Toate sistemele vii conțin elemente chimice în diverse proporții și compuși chimici formați din acestea, atât organici, cât și anorganici.

În funcție de conținutul cantitativ din celulă, toate elementele chimice sunt împărțite în 3 grupe: macro-, micro- și ultramicroelemente.

Macronutrienții reprezintă până la 99% din masa celulară, din care până la 98% sunt reprezentate de 4 elemente: oxigen, azot, hidrogen și carbon. În cantități mai mici, celulele conțin potasiu, sodiu, magneziu, calciu, sulf, fosfor și fier.

Oligoelementele sunt predominant ionii metalici (cobalt, cupru, zinc etc.) și halogeni (iod, brom etc.). Sunt prezente în cantități de la 0,001% la 0,000001%.

Ultramicroelemente. Concentrația lor este sub 0,000001%. Acestea includ aurul, mercurul, seleniul etc.

Un compus chimic este o substanță în care atomii unuia sau mai multor elemente chimice sunt legați între ei prin legături chimice. Compușii chimici sunt anorganici și organici. Anorganice includ apă și săruri minerale. Compușii organici sunt compuși ai carbonului cu alte elemente.

Principalii compuși organici ai celulei sunt proteinele, grăsimile, carbohidrații și acizii nucleici.

Elemente chimice și substanțe anorganice ale celulei

Diferența dintre natura animată și cea neînsuflețită se manifestă în mod clar în compoziția lor chimică. Deci, scoarța terestră este 90% oxigen, siliciu, aluminiu și sodiu (O, Si, Al, Na), iar în organismele vii aproximativ 95% sunt carbon, hidrogen, oxigen și azot (C, H, O, N). În plus, încă opt elemente chimice aparțin acestui grup de macronutrienți: Na - sodiu, Cl - clor, S - sulf, Fe - fier, Mg - magneziu, P - fosfor, Ca - calciu, K - potasiu, al căror conținut se calculează în zecimi și sutimi de procent. În cantități mult mai mici se găsesc microelemente care sunt la fel de necesare vieții: Cu - cupru, Mn - mangan, Zn - zinc, Mo - molibden, Co - cobalt, F - fluor, J - iod etc.

Doar 27 de elemente (din 105 cunoscute astăzi) îndeplinesc funcții specifice în organism. Și așa cum am observat deja, doar patru - C, H, O, N - servesc ca bază pentru organismele vii. Din ele constau în principal substanțele organice (proteine, acizi nucleici, carbohidrați, grăsimi etc.).

Primul loc printre macronutrienți îi aparține carbonului. Se caracterizează prin capacitatea de a forma aproape toate tipurile de legături chimice. Carbonul, într-o măsură mai mare decât alte elemente, este capabil să formeze molecule mari. Atomii săi se pot conecta între ei, formând inele și lanțuri. Ca urmare, apar molecule complexe de dimensiuni mari, caracterizate printr-o varietate uriașă (astăzi au fost descrise peste 10 milioane de substanțe organice). În plus, atomii de carbon din același compus chimic prezintă atât proprietăți oxidante, cât și reducătoare.

Carbonul este baza tuturor compușilor organici. Conținutul ridicat de oxigen și hidrogen este asociat cu proprietățile lor oxidante și reducătoare pronunțate. Datorită doar trei elemente - C, H, O - există un întreg set de carbohidrați (zaharuri), a căror formulă generalizată arată ca CnH2nOn (unde n este numărul de atomi). La aceste trei elemente din compoziția proteinelor se adaugă atomi de N și S, iar în compoziția acizilor nucleici - N și P.

Un rol esențial în organismele vii revine tuturor celorlalte elemente menționate mai sus. Deci, atomii de Mg fac parte din clorofilă, iar Fe - hemoglobină. Iodul este conținut în molecula de tiroxină (hormonul tiroidian), iar Zn este conținut în molecula de insulină (hormonul pancreatic). Prezența ionilor de Na și K este necesară pentru conducerea unui impuls nervos, pentru transportul prin membrana celulară. Sărurile de P și Ca se găsesc în cantități mari în oase și cochilii de moluște, ceea ce asigură rezistența ridicată a acestor formațiuni.

Trebuie remarcat faptul că cea mai mare parte (până la 85%) din compoziția chimică a organismelor vii este apa. Deoarece este un solvent universal pentru multe substanțe anorganice și organice, se dovedește a fi un mediu ideal pentru diferite reacții chimice. Apa este implicată în diferite reacții biochimice (de exemplu, în fotosinteză). Odată cu acesta, sărurile în exces, produsele reziduale sunt excretate din organism. Capacitatea termică mare și conductibilitatea termică relativ ridicată inerentă apei sunt esențiale pentru termoreglarea organismelor (când transpirația se evaporă, de exemplu, pielea se răcește).

Celulele organismelor vii în funcție de compoziția lor chimică diferă semnificativ de mediul neînsuflețit care le înconjoară atât în ​​structura compușilor chimici, cât și în setul și conținutul elementelor chimice. În total, aproximativ 90 de elemente chimice sunt prezente (descoperite până în prezent) în organismele vii, care, în funcție de conținutul lor, sunt împărțite în 3 grupe principale: macronutrienti , oligoelemente Și ultramicroelemente .

Macronutrienți.

Macronutrienți sunt prezente în cantități semnificative în organismele vii, variind de la sutimi de procente până la zeci de procente. Dacă conținutul oricărei substanțe chimice din organism depășește 0,005% din greutatea corporală, o astfel de substanță este clasificată ca macronutrient. Ele fac parte din principalele țesuturi: sânge, oase și mușchi. Acestea includ, de exemplu, următoarele elemente chimice: hidrogen, oxigen, carbon, azot, fosfor, sulf, sodiu, calciu, potasiu, clor. Macronutrienții în total reprezintă aproximativ 99% din masa celulelor vii, majoritatea (98%) căzând pe hidrogen, oxigen, carbon și azot.

Tabelul de mai jos prezintă principalii macronutrienți din organism:

Toate cele patru dintre cele mai comune elemente din organismele vii (acestea sunt hidrogenul, oxigenul, carbonul, azotul, așa cum am menționat mai devreme) au o proprietate comună. Aceste elemente nu au unul sau mai mulți electroni pe orbita lor exterioară pentru a forma legături electronice stabile. Deci, atomului de hidrogen îi lipsește un electron pe orbita exterioară pentru a forma o legătură electronică stabilă, în timp ce atomilor de oxigen, azot și carbon le lipsesc doi, trei și, respectiv, patru electroni. În acest sens, aceste elemente chimice formează cu ușurință legături covalente datorită împerecherii electronilor și pot interacționa cu ușurință între ele, umplându-și învelișurile exterioare de electroni. În plus, oxigenul, carbonul și azotul pot forma nu numai legături simple, ci și duble. Ca urmare, numărul de compuși chimici care se pot forma din aceste elemente crește semnificativ.

În plus, carbonul, hidrogenul și oxigenul sunt cele mai ușoare dintre elementele capabile să formeze legături covalente. Prin urmare, s-au dovedit a fi cele mai potrivite pentru formarea compușilor care alcătuiesc materia vie. Este necesar să se noteze separat o altă proprietate importantă a atomilor de carbon - capacitatea de a forma legături covalente cu alți patru atomi de carbon simultan. Datorită acestei abilități, schelele sunt create dintr-un număr mare de diferite molecule organice.

Microelemente.

Deşi conţinutul oligoelemente nu depășește 0,005% pentru fiecare element individual și, în total, reprezintă doar aproximativ 1% din masa celulelor, oligoelementele sunt necesare pentru viața organismelor. În absența sau conținutul lor insuficient, pot apărea diverse boli. Multe oligoelemente fac parte din grupele non-proteice ale enzimelor și sunt necesare pentru funcția lor catalitică.
De exemplu, fierul este o parte integrantă a hemului, care face parte din citocromi, care sunt componente ale lanțului de transport de electroni, și a hemoglobinei, o proteină care asigură transportul oxigenului de la plămâni la țesuturi. Deficitul de fier în corpul uman provoacă anemie. Iar lipsa iodului, care face parte din hormonul tiroidian - tiroxina, duce la apariția unor boli asociate cu insuficiența acestui hormon, precum gușa endemică sau cretinismul.

Exemple de oligoelemente sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Ultramicroelemente.

În grup ultramicroelemente include elemente al căror conținut în organism este extrem de mic (mai puțin de 10 -12%). Acestea includ brom, aur, seleniu, argint, vanadiu și multe alte elemente. Cele mai multe dintre ele sunt, de asemenea, necesare pentru funcționarea normală a organismelor vii. De exemplu, lipsa de seleniu poate duce la cancer, iar lipsa de bor este cauza unor boli la plante. Multe elemente din acest grup, precum și oligoelemente, fac parte din enzime.

Conținutul celulelor chimice. Celulele ființelor vii diferă semnificativ de mediul lor nu numai prin structura compușilor chimici care alcătuiesc compoziția lor, ci și prin mulțimea și conținutul elementelor chimice. Dintre elementele chimice cunoscute în prezent, în fauna sălbatică au fost găsite aproximativ 90. În funcție de conținutul acestor elemente în organismele ființelor vii, acestea pot fi împărțite în trei grupe:

1) macronutrienti, adică elemente conținute în celule în cantități semnificative (de la zeci de procente la sutimi de procente). Acest grup include oxigen, carbon, azot, sodiu, calciu, fosfor, sulf, potasiu, clor. În total, aceste elemente reprezintă aproximativ 99% din masa celulelor, 98% fiind ponderea primelor patru elemente (hidrogen, oxigen, carbon și azot).

2) oligoelemente, care reprezintă mai puțin de sutimi de procent din masă. Aceste elemente includ fier, zinc, mangan, cobalt, cupru, nichel, iod, fluor. În total, ele reprezintă aproximativ 1% din masa celulelor. În ciuda faptului că conținutul acestor elemente în celulă este mic, ele sunt necesare pentru viața sa. În absența sau conținutul scăzut al acestor elemente, apar diverse boli. Lipsa iodului, de exemplu, duce o persoană la apariția bolii tiroidiene, iar lipsa de fier poate provoca anemie.

3) ultramicroelemente, al cărui conținut în celulă este extrem de mic (mai puțin de 10 -12%). Acest grup include brom, aur, seleniu, argint, vanadiu și multe alte elemente. Majoritatea acestor elemente sunt, de asemenea, necesare pentru funcționarea normală a organismelor. Deci, de exemplu, deficiența de seleniu duce la cancer, iar deficiența de bor provoacă boli la plante. Unele elemente din acest grup, cum ar fi oligoelemente, fac parte din enzime.

Spre deosebire de organismele vii, cele mai comune elemente din scoarța terestră sunt oxigenul, siliciul, aluminiul și sodiul. Întrucât conținutul de carbon, hidrogen și azot din materia vie este mai mare decât în ​​scoarța terestră, se poate concluziona că moleculele care includ aceste elemente sunt necesare pentru implementarea proceselor care asigură activitatea vitală.

Cele mai comune patru elemente din materia vie au un lucru în comun: formează cu ușurință legături covalente prin împerecherea electronilor. Pentru a forma legături electronice stabile, atomului de hidrogen de pe învelișul exterior de electroni îi lipsește un electron, atomul de oxigen - doi, azotul - trei și carbonul - patru electroni. Aceste elemente pot reacționa cu ușurință unele cu altele, umplând învelișurile exterioare de electroni. În plus, trei elemente: azot, oxigen și carbon - sunt capabile să formeze atât legături simple, cât și duble, ceea ce crește semnificativ numărul de compuși chimici construiți din aceste elemente.

Carbonul, hidrogenul și oxigenul s-au dovedit a fi potrivite pentru formarea materiei vii și pentru că sunt cele mai ușoare dintre elementele care formează legături covalente. Foarte importantă din punct de vedere al biologiei este și capacitatea unui atom de carbon de a forma legături covalente cu alți patru atomi de carbon simultan. Astfel, atomii de carbon legați covalent sunt capabili să formeze cadrele unui număr imens de molecule organice foarte diferite.

Și alte substanțe anorganice, rolul lor în viața celulelor. Majoritatea compușilor chimici care alcătuiesc o celulă sunt caracteristici doar organismelor vii. Cu toate acestea, în celulă există o serie de substanțe care se găsesc și în natura neînsuflețită. Aceasta este în primul rând apă, care reprezintă în medie aproximativ 80% din masa celulelor (conținutul său poate varia în funcție de tipul de celulă și de vârsta acesteia), precum și unele săruri.

Apa este o substanță extrem de neobișnuită din punct de vedere fizic și chimic, care diferă semnificativ în proprietăți de alți solvenți. Primele celule au apărut în oceanul primordial și, în procesul de dezvoltare ulterioară, au învățat să folosească aceste proprietăți unice ale apei.

În comparație cu alte lichide, apa se caracterizează printr-un punct de fierbere neobișnuit de ridicat, punct de topire, capacitate termică specifică, precum și căldură mare de evaporare, topire, conductivitate termică și tensiune superficială. Acest lucru se datorează faptului că moleculele de apă sunt mai puternic legate între ele decât moleculele altor solvenți.

Capacitatea ridicată de căldură a apei (capacitatea de a absorbi căldura cu o ușoară modificare a propriei temperaturi) protejează celula de fluctuațiile bruște de temperatură, iar o astfel de proprietate a apei precum căldura mare de evaporare este folosită de organismele vii pentru a proteja împotriva supraîncălzirii. : evaporarea lichidului de către plante şi animale este o reacţie de protecţie la creşterea temperaturii . Prezența conductibilității termice ridicate în apă asigură posibilitatea distribuirii uniforme a căldurii între părțile individuale ale corpului. Apa este practic incompresibilă, datorită căreia celulele își mențin forma și se caracterizează prin elasticitate.

Proprietățile unice ale apei sunt determinate de caracteristicile structurale ale moleculei sale, care apar ca urmare a aranjamentului specific al electronilor în atomii de oxigen și hidrogen care alcătuiesc molecula. Atomul de oxigen, în orbita exterioară a electronilor, a căruia se află doi electroni, îi combină cu doi electroni ai atomilor de hidrogen (fiecare atom de hidrogen are câte un electron pe orbita exterioară a electronilor). Ca rezultat, se formează două legături covalente între un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen. Cu toate acestea, atomul de oxigen mai negativ tinde să atragă electroni la sine. Ca rezultat, fiecare dintre atomii de hidrogen capătă o mică sarcină pozitivă, iar atomul de oxigen poartă o sarcină negativă. Atomul de oxigen încărcat negativ al unei molecule de apă este atras de atomul de hidrogen încărcat pozitiv al altei molecule, ceea ce duce la formarea unei legături de hidrogen. Astfel, moleculele de apă sunt legate între ele.

O proprietate importantă a unei legături de hidrogen este rezistența sa mai mică în comparație cu (este de aproximativ 20 de ori mai slabă decât o legătură covalentă). Prin urmare, legăturile de hidrogen sunt relativ ușor de format și ușor de spart. Cu toate acestea, chiar și la 100° există încă o interacțiune destul de puternică între moleculele de apă. Prezența legăturilor de hidrogen între moleculele de apă îi conferă o anumită structură, ceea ce explică proprietățile sale neobișnuite, cum ar fi fierbere ridicată, topire și capacitate ridicată de căldură.

O altă proprietate caracteristică a moleculei de apă este natura sa dipol. După cum sa menționat mai sus, atomii de hidrogen din molecula de apă poartă o mică sarcină pozitivă, iar atomii de oxigen poartă una negativă. Cu toate acestea, unghiul de legătură H-O-H este de 104,5°, astfel încât într-o moleculă de apă sarcina negativă este concentrată pe o parte și sarcina pozitivă pe cealaltă. Natura dipol a unei molecule de apă caracterizează capacitatea acesteia de a se orienta într-un câmp electric. Această proprietate a apei determină unicitatea sa ca solvent: dacă moleculele de substanțe conțin grupuri încărcate de atomi, ele intră în interacțiuni electrostatice cu moleculele de apă, iar aceste substanțe se dizolvă în ea. Astfel de substanțe se numesc hidrofile. Există un număr mare de compuși hidrofili în celule: acestea sunt săruri, compuși organici cu greutate moleculară mică, carbohidrați, acizi nucleici. Cu toate acestea, există o serie de substanțe care aproape nu conțin atomi încărcați și nu se dizolvă în apă. Acești compuși includ, în special, lipide (grăsimi). Astfel de substanțe se numesc hidrofobe. Substanțele hidrofobe nu interacționează cu apa, ci interacționează bine între ele. Lipidele, care sunt compuși hidrofobi, formează structuri bidimensionale (membrane) care sunt aproape impermeabile la apă.

Datorită polarității sale, apa dizolvă mai multe substanțe chimice decât orice alt solvent. În mediul acvatic al celulei, unde sunt dizolvate diverse substanțe chimice, au loc numeroase reacții chimice, fără de care viața este imposibilă. Apa dizolvă, de asemenea, produșii de reacție și îi îndepărtează din celule și din organismele multicelulare. Datorită mișcării apei în organismele animalelor și plantelor, între țesuturi sunt schimbate diferite substanțe.

Una dintre proprietățile importante ale apei ca compus chimic este că intră în multe reacții chimice care au loc în celulă. Aceste reacții se numesc reacții de hidroliză. La rândul lor, moleculele de apă se formează ca urmare a multor reacții care apar în organismele vii.

Masa atomului de hidrogen este foarte mică, singurul său electron din molecula de apă este deținut de atomul de oxigen. Ca urmare, nucleul atomului de hidrogen (proton) este capabil să se desprindă de molecula de apă, rezultând formarea unui ion hidroxil (OH -) și a unui proton (H +).

H2O<=>H + + OH -

Acest proces se numește disocierea apei. Ionii de hidroxil și hidrogen formați în timpul disocierii apei sunt, de asemenea, participanți la multe reacții importante care apar în organism.

Pe lângă apă, un rol important în viața celulelor îl au cei dizolvați în aceasta, care sunt reprezentați de cationi de potasiu, sodiu, magneziu, calciu și alții, precum și anioni de acizi clorhidric, sulfuric, carbonic și fosforic. .

Mulți cationi se caracterizează printr-o distribuție neuniformă între celulă și mediul său: de exemplu, în citoplasma celulei, concentrația de K + este mai mare, iar concentrația de Na + și Ca 2+ este mai mică decât în ​​mediul de celula. Atât mediul natural (de exemplu, oceanul), cât și fluidele corporale (sânge), care sunt similare ca compoziție ionică cu apa de mare, pot fi externe celulei. Distribuția neuniformă a cationilor între celulă și mediu este menținută în procesul vieții, pentru care celula cheltuiește o parte semnificativă din energia generată în ea. Distribuția neuniformă a ionilor între celulă și mediu este necesară pentru implementarea multor procese importante pentru viață, în special pentru conducerea excitației prin celulele nervoase și musculare, implementarea contracției musculare. După moartea unei celule, concentrația de cationi în afara celulei și în interiorul acesteia se egalizează rapid.

Anionii acizilor slabi continuti in celula (HC0 3 -, HPO 4 2-) joaca un rol important in mentinerea unei concentratii constante de ioni de hidrogen (pH) in interiorul celulei. În ciuda faptului că atât alcalii, cât și acizii se formează în procesul de viață în celulă, în mod normal, reacția în celulă este aproape neutră. Acest lucru se datorează faptului că anionii acizi slabi pot lega protonii acizi și ionii hidroxil alcalini, neutralizând astfel mediul intracelular. În plus, anionii acizilor slabi intră în reacții chimice desfășurate în celulă: în special, anionii acidului fosforic sunt necesari pentru sinteza unui compus atât de important pentru celulă precum ATP.

Substanțele anorganice se găsesc în organismele vii nu numai în stare dizolvată, ci și în stare solidă. De exemplu, oasele sunt formate în principal din fosfat de calciu (fosfatul de magneziu este prezent și în cantități mai mici), iar cojile sunt formate din carbonat de calciu.

Materia organică a celulei. Biopolimeri

În organismele vii există un număr mare de compuși diferiți care practic nu se găsesc în natura neînsuflețită și care se numesc compuși organici. Cadrele moleculare ale acestor compuși sunt construite din atomi de carbon. Dintre compușii organici se pot distinge substanțe cu greutate moleculară mică (acizi organici, esterii acestora, aminoacizi, acizi grași liberi, baze azotate etc.). Cu toate acestea, cea mai mare parte a substanței uscate a celulei este reprezentată de compuși cu molecul mare, care sunt polimeri. Polimerii sunt compuși formați din unități repetate cu greutate moleculară mică (monomeri) legați succesiv între ele printr-o legătură covalentă și formând un lanț lung, care poate fi fie drept, fie ramificat. Dintre polimeri se disting homopolimerii, formați din monomeri identici. Dacă notăm monomerul printr-un simbol, de exemplu, cu litera X, atunci structura homopolimerului poate fi reprezentată condiționat după cum urmează: -X-X-…-X-X. Compoziția heteropolimerilor include monomeri de diferite structuri. Dacă monomerii care alcătuiesc heteropolimerul sunt notați cu X și Y, atunci structura heteropolimerului poate fi reprezentată, de exemplu, sub forma XXYYXY...XXYYXY. Biopolimerii (adică polimerii găsiți în natură) includ proteine, acizi nucleici și carbohidrați.

Veverițe

Structura proteinelor. Dintre compușii organici prezenți în celulă, proteinele sunt principalii: ele reprezintă cel puțin 50% din substanța uscată. Toate proteinele sunt alcătuite din carbon, hidrogen, oxigen și azot. În plus, aproape toate conțin sulf. Unele proteine ​​mai contin fosfor, fier, magneziu, zinc, cupru, mangan. Deci, fierul face parte din proteina hemoglobinei care se găsește în eritrocitele multor animale, iar magneziul se găsește în pigmentul clorofilă, care este necesar pentru fotosinteză.

O trăsătură caracteristică a proteinelor este greutatea lor moleculară mare: variază de la câteva mii la sute de mii și chiar milioane de kilodaltoni. Monomerul, adică unitatea structurală a oricărei proteine, sunt aminoacizi, care se caracterizează printr-o structură similară, dar nu chiar aceeași.

După cum se poate observa din formula prezentată, molecula de aminoacid este formată din două părți. Porțiunea din cutie este aceeași pentru toți aminoacizii. Conține o grupare amino (-NH2) atașată la un atom de carbon și o altă grupare carboxil (-COOH). A doua parte a moleculei de aminoacizi, prezentată în formulă sub forma literei latine R, se numește lanț lateral sau radical. Are o structură diferită pentru diferiți aminoacizi. Proteinele conțin 20 de aminoacizi diferiți ca elemente structurale (monomeri), astfel încât 20 de lanțuri laterale cu structură diferită pot fi găsite în proteine. Radicalii laterali pot fi încărcați negativ sau pozitiv, conțin inele aromatice și structuri heterociclice, grupări hidrofobe, grupări hidroxil (-OH) sau atomi de sulf.

În moleculele de proteine, moleculele de aminoacizi localizate consecutiv sunt conectate covalent între ele, formând lanțuri polimerice lungi neramificate. Aminoacizii din lanț sunt aranjați în așa fel încât gruparea amino a unui aminoacid interacționează cu gruparea carboxil a altuia. Când aceste două grupuri interacționează, o moleculă de apă este eliberată și se formează o legătură peptidică. Compusul rezultat se numește peptidă. Dacă o peptidă este formată din doi aminoacizi, se numește dipeptidă, din trei - o tripeptidă. Moleculele de proteine ​​pot conține sute sau chiar mii de reziduuri de aminoacizi. Astfel, proteinele sunt polipeptide. Trebuie remarcat faptul că moleculele de proteine ​​nu sunt polimeri construiti aleatoriu de lungimi diferite - fiecare moleculă de proteină este caracterizată de o anumită secvență de aminoacizi, care este determinată de structura genei care codifică această proteină.

Secvența reziduurilor de aminoacizi dintr-o moleculă de proteină determină structura sa primară, adică formula. Așa cum un alfabet de 33 de litere poate crea un număr imens de cuvinte, cu 20 de aminoacizi este posibil să se creeze un număr aproape nelimitat de proteine, care diferă atât prin numărul de aminoacizi pe care îi conțin, cât și prin secvența lor. Numărul total de proteine ​​diferite găsite în toate tipurile de organisme vii este de aproximativ 10 10 -10 12 . Cea mai importantă sarcină a biologiei moderne este de a determina structura primară a proteinelor, precum și de a stabili relația dintre structura primară și activitatea funcțională a proteinelor. Deoarece secvența de aminoacizi este determinată de structura genei, structura primară a proteinelor este determinată în prezent prin determinarea secvenței de nucleotide din gena corespunzătoare, folosind metode de inginerie genetică pentru aceasta.

O moleculă de proteină în starea sa nativă (intactă) are structura sa spațială caracteristică, sau conformația. Este determinată de modul în care lanțul polipeptidic al proteinei se pliază în soluție. Cel mai adesea, secțiunile individuale ale lanțului polipeptidic sunt înfăşurate (α-helix) sau formează structuri în zig-zag situate antiparalel, așa-numitul strat pliat sau β-structură. Formarea structurii α-helix și β duce la formarea structurii secundare a proteinei. În acest caz, lanțurile laterale de aminoacizi sunt situate în exteriorul structurii helix sau în zig-zag. Structura elicoidală este stabilizată prin legături de hidrogen care se formează între grupările NH pe o tură și grupările CO pe cealaltă tură a helixului. Aceste legături de hidrogen sunt paralele cu axa helixului.

Structura stratului pliat este, de asemenea, stabilizată de legăturile de hidrogen care se formează între straturile paralele. Deși legăturile de hidrogen sunt mai slabe decât legăturile covalente, prezența lor într-o cantitate semnificativă face ca structurile de tip α-helix sau strat pliat β să fie suficient de puternice.

Regiunile elicoidale și structurile, cum ar fi stratul pliat, sunt împachetate în continuare, ducând la formarea structurii terțiare a proteinei. În această etapă, proteinele solubile formează de obicei o structură asemănătoare bobinei globulare cu reziduuri de aminoacizi încărcate la suprafață și reziduuri de aminoacizi hidrofobe în interiorul bobinei. În acest caz, reziduurile de aminoacizi care sunt situate departe unele de altele în lanțul polipeptidic se apropie adesea unele de altele. Fiecare proteină are propriul mod de împachetare, care este deja stabilit la nivelul structurii primare a acestei proteine, adică depinde de ordinea aminoacizilor din lanțul polipeptidic.

Multe proteine ​​sunt compuse din mai multe lanțuri polipeptidice cu aceeași structură sau diferită. Când astfel de lanțuri sunt combinate, se formează o proteină complexă, care se caracterizează printr-o structură cuaternară. Astfel de proteine ​​sunt numite oligomeri, iar lanțurile polipeptidice individuale care alcătuiesc oligomerul sunt numite monomeri.

Cele mai multe dintre moleculele de proteine ​​sunt capabile să-și mențină activitatea biologică, adică capacitatea de a-și îndeplini funcția caracteristică numai într-un interval restrâns de temperaturi și aciditate a mediului. Odată cu creșterea temperaturii sau modificarea acidității la valori extreme, apar modificări în structura proteinelor, care se numesc denaturare. Un exemplu de denaturare este coagularea proteinei unui ou, care se observă atunci când este fiert. În timpul denaturarii, legăturile covalente nu sunt rupte, dar structura cuaternară, terțiară și secundară caracteristică unei anumite proteine ​​este distrusă, drept urmare, în starea denaturată, lanțurile polipeptidice ale proteinelor formează spire și bucle aleatoare și aleatorii.

Funcțiile proteinelor. Proteinele sunt caracterizate printr-o varietate semnificativă de funcții. Cel mai mare și cel mai important grup de proteine ​​din punct de vedere biologic sunt proteinele enzimatice, care sunt catalizatori care accelerează cursul diferitelor reacții chimice.

Al doilea grup ca mărime de proteine ​​este reprezentat de proteinele care sunt elemente structurale ale celulei. Acestea, de exemplu, includ proteina fibrilară colagen, principala proteină structurală care face parte din conjunctiv și os. Alte tipuri de proteine ​​sunt componente ale sistemelor contractil și motor. Astfel, de exemplu, actina și miozina, cele două elemente principale ale sistemului contractil al mușchilor. Proteinele structurale formează citoscheletul celular, care este un mănunchi de proteine ​​fibrilare care conectează diverse organele celulare între ele și cu membrana plasmatică a celulei.

Unele proteine ​​îndeplinesc o funcție de transport, ele sunt capabile să lege și să transporte diverse substanțe cu fluxul sanguin. Cea mai cunoscută dintre aceste proteine ​​este hemoglobina, care se găsește în eritrocitele vertebratelor și, prin legarea de oxigen, o transportă de la plămâni la țesuturi. Lipoproteinele serice transportă lipide complexe cu fluxul sanguin, iar albumina serică transportă acizi grași liberi.

Proteinele de transport includ și proteine ​​care sunt încorporate în membranele biologice și realizează transferul diferitelor substanțe prin aceste membrane. În condiții normale, membrana celulară este slab permeabilă la substanțe precum K + , Na + , Ca 2+ , deoarece porii formați de proteinele canalului sunt închiși. Cu toate acestea, unele influențe, cum ar fi impulsurile electrice sau substanțele biologic active care se leagă de canale, deschid porul, drept urmare ionul care poate pătrunde în acest canal se deplasează dintr-o parte a membranei în cealaltă în direcția scăderii. concentraţie. Mișcarea ionilor în direcția opusă este efectuată cu cheltuirea energiei de către alte proteine ​​​​de transport membranare, numite pompe ionice.

În celulele specializate ale plantelor și animalelor se sintetizează regulatori sau hormoni speciali, dintre care unii (dar nu toți) sunt proteine ​​care reglează diferite procese fiziologice. Poate cea mai faimoasă dintre acestea este insulina, un hormon produs în pancreas care reglează nivelul de glucoză din celulele corpului. Cu o lipsă de insulină în organism, apare o boală cunoscută sub numele de diabet zaharat.

În plus, proteinele sunt capabile să îndeplinească o funcție de protecție. Când virușii, bacteriile, proteinele străine sau alți polimeri pătrund în corpul animalelor sau al oamenilor, în organism sunt sintetizate proteine ​​speciale de protecție, care se numesc anticorpi sau imunoglobuline. Aceste proteine ​​se leagă de polimeri străini. Legarea anticorpilor de proteinele virusurilor sau bacteriilor inhibă activitatea lor funcțională și oprește dezvoltarea infecției. Anticorpii au o proprietate unică: sunt capabili să distingă proteinele străine de proteinele proprii ale corpului. Acest mecanism de apărare al organismului împotriva agenților patogeni se numește imunitate. Imunitatea la bolile infecțioase poate fi creată prin injectarea unor cantități foarte mici de anumiți biopolimeri care fac parte din microorganismele sau virusurile care provoacă boala. În acest caz, se formează anticorpi care ulterior sunt capabili să protejeze organismul dacă este infectat cu acest microorganism sau virus. Multe ființe vii secretă proteine ​​numite toxine, care în cele mai multe cazuri sunt otrăvuri puternice, pentru a oferi protecție.

Cu o lipsă de nutriție la animale, descompunerea proteinelor în aminoacizii constituenți crește brusc, aceștia din urmă, după transformări corespunzătoare, putând fi folosiți ca sursă de energie (funcția energetică a proteinelor).

Unele bacterii și toate plantele sunt capabile să sintetizeze toți cei 20 de aminoacizi care alcătuiesc proteinele. Cu toate acestea, animalele aflate în proces de evoluție și-au pierdut capacitatea de a sintetiza 10 aminoacizi deosebit de complecși, pe care trebuie să îi primească din alimente vegetale și animale. Acești aminoacizi sunt numiți esențiali. Ele fac parte din proteinele vegetale și animale obținute din alimente, care sunt descompuse în aminoacizi în tractul digestiv. În celule, acești aminoacizi sunt utilizați pentru a-și construi propriile proteine, care sunt caracteristice unui organism dat. Lipsa aminoacizilor esențiali din alimente provoacă tulburări metabolice severe.

Și rolul lor în procesul vieții. La temperatura și aciditatea mediului, care este caracteristică celulei, viteza majorității reacțiilor chimice este scăzută. Cu toate acestea, în realitate, reacțiile din celulă au loc cu o rată foarte mare. Acest lucru se realizează datorită prezenței în celulă a catalizatorilor speciali - enzime, care cresc semnificativ rata reacțiilor chimice. Enzimele sunt cea mai mare și mai specializată clasă de proteine. Sunt enzimele care asigură fluxul a numeroase reacții în celulă, care alcătuiesc metabolismul celular. În prezent, se cunosc mai mult de o mie de enzime. Eficiența lor catalitică este neobișnuit de mare: sunt capabile să accelereze reacțiile de milioane de ori.

Activitatea catalitică a unei enzime este determinată nu de întreaga sa moleculă, ci de o anumită regiune a moleculei de enzimă, care se numește locul său activ. Se știe că cataliza chimică se realizează cel mai adesea datorită formării unui complex dintr-o substanță (substrat) transformată în cursul reacției cu un catalizator. Și în timpul reacției enzimatice, substratul interacționează cu enzima, iar legarea substratului are loc tocmai în centrul activ. Enzimele sunt caracterizate printr-o corespondență spațială între substrat și centrul activ; se potrivesc împreună, „ca o cheie a unei încuietori”. Astfel, enzimele sunt caracterizate prin specificitatea substratului, astfel încât fiecare enzimă asigură una sau mai multe reacții de același tip.

Legarea substratului de enzimă (formarea unui complex enzimă-substrat) este însoțită de o redistribuire a electronicului care înconjoară substanța (substratul) transformată în timpul reacției datorită interacțiunii cu aminoacizii enzimei, care sunt implicați. în formarea centrului activ. Ca rezultat, legăturile individuale dintre atomii din molecula substratului sunt slăbite și distruse mult mai ușor decât în ​​soluție. În alte cazuri (reacții în care se formează o legătură), două molecule de substrat se apropie una de cealaltă în centrul activ al enzimei, astfel încât aceasta să se formeze cu ușurință între ele. Când enzima este denaturată, activitatea sa catalitică dispare, deoarece structura centrului activ este perturbată.

Multe enzime conțin așa-numiții cofactori - compuși organici sau anorganici cu greutate moleculară mică capabili să desfășoare anumite tipuri de reacții. Cofactorii includ, de exemplu, dinucleotida NAD (nicotinamidă adenin dinucleotida), care asigură dehidrogenarea diferitelor substraturi. Funcțiile sale vor fi discutate în detaliu în secțiunea Schimb de energie. De asemenea, sunt cunoscute un număr mare de enzime, care includ metale (fier, cupru, cobalt, mangan), care sunt implicate și în transformarea substraturilor în timpul actului catalitic.

Acizi nucleici

O altă clasă importantă de biopolimeri sunt acizii nucleici, care sunt purtători genetici și, de asemenea, participă la procesul de sinteză a proteinelor. Două tipuri de acizi nucleici au fost găsite în fauna sălbatică, și anume: Acidul dezoxiribonucleic(ADN prescurtat) și Acid ribonucleic(ARN). ADN-ul și ARN-ul se găsesc în toate procariotele și eucariotele, cu excepția virusurilor, dintre care unii conțin doar ARN, în timp ce alții conțin doar ADN. ADN-ul și ARN-ul sunt formați din monomeri numiti mononucleotide. Mononucleotidele care alcătuiesc ADN-ul și ARN-ul au o structură similară, dar nu aceeași. Mononucleotidele constau din trei componente principale: 1) baza azotata, 2) zaharuri pentozeși 3) acid fosforic.

Mononucleotidele care alcătuiesc ADN-ul conțin zahăr dezoxiriboză cu cinci atomi de carbon și una dintre cele patru baze azotate: adenina, guanina, citozinăȘi timină(abreviat A, G, C și T).

Mononucleotidele care alcătuiesc ARN-ul conțin o zahariboză cu cinci atomi de carbon, precum și una dintre cele patru baze: adenina, guanina, citozinăȘi uracil(abreviat ca A, G, C și U).

Acid dezoxiribonucleic (ADN). ADN-ul este purtătorul de informații genetice și este concentrat în celulă în principal în nucleu, unde este componenta principală a cromozomilor (la eucariote, ADN-ul se găsește și în mitocondrii și cloroplaste). ADN-ul este un polimer format din mononucleotide legate covalent, care includ deoxiriboză și patru baze azotate (adenină, guanină, citozină și timină). Numărul de mononucleotide care alcătuiesc ADN-ul este foarte mare: în celulele procariote care conțin un singur cromozom, tot ADN-ul este prezent sub forma unei macromolecule cu o greutate moleculară mai mare de 2*10 9 .

Structura moleculei de ADN a fost descifrată de Watson și Crick în 1953. Molecula de ADN este formată din două catene situate paralele una cu cealaltă și formând o spirală dreaptă. Lățimea helixului este de aproximativ 2 nm, în timp ce lungimea poate ajunge la sute de mii de nanometri. Mononucleotidele care fac parte dintr-un lanț sunt conectate secvenţial datorită formării de legături covalente între dezoxiriboza uneia şi acidul fosforic al altei mononucleotide. Bazele azotate, care sunt situate pe o parte a coloanei vertebrale formate a unei catene de ADN, formează legături de hidrogen cu bazele azotate ale celei de-a doua catene. Astfel, într-o moleculă de ADN elicoidal dublu catenar, bazele azotate sunt situate în interiorul helixului. Structura helixului este astfel încât lanțurile sale de polinucleotide constitutive pot fi separate numai după desfășurarea helixului.

Molecula de ADN este dispusă astfel încât numărul de baze azotate de un tip (adenină și guanină) incluse în compoziția sa să fie egal cu numărul de baze azotate de alt tip (timină și citozină), adică A+G =T+C. Acest lucru se datorează dimensiunii bazelor azotate: lungimea structurii formate în timpul formării unei legături de hidrogen între perechile adenină-timină și guanină-citozină este de aproximativ 11 A. Dimensiunile acestor perechi corespund dimensiunii părții interioare. a helixului ADN. Perechea A-G ar fi prea mare, iar perechea C-T ar fi prea mică pentru a forma o spirală. Astfel, o bază azotată situată într-o catenă de ADN determină o bază situată în același loc într-o altă catenă. Corespondența strictă a nucleotidelor situate paralel între ele în lanțurile pereche ale moleculei de ADN se numește complementaritate (adiționalitate). Datorită acestei proprietăți a moleculei de ADN este posibilă reproducerea (replicarea) exactă a informațiilor genetice. Într-o celulă, replicarea ADN-ului (autodublarea) are loc ca urmare a ruperii legăturilor de hidrogen dintre bazele azotate ale catenelor de ADN învecinate și sinteza ulterioară a două noi molecule de ADN (fiice) folosind catenele părinte ca matrice. Astfel de reacții au fost numite reacții de sinteză a matricei.

Acid ribonucleic. ARN-ul este un polimer format din mononucleotide legate covalent, care includ riboză și patru baze azotate (adenină, guanină, citozină și uracil). Există trei tipuri diferite de acizi ribonucleici în celule: ARN mesager (ARNm sau ARNm), ARN de transfer (ARNt) și ARN ribozomal (ARNr). Moleculele tuturor celor trei tipuri de ARN sunt monocatenar. Și toate au o greutate moleculară mult mai mică decât moleculele de ADN. În majoritatea celulelor, conținutul de ARN este de multe ori (de la 5 la 10) mai mare decât conținutul de ADN. Toate cele trei tipuri de ARN sunt esențiale pentru sinteza proteinelor în celulă.

ARN mesager. ARN-ul mesager este sintetizat în nucleu în timpul transcripției, timp în care sinteza matriță a moleculei de ARN este asigurată pe una dintre catenele de ADN. O moleculă de ARNm constă din aproximativ 300-30.000 de nucleotide și este o structură care este complementară unei secțiuni specifice a unei molecule de ADN monocatenar (genă). După sinteză, ARNm trece în citoplasmă, unde se atașează de ribozomi și este folosit ca șablon care determină secvența de aminoacizi din lanțul polipeptidic în creștere. Astfel, secvența nucleotidelor din lanțul ADN și apoi ARNm sintetizat folosindu-l ca șablon, determină secvența de aminoacizi din proteina sintetizată. Fiecare dintre miile de proteine ​​sintetizate de o celulă este codificată de un ARNm specific.

ARN de transport. Funcția ARNt este de a transporta anumiți aminoacizi către lanțul polipeptidic nou sintetizat în timpul sintezei proteinelor efectuate pe ribozomi. Greutatea moleculară a ARNt este mică: moleculele conțin de la 75 la 90 de mononucleotide.

ARN ribozomal. ARN-ul ribozomal face parte din ribozomi - organele prin care se realizează sinteza proteinelor. Moleculele de ARNr constau din 3-5 mii de mononucleotide.

Carbohidrați

Carbohidrații sau zaharidele sunt compuși cu formula generală (CH 2 O) p, care sunt alcooli aldehidici sau cetoalcooli. Carbohidrații sunt împărțiți în mono-, di- și polizaharide.

Monozaharidele sau zaharurile simple constau cel mai adesea dintr-o catenă (pentoză) sau șase atomi de carbon (hexoză) și au formulele (CH 2 O) 5 și (CH 2 O) 6.

Cel mai comun zahăr simplu este glucoza de zahăr cu șase atomi de carbon, care este monomerul părinte din care sunt construite multe polizaharide. Glucoza este, de asemenea, principala sursă de energie în celulă. Pentozele (riboză și deoxiriboză) fac parte din acizii nucleici și ATP.

Două zaharuri simple sunt combinate într-o moleculă de dizaharidă. Cei mai faimoși reprezentanți ai dizaharidelor este zaharoza sau zahărul alimentar, a cărui moleculă este formată din molecule de glucoză și fructoză.

Moleculele de polizaharide sunt lanțuri lungi construite din multe unități de monozaharide, iar lanțurile pot fi fie liniare, fie ramificate. Majoritatea polizaharidelor conțin unități repetate de același tip sau două tipuri alternative ca monomerii, deci nu pot juca rolul de biopolimeri informaționali.

Natura vie conține o cantitate imensă de carbohidrați. Acest lucru se datorează în primul rând distribuției largi a două polizaharide: amidon și celuloză. Amidonul se găsește în cantități mari în plante. Este forma de polizaharidă în care este depozitat combustibilul. Celuloza este componenta principală a țesuturilor vegetale fibroase și lignificate extracelulare. În tractul digestiv al animalelor, nu există enzime capabile să descompună celuloza în monomeri. Cu toate acestea, aceste enzime sunt prezente în bacteriile care trăiesc în tractul digestiv al unor animale, permițându-le să folosească celuloza ca sursă de hrană.

Polizaharidele fac parte din pereții duri ai celulelor vegetale și bacteriene, ele sunt, de asemenea, un element integral al învelișurilor mai moi ale celulelor animale. Astfel, carbohidrații îndeplinesc două funcții principale în celulă: energie și construcție.

Lipidele

Lipidele sunt compuși organici insolubili în apă care formează celulele. Aceste substanțe pot fi extrase (dizolvate) cu solvenți nepolari precum cloroformul, benzenul sau eterul. Sunt cunoscute mai multe clase de lipide, dar cea mai importantă funcție în organism este aparent îndeplinită de fosfolipide, care sunt esteri ai alcoolului trihidric glicerol și acid fosforic. Când se formează o moleculă de fosfolipide, două grupări hidroxil de glicerol interacționează cu acizi grași cu greutate moleculară mare care conțin 16-18 atomi de carbon și o grupare hidroxil interacționează cu acidul fosforic. Toate fosfolipidele conțin un cap polar și o coadă nepolară formate din două molecule de acizi grași. La interfața ulei-apă, moleculele de fosfolipide se orientează astfel încât capetele lor polare să fie scufundate în apă, iar cozile lor hidrofobe să fie scufundate în ulei. Fosfolipidele se răspândesc pe suprafața apei sub formă de monostrat, în care cozile acizilor grași sunt orientate spre aerul hidrofob, iar capetele încărcate sunt direcționate către mediul acvatic.

Moleculele de fosfolipide sunt capabile să formeze structuri bidimensionale, care se numesc straturi duble: stratul dublu este format din două monostraturi de fosfolipide orientate unul față de celălalt, astfel încât cozile hidrofobe ale fosfolipidelor să fie situate în interiorul stratului dublu, iar capetele polare să fie direcționate. exterior. Un astfel de strat dublu se caracterizează printr-o rezistență electrică foarte mare. Straturile duble, formate din fosfolipide, sunt cea mai importantă componentă a membranelor biologice. Membranele biologice sunt pelicule naturale de 5-7 nm grosime formate dintr-un strat dublu fosfolipidic care conține molecule de proteine. Astfel, lipidele îndeplinesc o funcție de construcție în celulă.

În plus, lipidele sunt o sursă importantă de energie. Odată cu conversia completă a 1 g de lipide în apă și dioxid de carbon într-o celulă, se eliberează de aproximativ 2 ori mai multă energie decât cu aceeași conversie a carbohidraților. Grăsimea acumulată în țesutul subcutanat este un bun material termoizolant. În plus, lipidele sunt o sursă de apă, care este eliberată în cantități semnificative în timpul oxidării lor. De aceea multe animale care depozitează grăsimi (de exemplu, cămile în timpul traversărilor prin deșert, urșii, marmotele, veverițele de pământ în timpul hibernarii) se pot descurca mult timp fără apă.

Unele substanțe legate de lipide au activitate biologică mare: o serie de vitamine, precum vitaminele A și B, precum și unii hormoni (steroid). O funcție importantă în organismul animalelor este îndeplinită de colesterol, care este o componentă a membranelor celulare: metabolismul necorespunzător al colesterolului la om duce la ateroscleroză, o boală în care colesterolul se depune sub formă de plăci pe pereții vaselor de sânge, îngustând. lumenul lor. Acest lucru duce la întreruperea alimentării cu sânge a organelor și este cauza unor astfel de boli cardiovasculare severe, cum ar fi accidentul vascular cerebral sau infarctul miocardic.

Elementele chimice ale celulei

În organismele vii, nu există un singur element chimic care să nu se găsească în corpurile naturii neînsuflețite (ceea ce indică caracterul comun dintre natura animată și cea neînsuflețită).
Celulele diferite includ practic aceleași elemente chimice (ceea ce demonstrează unitatea naturii vii); și, în același timp, chiar și celulele unui organism multicelular, care îndeplinesc funcții diferite, pot diferi semnificativ unele de altele în compoziția chimică.
Dintre cele peste 115 elemente cunoscute în prezent, aproximativ 80 se găsesc în compoziția celulei.

Toate elementele în funcție de conținutul lor în organismele vii sunt împărțite în trei grupe:

1. macronutrienti- al carui continut depaseste 0,001% din greutatea corporala.
   98% din masa oricărei celule cade pe patru elemente (uneori sunt numite organogeni): - oxigen (O) - 75%, carbon (C) - 15%, hidrogen (H) - 8%, azot (N) - 3%. Aceste elemente formează baza compușilor organici (și oxigenul și hidrogenul, în plus, fac parte din apa, care este, de asemenea, conținută în celulă). Aproximativ 2% din masa celulară reprezintă alte opt macronutrienti: magneziu (Mg), sodiu (Na), calciu (Ca), fier (Fe), potasiu (K), fosfor (P), clor (Cl), sulf (S);
2. Elementele chimice rămase sunt conținute în celulă în cantități foarte mici: oligoelemente- cele care reprezintă de la 0,000001% la 0,001% - bor (B), nichel (Ni), cobalt (Co), cupru (Cu), molibden (Mb), zinc (Zn) etc.;
3. ultramicroelemente- al cărui conținut nu depășește 0,000001% - uraniu (U), radiu (Ra), aur (Au), mercur (Hg), plumb (Pb), cesiu (Cs), seleniu (Se) etc.

Organismele vii sunt capabile să acumuleze anumite elemente chimice. Așadar, de exemplu, unele alge acumulează iod, rană - litiu, linte de rață - radiu etc.

Substanțe chimice celulare

Elementele sub formă de atomi fac parte din molecule anorganicȘi organic compuși celulari.

LA compuși anorganici includ apă și săruri minerale.

compusi organici sunt caracteristice doar pentru organismele vii, în timp ce anorganicele există în natura neînsuflețită.

LA compusi organici includ compuși de carbon cu o greutate moleculară de la 100 la câteva sute de mii.
Carbonul este baza chimică a vieții. Poate intra în contact cu mulți atomi și grupările acestora, formând lanțuri, inele care alcătuiesc scheletul moleculelor organice care diferă ca compoziție chimică, structură, lungime și formă. Ele formează compuși chimici complecși care diferă ca structură și funcție. Acești compuși organici care formează celulele organismelor vii se numesc polimeri biologici, sau biopolimeri. Ele reprezintă mai mult de 97% din materia uscată a celulei.

Astăzi, multe elemente chimice ale tabelului periodic au fost descoperite și izolate în forma lor pură, iar o cincime dintre ele se găsesc în fiecare organism viu. Ele, ca și cărămizile, sunt componentele principale ale substanțelor organice și anorganice.

Ce elemente chimice fac parte din celulă, a căror biologie poate fi folosită pentru a aprecia prezența lor în organism - vom lua în considerare toate acestea mai târziu în articol.

Care este constanța compoziției chimice

Pentru a menține stabilitatea în organism, fiecare celulă trebuie să mențină concentrația fiecăruia dintre componentele sale la un nivel constant. Acest nivel este determinat de specii, habitat, factori de mediu.

Pentru a răspunde la întrebarea ce elemente chimice fac parte din celulă, este necesar să înțelegem clar că orice substanță conține oricare dintre componentele tabelului periodic.

Uneori vorbim despre sutimi și miimi dintr-un procent din conținutul unui anumit element dintr-o celulă, dar, în același timp, o modificare a numărului numit cu cel puțin o miime parte poate avea deja consecințe grave pentru organism.

Din cele 118 elemente chimice dintr-o celulă umană, ar trebui să existe cel puțin 24. Nu există astfel de componente care să se găsească într-un organism viu, dar să nu facă parte din obiectele neînsuflețite ale naturii. Acest fapt confirmă relația strânsă dintre vii și nevii în ecosistem.

Rolul diferitelor elemente care alcătuiesc celula

Deci, care sunt elementele chimice care alcătuiesc o celulă? Rolul lor în viața organismului, trebuie remarcat, depinde direct de frecvența de apariție și de concentrația lor în citoplasmă. Cu toate acestea, în ciuda conținutului diferit de elemente din celulă, semnificația fiecăruia dintre ele este la fel de mare. O deficiență a oricăruia dintre ele poate duce la un efect dăunător asupra organismului, oprind cele mai importante reacții biochimice din metabolism.

Enumerând ce elemente chimice fac parte din celula umană, trebuie să menționăm trei tipuri principale, pe care le vom lua în considerare mai jos:

Principalele elemente biogene ale celulei

Nu este de mirare că elementele O, C, H, N sunt biogene, deoarece formează toate substanțele organice și multe substanțe anorganice. Este imposibil să ne imaginăm proteine, grăsimi, carbohidrați sau acizi nucleici fără aceste componente esențiale pentru organism.

Funcția acestor elemente a determinat conținutul lor ridicat în organism. Împreună, ele reprezintă 98% din greutatea corporală uscată totală. Cum altfel se poate manifesta activitatea acestor enzime?

1. Oxigen. Conținutul său în celulă este de aproximativ 62% din masa totală uscată. Funcții: construcția de substanțe organice și anorganice, participarea la lanțul respirator;
2. Carbon. Conținutul său ajunge la 20%. Funcția principală: inclusă în toate;
3. Hidrogen. Concentrația sa ia o valoare de 10%. Pe lângă faptul că este o componentă a materiei organice și a apei, acest element participă și la transformările energetice;
4. Azot. Suma nu depășește 3-5%. Rolul său principal este formarea de aminoacizi, acizi nucleici, ATP, multe vitamine, hemoglobină, hemocianina, clorofilă.

Acestea sunt elementele chimice care alcătuiesc celula și formează majoritatea substanțelor necesare vieții normale.

Importanța macronutrienților

Macronutrienții vor ajuta, de asemenea, să sugerăm ce elemente chimice fac parte din celulă. Din cursul de biologie, devine clar că, pe lângă cele principale, 2% din masa uscată este formată din alte componente ale tabelului periodic. Și macronutrienții îi includ pe cei al căror conținut nu este mai mic de 0,01%. Principalele lor funcții sunt prezentate sub forma unui tabel.

Calciu (Ca)		Responsabil de contractia fibrelor musculare, face parte din pectina, oase si dinti. Îmbunătățește coagularea sângelui.
Fosfor (P)		Face parte din cea mai importantă sursă de energie - ATP.
		Participă la formarea punților disulfurice în timpul plierii proteinelor într-o structură terțiară. Incluse în compoziția de cisteină și metionină, unele vitamine.
		Ionii de potasiu sunt implicați în celule și afectează, de asemenea, potențialul membranei.
		Anion major din organism
Sodiu (Na)		Analog al potasiului implicat în aceleași procese.
magneziu (Mg)		Ionii de magneziu sunt regulatorii procesului În centrul moleculei de clorofilă se află și un atom de magneziu.
		Participă la transportul electronilor prin ETC de respirație și fotosinteză, este o legătură structurală a mioglobinei, hemoglobinei și a multor enzime.

Sperăm că din cele de mai sus este ușor de determinat ce elemente chimice fac parte din celulă și sunt macroelemente.

oligoelemente

Există și astfel de componente ale celulei, fără de care organismul nu poate funcționa normal, dar conținutul lor este întotdeauna mai mic de 0,01%. Să determinăm ce elemente chimice fac parte din celulă și aparțin grupului de microelemente.

		Face parte din enzimele ADN și ARN polimeraze, precum și din mulți hormoni (de exemplu, insulina).
		Participă la procesele de fotosinteză, sinteza hemocianinei și a unor enzime.
		Este o componentă structurală a hormonilor T3 și T4 ai glandei tiroide
Mangan (Mn)	mai puțin de 0,001	Inclus în enzime, oase. Participă la fixarea azotului în bacterii
	mai puțin de 0,001	Influențează procesul de creștere a plantelor.
		Face parte din oase și smalțul dinților.

Substanțe organice și anorganice

Pe lângă acestea, ce alte elemente chimice sunt incluse în compoziția celulei? Răspunsurile pot fi găsite pur și simplu studiind structura majorității substanțelor din organism. Printre acestea, se disting molecule de origine organică și anorganică, iar fiecare dintre aceste grupuri are un set fix de elemente în compoziția sa.

Principalele clase de substanțe organice sunt proteinele, acizii nucleici, grăsimile și carbohidrații. Sunt construite în întregime din principalele elemente biogene: scheletul moleculei este întotdeauna format din carbon, iar hidrogenul, oxigenul și azotul fac parte din radicali. La animale, proteinele sunt clasa dominantă, iar la plante, polizaharidele.

Substanțele anorganice sunt toate săruri minerale și, desigur, apă. Dintre toate substanțele anorganice din celulă, cea mai mare este H 2 O, în care restul substanțelor sunt dizolvate.

Toate cele de mai sus vă vor ajuta să determinați ce elemente chimice fac parte din celulă, iar funcțiile lor în organism nu vor mai fi un mister pentru dvs.