Aproximativ 70 de elemente ale sistemului periodic de elemente al lui D.I. Mendeleev au fost găsite în celulele diferitelor organisme, dar doar 24 dintre ele au o semnificație bine stabilită și se găsesc constant în toate tipurile de celule.
Cel mai mare gravitație specifică Compoziția elementară a celulei constă din oxigen, carbon, hidrogen și azot. Acestea sunt așa-numitele de bază sau nutrienți. Aceste elemente reprezintă mai mult de 95% din masa celulelor, iar conținutul lor relativ în materia vie este mult mai mare decât în scoarța terestră. De asemenea, sunt vitale calciul, fosforul, sulful, potasiul, clorul, sodiul, magneziul, iodul și fierul. Conținutul lor în celulă este calculat în zecimi și sutimi de procent. Elementele enumerate formează un grup macronutrienti.
Alte elemente chimice: cupru, mangan, molibden, cobalt, zinc, bor, fluor, crom, seleniu, aluminiu, iod, fier, siliciu - sunt continute in cantitati extrem de mici (mai putin de 0,01% din masa celulara). Ei aparțin grupului microelemente.
Conținutul procentual al unui anumit element din organism nu caracterizează în niciun caz gradul de importanță și necesitate în organism. De exemplu, multe microelemente fac parte din diferite biologice substanțe active- enzime, vitamine (cobaltul face parte din vitamina B 12), hormoni (iodul face parte din tiroxină); influențează creșterea și dezvoltarea organismelor (zinc, mangan, cupru), hematopoieza (fier, cupru), procesele de respirație celulară (cuprul). , zinc), etc. Conținutul și semnificația pentru viața celulelor și a corpului în ansamblu a diferitelor elemente chimice sunt date în tabel:
| Element | Simbol | Conținut aproximativ, % | Importanța pentru celule și organisme |
|---|---|---|---|
| Oxigen | O | 62 | Parte din apă și materie organică; participă la respirația celulară |
| Carbon | C | 20 | Conține toate substanțele organice |
| Hidrogen | H | 10 | Parte din apă și materie organică; participă la procesele de conversie a energiei |
| Azot | N | 3 | Contine aminoacizi, proteine, acizi nucleici, ATP, clorofila, vitamine |
| Calciu | Ca | 2,5 | O parte a peretelui celular al plantelor, oaselor și dinților, crește coagularea sângelui și contractilitatea fibrelor musculare |
| Fosfor | P | 1,0 | Parte din țesutul osos și smalțul dinților, acizi nucleici, ATP și unele enzime |
| Sulf | S | 0,25 | O parte din aminoacizi (cisteină, cistina și metionină), unele vitamine, participă la formarea legăturilor disulfurice la formarea structurii terțiare a proteinelor |
| Potasiu | K | 0,25 | Conținut în celulă numai sub formă de ioni, activează enzimele sintezei proteinelor, determină ritmul normal al activității cardiace, participă la procesele de fotosinteză și la generarea potențialelor bioelectrice. |
| Clor | Cl | 0,2 | Ionul negativ predomină în corpul animalelor. Componentă de acid clorhidricîn sucul gastric |
| Sodiu | N / A | 0,10 | Conținut în celulă numai sub formă de ioni, determină ritmul normal al activității cardiace și afectează sinteza hormonilor |
| Magneziu | Mg | 0,07 | O parte din moleculele de clorofilă, precum și oasele și dinții, activează metabolismul energetic și sinteza ADN-ului |
| Iod | eu | 0,01 | Conține hormoni tiroidieni |
| Fier | Fe | 0,01 | Face parte din multe enzime, hemoglobina și mioglobina, participă la biosinteza clorofilei, la transportul de electroni, la procesele de respirație și fotosinteză. |
| Cupru | Cu | Urme de pasi | Face parte din hemocianine la nevertebrate, parte din unele enzime și este implicată în procesele de hematopoieză, fotosinteză și sinteza hemoglobinei. |
| Mangan | Mn | Urme de pasi | Face parte din sau crește activitatea anumitor enzime, participă la dezvoltarea oaselor, asimilarea azotului și procesul de fotosinteză |
| Molibden | lu | Urme de pasi | Parte a unor enzime (nitrat reductaza), participă la procesele de fixare a azotului atmosferic de către bacteriile nodulare |
| Cobalt | Co | Urme de pasi | Parte a vitaminei B 12, participă la fixarea azotului atmosferic de către bacteriile nodulare |
| Bor | B | Urme de pasi | Afectează procesele de creștere a plantelor, activează enzimele reductive ale respirației |
| Zinc | Zn | Urme de pasi | Parte a unor enzime care descompun polipeptidele, participă la sinteza hormonilor vegetali (auxine) și la glicoliză. |
| Fluor | F | Urme de pasi | Conține smalțul dinților și al oaselor |
Organismele sunt formate din celule. Celulele diferitelor organisme au compoziții chimice similare. Tabelul 1 prezintă principalele elemente chimice găsite în celulele organismelor vii.
Tabelul 1. Conținutul elementelor chimice din celulă
Pe baza conținutului din celulă, se pot distinge trei grupuri de elemente. Primul grup include oxigenul, carbonul, hidrogenul și azotul. Ele reprezintă aproape 98% din compoziția totală a celulei. Al doilea grup include potasiu, sodiu, calciu, sulf, fosfor, magneziu, fier, clor. Conținutul lor în celulă este de zecimi și sutimi de procent. Elementele acestor două grupe sunt clasificate ca macronutrienti(din greaca macro- mare).
Elementele rămase, reprezentate în celulă prin sutimi și miimi de procent, sunt incluse în a treia grupă. Acest microelemente(din greaca micro- mic).
În celulă nu au fost găsite elemente unice naturii vii. Toate elementele chimice enumerate fac, de asemenea, parte din natura neînsuflețită. Aceasta indică unitatea naturii vie și neînsuflețite.
O deficiență a oricărui element poate duce la îmbolnăvire și chiar la moartea corpului, deoarece fiecare element joacă un rol specific. Macroelementele din primul grup formează baza biopolimerilor - proteine, carbohidrați, acizi nucleici, precum și lipide, fără de care viața este imposibilă. Sulful face parte din unele proteine, fosforul face parte din acizii nucleici, fierul face parte din hemoglobina, iar magneziul face parte din clorofila. Calciul joacă un rol important în metabolism.
Unele dintre elementele chimice conținute în celulă fac parte din substanțe anorganice - săruri minerale și apă.
Saruri minerale se găsesc în celulă, de regulă, sub formă de cationi (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) și anioni (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3), al cărui raport determină aciditatea mediului, care este importantă pentru viața celulelor.
(În multe celule, mediul este ușor alcalin și pH-ul său aproape nu se schimbă, deoarece un anumit raport de cationi și anioni este menținut în mod constant în el.)
Dintre substanțele anorganice din natura vie, joacă un rol imens apă.
Fără apă, viața este imposibilă. El constituie o masă semnificativă a majorității celulelor. Multă apă este conținută în celulele creierului și în embrionii umani: mai mult de 80% apă; în celulele țesutului adipos - doar 40,% La bătrânețe, conținutul de apă din celule scade. O persoană care a pierdut 20% din apă moare.
Proprietățile unice ale apei determină rolul acesteia în organism. Este implicat în termoreglarea, care este cauzată de capacitatea mare de căldură a consumului de apă cantitate mare energie atunci când este încălzită. Ce determină capacitatea mare de căldură a apei?
Într-o moleculă de apă, un atom de oxigen este legat covalent de doi atomi de hidrogen. Molecula de apă este polară deoarece atomul de oxigen are o sarcină parțial negativă, iar fiecare dintre cei doi atomi de hidrogen are
Sarcină parțial pozitivă. O legătură de hidrogen se formează între atomul de oxigen al unei molecule de apă și atomul de hidrogen al altei molecule. Legăturile de hidrogen asigură conexiunea unui număr mare de molecule de apă. Când apa este încălzită, o parte semnificativă a energiei este cheltuită pentru ruperea legăturilor de hidrogen, ceea ce determină capacitatea sa ridicată de căldură.
apa - solvent bun. Datorită polarității lor, moleculele sale interacționează cu ionii încărcați pozitiv și negativ, favorizând astfel dizolvarea substanței. În raport cu apa, toate substanțele celulare sunt împărțite în hidrofile și hidrofobe.
Hidrofil(din greaca hidro- apa si filleo- dragoste) se numesc substante care se dizolva in apa. Acestea includ compuși ionici (de exemplu, săruri) și unii compuși neionici (de exemplu, zaharuri).
Hidrofob(din greaca hidro- apa si Fobos- frica) sunt substante care sunt insolubile in apa. Acestea includ, de exemplu, lipidele.
Apa joacă un rol important în reacții chimice, care apar în celulă în soluții apoase. Dizolvă produsele metabolice de care organismul nu are nevoie și, prin urmare, promovează eliminarea lor din organism. Conținutul mare de apă din celulă îl dă elasticitate. Apa facilitează mișcarea diferitelor substanțe în interiorul unei celule sau de la celulă la celulă.
Corpurile naturii vii și neînsuflețite constau din aceleași elemente chimice. Organismele vii conțin substanțe anorganice - apă și săruri minerale. Numeroasele funcții vitale ale apei într-o celulă sunt determinate de caracteristicile moleculelor sale: polaritatea lor, capacitatea de a forma legături de hidrogen.
COMPONENTE ANORGANICE ALE CELULEI
Aproximativ 90 de elemente se găsesc în celulele organismelor vii, iar aproximativ 25 dintre ele se găsesc în aproape toate celulele. Pe baza conținutului lor în celulă, elementele chimice sunt împărțite în trei grupe mari: macroelemente (99%), microelementele (1%), ultramicroelementele (mai puțin de 0,001%).
Macroelementele includ oxigen, carbon, hidrogen, fosfor, potasiu, sulf, clor, calciu, magneziu, sodiu, fier.
Microelementele includ mangan, cupru, zinc, iod, fluor.
Ultramicroelementele includ argint, aur, brom și seleniu.
| ELEMENTE | CONȚINUT ÎN CORP (%) | SEMNIFICAȚIA BIOLOGICĂ |
| Macronutrienti: | ||
| O.C.H.N. | 62-3 | Conține toată materia organică din celule, apă |
| Fosforul R | 1,0 | Ele fac parte din acizii nucleici, ATP (formează legături de înaltă energie), enzime, țesutul osos și smalțul dinților. |
| Calciu Ca +2 | 2,5 | La plante face parte din membrana celulară, la animale - în compoziția oaselor și a dinților, activează coagularea sângelui |
| Microelemente: | 1-0,01 | |
| Sulful S | 0,25 | Conține proteine, vitamine și enzime |
| Potasiu K+ | 0,25 | Provoacă conducerea impulsurilor nervoase; activator al enzimelor de sinteză a proteinelor, procesele de fotosinteză, creșterea plantelor |
| Clor CI - | 0,2 | Este o componentă a sucului gastric sub formă de acid clorhidric, activează enzimele |
| Na+ de sodiu | 0,1 | Asigură conducerea impulsurilor nervoase, menține presiunea osmotică în celulă, stimulează sinteza hormonilor |
| Magneziu Mg +2 | 0,07 | O parte din molecula de clorofilă, care se găsește în oase și dinți, activează sinteza ADN-ului și metabolismul energetic |
| Iod I - | 0,1 | O parte a hormonului tiroidian - tiroxina, afectează metabolismul |
| Fier Fe+3 | 0,01 | Face parte din hemoglobina, mioglobina, cristalinul și corneea ochiului, un activator enzimatic și este implicat în sinteza clorofilei. Oferă transportul oxigenului către țesuturi și organe |
| Ultramicroelemente: | mai puțin de 0,01, urme | |
| Cupru Si +2 | Participă la procesele de hematopoieză, fotosinteză, catalizează procesele oxidative intracelulare | |
| Mangan Mn | Crește productivitatea plantelor, activează procesul de fotosinteză, afectează procesele hematopoietice | |
| Bor V | Afectează procesele de creștere a plantelor | |
| Fluor F | Face parte din smalțul dinților; dacă există o deficiență, se dezvoltă carii; dacă există un exces, se dezvoltă fluoroza. | |
| Substante: | ||
| N 2 0 | 60-98 | Alcătuiește mediul intern al corpului, participă la procesele de hidroliză și structurează celula. Solvent universal, catalizator, participant la reacții chimice |
COMPONENTELE ORGANICE ALE CELULELE
| SUBSTANȚE | STRUCTURA SI PROPRIETATI | FUNCȚII |
| Lipidele | ||
| Esteri ai acizilor grași superiori și ai glicerolului. Compoziția fosfolipidelor include suplimentar reziduul H 3 PO 4. Au proprietăți hidrofobe sau hidrofil-hidrofobe și intensitate energetică ridicată. | Constructie- formează stratul bilipid al tuturor membranelor. Energie. Termoregulator. De protecţie. hormonal(corticosteroizi, hormoni sexuali). Componente vitaminele D, E. Sursa de apa din organism.Rezerva nutrienti |
|
| Carbohidrați | ||
| Monozaharide: glucoză, fructoză, riboza, dezoxiriboză |
Foarte solubil în apă | Energie |
| dizaharide: zaharoza, maltoză (zahăr de malț) |
Solubil în apă | Componente ADN, ARN, ATP |
| Polizaharide: amidon, glicogen, celuloză |
Puțin solubil sau insolubil în apă | Nutrient de rezervă. Construcție - învelișul unei celule vegetale |
| Veverițe | Polimeri. Monomeri - 20 de aminoacizi. | Enzimele sunt biocatalizatori. |
| Structura I este secvența de aminoacizi din lanțul polipeptidic. Legătură - peptidă - CO-NH- | Construcție - fac parte din structurile membranare, ribozomii. | |
| II structura - A-helix, legătură - hidrogen | Motorii (proteine musculare contractile). | |
| III structura - configuratie spatiala A-spirale (globul). Legături - ionice, covalente, hidrofobe, hidrogen | Transport (hemoglobina). protectoare (anticorpi) reglatoare (hormoni, insulină) | |
| Structura IV nu este caracteristică tuturor proteinelor. Legarea mai multor lanțuri polipeptidice într-o singură suprastructură.prost solubil în apă. Acțiune temperaturi mari, acizi concentrațiși alcaline, sărurile metalelor grele provoacă denaturarea | ||
| Acizi nucleici: | Biopolimeri. Format din nucleotide | |
| ADN-ul este acid dezoxiribonucleic. | Compoziția nucleotidelor: dezoxiriboză, baze azotate - adenină, guanină, citozină, timină, reziduu H 3 PO 4. Complementaritatea bazelor azotate A = T, G = C. Helix dublu. Capabil să se autodubleze | Ele formează cromozomi. Stocarea și transmiterea informațiilor ereditare, cod genetic. Biosinteza ARN și a proteinelor. Codifică structura primară a unei proteine. Conținut în nucleu, mitocondrii, plastide |
| ARN este acid ribonucleic. | Compoziția nucleotidelor: riboză, baze azotate - adenină, guanină, citozină, uracil, reziduu H 3 PO 4 Complementaritatea bazelor azotate A = U, G = C. Un lanț | |
| ARN mesager | Transferul de informații despre structura primară a proteinei, participă la biosinteza proteinelor | |
| ARN ribozomal | Construiește corpul ribozomului | |
| Transfer ARN | Codifică și transportă aminoacizi la locul sintezei proteinelor - ribozomi | |
| ARN și ADN viral | Aparatul genetic al virusurilor | |
Enzime.
Cea mai importantă funcție a proteinelor este catalitică. Se numesc molecule de proteine care cresc viteza reacțiilor chimice într-o celulă cu câteva ordine de mărime enzime. Nu are loc un singur proces biochimic în organism fără participarea enzimelor.
În prezent, au fost descoperite peste 2000 de enzime. Eficiența lor este de multe ori mai mare decât eficiența catalizatorilor anorganici utilizați în producție. Astfel, 1 mg de fier din enzima catalază înlocuiește 10 tone de fier anorganic. Catalaza crește viteza de descompunere a peroxidului de hidrogen (H 2 O 2) de 10 11 ori. Enzima care catalizează reacţia de formare a acidului carbonic (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) accelerează reacţia de 10 7 ori.
O proprietate importantă a enzimelor este specificitatea acțiunii lor; fiecare enzimă catalizează doar una sau un grup mic de reacții similare.
Substanța asupra căreia acționează enzima se numește substrat. Structurile moleculelor de enzimă și substrat trebuie să se potrivească exact între ele. Aceasta explică specificitatea acțiunii enzimelor. Atunci când un substrat este combinat cu o enzimă, structura spațială a enzimei se modifică.
Secvența interacțiunii dintre enzimă și substrat poate fi descrisă schematic:
Substrat+Enzimă - Complex enzimă-substrat - Enzimă+Produs.
Diagrama arată că substratul se combină cu enzima pentru a forma un complex enzimă-substrat. În acest caz, substratul este transformat într-o substanță nouă - un produs. În etapa finală, enzima este eliberată din produs și interacționează din nou cu o altă moleculă de substrat.
Enzimele funcționează numai la o anumită temperatură, concentrație de substanțe și aciditate a mediului. Condițiile în schimbare duce la modificări ale structurii terțiare și cuaternare a moleculei proteice și, în consecință, la suprimarea activității enzimatice. Cum se întâmplă asta? Doar o anumită parte a moleculei de enzimă, numită centru activ. Centrul activ conține de la 3 la 12 resturi de aminoacizi și se formează ca urmare a îndoirii lanțului polipeptidic.
Sub influența diverșilor factori, structura moleculei de enzimă se modifică. În acest caz, configurația spațială a centrului activ este perturbată, iar enzima își pierde activitatea.
Enzimele sunt proteine care acționează ca catalizatori biologici. Datorită enzimelor, viteza reacțiilor chimice în celule crește cu câteva ordine de mărime. O proprietate importantă a enzimelor este specificitatea lor de acțiune în anumite condiții.
Acizi nucleici.
Acizii nucleici au fost descoperiți în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Biochimistul elvețian F. Miescher, care a izolat din nucleele celulare o substanță cu un conținut ridicat de azot și fosfor și a numit-o „nucleină” (din lat. miez- miez).
Acizii nucleici stochează informații ereditare despre structura și funcționarea fiecărei celule și a tuturor ființelor vii de pe Pământ. Există două tipuri de acizi nucleici - ADN (acid dezoxiribonucleic) și ARN (acid ribonucleic). Acizii nucleici, ca și proteinele, sunt specifici unei specii, adică organismele fiecărei specii au propriul lor tip de ADN. Pentru a afla motivele specificității speciei, luați în considerare structura acizilor nucleici.
Moleculele de acid nucleic sunt lanțuri foarte lungi formate din multe sute și chiar milioane de nucleotide. Orice acid nucleic conține doar patru tipuri de nucleotide. Funcțiile moleculelor de acid nucleic depind de structura lor, de nucleotidele pe care le conțin, de numărul lor în lanț și de secvența compusului din moleculă.
Fiecare nucleotidă constă din trei componente: o bază azotată, un carbohidrat și un acid fosforic. Fiecare nucleotidă ADN conține unul dintre cele patru tipuri de baze azotate (adenină - A, timină - T, guanină - G sau citozină - C), precum și carbon dezoxiriboză și un reziduu de acid fosforic.
Astfel, nucleotidele ADN diferă doar prin tipul bazei azotate.
Molecula de ADN este formată dintr-un număr mare de nucleotide conectate într-un lanț într-o anumită secvență. Fiecare tip de moleculă de ADN are propriul său număr și secvență de nucleotide.
Moleculele de ADN sunt foarte lungi. De exemplu, pentru a nota secvența de nucleotide din moleculele de ADN dintr-o celulă umană (46 de cromozomi) în litere ar fi nevoie de o carte de aproximativ 820.000 de pagini. Alternarea a patru tipuri de nucleotide poate forma un număr infinit de variante de molecule de ADN. Aceste caracteristici structurale ale moleculelor de ADN le permit să stocheze o cantitate imensă de informații despre toate caracteristicile organismelor.
În 1953, biologul american J. Watson și fizicianul englez F. Crick au creat un model al structurii moleculei de ADN. Oamenii de știință au descoperit că fiecare moleculă de ADN constă din două lanțuri interconectate și răsucite spiralat. Arată ca un dublu helix. În fiecare lanț, patru tipuri de nucleotide alternează într-o secvență specifică.
Compoziția de nucleotide a ADN-ului variază între diferitele tipuri de bacterii, ciuperci, plante și animale. Dar nu se schimbă cu vârsta, depinde puțin de schimbări mediu inconjurator. Nucleotidele sunt pereche, adică numărul de nucleotide de adenină din orice moleculă de ADN este egal cu numărul de nucleotide de timidină (A-T), iar numărul de nucleotide de citozină este egal cu numărul de nucleotide de guanină (C-G). Acest lucru se datorează faptului că legătura a două lanțuri unul cu celălalt într-o moleculă de ADN este supusă unei anumite reguli, și anume: adenina dintr-un lanț este întotdeauna conectată prin două legături de hidrogen numai cu timina din celălalt lanț și guanina - prin trei legături de hidrogen cu citozina, adică lanțurile de nucleotide ale unei molecule de ADN sunt complementare, completându-se reciproc.
Moleculele de acid nucleic - ADN și ARN - sunt formate din nucleotide. Nucleotidele ADN includ o bază azotată (A, T, G, C), carbohidratul dezoxiriboză și un rest de moleculă de acid fosforic. Molecula de ADN este o dublă helix, constând din două lanțuri legate prin legături de hidrogen conform principiului complementarității. Funcția ADN-ului este de a stoca informații ereditare.
Celulele tuturor organismelor conțin molecule de ATP - acid adenozin trifosforic. ATP este o substanță celulară universală, a cărei moleculă are legături bogate în energie. Molecula ATP este o nucleotidă unică, care, ca și alte nucleotide, constă din trei componente: o bază azotată - adenină, un carbohidrat - riboză, dar în loc de una conține trei resturi de molecule de acid fosforic (Fig. 12). Conexiunile indicate în figură cu o pictogramă sunt bogate în energie și sunt numite macroergice. Fiecare moleculă de ATP conține două legături de înaltă energie.
Când o legătură de înaltă energie este ruptă și o moleculă de acid fosforic este îndepărtată cu ajutorul enzimelor, se eliberează 40 kJ/mol de energie, iar ATP este transformat în ADP - acid adenozin difosforic. Când o altă moleculă de acid fosforic este îndepărtată, se eliberează încă 40 kJ/mol; Se formează AMP - acid adenozin monofosforic. Aceste reacții sunt reversibile, adică AMP poate fi transformat în ADP, ADP în ATP.
Moleculele de ATP nu sunt doar descompuse, ci și sintetizate, astfel încât conținutul lor în celulă este relativ constant. Importanța ATP în viața unei celule este enormă. Aceste molecule joacă un rol principal în metabolismul energetic necesar pentru a asigura viața celulei și a organismului în ansamblu.
Orez. 12. Schema structurii ATP.| adenina - |
O moleculă de ARN este de obicei o singură catenă, constând din patru tipuri de nucleotide - A, U, G, C. Sunt cunoscute trei tipuri principale de ARN: ARNm, ARNr, ARNt. Conținutul de molecule de ARN dintr-o celulă nu este constant; ele participă la biosinteza proteinelor. ATP este o substanță energetică universală a celulei, care conține legături bogate în energie. ATP joacă un rol central în metabolismul energetic celular. ARN și ATP se găsesc atât în nucleul, cât și în citoplasma celulei.
Sarcini și teste pe tema „Tema 4. „Compoziția chimică a celulei”.
- polimer, monomer;
- carbohidrat, monozaharid, dizaharid, polizaharid;
- lipide, acizi grași, glicerol;
- aminoacid, legătură peptidică, proteină;
- catalizator, enzimă, situs activ;
- acid nucleic, nucleotidă.
Algoritm pentru rezolvarea problemelor.
Tip 1. Autocopie a ADN-ului.
Unul dintre lanțurile de ADN are următoarea secvență de nucleotide:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Ce secvență de nucleotide are al doilea lanț al aceleiași molecule?
Pentru a scrie secvența de nucleotide a celei de-a doua catene a unei molecule de ADN, când este cunoscută secvența primei catene, este suficient să înlocuiți timina cu adenină, adenina cu timină, guanina cu citozină și citozina cu guanină. După ce am făcut această înlocuire, obținem secvența:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...
Tip 2. Codificarea proteinelor.
Lanțul de aminoacizi a proteinei ribonuclează are următorul început: lizină-glutamină-treonină-alanină-alanină-alanină-lizină...
Cu ce secvență de nucleotide începe gena corespunzătoare acestei proteine?
Pentru a face acest lucru, utilizați tabelul de coduri genetice. Pentru fiecare aminoacid, găsim codul său sub forma triplu-ului corespunzător de nucleotide și îl notăm. Prin aranjarea acestor triplete unul după altul în aceeași ordine cu aminoacizii corespunzători, obținem formula pentru structura unei secțiuni de ARN mesager. De regulă, există mai multe astfel de tripleți, alegerea se face în funcție de decizia dvs. (dar este luat doar unul dintre tripleți). În consecință, pot exista mai multe soluții.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG
Cu ce secvență de aminoacizi începe o proteină dacă este codificată de următoarea secvență de nucleotide:
ACCTTCCATGGCCGGT...
Folosind principiul complementarității, găsim structura unei secțiuni de ARN mesager format pe un anumit segment al unei molecule de ADN:
UGCGGGGUACCGGCCCA...
Apoi ne întoarcem la tabelul codului genetic și pentru fiecare triplă de nucleotide, pornind de la prima, găsim și scriem aminoacidul corespunzător:
Cisteina-glicina-tirozina-arginina-prolina-...
Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. „Biologie generală”. Moscova, „Iluminismul”, 2000
- Tema 4. „Compoziția chimică a celulei”. §2-§7 p. 7-21
- Subiectul 5. „Fotosinteza”. §16-17 p. 44-48
- Subiectul 6. „Respirația celulară”. §12-13 p. 34-38
- Subiectul 7. „Informații genetice”. §14-15 p. 39-44
În corpul uman au fost descoperite 86 de elemente chimice care fac parte din Tabelul periodic al elementelor chimice al D.I. Mendeleev. Aceste elemente sunt împărțite în mod convențional în patru grupuri:
- macroelemente - elemente care alcătuiesc cea mai mare parte a celulei (aproximativ 98-99% din greutatea uscată), inclusiv carbon (C), hidrogen (H), oxigen (O) și azot (N);
- elemente, al căror conținut în celulă, calculat pe bază de greutate uscată, este de aproximativ 1,9%. Acestea sunt potasiu (K), sodiu (Na), calciu (Ca), magneziu (Mg), sulf (S), fosfor (P), clor (Cl) și fier (Fe);
- elementele al căror conținut într-o celulă, calculat pe bază de greutate uscată, este mai mic de 0,01% sunt microelemente. Acestea sunt zinc (Zn), cupru (Cu), fluor (F), iod (I), cobalt (Co), molibden (Mo) etc.
- elemente al căror conținut într-o celulă, calculat pe bază de greutate uscată, este mai mic de 0,00001% - ultramicroelemente: aur (Au), uraniu (U), radiu (Ra) etc.
Rolul elementelor chimice în celulele organismelor vii
Fiecare element care alcătuiește un organism viu este responsabil pentru îndeplinirea unei anumite funcții (Tabelul 1).
Tabelul 1. Rolul elementelor chimice în celulele organismelor vii.
| Element chimic | Substanțe care conțin un element chimic | Procese în care este implicat un element chimic |
|---|---|---|
|
Carbon, hidrogen, oxigen, azot |
Proteine, acizi nucleici, lipide, carbohidrați și alte substanțe organice |
Sinteza substanţelor organice şi întregul complex de funcţii îndeplinite de aceste substanţe organice |
|
Potasiu, sodiu |
Asigurarea funcției membranelor, în special, menținerea potențialului electric al membranei celulare, funcționarea pompei Na + /Ka +, conducerea impulsurilor nervoase, echilibrele anionice, cationice și osmotice |
|
|
Participarea la procesul de coagulare a sângelui |
||
|
Fosfat de calciu, carbonat de calciu |
Țesut osos, smalț al dinților, cochilii de moluște |
|
|
Pectat de calciu |
Formarea plăcii mediane și a peretelui celular la plante |
|
|
Clorofilă |
Fotosinteză |
|
|
Formarea structurii proteice spațiale datorită formării punților disulfurice |
||
|
Acizi nucleici, ATP |
Sinteza acidului nucleic |
|
|
Menținerea potențialului electric al membranei celulare, funcționarea pompei Na + /Ka +, conducerea impulsurilor nervoase, echilibrele anionice, cationice și osmotice |
||
|
Activarea enzimelor digestive din sucul gastric |
||
|
Hemoglobină |
Transportul oxigenului |
|
|
Citocromi |
Transferul de electroni în timpul fotosintezei și al respirației |
|
|
Mangan |
Decarboxilaze, dehidrogenaze |
Oxidarea acizilor grași, participarea la procesele de respirație și fotosinteză |
|
Hemocianina |
Transportul oxigenului la unele nevertebrate |
|
|
Tirozinaza |
Formarea melaninei |
|
|
Vitamina B 12 |
Formarea globulelor roșii |
|
|
Alcool dehidrogenază |
Respirația anaerobă la plante |
|
|
Anhidrazei carbonice |
Transportul CO 2 la vertebrate |
|
|
Fluorura de calciu |
Țesut osos, smalț al dinților |
|
|
Tiroxina |
Reglarea metabolismului bazal |
|
|
Molibden |
Nitrogenaza |
Fixarea azotului |
O deficiență a oricărui element poate duce la îmbolnăvire și chiar la moartea corpului, deoarece fiecare element joacă un rol specific. Macroelementele din primul grup formează baza biopolimerilor - proteine, carbohidrați, acizi nucleici, precum și lipide, fără de care viața este imposibilă. Sulful face parte din unele proteine, fosforul face parte din acizii nucleici, fierul face parte din hemoglobina, iar magneziul face parte din clorofila. Calciul joacă un rol important în metabolism
Unele dintre elementele chimice conținute în celulă fac parte din substanțe anorganice - săruri minerale și apă. Sărurile minerale se găsesc în celulă, de regulă, sub formă de cationi (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) și anioni (HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, CI -, HCO 3 -), raportul care determină aciditatea mediului, care este important pentru viața celulelor, mediul ușor alcalin al multor celule și pH-ul acestuia aproape că nu se modifică, deoarece un anumit raport de cationi și anioni este menținut constant în aceasta.
Apa joacă un rol important în reacțiile chimice care au loc în celulă în soluții apoase. Dizolvă produsele metabolice de care organismul nu are nevoie și, prin urmare, promovează eliminarea lor din organism. Conținutul mare de apă din celulă îi conferă elasticitate. Apa facilitează mișcarea diferitelor substanțe în interiorul unei celule sau de la celulă la celulă.
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
EXEMPLUL 2
| Exercițiu | Cum va afecta lipsa oricărui element necesar viața celulei și a organismului? Dă exemple. |
| Răspuns | O deficiență a oricărui microelement duce la o scădere a sintezei materiei organice în care este inclus acest microelement. Ca urmare, procesele de creștere, metabolism, reproducere etc. sunt perturbate. De exemplu, deficitul de iod din alimente duce la o scădere generală a activității organismului și la creșterea glandei tiroide - gușă endemică. Lipsa borului provoacă moartea mugurilor apicali la plante. Lipsa de seleniu poate duce la cancer la oameni și animale. |
Toate organismele de pe planeta noastră sunt compuse din celule care sunt similare ca compoziție chimică. În acest articol vom vorbi pe scurt despre compoziția chimică a celulei, rolul acesteia în viața întregului organism și vom afla ce știință studiază această problemă.
Grupuri de elemente ale compoziției chimice a celulei
Știința care studiază componentele și structura unei celule vii se numește citologie.
Toate elementele incluse în structura chimică a corpului pot fi împărțite în trei grupuri:
- macroelemente;
- microelemente;
- ultramicroelemente.
Macroelementele includ hidrogen, carbon, oxigen și azot. Ele reprezintă aproape 98% din toate elementele constitutive.
Microelementele sunt prezente în zecimi și sutimi de procent. Și un conținut foarte scăzut de ultramicroelemente - sutimi și miimi de procent.
TOP 4 articolecare citesc împreună cu asta
Tradus din greacă, „macro” înseamnă mare, iar „micro” înseamnă mic.
Oamenii de știință au descoperit că nu există elemente speciale care să fie unice pentru organismele vii. Prin urmare, atât natura vie cât și cea neînsuflețită constă din aceleași elemente. Asta dovedește relația lor.
În ciuda conținutului cantitativ al unui element chimic, absența sau reducerea a cel puțin unuia dintre ele duce la moartea întregului organism. La urma urmei, fiecare dintre ele are propriul său sens.
Rolul compoziției chimice a celulei
Macroelementele stau la baza biopolimerilor, si anume proteine, carbohidrati, acizi nucleici si lipide.
Microelementele fac parte din substanțele organice vitale și participă la procesele metabolice. Sunt componente constitutive ale sărurilor minerale, care sunt sub formă de cationi și anioni, raportul lor determină mediul alcalin. Cel mai adesea este ușor alcalin, deoarece raportul de săruri minerale nu se schimbă.
Hemoglobina conține fier, clorofilă - magneziu, proteine - sulf, acizi nucleici - fosfor, metabolismul are loc cu o cantitate suficientă de calciu.
Orez. 2. Compoziția celulară
Unele elemente chimice sunt componente ale unor substanțe anorganice, cum ar fi apa. Joacă un rol important în viața celulelor vegetale și animale. Apa este un solvent bun, din această cauză toate substanțele din interiorul corpului sunt împărțite în:
- Hidrofil - se dizolva in apa;
- Hidrofob - nu se dizolva in apa.
Datorită prezenței apei, celula devine elastică, favorizează mișcarea substanțelor organice în citoplasmă.
Orez. 3. Substanțe celulare.
Tabelul „Proprietăți ale compoziției chimice a celulei”
Pentru a înțelege clar ce elemente chimice fac parte din celulă, le-am inclus în următorul tabel:
|
Elemente |
Sens |
|
|
Macronutrienți |
||
|
Oxigen, carbon, hidrogen, azot |
||
|
O componentă constitutivă a cochiliei la plante, în corpul animalului se găsește în oase și dinți și are un rol activ în coagularea sângelui. |
||
|
Conținut în acizi nucleici, enzime, țesut osos și smalț dentar. |
||
|
Microelemente |
||
|
Este baza proteinelor, enzimelor și vitaminelor. |
||
|
Asigură transmiterea impulsurilor nervoase, activează sinteza proteinelor, fotosinteza și procesele de creștere. |
||
|
Unul dintre componentele sucului gastric, un provocator de enzime. |
||
|
Participă activ la procesele metabolice, o componentă a hormonului tiroidian. |
||
|
Asigură transmiterea impulsurilor în sistemul nervos, menține presiunea constantă în interiorul celulei și provoacă sinteza hormonilor. |
||
|
Un element constitutiv al clorofilei, țesutului osos și dinților provoacă sinteza ADN-ului și procesele de transfer de căldură. |
||
|
O parte integrantă a hemoglobinei, a cristalinului și a corneei, sintetizează clorofila. Transportă oxigenul în tot corpul. |
||
|
Ultramicroelemente |
||
|
O parte integrantă a proceselor de formare a sângelui și fotosinteză, accelerează procesele de oxidare intracelulară. |
||
|
Mangan |
Activează fotosinteza, participă la formarea sângelui și asigură o productivitate ridicată. |
|
|
Componentă a smalțului dentar. |
||
|
Reglează creșterea plantelor. |
||
Ce am învățat?
Fiecare celulă a naturii vii are propriul său set de elemente chimice. În ceea ce privește compoziția lor, obiectele naturii vie și neînsuflețite au asemănări, asta dovedește relația lor strânsă. Fiecare celulă este formată din macroelemente, microelemente și ultramicroelemente, fiecare având propriul său rol. Absența a cel puțin unuia dintre ele duce la îmbolnăvire și chiar la moartea întregului organism.
Test pe tema
Evaluarea raportului
Rata medie: 4.5. Evaluări totale primite: 807.
Astăzi, multe elemente chimice ale tabelului periodic au fost descoperite și izolate în forma lor pură, iar o cincime dintre ele se găsesc în fiecare organism viu. Ele, ca și cărămizile, sunt componentele principale ale substanțelor organice și anorganice.
Ce elemente chimice sunt incluse în compoziția celulei, după biologia ce substanțe se poate judeca prezența lor în organism - vom lua în considerare toate acestea mai târziu în articol.
Care este constanța compoziției chimice?
Pentru a menține stabilitatea în organism, fiecare celulă trebuie să mențină concentrația fiecăruia dintre componentele sale la un nivel constant. Acest nivel este determinat de specii, habitat și factori de mediu.
Pentru a răspunde la întrebarea ce elemente chimice sunt incluse în compoziția unei celule, este necesar să înțelegem clar că orice substanță conține oricare dintre componentele tabelului periodic.
Uneori despre care vorbim aproximativ sutimi și miimi de procent din conținutul unui anumit element dintr-o celulă, dar o modificare a numărului menționat chiar și cu o miime poate avea deja consecințe grave pentru organism.
Din cele 118 elemente chimice dintr-o celulă umană, trebuie să existe cel puțin 24. Nu există componente care să se găsească într-un organism viu, dar care să nu facă parte din obiectele neînsuflețite ale naturii. Acest fapt confirmă legătura strânsă dintre lucrurile vii și cele nevii dintr-un ecosistem.
Rolul diferitelor elemente care alcătuiesc celula
Deci, ce elemente chimice alcătuiesc o celulă? Rolul lor în viața corpului, trebuie remarcat, depinde direct de frecvența de apariție și de concentrația lor în citoplasmă. Cu toate acestea, în ciuda conținutului diferit de elemente dintr-o celulă, importanța fiecăruia dintre ele este la fel de mare. O deficiență a oricăruia dintre ele poate duce la efecte dăunătoare asupra organismului, dezactivând cele mai importante reacții biochimice din metabolism.
Când enumerăm ce elemente chimice alcătuiesc celula umană, trebuie să menționăm trei tipuri principale, pe care le vom lua în considerare în continuare:
Elementele biogene de bază ale celulei
Nu este de mirare că elementele O, C, H, N sunt clasificate ca fiind biogene, deoarece formează toate substanțele organice și multe substanțe anorganice. Este imposibil să ne imaginăm proteine, grăsimi, carbohidrați sau acizi nucleici fără aceste componente esențiale pentru organism.
Funcția acestor elemente a determinat conținutul lor ridicat în organism. Împreună, ele reprezintă 98% din masa corporală uscată totală. În ce altceva se poate manifesta activitatea acestor enzime?
- Oxigen. Conținutul său în celulă este de aproximativ 62% din masa totală uscată. Funcții: construcția de substanțe organice și anorganice, participarea la lanțul respirator;
- Carbon. Conținutul său ajunge la 20%. Funcția principală: inclusă în toate;
- Hidrogen. Concentrația sa ia o valoare de 10%. Pe lângă faptul că acest element este o componentă a materiei organice și a apei, participă și la transformările energetice;
- Azot. Suma nu depășește 3-5%. Rolul său principal este formarea de aminoacizi, acizi nucleici, ATP, multe vitamine, hemoglobină, hemocianina, clorofilă.
Acestea sunt elementele chimice care alcătuiesc celula și formează majoritatea substanțelor necesare vieții normale.
Importanța macronutrienților
Macronutrienții vă vor ajuta, de asemenea, să vă spuneți ce elemente chimice sunt incluse în celulă. Dintr-un curs de biologie devine clar că, pe lângă cele principale, 2% din masa uscată este formată din alte componente ale tabelului periodic. Și macroelementele includ pe cele al căror conținut nu este mai mic de 0,01%. Principalele lor funcții sunt prezentate sub formă de tabel.
Calciu (Ca) | Responsabil de contractia fibrelor musculare, face parte din pectina, oase si dinti. Îmbunătățește coagularea sângelui. |
|
Fosfor (P) | Face parte din cea mai importantă sursă de energie - ATP. |
|
Participă la formarea punților disulfurice în timpul plierii proteinelor într-o structură terțiară. Parte din cisteină și metionină, unele vitamine. |
||
Ionii de potasiu sunt implicați în celule și influențează, de asemenea, potențialul membranei. |
||
Anionul principal al corpului |
||
Sodiu (Na) | Un analog al potasiului, participând la aceleași procese. |
|
magneziu (Mg) | Ionii de magneziu sunt regulatori ai procesului.În centrul moleculei de clorofilă se află și un atom de magneziu. |
|
Participă la transportul electronilor prin ETC de respirație și fotosinteză, este o legătură structurală în mioglobină, hemoglobină și multe enzime. |
Sperăm că din cele de mai sus nu este dificil să se determine care elemente chimice fac parte din celulă și aparțin macroelementelor.
Microelemente
Există și componente ale celulei fără de care organismul nu poate funcționa normal, dar conținutul lor este întotdeauna mai mic de 0,01%. Să determinăm ce elemente chimice fac parte din celulă și aparțin grupului de microelemente.
Face parte din enzimele ADN și ARN polimeraze, precum și din mulți hormoni (de exemplu, insulina). |
||
Participă la procesele de fotosinteză, sinteza hemocianinei și unele enzime. |
||
Este o componentă structurală a hormonilor T3 și T4 ai glandei tiroide |
||
Mangan (Mn) | mai puțin de 0,001 | Inclus în enzime și oase. Participă la fixarea azotului în bacterii |
mai puțin de 0,001 | Afectează procesul de creștere a plantelor. |
|
Parte din oase și smalțul dinților. |
Substanțe organice și anorganice
Pe lângă cele enumerate, ce alte elemente chimice sunt incluse în compoziția celulei? Răspunsurile pot fi găsite prin simpla studiere a structurii majorității substanțelor din organism. Printre acestea, se disting molecule de origine organică și anorganică, iar fiecare dintre aceste grupe conține un set fix de elemente.
Principalele clase de substanțe organice sunt proteinele, acizii nucleici, grăsimile și carbohidrații. Sunt construite în întregime din elemente biogene de bază: scheletul moleculei este întotdeauna format din carbon, iar hidrogenul, oxigenul și azotul fac parte din radicali. La animale, clasa dominantă este proteinele, iar la plante, polizaharidele.
Substanțele anorganice sunt toate săruri minerale și, desigur, apă. Dintre toate substanțele anorganice din celulă, cea mai mare este H 2 O, în care substanțele rămase sunt dizolvate.
Toate cele de mai sus vă vor ajuta să determinați ce elemente chimice fac parte din celulă, iar funcțiile lor în organism nu vor mai fi un mister pentru dvs.