90 unsur kimia hadir (ditemukan hingga saat ini) dalam organisme hidup, yang, tergantung pada isinya, dibagi menjadi 3 kelompok utama: makronutrien , elemen jejak dan elemen ultramikro .

Makronutrien.

Makronutrien hadir dalam jumlah yang signifikan dalam organisme hidup, mulai dari seperseratus persen hingga puluhan persen. Jika kandungan zat kimia dalam tubuh melebihi 0,005% dari berat badan, zat tersebut diklasifikasikan sebagai makronutrien. Mereka adalah bagian dari jaringan utama: darah, tulang dan otot. Ini termasuk, misalnya, unsur-unsur kimia berikut: hidrogen, oksigen, karbon, nitrogen, fosfor, belerang, natrium, kalsium, kalium, klorin. Makronutrien total membuat sekitar 99% dari massa sel hidup, dengan sebagian besar (98%) jatuh pada hidrogen, oksigen, karbon dan nitrogen.

Tabel di bawah ini menunjukkan makronutrien utama dalam tubuh:

Keempat unsur yang paling umum dalam organisme hidup (ini adalah hidrogen, oksigen, karbon, nitrogen, seperti yang disebutkan sebelumnya) memiliki satu sifat yang sama. Unsur-unsur ini kekurangan satu atau lebih elektron di orbit luarnya untuk membentuk ikatan elektronik yang stabil. Jadi, atom hidrogen kekurangan satu elektron di orbit luar untuk membentuk ikatan elektronik yang stabil, atom oksigen, nitrogen, dan karbon masing-masing kekurangan dua, tiga dan empat elektron. Dalam hal ini, unsur-unsur kimia ini dengan mudah membentuk ikatan kovalen karena pasangan elektron, dan dapat dengan mudah berinteraksi satu sama lain, mengisi kulit elektron terluarnya. Selain itu, oksigen, karbon, dan nitrogen tidak hanya dapat membentuk ikatan tunggal tetapi juga rangkap. Akibatnya, jumlah senyawa kimia yang dapat terbentuk dari unsur-unsur tersebut meningkat secara signifikan.

Selain itu, karbon, hidrogen, dan oksigen adalah unsur paling ringan yang mampu membentuk ikatan kovalen. Karena itu, mereka ternyata paling cocok untuk pembentukan senyawa yang membentuk materi hidup. Penting untuk dicatat secara terpisah sifat penting lain dari atom karbon - kemampuan untuk membentuk ikatan kovalen dengan empat atom karbon lainnya sekaligus. Berkat kemampuan ini, perancah dibuat dari berbagai macam molekul organik.

elemen mikro.

Meskipun isinya elemen jejak tidak melebihi 0,005% untuk setiap elemen individu, dan secara total mereka hanya membentuk sekitar 1% dari massa sel, elemen jejak diperlukan untuk kehidupan organisme. Dengan tidak adanya atau konten yang tidak mencukupi, berbagai penyakit dapat terjadi. Banyak elemen jejak adalah bagian dari kelompok non-protein enzim dan diperlukan untuk fungsi katalitiknya.
Misalnya, besi merupakan bagian integral dari heme, yang merupakan bagian dari sitokrom, yang merupakan komponen dari rantai transpor elektron, dan hemoglobin, protein yang menyediakan transportasi oksigen dari paru-paru ke jaringan. Kekurangan zat besi dalam tubuh manusia menyebabkan anemia. Dan kekurangan yodium, yang merupakan bagian dari hormon tiroid - tiroksin, menyebabkan terjadinya penyakit yang terkait dengan kekurangan hormon ini, seperti gondok endemik atau kretinisme.

Contoh elemen jejak disajikan dalam tabel di bawah ini:

Ultramikro.

Ke dalam grup elemen ultramikro termasuk unsur-unsur yang kandungan dalam tubuhnya sangat kecil (kurang dari 10 -12%). Ini termasuk bromin, emas, selenium, perak, vanadium dan banyak elemen lainnya. Sebagian besar dari mereka juga diperlukan untuk fungsi normal organisme hidup. Misalnya, kekurangan selenium dapat menyebabkan kanker, dan kekurangan boron adalah penyebab beberapa penyakit pada tanaman. Banyak elemen dari kelompok ini, serta elemen jejak, adalah bagian dari enzim.

Kandungan sel kimia Sel-sel makhluk hidup berbeda secara signifikan dari lingkungannya tidak hanya dalam struktur senyawa kimia yang menyusun komposisinya, tetapi juga dalam himpunan dan kandungan unsur kimia. Dari unsur-unsur kimia yang diketahui saat ini, sekitar 90 telah ditemukan di satwa liar.Bergantung pada kandungan unsur-unsur ini dalam organisme makhluk hidup, mereka dapat dibagi menjadi tiga kelompok:

1) makronutrien, yaitu, elemen yang terkandung dalam sel dalam jumlah yang signifikan (dari puluhan persen hingga seperseratus persen). Golongan ini meliputi oksigen, karbon, nitrogen, natrium, kalsium, fosfor, belerang, kalium, klorin. Secara total, elemen-elemen ini membentuk sekitar 99% dari massa sel, dengan 98% menjadi bagian dari empat elemen pertama (hidrogen, oksigen, karbon, dan nitrogen).

2) elemen jejak, yang merupakan kurang dari seperseratus persen dari massa. Unsur-unsur ini termasuk besi, seng, mangan, kobalt, tembaga, nikel, yodium, fluor. Secara total, mereka membentuk sekitar 1% dari massa sel. Terlepas dari kenyataan bahwa kandungan elemen-elemen ini dalam sel kecil, mereka diperlukan untuk hidupnya. Dengan tidak adanya atau rendahnya kandungan unsur-unsur ini, berbagai penyakit terjadi. Kekurangan yodium, misalnya, menyebabkan seseorang terkena penyakit tiroid, dan kekurangan zat besi dapat menyebabkan anemia.

3) elemen ultramikro, yang isinya sangat kecil di dalam sel (kurang dari 10 -12%). Kelompok ini termasuk bromin, emas, selenium, perak, vanadium dan banyak elemen lainnya. Sebagian besar elemen ini juga diperlukan untuk fungsi normal organisme. Jadi, misalnya, kekurangan selenium menyebabkan kanker, dan kekurangan boron menyebabkan penyakit pada tanaman. Beberapa elemen dari kelompok ini, seperti elemen jejak, adalah bagian dari enzim.

Tidak seperti organisme hidup, unsur yang paling umum di kerak bumi adalah oksigen, silikon, aluminium, dan natrium. Karena kandungan karbon, hidrogen, dan nitrogen dalam materi hidup lebih tinggi daripada di kerak bumi, dapat disimpulkan bahwa molekul yang mengandung unsur-unsur ini diperlukan untuk pelaksanaan proses yang memastikan aktivitas vital.

Empat unsur yang paling umum dalam makhluk hidup memiliki satu kesamaan: mereka dengan mudah membentuk ikatan kovalen dengan memasangkan elektron. Untuk membentuk ikatan elektronik yang stabil, atom hidrogen pada kulit elektron terluar kekurangan satu elektron, atom oksigen - dua, nitrogen - tiga dan karbon - empat elektron. Unsur-unsur ini dapat dengan mudah bereaksi satu sama lain, mengisi kulit elektron terluar. Selain itu, tiga elemen: nitrogen, oksigen, dan karbon - mampu membentuk ikatan tunggal dan rangkap, yang secara signifikan meningkatkan jumlah senyawa kimia yang dibangun dari elemen-elemen ini.

Karbon, hidrogen dan oksigen telah terbukti cocok untuk pembentukan makhluk hidup juga karena mereka adalah yang paling ringan di antara unsur-unsur yang membentuk ikatan kovalen. Sangat penting dari sudut pandang biologi juga kemampuan atom karbon untuk membentuk ikatan kovalen dengan empat atom karbon lainnya sekaligus. Dengan demikian, atom karbon yang terikat secara kovalen mampu membentuk kerangka sejumlah besar molekul organik yang sangat berbeda.

Dan zat anorganik lainnya, perannya dalam kehidupan sel. Sebagian besar senyawa kimia yang membentuk sel hanya merupakan karakteristik organisme hidup. Namun, di dalam sel ada sejumlah zat yang juga ditemukan di alam mati. Ini terutama air, yang rata-rata membentuk sekitar 80% dari massa sel (isinya dapat bervariasi tergantung pada jenis sel dan usianya), serta beberapa garam.

Air adalah zat yang sangat tidak biasa dalam hal fisik dan kimia, yang berbeda secara signifikan dalam sifat dari pelarut lain. Sel-sel pertama berasal dari lautan purba, dan dalam proses perkembangan lebih lanjut belajar menggunakan sifat-sifat air yang unik ini.

Dibandingkan dengan cairan lain, air dicirikan oleh titik didih yang sangat tinggi, titik leleh, kapasitas panas spesifik, serta panas penguapan, peleburan, konduktivitas termal, dan tegangan permukaan yang tinggi. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa molekul air terikat satu sama lain lebih kuat daripada molekul pelarut lainnya.

Kapasitas panas air yang tinggi (kemampuan untuk menyerap panas dengan sedikit perubahan pada suhunya sendiri) melindungi sel dari fluktuasi suhu yang tiba-tiba, dan sifat air seperti panas penguapan yang tinggi digunakan oleh organisme hidup untuk melindungi dari panas berlebih. : penguapan cairan oleh tumbuhan dan hewan merupakan reaksi protektif terhadap kenaikan suhu. Kehadiran konduktivitas termal yang tinggi dalam air memastikan kemungkinan distribusi panas yang seragam antara masing-masing bagian tubuh. Air praktis tidak dapat dimampatkan, berkat sel-sel yang mempertahankan bentuknya dan dicirikan oleh elastisitas.

Sifat-sifat unik air ditentukan oleh ciri-ciri struktural molekulnya, yang muncul sebagai akibat dari susunan spesifik elektron dalam atom oksigen dan hidrogen yang menyusun molekul. Atom oksigen, di orbit elektron terluar yang ada dua elektron, menggabungkannya dengan dua elektron atom hidrogen (setiap atom hidrogen memiliki satu elektron di orbit elektron terluar). Akibatnya, dua ikatan kovalen terbentuk antara atom oksigen dan dua atom hidrogen. Namun, atom oksigen yang lebih negatif cenderung menarik elektron ke dirinya sendiri. Akibatnya, masing-masing atom hidrogen memperoleh muatan positif kecil, dan atom oksigen membawa muatan negatif. Atom oksigen bermuatan negatif dari satu molekul air tertarik ke atom hidrogen bermuatan positif dari molekul lain, yang mengarah pada pembentukan ikatan hidrogen. Dengan demikian, molekul air terikat satu sama lain.

Sifat penting dari ikatan hidrogen adalah kekuatannya yang lebih rendah dibandingkan dengan (sekitar 20 kali lebih lemah dari ikatan kovalen). Oleh karena itu, ikatan hidrogen relatif mudah terbentuk dan mudah putus. Namun, bahkan pada 100 ° masih ada interaksi yang cukup kuat antara molekul air. Kehadiran ikatan hidrogen antara molekul air memberikannya beberapa struktur, yang menjelaskan sifat-sifatnya yang tidak biasa seperti didih tinggi, pelelehan, dan kapasitas panas tinggi.

Sifat karakteristik lain dari molekul air adalah sifat dipolnya. Seperti disebutkan di atas, atom hidrogen dalam molekul air membawa muatan positif kecil, dan atom oksigen membawa muatan negatif. Namun, sudut ikatan H-O-H adalah 104,5°, sehingga dalam molekul air, muatan negatif terkonsentrasi di satu sisi dan muatan positif di sisi lain. Sifat dipol molekul air mencirikan kemampuannya untuk mengorientasikan dirinya dalam medan listrik. Sifat air inilah yang menentukan keunikannya sebagai pelarut: jika molekul zat mengandung gugus atom bermuatan, mereka memasuki interaksi elektrostatik dengan molekul air, dan zat ini larut di dalamnya. Zat seperti itu disebut hidrofilik. Ada sejumlah besar senyawa hidrofilik dalam sel: ini adalah garam, senyawa organik dengan berat molekul rendah, karbohidrat, asam nukleat. Namun, ada sejumlah zat yang hampir tidak mengandung atom bermuatan dan tidak larut dalam air. Senyawa ini termasuk, khususnya, lipid (lemak). Zat seperti itu disebut hidrofobik. Zat hidrofobik tidak berinteraksi dengan air, tetapi berinteraksi dengan baik satu sama lain. Lipid, yang merupakan senyawa hidrofobik, membentuk struktur dua dimensi (membran) yang hampir kedap air.

Karena polaritasnya, air melarutkan lebih banyak bahan kimia daripada pelarut lainnya. Di lingkungan akuatik sel, di mana berbagai bahan kimia dilarutkan, banyak reaksi kimia terjadi, yang tanpanya kehidupan tidak mungkin terjadi. Air juga melarutkan produk reaksi dan mengeluarkannya dari sel dan organisme multiseluler. Karena pergerakan air dalam organisme hewan dan tumbuhan, berbagai zat dipertukarkan antar jaringan.

Salah satu sifat penting air sebagai senyawa kimia adalah bahwa ia masuk ke dalam banyak reaksi kimia yang terjadi di dalam sel. Reaksi ini disebut reaksi hidrolisis. Pada gilirannya, molekul air terbentuk sebagai hasil dari banyak reaksi yang terjadi pada organisme hidup.

Massa atom hidrogen sangat kecil, satu-satunya elektron dalam molekul air dipegang oleh atom oksigen. Akibatnya, inti atom hidrogen (proton) mampu melepaskan diri dari molekul air, menghasilkan pembentukan ion hidroksil (OH-) dan proton (H+).

H2O<=>H + + OH -

Proses ini disebut disosiasi air. Ion hidroksil dan hidrogen yang terbentuk selama disosiasi air juga berperan dalam banyak reaksi penting yang terjadi di dalam tubuh.

Selain air, peran penting dalam kehidupan sel dimainkan oleh mereka yang terlarut di dalamnya, yang diwakili oleh kation kalium, natrium, magnesium, kalsium, dan lainnya, serta anion asam klorida, sulfat, karbonat, dan fosfat. .

Banyak kation dicirikan oleh distribusi yang tidak merata antara sel dan lingkungannya: misalnya, dalam sitoplasma sel, konsentrasi K + lebih tinggi, dan konsentrasi Na + dan Ca 2+ lebih rendah daripada di lingkungan sekitarnya. sel. Baik lingkungan alam (misalnya, laut) dan cairan tubuh (darah), yang memiliki komposisi ionik yang mirip dengan air laut, dapat berada di luar sel. Distribusi kation yang tidak merata antara sel dan lingkungan dipertahankan dalam proses kehidupan, di mana sel mengeluarkan sebagian besar energi yang dihasilkan di dalamnya. Distribusi ion yang tidak merata antara sel dan lingkungan diperlukan untuk pelaksanaan banyak proses penting bagi kehidupan, khususnya untuk konduksi eksitasi melalui sel saraf dan otot, pelaksanaan kontraksi otot. Setelah kematian sel, konsentrasi kation di luar sel dan di dalamnya dengan cepat menjadi seimbang.

Anion asam lemah yang terkandung dalam sel (HC0 3 -, HPO 4 2-) memainkan peran penting dalam menjaga konsentrasi konstan ion hidrogen (pH) di dalam sel. Terlepas dari kenyataan bahwa baik alkali dan asam terbentuk dalam proses kehidupan di dalam sel, biasanya reaksi di dalam sel hampir netral. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa anion asam lemah dapat mengikat proton asam dan ion alkali hidroksil, sehingga menetralkan lingkungan intraseluler. Selain itu, anion asam lemah masuk ke dalam reaksi kimia yang dilakukan di dalam sel: khususnya, anion asam fosfat diperlukan untuk sintesis senyawa penting untuk sel seperti ATP.

Zat anorganik ditemukan dalam organisme hidup tidak hanya dalam keadaan terlarut, tetapi juga dalam keadaan padat. Misalnya, tulang terbentuk terutama dari kalsium fosfat (magnesium fosfat juga ada dalam jumlah yang lebih kecil), dan cangkang terbentuk dari kalsium karbonat.

Bahan organik sel. Biopolimer

Dalam organisme hidup ada sejumlah besar berbagai senyawa yang praktis tidak ditemukan di alam mati dan yang disebut senyawa organik. Kerangka molekul senyawa ini dibangun dari atom karbon. Di antara senyawa organik, zat dengan berat molekul rendah (asam organik, esternya, asam amino, asam lemak bebas, basa nitrogen, dll.) Dapat dibedakan. Namun, sebagian besar bahan kering sel diwakili oleh senyawa molekul tinggi, yang merupakan polimer. Polimer adalah senyawa yang terbentuk dari unit berulang (monomer) berbobot molekul rendah yang berurutan dihubungkan satu sama lain oleh ikatan kovalen dan membentuk rantai panjang, yang dapat lurus atau bercabang. Di antara polimer, homopolimer dibedakan, terdiri dari monomer yang identik. Jika kita menyatakan monomer dengan beberapa simbol, misalnya, dengan huruf X, maka struktur homopolimer dapat direpresentasikan secara kondisional sebagai berikut: -X-X-…-X-X. Komposisi heteropolimer mencakup monomer dari berbagai struktur. Jika monomer yang membentuk heteropolimer dilambangkan sebagai X dan Y, maka struktur heteropolimer dapat direpresentasikan, misalnya, dalam bentuk XXYYXY…XXYYXY. Biopolimer (yaitu, polimer yang ditemukan di alam) termasuk protein, asam nukleat, dan karbohidrat.

tupai

Struktur protein. Di antara senyawa organik yang ada di dalam sel, protein adalah yang utama: mereka menyumbang setidaknya 50% dari bahan kering. Semua protein terdiri dari karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Selain itu, hampir semuanya mengandung belerang. Beberapa protein juga mengandung fosfor, besi, magnesium, seng, tembaga, mangan. Jadi, zat besi adalah bagian dari protein hemoglobin yang ditemukan dalam eritrosit banyak hewan, dan magnesium ditemukan dalam pigmen klorofil, yang diperlukan untuk fotosintesis.

Ciri khas protein adalah berat molekulnya yang besar: berkisar dari beberapa ribu hingga ratusan ribu dan bahkan jutaan kilodalton. Monomer, yaitu unit struktural protein apa pun, adalah asam amino, yang dicirikan oleh struktur yang serupa, tetapi tidak persis sama.

Seperti dapat dilihat dari rumus yang disajikan, molekul asam amino terdiri dari dua bagian. Porsi kotak adalah sama untuk semua asam amino. Ini mengandung gugus amino (-NH 2) yang terikat pada atom karbon dan gugus karboksil lebih lanjut (-COOH). Bagian kedua dari molekul asam amino, yang ditunjukkan dalam rumus dalam bentuk huruf Latin R, disebut rantai samping, atau radikal. Ini memiliki struktur yang berbeda untuk asam amino yang berbeda. Protein mengandung 20 asam amino yang berbeda sebagai elemen struktural (monomer), dengan demikian, 20 rantai samping dari struktur yang berbeda dapat ditemukan dalam protein. Radikal samping dapat bermuatan negatif atau positif, mengandung cincin aromatik dan struktur heterosiklik, gugus hidrofobik, gugus hidroksil (-OH) atau atom belerang.

Dalam molekul protein, molekul asam amino yang terletak berurutan dihubungkan secara kovalen satu sama lain, membentuk rantai polimer panjang yang tidak bercabang. Asam amino dalam rantai diatur sedemikian rupa sehingga gugus amino dari satu asam amino berinteraksi dengan gugus karboksil yang lain. Ketika kedua kelompok ini berinteraksi, molekul air dilepaskan dan ikatan peptida terbentuk. Senyawa yang dihasilkan disebut peptida. Jika peptida terdiri dari dua asam amino, itu disebut dipeptida, dari tiga - tripeptida. Molekul protein dapat mengandung ratusan atau bahkan ribuan residu asam amino. Jadi, protein adalah polipeptida. Perlu dicatat bahwa molekul protein bukanlah polimer yang dibangun secara acak dengan panjang yang berbeda - setiap molekul protein dicirikan oleh urutan asam amino tertentu, yang ditentukan oleh struktur gen yang mengkode protein ini.

Urutan residu asam amino dalam molekul protein menentukan struktur utamanya, yaitu formulanya. Sama seperti alfabet dengan 33 huruf dapat membuat banyak kata, dengan 20 asam amino Anda dapat membuat jumlah protein yang hampir tidak terbatas, berbeda dalam jumlah asam amino yang dikandungnya dan dalam urutannya. Jumlah total protein berbeda yang ditemukan di semua jenis organisme hidup adalah sekitar 10 10 -10 12 . Tugas terpenting biologi modern adalah menentukan struktur primer protein, serta menetapkan hubungan antara struktur primer dan aktivitas fungsional protein. Karena urutan asam amino ditentukan oleh struktur gen, struktur utama protein saat ini ditentukan dengan mencari tahu urutan nukleotida dalam gen yang sesuai, menggunakan metode rekayasa genetika untuk ini.

Molekul protein dalam keadaan aslinya (utuh) memiliki struktur spasial yang khas, atau konformasi. Ini ditentukan oleh bagaimana rantai polipeptida protein terlipat dalam larutan. Paling sering, bagian individu dari rantai polipeptida dilipat menjadi spiral (α-helix) atau membentuk struktur zigzag yang terletak antiparalel, yang disebut lapisan terlipat, atau struktur . Pembentukan -helix dan -struktur mengarah pada pembentukan struktur sekunder protein. Dalam hal ini, rantai samping asam amino terletak di bagian luar struktur heliks atau zigzag. Struktur heliks distabilkan oleh ikatan hidrogen yang terbentuk antara gugus NH pada satu putaran dan gugus CO pada putaran heliks lainnya. Ikatan hidrogen ini sejajar dengan sumbu heliks.

Struktur lapisan terlipat juga distabilkan oleh ikatan hidrogen yang terbentuk di antara lapisan paralel. Meskipun ikatan hidrogen lebih lemah daripada ikatan kovalen, kehadirannya dalam jumlah yang signifikan membuat struktur jenis lapisan -helix atau -folded cukup kuat.

Daerah dan struktur heliks seperti lapisan terlipat dikemas lebih lanjut, menghasilkan pembentukan struktur tersier protein. Pada tahap ini, protein terlarut biasanya membentuk struktur seperti kumparan globular dengan residu asam amino bermuatan di permukaan dan residu asam amino hidrofobik di dalam kumparan. Dalam hal ini, residu asam amino yang letaknya berjauhan dalam rantai polipeptida seringkali saling mendekat. Setiap protein memiliki cara pengemasannya sendiri, yang sudah diatur pada tingkat struktur utama protein ini, yaitu tergantung pada urutan asam amino dalam rantai polipeptida.

Banyak protein terdiri dari beberapa rantai polipeptida dengan struktur yang sama atau berbeda. Ketika rantai tersebut digabungkan, protein kompleks terbentuk, yang ditandai dengan struktur kuartener. Protein tersebut disebut oligomer, dan rantai polipeptida individu yang membentuk oligomer disebut monomer.

Sebagian besar molekul protein mampu mempertahankan aktivitas biologisnya, yaitu kemampuan untuk melakukan fungsi karakteristiknya hanya dalam kisaran suhu dan keasaman lingkungan yang sempit. Dengan peningkatan suhu atau perubahan keasaman ke nilai ekstrim, terjadi perubahan struktur protein, yang disebut denaturasi. Contoh denaturasi adalah koagulasi protein telur, yang diamati saat direbus. Selama denaturasi, ikatan kovalen tidak terputus, tetapi karakteristik struktur kuaterner, tersier dan sekunder dari protein tertentu dihancurkan, akibatnya, dalam keadaan terdenaturasi, rantai polipeptida protein membentuk gulungan dan loop acak dan acak.

Fungsi protein. Protein dicirikan oleh berbagai fungsi yang signifikan. Kelompok protein terbesar dan paling penting secara biologis adalah protein enzim, yang merupakan katalis yang mempercepat jalannya berbagai reaksi kimia.

Kelompok protein terbesar kedua diwakili oleh protein yang merupakan elemen struktural sel. Ini, misalnya, termasuk kolagen protein fibrilar, protein struktural utama yang merupakan bagian dari ikat dan tulang. Jenis protein lain adalah komponen sistem kontraktil dan motorik. Seperti, misalnya, adalah aktin dan miosin, dua elemen utama dari sistem kontraktil otot. Protein struktural membentuk sitoskeleton sel, yang merupakan kumpulan protein fibrilar yang menghubungkan berbagai organel sel satu sama lain dan dengan membran plasma sel.

Beberapa protein melakukan fungsi transportasi, mereka mampu mengikat dan membawa berbagai zat dengan aliran darah. Yang paling terkenal dari protein ini adalah hemoglobin, yang ditemukan dalam eritrosit vertebrata dan, dengan mengikat oksigen, mengangkutnya dari paru-paru ke jaringan. Lipoprotein serum membawa lipid kompleks dengan aliran darah, dan albumin serum membawa asam lemak bebas.

Protein transpor juga termasuk protein yang dibangun ke dalam membran biologis dan melakukan transfer berbagai zat melalui membran ini. Dalam kondisi normal, membran sel kurang permeabel terhadap zat seperti K + , Na + , Ca 2+ , karena pori-pori yang dibentuk oleh protein saluran tertutup. Namun, beberapa pengaruh, seperti impuls listrik atau zat aktif biologis yang mengikat saluran, membuka pori, akibatnya ion yang dapat menembus saluran ini bergerak dari satu sisi membran ke sisi lain dalam arah penurunan. konsentrasi. Pergerakan ion dalam arah yang berlawanan dilakukan dengan pengeluaran energi oleh protein transpor membran lainnya, yang disebut pompa ion.

Dalam sel khusus tumbuhan dan hewan, pengatur atau hormon khusus disintesis, beberapa di antaranya (tetapi tidak semua) adalah protein yang mengatur berbagai proses fisiologis. Mungkin yang paling terkenal adalah insulin, hormon yang diproduksi di pankreas yang mengatur tingkat glukosa dalam sel-sel tubuh. Dengan kekurangan insulin dalam tubuh, penyakit yang dikenal sebagai diabetes mellitus terjadi.

Selain itu, protein mampu melakukan fungsi pelindung. Ketika virus, bakteri, protein asing atau polimer lain memasuki tubuh hewan atau manusia, protein pelindung khusus disintesis di dalam tubuh, yang disebut antibodi atau imunoglobulin. Protein ini mengikat polimer asing. Pengikatan antibodi terhadap protein virus atau bakteri menghambat aktivitas fungsionalnya dan menghentikan perkembangan infeksi. Antibodi memiliki sifat unik: mereka mampu membedakan protein asing dari protein tubuh sendiri. Mekanisme pertahanan tubuh terhadap patogen ini disebut imunitas. Kekebalan terhadap penyakit menular dapat dibuat dengan menyuntikkan sejumlah kecil biopolimer tertentu yang merupakan bagian dari mikroorganisme atau virus penyebab penyakit. Dalam hal ini, antibodi terbentuk yang selanjutnya mampu melindungi tubuh jika terinfeksi mikroorganisme atau virus ini. Banyak makhluk hidup mengeluarkan protein yang disebut racun, yang dalam banyak kasus adalah racun yang kuat, untuk memberikan perlindungan.

Dengan kekurangan nutrisi pada hewan, pemecahan protein menjadi asam amino penyusunnya meningkat tajam, yang terakhir, setelah transformasi yang sesuai, dapat digunakan sebagai sumber energi (fungsi energi protein).

Beberapa bakteri dan semua tanaman mampu mensintesis semua 20 asam amino yang membentuk protein. Namun, hewan dalam proses evolusi telah kehilangan kemampuan untuk mensintesis 10 asam amino yang sangat kompleks, yang harus mereka terima dari makanan nabati dan hewani. Asam amino ini disebut esensial. Mereka adalah bagian dari protein nabati dan hewani yang diperoleh dari makanan, yang dipecah menjadi asam amino di saluran pencernaan. Dalam sel, asam amino ini digunakan untuk membangun protein mereka sendiri yang merupakan karakteristik dari organisme tertentu. Kekurangan asam amino esensial dalam makanan menyebabkan gangguan metabolisme yang parah.

Dan peran mereka dalam proses kehidupan. Pada suhu dan keasaman lingkungan, yang merupakan karakteristik sel, laju sebagian besar reaksi kimia rendah. Namun, pada kenyataannya, reaksi di dalam sel berlangsung dengan kecepatan yang sangat tinggi. Ini dicapai karena adanya katalis khusus - enzim dalam sel, yang secara signifikan meningkatkan laju reaksi kimia. Enzim adalah kelas protein terbesar dan terspesialisasi. Ini adalah enzim yang memastikan aliran berbagai reaksi dalam sel, yang membentuk metabolisme sel. Saat ini, lebih dari seribu enzim diketahui. Efisiensi katalitik mereka luar biasa tinggi: mereka mampu mempercepat reaksi jutaan kali.

Aktivitas katalitik suatu enzim tidak ditentukan oleh keseluruhan molekulnya, tetapi oleh daerah tertentu dari molekul enzim, yang disebut situs aktifnya. Diketahui bahwa katalisis kimia paling sering dilakukan dengan pembentukan kompleks suatu zat (substrat) yang diubah selama reaksi dengan katalis. Dan selama reaksi enzimatik, substrat berinteraksi dengan enzim, dan pengikatan substrat terjadi tepat di pusat aktif. Enzim dicirikan oleh korespondensi spasial antara substrat dan pusat aktif; mereka cocok bersama, "seperti kunci untuk gembok." Dengan demikian, enzim dicirikan oleh spesifisitas substrat; oleh karena itu, setiap enzim memastikan terjadinya satu atau lebih reaksi dari jenis yang sama.

Pengikatan substrat ke enzim (pembentukan kompleks enzim-substrat) disertai dengan redistribusi elektronik di sekitar zat (substrat) yang diubah selama reaksi karena interaksi dengan asam amino enzim, yang terlibat. dalam pembentukan pusat aktif. Akibatnya, ikatan individu antara atom dalam molekul substrat melemah dan hancur jauh lebih mudah daripada dalam larutan. Dalam kasus lain (reaksi di mana ikatan terbentuk), dua molekul substrat mendekati satu sama lain di pusat aktif enzim sehingga mudah terbentuk di antara mereka. Ketika enzim didenaturasi, aktivitas katalitiknya menghilang, karena struktur pusat aktifnya terganggu.

Banyak enzim mengandung apa yang disebut kofaktor - senyawa organik atau anorganik dengan berat molekul rendah yang mampu melakukan jenis reaksi tertentu. Kofaktor termasuk, misalnya, NAD dinukleotida (nicotinamide adenine dinucleotide), yang memastikan dehidrogenasi berbagai substrat. Fungsinya akan dibahas secara rinci di bagian Pertukaran Energi. Sejumlah besar enzim juga dikenal, yang meliputi logam (besi, tembaga, kobalt, mangan), yang juga terlibat dalam transformasi substrat selama tindakan katalitik.

Asam nukleat

Kelas biopolimer penting lainnya adalah asam nukleat, yang merupakan pembawa genetik dan juga mengambil bagian dalam proses sintesis protein. Dua jenis asam nukleat telah ditemukan di alam liar, yaitu: Asam deoksiribonukleat(disingkat DNA) dan asam ribonukleat(RNA). DNA dan RNA ditemukan di semua prokariota dan eukariota, kecuali virus, beberapa di antaranya hanya berisi RNA, sementara yang lain hanya berisi DNA. DNA dan RNA tersusun dari monomer yang disebut mononukleotida. Mononukleotida yang membentuk DNA dan RNA memiliki struktur yang serupa, tetapi tidak sama. Mononukleotida terdiri dari tiga komponen utama: 1) basa nitrogen, 2) gula pentosa dan 3) asam fosfat.

Mononukleotida yang membentuk DNA mengandung gula deoksiribosa lima karbon dan salah satu dari empat basa nitrogen: adenin, guanin, sitosin dan timin(disingkat A, G, C dan T).

Mononukleotida yang membentuk RNA mengandung sakarribosa lima karbon, serta salah satu dari empat basa: adenin, guanin, sitosin dan urasil(disingkat A, G, C dan U).

Asam deoksiribonukleat (DNA). DNA adalah pembawa informasi genetik dan terkonsentrasi di sel terutama di nukleus, di mana ia merupakan komponen utama kromosom (pada eukariota, DNA juga ditemukan di mitokondria dan kloroplas). DNA adalah polimer yang terdiri dari mononukleotida terkait kovalen, yang meliputi deoksiribosa dan empat basa nitrogen (adenin, guanin, sitosin dan timin). Jumlah mononukleotida yang menyusun DNA sangat besar: pada sel prokariotik yang mengandung satu kromosom, semua DNA hadir dalam bentuk satu makromolekul dengan berat molekul lebih dari 2*109 .

Struktur molekul DNA diuraikan oleh Watson dan Crick pada tahun 1953. Molekul DNA terdiri dari dua untai yang terletak sejajar satu sama lain dan membentuk heliks tangan kanan. Lebar heliks sekitar 2 nm, sedangkan panjangnya bisa mencapai ratusan ribu nanometer. Mononukleotida yang membentuk satu rantai terhubung secara berurutan karena pembentukan ikatan kovalen antara deoksiribosa dari satu dan asam fosfat dari mononukleotida lainnya. Basa nitrogen, yang terletak di satu sisi tulang punggung yang terbentuk dari satu untai DNA, membentuk ikatan hidrogen dengan basa nitrogen dari untai kedua. Jadi, dalam molekul DNA untai ganda heliks, basa nitrogen terletak di dalam heliks. Struktur heliks sedemikian rupa sehingga rantai polinukleotida yang termasuk di dalamnya dapat dipisahkan hanya setelah heliks terlepas.

Molekul DNA disusun sedemikian rupa sehingga jumlah basa nitrogen dari satu jenis (adenin dan guanin) yang termasuk dalam komposisinya sama dengan jumlah basa nitrogen dari jenis lain (timin dan sitosin), yaitu A + G \u003d T + C. Ini karena ukuran basa nitrogen: panjang struktur yang terbentuk selama pembentukan ikatan hidrogen antara pasangan adenin-timin dan guanin-sitosin kira-kira 11 A. Dimensi pasangan ini sesuai dengan ukuran bagian dalam dari heliks DNA. Pasangan A-G akan terlalu besar dan pasangan C-T akan terlalu kecil untuk membentuk spiral. Dengan demikian, basa nitrogen yang terletak di satu untai DNA menentukan basa yang terletak di tempat yang sama di untai lain. Korespondensi ketat nukleotida yang terletak sejajar satu sama lain dalam rantai berpasangan dari molekul DNA disebut komplementaritas (tambahan). Karena sifat molekul DNA inilah reproduksi (replikasi) informasi genetik yang akurat dimungkinkan. Dalam sel, replikasi DNA (penggandaan diri) terjadi sebagai akibat pemutusan ikatan hidrogen antara basa nitrogen dari untai DNA yang berdekatan dan sintesis berikutnya dari dua molekul DNA baru (anak) menggunakan untai induk sebagai matriks. Reaksi seperti itu disebut reaksi sintesis matriks.

Asam ribonukleat. RNA adalah polimer yang terdiri dari mononukleotida terkait kovalen, yang meliputi ribosa dan empat basa nitrogen (adenin, guanin, sitosin dan urasil). Ada tiga jenis asam ribonukleat dalam sel: messenger RNA (mRNA atau mRNA), transfer RNA (tRNA), dan RNA ribosom (rRNA). Molekul dari ketiga jenis RNA adalah untai tunggal. Dan mereka semua memiliki berat molekul yang jauh lebih kecil daripada molekul DNA. Di sebagian besar sel, kandungan RNA berkali-kali (dari 5 hingga 10) lebih tinggi daripada kandungan DNA. Ketiga jenis RNA sangat penting untuk sintesis protein dalam sel.

RNA utusan. Messenger RNA disintesis dalam nukleus selama transkripsi, di mana sintesis template molekul RNA disediakan pada salah satu untai DNA. Molekul mRNA terdiri dari sekitar 300-30.000 nukleotida dan merupakan struktur yang melengkapi bagian spesifik dari molekul DNA beruntai tunggal (gen). Setelah sintesis, mRNA masuk ke sitoplasma, di mana ia menempel pada ribosom dan digunakan sebagai cetakan yang menentukan urutan asam amino dalam rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Dengan demikian, urutan nukleotida dalam rantai DNA, dan kemudian mRNA yang disintesis menggunakannya sebagai templat, menentukan urutan asam amino dalam protein yang disintesis. Masing-masing dari ribuan protein yang disintesis oleh sel dikodekan oleh mRNA tertentu.

mengangkut RNA. Fungsi tRNA adalah untuk mengangkut asam amino tertentu ke rantai polipeptida yang baru disintesis selama sintesis protein yang dilakukan pada ribosom. Berat molekul tRNA kecil: molekul mengandung 75 hingga 90 mononukleotida.

RNA ribosom. RNA ribosom adalah bagian dari ribosom - organel yang melaluinya sintesis protein dilakukan. Molekul rRNA terdiri dari 3-5 ribu mononukleotida.

Karbohidrat

Karbohidrat, atau sakarida, adalah senyawa dengan rumus umum (CH 2 O) p, yang merupakan alkohol aldehida atau alkohol keto. Karbohidrat dibagi menjadi mono-, di- dan polisakarida.

Monosakarida, atau gula sederhana, paling sering terdiri dari untai (pentosa) atau enam (heksosa) atom karbon dan memiliki rumus (CH 2 O) 5 dan (CH 2 O) 6.

Gula sederhana yang paling umum adalah glukosa gula enam karbon, yang merupakan monomer induk dari mana banyak polisakarida dibangun. Glukosa juga merupakan sumber energi utama dalam sel. Pentosa (ribosa dan deoksiribosa) adalah bagian dari asam nukleat dan ATP.

Dua gula sederhana digabungkan dalam molekul disakarida. Perwakilan disakarida yang paling terkenal adalah sukrosa, atau gula makanan, yang molekulnya terdiri dari molekul glukosa dan fruktosa.

Molekul polisakarida adalah rantai panjang yang dibangun dari banyak unit monosakarida, dan rantai dapat berupa linier atau bercabang. Kebanyakan polisakarida mengandung unit berulang dari jenis yang sama atau dua jenis bergantian sebagai monomer, sehingga mereka tidak dapat memainkan peran biopolimer informasi.

Alam yang hidup mengandung sejumlah besar karbohidrat. Hal ini terutama disebabkan oleh distribusi yang luas dari dua polisakarida: pati dan selulosa. Pati ditemukan dalam jumlah besar pada tumbuhan. Ini adalah bentuk polisakarida di mana bahan bakar disimpan. Selulosa adalah komponen utama jaringan tanaman berserat dan berlignifikasi ekstraseluler. Dalam saluran pencernaan hewan tidak ada enzim yang mampu memecah selulosa menjadi monomer. Namun, enzim ini ada pada bakteri yang hidup di saluran pencernaan beberapa hewan, yang memungkinkan mereka menggunakan selulosa sebagai sumber makanan.

Polisakarida adalah bagian dari dinding keras sel tumbuhan dan bakteri, mereka juga merupakan elemen integral dari cangkang lunak sel hewan. Dengan demikian, karbohidrat melakukan dua fungsi utama dalam sel: energi dan konstruksi.

Lemak

Lipid adalah senyawa organik yang tidak larut dalam air yang membentuk sel. Zat-zat tersebut dapat diekstraksi (dilarutkan) dengan pelarut non-polar seperti kloroform, benzena atau eter. Beberapa kelas lipid telah diketahui, tetapi fungsi terpenting dalam tubuh tampaknya dilakukan oleh fosfolipid, yang merupakan ester dari trihidrat alkohol gliserol dan asam fosfat. Ketika molekul fosfolipid terbentuk, dua gugus hidroksil dari gliserol berinteraksi dengan asam lemak dengan berat molekul tinggi yang mengandung 16-18 atom karbon, dan satu gugus hidroksil berinteraksi dengan asam fosfat. Semua fosfolipid mengandung kepala polar dan ekor non-polar yang dibentuk oleh dua molekul asam lemak. Pada antarmuka minyak-air, molekul fosfolipid mengorientasikan diri sedemikian rupa sehingga kepala kutubnya terbenam dalam air dan ekor hidrofobiknya terbenam dalam minyak. Fosfolipid tersebar di permukaan air dalam bentuk lapisan tunggal, di mana ekor asam lemak berorientasi ke udara hidrofobik, dan kepala bermuatan diarahkan ke lingkungan perairan.

Molekul fosfolipid mampu membentuk struktur dua dimensi, yang disebut bilayer: bilayer terbentuk dari dua monolayer fosfolipid yang berorientasi relatif satu sama lain sehingga ekor hidrofobik fosfolipid terletak di dalam bilayer, dan kepala kutub diarahkan ke luar. Bilayer seperti itu ditandai dengan hambatan listrik yang sangat tinggi. Ini adalah bilayer, yang terdiri dari fosfolipid, yang merupakan komponen terpenting dari membran biologis. Membran biologis adalah lapisan alami setebal 5-7 nm yang dibentuk oleh lapisan ganda fosfolipid yang mengandung molekul protein. Dengan demikian, lipid melakukan fungsi bangunan di dalam sel.

Selain itu, lipid merupakan sumber energi yang penting-. Dengan konversi lengkap 1 g lipid menjadi air dan karbon dioksida dalam sel, sekitar 2 kali lebih banyak energi dilepaskan dibandingkan dengan konversi karbohidrat yang sama. Lemak yang terakumulasi di jaringan subkutan adalah bahan isolasi panas yang baik. Selain itu, lipid adalah sumber air, yang dilepaskan dalam jumlah yang signifikan selama oksidasi. Itulah sebabnya banyak hewan yang menyimpan lemak (misalnya, unta selama penyeberangan gurun, beruang, marmut, tupai tanah selama hibernasi) dapat hidup tanpa air untuk waktu yang lama.

Beberapa zat yang berhubungan dengan lipid memiliki aktivitas biologis yang tinggi: sejumlah vitamin, seperti vitamin A dan B, serta beberapa hormon (steroid). Fungsi penting dalam tubuh hewan dilakukan oleh kolesterol, yang merupakan komponen membran sel: metabolisme kolesterol yang tidak tepat pada manusia menyebabkan aterosklerosis, penyakit di mana kolesterol disimpan dalam bentuk plak di dinding pembuluh darah, mempersempitnya. lumen. Hal ini menyebabkan terganggunya suplai darah ke organ dan merupakan penyebab penyakit kardiovaskular yang parah seperti stroke atau infark miokard.

Unsur kimia sel

Dalam organisme hidup, tidak ada satu pun unsur kimia yang tidak akan ditemukan dalam tubuh alam mati (yang menunjukkan kesamaan alam hidup dan mati).
Sel-sel yang berbeda mencakup unsur-unsur kimia yang hampir sama (yang membuktikan kesatuan alam yang hidup); dan pada saat yang sama, bahkan sel-sel dari satu organisme multiseluler, yang melakukan fungsi yang berbeda, dapat berbeda secara signifikan satu sama lain dalam komposisi kimia.
Dari lebih dari 115 elemen yang diketahui saat ini, sekitar 80 ditemukan dalam komposisi sel.

Semua elemen menurut isinya dalam organisme hidup dibagi menjadi tiga kelompok:

1. makronutrien- kandungannya melebihi 0,001% dari berat badan.
   98% massa sel apa pun jatuh pada empat elemen (kadang-kadang disebut organogen): - oksigen (O) - 75%, karbon (C) - 15%, hidrogen (H) - 8%, nitrogen (N) - 3%. Unsur-unsur ini membentuk dasar senyawa organik (dan oksigen dan hidrogen, sebagai tambahan, merupakan bagian dari air, yang juga terkandung di dalam sel). Sekitar 2% dari massa sel menyumbang delapan lainnya makronutrien: magnesium (Mg), natrium (Na), kalsium (Ca), besi (Fe), kalium (K), fosfor (P), klorin (Cl), belerang (S);
2. Unsur-unsur kimia yang tersisa terkandung dalam sel dalam jumlah yang sangat kecil: elemen jejak- yang terdiri dari 0,000001% sampai 0,001% - boron (B), nikel (Ni), kobalt (Co), tembaga (Cu), molibdenum (Mb), seng (Zn), dll.;
3. elemen ultramikro- kandungannya tidak melebihi 0,000001% - uranium (U), radium (Ra), emas (Au), merkuri (Hg), timbal (Pb), cesium (Cs), selenium (Se), dll.

Organisme hidup mampu mengakumulasi unsur-unsur kimia tertentu. Jadi, misalnya, beberapa ganggang menumpuk yodium, buttercup - lithium, duckweed - radium, dll.

Bahan kimia sel

Unsur yang berbentuk atom merupakan bagian dari molekul anorganik dan organik senyawa sel.

Ke senyawa anorganik termasuk air dan garam mineral.

senyawa organik adalah karakteristik hanya untuk organisme hidup, sedangkan anorganik ada di alam mati.

Ke senyawa organik termasuk senyawa karbon dengan berat molekul 100 hingga beberapa ratus ribu.
Karbon adalah bahan kimia dasar kehidupan. Itu dapat bersentuhan dengan banyak atom dan kelompoknya, membentuk rantai, cincin yang membentuk kerangka molekul organik yang berbeda dalam komposisi kimia, struktur, panjang dan bentuk. Mereka membentuk senyawa kimia kompleks yang berbeda dalam struktur dan fungsi. Senyawa organik penyusun sel makhluk hidup disebut... polimer biologis, atau biopolimer. Mereka membuat lebih dari 97% dari bahan kering sel.

Saat ini, banyak unsur kimia dari tabel periodik telah ditemukan dan diisolasi dalam bentuk murninya, dan seperlimanya ditemukan di setiap organisme hidup. Mereka, seperti batu bata, adalah komponen utama zat organik dan anorganik.

Unsur kimia apa yang merupakan bagian dari sel, menurut biologi zat mana yang dapat dinilai keberadaannya dalam tubuh - kami akan mempertimbangkan semua ini nanti di artikel.

Berapakah keteguhan komposisi kimia?

Untuk menjaga stabilitas dalam tubuh, setiap sel harus menjaga konsentrasi masing-masing komponennya pada tingkat yang konstan. Tingkat ini ditentukan oleh spesies, habitat, faktor lingkungan.

Untuk menjawab pertanyaan tentang unsur kimia apa yang merupakan bagian dari sel, perlu dipahami dengan jelas bahwa zat apa pun mengandung salah satu komponen tabel periodik.

Kadang-kadang kita berbicara tentang seperseratus dan seperseribu persen dari konten elemen tertentu dalam sel, tetapi pada saat yang sama, perubahan nomor yang disebutkan setidaknya seperseribu bagian sudah dapat memiliki konsekuensi serius bagi tubuh.

Dari 118 unsur kimia dalam sel manusia, setidaknya harus ada 24. Tidak ada komponen seperti itu yang akan ditemukan dalam organisme hidup, tetapi bukan bagian dari benda mati di alam. Fakta ini menegaskan hubungan erat antara hidup dan tidak hidup dalam ekosistem.

Peran berbagai elemen yang membentuk sel

Jadi apa saja unsur kimia yang menyusun sel? Peran mereka dalam kehidupan organisme, harus dicatat, secara langsung tergantung pada frekuensi kemunculan dan konsentrasinya di sitoplasma. Namun, terlepas dari kandungan elemen yang berbeda di dalam sel, signifikansi masing-masing elemen sama tinggi. Kekurangan salah satu dari mereka dapat menyebabkan efek yang merugikan pada tubuh, mematikan reaksi biokimia terpenting dari metabolisme.

Mendaftar unsur kimia apa yang merupakan bagian dari sel manusia, kita perlu menyebutkan tiga jenis utama, yang akan kita bahas di bawah ini:

Elemen biogenik utama sel

Tidak mengherankan bahwa unsur-unsur O, C, H, N adalah biogenik, karena mereka membentuk semua zat organik dan banyak zat anorganik. Tidak mungkin membayangkan protein, lemak, karbohidrat atau asam nukleat tanpa komponen penting ini bagi tubuh.

Fungsi elemen-elemen ini menentukan kandungannya yang tinggi di dalam tubuh. Bersama-sama mereka menyumbang 98% dari total berat badan kering. Bagaimana lagi aktivitas enzim-enzim ini dimanifestasikan?

1. Oksigen. Kandungannya di dalam sel adalah sekitar 62% dari total massa kering. Fungsi: konstruksi zat organik dan anorganik, partisipasi dalam rantai pernapasan;
2. Karbon. Kandungannya mencapai 20%. Fungsi utama: termasuk dalam semua;
3. Hidrogen. Konsentrasinya mengambil nilai 10%. Selain menjadi komponen bahan organik dan air, unsur ini juga berperan dalam transformasi energi;
4. Nitrogen. Jumlahnya tidak melebihi 3-5%. Peran utamanya adalah pembentukan asam amino, asam nukleat, ATP, banyak vitamin, hemoglobin, hemosianin, klorofil.

Ini adalah elemen kimia yang membentuk sel dan membentuk sebagian besar zat yang diperlukan untuk kehidupan normal.

Pentingnya zat gizi makro

Makronutrien juga akan membantu menyarankan unsur kimia mana yang merupakan bagian dari sel. Dari kursus biologi, menjadi jelas bahwa, selain yang utama, 2% dari massa kering terdiri dari komponen lain dari tabel periodik. Dan makronutrien termasuk yang kandungannya tidak lebih rendah dari 0,01%. Fungsi utama mereka disajikan dalam bentuk tabel.

Kalsium (Ca)		Bertanggung jawab untuk kontraksi serat otot, adalah bagian dari pektin, tulang dan gigi. Meningkatkan pembekuan darah.
Fosfor (P)		Ini adalah bagian dari sumber energi terpenting - ATP.
		Berpartisipasi dalam pembentukan jembatan disulfida selama pelipatan protein menjadi struktur tersier. Termasuk dalam komposisi sistein dan metionin, beberapa vitamin.
		Ion kalium terlibat dalam sel dan juga mempengaruhi potensial membran.
		Anion utama dalam tubuh
Natrium (Na)		Analog kalium yang terlibat dalam proses yang sama.
Magnesium (Mg)		Ion magnesium adalah pengatur proses Di tengah molekul klorofil, juga terdapat atom magnesium.
		Berpartisipasi dalam pengangkutan elektron melalui ETC respirasi dan fotosintesis, merupakan penghubung struktural mioglobin, hemoglobin, dan banyak enzim.

Kami berharap dari uraian di atas mudah untuk menentukan unsur kimia mana yang merupakan bagian dari sel dan merupakan unsur makro.

elemen jejak

Ada juga komponen sel seperti itu, yang tanpanya tubuh tidak dapat berfungsi secara normal, tetapi kandungannya selalu kurang dari 0,01%. Mari kita tentukan unsur kimia mana yang merupakan bagian dari sel dan termasuk dalam kelompok unsur mikro.

		Ini adalah bagian dari enzim DNA dan RNA polimerase, serta banyak hormon (misalnya, insulin).
		Berpartisipasi dalam proses fotosintesis, sintesis hemosianin dan beberapa enzim.
		Ini adalah komponen struktural dari hormon T3 dan T4 dari kelenjar tiroid
Mangan (Mn)	kurang dari 0,001	Termasuk dalam enzim, tulang. Berpartisipasi dalam fiksasi nitrogen pada bakteri
	kurang dari 0,001	Mempengaruhi proses pertumbuhan tanaman.
		Ini adalah bagian dari tulang dan email gigi.

Zat organik dan anorganik

Selain itu, unsur kimia apa lagi yang termasuk dalam komposisi sel? Jawabannya dapat ditemukan hanya dengan mempelajari struktur sebagian besar zat dalam tubuh. Di antara mereka, molekul asal organik dan anorganik dibedakan, dan masing-masing kelompok ini memiliki seperangkat elemen tetap dalam komposisinya.

Kelas utama zat organik adalah protein, asam nukleat, lemak dan karbohidrat. Mereka dibangun seluruhnya dari elemen biogenik utama: kerangka molekul selalu dibentuk oleh karbon, dan hidrogen, oksigen, dan nitrogen adalah bagian dari radikal. Pada hewan, protein adalah kelas yang dominan, dan pada tumbuhan, polisakarida.

Zat anorganik semuanya adalah garam mineral dan, tentu saja, air. Di antara semua anorganik dalam sel, yang paling banyak adalah H 2 O, di mana sisa zat terlarut.

Semua hal di atas akan membantu Anda menentukan unsur kimia mana yang merupakan bagian dari sel, dan fungsinya dalam tubuh tidak lagi menjadi misteri bagi Anda.