De chemische organisatie van de cellen: organische stoffen, macro- en micro-elementen

In de late 19e eeuw vormde het een tak van de biologie genaamd biochemie. Ze is het bestuderen van de chemische samenstelling van levende cellen. De belangrijkste taak van de wetenschap - kennis van de eigenaardigheden van het metabolisme en energie, het reguleren van vitale functies van plantaardige en dierlijke cellen.

Het concept van de chemische samenstelling van cellen

Als resultaat van uitgebreid onderzoek door wetenschappers chemische organisatie van de cellen is onderzocht en vond dat levende wezens zijn samengesteld uit meer dan 85 chemische elementen. En sommigen van hen zijn vereist voor bijna alle organismen, terwijl andere zijn specifiek en komen in specifieke soorten. Een derde groep van chemische elementen in de cellen van micro-organismen, planten en dieren in voldoende kleine hoeveelheden. Chemische elementen van de cel zijn vaak in de vorm van kationen en anionen waaruit minerale zout en water worden gevormd, en organische koolstofverbindingen gesynthetiseerd: koolhydraten, eiwitten, lipiden.

organogene elementen

In biochemie, deze omvatten koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof. De set is in een cel van 88 tot 97% van de andere chemische elementen in het. Vooral belangrijk is koolstof. Alle organische stoffen in de samenstelling van cellen bestaan uit moleculen die koolstof in de samenstelling bevat. Ze kunnen worden verbonden met een ketting (vertakt en onvertakt), en cycli vormen. Dit vermogen koolstofatomen grondslag opvallende verscheidenheid van organische stoffen die in het cytoplasma en organellen.

Bijvoorbeeld de inwendige inhoud van de cel bestaat uit een oplosbaar oligosacharide, hydrofiele eiwitten, lipiden, soorten RNA: transfer RNA, ribosomaal RNA en messenger RNA, evenals vrije monomeren - nucleotiden. Een dergelijke chemische samenstelling een celkern. Het bevat ook een molecule desoxyribonucleïnezuur, een deel van de chromosomen. Alle bovenstaande verbindingen zijn in de samenstelling atomen van stikstof, koolstof- zuurstof, waterstof. Dit is een bewijs van hun bijzonder belang, omdat een chemische organisatie van de cel afhankelijk van de inhoud van biogene elementen die deel uitmaken van cellulaire structuren: hyaloplasm en organellen.

Macronutriënten en hun betekenis

Chemische elementen die in cellen van verschillende soorten organismen ook veel voorkomen, worden biochemie macronutriënten genoemd. De inhoud in de cel is 1,2% - 1,9%. Door macro-cellen omvatten: fosfor, kalium, chloor, zwavel, magnesium, calcium, ijzer en natrium. Allen hebben belangrijke functies en maken deel uit van de verschillende celorganellen. Dus de ferro-ion aanwezig in het bloedeiwit - hemoglobine, die zuurstof (in welk geval het heet oxyhemoglobine), kooldioxide (karbogemoglobin) of kooldioxide (carboxyhemoglobine) draagt.

Natriumionen bevatten belangrijke vorm van intercellulair transport: de zogenaamde natrium-kalium pomp. Ze maken ook deel uit van de interstitiële vloeistof en bloedplasma. Magnesium ionen bevat chlorofylmoleculen (photopigment hogere planten) en zijn betrokken bij het proces van fotosynthese, en vorm -reactiecentra die val fotonen van lichtenergie.

Calciumionen verschaffen geleiding van zenuw impulsen langs de vezels en de hoofdcomponent van osteocyten - botcellen. Calciumverbindingen zijn wijdverspreid in de wereld ongewervelde dieren waarvan schalen bestaan uit calciumcarbonaat.

Chlorideionen zijn betrokken bij het opladen van de celmembraan en geven het verschijnen van elektrische pulsen van de onderliggende neurale stimulatie.

De zwavelatomen van de natieve eiwitten en veroorzaken hun tertiaire structuur "stikken" polypeptideketen, waardoor globulair eiwitmolecuul gevormd.

Kaliumionen bij het vervoer van stoffen door celmembranen. fosforatomen maken deel uit van deze belangrijke energie-intensieve stoffen zoals adenosinetrifosfaat, en is een belangrijk onderdeel van de moleculen van deoxyribonucleic en ribonucleïnezuren, die de belangrijkste stoffen cel erfelijkheid zijn.

Trace functie in de celstofwisseling

Ongeveer 50 chemische elementen die minder dan 0,1% van de cellen, de zogenaamde microcellen. Deze omvatten zink, molybdeen, jodium, koper, kobalt, fluor. Met weinig onderhoud een zeer belangrijke functie uit te voeren zij, als onderdeel van een groot aantal biologisch actieve stoffen.

Bijvoorbeeld het zink atomen in het insulinemolecuul (pancreashormoon regelen bloedglucosespiegel) jodium is een bestanddeel van de schildklierhormonen - thyroxine en triiodothyronine regelen van het niveau van metabolisme in het lichaam. Koper, samen met de op hematopoiese (de vorming van rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen in het beenmerg van vertebraten) ijzerionen. Koperionen in hemocyanine pigment aanwezig in het bloed van invertebraten dergelijke schelpdieren. Daarom is de kleur van hun hemolymfe blauw.

Meer minder inhoud in de cel dergelijke chemische elementen zoals lood, goud, broom, zilver. Ze heten ultromikroelementami en een deel van de plantaardige en dierlijke cellen. Bijvoorbeeld in chemische analyse mais weevil goudionen gedetecteerd. Broomatomen in een groot aantal cellen in de thalli van bruine en rode algen, zoals Sargassum, Laminaria, fucus.

Alle eerder deze voorbeelden en feiten uit te leggen hoe met elkaar verbonden chemische samenstelling, de functie en de structuur van de cellen. Onderstaande tabel toont de inhoud van verschillende chemische elementen in de cellen van levende organismen.

Algemene eigenschappen van organische verbindingen

Chemische eigenschappen van cellen van verschillende groepen van organismen in een bepaalde manier afhankelijk van de koolstofatomen, die meer dan 50% van de celmassa. Vrijwel alle droge celmateriaal wordt weergegeven koolhydraten, eiwitten, nucleïnezuren en lipiden, dat een ingewikkelde structuur en hoog molecuulgewicht. Dergelijke moleculen worden genoemd macromoleculen (polymeren) en bestaan uit eenvoudige elementen - monomeren. Eiwit stoffen spelen een uiterst belangrijke rol en het uitvoeren van een verscheidenheid aan functies, die hieronder worden besproken.

De rol van eiwitten in de cel

Biochemische analyse van verbindingen aangaan van een levende cel, bevestigt hoog gehalte aan organische substanties zoals eiwitten. Dit feit heeft een logische verklaring: eiwitten uitvoeren van een verscheidenheid aan functies en zijn betrokken bij alle aspecten van de levensduur van de cel.

Bijvoorbeeld, de beschermende functie van eiwitten is de vorming van antilichamen - antilichamen die door lymfocyten. Dergelijke beschermende proteïnen zoals trombine, fibrine en tromboblastin bieden bloedstolling en het verlies bij trauma en letsel. De complexe samenstelling van de cel omvat het celmembraan eiwitten met het vermogen om vreemde stoffen te herkennen - antigenen. Ze veranderen hun configuratie en verslag cel van de mogelijke gevaren (alarmfunctie).

Sommige eiwitten hebben een regulerende functie en zijn hormonen, bijvoorbeeld oxytocine, geproduceerd door de hypothalamus, hypofyse voorbehouden. Uitgaande van het in het bloed, oxytocine werkt op de spierwand van de baarmoeder, waardoor de reductie. vasopressine eiwit dient ook een regulerende functie door het regelen van de bloeddruk.

De spiercellen actine en myosine, in staat te krimpen, waarbij de motorische functie van spierweefsel veroorzaakt. Voor proteïnen, typische en trofische werking, bijvoorbeeld albumine embryo als voedingsstof voor ontwikkeling. Bloedeiwitten van verschillende organismen, zoals hemoglobine en hemocyanine, zuurstofmoleculen worden overgedragen - bedienen transportfunctie. Indien meer energieverbruikende stoffen zoals koolhydraten en lipiden, volledig opgebruikt, begint de cel eiwitten af te breken. Eén gram van dit materiaal 17 geeft 2 kJ energie. Een van de belangrijkste functies van eiwitten katalytisch (eiwitten, enzymen chemische reacties versnellen cytoplasmatische compartimenten). Op basis van het bovenstaande hebben we gezien dat de eiwitten een aantal belangrijke functies en noodzakelijk onderdeel van de dierlijke cel.

eiwit biosynthese

Beschouw het proces van eiwitsynthese in een cel, die optreedt in het cytoplasma via organellen zoals ribosomen. Dankzij de activiteit van specifieke enzymen, met deelname van het ribosoom calciumionen combineren polysomen. De hoofdfuncties van de ribosomen in de cel - de synthese van eiwitmoleculen vanaf het transcriptieproces. Als gevolg daarvan worden gesynthetiseerd mRNA-moleculen, met daaraan gebonden polysomen. Dan begint de tweede proef - uitzending. Transport RNA binden tot twintig verschillende aminozuren en deze onder de polysomen, en aangezien de functie van ribosomen in de cel - een synthese van polypeptiden, deze organellen complexen vormen met tRNA en aminozuur moleculen met elkaar verbonden door peptidebindingen van een eiwit macromolecuul te vormen.

De rol van water in de stofwisseling

Cytologische studies hebben met het feit dat de cel structuur en de samenstelling van die wij bestuderen, een gemiddelde van 70% water, en in vele dieren, het leiden van een water manier van leven (bijvoorbeeld holtedieren) de inhoud van 97-98% bereikt bevestigd. Gezien deze chemische complex van cellen omvat hydrofiele (kan oplossen) en hydrofoob (waterafstotend) materiaal. Als universele polair oplosmiddel, water speelt een cruciale rol en heeft een directe invloed niet alleen op de functie, maar ook in de structuur van de cellen. De onderstaande tabel toont het watergehalte in verschillende soorten cellen van levende organismen.

De functie van koolhydraten in de cel

Zoals we eerder uitgelegd, belangrijke organische chemicaliën - polymeren - zijn ook koolhydraten. Deze omvatten polysacchariden, oligosacchariden en monosacchariden. Koolhydraten zijn onderdeel van complexere systemen - glycolipiden en glycoproteïnen, gebouwd van cellulaire membranen en nadmembrannye structuur, b.v. glycocalyx.

Verder koolstof in de koolhydraat atomen van waterstof en zuurstof, en sommige polysacchariden bevatten meer stikstof, zwavel en fosfor. De cellen van veel plantaardige koolhydraten: aardappelknollen bevatten tot 90% zetmeel in zaden en vruchten koolhydraatgehalte tot 70%, en dierlijke cellen worden aangetroffen in de vorm van verbindingen zoals glycogeen, chitine en trehalose.

Eenvoudige suikers (monosachariden) hebben de algemene formule CnH2nOn en verdeeld in tetrosen, triose, pentose en hexose. De laatste twee zijn de meest voorkomende in de cellen van levende organismen, bijvoorbeeld ribose en desoxyribose maken deel uit van nucleïnezuren en glucose en fructose zijn betrokken bij de reacties van assimilatie en dissimilatie. Oligosacchariden worden vaak gevonden in plantencellen: sucrose wordt opgeslagen in de cellen van suikerbieten en suikerriet, maltose in caryopses gekiemde rogge en gerst.

Disacchariden een zoete smaak en zijn gemakkelijk oplosbaar in water. Polysacchariden, waarbij de biopolymeren bestaan voornamelijk uit zetmeel, cellulose, glycogeen en laminarine. De structurele vormen omvatten polysacchariden chitine. De primaire functie van koolhydraten in de cel - energie. Door hydrolysereacties en energiemetabolisme polysachariden gesplitst in glucose en vervolgens wordt geoxideerd tot kooldioxide en water. Dientengevolge, een gram glucose releases 17,6 kJ energie en reserves zetmeel en glycogeen, in wezen cellulaire energiereservoir.

Glycogeen wordt voornamelijk afgezet in spier- en levercellen, plantaardig zetmeel - in knollen, bollen, wortels, zaden en geleedpotigen, zoals spinnen, insecten en schaaldieren, de belangrijkste rol in de energievoorziening speelt een oligosaccharide trehalose.

Koolhydraten zijn verschillend van lipiden en eiwitten, het vermogen om anoxische afbraak. Dit is uiterst belangrijk voor de organismen die in de voorwaarden van een tekort of afwezigheid van zuurstof, zoals anaërobe bacteriën en wormen - parasieten van mensen en dieren.

Er is een andere functie van koolhydraten in de cel - constructie (structureel). Het ligt in het feit dat deze stoffen draagconstructies cellen. Bijvoorbeeld cellulose maakt deel uit van de celwanden van planten, chitine een buitenste skelet en vele ongewervelde treedt in schimmelcellen, olisaharidy met lipiden en eiwitten moleculen glycocalyx - nadmembranny complex. Het voorziet hechting - tussen een samenklontering dierlijke cellen, wat leidt tot de vorming van weefsel.

Lipiden: structuur en functie

Deze organische stoffen, die hydrofoob (water oplosbaar) zijn verwijderd kan worden, d.w.z. uit de cellen geëxtraheerd door middel van polaire oplosmiddelen, zoals aceton of chloroform. functie van lipiden in de cel hangt af van welke van de drie groepen zij behoren: vetten, wassen of steroïden. Vetten zijn de meest voorkomende in alle soorten cellen.

Dieren accumuleren ze in het subcutane adipose weefsel, zenuwweefsel bevat vet in de vorm van de myelineschede van zenuwen. Accumuleert ook in de nieren, lever, insecten - de dikke lichaam. Vloeibare vetten - oliën - gevonden in de zaden van vele planten: dennen, pinda, zonnebloem, olijf. Het lipidegehalte in cellen varieert van 5 tot 90% (in het vetweefsel).

Steroïden en wassen verschillen van vetten doordat ze niet in de moleculen van vetzuurresten. Dus, steroïden - het is hormonen bijnierschors, waardoor de puberteit het lichaam en welke onderdelen van testosteron zijn. Ze maken ook deel uit van vitaminen (bijvoorbeeld vitamine D).

De hoofdfunctie van lipiden in de cel - de energie, bouw en bescherming. De eerste is te wijten aan het feit dat 1 gram vet bij de splitsing geeft 38,9 kJ energie - veel meer dan andere organische stoffen - eiwitten en koolhydraten. Verder wordt in de oxidatie van vet 1d het staat bijna 1.1 c. water. Dat is de reden waarom sommige dieren hebben een voorraad van vet in je lichaam kan een lange tijd zonder water. Zo kan gophers slapende voor meer dan twee maanden, zonder de behoefte aan water, en drinkt geen water kameel bij overgangen door de woestijn voor 10-12 dagen.

Constructie van lipiden functie ligt in het feit dat zij integraal onderdeel van celmembranen, en een deel van de zenuw. De beschermende functie van lipiden bestaat hierin dat de vetlaag onder de huid rond de nieren en andere inwendige organen te beschermen tegen mechanische schade. Specifieke isolatie functie inherent aan de dieren gedurende een lange tijd in het water: walvissen, zeehonden, zeehonden. Dikke onderhuidse vetlaag bijvoorbeeld blauw walvis 0,5 m, beschermt het dier onderkoeld.

Waarde Zuurstof in de celstofwisseling

Aeroob, die de overgrote meerderheid van dieren, planten en mensen omvatten het gebruik van luchtzuurstof voor energie-uitwisseling reacties die leiden tot de splitsing van organische stoffen en de toewijzing van een bepaalde hoeveelheid opgeslagen energie in de vorm van moleculen adenosinetrifosfaat.

Dus de volledige oxidatie van een mol glucose die optreedt in het mitochondriale cristae, 2800 kJ energie wordt toegewezen, waarvan 1596 kJ (55%) wordt in de vorm van ATP moleculen die macroergic verbinding. Zo is de primaire functie van zuurstof in de cel - de toepassing van aërobe ademhaling, die is gebaseerd op een groep van enzymatische reacties zogenaamde ademhalingsketen optreedt in organellen - mitochondria. In prokaryote organismen - fototrofe bacteriën en blauwalgen - oxidatie van voedingsstoffen optreedt onder invloed van zuurstof diffundeert in de cellen in de inwendige uitsteeksels van plasmamembranen.

We hebben chemische organisatie van de cellen is onderzocht, evenals de processen van eiwitsynthese en zuurstof functie in de cellulaire energiestofwisseling.