A organización química das células: as substancias orgánicas, macro e microelementos

Ao final do século 19 que formaron unha rama da bioloxía chamado bioquímica. Ela está estudando a composición química das células vivas. A principal tarefa da ciencia - Coñecemento das peculiaridades do metabolismo e de enerxía, regulando as funcións vitais das células vexetais e animais.

O concepto da composición química das células

Como resultado dunha extensa investigación por científicos organización química das células foi estudado e descubriu que os seres vivos están compostos de máis de 85 elementos químicos. E algúns deles son necesarios para case todos os organismos, mentres que outros son específicos e se producen en especies específicas. Un terceiro grupo de elementos químicos presentes nas células de microorganismos, plantas e animais en cantidades suficientemente pequenas. Os elementos químicos da célula son moitas veces en forma de catiões e aniões a partir da cal están formadas sal mineral e auga, e compostos de carbono orgánico son sintetizados: carbohidratos, proteínas, lípidos.

elementos organogênicos

Na bioquímica, estes inclúen o carbono, hidróxeno, osíxeno e de nitróxeno. O seu conxunto é nunha célula de 88 a 97% dos elementos químicos presentes nel. Especialmente importante é carbono. Todas as substancias orgánicas na composición de células consisten en moléculas que conteñen carbono nos seus átomos de composición. Poden ser conectados para formar unha cadea (non ramificado e ramificado), así como os ciclos. Esta habilidade átomos de carbono subxacente á diversidade notable de sustancias orgánicas incluídos no citoplasma das células e organelas.

Por exemplo, o contido interno da célula está constituída por unha oligossacárido soluble, proteínas hidrófilas, lípidos, varios tipos de ARN: ARN de transferencia, ARN ribossico e ARN mensaxeiro, así como monómeros libres - nucleótidos. Tal composición química ten un núcleo celular. Tamén contén unha molécula de ácido desoxirribonucleico, unha parte dos cromosomas. Todos os compostos anteriores son os seus átomos de composición de nitróxeno, carbono co osíxeno, de hidróxeno. Esta é unha proba da súa importancia particular, xa que unha organización química da célula depende do contido dos elementos biogênicos que compoñen estruturas celulares: hyaloplasm e organelas.

Macronutrientes e os seus significados

Os elementos químicos, que son tamén moi comúns en células de varios tipos de organismos, bioquímica chámanse macronutrientes. O seu contido na cela é de 1,2% - 1,9%. Por macroelementos células inclúen: fósforo, potasio, cloro, xofre, magnesio, calcio, ferro e sodio. Todos eles teñen funcións importantes e forman parte dos distintos organelos celulares. Así, o ión ferroso é presente na proteína do sangue - hemoglobina, que transporta osíxeno (caso no que está chamado a oxi-hemoglobina), dióxido de carbono (karbogemoglobin) ou dióxido de carbono (carboxihemoglobina).

Os ións de sodio proporcionar forma importante de transporte intercelular: a bomba de SiO-potsio chamado. Eles tamén son parte do fluído do plasma do sangue e intersticial. ións magnesio presentes en moléculas de clorofila (fotopigmento plantas superiores) e están implicados no proceso da fotosíntese, así como os centros de reacción de forma que os fotóns trampa de enerxía da luz.

Os ións de calcio proporcionar a condución de impulsos nerviosos ao longo das fibras e son o principal compoñente de osteócitos - células óseas. compostos de calcio son amplamente distribuídas nos animais invertebrados mundo cuxas cunchas están compostos por carbonato de calcio.

Os ións cloruro están implicados en recargar a membrana celular e proporcionar a aparición de impulsos eléctricos da estimulación neural subxacente.

Os átomos de xofre son parte da proteína nativa e causar a súa estrutura de cadea de polipéptido de "coser" terciaria, formando así molécula de proteína globular.

Os ións de potasio están implicadas no transporte de substancias a través das membranas celulares. átomos de fósforo son unha parte desta importante substancias de enerxía intensiva, como trifosfato de adenosina, e é un compoñente importante das moléculas de ácidos desoxirribonucleicos e ribonucleico, que son o principal herdanza célula substancias.

función de seguimento no metabolismo celular

Preto de 50 elementos químicos que constitúen menos que 0,1% nas células, chamadas microcélulas. Estes inclúen cinco, molibdio, iodo, cobre, cobalto, flúor. Con baixa mantemento que executan unha función moi importante, como parte de moitas substancias bioloxicamente activas.

Por exemplo, os átomos de zinc está na molécula de insulina (de páncreas hormona de regulación do nivel de glicosa no sangue), o iodo é un compoñente das hormonas da tiroide - tiroxina e tri-iodotironina controlar o nivel do metabolismo do corpo. Cobre, xunto con ións de ferro implicadas na hematopoiese (formación de glóbulos vermellos, plaquetas e glóbulos brancos do sangue na medula ósea de vertebrados). os ións de cobre son incluídos no pigmento hemocianina presente no sangue de invertebrados, tales marisco. Polo tanto, a cor da súa azul hemolinfa.

Máis menor contido nos elementos químicos tales células, como o chumbo, de ouro, de bromo, de prata. Son chamados de ultromikroelementami e parte das células vexetais e animais. Por exemplo, en análises químicas Detectáronse ións de ouro millo Gorgulho. átomos de bromo en un gran número de células incluídas no talo das algas castañas e vermellas, como Sargassum, Laminaria, Fucus.

Todos estes exemplos anteriormente e feitos explicar composición química como interrelacionados, función e estrutura de células. A táboa seguinte mostra os contidos de varios elementos químicos nas células de organismos vivos.

As características xerais dos compostos orgánicos

Propiedades químicas de células de distintos grupos de organismos dunha determinada maneira dependentes nos átomos de carbono, que son responsables de máis do 50% da masa de células. Practicamente toda a materia seca célula é representada carbohidratos, proteínas, ácidos nucleicos e lípidos, os cales teñen unha estrutura complexa e alto peso molecular. Tales moléculas chámanse macromoléculas (polímeros) e están compostas de elementos máis simples - monómeros. substancias proteicas xogan un papel moi importante e realizar unha variedade de funcións, que son discutidas a continuación.

O papel das proteínas na célula

A análise bioquímica de compostos entrando nunha célula viva, o elevado contido de substancias orgánicas, como proteínas. Este feito ten unha explicación lóxica: proteínas realizar unha variedade de funcións e están implicados en todos os aspectos da vida da célula.

Por exemplo, a función de protección de proteínas é a formación de anticorpos - anticorpos producidos por linfocitos. Tales proteínas protectoras, como a trombina, fibrina e tromboblastin facilitar a coagulación do sangue e evitar a súa perda no trauma e feridas. A composición complexa da célula inclúe as proteínas de membrana de células que posúen a capacidade de recoñecer compostos estraños - antíxenos. Cambian a súa configuración e móbil informe dos riscos potenciais (función de alarma).

Algunhas proteínas teñen unha función de regulación e son hormonas, como oxitocina, producidos polo hipotálamo, hipófise reservados. Procedendo a partir del para o sangue, actúa oxitocina na parede muscular do útero, causando a súa redución. proteína vasopresina tamén serve unha función de regulación a través do control da presión arterial.

As células musculares son actina e miosina, son capaces de encoller, o que fai que a función motora do tecido muscular. Para proteínas, función típica e trófico, e.g., albumina de embrión utilizado como un nutriente para o desenvolvemento. proteínas do sangue de diversos organismos, tales como a hemoglobina ea hemocianina, as moléculas de osíxeno son trasladados - operar función de transporte. Máis substancias consumidoras de enerxía como carbohidratos e lípidos, completamente utilizada, a célula comeza a dividirse proteínas. Un gramo deste material 17 dá 2 KJ de enerxía. Unha das funcións máis importantes de proteínas é catalítica (proteínas, encimas acelerar reaccións químicas en compartimentos citoplásmicos). Con base no anterior, vimos que as proteínas teñen unha serie de funcións moi importantes e parte necesaria da célula animal.

Biosíntesis de proteínas

Considero o proceso de síntese de proteínas dunha célula, que se produce no citoplasma por medio organelos como ribosomas. Grazas á actividade de encimas específicos, coa participación dos ións de calcio de ribosoma combinan para polissomas. As principais funcións dos ribosomas na cela - a síntese de moléculas de proteína, a partir do proceso de transcrición. Como un resultado diso son sintetizados moléculas de mRNA, ao cal están ligados polissomas. A continuación, comeza o segundo xuízo - broadcast. Transporte de ARN líganse a vinte tipos de aminoácidos e trae-los para os polissomas, e unha vez que a función de ribosomas na cela - unha síntese de polipéptidos, estes organelos formar complexos co ARNt, e moléculas de aminoácido son conectados entre si por ligazóns peptídicas para formar unha macromolécula de proteínas.

O papel da auga no metabolismo

citológicas estudos confirmaron o feito da estrutura de célula e da composición dos cales nós estudamos, unha media de 70% de auga, e en moitos animais, levando un modo como a auga de vida (por exemplo, celenterados) o seu contido atinxe 97-98%. En vista desta organización química de células inclúe hidrofílico (capaz de disolver) e material hidrofóbico (repelente de auga). Como un disolvente polar universal, auga ten un papel crucial e ten un impacto directo non só sobre a función, pero tamén na propia estrutura das células. A táboa seguinte mostra o contido de auga en varios tipos de células de organismos vivos.

A función de hidratos de carbono na cela

Como explicamos anteriormente, a importantes orgánicos produtos químicos - polímeros - tamén son carbohidratos. Estes inclúen polisacarideos, oligosacáridos e monossacarídeos. Os hidratos de carbono son parte máis sistemas complexos - glicolípidos e glicoproteínas, que son construídos de membranas celulares e estrutura nadmembrannye, por exemplo glicocálice.

Ademais o carbono en carbohidratos inclúe os átomos de hidróxeno e osixenación, e algúns polisacarideos conteñen máis de nitróxeno, xofre e fósforo. As células de moitos carbohidratos de plantas: Os tubérculos de pataca conteñen ata un 90% de amidón en sementes e froitos de contidos de hidratos de carbono ata o 70%, e células animais encóntranse en forma de compostos como glicóxeno, quitina e trealose.

azucres simples (monossacarídeos) teñen a fórmula xeral CnH2nOn e dividido en tetroses, triose, pentoses e hexoses. Os dous últimos son os máis comúns nas células de organismos vivos, por exemplo, ribose e desoxirribosa forman parte dos ácidos nucleicos, glicosa e frutosa e están implicados nas reaccións de asimilación e dissimilação. Os oligosacáridos son moitas veces atopan células de plantas: sacarosa é almacenado nas células de remolacha e cana de azucre, maltosa contida cariopses centeo e cebada xerminan.

Dissacáridos teñen un sabor doce e son facilmente soluble en auga. Polisacáridos, sendo os Biopolímeros consiste principalmente de amidón, celulosa, glicóxeno ea laminarina. As formas estruturais inclúen polisacáridos quitina. A principal función dos carbohidratos na cela - enerxía. Como un resultado de reaccións de hidrólise e metabolismo enerxético clivado polisacáridos de glicosa, e que é a continuación oxidado para dióxido de carbono e auga. Como resultado, un gramo de libera glicosa 17,6 KJ de enerxía, e as reservas de amidón e glicóxeno, son esencialmente depósito de enerxía celular.

Glicóxeno é depositada, sobre todo, en células de músculo e fígado, amidón vexetal - en tubérculos, bulbos, raíces, sementes e artrópodos, como arañas, insectos e crustáceos, o papel principal na subministración de enerxía ten un trealose oligossacárido.

Os hidratos de carbono son diferentes, a partir de lípidos e proteínas, a capacidade de degradación anóxica. Isto é moi importante para os organismos que viven en condicións de discapacidade ou ausencia de osíxeno, como bacterias anaeróbicas, e helmintas - parasitos dos seres humanos e animais.

Hai outra función de hidratos de carbono na cela - construción (estrutural). Atópase no feito de que estas substancias son estruturas de células de soporte. Por exemplo, a celulosa é unha parte das paredes celulares de plantas, quitina forma un esqueleto externo e moitos invertebrados ocorre en células fúngicas, olisaharidy xunto con lípidos e proteínas forman moléculas glicocálice - complexo nadmembranny. Ofrece adhesión - entre unha aglomeración células animais, o que leva á formación de tecido.

Lípidos: estrutura e función

Estas substancias orgánicas, que son hidrofóbico (insoluble en auga) pode ser eliminado, isto é extraído a partir das células por disolventes non polares, como acetona ou cloroformo. función de lípidos na cela depende de cal dos tres grupos que pertencen: para graxas, ceras ou esteroides. As graxas son as máis comúns en todo tipo de células.

Animais acumula-los no tecido adiposo subcutáneo, tecido neural contén graxa baixo a forma da vaíña de mielina de nervios. Tamén se acumula nos riles, fígado, insectos - no corpo de graxa. graxas líquidas - aceites - atopar nas sementes de moitas plantas: piñeiro, cacahuete, xirasol, oliva. O contido de lípidos en células varía de 5 a 90% (no tecido adiposo).

Esteroides e ceras difiren de graxas en que eles non teñen nas moléculas de residuos de ácidos graxos. Así, os esteroides - é hormonas córtex adrenal, afectando a puberdade corpo e que son compoñentes de testosterona. Eles tamén son parte de vitaminas (por exemplo, a vitamina D).

A principal función de lípidos na cela - é a enerxía, construción e protección. O primeiro é debido ao feito de que 1 gramo de graxa na Eumetazoa dá 38,9 kJ de enerxía - moito máis que outras substancias orgánicas - proteínas e carbohidratos. Ademais, na oxidación de graxa 1D Representa case 1,1 c. auga. É por iso que algúns animais están tendo un stock de graxa no seu corpo pode ser un longo tempo sen auga. Por exemplo, roedores pode estar dormente durante máis de dous meses, sen necesidade de auga, e non bebe camelo auga nas transicións a través do deserto por 10-12 días.

Construción de función de lípidos reside no feito de que son unha parte integral das membranas celulares, así como parte do nervio. A función protectora de lípidos consiste no feito de que a capa de graxa baixo a pel arredor dos riles e outros órganos internos protexe-los de danos mecánicos. a función de illamento térmico específico é inherente aos animais durante un longo período de tempo estar na auga: baleas, focas, focas. capa adiposa subcutea de espesor, por exemplo, balea azul é de 0,5 m, protexe o animal contra a hipotermia.

Oxygen valor no metabolismo celular

Os organismos aeróbicos, que inclúen a esmagadora maioría dos animais, plantas e home, utilizando o osíxeno do aire para reaces de intercambio de enerxía que levan á escote de substancias orgánicas e da asignación de unha certa cantidade de enerxía acumulada en forma de moléculas de trifosfato de adenosina.

Así, coa oxidación total dunha mole de glucosa que se produce nos cristais mitocondriais, libéranse 2800 kJ de enerxía, dos cales 1596 kJ (55%) son almacenados en forma de moléculas de ATP que conteñen enlaces macroergicos. Así, a función principal do osíxeno na célula é a implantación da respiración aeróbica, que se basea nun grupo de reaccións enzimáticas da chamada cadea respiratoria que se producen nos organelos celulares - mitocondrias. Nos organismos procarióticos - bacterias fototrópicas e cianobacterias - a oxidación de nutrientes prodúcese baixo a influencia do osíxeno, que se difunde nas células dentro de producións internas das membranas plasmáticas.

Estudamos a organización química das células e tamén examinamos os procesos de biosíntese de proteínas e a función do osíxeno no metabolismo da enerxía celular.