Organizimi kimike e qelizave: substancave organike, makro dhe mikroelemente

Në fund të shekullit të 19-të formuar një degë e biologjisë quhet biokimi. Ajo është duke studiuar përbërjen kimike të qelizave të gjalla. Detyra kryesore e shkencës - njohja e veçantitë e metabolizmit dhe të energjisë, i cili rregullon funksionet vitale të qelizave bimore dhe shtazore.

Koncepti i përbërjes kimike të qelizave

Si rezultat i hulumtimeve të gjera nga shkencëtarët organizimi kimike të qelizave është studiuar dhe gjetur se gjallesat janë të përbërë nga më shumë se 85 elemente kimike. Dhe disa prej tyre janë të nevojshme për pothuajse të gjitha organizmat, ndërsa të tjerët janë specifike dhe të ndodhin në specie të caktuara. Një grup i tretë i elementeve kimike të pranishme në qelizat e mikroorganizmave, bimëve dhe kafshëve në sasi të mjaftueshme të vogla. Elementet kimike të qelizës shpesh janë në formën e kationeve dhe anioneve nga e cila kripë mineral dhe uji janë formuar, dhe komponimet e karbonit organike janë sintetizuar: karbohidrateve, proteina, lipide.

elementet organogenic

Në biokimi, këto përfshijnë karboni, hidrogjen, oksigjen dhe azotit. set e tyre është në një qeli prej 88 deri 97% të elementeve të tjera kimike të pranishme në të. Veçanërisht e rëndësishme është të karbonit. Gjitha substancat organike në përbërjen e qelizave përbëhen nga molekula që përmban karbon në atomet e saj të përbërjes. Ata mund të jenë të ndërlidhur për të formuar një zinxhir (degezuar dhe padegezuar), si dhe si cikle. Kjo aftësi atome karboni nënvizon diversitetin goditës e substancave organike të përfshira në citoplazmën e qelizës dhe organelet.

Për shembull, përmbajtja e brendshme e qelizës përbëhet nga një oligosaccharide tretshme, proteina hidrofile, lipidet, llojet e ndryshme të ARN: transfer ARN, ARN ribosomal dhe ARN, si dhe monomereve falas - nukleotide. një përbërje të tillë kimik ka një bërthamë të qelizave. Ai gjithashtu përmban një molekulë e acidi dezoksiribonukleik, një pjesë e kromozomeve. Të gjithë nga komponimet e mësipërme janë në atomet e tij përbërjen azot, karbonit me oksigjen, hidrogjen. Kjo është një provë e rëndësisë së tyre të veçantë, pasi që një organizatë kimike e qelizës varet nga përmbajtja e elementeve biogenic që përbëjnë struktura qelizore: hyaloplasm dhe organelet.

Macronutrients dhe kuptimet e tyre

elementet kimike, të cilat janë gjithashtu shumë të zakonshme në qelizat e llojeve të ndryshme të organizmave, biokimi janë quajtur macronutrients. Përmbajtja e tyre në qelizë është 1.2% - 1.9%. Nga macroelements qeliza përfshin: fosfor, kalium, klor, squfur, magnez, kalcium, hekur dhe sodium. Të gjithë ata kanë funksione të rëndësishme dhe janë pjesë e organelet e ndryshme të qelizave. Kështu, ion hekuri është i pranishëm në proteinës gjakut - hemoglobinë, e cila përmban oksigjen (në të cilin rast quhet oxyhemoglobin) dioksidit të karbonit (karbogemoglobin) ose dioksidin e karbonit (carboxyhaemoglobin).

jonet natrium japin formë të rëndësishme të transportit ndërqelizor: të ashtuquajturin pompë sodium-kalium. Ata gjithashtu janë pjesë e intersticiale plazma fluide dhe të gjakut. Jonet magnez pranishëm në molekulat klorofil (photopigment bimëve të larta) dhe janë të përfshirë në procesin e fotosintezës, si dhe qendrat reagim formë që kurth fotone të energjisë së dritës.

jonet kalcium të sigurojë kryerjen e pulses nervore përgjatë fibrave dhe janë komponenti kryesor i osteocytes - qelizat kockore. komponimet e kalciumit janë të përhapura në kafshët e jovertebrore botës predha e të cilëve janë të përbërë nga karbonat kalciumi.

jonet klorure janë të përfshirë në rimbushje membranën qelizore dhe japin pamjen e pulses elektrike të stimulimit themelor nervor.

Atomet e squfurit janë pjesë e proteinave native, dhe të shkaktojë strukturën "qepur" zinxhir tyre terciar polypeptide, duke formuar molekulë rrumbullakët proteinave.

jonet kalium janë të përfshirë në transportin e substancave nëpërmjet membranave qelizore. atome fosfor janë një pjesë e kësaj substancave të rëndësishme të energjisë intensive siç triphosphate adenosine, dhe një komponent të rëndësishme të molekulave të acideve dezoksiribonukleik dhe ribonucleic, të cilat janë kryesore trashëgim substancat qelizë.

Funksioni gjurmë në metabolizmin qelizor

Rreth 50 elemente kimike që përbëjnë më pak se 0.1% në qeli, të quajtur microcells. Këto përfshijnë zink, molibden, jod, bakër, kobalt, fluorit. Me mirëmbajtje të ulët se ata kryejnë një funksion shumë të rëndësishëm, si pjesë e shumë substancave biologjikisht aktive.

Për shembull, atomet zinkut janë molekula e insulines (pankreatik hormon rregullues të gjakut e nivelit të glukozës), jod është një përbërës i hormoneve tiroide - tiroksina dhe triiodothyronine kontrollin e nivelit të metabolizmit në trup. Bakër, së bashku me jonet e hekurit të përfshira në hematopoiesis (formimin e qelizave të kuqe të gjakut, trombocitet dhe qelizat e bardha të gjakut në palcën e eshtrave të vertebrorëve). jonet e bakrit janë të përfshira në pigment hemocianine pranishëm në gjakun e jovertebrore, butak tilla. Prandaj, ngjyra e kaltër e tyre hemolimfën.

Më shumë më pak përmbajtje në qelizë elemente të tilla kimike të tilla si plumbi, ari, bromine, argjendi. Ata janë quajtur ultromikroelementami dhe një pjesë e qelizave bimore dhe shtazore. Për shembull, në analiza kimike janë zbuluar jonet ari misrit mizë gruri. atome bromine në një numër të madh të qelizave të përfshira në Thalli e algave kafe dhe të kuqe, të tilla si Sargassum, Laminaria, Fucus.

Të gjithë më parë këta shembuj dhe fakte të shpjegojë se si të ndërlidhura përbërja kimike, funksionin dhe strukturën e qelizave. Tabela më poshtë tregon përmbajtjen e elementeve të ndryshme kimike në qelizat e organizmave të gjallë.

Karakteristikat e përgjithshme të komponimeve organike

Vetitë kimike të qelizave të grupeve të ndryshme të organizmave në një mënyrë të caktuar të varur nga atomet e karbonit, të cilat përbëjnë mbi 50% të masës qelizore. Praktikisht të gjithë substance thatë është qelizat karbohidrate, proteina, acideve nukleike dhe lipide, të cilat kanë një strukturë komplekse dhe peshë molekulare të lartë. Molekulat e tilla janë quajtur macromolecules (polimere) dhe janë të përbërë nga elemente të thjeshta - monomereve. substancat proteinike luajnë një rol jashtëzakonisht të rëndësishëm dhe të kryejnë një sërë funksionesh, të cilat janë diskutuar më poshtë.

Roli i proteinave në qelizë

Analiza biokimike e komponimeve të hyjnë në një qelizë të gjallë, konfirmon përmbajtje të lartë të substancave organike të tilla si proteinat. Ky fakt ka një shpjegim logjik: proteinat të kryejnë një sërë funksionesh dhe janë të përfshirë në të gjitha aspektet e jetës së qelizave.

Për shembull, funksioni mbrojtës i proteinave është formimi i antitrupave - antitrupa prodhuar nga limfocitet. Proteinat të tilla mbrojtëse të tilla si trombozike, fibrinë dhe tromboblastin sigurojë koagulimit të gjakut dhe për të parandaluar humbjen e saj në trauma dhe lëndimit. Perberja kompleks i qelizës përfshin proteinat membrana qelizë që ka aftësinë për të njohur komponimet huaj - antigjeneve. Ata ndryshojnë konfigurimin e tyre dhe qeliza raportin e rreziqet e mundshme (funksion alarmi).

Disa proteinat kanë një funksion rregullator dhe janë hormonet, të tilla si oxytocin, të prodhuara nga hipotalamusi, hipofizës rezervuara. Nisur nga ajo në gjak, oksitocina vepron në murin e muskujve të mitrës, duke shkaktuar uljen e saj. Proteina vasopressin gjithashtu kryen funksionet rregullatore, kontrollin e presionit të gjakut.

Qelizat e muskujve janë actin dhe myosin, janë të aftë për të tkurret, e cila shkakton funksionin motorike e indeve të muskujve. Për proteinat dhe funksion trofik karakteristike, për shembull, albumina është përdorur në embrion si një lëndë ushqyese për zhvillim. Proteinat gjakun e organizmave të ndryshme, të tilla si hemoglobinës dhe hemocianine, molekulat e oksigjenit janë transferuar - veprojnë funksion të transportit. Nëse më shumë konsumojnë energji substanca të tilla si karbohidratet dhe lipidet, përdoret plotësisht, qeliza fillon të prishen proteina. Një gram i këtij materiali 17 jep 2 kJ të energjisë. Një nga funksionet më të rëndësishme të proteinave është katalitik (proteinat, enzimat përshpejtuar reaksionet kimike në compartments citoplazmës). Bazuar në sa më sipër, ne kemi parë se proteinat kanë një numër të funksioneve shumë të rëndësishme dhe një pjesë e domosdoshme e qelizës shtazore.

biosintezës protein

Marrë në konsideratë procesit të sintezës së proteinës në një qelizë, e cila ndodh në citoplazmë nëpërmjet organelet si ribozome. Falë aktivitetit të enzimeve të veçanta, me pjesëmarrjen e joneve të kalciumit ribozome kombinohen për polysomes. Funksionet kryesore të ribozome të qelizës - sinteza e molekulave të proteinave, duke filluar procesin transkriptimi. Si rezultat i saj janë të sintetizuara molekula ARNi, dhe të cilat janë të bashkangjitur polysomes. Pastaj fillon gjyqin e dytë - transmetim. Transport RNA lidhin njëzet llojeve të ndryshme të amino acideve dhe t'i te polysomes, dhe që në funksion të ribozome të qelizës - një sinteze e polipeptideve, këto organelles formojnë komplekset me tRNA, dhe molekula amino acid janë të lidhura bashkë me lidhje peptide per te formuar nje Makromolekula proteinave.

Roli i ujit në metabolizmin

Studimet citologjike kanë konfirmuar faktin se struktura qelizore dhe përbërja e së cilës kemi studiuar, një mesatare prej 70% ujë, dhe në shumë kafshë, duke çuar një mënyrë ujit të jetës (p.sh., Cnidarian) përmbajtja e tij arrin 97-98%. Në funksion të kësaj organizate kimike të qelizave përfshin një hidrofilike (të aftë për të tretur) dhe (i qëndrueshëm ndaj ujit) hidrofobik materiale. Si një tretës universal polare, uji luan një rol të rëndësishëm dhe ka një ndikim të drejtpërdrejtë jo vetëm në funksion, por edhe në vetë strukturën e qelizave. Tabela më poshtë tregon përmbajtjen e ujit në lloje të ndryshme të qelizave të organizmave të gjallë.

Funksioni i karbohidrateve në qelizë

Siç kemi shpjeguar më herët, të rëndësishme organike Kimikatet - polimere - janë gjithashtu karbohidratet. Këto përfshijnë polysaccharides, oligosaccharides dhe monosaccharides. Karbohidratet janë pjesë e sistemeve më komplekse - glikolipidesh dhe glikoproteina, të cilat janë të ndërtuara e membranes qelizore dhe strukturës nadmembrannye, p.sh. glycocalyx.

Më tej karbon në karbohidrate përfshin atome hidrogjen dhe oksigjenimit, dhe disa polisaharidet përmbajnë më shumë azot, squfur dhe fosfor. Qelizat e shumë karbohidrate bimore: tubers patate përmbajnë deri në 90% niseshte në fara dhe fruta të përmbajtjes së karbohidrateve deri në 70%, dhe qelizat e kafshëve janë gjetur në formën e komponimeve të tilla si glycogen, chitin dhe trehalose.

sheqernat e thjeshtë (Monosaccharides) kanë formulën e përgjithshme CnH2nOn dhe të ndarë në tetroses, triose, pentose dhe hexose. Dy të fundit janë më të zakonshme në qelizat e organizmave të gjallë, për shembull, ribozë dhe deoxyribose janë pjesë e acidet nukleike, dhe glukoza dhe fruktoza janë të përfshirë në reagimet e asimilimit dhe largim. Oligosakarideve janë gjetur shpesh në qelizat e bimëve: saharoze është ruajtur në qelizat e panxhar sheqeri dhe kallam sheqeri, sheqer prej malti përfshira në caryopses germinated thekër dhe elb.

Disaccharides kanë një shije të ëmbël dhe janë lehtësisht të tretshëm në ujë. Polisaharidet, duke qenë Biopolimeret përbëhet kryesisht nga niseshte, celulozë, glycogen dhe laminarin. Format strukturore përfshijnë polysaccharides chitin. Funksioni kryesor i karbohidrateve në qelizë - të energjisë. Si rezultat i reagimeve hidrolizës dhe metabolizmin e energjisë çahet polisaharidet te glukozes, dhe është i oksiduar, atëherë të dioksid karboni dhe ujë. Si rezultat, një gram lëshon glukozës 17.6 kJ të energjisë, dhe rezervat e niseshte dhe glycogen, në thelb janë rezervuar celulare energjisë.

Glycogen është depozituar kryesisht në muskujve dhe mëlçisë qelizat, niseshte perime - në zhardhokët, llamba, rrënjët, fara dhe insekteve, si merimangat, insektet dhe krustaceve, rolin kryesor në furnizimin me energji luan një trehalose oligosaccharide.

Karbohidratet janë të ndryshëm nga lipide dhe proteinat, aftësinë për degradim anoksike. Kjo është jashtëzakonisht e rëndësishme për organizmat që jetojnë në kushtet e mungesës ose mungesa e oksigjenit, të tilla si bakteret anaerobe, dhe nematodikeve - parazitëve të njerëzve dhe kafshëve.

Nuk është një tjetër funksion i karbohidrateve në qelizë - ndërtimit (strukturore). Ajo qëndron në faktin se këto substanca janë strukturat e qelizave mbështetëse. P.sh., celulozë pjesë e mureve të qelizave të bimëve, chitin formon një skelet të jashtme dhe shumë jovertebrorë ndodh në qelizat fungale, olisaharidy bashku me lipide dhe proteina molekula formojnë glycocalyx - kompleks nadmembranny. Ai siguron ngjitjen - ndërmjet qelizat clumping kafshëve, që të çon në formimin e indit.

Lipide: Struktura dhe funksioni

Këto substanca organike, të cilat janë hidrofobike (patretshme ujit) mund të hiqet, që është nxjerrë nga qelizat nga tretës jopolar, të tilla si aceton ose kloroform. Funksioni i lipideve në qelizë varet se cila nga tre grupe që i përkasin: të yndyrna, dyllë ose steroid. Yndyrna janë më të zakonshme në të gjitha llojet e qelizave.

Kafshët grumbulluar ato në indin nënlëkuror dhjamor, indi nervor përmban yndyrë në formën e të myelin mill e nervave. Ai gjithashtu grumbulluar në veshkat, mëlçisë, insektet - në trup yndyrë. yndyrna të lëngshme - vajra - gjenden në shumë fara bimësh: kedri, badiava, luledielli, ulliri. përmbajtja e lipideve në qelizat varion nga 5 deri ne 90% (indit dhjamor).

Steroid dhe dyllet ndryshojnë nga yndyrna në atë që nuk kanë në molekulat e mbetjeve të acidit yndyror. Pra, steroid - kjo është hormoneve lëvore veshkave, duke ndikuar pubertetit trupi dhe cilat janë përbërësit e testosterone. Ata janë gjithashtu pjesë e vitaminave (p.sh., vitaminë D).

Funksioni kryesor e lipideve në një kafazi - është të energjisë, ndërtimit dhe mbrojtje. E para është për shkak të faktit se 1 gram yndyrë në copëtim jep 38.9 kJ energji - shumë më tepër se substancave të tjera organike - proteinat dhe karbohidratet. Për më tepër, në oksidimi i 1D yndyrë ajo qëndron pothuajse 1.1 c. uji. Kjo është arsyeja pse disa kafshë janë të pasur një gjendje e yndyrë në trupin tuaj mund të jetë një kohë të gjatë pa ujë. Për shembull, Gophers mund të jetë në gjumë për më shumë se dy muaj, pa pasur nevojë për ujë, dhe nuk pi deveja ujit në tranzicionit nëpër shkretëtirë për 10-12 ditë.

Ndërtimi i funksionit të lipideve qëndron në faktin se ata janë një pjesë integrale e membranave qelizore, si dhe pjesë e nervore. Funksioni mbrojtës i lipideve konsiston në faktin se shtresa e yndyrë nën lëkurë rreth veshkat dhe organe të tjera të brendshme i mbron ata nga lëndimi mekanik. Funksioni specifik izolim termik është e natyrshme për kafshët kohë të gjatë, duke qenë në ujë: balenave, vula, vula lesh. Trashë nënlëkurës shtresë dhjamor, për shembull, balenë blu është 0.5 m, ajo mbron kafshën nga hipotermi.

Oxygen Vlera në metabolizmin qelizor

Organizmat aerobic, të cilat përfshijnë shumicën dërrmuese të kafshëve, bimëve dhe njeriut, duke përdorur oksigjen atmosferik për reagimet e këmbimit të energjisë çojnë në copëtim të substancave organike dhe shpërndarjen e një sasi të caktuar të energjisë së akumuluar në formën e molekulave të triphosphate adenosine.

Në këtë mënyrë, oksidimin e plotë të një mole të glukozës që ndodh në krista mitokondriale, 2800 kJ të energjisë është ndarë nga të cilat 1596 kJ (55%) ruhen ne formen e molekulave ATP përmbajnë lidhje macroergic. Kështu, funksioni primar i oksigjenit në qelizë - zbatimin e frymëmarrjes aerobik, i cili është i bazuar në një grup të reaksioneve enzimatike të ashtuquajturat zinxhir të frymëmarrjes që ndodh në organelet - mitochondria. Në organizmat prokariote - bakteret phototrophic dhe cyanobacteria - oksidimi i ushqyesve ndodh nën ndikimin e oksigjenit difuzimit në qelizat në xhungat e brendshme të membranave plazma.

Ne kemi organizimin kimike të qelizave është studiuar dhe proceset e sintezës së proteinave dhe funksionin e oksigjenit në metabolizmin qelizor energjisë.