Funkcije kemikalij v celični tabeli. Kemična sestava celice. Vloga vode in anorganskih snovi v življenju celice

Celica je osnovna enota živega bitja, ki ima vse značilnosti organizma: sposobnost razmnoževanja, rasti, presnove snovi in ​​energije z okolju, razdražljivost, stalna kemična izčrpanost.
Makroelementi so elementi, katerih količina v celici znaša do 0,001 % telesne teže. Primeri so kisik, ogljik, dušik, fosfor, vodik, žveplo, železo, natrij, kalcij itd.
Mikroelementi so elementi, katerih količina v celici se giblje od 0,001 % do 0,000001 % telesne teže. Primeri so bor, baker, kobalt, cink, jod itd.
Ultramikroelementi so elementi, katerih vsebnost v celici ne presega 0,000001 % telesne teže. Primeri so zlato, živo srebro, cezij, selen itd.

2. Naredite diagram "Celične snovi".

3. Kaj piše? znanstveno dejstvo podobnosti med elementarno kemično sestavo žive in nežive narave?
To kaže na skupnost žive in nežive narave.

Anorganske snovi. Vloga vode in minerali v življenju celice.
1. Podajte definicije pojmov.
Anorganske snovi so voda, mineralne soli, kisline, anioni in kationi, prisotni v živih in neživih organizmih.
Voda je ena najpogostejših anorganske snovi v naravi, katerih molekula je sestavljena iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika.

2. Narišite diagram "Strukture vode".

3. Kakšne strukturne značilnosti molekul vode dajejo edinstvene lastnosti, brez katerega je življenje nemogoče?
Strukturo molekule vode tvorita dva atoma vodika in en atom kisika, ki tvorita dipol, to pomeni, da ima voda dve polarnosti “+” in “-”.To prispeva k njeni prepustnosti skozi stene membrane, zmožnosti raztapljajo kemikalije. Poleg tega so vodni dipoli med seboj povezani z vodikovimi vezmi, kar zagotavlja njegovo sposobnost, da je v različnih agregatnih stanjih, pa tudi, da raztopi ali ne raztopi različne snovi.

4. Izpolni tabelo "Vloga vode in mineralov v celici."

5. Kaj pomeni relativna konstantnost? notranje okolje celic pri zagotavljanju procesov njegovega življenja?
Stalnost notranjega okolja celice imenujemo homeostaza. Kršitev homeostaze povzroči poškodbe ali smrt celic; plastična izmenjava in energetski metabolizem, to sta dve komponenti metabolizma in motnje v tem procesu vodijo do poškodb ali smrti celotnega organizma.

6. Kakšen je namen vmesni sistemiživi organizmi in kakšen je princip njihovega delovanja?
Puferski sistemi ohranjajo določeno pH vrednost (indikator kislosti) medija v biološke tekočine. Princip delovanja je, da je pH medija odvisen od koncentracije protonov v tem mediju (H+). Puferski sistem je sposoben absorbirati ali donirati protone, odvisno od njihovega vstopa v okolje od zunaj ali, nasprotno, odstranitve iz okolja, medtem ko se pH ne spremeni. Prisotnost puferskih sistemov je v živem organizmu nujna, saj lahko zaradi sprememb v okoljskih razmerah pH močno variira in večina encimov deluje le pri določeni pH vrednosti.
Primeri vmesnih sistemov:
karbonat-hidrokarbonat (mešanica Na2CO3 in NaHCO3)
fosfat (mešanica K2HPO4 in KH2PO4).

Organske snovi. Vloga ogljikovih hidratov, lipidov in beljakovin v življenju celice.
1. Podajte definicije pojmov.
Organske snovi so snovi, ki nujno vsebujejo ogljik; so del živih organizmov in nastanejo le z njihovo udeležbo.
Beljakovine so visokomolekularne organske snovi, sestavljene iz alfa aminokislin, povezanih v verigo s peptidno vezjo.
Lipidi so velika skupina naravnih organskih spojin, vključno z maščobami in maščobam podobnimi snovmi. Enostavne lipidne molekule so sestavljene iz alkohola in maščobne kisline, kompleks - iz alkohola, visokomolekularnih maščobnih kislin in drugih sestavin.
Ogljikovi hidrati so organske snovi, ki vsebujejo karbonilne in več hidroksilnih skupin in jih drugače imenujemo sladkorji.

2. Dopolnite tabelo z manjkajočimi podatki "Zgradba in funkcije organskih snovi v celici."

3. Kaj pomeni denaturacija beljakovin?
Denaturacija beljakovine je izguba naravne strukture beljakovine.

Nukleinske kisline, ATP in druge organske spojine celice.
1. Podajte definicije pojmov.
Nukleinske kisline so biopolimeri, sestavljeni iz monomerov - nukleotidov.
ATP je spojina, sestavljena iz dušikove baze adenina, ogljikovega hidrata riboze in treh ostankov fosforne kisline.
Nukleotid je monomer nukleinske kisline, ki je sestavljen iz fosfatne skupine, petogljikovega sladkorja (pentoze) in dušikove baze.
Makroergična vez je vez med ostanki fosforne kisline v ATP.
Komplementarnost je prostorsko medsebojno ujemanje nukleotidov.

2. Dokaži, da so nukleinske kisline biopolimeri.
Nukleinske kisline so sestavljene iz velikega števila ponavljajočih se nukleotidov in imajo maso od 10.000 do nekaj milijonov ogljikovih enot.

3. Opišite strukturne značilnosti nukleotidne molekule.
Nukleotid je spojina treh komponent: ostanka fosforne kisline, petogljikovega sladkorja (riboza) in ene od dušikovih spojin (adenin, gvanin, citozin, timin ali uracil).

4. Kakšna je zgradba molekule DNA?
DNK je dvojna vijačnica, sestavljena iz številnih nukleotidov, ki so med seboj zaporedno povezani zaradi kovalentnih vezi med deoksiribozo enega in ostankom fosforne kisline drugega nukleotida. Dušikove baze, ki se nahajajo na eni strani hrbtenice ene verige, so s H-vezmi povezane z dušikovimi bazami druge verige po principu komplementarnosti.

5. Z uporabo načela komplementarnosti zgradite drugo verigo DNK.
T-A-T-C-A-G-A-C-C-T-A-C
A-T-A-G-T-C-T-G-G-A-T-G.

6. Katere so glavne funkcije DNK v celici?
S pomočjo štirih vrst nukleotidov je vse zapisano v DNK pomembna informacija v celici o organizmu, ki se prenaša na naslednje generacije.

7. Kako se molekula RNK razlikuje od molekule DNK?
RNA je ena sama veriga manjša od DNA. Nukleotidi vsebujejo sladkorno ribozo, ne deoksiriboze, kot v DNK. Dušikova baza je namesto timina uracil.

8. Kaj imata skupnega strukturi molekul DNA in RNA?
Tako RNA kot DNA sta biopolimera, sestavljena iz nukleotidov. Kar je skupno nukleotidom v zgradbi, je prisotnost ostanka fosforne kisline in baz adenin, gvanin in citozin.

9. Izpolni tabelo Vrste RNK in njihove funkcije v celici.

10. Kaj je ATP? Kakšna je njegova vloga v celici?
ATP – adenozin trifosfat, visokoenergijska spojina. Njegove funkcije so univerzalni hranilnik in prenašalec energije v celici.

11. Kakšna je zgradba molekule ATP?
ATP je sestavljen iz treh ostankov fosforne kisline, riboze in adenina.

12. Kaj so vitamini? Na kateri dve veliki skupini so razdeljeni?
Vitamini so biološko aktivne organske spojine, ki igrajo pomembno vlogo v presnovnih procesih. Delimo jih na vodotopne (C, B1, B2 itd.) in v maščobah topne (A, E itd.).

13. Izpolnite tabelo "Vitamini in njihova vloga v človeškem telesu."

Celica se imenuje elementarna enota strukture živih organizmov. Vsa živa bitja – pa naj bodo ljudje, živali, rastline, glive ali bakterije – imajo v svojem jedru celico. V telesu nekoga je veliko teh celic – več sto tisoč celic sestavlja telo sesalcev in plazilcev, v telesu nekoga pa jih je malo – veliko bakterij je sestavljenih iz samo ene celice. Vendar število celic ni tako pomembno kot njihova prisotnost.

Že dolgo je znano, da imajo celice vse lastnosti živih bitij: dihajo, se hranijo, razmnožujejo, prilagajajo novim razmeram in celo odmrejo. In tako kot vsa živa bitja celice vsebujejo organske in anorganske snovi.

Veliko več, saj je hkrati voda in seveda največji del Odsek, imenovan "anorganske snovi celice", je dodeljen vodi - predstavlja 40-98% celotne prostornine celice.

Voda v celici opravlja številne pomembne funkcije: zagotavlja elastičnost celice, hitrost kemičnih reakcij, ki potekajo v njej, gibanje vstopajočih snovi po celici in njihovo odstranjevanje. Poleg tega se v vodi topi veliko snovi, lahko sodeluje v kemičnih reakcijah, prav voda pa je odgovorna za termoregulacijo celotnega telesa, saj ima voda dobro toplotno prevodnost.

Anorganske snovi celice poleg vode vključujejo tudi številne mineralne snovi, ki jih delimo na makroelemente in mikroelemente.

Makroelementi vključujejo snovi, kot so železo, dušik, kalij, magnezij, natrij, žveplo, ogljik, fosfor, kalcij in številne druge.

Elementi v sledovih so večinoma težke kovine, kot so bor, mangan, brom, baker, molibden, jod in cink.

Telo vsebuje tudi ultramikroelemente, vključno z zlatom, uranom, živim srebrom, radijem, selenom in drugimi.

Vse anorganske snovi v celici igrajo svojo pomembno vlogo. Tako je dušik vključen v veliko različnih spojin – tako beljakovinskih kot neproteinskih, in prispeva k tvorbi vitaminov, aminokislin in pigmentov.

Kalcij je antagonist kalija in služi kot lepilo za rastlinske celice.

Železo je vključeno v proces dihanja in je del molekul hemoglobina.

Baker je odgovoren za tvorbo krvnih celic, zdravje srca in dober apetit.

Bor je odgovoren za proces rasti, zlasti pri rastlinah.

Kalij zagotavlja koloidne lastnosti citoplazme, tvorbo beljakovin in normalno delovanje srca.

Natrij zagotavlja tudi pravilen ritem srčne aktivnosti.

Žveplo sodeluje pri tvorbi nekaterih aminokislin.

Fosfor sodeluje pri tvorbi velikega števila bistvenih spojin, kot so nukleotidi, nekateri encimi, AMP, ATP, ADP.

In le vloga ultramikroelementov je še popolnoma neznana.

Toda same anorganske snovi celice niso mogle narediti popolne in žive. Enako pomembna je organska snov.

C vključujejo ogljikove hidrate, lipide, encime, pigmente, vitamine in hormone.

Ogljikove hidrate delimo na monosaharide, disaharide, polisaharide in oligosaharide. Mono-di- in polisaharidi so glavni vir energije za celico in telo, oligosaharidi, ki so netopni v vodi, lepijo vezivnega tkiva in ščiti celice pred škodljivimi zunanjimi vplivi.

Lipide delimo na same maščobe in lipoide - maščobam podobne snovi, ki tvorijo usmerjene molekularne plasti.

Encimi so katalizatorji, ki pospešujejo biokemične procese v telesu. Poleg tega encimi zmanjšajo količino energije, ki se porabi za reaktivnost molekule.

Vitamini so potrebni za uravnavanje oksidacije aminokislin in ogljikovih hidratov ter za polno rast in razvoj.

Hormoni so potrebni za uravnavanje delovanja telesa.

voda Od anorganskih snovi, ki sestavljajo celico, je najpomembnejša voda. Njegova količina se giblje od 60 do 95% celotne celične mase. Voda igra ključno vlogo v življenju celic in živih organizmov nasploh. Poleg tega, da je del njihove sestave, je za mnoge organizme tudi življenjski prostor.

Vloga vode v celici je določena z njeno edinstveno kemično sestavo in fizične lastnosti, povezana predvsem z majhnostjo molekul, s polarnostjo njegovih molekul in z njihovo sposobnostjo tvorbe vodikovih vezi med seboj.

Voda kot sestavni del bioloških sistemov opravlja naslednje: bistvene funkcije:

1. voda- univerzalno topilo za polarne snovi, kot so soli, sladkorji, alkoholi, kisline itd. Snovi, ki so dobro topne v vodi, imenujemo hidrofilna. Ko snov preide v raztopino, se njene molekule ali ioni lahko svobodneje gibljejo; V skladu s tem se poveča reaktivnost snovi. Zaradi tega se večina kemičnih reakcij v celici zgodi v vodne raztopine. Njegove molekule sodelujejo v številnih kemičnih reakcijah, na primer pri tvorbi ali hidrolizi polimerov. V procesu fotosinteze je voda donor elektronov, vir vodikovih ionov in prostega kisika.
2. Voda ne topi nepolarnih snovi in ​​se z njimi ne meša, saj z njimi ne more tvoriti vodikovih vezi. Snovi, ki so netopne v vodi, imenujemo hidrofoben. Hidrofobne molekule ali njihove dele voda odbija, v njeni prisotnosti pa se privlačijo. Takšne interakcije igrajo pomembno vlogo pri zagotavljanju stabilnosti membran, pa tudi številnih proteinskih molekul, nukleinskih kislin in številnih podceličnih struktur.
3. Voda ima visoko specifično toplotna kapaciteta.Če želite prekiniti vodikove vezi, ki držijo molekule vode skupaj, morate absorbirati veliko število energija. Ta lastnost zagotavlja vzdrževanje toplotnega ravnovesja telesa med znatnimi temperaturnimi spremembami v okolju. Poleg tega je voda drugačna visoka toplotna prevodnost, ki telesu omogoča, da ohranja enako temperaturo v celotni prostornini.
4. Voda je značilna visoka toplota uparjanja, tj. e) sposobnost molekul, da odnesejo znatno količino toplote, hkrati pa ohlajajo telo. Zahvaljujoč tej lastnosti vode, ki se kaže med potenjem pri sesalcih, toplotno zasoplostjo pri krokodilih in drugih živalih ter transpiracijo pri rastlinah, se prepreči pregrevanje.
5. Značilen je izključno za vodo visoka površinska napetost. Ta lastnost je zelo pomembna za adsorpcijske procese, za gibanje raztopin skozi tkiva (krvni obtok, ascendentni in padajoči tokovi v rastlinah). Mnogim majhnim organizmom površinska napetost omogoča, da lebdijo na vodi ali drsijo po njeni površini.
6. Voda zagotavlja gibanje snovi v celici in telesu, absorpcijo snovi in ​​izločanje presnovnih produktov.
7. Pri rastlinah določa voda turgor celicah, pri nekaterih živalih pa opravlja podporne funkcije, ki je hidrostatičen skelet (okrogli in obročasti, iglokožci).
8. Voda je sestavni del mazalne tekočine(sinovialni - v sklepih vretenčarjev, plevralni - v plevralna votlina, perikardialno - v perikardialni vrečki) in sluz(lajšajo pretok snovi skozi črevesje, ustvarjajo vlažno okolje na sluznicah dihalni trakt). Je del sline, žolča, solz, sperme itd.

Mineralne soli. Anorganske snovi v celici, razen vode, Precspavlev mineralne soli. Molekule soli v vodni raztopini razpadejo na katione in anione. Najpomembnejši so kationi (K +, Na +, Ca 2+, Mg:+, NH 4 +) in anioni (C1, H 2 P0 4 -, HP0 4 2-, HC0 3 -, NO3 2--, SO 4 2-) Pomembna je ne samo vsebnost, ampak tudi razmerje ionov v celici.

Razlika med količinami kationov in anionov na površini in znotraj celice zagotavlja nastanek akcijski potencial, kaj je podlaga za pojav živčnega in mišičnega vzbujanja. Razlika v koncentracijah ionov na različnih straneh membrane določa aktivni prenos snovi skozi membrano, pa tudi pretvorbo energije.

Celica ni le strukturna enota vsega živega, nekakšen gradnik življenja, ampak tudi majhna biokemična tovarna, v kateri se vsak delček sekunde dogajajo različne transformacije in reakcije. Tako nastajajo potrebne sestavine za življenje in rast telesa. strukturne komponente: celični minerali, voda in organske spojine. Zato je zelo pomembno vedeti, kaj se bo zgodilo, če eden od njih ne bo dovolj. Kakšno vlogo imajo različne spojine v življenju teh drobnih strukturnih delcev živih sistemov, nevidnih s prostim očesom? Poskusimo razumeti to vprašanje.

Razvrstitev celičnih snovi

Vse spojine, ki tvorijo maso celice, tvorijo njene strukturne dele in so odgovorne za njen razvoj, prehrano, dihanje, plastiko in normalen razvoj, lahko razdelimo v tri velike skupine. To so kategorije, kot so:

• organsko;
• celice (mineralne soli);
• vodo.

Slednjo pogosto uvrščamo v drugo skupino anorganskih komponent. Poleg teh kategorij lahko identificiramo tiste, ki so sestavljene iz njihove kombinacije. To so kovine, ki so del molekule organskih spojin (na primer, molekula hemoglobina, ki vsebuje železov ion, je po naravi beljakovina).

Celični minerali

Če govorimo posebej o mineralnih ali anorganskih spojinah, ki sestavljajo vsak živ organizem, potem se razlikujejo tudi po naravi in ​​​​količinski vsebini. Zato imajo svojo klasifikacijo.

Vse anorganske spojine lahko razdelimo v tri skupine.

1. Makroelementi. Tiste, katerih vsebnost znotraj celice je več kot 0,02% celotne mase anorganskih snovi. Primeri: ogljik, kisik, vodik, dušik, magnezij, kalcij, kalij, klor, žveplo, fosfor, natrij.
2. Mikroelementi - manj kot 0,02%. Sem spadajo: cink, baker, krom, selen, kobalt, mangan, fluor, nikelj, vanadij, jod, germanij.
3. Ultramikroelementi - vsebnost manj kot 0,0000001%. Primeri: zlato, cezij, platina, srebro, živo srebro in nekateri drugi.

Prav tako lahko posebej izpostavite več elementov, ki so organogeni, to je, da tvorijo osnovo organskih spojin, iz katerih je zgrajeno telo živega organizma. To so elementi, kot so:

• vodik;
• dušik;
• ogljik;
• kisik.

Gradijo molekule beljakovin (osnova življenja), ogljikovih hidratov, lipidov in drugih snovi. Vendar pa so minerali odgovorni tudi za normalno delovanje telesa. Kemična sestava Celica vsebuje na desetine elementov iz periodnega sistema, ki so ključ do uspešnega življenja. Le približno 12 vseh atomov sploh ne igra vloge ali pa je zanemarljiva in ni raziskana.

Posebej pomembne so nekatere soli, ki jih moramo telesu vsak dan vnašati s hrano v zadostnih količinah, da ne pride do razne bolezni. Za rastline je to na primer natrij, za ljudi in živali so to kalcijeve soli, sol kot vir natrija in klora itd.

voda

Mineralne snovi celice so združene z vodo v skupno skupino, zato je nemogoče ne reči o njenem pomenu. Kakšno vlogo ima v telesu živih bitij? Ogromen. Na začetku članka smo celico primerjali z biokemično tovarno. Torej se vse transformacije snovi, ki se zgodijo vsako sekundo, izvajajo v vodnem okolju. Je univerzalno topilo in medij za kemične interakcije, sintezne in razgradne procese.

Poleg tega je voda del notranjega okolja:

• citoplazma;
• celični sok v rastlinah;
• kri pri živalih in ljudeh;
• urin;
• slina in druge biološke tekočine.

Dehidracija pomeni smrt za vse organizme brez izjeme. Voda je življenjsko okolje za ogromno floro in favno. Zato je težko preceniti pomen te anorganske snovi, res je neskončno velik.

Makrohranila in njihov pomen

Celični minerali zanjo normalno delovanje so velikega pomena. Najprej to velja za makroelemente. Vloga vsakega od njih je bila podrobno preučena in že dolgo ugotovljena. Zgoraj smo že našteli, kateri atomi sestavljajo skupino makroelementov, zato se ne bomo ponavljali. Naj na kratko orišemo vlogo glavnih.

1. kalcij. Njegove soli so potrebne za oskrbo telesa z ioni Ca 2+. Sami ioni so vključeni v procese zaustavljanja in koagulacije krvi, zagotavljajo celično eksocitozo, pa tudi mišične kontrakcije, vključno s srčnimi. Netopne soli - osnova močne kosti ter živalskih in človeških zob.
2. Kalij in natrij. Ohranjajo stanje celice in tvorijo natrijevo-kalijevo črpalko za srce.
3. Klor – sodeluje pri zagotavljanju električne nevtralnosti celice.
4. Fosfor, žveplo, dušik so sestavine številnih organskih spojin, sodelujejo pa tudi pri delovanju mišic in sestavi kosti.

Seveda, če podrobneje razmislimo o vsakem elementu, potem lahko veliko rečemo tako o njegovem presežku v telesu kot o pomanjkanju. Konec koncev je oboje škodljivo in vodi do različnih vrst bolezni.

mikroelementi

Velika je tudi vloga mineralov v celici, ki spadajo v skupino mikroelementov. Kljub temu, da je njihove vsebine v celici zelo malo, ta brez njih dolgo časa ne bo mogla normalno delovati. Najpomembnejši od vseh zgoraj naštetih atomov v tej kategoriji so:

• cink;
• baker;
• selen;
• fluor;
• kobalt.

Za vzdrževanje delovanja so potrebne normalne ravni joda Ščitnica in proizvodnjo hormonov. Fluorid potrebuje telo za krepitev zobne sklenine, rastline pa za ohranjanje elastičnosti in bogate barve listov.

Cink in baker sta elementa, ki ju najdemo v številnih encimih in vitaminih. So pomembni udeleženci v procesih sinteze in plastične izmenjave.

selen - aktivni udeleženec procesov regulacije, je potrebno za delo endokrini sistem element. Kobalt ima drugo ime - vitamin B 12, vse spojine v tej skupini pa so izjemno pomembne za imunski sistem.

Zato funkcije mineralnih snovi v celici, ki jih tvorijo mikroelementi, niso nič manjše od tistih, ki jih opravljajo makrostrukture. Zato je pomembno, da oboje uživamo v zadostnih količinah.

Ultramikroelementi

Mineralne snovi celice, ki jih tvorijo ultramikroelementi, nimajo tako pomembne vloge kot zgoraj. Njihovo dolgotrajno pomanjkanje pa lahko povzroči razvoj zelo neprijetnih in včasih zelo nevarnih posledic za zdravje.

V to skupino spada na primer tudi selen. Njegovo dolgotrajno pomanjkanje izzove razvoj rakavi tumorji. Zato velja za nepogrešljivo. Toda zlato in srebro sta kovini, ki negativno vplivata na bakterije in jih uničita. Zato imajo znotraj celic baktericidno vlogo.

Vendar pa je na splošno treba reči, da znanstveniki še niso v celoti razkrili funkcij ultramikroelementov in njihov pomen ostaja nejasen.

Kovine in organske snovi

Veliko kovin najdemo v organskih molekulah. Na primer, magnezij je koencim klorofila, potreben za fotosintezo rastlin. Železo je del molekule hemoglobina, brez katerega je nemogoče dihati. Baker, cink, mangan in drugi so sestavni deli molekul encimov, vitaminov in hormonov.

Očitno so vse te spojine pomembne za telo. Nemogoče jih je povsem uvrstiti med minerale, vendar bi jih deloma vseeno morali.

Celični minerali in njihov pomen: razred 5, tabela

Če povzamemo, kar smo povedali v članku, bomo sestavili splošno tabelo, v kateri bomo odražali, katere mineralne spojine obstajajo in zakaj so potrebne. Lahko se uporablja pri razlagi te teme šolarjem, na primer v petem razredu.

Tako bodo o mineralnih snoveh celice in njihovem pomenu učenci spoznavali v glavni stopnji izobraževanja.

Posledice pomanjkanja mineralnih spojin

Ko govorimo o pomenu vloge mineralov v celici, moramo navesti primere, ki to dokazujejo.

Naštejmo nekaj bolezni, ki se razvijejo s pomanjkanjem ali presežkom katere koli spojine, opredeljene v članku.

1. Hipertenzija.
2. Ishemija, srčno popuščanje.
3. Golša in druge bolezni ščitnice (Gravesova bolezen in druge).
4. anemija
5. Nepravilna rast in razvoj.
6. Rakasti tumorji.
7. Fluoroza in karies.
8. Bolezni krvi.
9. Motnje mišičnega in živčnega sistema.
10. Prebavne motnje.

Seveda je to daleč od tega celoten seznam. Zato je treba skrbno zagotoviti, da je dnevna prehrana pravilna in uravnotežena.

Sestava žive celice vključuje enake kemične elemente, ki so del nežive narave. Iz 104 elementov periodni sistem D. I. Mendelejev jih je našel 60 v celicah.

Razdeljeni so v tri skupine:

1. glavni elementi so kisik, ogljik, vodik in dušik (98 % celične sestave);
2. elementi, ki predstavljajo desetinke in stotinke odstotka - kalij, fosfor, žveplo, magnezij, železo, klor, kalcij, natrij (skupaj 1,9%);
3. vsi drugi elementi, ki so prisotni v še manjših količinah, so mikroelementi.

Molekularna sestava celice je kompleksna in heterogena. Posamezne spojine - vodo in mineralne soli - najdemo tudi v neživi naravi; druge - organske spojine: ogljikovi hidrati, maščobe, beljakovine, nukleinske kisline itd. - so značilne samo za žive organizme.

ANORGANSKE SNOVI

Voda predstavlja približno 80 % mase celice; v mladih hitro rastočih celicah - do 95%, v starih celicah - 60%.

Vloga vode v celici je velika.

Je glavni medij in topilo, sodeluje pri večini kemičnih reakcij, gibanju snovi, termoregulaciji, tvorbi celičnih struktur ter določa prostornino in elastičnost celice. Večina snovi vstopi in izstopi iz telesa v vodni raztopini. Biološka vloga voda je določena s specifičnostjo njene zgradbe: polarnostjo njenih molekul in zmožnostjo tvorbe vodikovih vezi, zaradi česar nastanejo kompleksi več molekul vode. Če je privlačna energija med molekulami vode manjša kot med molekulami vode in snovjo, se ta v vodi raztopi. Takšne snovi imenujemo hidrofilne (iz grškega "hidro" - voda, "file" - ljubezen). To so številne mineralne soli, beljakovine, ogljikovi hidrati itd. Če je energija privlačnosti med molekulami vode večja od energije privlačnosti med molekulami vode in snovjo, so takšne snovi netopne (ali rahlo topne), imenujemo jih hidrofobne ( iz grškega "phobos" - strah) - maščobe, lipidi itd.

Mineralne soli v vodnih celičnih raztopinah disociirajo na katione in anione, kar zagotavlja stabilno količino potrebne kemični elementi in osmotski tlak. Od kationov so najpomembnejši K +, Na +, Ca 2+, Mg +. Koncentracija posameznih kationov v celici in zunajceličnem okolju ni enaka. V živi celici je koncentracija K visoka, Na + nizka, v krvni plazmi pa je, nasprotno, koncentracija Na + visoka in K + nizka. To je posledica selektivne prepustnosti membran. Razlika v koncentraciji ionov v celici in okolju zagotavlja pretok vode iz okolja v celico in vsrkavanje vode s koreninami rastlin. Pomanjkanje posameznih elementov - Fe, P, Mg, Co, Zn - blokira tvorbo nukleinskih kislin, hemoglobina, beljakovin in drugih vitalnih snovi ter vodi do hude bolezni. Anioni določajo konstantnost pH-celičnega okolja (nevtralno in rahlo alkalno). Od anionov so najpomembnejši HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -

ORGANSKE SNOVI

Organske snovi v kompleksu tvorijo približno 20-30% celične sestave.

Ogljikovi hidrati- organske spojine, sestavljene iz ogljika, vodika in kisika. Delimo jih na enostavne - monosaharide (iz grškega "monos" - en) in kompleksne - polisaharide (iz grškega "poli" - veliko).

Monosaharidi(njihov splošna formula C n H 2n O n) so brezbarvne snovi prijetnega sladkega okusa, dobro topne v vodi. Razlikujejo se po številu ogljikovih atomov. Od monosaharidov so najpogostejše heksoze (s 6 atomi C): glukoza, fruktoza (v sadju, medu, krvi) in galaktoza (v mleku). Od pentoz (s 5 atomi C) sta najpogostejši riboza in deoksiriboza, ki sta del nukleinskih kislin in ATP.

Polisaharidi se nanašajo na polimere - spojine, v katerih se isti monomer večkrat ponovi. Monomeri polisaharidov so monosaharidi. Polisaharidi so topni v vodi in mnogi imajo sladek okus. Od teh so najpreprostejši disaharidi, sestavljeni iz dveh monosaharidov. Na primer, saharoza je sestavljena iz glukoze in fruktoze; mlečni sladkor- iz glukoze in galaktoze. Z večanjem števila monomerov se topnost polisaharidov zmanjšuje. Od visokomolekularnih polisaharidov je pri živalih najpogostejši glikogen, pri rastlinah pa škrob in vlaknine (celuloza). Slednji je sestavljen iz 150-200 molekul glukoze.

Ogljikovi hidrati- glavni vir energije za vse oblike celičnega delovanja (gibanje, biosinteza, izločanje itd.). Pri razgradnji na najpreprostejša produkta CO 2 in H 2 O 1 g ogljikovih hidratov sprosti 17,6 kJ energije. Ogljikovi hidrati opravljajo gradbeno funkcijo v rastlinah (njihova lupina je sestavljena iz celuloze) in vlogo skladiščnih snovi (v rastlinah - škrob, v živalih - glikogen).

Lipidi- To so v vodi netopne maščobe podobne snovi in ​​maščobe, sestavljene iz glicerola in visokomolekularnih maščobnih kislin. Živalske maščobe najdemo v mleku, mesu, podkožnega tkiva. Pri sobni temperaturi so trdne snovi. Pri rastlinah se maščobe nahajajo v semenih, plodovih in drugih organih. Pri sobni temperaturi so tekočine. Maščobam podobne snovi so po kemijski strukturi podobne maščobam. Veliko jih je v rumenjaku jajc, možganskih celicah in drugih tkivih.

Vloga lipidov je določena z njihovo strukturno funkcijo. Sestavljajo celične membrane, ki zaradi svoje hidrofobnosti preprečujejo mešanje celične vsebine z okoljem. Lipidi opravljajo energetsko funkcijo. Pri razgradnji na CO 2 in H 2 O sprosti 1 g maščobe 38,9 kJ energije. Slabo prevajajo toploto, se kopičijo v podkožnem tkivu (ter drugih organih in tkivih), opravljajo zaščitna funkcija in vloga rezervnih snovi.

Veverice- najbolj specifičen in pomemben za telo. Spadajo med neperiodične polimere. Za razliko od drugih polimerov so njihove molekule sestavljene iz podobnih, vendar neidentičnih monomerov - 20 različnih aminokislin.

Vsaka aminokislina ima svoje ime, posebno strukturo in lastnosti. Njihovo splošno formulo lahko predstavimo na naslednji način

Molekula aminokisline je sestavljena iz določenega dela (radikal R) in dela, ki je enak za vse aminokisline, vključno z amino skupino (- NH 2) z bazičnimi lastnostmi in karboksilno skupino (COOH) s kislimi lastnostmi. Prisotnost kislih in bazičnih skupin v eni molekuli določa njihovo visoko reaktivnost. Preko teh skupin se aminokisline združijo v polimer – protein. V tem primeru se molekula vode sprosti iz amino skupine ene aminokisline in karboksilne skupine druge, sproščeni elektroni pa se združijo v peptidno vez. Zato se beljakovine imenujejo polipeptidi.

Molekula beljakovine je veriga več deset ali sto aminokislin.

Molekule beljakovin so ogromne, zato jih imenujemo makromolekule. Beljakovine so tako kot aminokisline zelo reaktivne in lahko reagirajo s kislinami in alkalijami. Razlikujejo se po sestavi, količini in zaporedju aminokislin (takih kombinacij 20 aminokislin je skoraj neskončno). To pojasnjuje raznolikost beljakovin.

V strukturi beljakovinskih molekul obstajajo štiri ravni organizacije (59)

• Primarna struktura- polipeptidna veriga aminokislin, povezanih v določenem zaporedju s kovalentnimi (močnimi) peptidnimi vezmi.
• Sekundarna struktura- polipeptidna veriga, zvita v tesno spiralo. V njem nastanejo vodikove vezi nizke trdnosti med peptidnimi vezmi sosednjih zavojev (in drugih atomov). Skupaj tvorijo precej močno strukturo.
• Terciarna struktura predstavlja bizarno, a specifično konfiguracijo za vsak protein - globulo. Držijo ga nizko trdne hidrofobne vezi ali adhezivne sile med nepolarnimi radikali, ki jih najdemo v številnih aminokislinah. Zaradi svoje številčnosti zagotavljajo zadostno stabilnost beljakovinske makromolekule in njeno mobilnost. Terciarna struktura beljakovin se ohranja tudi zaradi kovalentnih S-S (es-es) vezi, ki nastanejo med oddaljenimi radikali aminokisline, ki vsebuje žveplo - cistein.
• Kvartarna struktura ni značilno za vse beljakovine. Pojavi se, ko se več beljakovinskih makromolekul združi in tvori komplekse. Na primer, hemoglobin v človeški krvi je kompleks štirih makromolekul tega proteina.

Ta zapletenost strukture beljakovinskih molekul je povezana z raznolikostjo funkcij, ki so del teh biopolimerov. Vendar pa je struktura beljakovinskih molekul odvisna od lastnosti okolja.

Kršitev naravne strukture beljakovine se imenuje denaturacija. Lahko se pojavi pod vplivom visoka temperatura, kemične snovi, sevalna energija in drugi dejavniki. S šibkim vplivom razpade samo kvartarna struktura, z močnejšo - terciarna in nato sekundarna, beljakovina pa ostane v obliki primarne strukture - polipeptidne verige.Ta proces je delno reverzibilen in denaturiran protein lahko obnovi svojo strukturo.

Vloga beljakovin v življenju celice je ogromna.

Veverice- To je gradbeni material telesa. Sodelujejo pri gradnji lupine, organelov in membran celice ter posameznih tkiv (lasje, krvne žile itd.). Številne beljakovine v celici delujejo kot katalizatorji – encimi, ki desetin ali stomilijonkrat pospešijo celične reakcije. Poznamo približno tisoč encimov. Poleg beljakovin so v njihovi sestavi kovine Mg, Fe, Mn, vitamini itd.

Vsako reakcijo katalizira lasten specifičen encim. V tem primeru ne deluje celoten encim, ampak določena regija - aktivni center. Prilega se v podlago kot ključ v ključavnico. Encimi delujejo pri določeni temperaturi in pH okolja. Posebne kontraktilne beljakovine zagotavljajo motorične funkcije celice (gibanje flagelatov, migetalk, krčenje mišic itd.). Posamezni proteini (hemoglobin v krvi) opravljajo transportno funkcijo, ki prenaša kisik v vse organe in tkiva telesa. Specifični proteini - protitelesa - opravljajo zaščitno funkcijo, nevtralizirajo tuje snovi. Nekatere beljakovine opravljajo energetsko funkcijo. Razgradnja na aminokisline in nato na še več preproste snovi, 1 g beljakovin sprosti 17,6 kJ energije.

Nukleinska kislina(iz latinskega "nucleus" - jedro) so prvič odkrili v jedru. So dveh vrst - deoksiribonukleinske kisline(DNK) in ribonukleinske kisline(RNA). Njihova biološka vloga je velika, določajo sintezo beljakovin in prenos dednih informacij iz ene generacije v drugo.

Molekula DNK ima kompleksna struktura. Sestavljen je iz dveh spiralno zavitih verig. Širina dvojne vijačnice je 2 nm 1, dolžina je več deset in celo sto mikronov (sto ali tisočkrat večja od največje proteinske molekule). DNK je polimer, katerega monomeri so nukleotidi - spojine, sestavljene iz molekule fosforne kisline, ogljikovega hidrata - deoksiriboze in dušikove baze. Njihova splošna formula je naslednja:

Fosforjeva kislina in ogljikovi hidrati so enaki v vseh nukleotidih, dušikove baze pa so štirih vrst: adenin, gvanin, citozin in timin. Določajo ime ustreznih nukleotidov:

• adenil (A),
• gvanil (G),
• citozil (C),
• timidil (T).

Vsaka veriga DNK je polinukleotid, sestavljen iz več deset tisoč nukleotidov. V njej so sosednji nukleotidi povezani z močno kovalentno vezjo med fosforno kislino in deoksiribozo.

Glede na ogromno velikost molekul DNK je lahko kombinacija štirih nukleotidov v njih neskončno velika.

Ko se oblikuje dvojna vijačnica DNA, so dušikove baze ene verige razporejene v strogo določenem vrstnem redu nasproti dušikovih baz druge. V tem primeru je T vedno proti A in samo C je proti G. To je razloženo z dejstvom, da A in T, pa tudi G in C strogo ustrezata drug drugemu, kot dve polovici razbito steklo, in so dodatni oz komplementarno(iz grškega "komplementa" - dodatek) drug drugemu. Če je zaporedje nukleotidov v eni verigi DNK znano, je po principu komplementarnosti mogoče določiti nukleotide druge verige (glej dodatek, naloga 1). Komplementarni nukleotidi so povezani z vodikovimi vezmi.

Med A in T sta dve povezavi, med G in C pa tri.

Podvojitev molekule DNK je njena edinstvena lastnost, ki zagotavlja prenos dednih informacij iz matične celice v hčerinske celice. Proces podvojitve DNK se imenuje Reduplikacija DNK. Izvaja se na naslednji način. Tik pred delitvijo celice se molekula DNA odvije in njena dvojna veriga se pod delovanjem encima na enem koncu razcepi v dve neodvisni verigi. Na vsaki polovici prostih nukleotidov celice je po principu komplementarnosti zgrajena druga veriga. Posledično se namesto ene molekule DNK pojavita dve popolnoma enaki molekuli.

RNA- polimer, ki je po strukturi podoben eni verigi DNK, vendar veliko manjši. Monomeri RNA so nukleotidi, sestavljeni iz fosforne kisline, ogljikovih hidratov (riboze) in dušikove baze. Tri dušikove baze RNK – adenin, gvanin in citozin – ustrezajo bazam DNK, četrta pa je drugačna. Namesto timina vsebuje RNA uracil. Tvorba polimera RNA poteka s kovalentnimi vezmi med ribozo in fosforno kislino sosednjih nukleotidov. Poznamo tri vrste RNA: messenger RNA(i-RNA) prenaša informacijo o strukturi proteina iz molekule DNA; prenosna RNA(tRNA) prenaša aminokisline do mesta sinteze beljakovin; ribosomska RNA (r-RNA) se nahaja v ribosomih in sodeluje pri sintezi beljakovin.

ATP- adenozin trifosforna kislina je pomembna organska spojina. Njegova struktura je nukleotid. Vsebuje dušikovo bazo adenin, ogljikov hidrat ribozo in tri molekule fosforne kisline. ATP je nestabilna struktura, pod vplivom encima se vez med "P" in "O" prekine, molekula fosforne kisline se odcepi in ATP preide v