ყველა ცოცხალი სისტემა შეიცავს ქიმიურ ელემენტებს სხვადასხვა პროპორციით და მათგან აგებულ ქიმიურ ნაერთებს, როგორც ორგანულს, ასევე არაორგანულს.

უჯრედში რაოდენობრივი შემცველობის მიხედვით ყველა ქიმიური ელემენტი იყოფა 3 ჯგუფად: მაკრო-, მიკრო- და ულტრამიკროელემენტებად.

მაკროელემენტები შეადგენს უჯრედის მასის 99%-ს, საიდანაც 98%-მდე 4 ელემენტია: ჟანგბადი, აზოტი, წყალბადი და ნახშირბადი. მცირე რაოდენობით უჯრედები შეიცავს კალიუმს, ნატრიუმს, მაგნიუმს, კალციუმს, გოგირდს, ფოსფორს და რკინას.

კვალი ელემენტები უპირატესად ლითონის იონები (კობალტი, სპილენძი, თუთია და სხვ.) და ჰალოგენებია (იოდი, ბრომი და სხვ.). ისინი წარმოდგენილია 0,001%-დან 0,000001%-მდე რაოდენობით.

ულტრამიკროელემენტები. მათი კონცენტრაცია 0,000001%-ზე დაბალია. მათ შორისაა ოქრო, ვერცხლისწყალი, სელენი და ა.შ.

ქიმიური ნაერთი არის ნივთიერება, რომელშიც ერთი ან მეტი ქიმიური ელემენტის ატომები დაკავშირებულია ერთმანეთთან ქიმიური ბმების მეშვეობით. ქიმიური ნაერთები არის არაორგანული და ორგანული. არაორგანული მოიცავს წყალს და მინერალურ მარილებს. ორგანული ნაერთები არის ნახშირბადის ნაერთები სხვა ელემენტებთან.

უჯრედის ძირითადი ორგანული ნაერთებია ცილები, ცხიმები, ნახშირწყლები და ნუკლეინის მჟავები.

უჯრედის ქიმიური ელემენტები და არაორგანული ნივთიერებები

განსხვავება ცოცხალ და უსულო ბუნებას შორის აშკარად გამოიხატება მათ ქიმიურ შემადგენლობაში. ამრიგად, დედამიწის ქერქი არის 90% ჟანგბადი, სილიციუმი, ალუმინი და ნატრიუმი (O, Si, Al, Na), ხოლო ცოცხალ ორგანიზმებში დაახლოებით 95% არის ნახშირბადი, წყალბადი, ჟანგბადი და აზოტი (C, H, O, N). გარდა ამისა, მაკროელემენტების ამ ჯგუფს მიეკუთვნება კიდევ რვა ქიმიური ელემენტი: Na - ნატრიუმი, Cl - ქლორი, S - გოგირდი, Fe - რკინა, Mg - მაგნიუმი, P - ფოსფორი, Ca - კალციუმი, K - კალიუმი, რომლის შემცველობაც. გამოითვლება პროცენტის მეათედებში და მეასედებში. გაცილებით მცირე რაოდენობით გვხვდება სიცოცხლისთვის თანაბრად აუცილებელი მიკროელემენტები: Cu - სპილენძი, Mn - მანგანუმი, Zn - თუთია, მო - მოლიბდენი, Co - კობალტი, F - ფტორი, J - იოდი და ა.შ.

ორგანიზმებში სპეციფიკურ ფუნქციებს ასრულებს მხოლოდ 27 ელემენტი (დღეს ცნობილი 105-დან). და როგორც უკვე აღვნიშნეთ, მხოლოდ ოთხი - C, H, O, N - ემსახურება ცოცხალი ორგანიზმების საფუძველს. სწორედ მათგან შედგება ძირითადად ორგანული ნივთიერებები (ცილები, ნუკლეინის მჟავები, ნახშირწყლები, ცხიმები და სხვ.).

მაკროელემენტებს შორის პირველი ადგილი ნახშირბადს ეკუთვნის. მას ახასიათებს თითქმის ყველა სახის ქიმიური ბმის წარმოქმნის უნარი. ნახშირბადს, სხვა ელემენტებთან შედარებით, შეუძლია დიდი მოლეკულების ფორმირება. მის ატომებს შეუძლიათ ერთმანეთთან დაკავშირება, რგოლებისა და ჯაჭვების ფორმირება. შედეგად, წარმოიქმნება დიდი ზომის რთული მოლეკულები, რომლებიც ხასიათდება უზარმაზარი მრავალფეროვნებით (დღეს აღწერილია 10 მილიონზე მეტი ორგანული ნივთიერება). გარდა ამისა, ნახშირბადის ატომები იმავე ქიმიურ ნაერთში ავლენენ როგორც ჟანგვის, ასევე შემცირების თვისებებს.

ნახშირბადი არის ყველა ორგანული ნაერთის საფუძველი. ჟანგბადისა და წყალბადის მაღალი შემცველობა დაკავშირებულია მათ მკვეთრ ჟანგვის და აღმდგენი თვისებებთან. მხოლოდ სამი ელემენტის წყალობით - C, H, O - არსებობს ნახშირწყლების (შაქრების) მთელი ნაკრები, რომლის განზოგადებული ფორმულა ჰგავს CnH2nOn (სადაც n არის ატომების რაოდენობა). ცილების შემადგენლობის ამ სამ ელემენტს ემატება N და S ატომები, ხოლო ნუკლეინის მჟავების შემადგენლობაში - N და P.

ცოცხალ ორგანიზმებში არსებითი როლი ეკუთვნის ყველა ზემოთ ნახსენებ ელემენტს. ასე რომ, Mg ატომები ქლოროფილის ნაწილია, ხოლო Fe - ჰემოგლობინი. იოდს შეიცავს თიროქსინის მოლეკულა (ფარისებრი ჯირკვლის ჰორმონი), ხოლო Zn შეიცავს ინსულინის მოლეკულაში (პანკრეასის ჰორმონი). Na და K იონების არსებობა აუცილებელია ნერვული იმპულსის გასატარებლად, უჯრედის მემბრანის მეშვეობით ტრანსპორტირებისთვის. P და Ca მარილები დიდი რაოდენობით გვხვდება ძვლებში და მოლუსკის გარსებში, რაც უზრუნველყოფს ამ წარმონაქმნების მაღალ სიმტკიცეს.

უნდა აღინიშნოს, რომ ცოცხალი ორგანიზმების ქიმიური შემადგენლობის უდიდესი ნაწილი (85%-მდე) წყალია. ვინაიდან ის არის უნივერსალური გამხსნელი მრავალი არაორგანული და ორგანული ნივთიერებისთვის, ის იდეალური საშუალებაა სხვადასხვა ქიმიური რეაქციებისთვის. წყალი მონაწილეობს სხვადასხვა ბიოქიმიურ რეაქციაში (მაგალითად, ფოტოსინთეზში). მასთან ერთად ორგანიზმიდან გამოიყოფა ჭარბი მარილები, ნარჩენები. მაღალი სითბოს ტევადობა და შედარებით მაღალი თბოგამტარობა, რომელიც თან ახლავს წყალს, აუცილებელია ორგანიზმების თერმორეგულაციისთვის (როდესაც ოფლი აორთქლდება, მაგალითად, კანი გაცივდება).

ცოცხალი ორგანიზმების უჯრედები მათი ქიმიური შემადგენლობის მიხედვითმნიშვნელოვნად განსხვავდება მათ გარშემო არსებული უსულო გარემოსგან, როგორც ქიმიური ნაერთების სტრუქტურით, ასევე ქიმიური ელემენტების სიმრავლითა და შემცველობით. ცოცხალ ორგანიზმებში სულ 90-მდე ქიმიური ელემენტია (დღემდე აღმოჩენილი), რომლებიც, მათი შემცველობიდან გამომდინარე, იყოფა 3 ძირითად ჯგუფად: მაკროელემენტები , კვალი ელემენტები და ულტრამიკროელემენტები .

მაკრონუტრიენტები.

მაკრონუტრიენტები ცოცხალ ორგანიზმებში მნიშვნელოვანი რაოდენობითაა წარმოდგენილი, პროცენტის მეასედიდან ათეულ პროცენტამდე. თუ რაიმე ქიმიური ნივთიერების შემცველობა ორგანიზმში აღემატება სხეულის წონის 0,005%-ს, ასეთი ნივთიერება კლასიფიცირდება როგორც მაკროელემენტი. ისინი ძირითადი ქსოვილების ნაწილია: სისხლი, ძვლები და კუნთები. მათ შორისაა, მაგალითად, შემდეგი ქიმიური ელემენტები: წყალბადი, ჟანგბადი, ნახშირბადი, აზოტი, ფოსფორი, გოგირდი, ნატრიუმი, კალციუმი, კალიუმი, ქლორი. მაკრონუტრიენტები მთლიანობაში შეადგენენ ცოცხალი უჯრედების მასის დაახლოებით 99%-ს, უმეტესობა (98%) წყალბადზე, ჟანგბადზე, ნახშირბადზე და აზოტზე მოდის.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ორგანიზმში არსებულ ძირითად მაკროელემენტებს:

ცოცხალ ორგანიზმებში ოთხივე ყველაზე გავრცელებულ ელემენტს (ეს არის წყალბადი, ჟანგბადი, ნახშირბადი, აზოტი, როგორც ზემოთ აღინიშნა) ერთი საერთო თვისება აქვს. ამ ელემენტებს აკლია ერთი ან მეტი ელექტრონი მათ გარე ორბიტაზე, რათა შექმნან სტაბილური ელექტრონული ბმები. ასე რომ, წყალბადის ატომს აკლია ერთი ელექტრონი გარე ორბიტაზე სტაბილური ელექტრონული ბმის შესაქმნელად, ხოლო ჟანგბადის, აზოტის და ნახშირბადის ატომებს აკლიათ, შესაბამისად, ორი, სამი და ოთხი ელექტრონი. ამასთან დაკავშირებით, ეს ქიმიური ელემენტები ადვილად ქმნიან კოვალენტურ ბმებს ელექტრონების დაწყვილების გამო და ადვილად შეუძლიათ ერთმანეთთან ურთიერთქმედება, ავსებენ მათ გარე ელექტრონულ გარსებს. გარდა ამისა, ჟანგბადს, ნახშირბადს და აზოტს შეუძლია შექმნას არა მხოლოდ ერთი, არამედ ორმაგი ბმები. შედეგად, ქიმიური ნაერთების რაოდენობა, რომლებიც შეიძლება წარმოიქმნას ამ ელემენტებიდან, მნიშვნელოვნად იზრდება.

გარდა ამისა, ნახშირბადი, წყალბადი და ჟანგბადი ყველაზე მსუბუქი ელემენტებია, რომლებსაც შეუძლიათ კოვალენტური ბმების ფორმირება. აქედან გამომდინარე, ისინი აღმოჩნდა ყველაზე შესაფერისი ნაერთების ფორმირებისთვის, რომლებიც ქმნიან ცოცხალ მატერიას. ცალკე უნდა აღინიშნოს ნახშირბადის ატომების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი თვისება - კოვალენტური ბმების შექმნის უნარი ერთდროულად ოთხ სხვა ნახშირბადის ატომთან. ამ უნარის წყალობით, ხარაჩოები იქმნება დიდი რაოდენობით სხვადასხვა ორგანული მოლეკულებისგან.

მიკროელემენტები.

მიუხედავად იმისა, რომ შინაარსი კვალი ელემენტები არ აღემატება 0,005%-ს თითოეული ცალკეული ელემენტისთვის და მთლიანობაში ისინი შეადგენენ უჯრედების მასის მხოლოდ 1%-ს, მიკროელემენტები აუცილებელია ორგანიზმების სიცოცხლისთვის. მათი არარსებობის ან არასაკმარისი შინაარსის შემთხვევაში შეიძლება მოხდეს სხვადასხვა დაავადებები. ბევრი მიკროელემენტი არის ფერმენტების არაცილოვანი ჯგუფების ნაწილი და აუცილებელია მათი კატალიზური ფუნქციისთვის.
მაგალითად, რკინა ჰემის განუყოფელი ნაწილია, რომელიც ციტოქრომების ნაწილია, რომელიც წარმოადგენს ელექტრონის სატრანსპორტო ჯაჭვის კომპონენტებს და ჰემოგლობინს, ცილას, რომელიც უზრუნველყოფს ჟანგბადის ტრანსპორტირებას ფილტვებიდან ქსოვილებში. ადამიანის ორგანიზმში რკინის დეფიციტი ანემიას იწვევს. ხოლო იოდის ნაკლებობა, რომელიც ფარისებრი ჯირკვლის ჰორმონის - თიროქსინის ნაწილია, იწვევს ამ ჰორმონის უკმარისობასთან დაკავშირებული დაავადებების გაჩენას, როგორიცაა ენდემური ჩიყვი ან კრეტინიზმი.

კვალი ელემენტების მაგალითები მოცემულია ქვემოთ მოცემულ ცხრილში:

ულტრამიკროელემენტები.

ჯგუფში ულტრამიკროელემენტები მოიცავს ელემენტებს, რომელთა შემცველობა ორგანიზმში უკიდურესად მცირეა (10 -12%-ზე ნაკლები). მათ შორისაა ბრომი, ოქრო, სელენი, ვერცხლი, ვანადიუმი და მრავალი სხვა ელემენტი. მათი უმეტესობა ასევე აუცილებელია ცოცხალი ორგანიზმების ნორმალური ფუნქციონირებისთვის. მაგალითად, სელენის ნაკლებობამ შეიძლება გამოიწვიოს კიბო, ბორის ნაკლებობა კი მცენარეებში ზოგიერთი დაავადების მიზეზია. ამ ჯგუფის მრავალი ელემენტი, ისევე როგორც კვალი ელემენტები, ფერმენტების ნაწილია.

ქიმიური უჯრედების შემცველობა. ცოცხალი არსებების უჯრედები მნიშვნელოვნად განსხვავდება მათი გარემოსგან არა მხოლოდ ქიმიური ნაერთების სტრუქტურით, რომლებიც ქმნიან მათ შემადგენლობას, არამედ ქიმიური ელემენტების სიმრავლითა და შემცველობით. ამჟამად ცნობილი ქიმიური ელემენტებიდან ველურ ბუნებაში ნაპოვნია დაახლოებით 90. ცოცხალი არსებების ორგანიზმებში ამ ელემენტების შემცველობიდან გამომდინარე, ისინი შეიძლება დაიყოს სამ ჯგუფად:

1) მაკროელემენტებიეს არის ელემენტები, რომლებიც შეიცავს უჯრედებში მნიშვნელოვანი რაოდენობით (ათეული პროცენტიდან პროცენტის მეასედამდე). ამ ჯგუფში შედის ჟანგბადი, ნახშირბადი, აზოტი, ნატრიუმი, კალციუმი, ფოსფორი, გოგირდი, კალიუმი, ქლორი. საერთო ჯამში, ეს ელემენტები შეადგენენ უჯრედების მასის დაახლოებით 99%-ს, 98% შეადგენს პირველი ოთხი ელემენტის (წყალბადის, ჟანგბადის, ნახშირბადის და აზოტის) წილს.

2) კვალი ელემენტები, რომლებიც მასის პროცენტის მეასედზე ნაკლებს შეადგენს. ეს ელემენტები მოიცავს რკინას, თუთიას, მანგანუმს, კობალტს, სპილენძს, ნიკელს, იოდს, ფტორს. საერთო ჯამში, ისინი შეადგენენ უჯრედების მასის დაახლოებით 1%-ს. იმისდა მიუხედავად, რომ ამ ელემენტების შემცველობა უჯრედში მცირეა, ისინი აუცილებელია მისი სიცოცხლისთვის. ამ ელემენტების არარსებობის ან დაბალი შემცველობის შემთხვევაში ხდება სხვადასხვა დაავადებები. მაგალითად, იოდის ნაკლებობა იწვევს ადამიანს ფარისებრი ჯირკვლის დაავადების გაჩენამდე, ხოლო რკინის ნაკლებობამ შეიძლება გამოიწვიოს ანემია.

3) ულტრამიკროელემენტები, რომლის შემცველობა უჯრედში უკიდურესად მცირეა (10 -12%-ზე ნაკლები). ამ ჯგუფში შედის ბრომი, ოქრო, სელენი, ვერცხლი, ვანადიუმი და მრავალი სხვა ელემენტი. ამ ელემენტების უმეტესობა ასევე აუცილებელია ორგანიზმების ნორმალური ფუნქციონირებისთვის. მაგალითად, სელენის დეფიციტი იწვევს კიბოს, ბორის ნაკლებობა კი მცენარეებში დაავადებებს იწვევს. ამ ჯგუფის ზოგიერთი ელემენტი, კვალი ელემენტების მსგავსად, ფერმენტების ნაწილია.

ცოცხალი ორგანიზმებისგან განსხვავებით, დედამიწის ქერქში ყველაზე გავრცელებული ელემენტებია ჟანგბადი, სილიციუმი, ალუმინი და ნატრიუმი. ვინაიდან ნახშირბადის, წყალბადის და აზოტის შემცველობა ცოცხალ მატერიაში უფრო მაღალია, ვიდრე დედამიწის ქერქში, შეიძლება დავასკვნათ, რომ მოლეკულები, რომლებიც შეიცავს ამ ელემენტებს, აუცილებელია იმ პროცესების განსახორციელებლად, რომლებიც უზრუნველყოფენ სასიცოცხლო აქტივობას.

ცოცხალ მატერიაში ყველაზე გავრცელებულ ოთხ ელემენტს ერთი რამ აქვს საერთო: ისინი ადვილად ქმნიან კოვალენტურ კავშირებს ელექტრონების დაწყვილებით. სტაბილური ელექტრონული ბმების შესაქმნელად, გარე ელექტრონულ გარსზე წყალბადის ატომს აკლია ერთი ელექტრონი, ჟანგბადის ატომს - ორი, აზოტის - სამი და ნახშირბადის - ოთხი ელექტრონი. ამ ელემენტებს შეუძლიათ ადვილად იმოქმედონ ერთმანეთთან, ავსებენ გარე ელექტრონულ გარსებს. გარდა ამისა, სამ ელემენტს: აზოტს, ჟანგბადს და ნახშირბადს - შეუძლია შექმნას როგორც ერთჯერადი, ასევე ორმაგი ბმები, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის ამ ელემენტებისგან აგებულ ქიმიურ ნაერთებს.

ნახშირბადი, წყალბადი და ჟანგბადი დადასტურდა, რომ შესაფერისია ცოცხალი მატერიის ფორმირებისთვის, რადგან ისინი ყველაზე მსუბუქია იმ ელემენტებს შორის, რომლებიც ქმნიან კოვალენტურ კავშირებს. ბიოლოგიის თვალსაზრისით ძალიან მნიშვნელოვანია აგრეთვე ნახშირბადის ატომის უნარი შექმნას კოვალენტური ბმები ერთდროულად ოთხ სხვა ნახშირბადის ატომთან. ამრიგად, კოვალენტურად შეკრულ ნახშირბადის ატომებს შეუძლიათ შექმნან უზარმაზარი რაოდენობის ძალიან განსხვავებული ორგანული მოლეკულების ჩარჩოები.

და სხვა არაორგანული ნივთიერებები, მათი როლი უჯრედების სიცოცხლეში. ქიმიური ნაერთების უმეტესობა, რომლებიც ქმნიან უჯრედს, დამახასიათებელია მხოლოდ ცოცხალი ორგანიზმებისთვის. თუმცა, უჯრედში არის მთელი რიგი ნივთიერებები, რომლებიც ასევე გვხვდება უსულო ბუნებაში. ეს არის, უპირველეს ყოვლისა, წყალი, რომელიც საშუალოდ შეადგენს უჯრედების მასის დაახლოებით 80%-ს (მისი შემცველობა შეიძლება განსხვავდებოდეს უჯრედის ტიპისა და ასაკის მიხედვით), ასევე ზოგიერთი მარილები.

წყალი არის უკიდურესად უჩვეულო ნივთიერება ფიზიკური და ქიმიური თვალსაზრისით, რომელიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება სხვა გამხსნელებისგან. პირველი უჯრედები წარმოიშვა პირველყოფილ ოკეანეში და შემდგომი განვითარების პროცესში ისწავლეს წყლის ამ უნიკალური თვისებების გამოყენება.

სხვა სითხეებთან შედარებით წყალს ახასიათებს უჩვეულოდ მაღალი დუღილის წერტილი, დნობის წერტილი, სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე, ასევე აორთქლების, დნობის, თბოგამტარობის და ზედაპირული დაძაბულობის მაღალი სიცხე. ეს გამოწვეულია იმით, რომ წყლის მოლეკულები უფრო მჭიდროდ არის დაკავშირებული ერთმანეთთან, ვიდრე სხვა გამხსნელების მოლეკულები.

წყლის მაღალი სითბოსუნარიანობა (სითბოს შთანთქმის უნარი საკუთარი ტემპერატურის უმნიშვნელო ცვლილებით) იცავს უჯრედს ტემპერატურის უეცარი რყევებისგან და წყლის ისეთ თვისებას, როგორიცაა აორთქლების მაღალი სიცხე, ცოცხალი ორგანიზმები იყენებენ გადახურებისგან დასაცავად. : მცენარეებისა და ცხოველების მიერ სითხის აორთქლება არის დამცავი რეაქცია ტემპერატურის მატებაზე. წყალში მაღალი თბოგამტარობის არსებობა უზრუნველყოფს სხეულის ცალკეულ ნაწილებს შორის სითბოს ერთგვაროვანი განაწილების შესაძლებლობას. წყალი პრაქტიკულად შეკუმშვადია, რის გამოც უჯრედები ინარჩუნებენ ფორმას და ხასიათდებიან ელასტიურობით.

წყლის უნიკალური თვისებები განისაზღვრება მისი მოლეკულის სტრუქტურული მახასიათებლებით, რომლებიც წარმოიქმნება მოლეკულის შემადგენელი ჟანგბადის და წყალბადის ატომებში ელექტრონების სპეციფიკური განლაგების შედეგად. ჟანგბადის ატომი, რომლის გარე ელექტრონის ორბიტაზე არის ორი ელექტრონი, აერთიანებს მათ წყალბადის ატომის ორ ელექტრონს (წყალბადის თითოეულ ატომს აქვს ერთი ელექტრონი გარე ელექტრონის ორბიტაზე). შედეგად, ორი კოვალენტური ბმა იქმნება ჟანგბადის ატომსა და წყალბადის ორ ატომს შორის. თუმცა, უფრო უარყოფითი ჟანგბადის ატომი მიიზიდავს ელექტრონებს თავისკენ. შედეგად, წყალბადის თითოეული ატომი იძენს მცირე დადებით მუხტს, ხოლო ჟანგბადის ატომი ატარებს უარყოფით მუხტს. ერთი წყლის მოლეკულის უარყოფითად დამუხტული ჟანგბადის ატომი იზიდავს მეორე მოლეკულის დადებითად დამუხტულ წყალბადის ატომს, რაც იწვევს წყალბადის ბმის წარმოქმნას. ამრიგად, წყლის მოლეკულები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული.

წყალბადის ბმის მნიშვნელოვანი თვისებაა მისი დაბალი სიძლიერე შედარებით (ის დაახლოებით 20-ჯერ სუსტია ვიდრე კოვალენტური ბმა). ამიტომ წყალბადის ბმები შედარებით ადვილად წარმოიქმნება და ადვილად იშლება. თუმცა, 100°-ზეც კი არსებობს საკმაოდ ძლიერი ურთიერთქმედება წყლის მოლეკულებს შორის. წყალბადის ბმების არსებობა წყლის მოლეკულებს შორის აძლევს მას გარკვეულ სტრუქტურას, რაც ხსნის მის უჩვეულო თვისებებს, როგორიცაა მაღალი დუღილი, დნობა და მაღალი სითბოს უნარი.

წყლის მოლეკულის კიდევ ერთი დამახასიათებელი თვისებაა მისი დიპოლური ბუნება. როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, წყლის მოლეკულაში წყალბადის ატომები ატარებენ მცირე დადებით მუხტს, ხოლო ჟანგბადის ატომები უარყოფითს. თუმცა, H-O-H კავშირის კუთხე არის 104,5°, ამიტომ წყლის მოლეკულაში უარყოფითი მუხტი კონცენტრირებულია ერთ მხარეს და დადებითი მუხტი მეორეზე. წყლის მოლეკულის დიპოლური ბუნება ახასიათებს მის უნარს ორიენტირდეს ელექტრულ ველში. სწორედ წყლის ეს თვისება განაპირობებს მის, როგორც გამხსნელის უნიკალურობას: თუ ნივთიერებების მოლეკულები შეიცავს ატომების დამუხტულ ჯგუფებს, ისინი შედიან ელექტროსტატიკურ ურთიერთქმედებაში წყლის მოლეკულებთან და ეს ნივთიერებები იხსნება მასში. ასეთ ნივთიერებებს ჰიდროფილურს უწოდებენ. უჯრედებში დიდი რაოდენობითაა ჰიდროფილური ნაერთები: ეს არის მარილები, დაბალმოლეკულური ორგანული ნაერთები, ნახშირწყლები, ნუკლეინის მჟავები. თუმცა, არსებობს მთელი რიგი ნივთიერებები, რომლებიც თითქმის არ შეიცავს დამუხტულ ატომებს და არ იხსნება წყალში. ეს ნაერთები მოიცავს, კერძოდ, ლიპიდებს (ცხიმებს). ასეთ ნივთიერებებს ჰიდროფობიურს უწოდებენ. ჰიდროფობიური ნივთიერებები არ ურთიერთქმედებენ წყალთან, მაგრამ კარგად ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. ლიპიდები, რომლებიც ჰიდროფობიური ნაერთებია, ქმნიან ორგანზომილებიან სტრუქტურებს (მემბრანებს), რომლებიც თითქმის წყალგაუმტარია.

მისი პოლარობის გამო, წყალი ხსნის უფრო მეტ ქიმიურ ნივთიერებას, ვიდრე ნებისმიერი სხვა გამხსნელი. სწორედ უჯრედის წყლის გარემოში, სადაც იხსნება სხვადასხვა ქიმიკატები, ხდება მრავალი ქიმიური რეაქცია, რომლის გარეშეც სიცოცხლე შეუძლებელია. წყალი ასევე ხსნის რეაქციის პროდუქტებს და შლის მათ უჯრედებიდან და მრავალუჯრედიანი ორგანიზმებიდან. ცხოველთა და მცენარეთა ორგანიზმებში წყლის მოძრაობის გამო ქსოვილებს შორის ხდება სხვადასხვა ნივთიერებების გაცვლა.

წყლის, როგორც ქიმიური ნაერთის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი თვისება არის ის, რომ ის შედის უჯრედში მიმდინარე მრავალ ქიმიურ რეაქციაში. ამ რეაქციებს ჰიდროლიზის რეაქციები ეწოდება. თავის მხრივ, წყლის მოლეკულები წარმოიქმნება ცოცხალ ორგანიზმებში მომხდარი მრავალი რეაქციის შედეგად.

წყალბადის ატომის მასა ძალიან მცირეა, მისი ერთადერთი ელექტრონი წყლის მოლეკულაში ინახება ჟანგბადის ატომში. შედეგად, წყალბადის ატომის ბირთვს (პროტონს) შეუძლია წყლის მოლეკულისგან დაშორება, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ჰიდროქსილის იონი (OH -) და პროტონი (H +).

H 2 O<=>H + + OH -

ამ პროცესს წყლის დისოციაცია ეწოდება. წყლის დისოციაციის დროს წარმოქმნილი ჰიდროქსილის და წყალბადის იონები ასევე მონაწილეობენ ორგანიზმში მიმდინარე ბევრ მნიშვნელოვან რეაქციაში.

წყლის გარდა, მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მასში გახსნილი უჯრედები, რომლებიც წარმოდგენილია კალიუმის, ნატრიუმის, მაგნიუმის, კალციუმის და სხვა კათიონებით, აგრეთვე მარილმჟავას, გოგირდის, ნახშირბადის და ფოსფორის მჟავების ანიონებით. .

ბევრ კატიონს ახასიათებს არათანაბარი განაწილება უჯრედსა და მის გარემოს შორის: მაგალითად, უჯრედის ციტოპლაზმაში K + კონცენტრაცია უფრო მაღალია, ხოლო Na + და Ca 2+ კონცენტრაცია უფრო დაბალია, ვიდრე გარემომცველ გარემოში. უჯრედი. როგორც ბუნებრივი გარემო (მაგალითად, ოკეანე), ასევე სხეულის სითხეები (სისხლი), რომლებიც იონური შემადგენლობით ზღვის წყლის მსგავსია, შეიძლება იყოს უჯრედის გარეგანი. სიცოცხლის პროცესში შენარჩუნებულია კათიონების არათანაბარი განაწილება უჯრედსა და გარემოს შორის, რისთვისაც უჯრედი ხარჯავს მასში გამომუშავებული ენერგიის მნიშვნელოვან ნაწილს. იონების არათანაბარი განაწილება უჯრედსა და გარემოს შორის აუცილებელია სიცოცხლისთვის მრავალი მნიშვნელოვანი პროცესის განსახორციელებლად, კერძოდ, ნერვული და კუნთოვანი უჯრედების მეშვეობით აგზნების წარმართვისთვის, კუნთების შეკუმშვის განსახორციელებლად. უჯრედის სიკვდილის შემდეგ კათიონების კონცენტრაცია უჯრედის გარეთ და მის შიგნით სწრაფად ტოლდება.

უჯრედში შემავალი სუსტი მჟავების ანიონები (HC0 3 -, HPO 4 2-) მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ წყალბადის იონების (pH) მუდმივი კონცენტრაციის შენარჩუნებაში უჯრედის შიგნით. მიუხედავად იმისა, რომ უჯრედში სიცოცხლის პროცესში წარმოიქმნება ტუტეებიც და მჟავებიც, ჩვეულებრივ უჯრედში რეაქცია თითქმის ნეიტრალურია. ეს გამოწვეულია იმით, რომ სუსტ მჟავა ანიონებს შეუძლიათ მჟავა პროტონების და ტუტე ჰიდროქსილის იონების დაკავშირება, რითაც ანეიტრალებენ უჯრედშიდა გარემოს. გარდა ამისა, სუსტი მჟავების ანიონები შედიან უჯრედში განხორციელებულ ქიმიურ რეაქციებში: კერძოდ, ფოსფორის მჟავას ანიონები აუცილებელია უჯრედისთვის ისეთი მნიშვნელოვანი ნაერთის სინთეზისთვის, როგორიცაა ATP.

არაორგანული ნივთიერებები ცოცხალ ორგანიზმებში გვხვდება არა მხოლოდ დაშლილ, არამედ მყარ მდგომარეობაშიც. მაგალითად, ძვლები წარმოიქმნება ძირითადად კალციუმის ფოსფატისგან (მაგნიუმის ფოსფატი ასევე არის მცირე რაოდენობით), ხოლო ჭურვები წარმოიქმნება კალციუმის კარბონატისგან.

უჯრედის ორგანული ნივთიერება. ბიოპოლიმერები

ცოცხალ ორგანიზმებში არის უზარმაზარი რაოდენობის სხვადასხვა ნაერთები, რომლებიც პრაქტიკულად არ გვხვდება უსულო ბუნებაში და რომლებსაც ორგანულ ნაერთებს უწოდებენ. ამ ნაერთების მოლეკულური ჩარჩოები აგებულია ნახშირბადის ატომებისგან. ორგანულ ნაერთებს შორის შეიძლება გამოიყოს დაბალმოლეკულური წონის ნივთიერებები (ორგანული მჟავები, მათი ეთერები, ამინომჟავები, თავისუფალი ცხიმოვანი მჟავები, აზოტოვანი ფუძეები და სხვ.). ამასთან, უჯრედის მშრალი ნივთიერების უმეტესი ნაწილი წარმოდგენილია მაღალმოლეკულური ნაერთებით, რომლებიც პოლიმერებია. პოლიმერები არის ნაერთები, რომლებიც წარმოიქმნება დაბალი მოლეკულური წონის განმეორებითი ერთეულებისგან (მონომერები), რომლებიც თანმიმდევრულად არიან დაკავშირებული ერთმანეთთან კოვალენტური ბმით და ქმნიან გრძელ ჯაჭვს, რომელიც შეიძლება იყოს სწორი ან განშტოებული. პოლიმერებს შორის გამოირჩევა ჰომოპოლიმერები, რომლებიც შედგება იდენტური მონომერებისგან. თუ მონომერს აღვნიშნავთ რაიმე სიმბოლოთი, მაგალითად, ასო X-ით, მაშინ ჰომოპოლიმერის სტრუქტურა პირობითად შეიძლება წარმოვიდგინოთ შემდეგნაირად: -X-X-...-X-X. ჰეტეროპოლიმერების შემადგენლობა მოიცავს სხვადასხვა სტრუქტურის მონომერებს. თუ ჰეტეროპოლიმერის შემადგენელი მონომერები აღინიშნება როგორც X და Y, მაშინ ჰეტეროპოლიმერის სტრუქტურა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს, მაგალითად, სახით XXYYXY…XXYYXY. ბიოპოლიმერები (ანუ ბუნებაში ნაპოვნი პოლიმერები) მოიცავს ცილებს, ნუკლეინის მჟავებს და ნახშირწყლებს.

ციყვები

ცილების სტრუქტურა. უჯრედში არსებულ ორგანულ ნაერთებს შორის მთავარია პროტეინები: ისინი შეადგენენ მშრალი ნივთიერების მინიმუმ 50%-ს. ყველა ცილა შედგება ნახშირბადის, წყალბადის, ჟანგბადისა და აზოტისგან. გარდა ამისა, თითქმის ყველა მათგანი შეიცავს გოგირდს. ზოგიერთი ცილა ასევე შეიცავს ფოსფორს, რკინას, მაგნიუმს, თუთიას, სპილენძს, მანგანუმს. ამრიგად, რკინა არის ჰემოგლობინის ცილის ნაწილი, რომელიც გვხვდება მრავალი ცხოველის ერითროციტებში, ხოლო მაგნიუმი გვხვდება პიგმენტ ქლოროფილში, რომელიც აუცილებელია ფოტოსინთეზისთვის.

ცილების დამახასიათებელი თვისებაა მათი დიდი მოლეკულური წონა: ის მერყეობს რამდენიმე ათასიდან ასობით ათასამდე და მილიონობით კილოდალტონამდეც კი. მონომერი, ანუ ნებისმიერი ცილის სტრუქტურული ერთეული, არის ამინომჟავები, რომლებიც ხასიათდებიან მსგავსი, მაგრამ არც თუ ისე იგივე სტრუქტურით.

როგორც წარმოდგენილი ფორმულიდან ჩანს, ამინომჟავის მოლეკულა შედგება ორი ნაწილისაგან. ყუთში ნაწილი იგივეა ყველა ამინომჟავისთვის. იგი შეიცავს ამინო ჯგუფს (-NH 2), რომელიც ერთვის ნახშირბადის ატომს და შემდგომ კარბოქსილის ჯგუფს (-COOH). ამინომჟავის მოლეკულის მეორე ნაწილს, რომელიც ნაჩვენებია ფორმულაში ლათინური ასო R-ის სახით, ეწოდება გვერდითი ჯაჭვი, ანუ რადიკალი. მას აქვს განსხვავებული სტრუქტურა სხვადასხვა ამინომჟავებისთვის. პროტეინები შეიცავს 20 განსხვავებულ ამინომჟავას, როგორც სტრუქტურულ ელემენტებს (მონომერებს), ამიტომ პროტეინებში შეიძლება იყოს 20 განსხვავებული გვერდითი ჯაჭვი. გვერდითი რადიკალები შეიძლება იყოს უარყოფითად ან დადებითად დამუხტული, შეიცავდეს არომატულ რგოლებს და ჰეტეროციკლურ სტრუქტურებს, ჰიდროფობიურ ჯგუფებს, ჰიდროქსილის (-OH) ჯგუფებს ან გოგირდის ატომებს.

ცილის მოლეკულებში, თანმიმდევრულად განლაგებული ამინომჟავის მოლეკულები კოვალენტურად არის დაკავშირებული ერთმანეთთან, ქმნიან გრძელ განშტოებულ პოლიმერულ ჯაჭვებს. ჯაჭვში ამინომჟავები განლაგებულია ისე, რომ ერთი ამინომჟავის ამინო ჯგუფი ურთიერთქმედებს მეორის კარბოქსილის ჯგუფთან. როდესაც ეს ორი ჯგუფი ურთიერთქმედებს, წყლის მოლეკულა გამოიყოფა და წარმოიქმნება პეპტიდური ბმა. მიღებულ ნაერთს პეპტიდი ეწოდება. თუ პეპტიდი შედგება ორი ამინომჟავისგან, მას ეწოდება დიპეპტიდი, სამისგან - ტრიპეპტიდი. ცილის მოლეკულები შეიძლება შეიცავდეს ასობით ან თუნდაც ათასობით ამინომჟავის ნარჩენს. ამრიგად, ცილები პოლიპეპტიდებია. უნდა აღინიშნოს, რომ ცილის მოლეკულები არ არის შემთხვევით აგებული სხვადასხვა სიგრძის პოლიმერები - თითოეულ ცილის მოლეკულას ახასიათებს ამინომჟავების გარკვეული თანმიმდევრობა, რაც განისაზღვრება ამ ცილის მაკოდირებელი გენის სტრუქტურით.

ცილის მოლეკულაში ამინომჟავების ნარჩენების თანმიმდევრობა განსაზღვრავს მის პირველად სტრუქტურას, ანუ მის ფორმულას. ისევე, როგორც 33 ასოს ანბანს შეუძლია შექმნას სიტყვების უზარმაზარი რაოდენობა, 20 ამინომჟავით შეგიძლიათ შექმნათ ცილების თითქმის შეუზღუდავი რაოდენობა, რომლებიც განსხვავდება როგორც მათში შემავალი ამინომჟავების რაოდენობით, ასევე მათი თანმიმდევრობით. ყველა ტიპის ცოცხალ ორგანიზმში ნაპოვნი სხვადასხვა ცილების საერთო რაოდენობა არის დაახლოებით 10 10 -10 12 . თანამედროვე ბიოლოგიის ყველაზე მნიშვნელოვანი ამოცანაა ცილების პირველადი სტრუქტურის დადგენა, აგრეთვე პირველადი სტრუქტურისა და ცილების ფუნქციური აქტივობის ურთიერთკავშირის დადგენა. ვინაიდან ამინომჟავების თანმიმდევრობა განისაზღვრება გენის სტრუქტურით, ცილების პირველადი სტრუქტურა ამჟამად განისაზღვრება შესაბამის გენში ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობის აღმოჩენით, ამისათვის გენეტიკური ინჟინერიის მეთოდების გამოყენებით.

ცილის მოლეკულას მშობლიურ (ინტაქტურ) მდგომარეობაში აქვს თავისი დამახასიათებელი სივრცითი სტრუქტურა, ანუ კონფორმაცია. ეს განისაზღვრება იმით, თუ როგორ იკეცება ცილის პოლიპეპტიდური ჯაჭვი ხსნარში. ყველაზე ხშირად, პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ცალკეული მონაკვეთები იკეცება სპირალურად (α-სპირალი) ან ქმნიან ზიგზაგის სტრუქტურებს, რომლებიც განლაგებულია ანტიპარალელურად, ე.წ. α-სპირალის და β-სტრუქტურის ფორმირება იწვევს ცილის მეორადი სტრუქტურის წარმოქმნას. ამ შემთხვევაში, ამინომჟავების გვერდითი ჯაჭვები განლაგებულია სპირალის ან ზიგზაგის სტრუქტურის გარეთ. ხვეული სტრუქტურა სტაბილიზირებულია წყალბადის ბმებით, რომლებიც წარმოიქმნება ერთ შემობრუნებაზე განლაგებულ NH ჯგუფებსა და სპირალის მეორე შემობრუნებაზე მდებარე CO ჯგუფებს შორის. ეს წყალბადის ბმები პარალელურია სპირალის ღერძისა.

დაკეცილი ფენის სტრუქტურა ასევე სტაბილიზირებულია წყალბადის ბმებით, რომლებიც წარმოიქმნება პარალელურ ფენებს შორის. მიუხედავად იმისა, რომ წყალბადის ბმები უფრო სუსტია ვიდრე კოვალენტური ბმები, მათი მნიშვნელოვანი რაოდენობით არსებობა საკმარისად ძლიერს ხდის α-სპირალის ან β-დაკეცილი შრის ტიპის სტრუქტურებს.

ხვეული რეგიონები და სტრუქტურები, როგორიცაა დაკეცილი ფენა, შემდგომში შეფუთულია, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ცილის მესამეული სტრუქტურა. ამ ეტაპზე, ხსნადი ცილები, როგორც წესი, ქმნიან გლობულური ხვეულის მსგავს სტრუქტურას ზედაპირზე დატვირთული ამინომჟავების ნარჩენებით და ჰიდროფობიური ამინომჟავების ნარჩენებით ხვეულის შიგნით. ამ შემთხვევაში, ამინომჟავების ნარჩენები, რომლებიც ერთმანეთისგან შორს მდებარეობს პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში, ხშირად უახლოვდებიან ერთმანეთს. თითოეულ პროტეინს აქვს შეფუთვის საკუთარი გზა, რომელიც უკვე დაყენებულია ამ ცილის პირველადი სტრუქტურის დონეზე, ანუ დამოკიდებულია პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში ამინომჟავების რიგითობაზე.

ბევრი ცილა შედგება იმავე ან განსხვავებული სტრუქტურის რამდენიმე პოლიპეპტიდური ჯაჭვისგან. ასეთი ჯაჭვების გაერთიანებისას წარმოიქმნება რთული ცილა, რომელიც ხასიათდება მეოთხეული სტრუქტურით. ასეთ ცილებს ოლიგომერებს უწოდებენ, ხოლო ცალკეულ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვებს, რომლებიც ქმნიან ოლიგომერს, ეწოდება მონომერები.

ცილის მოლეკულების უმეტესობას შეუძლია შეინარჩუნოს ბიოლოგიური აქტივობა, ანუ მათი დამახასიათებელი ფუნქციის შესრულების უნარი მხოლოდ ტემპერატურისა და გარემოს მჟავიანობის ვიწრო დიაპაზონში. ტემპერატურის მატებასთან ერთად ან მჟავიანობის უკიდურეს მნიშვნელობებამდე ცვლილებით, ხდება ცვლილებები ცილების სტრუქტურაში, რასაც დენატურაცია ეწოდება. დენატურაციის მაგალითია კვერცხის ცილის კოაგულაცია, რომელიც შეინიშნება მოხარშვისას. დენატურაციის დროს კოვალენტური ბმები არ იშლება, მაგრამ ნადგურდება მოცემული ცილის დამახასიათებელი მეოთხეული, მესამეული და მეორადი სტრუქტურა, რის შედეგადაც დენატურულ მდგომარეობაში ცილების პოლიპეპტიდური ჯაჭვები ქმნიან შემთხვევით და შემთხვევით ხვეულებსა და მარყუჟებს.

ცილების ფუნქციები. პროტეინებს ახასიათებთ ფუნქციების მნიშვნელოვანი მრავალფეროვნება. ცილების ყველაზე დიდი და ბიოლოგიურად მნიშვნელოვანი ჯგუფია ფერმენტული ცილები, რომლებიც წარმოადგენს კატალიზატორებს, რომლებიც აჩქარებენ სხვადასხვა ქიმიური რეაქციების მიმდინარეობას.

ცილების სიდიდით მეორე ჯგუფი წარმოდგენილია ცილებით, რომლებიც უჯრედის სტრუქტურული ელემენტებია. ეს, მაგალითად, მოიცავს ფიბრილარულ პროტეინს კოლაგენს, მთავარ სტრუქტურულ ცილას, რომელიც შემაერთებელი და ძვლის ნაწილია. ცილების სხვა ტიპები შეკუმშვისა და საავტომობილო სისტემების კომპონენტებია. ასეთია, მაგალითად, აქტინი და მიოზინი, კუნთების შეკუმშვის სისტემის ორი ძირითადი ელემენტი. სტრუქტურული ცილები ქმნიან უჯრედის ციტოჩონჩხს, რომელიც წარმოადგენს ბოჭკოვანი ცილების შეკვრას, რომელიც აკავშირებს სხვადასხვა უჯრედულ ორგანელებს ერთმანეთთან და უჯრედის პლაზმურ მემბრანასთან.

ზოგიერთი ცილა ასრულებს სატრანსპორტო ფუნქციას, მათ შეუძლიათ სხვადასხვა ნივთიერებების შებოჭვა და სისხლის ნაკადის გადატანა. ამ ცილებიდან ყველაზე ცნობილია ჰემოგლობინი, რომელიც გვხვდება ხერხემლიანების ერითროციტებში და ჟანგბადთან შეერთებით, გადააქვს მას ფილტვებიდან ქსოვილებში. შრატის ლიპოპროტეინები ატარებენ კომპლექსურ ლიპიდებს სისხლის ნაკადით, ხოლო შრატის ალბუმინი ატარებს თავისუფალ ცხიმოვან მჟავებს.

სატრანსპორტო პროტეინებში ასევე შედის ცილები, რომლებიც ჩაშენებულია ბიოლოგიურ მემბრანებში და ახორციელებენ სხვადასხვა ნივთიერების გადატანას ამ მემბრანების მეშვეობით. ნორმალურ პირობებში, უჯრედის მემბრანა ცუდად გამტარია ისეთი ნივთიერებებისთვის, როგორიცაა K +, Na +, Ca 2+, რადგან არხის პროტეინებით წარმოქმნილი ფორები დახურულია. თუმცა, ზოგიერთი გავლენა, როგორიცაა ელექტრული იმპულსები ან ბიოლოგიურად აქტიური ნივთიერებები, რომლებიც აკავშირებენ არხებს, ხსნის ფორას, რის შედეგადაც იონი, რომელსაც შეუძლია შეაღწიოს ამ არხში, გადადის მემბრანის ერთი მხრიდან მეორეზე შემცირების მიმართულებით. კონცენტრაცია. იონების მოძრაობა საპირისპირო მიმართულებით ხდება ენერგიის ხარჯვით სხვა მემბრანული სატრანსპორტო ცილების მიერ, რომლებსაც იონური ტუმბოები ეწოდება.

მცენარეებისა და ცხოველების სპეციალიზებულ უჯრედებში სინთეზირდება სპეციალური რეგულატორები ან ჰორმონები, რომელთაგან ზოგიერთი (მაგრამ არა ყველა) არის ცილა, რომელიც არეგულირებს სხვადასხვა ფიზიოლოგიურ პროცესებს. მათგან ყველაზე ცნობილია ინსულინი, პანკრეასის ჰორმონი, რომელიც არეგულირებს გლუკოზის დონეს სხეულის უჯრედებში. ორგანიზმში ინსულინის ნაკლებობით, ვითარდება დაავადება, რომელიც ცნობილია როგორც შაქრიანი დიაბეტი.

გარდა ამისა, ცილებს შეუძლიათ შეასრულონ დამცავი ფუნქცია. როდესაც ვირუსები, ბაქტერიები, უცხო ცილები ან სხვა პოლიმერები ხვდებიან ცხოველების ან ადამიანების ორგანიზმში, ორგანიზმში სინთეზირდება სპეციალური დამცავი ცილები, რომლებსაც ანტისხეულები ან იმუნოგლობულინები ეწოდება. ეს ცილები უკავშირდებიან უცხო პოლიმერებს. ანტისხეულების შეერთება ვირუსების ან ბაქტერიების ცილებთან აფერხებს მათ ფუნქციურ აქტივობას და აჩერებს ინფექციის განვითარებას. ანტისხეულებს აქვთ უნიკალური თვისება: მათ შეუძლიათ განასხვავონ უცხო ცილები სხეულის საკუთარი ცილებისგან. ორგანიზმის ამ დამცავ მექანიზმს პათოგენებისგან იმუნიტეტი ეწოდება. ინფექციური დაავადებების მიმართ იმუნიტეტი შეიძლება შეიქმნას გარკვეული ბიოპოლიმერების ძალიან მცირე რაოდენობით ინექციით, რომლებიც დაავადების გამომწვევი მიკროორგანიზმების ან ვირუსების ნაწილია. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ანტისხეულები, რომლებიც შემდგომში ახერხებენ ორგანიზმის დაცვას ამ მიკროორგანიზმით ან ვირუსით დაინფიცირების შემთხვევაში. ბევრი ცოცხალი არსება გამოყოფს ცილებს, რომლებსაც ტოქსინები ეწოდება, რომლებიც უმეტეს შემთხვევაში ძლიერი შხამია, რათა უზრუნველყოს დაცვა.

ცხოველებში კვების ნაკლებობით, ცილების დაშლა მკვეთრად იზრდება მის შემადგენელ ამინომჟავებამდე, ეს უკანასკნელი, შესაბამისი გარდაქმნების შემდეგ, შეიძლება გამოყენებულ იქნას ენერგიის წყაროდ (ცილების ენერგეტიკული ფუნქცია).

ზოგიერთ ბაქტერიას და ყველა მცენარეს შეუძლია ცილების შემადგენელი 20-ვე ამინომჟავის სინთეზირება. თუმცა, ევოლუციის პროცესში მყოფმა ცხოველებმა დაკარგეს 10 განსაკუთრებით რთული ამინომჟავის სინთეზის უნარი, რომელიც მათ უნდა მიიღონ მცენარეული და ცხოველური საკვებიდან. ამ ამინომჟავებს არსებითი ეწოდება. ისინი საკვებიდან მიღებული მცენარეული და ცხოველური ცილების ნაწილია, რომლებიც საჭმლის მომნელებელ ტრაქტში იშლება ამინომჟავებად. უჯრედებში ეს ამინომჟავები გამოიყენება საკუთარი ცილების შესაქმნელად, რომლებიც დამახასიათებელია მოცემული ორგანიზმისთვის. საკვებში აუცილებელი ამინომჟავების ნაკლებობა იწვევს მეტაბოლურ დარღვევებს.

და მათი როლი ცხოვრების პროცესში. უჯრედისთვის დამახასიათებელი გარემოს ტემპერატურასა და მჟავიანობაზე, უმეტესი ქიმიური რეაქციების სიჩქარე დაბალია. თუმცა, სინამდვილეში, უჯრედში რეაქციები ძალიან მაღალი ტემპით მიმდინარეობს. ეს მიიღწევა უჯრედში სპეციალური კატალიზატორების - ფერმენტების არსებობის გამო, რომლებიც მნიშვნელოვნად ზრდის ქიმიური რეაქციების სიჩქარეს. ფერმენტები ცილების ყველაზე დიდი და სპეციალიზებული კლასია. ეს არის ფერმენტები, რომლებიც უზრუნველყოფენ უჯრედში მრავალი რეაქციის დინებას, რომლებიც ქმნიან უჯრედულ მეტაბოლიზმს. ამჟამად ცნობილია ათასზე მეტი ფერმენტი. მათი კატალიზური ეფექტურობა უჩვეულოდ მაღალია: მათ შეუძლიათ მილიონჯერ დააჩქარონ რეაქციები.

ფერმენტის კატალიზური აქტივობა განისაზღვრება არა მისი მთელი მოლეკულით, არამედ ფერმენტის მოლეკულის გარკვეული რეგიონით, რომელსაც უწოდებენ მის აქტიურ ადგილს. ცნობილია, რომ ქიმიური კატალიზი ყველაზე ხშირად ტარდება კატალიზატორთან რეაქციის დროს გარდაქმნილი ნივთიერების (სუბსტრატის) კომპლექსის წარმოქმნის გამო. ფერმენტული რეაქციის დროს კი სუბსტრატი ურთიერთქმედებს ფერმენტთან და სუბსტრატის შეკვრა ხდება ზუსტად აქტიურ ცენტრში. ფერმენტებს ახასიათებთ სივრცითი კორესპონდენცია სუბსტრატსა და აქტიურ ცენტრს შორის; ისინი ერთმანეთს ერგებიან, „როგორც საკეტის გასაღები“. ამრიგად, ფერმენტებს ახასიათებთ სუბსტრატის სპეციფიკა, შესაბამისად, თითოეული ფერმენტი უზრუნველყოფს ერთი ან რამდენიმე ერთი და იმავე ტიპის რეაქციის წარმოქმნას.

სუბსტრატის შეერთებას ფერმენტთან (ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის წარმოქმნა) თან ახლავს რეაქციის დროს გარდაქმნილი ნივთიერების (სუბსტრატის) მიმდებარე ელექტრონის გადანაწილება ფერმენტის ამინომჟავებთან ურთიერთქმედების გამო, რომლებიც მონაწილეობენ. აქტიური ცენტრის ფორმირებაში. შედეგად, სუბსტრატის მოლეკულაში ატომებს შორის ცალკეული ბმები სუსტდება და ნადგურდება ბევრად უფრო ადვილად, ვიდრე ხსნარში. სხვა შემთხვევებში (რეაქციებში, რომლებშიც წარმოიქმნება ბმა), ორი სუბსტრატის მოლეკულა უახლოვდება ერთმანეთს ფერმენტის აქტიურ ცენტრში ისე, რომ ის ადვილად წარმოიქმნება მათ შორის. როდესაც ფერმენტი დენატურირებულია, მისი კატალიზური აქტივობა ქრება, ვინაიდან აქტიური ცენტრის სტრუქტურა დარღვეულია.

ბევრი ფერმენტი შეიცავს ეგრეთ წოდებულ კოფაქტორებს - დაბალი მოლეკულური წონის ორგანულ ან არაორგანულ ნაერთებს, რომლებსაც შეუძლიათ გარკვეული ტიპის რეაქციების განხორციელება. კოფაქტორებს მიეკუთვნება, მაგალითად, NAD დინუკლეოტიდი (ნიკოტინამიდ ადენინ დინუკლეოტიდი), რომელიც უზრუნველყოფს სხვადასხვა სუბსტრატების დეჰიდროგენაციას. მისი ფუნქციები დეტალურად იქნება განხილული ენერგო ბირჟის განყოფილებაში. ასევე ცნობილია ფერმენტების დიდი რაოდენობა, რომლებიც მოიცავს ლითონებს (რკინა, სპილენძი, კობალტი, მანგანუმი), რომლებიც ასევე მონაწილეობენ კატალიზური მოქმედების დროს სუბსტრატების ტრანსფორმაციაში.

Ნუკლეინის მჟავა

ბიოპოლიმერების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი კლასი არის ნუკლეინის მჟავები, რომლებიც გენეტიკური მატარებლები არიან და ასევე მონაწილეობენ ცილის სინთეზის პროცესში. ველურ ბუნებაში ნაპოვნია ნუკლეინის მჟავების ორი ტიპი, კერძოდ: Დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა(შემოკლებით დნმ) და რიბონუკლეინის მჟავა(რნმ). დნმ და რნმ გვხვდება ყველა პროკარიოტში და ევკარიოტში, გარდა ვირუსებისა, რომელთაგან ზოგი შეიცავს მხოლოდ რნმ-ს, ზოგი კი მხოლოდ დნმ-ს. დნმ და რნმ შედგება მონომერებისგან ე.წ მონონუკლეოტიდები. მონონუკლეოტიდებს, რომლებიც ქმნიან დნმ-ს და რნმ-ს, აქვთ მსგავსი, მაგრამ არა ერთნაირი სტრუქტურა. მონონუკლეოტიდები შედგება სამი ძირითადი კომპონენტისგან: 1) აზოტოვანი ბაზა, 2) პენტოზის შაქარიდა 3) ფოსფორმჟავა.

მონონუკლეოტიდები, რომლებიც ქმნიან დნმ-ს, შეიცავს ხუთნახშირბადიან შაქრიან დეზოქსირიბოზას და ოთხი აზოტოვანი ბაზიდან ერთ-ერთს: ადენინი, გუანინი, ციტოზინიდა თიმინი(შემოკლებით A, G, C და T).

მონონუკლეოტიდები, რომლებიც ქმნიან რნმ-ს, შეიცავს ხუთნახშირბადოვან საქარრიბოზას, ისევე როგორც ოთხიდან ერთ-ერთ ბაზას: ადენინი, გუანინი, ციტოზინიდა ურაცილი(შემოკლებით A, G, C და U).

დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ). დნმ არის გენეტიკური ინფორმაციის მატარებელი და კონცენტრირებულია უჯრედში ძირითადად ბირთვში, სადაც ის არის ქრომოსომების მთავარი კომპონენტი (ევკარიოტებში დნმ ასევე გვხვდება მიტოქონდრიებში და ქლოროპლასტებში). დნმ არის პოლიმერი, რომელიც შედგება კოვალენტურად დაკავშირებული მონონუკლეოტიდებისგან, რომლებიც მოიცავს დეზოქსირიბოზას და ოთხ აზოტოვან ბაზას (ადენინი, გუანინი, ციტოზინი და თიმინი). დნმ-ის შემადგენელი მონონუკლეოტიდების რაოდენობა ძალიან დიდია: პროკარიოტულ უჯრედებში, რომლებიც შეიცავს ერთ ქრომოსომას, მთელი დნმ არის ერთი მაკრომოლეკულის სახით, რომლის მოლეკულური წონა 2*10 9-ზე მეტია.

დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურა გაშიფრეს უოტსონმა და კრიკმა 1953 წელს. დნმ-ის მოლეკულა შედგება ორი ჯაჭვისგან, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთის პარალელურად და ქმნის მარჯვენა სპირალს. სპირალის სიგანე დაახლოებით 2 ნმ-ია, ხოლო სიგრძე შეიძლება ასობით ათას ნანომეტრს მიაღწიოს. მონონუკლეოტიდები, რომლებიც ერთი ჯაჭვის ნაწილია, თანმიმდევრულად არის დაკავშირებული ერთის დეზოქსირიბოზასა და სხვა მონონუკლეოტიდის ფოსფორის მჟავას შორის კოვალენტური ბმების წარმოქმნის გამო. აზოტოვანი ფუძეები, რომლებიც განლაგებულია დნმ-ის ერთი ჯაჭვის ჩამოყალიბებული ხერხემლის ერთ მხარეს, ქმნიან წყალბადურ კავშირებს მეორე ჯაჭვის აზოტოვან ფუძეებთან. ამრიგად, სპირალური ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულაში აზოტოვანი ფუძეები განლაგებულია სპირალის შიგნით. სპირალის სტრუქტურა ისეთია, რომ მასში შემავალი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვები შეიძლება განცალკევდეს მხოლოდ სპირალის გადახვევის შემდეგ.

დნმ-ის მოლეკულა განლაგებულია ისე, რომ მის შემადგენლობაში შემავალი ერთი ტიპის აზოტოვანი ფუძეების რაოდენობა (ადენინი და გუანინი) უდრის სხვა ტიპის აზოტოვანი ფუძეების რაოდენობას (თიმინი და ციტოზინი), ანუ A + G. \u003d T + C. ეს განპირობებულია აზოტოვანი ფუძეების ზომით: ადენინ-თიმინისა და გუანინ-ციტოზინის წყვილებს შორის წყალბადური ბმის წარმოქმნის დროს წარმოქმნილი სტრუქტურის სიგრძე დაახლოებით 11 ა. ამ წყვილების ზომები შეესაბამება შიდა ნაწილის ზომას. დნმ-ის სპირალის. A-G წყვილი ძალიან დიდი იქნება, ხოლო C-T წყვილი ძალიან პატარა სპირალის შესაქმნელად. ამრიგად, აზოტოვანი ბაზა, რომელიც მდებარეობს დნმ-ის ერთ ჯაჭვში, განსაზღვრავს ფუძეს, რომელიც მდებარეობს იმავე ადგილას მეორე ჯაჭვში. დნმ-ის მოლეკულის დაწყვილებულ ჯაჭვებში ერთმანეთის პარალელურად მდებარე ნუკლეოტიდების მკაცრ შესაბამისობას ეწოდება კომპლემენტარულობა (დამატებითობა). სწორედ დნმ-ის მოლეკულის ამ თვისებით არის შესაძლებელი გენეტიკური ინფორმაციის ზუსტი რეპროდუქცია (გამრავლება). უჯრედში დნმ-ის რეპლიკაცია (თვითგაორმაგება) ხდება წყალბადის ბმების გაწყვეტის შედეგად მიმდებარე დნმ-ის ძაფების აზოტოვან ფუძეებს შორის და შემდგომში ორი ახალი (ქალიშვილი) დნმ-ის მოლეკულის სინთეზის შედეგად, რომელიც იყენებს მშობელი ჯაჭვების მატრიცას. ასეთ რეაქციებს ეწოდა მატრიცის სინთეზის რეაქციები.

რიბონუკლეინის მჟავა. რნმ არის პოლიმერი, რომელიც შედგება კოვალენტურად დაკავშირებული მონონუკლეოტიდებისგან, რომლებიც მოიცავს რიბოზას და ოთხ აზოტოვან ბაზას (ადენინი, გუანინი, ციტოზინი და ურაცილი). უჯრედებში არსებობს რიბონუკლეინის მჟავების სამი განსხვავებული ტიპი: მესინჯერი რნმ (mRNA ან mRNA), გადამტანი რნმ (tRNA) და რიბოსომული რნმ (rRNA). სამივე ტიპის რნმ-ის მოლეკულები ერთჯაჭვიანია. და ყველა მათგანს აქვს ბევრად უფრო მცირე მოლეკულური წონა, ვიდრე დნმ-ის მოლეკულები. უჯრედების უმეტესობაში რნმ-ის შემცველობა ბევრჯერ (5-დან 10-მდე) აღემატება დნმ-ის შემცველობას. რნმ-ის სამივე ტიპი აუცილებელია უჯრედში ცილის სინთეზისთვის.

მესინჯერი რნმ. მესინჯერი რნმ სინთეზირდება ბირთვში ტრანსკრიფციის დროს, რომლის დროსაც ხდება რნმ-ის მოლეკულის შაბლონური სინთეზი დნმ-ის ერთ-ერთ ჯაჭვზე. mRNA მოლეკულა შედგება დაახლოებით 300-30000 ნუკლეოტიდისგან და წარმოადგენს სტრუქტურას, რომელიც ავსებს ერთჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულის (გენის) სპეციფიკურ მონაკვეთს. სინთეზის შემდეგ, mRNA გადადის ციტოპლაზმაში, სადაც ის მიმაგრებულია რიბოზომებთან და გამოიყენება როგორც შაბლონი, რომელიც განსაზღვრავს ამინომჟავების თანმიმდევრობას მზარდ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში. ამრიგად, ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა დნმ-ის ჯაჭვში, შემდეგ კი მისი შაბლონის გამოყენებით სინთეზირებული mRNA, განსაზღვრავს ამინომჟავების თანმიმდევრობას სინთეზირებულ ცილაში. უჯრედის მიერ სინთეზირებული ათასობით ცილიდან თითოეული კოდირებულია სპეციფიკური mRNA-ით.

სატრანსპორტო რნმ. tRNA-ს ფუნქციაა გარკვეული ამინომჟავების გადატანა ახლად სინთეზირებულ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში რიბოსომებზე განხორციელებული ცილის სინთეზის დროს. tRNA-ს მოლეკულური წონა მცირეა: მოლეკულები შეიცავს 75-დან 90-მდე მონონუკლეოტიდს.

რიბოსომური რნმ. რიბოსომური რნმ არის რიბოზომების ნაწილი - ორგანელები, რომელთა მეშვეობითაც ხდება ცილის სინთეზი. rRNA მოლეკულები შედგება 3-5 ათასი მონონუკლეოტიდისგან.

ნახშირწყლები

ნახშირწყლები, ან საქარიდები, არის ნაერთები ზოგადი ფორმულით (CH 2 O) p, რომლებიც არის ალდეჰიდის სპირტები ან კეტო სპირტები. ნახშირწყლები იყოფა მონო-, დი- და პოლისაქარიდებად.

მონოსაქარიდები, ან მარტივი შაქარი, ყველაზე ხშირად შედგება ძაფისგან (პენტოზა) ან ექვსი (ჰექსოზა) ნახშირბადის ატომისგან და აქვთ ფორმულები (CH 2 O) 5 და (CH 2 O) 6.

ყველაზე გავრცელებული მარტივი შაქარი არის ექვსნახშირბადოვანი შაქრის გლუკოზა, რომელიც არის მთავარი მონომერი, საიდანაც აგებულია მრავალი პოლისაქარიდი. გლუკოზა ასევე არის ენერგიის მთავარი წყარო უჯრედში. პენტოზები (რიბოზა და დეზოქსირიბოზა) ნუკლეინის მჟავების და ატფ-ის ნაწილია.

ორი მარტივი შაქარი გაერთიანებულია დისაქარიდის მოლეკულაში. დისაქარიდების ყველაზე ცნობილი წარმომადგენელია საქაროზა, ანუ საკვები შაქარი, რომლის მოლეკულა შედგება გლუკოზისა და ფრუქტოზის მოლეკულებისგან.

პოლისაქარიდის მოლეკულები არის გრძელი ჯაჭვები, რომლებიც აგებულია მრავალი მონოსაქარიდის ერთეულისგან და ჯაჭვები შეიძლება იყოს ხაზოვანი ან განშტოებული. პოლისაქარიდების უმეტესობა შეიცავს იმავე ტიპის ან ორი მონაცვლეობითი ტიპის განმეორებით ერთეულებს, როგორც მონომერებს, ამიტომ მათ არ შეუძლიათ საინფორმაციო ბიოპოლიმერების როლი.

ცოცხალი ბუნება შეიცავს დიდი რაოდენობით ნახშირწყლებს. ეს, პირველ რიგში, განპირობებულია ორი პოლისაქარიდის ფართო განაწილებით: სახამებელი და ცელულოზა. სახამებელი დიდი რაოდენობით გვხვდება მცენარეებში. ეს არის პოლისაქარიდის ფორმა, რომელშიც საწვავი ინახება. ცელულოზა არის უჯრედგარე ბოჭკოვანი და ლიგნიფიცირებული მცენარეული ქსოვილების მთავარი კომპონენტი. ცხოველების საჭმლის მომნელებელ ტრაქტში არ არსებობს ფერმენტები, რომლებსაც შეუძლიათ ცელულოზის მონომერებად დაშლა. თუმცა, ეს ფერმენტები გვხვდება ბაქტერიებში, რომლებიც ცხოვრობენ ზოგიერთი ცხოველის საჭმლის მომნელებელ ტრაქტში, რაც მათ საშუალებას აძლევს გამოიყენონ ცელულოზა, როგორც საკვები.

პოლისაქარიდები მცენარეული და ბაქტერიული უჯრედების მყარი კედლების ნაწილია, ისინი ასევე ცხოველური უჯრედების რბილი გარსების განუყოფელი ელემენტია. ამრიგად, ნახშირწყლები ასრულებენ ორ ძირითად ფუნქციას უჯრედში: ენერგია და კონსტრუქცია.

ლიპიდები

ლიპიდები წყალში უხსნადი ორგანული ნაერთებია, რომლებიც ქმნიან უჯრედებს. ამ ნივთიერებების მოპოვება (დაშლა) შესაძლებელია არაპოლარული გამხსნელებით, როგორიცაა ქლოროფორმი, ბენზოლი ან ეთერი. ცნობილია ლიპიდების რამდენიმე კლასი, მაგრამ ორგანიზმში ყველაზე მნიშვნელოვან ფუნქციას, როგორც ჩანს, ასრულებენ ფოსფოლიპიდები, რომლებიც წარმოადგენენ ტრიჰიდრიული ალკოჰოლის გლიცეროლის და ფოსფორის მჟავას ეთერებს. როდესაც წარმოიქმნება ფოსფოლიპიდური მოლეკულა, გლიცეროლის ორი ჰიდროქსილის ჯგუფი ურთიერთქმედებს მაღალი მოლეკულური წონის ცხიმოვან მჟავებთან, რომლებიც შეიცავს 16-18 ნახშირბადის ატომს, ხოლო ერთი ჰიდროქსილის ჯგუფი ურთიერთქმედებს ფოსფორის მჟავასთან. ყველა ფოსფოლიპიდი შეიცავს პოლარულ თავსა და არაპოლარულ კუდს, რომელიც წარმოიქმნება ცხიმოვანი მჟავის ორი მოლეკულისგან. ნავთობისა და წყლის ინტერფეისზე ფოსფოლიპიდური მოლეკულები ისეა ორიენტირებული, რომ მათი პოლარული თავები წყალშია ჩაძირული, ხოლო ჰიდროფობიური კუდები ზეთში. ფოსფოლიპიდები წყლის ზედაპირზე ვრცელდება მონოფენის სახით, რომელშიც ცხიმოვანი მჟავების კუდები მიმართულია ჰიდროფობიური ჰაერისკენ, ხოლო დამუხტული თავები მიმართულია წყლის გარემოსკენ.

ფოსფოლიპიდურ მოლეკულებს შეუძლიათ შექმნან ორგანზომილებიანი სტრუქტურები, რომლებსაც ორგანზომილებიანი სტრუქტურები ეწოდება: ორგანზომილებიანი ფენა იქმნება ფოსფოლიპიდების ორი მონოფენისგან, რომლებიც ორიენტირებულია ერთმანეთზე ისე, რომ ფოსფოლიპიდების ჰიდროფობიური კუდები განლაგებულია ორ შრის შიგნით, ხოლო პოლარული თავები მიმართულია. გარეგნული. ასეთი ორფენი ხასიათდება ძალიან მაღალი ელექტრული წინააღმდეგობით. ეს არის ბიოლოგიური მემბრანების ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტი, რომელიც შედგება ფოსფოლიპიდებისგან. ბიოლოგიური მემბრანები არის ბუნებრივი ფირები 5-7 ნმ სისქით, რომლებიც წარმოიქმნება ფოსფოლიპიდური ორშრიდან, რომელიც შეიცავს ცილის მოლეკულებს. ამრიგად, ლიპიდები ასრულებენ სამშენებლო ფუნქციას უჯრედში.

გარდა ამისა, ლიპიდები ენერგიის მნიშვნელოვანი წყაროა. უჯრედში 1 გ ლიპიდების წყალში და ნახშირორჟანგად სრული გარდაქმნით, დაახლოებით 2-ჯერ მეტი ენერგია გამოიყოფა, ვიდრე ნახშირწყლების იგივე გარდაქმნით. კანქვეშა ქსოვილში დაგროვილი ცხიმი კარგი სითბოს საიზოლაციო მასალაა. გარდა ამისა, ლიპიდები არის წყლის წყარო, რომელიც გამოიყოფა მნიშვნელოვანი რაოდენობით მათი დაჟანგვის დროს. ამიტომაც ბევრ ცხოველს, რომელიც ინახავს ცხიმებს (მაგალითად, აქლემები უდაბნოში გადაკვეთისას, დათვი, მარმოტი, მიწის ციყვი ზამთარში) შეუძლია წყლის გარეშე დიდხანს დარჩეს.

ლიპიდებთან დაკავშირებულ ზოგიერთ ნივთიერებას აქვს მაღალი ბიოლოგიური აქტივობა: რიგი ვიტამინები, როგორიცაა ვიტამინები A და B, ასევე ზოგიერთი ჰორმონი (სტეროიდი). ცხოველის ორგანიზმში მნიშვნელოვან ფუნქციას ასრულებს ქოლესტერინი, რომელიც წარმოადგენს უჯრედის მემბრანების კომპონენტს: ადამიანებში ქოლესტერინის არასათანადო მეტაბოლიზმი იწვევს ათეროსკლეროზს, დაავადებას, რომლის დროსაც ქოლესტერინი დეპონირდება სისხლძარღვების კედლებზე დაფების სახით, რაც მათ ვიწროვდება. სანათური. ეს იწვევს ორგანოების სისხლმომარაგების დარღვევას და არის ისეთი მძიმე გულ-სისხლძარღვთა დაავადებების მიზეზი, როგორიცაა ინსულტი ან მიოკარდიუმის ინფარქტი.

უჯრედის ქიმიური ელემენტები

ცოცხალ ორგანიზმებში არ არსებობს ერთი ქიმიური ელემენტი, რომელიც არ მოიძებნება უსულო ბუნების სხეულებში (რაც მიუთითებს ცოცხალ და უსულო ბუნების საერთოობაზე).
სხვადასხვა უჯრედები მოიცავს პრაქტიკულად ერთსა და იმავე ქიმიურ ელემენტებს (რაც ადასტურებს ცოცხალი ბუნების ერთიანობას); და ამავე დროს, ერთი მრავალუჯრედიანი ორგანიზმის უჯრედებიც კი, რომლებიც ასრულებენ სხვადასხვა ფუნქციებს, შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს ერთმანეთისგან ქიმიური შემადგენლობით.
ამჟამად ცნობილი 115-ზე მეტი ელემენტიდან, დაახლოებით 80 გვხვდება უჯრედის შემადგენლობაში.

ყველა ელემენტი ცოცხალ ორგანიზმებში მათი შინაარსის მიხედვით იყოფა სამ ჯგუფად:

1. მაკროელემენტები- რომლის შემცველობა აღემატება სხეულის წონის 0,001%-ს.
   ნებისმიერი უჯრედის მასის 98% მოდის ოთხ ელემენტზე (მათ ზოგჯერ უწოდებენ ორგანოგენები): - ჟანგბადი (O) - 75%, ნახშირბადი (C) - 15%, წყალბადი (H) - 8%, აზოტი (N) - 3%. ეს ელემენტები ქმნიან ორგანულ ნაერთებს (და ჟანგბადი და წყალბადი, გარდა ამისა, წყლის ნაწილია, რომელიც ასევე შეიცავს უჯრედს). უჯრედის მასის დაახლოებით 2% შეადგენს კიდევ რვას მაკროელემენტები: მაგნიუმი (Mg), ნატრიუმი (Na), კალციუმი (Ca), რკინა (Fe), კალიუმი (K), ფოსფორი (P), ქლორი (Cl), გოგირდი (S);
2. დარჩენილი ქიმიური ელემენტები უჯრედში ძალიან მცირე რაოდენობითაა: კვალი ელემენტები- ისინი, რომლებიც შეადგენს 0,000001%-დან 0,001%-მდე - ბორი (B), ნიკელი (Ni), კობალტი (Co), სპილენძი (Cu), მოლიბდენი (Mb), თუთია (Zn) და ა.შ.;
3. ულტრამიკროელემენტები- რომლის შემცველობა არ აღემატება 0,000001%-ს - ურანი (U), რადიუმი (Ra), ოქრო (Au), ვერცხლისწყალი (Hg), ტყვია (Pb), ცეზიუმი (Cs), სელენი (Se) და ა.შ.

ცოცხალ ორგანიზმებს შეუძლიათ გარკვეული ქიმიური ელემენტების დაგროვება. ასე, მაგალითად, ზოგიერთი წყალმცენარე აგროვებს იოდს, პეპლები - ლითიუმი, იხვი - რადიუმი და ა.შ.

უჯრედის ქიმიკატები

ატომების სახით ელემენტები მოლეკულების ნაწილია არაორგანულიდა ორგანულიუჯრედის ნაერთები.

რომ არაორგანული ნაერთებიშეიცავს წყალს და მინერალურ მარილებს.

ორგანული ნაერთებიდამახასიათებელია მხოლოდ ცოცხალი ორგანიზმებისთვის, ხოლო არაორგანული არსებობს უსულო ბუნებაში.

რომ ორგანული ნაერთებიმოიცავს ნახშირბადის ნაერთებს მოლეკულური მასით 100-დან რამდენიმე ასეულ ათასამდე.
ნახშირბადი არის სიცოცხლის ქიმიური საფუძველი. მას შეუძლია შევიდეს კონტაქტში ბევრ ატომთან და მათ ჯგუფთან, შექმნას ჯაჭვები, რგოლები, რომლებიც ქმნიან ორგანული მოლეკულების ჩონჩხს, რომლებიც განსხვავდება ქიმიური შემადგენლობით, სტრუქტურით, სიგრძით და ფორმით. ისინი ქმნიან რთულ ქიმიურ ნაერთებს, რომლებიც განსხვავდებიან სტრუქტურით და ფუნქციით. ამ ორგანულ ნაერთებს, რომლებიც ქმნიან ცოცხალი ორგანიზმების უჯრედებს, ე.წ ბიოლოგიური პოლიმერები, ან ბიოპოლიმერები. ისინი შეადგენენ უჯრედის მშრალი ნივთიერების 97%-ზე მეტს.

დღესდღეობით პერიოდული ცხრილის მრავალი ქიმიური ელემენტი აღმოაჩინეს და იზოლირებულია მათი სუფთა სახით და მათი მეხუთედი გვხვდება ყველა ცოცხალ ორგანიზმში. ისინი, აგურის მსგავსად, ორგანული და არაორგანული ნივთიერებების ძირითადი კომპონენტებია.

რა ქიმიური ელემენტებია უჯრედის ნაწილი, რომელი ნივთიერებების ბიოლოგიის მიხედვით შეიძლება ვიმსჯელოთ მათი არსებობის სხეულში - ამ ყველაფერს მოგვიანებით განვიხილავთ სტატიაში.

როგორია ქიმიური შემადგენლობის მუდმივობა

ორგანიზმში სტაბილურობის შესანარჩუნებლად, თითოეულმა უჯრედმა უნდა შეინარჩუნოს მისი თითოეული კომპონენტის კონცენტრაცია მუდმივ დონეზე. ამ დონეს განსაზღვრავს სახეობები, ჰაბიტატი, გარემო ფაქტორები.

პასუხის გასაცემად, თუ რა ქიმიური ელემენტებია უჯრედის ნაწილი, აუცილებელია ნათლად გვესმოდეს, რომ ნებისმიერი ნივთიერება შეიცავს პერიოდული ცხრილის რომელიმე კომპონენტს.

ზოგჯერ ჩვენ ვსაუბრობთ უჯრედში გარკვეული ელემენტის შემცველობის მეასედ და მეათასედ პროცენტზე, მაგრამ ამავდროულად, დასახელებული რიცხვის მინიმუმ მეათასედი ნაწილით ცვლილება უკვე შეიძლება სერიოზული შედეგები მოჰყვეს სხეულს.

ადამიანის უჯრედის 118 ქიმიური ელემენტიდან მინიმუმ 24 უნდა იყოს. არ არსებობს ისეთი კომპონენტები, რომლებიც ცოცხალ ორგანიზმში იქნებოდა, მაგრამ არ იყოს ბუნების უსულო ობიექტების ნაწილი. ეს ფაქტი ადასტურებს ეკოსისტემაში მცხოვრებსა და არცხოვრებას შორის მჭიდრო კავშირს.

უჯრედის შემადგენელი სხვადასხვა ელემენტების როლი

რა არის ქიმიური ელემენტები, რომლებიც ქმნიან უჯრედს? მათი როლი ორგანიზმის სიცოცხლეში, უნდა აღინიშნოს, პირდაპირ დამოკიდებულია გაჩენის სიხშირეზე და ციტოპლაზმაში მათ კონცენტრაციაზე. თუმცა, უჯრედში ელემენტების განსხვავებული შემცველობის მიუხედავად, თითოეული მათგანის მნიშვნელობა თანაბრად მაღალია. რომელიმე მათგანის დეფიციტმა შეიძლება გამოიწვიოს ორგანიზმზე მავნე ზემოქმედება, მეტაბოლიზმის ყველაზე მნიშვნელოვანი ბიოქიმიური რეაქციების გამორთვა.

ჩამოთვლის რა ქიმიური ელემენტებია ადამიანის უჯრედის ნაწილი, უნდა აღვნიშნოთ სამი ძირითადი ტიპი, რომელსაც ქვემოთ განვიხილავთ:

უჯრედის ძირითადი ბიოგენური ელემენტები

გასაკვირი არ არის, რომ ელემენტები O, C, H, N ბიოგენურია, რადგან ისინი ქმნიან ყველა ორგანულ და ბევრ არაორგანულ ნივთიერებას. შეუძლებელია წარმოიდგინო ცილები, ცხიმები, ნახშირწყლები ან ნუკლეინის მჟავები ორგანიზმისთვის ამ აუცილებელი კომპონენტების გარეშე.

ამ ელემენტების ფუნქციამ განსაზღვრა მათი მაღალი შემცველობა ორგანიზმში. ისინი ერთად შეადგენენ მშრალი სხეულის მთლიანი წონის 98%-ს. სხვაგვარად როგორ შეიძლება გამოვლინდეს ამ ფერმენტების აქტივობა?

1. ჟანგბადი. მისი შემცველობა უჯრედში არის მთლიანი მშრალი მასის დაახლოებით 62%. ფუნქციები: ორგანული და არაორგანული ნივთიერებების აგება, მონაწილეობა სასუნთქ ჯაჭვში;
2. Ნახშირბადის. მისი შემცველობა 20%-ს აღწევს. ძირითადი ფუნქცია: შედის ყველაში;
3. წყალბადი. მისი კონცენტრაცია შეადგენს 10%-ს. გარდა იმისა, რომ ეს ელემენტი ორგანული ნივთიერებებისა და წყლის შემადგენელი ნაწილია, ასევე მონაწილეობს ენერგეტიკულ გარდაქმნებში;
4. აზოტი. რაოდენობა არ აღემატება 3-5%-ს. მისი მთავარი როლი არის ამინომჟავების, ნუკლეინის მჟავების, ატფ-ის, მრავალი ვიტამინის, ჰემოგლობინის, ჰემოციაინის, ქლოროფილის ფორმირება.

ეს ის ქიმიური ელემენტებია, რომლებიც ქმნიან უჯრედს და ქმნიან ნორმალური ცხოვრებისათვის აუცილებელ ნივთიერებების უმეტესობას.

მაკროელემენტების მნიშვნელობა

მაკრონუტრიენტები ასევე დაგეხმარებათ იმის გარკვევაში, თუ რომელი ქიმიური ელემენტებია უჯრედის ნაწილი. ბიოლოგიის კურსიდან ირკვევა, რომ ძირითადის გარდა, მშრალი მასის 2% პერიოდული ცხრილის სხვა კომპონენტებისგან შედგება. ხოლო მაკროელემენტები მოიცავს მათ, რომელთა შემცველობა არ არის 0,01%-ზე დაბალი. მათი ძირითადი ფუნქციები წარმოდგენილია ცხრილის სახით.

კალციუმი (Ca)		პასუხისმგებელია კუნთოვანი ბოჭკოების შეკუმშვაზე, არის პექტინის, ძვლებისა და კბილების ნაწილი. აძლიერებს სისხლის შედედებას.
ფოსფორი (P)		ეს არის ენერგიის ყველაზე მნიშვნელოვანი წყაროს - ATP-ის ნაწილი.
		მონაწილეობს დისულფიდური ხიდების წარმოქმნაში ცილების მესამეულ სტრუქტურაში დაკეცვისას. შედის ცისტეინისა და მეთიონინის შემადგენლობაში, ზოგიერთი ვიტამინი.
		კალიუმის იონები მონაწილეობენ უჯრედებში და ასევე გავლენას ახდენენ მემბრანის პოტენციალზე.
		ძირითადი ანიონი სხეულში
ნატრიუმი (Na)		იმავე პროცესებში ჩართული კალიუმის ანალოგი.
მაგნიუმი (მგ)		მაგნიუმის იონები პროცესის რეგულატორები არიან ქლოროფილის მოლეკულის ცენტრში ასევე არის მაგნიუმის ატომი.
		მონაწილეობს ელექტრონების ტრანსპორტირებაში სუნთქვისა და ფოტოსინთეზის ETC მეშვეობით, არის მიოგლობინის, ჰემოგლობინის და მრავალი ფერმენტის სტრუქტურული რგოლი.

ვიმედოვნებთ, რომ ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე ადვილია იმის დადგენა, თუ რომელი ქიმიური ელემენტებია უჯრედის ნაწილი და წარმოადგენს მაკროელემენტებს.

კვალი ელემენტები

არსებობს უჯრედის ისეთი კომპონენტებიც, რომელთა გარეშეც ორგანიზმი ნორმალურად ვერ ფუნქციონირებს, მაგრამ მათი შემცველობა ყოველთვის 0,01%-ზე ნაკლებია. განვსაზღვროთ რომელი ქიმიური ელემენტებია უჯრედის ნაწილი და მიეკუთვნება მიკროელემენტების ჯგუფს.

		ის არის დნმ და რნმ პოლიმერაზების ფერმენტების ნაწილი, ისევე როგორც მრავალი ჰორმონი (მაგალითად, ინსულინი).
		მონაწილეობს ფოტოსინთეზის, ჰემოციანინის და ზოგიერთი ფერმენტის სინთეზის პროცესებში.
		ეს არის ფარისებრი ჯირკვლის ჰორმონების T3 და T4 სტრუქტურული კომპონენტი
მანგანუმი (Mn)	0.001-ზე ნაკლები	შედის ფერმენტებში, ძვლებში. მონაწილეობს ბაქტერიებში აზოტის ფიქსაციაში
	0.001-ზე ნაკლები	გავლენას ახდენს მცენარის ზრდის პროცესზე.
		ეს არის ძვლებისა და კბილის მინანქრის ნაწილი.

ორგანული და არაორგანული ნივთიერებები

გარდა ამისა, რა ქიმიური ელემენტები შედის უჯრედის შემადგენლობაში? პასუხების პოვნა უბრალოდ ორგანიზმში არსებული ნივთიერებების უმეტესობის სტრუქტურის შესწავლით შეიძლება. მათ შორის გამოიყოფა ორგანული და არაორგანული წარმოშობის მოლეკულები და თითოეულ ამ ჯგუფს აქვს ელემენტების ფიქსირებული ნაკრები თავის შემადგენლობაში.

ორგანული ნივთიერებების ძირითადი კლასებია ცილები, ნუკლეინის მჟავები, ცხიმები და ნახშირწყლები. ისინი მთლიანად აგებულია ძირითადი ბიოგენური ელემენტებისგან: მოლეკულის ჩონჩხი ყოველთვის წარმოიქმნება ნახშირბადისგან, ხოლო წყალბადი, ჟანგბადი და აზოტი რადიკალების ნაწილია. ცხოველებში პროტეინები დომინანტური კლასია, მცენარეებში კი პოლისაქარიდები.

არაორგანული ნივთიერებებია ყველა მინერალური მარილები და, რა თქმა უნდა, წყალი. უჯრედში არსებულ ყველა არაორგანულ ნივთიერებას შორის ყველაზე მეტია H 2 O, რომელშიც იხსნება დანარჩენი ნივთიერებები.

ყოველივე ზემოთქმული დაგეხმარებათ განსაზღვროთ რომელი ქიმიური ელემენტებია უჯრედის ნაწილი და მათი ფუნქციები ორგანიზმში თქვენთვის საიდუმლო აღარ იქნება.