L'organització química de les cèl·lules: substàncies orgàniques, macro i microelements

Al segle 19 es va formar una branca de la biologia flama bioquímica. Ella està estudiant la composició química de les cèl·lules vives. La principal tasca de la ciència - el coneixement de les peculiaritats del metabolisme i l'energia, la regulació de les funcions vitals de les cèl·lules vegetals i animals.

El concepte de la composició química de les cèl·lules

Com a resultat d'una extensa investigació realitzada per científics organització química de les cèl·lules s'ha estudiat i trobat que els éssers vius estan compostos per més de 85 elements químics. I alguns d'ells són necessaris per a gairebé tots els organismes, mentre que altres són específics i es produeixen en determinades espècies. Un tercer grup d'elements químics presents en les cèl·lules de microorganismes, plantes i animals en quantitats prou petites. Els elements químics de la cèl·lula són sovint en forma de cations i anions dels quals es formen sal mineral i aigua, i compostos orgànics de carboni es sintetitzen: carbohidrats, proteïnes, lípids.

elements organógenas

En bioquímica, aquests inclouen carboni, hidrogen, oxigen i nitrogen. El seu conjunt està en una cel·la del 88 al 97% dels altres elements químics presents en ella. Especialment important és carboni. Totes les substàncies orgàniques en la composició de cèl·lules consisteixen en molècules que contenen carboni en els seus àtoms de composició. Ells es poden interconnectar per formar una cadena (ramificat i no ramificat), així com cicles. Aquesta aptitud àtoms de carboni subjau sorprenent diversitat de substàncies orgàniques incloses en el citoplasma de la cèl·lula i els orgànuls.

Per exemple, el contingut intern de la cèl·lula consisteix en un oligosacàrid soluble, proteïnes hidròfiles, lípids, diversos tipus d'ARN: ARN de transferència, ARN ribosomal i ARN missatger, així com monòmers lliures - nucleòtids. Tal composició química té un nucli cel·lular. També conté una molècula d'àcid desoxiribonucleic, una part dels cromosomes. Tots els compostos anteriors són en els seus àtoms de composició de nitrogen, carboni amb l'oxigen, hidrogen. Aquesta és una prova de la seva importància particular, ja que una organització química de la cèl·lula depèn del contingut d'elements biogènics que conformen les estructures cel·lulars: hyaloplasm i orgànuls.

Macronutrientes i els seus significats

Els elements químics, que també són molt comuna en cèl·lules de diversos tipus d'organismes, la bioquímica es diuen macronutrients. El seu contingut en la cèl·lula és de 1,2% - 1,9%. Per macroelements cèl·lules inclouen: fòsfor, potassi, clor, sofre, magnesi, calci, ferro i sodi. Tots ells tenen funcions importants i formen part dels diversos orgànuls cel·lulars. Per tant, l'ió ferrós és present a la proteïna de la sang - hemoglobina, que transporta l'oxigen (en aquest cas es diu oxihemoglobina), diòxid de carboni (karbogemoglobin) o diòxid de carboni (carboxihemoglobina).

Els ions de sodi proporcionen important forma de transport intercel·lular: la bomba de trucada de sodi-potassi. També són part de la plasma líquid i sang intersticial. Els ions de magnesi presents en les molècules de clorofil·la (fotopigmento plantes superiors) i estan involucrats en el procés de fotosíntesi, així com centres de reacció de manera que atrapen els fotons de l'energia de la llum.

Els ions de calci proporcionen la conducció d'impulsos nerviosos al llarg de les fibres i són el principal component dels osteòcits - cèl·lules òssies. compostos de calci són molt estesa en els animals invertebrats món les petxines estan compostes de carbonat de calci.

Els ions clorur estan implicats en la recàrrega de la membrana cel·lular i proporcionar l'aspecte d'impulsos elèctrics de l'estimulació neural subjacent.

Els àtoms de sofre són part de la proteïna nativa i causen la seva estructura de cadena de polipèptid "costura" terciària, formant d'aquesta manera molècula de proteïna globular.

Els ions de potassi estan implicats en el transport de substàncies a través de les membranes cel·lulars. àtoms de fòsfor són una part d'aquest important substàncies d'elevat consum energètic, com ara el trifosfat d'adenosina, i és un component important de les molècules d'àcids desoxirribonucleicos i ribonucleicos, que són la principal herència cel·lular substàncies.

funció de rastreig en el metabolisme cel·lular

Prop de 50 elements químics que constitueixen menys del 0,1% en les cèl·lules, anomenats microcélulas. Aquests inclouen zinc, molibdè, iode, coure, cobalt, fluor. Amb un baix manteniment que realitzen una funció molt important, com a part de moltes substàncies biològicament actives.

Per exemple, els àtoms de zinc són a la molècula d'insulina (hormona nivell de glucosa en sang de regulació de pàncrees), el iode és un constituent de les hormones tiroïdals - tiroxina i triiodotironina controlar el nivell de metabolisme en el cos. El coure, juntament amb ions de ferro involucrades en l'hematopoesi (la formació de glòbuls vermells, plaquetes i cèl·lules blanques de la sang en la medul·la òssia dels vertebrats). Els ions de coure s'inclouen en pigment hemocianina present en la sang d'invertebrats, com mariscs. Per tant, el color blau de la seva hemolimfa.

menys contingut Més en la cèl·lula elements químics com ara el plom, l'or, brom, plata. Es diuen ultromikroelementami i part de les cèl·lules vegetals i animals. Per exemple, en l'anàlisi química es van detectar ions d'or corc del blat de moro. àtoms de brom en un gran nombre de cèl·lules incloses en els talos d'algues brunes i vermelles, com Sargassum, Laminaria, Fucus.

Tot el que s'ha aquests exemples i fets expliquen com composició química relacionats entre si, la funció i l'estructura de les cèl·lules. La següent taula mostra el contingut de diversos elements químics en les cèl·lules dels organismes vius.

Característiques generals de compostos orgànics

Propietats químiques de cèl·lules de diferents grups d'organismes en una certa manera depenent dels àtoms de carboni, que representen més del 50% de la massa cel·lular. Pràcticament tota la matèria de cèl·lules seques es representa hidrats de carboni, proteïnes, àcids nucleics i lípids, que tenen una estructura complexa i d'alt pes molecular. Tals molècules es diuen macromolècules (polímers) i es componen d'elements més simples - monòmers. substàncies proteiques juguen un paper molt important i realitzen una varietat de funcions, que es discuteixen a continuació.

El paper de les proteïnes en la cèl·lula

L'anàlisi bioquímic de compostos d'entrar en una cèl·lula viva, confirma alt contingut de substàncies orgàniques com ara proteïnes. Aquest fet té una explicació lògica: les proteïnes realitzen una varietat de funcions i estan involucrats en tots els aspectes de la vida cel·lular.

Per exemple, la funció protectora de les proteïnes és la formació d'anticossos - Els anticossos produïts pels limfòcits. Tals proteïnes de protecció, com ara trombina, fibrina i tromboblastin proporcionen coagulació de la sang i prevenir la seva pèrdua en el trauma i lesió. La complexa composició de la cèl·lula inclou les proteïnes de la membrana cel·lular que té la capacitat de reconèixer compostos estranys - antígens. Canvien la seva configuració i cel·la d'informe dels riscos potencials (funció d'alarma).

Algunes proteïnes tenen una funció reguladora i són hormones, com l'oxitocina, produïda per l'hipotàlem, hipòfisi reservada. En vista d'això en la sang, l'oxitocina actua sobre la paret muscular de l'úter, provocant la seva reducció. proteïna vasopresina també serveix una funció reguladora mitjançant el control de la pressió arterial.

Les cèl·lules musculars són l'actina i la miosina, són capaços de reduir la mida, el que fa que la funció de motor de teixit muscular. Per a les proteïnes, funció típica i tròfic, per exemple, embrió d'albúmina usada com un nutrient per al desenvolupament. Proteïnes de la sang de diversos organismes, com ara l'hemoglobina i la hemocianina, les molècules d'oxigen es transfereixen - operar funció de transport. Si més substàncies que consumeixen energia, com ara hidrats de carboni i lípids, utilitzen completament, la cèl·lula comença a descompondre les proteïnes. Un gram d'aquest material 17 dóna 2 kJ d'energia. Una de les funcions més importants de les proteïnes és catalítica (proteïnes, enzims acceleren les reaccions químiques en els compartiments citoplásmicos). Basat en l'anterior, hem vist que les proteïnes tenen una sèrie de funcions molt importants i part necessària de la cèl·lula animal.

la biosíntesi de proteïnes

Penseu el procés de síntesi de proteïnes en una cèl·lula, que es produeix en el citoplasma a través d'orgànuls com ara ribosomes. Gràcies a l'activitat d'enzims específics, amb la participació dels ions de calci de ribosomes es combinen per polisomas. Les principals funcions dels ribosomes en la cèl·lula - la síntesi de molècules de proteïna, començant el procés de transcripció. Com a resultat d'això es sintetitzen molècules d'ARNm, al qual estan units polisomas. Llavors comença el segon judici - difusió. Transport d'ARN s'uneixen a vint diferents tipus d'aminoàcids i els porta als polisomas, i ja que la funció dels ribosomes de la cèl·lula - una síntesi de polipèptids, aquests orgànuls formar complexos amb tRNA, i molècules d'àcid amino estan units entre si per enllaços peptídics per formar una macromolècula proteïna.

El paper de l'aigua en el metabolisme

Estudis citològics han confirmat el fet que l'estructura i composició de les cèl·lules de les que estudien, una mitjana de 70% d'aigua, i en molts animals, el que porta una forma aigua de la vida (per exemple, celenterats) el seu contingut arriba a 97-98%. En vista d'aquesta organització química de les cèl·lules inclou hidròfil (capaç de dissoldre) i material hidròfob (repel·lent a l'aigua). Com dissolvent polar universals, l'aigua juga un paper crucial i té un impacte directe no només en la funció, sinó també en la pròpia estructura de les cèl·lules. La següent taula mostra el contingut d'aigua en diversos tipus de cèl·lules dels organismes vius.

La funció dels carbohidrats en la cèl·lula

Com vam explicar anteriorment, a importants orgànics químics - polímers - també són carbohidrats. Aquests inclouen polisacàrids, oligosacàrids i monosacàrids. Els hidrats de carboni són part dels sistemes complexos més - glicolípids i glicoproteïnes, que es construeixen de les membranes cel·lulars i l'estructura nadmembrannye, per exemple glicocalix.

A més de carboni en l'hidrat de carboni inclou àtoms d'hidrogen i l'oxigenació, i alguns polisacàrids conté més nitrogen, sofre i fòsfor. Les cèl·lules de molts carbohidrats de la planta: Els tubercles de patata contenen fins a un 90% de midó en llavors i contingut de carbohidrats de la fruita fins al 70%, i les cèl·lules animals es troben en la forma de compostos com ara el glucogen, la quitina i trehalosa.

Els sucres simples (monosacàrids) tenen la fórmula general CnH2nOn i dividit en tetroses, triosa, pentosa i hexosa. Els dos últims són els més comuns en les cèl·lules d'organismes vius, per exemple, ribosa i desoxiribosa són part dels àcids nucleics, i la glucosa i la fructosa estan implicats en les reaccions de l'assimilació i dissimilació. Els oligosacàrids es troben sovint en les cèl·lules vegetals: sacarosa s'emmagatzema en les cèl·lules de remolatxa sucrera i canya de sucre, maltosa continguda en cariópsides sègol i ordi germinat.

Disacàrids tenen un sabor dolç i són fàcilment solubles en aigua. Polisacàrids, sent els biopolímers consisteixen principalment en midó, cel·lulosa, glucogen i laminarina. Les formes estructurals inclouen polisacàrids quitina. La funció primària d'hidrats de carboni en la cèl·lula - l'energia. Com a resultat de les reaccions d'hidròlisi i metabolisme de l'energia s'escindeix polisacàrids a la glucosa, i s'oxida a diòxid de carboni i aigua. Com a resultat, un gram de comunicats de glucosa 17,6 kJ d'energia i les reserves de midó i glucogen, són essencialment dipòsit d'energia cel·lular.

El glucogen es diposita principalment en les cèl·lules del múscul i del fetge, midó vegetal - en els tubercles, bulbs, arrels, llavors i artròpodes, com ara aranyes, insectes i crustacis, el paper principal en el subministrament d'energia té un trehalosa oligosacàrid.

Els hidrats de carboni són diferents de lípids i proteïnes, la capacitat de degradació anòxica. Això és extremadament important per als organismes que viuen en condicions de deficiència o absència d'oxigen, com ara bacteris anaerobis, i helmints - paràsits d'éssers humans i animals.

Hi ha una altra funció d'hidrats de carboni en la cèl·lula - la construcció (estructural). Es troba en el fet que aquestes substàncies estan donant suport a les estructures de les cèl·lules. Per exemple, la cel·lulosa és una part de les parets cel·lulars de les plantes, la quitina forma un esquelet extern i molts invertebrats es produeix en cèl·lules de fongs, olisaharidy juntament amb lípids i molècules de proteïnes formen glicocalix - complex nadmembranny. Es proporciona una adhesió - entre unes cèl·lules animals aglutinació, que condueix a la formació de teixit.

Lípids: estructura i funció

Aquestes substàncies orgàniques, que són hidròfobes (insolubles en aigua) es poden eliminar, és a dir, extrets de les cèl·lules mitjançant dissolvents no polars, com ara acetona o cloroform. funció dels lípids en la cèl·lula depèn de quin dels tres grups als quals pertanyen: als greixos, ceres o esteroides. Els greixos són els més comuns en tots els tipus de cèl·lules.

Animals ells s'acumulen en el teixit adipós subcutani, teixit neural conté greix en la forma d' la beina de mielina dels nervis. També s'acumula en els ronyons, el fetge, els insectes - en el greix corporal. greixos líquids - olis - que es troben en les llavors de moltes plantes pi, de cacauet, de gira-sol, d'oliva. El contingut de lípids en les cèl·lules varia de 5 a 90% (en el teixit adipós).

Els esteroides i ceres difereixen de greixos en que no tenen en les molècules de residus d'àcids grassos. Així, els esteroides - És hormones escorça suprarenal, que afecta la pubertat el cos i que són components de la testosterona. Són també part de vitamines (per exemple, la vitamina D).

La funció principal dels lípids en la cèl·lula - és l'energia, construcció i protecció. El primer és a causa del fet que 1 gram de greix en l'escissió dóna 38,9 kJ d'energia - molt més que altres substàncies orgàniques - proteïnes i hidrats de carboni. D'altra banda, en l'oxidació del greix 1d mesura uns 1,1 c. aigua. És per això que alguns animals tenen una reserva de greix en el seu cos pot ser un llarg temps sense aigua. Per exemple, els talps poden ser en estat latent durant més de dos mesos, sense la necessitat d'aigua, i no beu camell aigua a transicions a través del desert durant 10-12 dies.

Construcció de funció lípids rau en el fet que són una part integral de les membranes cel·lulars, així com part del nervi. La funció protectora dels lípids consisteix en el fet que la capa de greix sota la pell al voltant dels ronyons i altres òrgans interns els protegeix de danys mecànics. funció d'aïllament tèrmic específic és inherent als animals durant molt de temps estar a l'aigua: balenes, foques, segells de pell. Gruixuda capa adiposa subcutània, per exemple, balena blava és 0,5 m, que protegeix l'animal de la hipotèrmia.

Oxygen Valor en el metabolisme cel·lular

Els organismes aeròbics, que inclouen la gran majoria d'animals, plantes i l'home, usant oxigen atmosfèric per a les reaccions d'intercanvi d'energia que condueixen a la dissociació de les substàncies orgàniques i l'assignació d'una certa quantitat d'energia acumulada en forma de molècules de trifosfat d'adenosina.

Per tant, l'oxidació completa d'un mol de glucosa que es produeix en les crestes mitocondrials, 2800 kJ d'energia s'assigna, dels quals 1.596 kJ (55%) s'emmagatzema en forma de molècules d'ATP que contenen connexió macroergic. Per tant, la funció primària d'oxigen a la cèl·lula - l'aplicació de la respiració aeròbica, que es basa en un grup de reaccions enzimàtiques anomenada cadena respiratòria que passa en orgànuls - mitocòndries. En els organismes procariòtics - bacteris fototròfics i cianobacteris - oxidació dels nutrients es produeix sota la influència d'oxigen es difon en les cèl·lules en les protuberàncies internes de les membranes plasmàtiques.

Tenim organització química de les cèl·lules s'ha estudiat, així com els processos de síntesi de proteïnes i la funció oxigen en el metabolisme de l'energia cel·lular.