Химическият състав на клетката

Около 60 елемента от периодичната система на Менделеев, открити в неодушевен характер, са открити в клетките. Това е едно от доказателствата за общата на живот и неодушевен характер. В живите организми най -често срещаните водород, кислород, въглерод и азот, които представляват около 98% от масата на клетките. Това се дължи на характеристиките на химичните свойства на водород, кислород, въглерод и азот, в резултат на което те се оказаха най -подходящи за образуването на молекули, които изпълняват биологични функции. Тези четири елемента са в състояние да образуват много силни ковалентни връзки чрез чифтосване на електрони, принадлежащи към два атома. Ковалентно свързани въглеродни атоми могат да образуват рамките на безброй различни органични молекули. Тъй като въглеродните атоми лесно образуват ковалентни връзки с кислород, водород, азот, както и със сиви, органичните молекули постигат изключителна сложност и разнообразие.

В допълнение към четирите основни елемента в клетката в забележими количества (10^с и 100^с Процентни акции) съдържат желязо, Калий, натрий, калций, магнезий, хлор, Фосфор и сяра. Всички останали елементи (Цинк, Мед, йод, флуор, Кобалт, манган и т.н.) са в клетка в много малки количества и затова се наричат следи елементи.

Химическите елементи са част от неорганични и органични съединения. Неорганичните съединения включват вода, минерални соли, въглероден диоксид, киселина и основа. Органичните съединения са Катерици, нуклеинова киселина, въглехидрати, Дебел (липиди) и Липоиди.

Някои протеини съдържат сяра. Неразделна част от нуклеиновите киселини е Фосфор. Молекулата на хемоглобин включва желязо, магнезий Участва в изграждането на молекулата Хлорофил. Микроелементите, въпреки изключително ниското съдържание на живите организми, играят важна роля в процесите на живота. Йод Той е част от хормона на щитовидната жлеза - тироксин, Кобалт - В състава на витамин В₁₂Хормонът на островската част на панкреаса - инсулин - съдържа Цинк. В някои риби мястото на желязото в молекулите на пигменти, които носят кислород, заема мед.

Неорганични вещества

Вода

н₂O - най -честото съединение в живите организми. Съдържанието му в различни клетки се колебае доста широко: от 10% в емайла на зъбите до 98% в тялото на медузите, но е средно около 80% от телесното тегло. Изключително важната роля на водата за осигуряване на процесите на живот се дължи на нейните физически и химични свойства. Полярността на молекулите и способността за образуване на водородни връзки правят водата добър разтворител за огромно количество вещества. Повечето химични реакции в клетката могат да се появят само във воден разтвор. Водата също участва в много химични трансформации.

Общият брой на водородните връзки между водните молекули се променя в зависимост от t°. При t° Леденото топене от приблизително 15% от водородните връзки е унищожено, при T ° С - половината. При преминаване към газообразно състояние всички водородни връзки се унищожават. Това обяснява високия специфичен топлинен капацитет на водата. С промяна във външната среда водата абсорбира или освобождава топлина поради разкъсване или неоплазма на водородни връзки. По този начин колебанията на T ° вътре в клетките се оказват по -малки, отколкото в околната среда. Високата топлина на изпаряването е в основата на ефективния механизъм за пренос на топлина в растенията и животните.

Водата като разтворител участва в явленията на осмоза, която играе важна роля в жизнената активност на тялото на тялото. Осмозата е проникването на молекулите на разтворителя през полупропусклива мембрана в разтвор на всяко вещество. Мембраните, които преминават молекулите на разтворителя. Следователно осмозата е една дифузия на водни молекули в посока на разтвора.

Минерални соли

Повечето от неорганичните VN клетки са под формата на соли в дисоциирани или в твърдо състояние. Концентрацията на катиони и аниони в клетката и в околната среда не е същата. Клетката съдържа доста k и много Na. В извънклетъчната среда, например в кръвната плазма, в морската вода, напротив, има много натрий и малък калий. Разглъщаемостта на клетката зависи от съотношението на концентрациите на Na йони⁺, К⁺, CA²⁺, Mg²⁺. В тъканите на многоклетъчните животни, до многоклетъчно вещество, което осигурява клетъчен съединител и тяхното подредено местоположение. Осмотичното налягане в клетката и неговите буферни свойства зависят от концентрацията на соли до голяма степен. Буферът е способността на клетката да поддържа слаба реакция на съдържанието си на постоянно ниво. Буфер вътре в клетката се осигурява главно от йони n₂Ро_четири И NRO_четири^2-. В извънклетъчните течности и в кръвта ролята на буфера играе₂Co₃ и nso₃^-. Анионите са свързани с йони N и хидроксидни йони (He^-), поради която реакцията вътре в клетката на извънклетъчните течности практически не се променя. Неразтворимите минерални соли (например фосфат SA) гарантира силата на костната тъкан на гръбначните животни и черупките на мекотели.

Органични вещества на клетката

Катерици

Сред органичните вещества на клетките, протеините са на първо място по отношение на количеството (10 - 12% от общата маса на клетката) и на стойност. Катеричките са високомолекулярни полимери (с молекулна маса от 6000 до 1 милион. и по -горе), мономерите на които са аминокиселини. 20 аминокиселини се използват от живи организми, въпреки че има много повече от тях. Съставът на всяка аминокиселина включва амино група (-NH₂) с основни свойства и карбоксилна група (-son) с киселинни свойства. Две аминокиселини са свързани към една молекула чрез установяване на връзка на HN-CO с освобождаването на водна молекула. Връзката между амино групата на една аминокиселина и карбоксил друга се нарича пептид. Протеините са полипептиди, съдържащи десетки и стотици аминокиселини. Молекулите на различни протеини се различават една от друга с молекулна маса, брой, аминокиселини и последователност от местоположение в полипептидна верига. Следователно е ясно, че протеините са много разнообразни, техният брой във всички видове живи организми се оценява с броя на 10^Десет - Десет¹².

Верига от аминокиселинни връзки, свързани с ковалентни пептидни връзки в определена последователност, се нарича първична структура на протеина. В клетките протеините изглеждат като спирално усукани влакна или топки (глобус). Това се дължи на факта, че в естествения протеин полипептидната верига е положена по строго дефиниран начин в зависимост от химическата структура на аминокиселините, които са част от него.

Отначало полипептидната верига се превръща в спирала. Между атомите на съседните завои възниква привличане и се образуват водородни връзки, по-специално между NH и когрупи, разположени на съседни завои. Аминокиселинната верига, усукана под формата на спирална, образува вторичната структура на протеина. В резултат на по -нататъшно полагане на спиралата се случва конфигурация, специфична за всеки протеин, наречена третична структура. Третичната структура се дължи на действието на адхезионните сили между хидрофобните радикали, налични в някои аминокиселини, и ковалентните връзки между цистеиновите аминокиселини (S-S-комуникация). Броят на аминокиселините чрез хидрофобни радикали и цистеин, както и процедурата за тяхното местоположение в полипептидната верига са специфични за всеки протеин. Следователно характеристиките на третичната структура на протеина се определят от неговата първична структура. Протеинът показва биологична активност само под формата на третична структура. Следователно, замяната на дори една аминокиселина в полипептидна верига може да доведе до промяна в конфигурацията на протеина и до намаляване или загуба на неговата биологична активност.

В някои случаи протеиновите молекули се комбинират помежду си и могат да изпълняват функцията си само под формата на комплекси. И така, хемоглобинът е комплекс от четири молекули и само в тази форма е в състояние да се прикрепи и транспортира около. Такива единици са кватернерна структура на протеина. В своя състав протеините са разделени на два основни класа - прости и сложни. Простите протеини се състоят само от аминокиселини нуклеинови киселини (нуклеотиди), липиди (липопротеини), ME (металопротеини), P (фосфопротеини).

Функциите на протеините в клетката са изключително разнообразни. Една от най -важните е строителната функция: протеините участват във образуването на всички клетъчни мембрани и органоиди на клетката, както и вътреклетъчни структури. Изключително важна е ензимната (каталитична) роля на протеините. Ензимите ускоряват химичните реакции, възникващи в клетката в 10^Ки и 100^{Нито едното} Милион пъти. Двигателната функция се осигурява от специални контрактилни протеини. Тези протеини участват във всички видове движения, към които клетките и организмите са способни: трептящи реснички и огъване на флагла в протозои, мускулно свиване при животни, движещи се листа в растенията и т.н. Транспортната функция на протеините се състои в добавянето на химични елементи (например хемоглобинът свързва O) или биологично активни вещества (хормони) и ги прехвърля в тъкани и органи на тялото. Защитната функция се експресира под формата на производство на специални протеини, наречени антитела, в отговор на проникването на чужди протеини или клетки в тялото. Антителата се свързват и неутрализират чужди вещества. Протеините играят важна роля като източници на енергия. С пълна разбивка на 1G. Издадени са катерици 17,6 kJ (~ 4.2 kcal).

Въглехидрати

Въглехидрати или захарни - органични вещества с обща формула (SN₂O)_Н. Повечето въглехидрати имат броя на атомите n два пъти повече от броя на атомите, както във водните молекули. Следователно тези вещества се наричат въглехидрати. В жива клетка въглехидратите са в количества, които не надвишават 1-2, понякога 5% (в черния дроб, в мускулите). Растителните клетки са най -богати на въглехидрати, където съдържанието им достига в някои случаи 90% от масата на сухото вещество (семена, картофени грудки и др.Д.).

Въглехидратите са прости и сложни. Простите въглехидрати се наричат монозахариди. В зависимост от броя на въглехидратните атоми в молекулата, монозахаридите се наричат триози, тетроза, пентоза или шексози. От шестте въглеродни монозахариди - хексоза - глюкоза, фруктоза и галактоза са най -важни. Глюкозата се намира в кръвта (0,1-0,12%). Пентозите на рибоза и дезоксирибозата са част от нуклеиновите киселини и ATP. Ако два монозахариди се комбинират в една молекула, такова съединение се нарича Дисахарид. Хранителната захар, получена от тръстика или захарно цвекло, се състои от една глюкозна молекула и една фруктозна молекула, млечната захар е от глюкоза и галактоза.

Сложните въглехидрати, образувани от много монозахариди, се наричат полизахариди. Мономерът на такива полизахариди като нишесте, гликоген, целулоза, е глюкоза. Въглехидратите изпълняват две основни функции: конструкция и енергия. Целулозата образува стените на растителните клетки. Сложният полизахариден хитин служи като основен структурен компонент на външния скелет на членестоногите. Читин изпълнява и строителната функция в гъби. Въглехидратите играят ролята на основния източник на енергия в клетката. В процеса на окисляване 1 g. въглехидратите са освободени 17,6 kJ (~ 4.2 kcal). Нишесте в растения и гликоген при животни се отлагат в клетките и служат като енергиен резерват.

Нуклеинова киселина

Стойността на нуклеиновите киселини в клетката е много голяма. Характеристиките на тяхната химическа структура осигуряват възможността за съхранение, прехвърляне и наследяване от дъщерни дружества на информация за структурата на протеиновите молекули, които се синтезират във всяка тъкан в определен етап на индивидуално развитие. Тъй като повечето свойства и признаци на клетки се дължат на протеини, ясно е, че стабилността на нуклеиновите киселини е най -важното условие за нормалния живот на клетките и цели организми. Всякакви промени в структурата на клетките или активността на физиологичните процеси в тях, като по този начин се отразяват на жизненоважната активност. Изследването на структурата на нуклеиновите киселини е изключително важно за разбирането на наследяването на признаците в организмите и законите на функционирането, както отделните клетки, така и клетъчните системи - тъкани и органи.

Има 2 вида нуклеинови киселини - ДНК и РНК. ДНК е полимер, състоящ се от две нуклеотидни спирала, затворници, така че да се образува двойна спирала. Мономерите на ДНК молекулите са нуклеотиди, състоящи се от азотна основа (аденин, тиамин, гуанин или цитозин), въглехидрат (дезоксирибоза), а останалата част от фосфорна киселина. Азотните основи в молекулата на ДНК са свързани помежду си от неравномерния брой Н-връзки и са разположени по двойки: Аденин (А) винаги срещу Тимин (Т), гуанин (D) срещу цитозин (С).

Нуклеотидите са свързани помежду си не случайно, а селективно. Възможността за избор на аденин с тимин и гуанин с цитозин се нарича допълване. Допълнителното взаимодействие на определени нуклеотиди се обяснява с характеристиките на пространственото подреждане на атомите в техните молекули, които позволяват да бъдат близо и образувани. В полинуклеотидната верига съседните нуклеотиди се свързват чрез захар (дезоксирибоза), а останалата част от фосфорна киселина. РНК, подобно на ДНК, е полимер, чиито мономери са нуклеотиди. Азотните основи на трите нуклеотида са същите като част от ДНК (A, G, C)- четвъртият урацил (Y)- присъства в молекулата на РНК вместо тимин. РНК нуклеотидите се различават от ДНК нуклеотидите и в техния въглехидрат (рибоза вместо дизоксирибоза).

В нуклеотидите РНК веригата са свързани чрез образуването на ковалентни връзки между рибоза на един нуклеотид и останалата фосфорна киселина на друга. В структурата две верижни РНК се различават. Две верижни РНК са пазители на генетична информация в редица вируси, t.E. изпълнява функциите на хромозомите в тях. Една верижна РНК извършва информация за структурата на протеините от хромозомата до мястото на синтеза им и участва в синтеза на протеини.

Има няколко вида една верижна РНК. Имената им се дължат на изпълнената функция или местоположението в клетката. По-голямата част от РНК на цитоплазмата (до 80-90%) е рибозомна РНК (RRNK), съдържаща се в рибозоми. RRNK молекулите са сравнително малки и са средно 10 нуклеотида. Друг вид РНК (IRNK), който прехвърля на рибозоми информация за последователността на аминокиселините в протеините, които трябва да бъдат синтезирани. Размерът на тези РНК зависи от дължината на ДНК секцията, върху която са синтезирани. Транспортната РНК изпълнява няколко функции. Те доставят аминокиселини до мястото на синтеза на протеини, „разпознават“ (според принципа на комплементарността) триплет и РНК, съответстващ на толерираната аминокиселина, извършват точната ориентация на аминокиселините върху рибозомата.

Мазнини и липиди

Мазнините са съединения с мастни високомолекулни киселини и алкохол глицерол на трей. Мазнините не се разтварят във вода - те са хидрофобни. Винаги има други сложни хидрофобни мастни вещества, наречени липоиди в клетката.Една от основните функции на мазнините е енергията. По време на разделянето 1 g. Мазнини за сътрудничество₂ и n₂Издава се голямо количество енергия - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Съдържанието на мазнини в клетката варира от 5-15% от масата на сухото вещество. В живите тъканни клетки количеството мазнини се увеличава до 90%. Основната функция на мазнините в света на животните (и частично зеленчуковият) е светът на чорапа.

С пълно окисляване от 1 g мазнина (до въглероден диоксид и вода) се отделя около 9 kcal енергия. (1 kcal = 1000 калории (Caliah, CAL)- несистемна единица на количеството работа и енергия, равно на количеството топлина, необходимо за нагряване 1 ml вода с 1 ° C при стандартно атмосферно налягане 101,325 kp-1 kcal = 4.19 kJ). С окисляване (в тялото) 1 g протеини или въглехидрати се отделя само около 4 kcal/g. В голямо разнообразие от водни организми - от едноклетъчни диатомични водорасли до гигантски акули - мазнини „потоци“ a „float“, намалявайки средната плътност на тялото. Плътността на животинските мазнини е около 0,91-0,95 g/cm³. Плътността на костенурчето на гръбначните животни е близо до 1,7-1.8 g/cm³, а средната плътност на повечето други тъкани е близо до 1 g/cm³. Ясно е, че има доста мазнини, за да се "балансира" тежък скелет.

Мазнините и липидите също изпълняват строителната функция: те са част от клетъчните мембрани. Поради лошата топлопроводимост, мазнините са способни на защитна функция. При някои животни (тюлени, китове) се отлага в подкожна мастна тъкан, образувайки слой до 1 м дебелина. Образуването на някои липоиди предхожда синтеза на редица хормони. Следователно функцията на регулиране на метаболитните процеси също е присъща на тези вещества.