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L'organizzazione chimica delle cellule: sostanze organiche, macro e microelementi

Nel tardo 19 ° secolo, si formò una branca della biologia chiama biochimica. Sta studiando la composizione chimica delle cellule viventi. Il compito principale della scienza – la conoscenza delle peculiarità del metabolismo e l'energia, che regolano le funzioni vitali delle cellule vegetali e animali.

Il concetto della composizione chimica delle cellule

Come risultato di approfondite ricerche da parte degli scienziati organizzazione chimica delle cellule è stato studiato e scoperto che gli esseri viventi sono composti da più di 85 elementi chimici. E alcuni di loro sono necessari per quasi tutti gli organismi, mentre altre sono specifiche e si verificano in determinate specie. Un terzo gruppo di elementi chimici presenti nelle cellule di microrganismi, piante e animali in sufficientemente piccole quantità. elementi chimici della cella sono spesso in forma di cationi e anioni da cui si formano sali minerali e acqua, e composti di carbonio organico sono sintetizzati: carboidrati, proteine, lipidi.

elementi organogene

In biochimica, questi includono carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. Il loro insieme è in una cella 88 al 97% degli altri elementi chimici presenti in esso. Particolarmente importante è il carbonio. Tutte le sostanze organiche nella composizione di cellule costituiti da molecole contenenti carbonio nei suoi atomi composizione. Essi possono essere interconnesse per formare una catena (ramificato e non ramificato), così come cicli. Questa abilità atomi di carbonio sottende marcata diversità delle sostanze organiche incluse nel citoplasma delle cellule e organelli.

Ad esempio, i contenuti interni della cellula consiste di un oligosaccaride solubile, proteine, lipidi idrofili, vari tipi di RNA: RNA transfer, RNA ribosomiale e RNA messaggero, così come monomeri liberi – nucleotidi. Tale composizione chimica ha un nucleo cellulare. Esso contiene inoltre una molecola di acido desossiribonucleico, una parte dei cromosomi. Tutti i composti di cui sopra sono nei suoi atomi composizione di azoto, carbonio con l'ossigeno, idrogeno. Questa è una prova della loro particolare importanza, dal momento che un organizzazione chimica della cellula dipende dal contenuto di elementi biogeni che compongono le strutture cellulari: hyaloplasm e organelli.

I macronutrienti ed i loro significati

elementi chimici, che sono anche molto comune nelle cellule di vari tipi di organismi, biochimica sono chiamati macronutrienti. Il loro contenuto nella cella è di 1,2% – 1,9%. Da macroelementi cellule includono: fosforo, potassio, cloro, zolfo, magnesio, calcio, ferro e sodio. Tutti loro hanno funzioni importanti e fanno parte dei vari organelli cellulari. Così, l'ione ferroso è presente nel sangue proteina – emoglobina, che trasporta l'ossigeno (nel qual caso si parla ossiemoglobina), anidride carbonica (karbogemoglobin) o anidride carbonica (metaemoglobina).

ioni sodio forniscono importanti forma di trasporto intercellulare: la pompa cosiddetto sodio-potassio. Essi sono anche parte della interstiziale plasma fluido e sangue. ioni magnesio presenti nelle molecole di clorofilla (fotopigmento piante superiori) e sono coinvolti nel processo di fotosintesi, così come centri di reazione forma che fotoni trappola di energia luminosa.

Gli ioni calcio forniscono conduzione degli impulsi nervosi lungo le fibre e sono il principale componente di osteociti – cellule ossee. composti di calcio sono molto diffuse negli animali invertebrati mondo i cui gusci sono composti da carbonato di calcio.

ioni cloruro sono coinvolti nella ricarica della membrana cellulare e forniscono la comparsa di impulsi elettrici del stimolazione neurale sottostante.

Gli atomi di zolfo sono parte della proteina nativa e causano loro terziaria struttura catena polipeptidica "cucitura", formando così molecola proteina globulare.

ioni potassio sono coinvolte nel trasporto di sostanze attraverso le membrane cellulari. atomi di fosforo sono una parte di questa importante sostanze ad alto consumo energetico come adenosina trifosfato, ed è un componente importante delle molecole di acidi nucleici e ribonucleico, che sono la principale ereditarietà cellule sostanze.

funzione di traccia nel metabolismo cellulare

Circa 50 elementi chimici che costituiscono meno del 0,1% nelle cellule, chiamati microcelle. Questi includono zinco, molibdeno, iodio, rame, cobalto, fluoro. Con poca manutenzione svolgono una funzione molto importante, come parte di molte sostanze biologicamente attive.

Ad esempio, gli atomi di zinco sono nella molecola insulina (ormone pancreatico regolazione glicemia), iodio è un costituente degli ormoni tiroidei – tiroxina e triiodotironina controllare il livello del metabolismo del corpo. Rame, insieme con ioni ferro coinvolti nella ematopoiesi (la formazione dei globuli rossi, piastrine e globuli bianchi nel midollo osseo dei vertebrati). ioni rame sono inclusi nel pigmento emocianina presente nel sangue di invertebrati, tali molluschi. Pertanto, il colore della loro blu emolinfa.

Più meno contenuto nella cella tali elementi chimici come il piombo, oro, bromo, argento. Essi sono chiamati ultromikroelementami e parte delle cellule vegetali e animali. Ad esempio, nelle analisi chimiche sono state rilevate ioni di oro granturco punteruolo. atomi di bromo in un gran numero di celle incluse nel talli di alghe brune e rosse, come Sargassum, Laminaria, fucus.

Tutti in precedenza questi esempi e fatti spiegano composizione chimica come interconnessi, la funzione e la struttura delle cellule. La tabella seguente mostra i contenuti di diversi elementi chimici nelle cellule di organismi viventi.

Caratteristiche generali di composti organici

proprietà chimiche di cellule di diversi gruppi di organismi in un certo modo dipendente sugli atomi di carbonio, che rappresentano più del 50% della massa cellulare. Praticamente tutta la materia pile è rappresentata carboidrati, proteine, acidi nucleici e lipidi, che hanno una struttura complessa e ad alto peso molecolare. Tali molecole sono dette macromolecole (polimeri) e sono costituiti da elementi semplici – monomeri. sostanze proteiche svolgono un ruolo estremamente importante e di eseguire una varietà di funzioni, che sono discussi di seguito.

Il ruolo delle proteine nella cellula

analisi biochimica dei composti entrare in una cellula vivente, conferma elevato contenuto di sostanze organiche come le proteine. Questo fatto ha una spiegazione logica: proteine eseguono una varietà di funzioni e sono coinvolti in tutti gli aspetti della vita delle cellule.

Ad esempio, la funzione protettiva delle proteine è la formazione di anticorpi – anticorpi prodotti da linfociti. Tali proteine protettive quali trombina, fibrina e tromboblastin forniscono la coagulazione del sangue e prevenire la perdita di traumi e lesioni. La complessa composizione della cella include le proteine di membrana delle cellule che hanno la capacità di riconoscere composti estranei – antigeni. Cambiano la loro configurazione e la cella rapporto dei potenziali pericoli (funzione di allarme).

Alcune proteine hanno una funzione di regolamentazione e sono ormoni, come l'ossitocina, prodotti dalla ipotalamo, ipofisi riservato. Procedendo da esso nel sangue, ossitocina agisce sulla parete muscolare dell'utero, causando la sua riduzione. proteine vasopressina serve anche una funzione di regolamentazione per il controllo della pressione sanguigna.

Le cellule muscolari sono actina e miosina, sono in grado di contrarsi, che provoca la funzione motoria del tessuto muscolare. Per le proteine, funzione tipica e trofica, ad esempio, albumina embrione utilizzato come nutriente per lo sviluppo. proteine del sangue di vari organismi, come emoglobina e hemocyanin, molecole di ossigeno vengono trasferiti – operare funzione di trasporto. Se più sostanze che consumano energia come carboidrati e lipidi, completamente utilizzato, la cellula comincia a rompere le proteine. Un grammo di questo materiale 17 dà 2 kJ di energia. Una delle più importanti funzioni delle proteine è catalitica (proteine, enzimi accelerano le reazioni chimiche in compartimenti citoplasmatici). Sulla base di quanto sopra, si è visto che le proteine hanno un numero di funzioni molto importanti e parte necessaria della cellula animale.

biosintesi delle proteine

Considerare il processo di sintesi proteica in una cellula, che avviene nel citoplasma tramite organuli come ribosomi. Grazie all'attività di enzimi specifici, con la partecipazione degli ioni calcio ribosoma combinano per polisomi. Le principali funzioni dei ribosomi nella cella – la sintesi di molecole proteiche, iniziando il processo di trascrizione. Come risultato di ciò sono sintetizzati molecole di mRNA, al quale sono attaccati polisomi. Poi inizia il secondo processo – broadcast. Trasporti RNA si legano a venti diversi tipi di aminoacidi e portarli ai polisomi, e dal momento che la funzione dei ribosomi nella cella – una sintesi di polipeptidi, questi organelli formare complessi con tRNA, e le molecole di aminoacidi sono collegati tra loro da legami peptidici per formare una macromolecola proteica.

Il ruolo dell'acqua nel metabolismo

studi citologici hanno confermato il fatto che la struttura cellulare e la cui composizione si studiano, una media di 70% di acqua, e in molti animali, portando un modo acqua della vita (ad esempio, celenterati) hanno un tenore raggiunge 97-98%. In vista di questa organizzazione chimica delle cellule comprende idrofilo (grado di sciogliere) e materiale idrofobo (idrorepellente). Come solvente polare universale, acqua svolge un ruolo cruciale e ha un impatto diretto non solo sulla funzione, ma anche nella struttura delle celle. La tabella seguente mostra il contenuto di acqua in vari tipi di cellule di organismi viventi.

La funzione dei carboidrati nella cellula

Come abbiamo spiegato in precedenza, a importanti organici Chimica – Polimeri – sono anche i carboidrati. Questi includono polisaccaridi, oligosaccaridi e monosaccaridi. I carboidrati sono parte di sistemi complessi più – glicolipidi e glicoproteine, che sono costruiti delle membrane cellulari e struttura nadmembrannye, ad esempio glicocalice.

Inoltre carbonio nel carboidrato comprende atomi di idrogeno e l'ossigenazione, e alcuni polisaccaridi contiene più azoto, zolfo e fosforo. Le cellule di molti carboidrati vegetali: tuberi di patata contengono fino al 90% di amido di semi e frutti contenuto di carboidrati fino al 70%, e cellule animali si trovano sotto forma di composti come glicogeno, chitina e trealosio.

zuccheri semplici (monosaccaridi) hanno la formula generale CnH2nOn e diviso in tetrosi, trioso, pentoso ed esoso. Gli ultimi due sono i più comuni nelle cellule degli organismi viventi, per esempio, ribosio e desossiribosio fanno parte di acidi nucleici, e il glucosio e il fruttosio sono coinvolti nelle reazioni di assimilazione e dissimilazione. Gli oligosaccaridi si trovano spesso nelle cellule vegetali: saccarosio viene immagazzinato nelle cellule di barbabietola da zucchero e canna da zucchero, il maltosio contenuto in cariossidi di segale e orzo germinati.

Disaccaridi hanno un gusto dolce e sono facilmente solubili in acqua. Polisaccaridi, essendo i biopolimeri consistono principalmente di amido, cellulosa, glicogeno e laminarin. Le forme strutturali includono polisaccaridi chitina. La funzione primaria dei carboidrati nella cella – energia. Come risultato di reazioni di idrolisi e il metabolismo energetico polisaccaridi di glucosio scisso, e viene poi ossidato ad anidride carbonica e acqua. Di conseguenza, un grammo di emissioni di glucosio 17,6 kJ di energia, e le riserve di amido e glicogeno, sono essenzialmente serbatoio di energia cellulare.

Il glicogeno si deposita principalmente nelle cellule muscolari e del fegato, amido vegetale – in tuberi, bulbi, radici, semi e artropodi, quali ragni, insetti e crostacei, il ruolo principale nella fornitura di energia svolge un oligosaccaride trealosio.

I carboidrati sono diversi da lipidi e proteine, la capacità di degradazione anossica. Questo è estremamente importante per gli organismi che vivono in condizioni di carenza o assenza di ossigeno, come i batteri anaerobici, e elminti – parassiti dell'uomo e degli animali.

C'è un'altra funzione dei carboidrati nella cella – costruzione (strutturale). Esso consiste nel fatto che tali sostanze sono strutture portanti delle cellule. Ad esempio, la cellulosa è una parte delle pareti cellulari delle piante, chitina costituisce uno scheletro esterno e molti invertebrati si verifica nelle cellule fungine, olisaharidy insieme con i lipidi e molecole proteine formano glicocalice – complesso nadmembranny. Esso fornisce adesione – tra una cellula aggregazione animali, che porta alla formazione di tessuto.

Lipidi: struttura e funzione

Queste sostanze organiche, che sono idrofoba (solubili in acqua) possono essere rimossi, cioè estratti dalle cellule mediante solventi non polari, come acetone o cloroformio. funzione dei lipidi nella cellula dipende da quale dei tre gruppi di appartenenza: ai grassi, cere o steroidi. I grassi sono i più comuni in tutti i tipi di cellule.

Animali di loro si accumulano nel tessuto adiposo sottocutaneo, tessuto neurale contiene grassi in forma di guaina mielinica dei nervi. Si accumula anche nei reni, fegato, insetti – nel corpo grasso. grassi liquidi – Oli – trovati nei semi di molte piante: pino, arachidi, girasole, oliva. Il contenuto di lipidi in cellule varia da 5 a 90% (nel tessuto adiposo).

Steroidi e cere differiscono da grassi in quanto non hanno nelle molecole di residui di acidi grassi. Così, gli steroidi – è ormoni della corteccia surrenale, che colpisce la pubertà il corpo e che sono componenti di testosterone. Essi sono anche parte di vitamine (ad esempio, la vitamina D).

La funzione principale dei lipidi nella cellula – è l'energia, costruzione e protezione. Il primo è dovuto al fatto che 1 grammo di grasso nel clivaggio dà 38,9 kJ di energia – molto più di altre sostanze organiche – proteine e carboidrati. Inoltre, l'ossidazione dei grassi 1d com'è quasi 1.1 c. acqua. Ecco perché alcuni animali stanno avendo uno stock di grasso nel corpo può essere un lungo periodo di tempo senza acqua. Ad esempio, gophers possono essere sospeso per più di due mesi, senza bisogno di acqua, e non bere cammello acqua transizioni attraverso il deserto per 10-12 giorni.

Costruzione di lipidi funzione sta nel fatto che esse sono parte integrante delle membrane cellulari, così come parte del nervo. La funzione di protezione dei lipidi consiste nel fatto che lo strato di grasso sotto la pelle intorno alle reni e altri organi interni li protegge da danni meccanici. Specifica funzione di isolamento termico è inerente gli animali per lungo tempo essere in acqua: balene, foche, foche. Spesso strato adiposo sottocutaneo, per esempio, blu balena è 0,5 m, esso protegge l'animale da ipotermia.

Valore di ossigeno nel metabolismo cellulare

organismi aerobici, che includono la stragrande maggioranza degli animali, piante e dell'uomo, utilizzando ossigeno atmosferico per reazioni di scambio energetico portano alla scissione di sostanze organiche e l'assegnazione di una certa quantità di energia accumulata sotto forma di molecole di adenosina trifosfato.

Pertanto, l'ossidazione completa di una mole di glucosio che si verifica nel creste mitocondriali, 2800 kJ di energia è allocato, dei quali 1596 kJ (55%) è memorizzato in forma di molecole di ATP contenenti collegamento macroergic. Pertanto, la funzione primaria di ossigeno nella cella – attuazione di respirazione aerobica, che si basa su un gruppo di reazioni enzimatiche cosiddetta catena respiratoria che si verificano in organelli – mitocondri. In organismi procarioti – batteri fototrofi e cianobatteri – ossidazione dei nutrienti avviene sotto l'influenza di ossigeno diffondere nelle cellule delle protuberanze interne delle membrane plasmatiche.

Abbiamo organizzazione chimica delle cellule è stato studiato, così come i processi di sintesi proteica e funzioni ossigenate nel metabolismo energetico cellulare.