Хімічний склад клітин

Клітина - елементарна одиниця життя на землі. Вона має всі ознаки живого організму: росте, множиться, обмінюються навколишнім середовищем речовин та енергії, реагує на зовнішні подразники. Початок біологічної еволюції пов`язана з появою стільникових форм життя на Землі. Одноклітинні організми є існуючі клітини окремо один від одного. Тіло всіх багатоклітинних - тварин і рослин - побудована з більш-менш клітин, які є якісь блоками, що складають складний організм. Незалежно від того, чи є клітина цілісної живої системи - окремий організм або є лише частиною цього, він наділений набором функцій та властивостей, загальних для всіх клітин.

Хімічний склад клітин

У клітинах виявлено близько 60 елементів періодичного Менделєєва, виявлена ​​в неживій природі. Це одна з свідчень громади живого та неживого характеру. У живих організмах найбільш поширені водневий, кисень, вуглець і азот, які становлять близько 98% маси клітин. Це пов`язано з особливостями хімічних властивостей водню, кисню, вуглецю та азоту, внаслідок чого вони виявилися найбільш придатними для утворення молекул, що виконують біологічні функції. Ці чотири елементи здатні утворювати дуже сильні ковалентні зв`язки шляхом пари електронів, що відносяться до двох атомів. Ковалентно пов`язані з атомами вуглецю можуть утворювати рамки безліч різних різних органічних молекул. Оскільки атоми вуглецю легко утворюють ковалентні зв`язки з киснем, воднем, азотом, а також з сіркою, органічні молекули досягають виняткової складності та різноманітності структури.

На додаток до чотирьох основних елементів у клітині в помітних кількостях (10^y і 100^y Відсотки відсотків) містяться залізо, калій, натрій, кальцій, магній, хлор, фосфор і сірка. Всі інші елементи (цинк, мідь, йод, фтор, кобальт, марганець та ін.) знаходяться в клітці в дуже невеликих кількостях і тому називаються мікроелементами.

Хімічні елементи є частиною неорганічних та органічних сполук. Неорганічні сполуки включають воду, мінеральні солі, діоксид вуглецю, кислоту та основу. Органічні зв`язки Білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, Жир (Ліпіди) і Ліпоіди.

Деякі білки містять сірка. Частина нуклеїнових кислот є фосфор. Молекула гемоглобіну включає залізо, магній бере участь у будівництві молекули хлорофіл. Мікроелементи, незважаючи на надзвичайно низький вміст у живих організмах, відіграють важливу роль у процесах життя. Йод Включені до гормону щитовидної залози - тироксину, кобальт - у складі вітаміну в₁₂Гормон островної частини підшлункової залози - інсулін - містить цинк. У деяких рибах місце заліза в молекулах пігментів, що несе кисень займає мідь.

Неорганічні речовини

Вода

Н₂O - найпоширеніший зв`язок у живих організмах. Його вміст у різних клітинах коливається в досить широких межах: від 10% в емалі зубів до 98% в організмі медузи, але це приблизно 80% маси тіла. Винятково важливу роль води при забезпеченні процесів життя пов`язана з його фізико-хімічними властивостями. Полярність молекул та здатність утворювати водневі зв`язки, виготовляють воду з хорошим розчинником для величезної кількості речовин. Більшість хімічних реакцій відбуваються в клітці, може відбуватися тільки у водному розчині. Вода бере участь у багатьох хімічних перетворень.

Загальна кількість водневих зв`язків між молекулами води змінюється залежно від т°. З Т° Лід танення руйнує приблизно 15% водневих зв`язків, при т ° 40 ° С - половину. При переході до газоподібного стану всі водневі зв`язки знищуються. Це пояснює високу специфічну теплоємність води. З зміною т ° зовнішнього середовища, вода поглинає або висвітлює тепло через перерву або нове утворення водневих зв`язків. Таким чином, коливаються t ° всередині клітини менші, ніж у навколишньому середовищі. Висока тепла випаровування лежить в основі ефективного механізму теплопередачі в рослинах і тварин.

Вода як розчинник бере участь у явищах осмосу, що відіграє важливу роль у житті клітини тіла. Осмос називається проникненням молекул розчинників через напівпроникну мембрану в розчин будь-якої речовини. Напівфабрикати називаються мембранами, які пропускають молекули розчинників, але відсутні молекули (або іони) розчиненої речовини. Отже, осмос є односторонньою дифузією молекул води у напрямку розчину.

Мінеральні солі

Більшість неорганічних В-у клітинах є у вигляді солей у дисціонуванні, або у твердому стані. Концентрація катіонів та аніонів у клітці та в середовищі, що оточує його. Клітина містить досить багато до і багато na. В позаклітинному середовищі, наприклад, у плазмі крові, у морській воді, навпаки, багато натрію та маленького калію. Створіть клітину залежить від співвідношення концентрацій іонів НС⁺, К⁺, Ca²⁺, Мг²⁺. У тканинах багатоклітинних тварин К є частиною багатоклітинної речовини, яка забезпечує зчеплення клітин та їх упорядковане місце. Осмотичний тиск у клітині та його буферних властивостях залежить від концентрації солей. Buffoff - це здатність клітини підтримувати слабо знану реакцію його вмісту на постійному рівні. Буферність всередині клітини в основному забезпечується іонами₂Робітник₄ і nra₄^2-. У позаклітинних рідинах і в крові роль буфера відтворюється₂ТАК₃ і nso₃^-. Аніони зв`язують іони H і іони гідроксиду (він^-), так що реакція всередині клітини позаклітинних рідин практично не змінюється. Нерозчинні мінеральні солі (наприклад, фосфор) забезпечує міцність кісткового хребетного та молюских раковин.

Клітини органічних клітин

Білки

Серед органічних речовин клітини білків перебувають у першу чергу в кількості (10 - 12% від загальної маси клітини) і значення. Білки - це високомолекулярні полімери (з молекулярною масою від 6000 до 1 мільйона. і вище), мономери яких є амінокислотами. Живі організми використовують 20 амінокислот, хоча набагато більше. Композиція будь-якої амінокислоти включає аміногрупу (-NH₂), що мають основні властивості та карбоксильну групу (-SON), що мають кислотні властивості. Дві амінокислоти з`єднуються в одній молекулі, встановлюючи зв`язок HN-CO з вивільненням молекули води. Взаємозв`язок між аміногрупою однієї амінокислоти та карбоксилу є ще одним називаним пептидом. Білки є поліпептидами, що містять десятки та сотні амінокислот. Молекули різних білків відрізняються один від одного з молекулярною масою, числом, складом амінокислот та послідовність їх розташування в поліпептидному ланцюзі. Зрозуміло, що білки відрізняються величезним сортом, їх кількість всіх видів живих організмів оцінюється за кількістю 10^десять - десять¹².

Ланцюг амінокислотних одиниць, з`єднаних ковалентними пептидними зв`язками у певній послідовності, називається первинною білковою структурою. У клітинах білки мають вигляд спіральних скручених волокон або куль (глобула). Це пов`язано з тим, що в природному білку поліпептидний ланцюг лежать строго певним чином залежно від хімічної структури амінокислот, включених у його склад.

Спочатку поліпептидний ланцюг перетворюється на спіраль. Існує привабливість між атомами сусідніх поворотів і утворюються водневі зв`язки, зокрема, між NH- та групами, розташованими на сусідніх поворотах. Амінокислотний ланцюг, скручений у вигляді спіралі, утворює вторинну білкову структуру. Внаслідок подальшого укладання спіралі, виникає конфігурація для кожного білка, називається третинною структурою. Третична структура обумовлена ​​дією сил зчеплення між гідрофобними радикалами, доступними в деяких амінокислотах, та ковалентних зв`язків між групами амінокислот SH (S-S-Communication). Кількість амінокислот з гідрофобними радикалами та цистеїном, а також порядок їх розташування в поліпептидному ланцюзі, специфічні для кожного білка. Отже, особливості третинної білкової структури визначаються його первинною структурою. Біологічна активність білкових експонатів лише у вигляді третинної структури. Тому заміна навіть однієї амінокислоти в поліпептидному ланцюзі може призвести до зміни конфігурації білка та зменшення або втрати його біологічної активності.

У деяких випадках білкові молекули поєднуються один з одним і можуть виконувати свою функцію лише у вигляді комплексів. Отже, гемоглобін - це комплекс з чотирьох молекул, і лише в такому вигляді може прикріпити та транспортувати. Такі агрегати - це чвертну білкову структуру. З точки зору його складу білки поділяються на дві основні класи - прості та складні. Прості білки складаються тільки з амінокислот нуклеїнових кислот (нуклеотидів), ліпідів (ліпопротеїни), МО (металопротеїди), р (фосфопропродовж).

Функції білків у клітці надзвичайно різноманітні. Одне з найважливіших - конструктивної функції: білки беруть участь у формуванні всіх клітинних мембран та клітин клітин, а також внутрішньоклітинних структур. Ферментативна (каталітична) роль білків надзвичайно важлива. Ферменти прискорюють хімічні реакції, що відбуваються в клітині, у 10^К.І і 100ⁿ Мільйон разів. Моторна функція забезпечується спеціальними скорочувальними білками. Ці білки беруть участь у всіх типах рухів, до яких клітини та організми здатні: мерехтлива циліа та побиття ароматів від найпростішої, абревіатури м`язів у тварин, рух листя у рослинах тощо. Транспортна функція білків полягає в тому, щоб приєднати хімічні елементи (наприклад, гемоглобін) або біологічно активні речовини (гормони) та передачі їх до тканин та тіла. Захисна функція виражається у вигляді розробки спеціальних білків, які називаються антитілами, у відповідь на проникнення в організм чужорідних білків або клітин. Антитіла зв`язуються та нейтралізують чужорідні речовини. Білки відіграють важливу роль як джерела енергії. З повним розщепленням 1г. Білки виділяються 17,6 кДж (~ 4,2 ккал).

Вуглеводи

Вуглеводи, або сахариди - органічні речовини з загальною формулою (CH₂O)_Н. У більшості вуглеводів кількість атомів атомів H більше, ніж кількість атомів, як у молекулах води. Тому ці речовини називалися вуглеводами. У живій клітці вуглеводи знаходяться в кількостях, які не перевищують 1-2, іноді 5% (у печінці, в м`язах). Найбагатші в вуглеводів рослинних клітин, де їх вміст досягає в деяких випадках 90% маси сухої речовини (насіння, картопляні бульби тощо.D.).

Вуглеводи прості та складні. Прості вуглеводи називаються моносахаридами. Залежно від кількості атомів вуглеводів у моносахаридній молекулі, вони називаються триозами, тетразом, патозами або гексозами. З шести вуглецевих моносахаридів - гексосе - глюкоза, фруктоза та галактоза мають найважливіше значення. Глюкоза міститься в крові (0,1-0,12%). Пентози рибози та дезоксирибозу є частиною нуклеїнових кислот та АТФ. Якщо дві моносахариди поєднуються в одній молекулі, таке з`єднання називається дисахаридом. Харчовий цукор, отриманий з тростини або цукрового буряку, складається з однієї молекули глюкози та однієї молекули фруктози, молочного цукру - від глюкози та галактози.

Комплексні вуглеводи, утворені багатьма моносахаридами, називаються полісахаридами. Мономер таких полісахаридів, як крохмаль, глікоген, целюлоза, є глюкоза. Вуглеводи виконують дві основні функції: будівництво та енергія. Целюлоза утворює стінки рослинних клітин. Вишуканий полісахарид Chitin служить основним структурним компонентом зовнішнього скелета членистоногих. Будівельна функція хітину виконується грибами. Вуглеводи відіграють роль основного джерела енергії в клітині. У процесі окислення 1 г. Вуглеводи випустили 17,6 кДж (~ 4,2 ккал). Крохмаль у рослинах і глікогені у тварин осідають у клітинах і служать енергетичним резервом.

Нуклеїнові кислоти

Значення нуклеїнових кислот у клітці дуже велика. Особливості їх хімічної структури забезпечують можливість зберігання, передачі та передачі шляхом успадкування дитячих клітин інформації про структуру білкових молекул, які синтезуються в кожній тканині на певному етапі індивідуального розвитку. Оскільки більшість властивостей та ознак клітин обумовлені білками, ясно, що стабільність нуклеїнових кислот є найважливішою умовою нормального життя клітин та цілих організмів. Будь-які зміни у структурі клітин або активність фізіологічних процесів у них, що впливають на життєдіяльність. Вивчення структури нуклеїнових кислот надзвичайно важлива для розуміння спадщини характеристик організмів та моделей функціонування, як окремих клітин, так і клітинних систем - тканин та органів.

Є 2 види нуклеїнових кислот - ДНК та РНК. ДНК - полімер, що складається з двох нуклеотидних спіралей, в`язнів, так що утворюється подвійна спіраль. Молекули з молекул ДНК являють собою нуклеотиди, що складаються з азотної основи (аденіну, тимін, гуаніну або цитозину), вуглеводів (дезоксирибозу) та залишки фосфорної кислоти. Азотистові основи у молекулі ДНК взаємопов`язані за іншою кількістю N-ланок і розташовані в попарно: аденін (А) завжди проти тиміну (Т), гуанін (D) проти цитозину (С).

Нуклеотиди пов`язані один з одним не випадково, але вибірково. Здатність до випуску аденіна з тимом і гуанін з цитозином називається комплементарним. Додаткова взаємодія деяких нуклеотидів пояснюється особливостями просторового розташування атомів у їх молекулах, які дозволяють їм закрити та утворювати N-зв`язки. У полінуклеотидному ланцюзі сусідні нуклеотиди взаємопов`язані через цукор (дезоксирибоза) і залишок фосфорної кислоти. РНК, а також ДНК - це полімер, чиї мономери є нуклеотидами. Азотні основи трьох нуклеотидів такі ж, як частина ДНК (A, G, C) - четвертий - урацил (Y) присутній у молекулі РНК замість часу. Нуклеотиди РНК відрізняються від нуклеотидів ДНК, а на структурі вуглеводів, що входять до їх складу (рибоз замість дискоксирибози).

У РНК-ланцюзі нуклеотидів об`єднуються шляхом формування ковалентних зв`язків між рибозом одного нуклеотиду та залишком фосфорної кислоти іншої. Структура відрізняється двома ланцюгами РНК. Два ланцюга RNAS є генетичними інформацією в ряді вірусів, т.Е. Вони виконують функції хромосом. Одна ланцюг РНК передають інформацію про структуру білків з хромосом до місця їх синтезу та бере участь у синтезі білка.

Є кілька типів однієї ланцюгової РНК. Їхні імена пов`язані з функцією або місцем розташування в клітці. Більша частина цитоплазми РНК (до 80-90%) являє собою рибосомальну РНК (RRNA), що міститься в рибосомах. Молекули RRNA відносно невеликі і складаються в середньому 10 нуклеотидів. Інший тип РНК (ІРНН), що перевозив інформацію про послідовність амінокислот у білках, щоб бути синтезованим до рибосомами. Розмір цієї РНК залежить від довжини секції ДНК, на якій вони були синтезовані. Транспорт РНК виконує кілька функцій. Вони доставляють амінокислоти до ділянки синтезу білків, "визнати" (за принципом комплементарності) триплету та РНК, що відповідають портативній амінокислоті, виконують точну орієнтацію амінокислоти на рибосомі.

Жири та ліпіди

Жири - це сполуки жирних високомолекулярних ваг і трюкатомічного алкоголю гліцерину. Жири не розчиняються у воді - вони гідрофобні. Є завжди інші складні гідрофобні жироподібні речовини в клітці, звані ліпоіди.Однією з основних функцій жирів є енергія. Під час розщеплення 1 г. Жири до С₂ і Н₂Про велику кількість енергії звільняється - 38,9 кДж (~ 9.3 ккал). Вміст жиру в клітинні коливається в діапазоні 5-15% від маси сухої речовини. У клітинах жвавої тканини кількість жиру збільшується до 90%. Основна функція жирів у тваринному (і частково - рослинному) світі - пансіонат.

З повним окисленням 1 г жиру (до двоокису вуглецю та води), відзначається близько 9 ккал енергії. (1 ккал = 1000 CACKALO (CAL, CAL) - інцидентна одиниця кількості робіт та енергії, що дорівнює кількості тепла, необхідного для нагрівання 1 мл води при 1 ° С із стандартним атмосферним тиском 101,325 кПа-1 ккал = 4,19 кДж). При окислюванні (в організмі) 1 г білків або вуглеводів виділяється лише близько 4 ккал / г. При різноманітних водних організмах - від одноклітинних діатомів водоростей до гігантських акул - жир шукає "плавання", зменшуючи середню щільність тіла. Щільність жиру тварин становить близько 0,91-0,95 г / см³. Хребетна щільність кістки близько до 1,7-1.8 г / см³, а середня щільність більшості інших тканин близька до 1 г / см³. Зрозуміло, що жир потрібно досить багато, щоб "балансувати" важкий скелет.

Жири та ліпіди виконують функцію будівництва: вони є частиною клітинних мембран. Через погану теплопровідність жиру здатна захищати функцію. У деяких тварин (печаток, кити), відкладено в підшкірну жирову тканину, утворюючи шар товщиною до 1 м. Формування деяких ліпоїдів передує синтезу ряду гормонів. Тому ці речовини притаманні функції регулювання метаболічних процесів.