Ląstelė

Gyvųjų sistemų sampratos požiūriu pagal A. Lehningerį.

Gyva ląstelė yra izoterminė organinių molekulių sistema, galinti savireguliacijai ir savęs dauginimui, išgaunanti energiją ir išteklius iš aplinkos.

Ląstelėje vyksta daugybė nuoseklių reakcijų, kurių greitį reguliuoja pati ląstelė.

Narvas stovi stacionariai dinamiška būsena toli nuo pusiausvyros su aplinka.

Ląstelės veikia pagal minimalaus komponentų ir procesų suvartojimo principą.

Tai. ląstelė yra elementari gyva atvira sistema, galinti savarankiškai egzistuoti, daugintis ir vystytis. Tai elementarus visų gyvų organizmų struktūrinis ir funkcinis vienetas.

Cheminė sudėtis ląstelės.

Iš 110 periodinės Mendelejevo sistemos elementų 86 yra nuolat randami žmogaus kūne. 25 iš jų yra būtini normaliam gyvenimui, 18 iš jų yra būtini, o 7 yra naudingi. Pagal procentą ląstelėje cheminiai elementai yra suskirstyti į tris grupes:

Makroelementai Pagrindiniai elementai (organogenai) yra vandenilis, anglis, deguonis, azotas. Koncentracija: 98 - 99,9%. Jie yra universalūs ląstelės organinių junginių komponentai.

Mikroelementai - natris, magnis, fosforas, siera, chloras, kalis, kalcis, geležis. Jų koncentracija yra 0,1%.

Ultramikroelementai - boras, silicis, vanadis, manganas, kobaltas, varis, cinkas, molibdenas, selenas, jodas, bromas, fluoras. Jie veikia medžiagų apykaitą. Jų nebuvimas yra ligų priežastis (cinkas - diabetas, jodas - endeminė struma, geležis - kenksminga anemija ir kt.).

Šiuolaikinė medicina žino neigiamos vitaminų ir mineralų sąveikos faktus:

Cinkas sumažina vario absorbciją ir konkuruoja dėl absorbcijos su geležimi ir kalciu; (ir cinko trūkumas silpnina Imuninė sistema, keletas endokrininių liaukų patologinių būklių).

Kalcis ir geležis sumažina mangano absorbciją;

Vitaminas E prastai derinamas su geležimi, o vitaminas C - B grupės vitaminais.

Teigiama abipusė įtaka:

Vitaminas E ir selenas, taip pat kalcis ir vitaminas K veikia sinergiškai;

Vitaminas D reikalingas kalcio įsisavinimui;

Varis skatina absorbciją ir padidina geležies naudojimo organizme efektyvumą.

Neorganiniai ląstelės komponentai.

Vanduo- svarbiausias ląstelės komponentas, universali gyvosios medžiagos dispersinė terpė. Aktyvios sausumos organizmų ląstelės yra 60–95% vandens. Poilsio ląstelėse ir audiniuose (sėklose, sporose) vandens yra 10 - 20%. Vanduo ląstelėje yra dviejų formų - laisvas ir susietas su ląstelių koloidais. Laisvas vanduo yra protoplazmos koloidinės sistemos tirpiklis ir dispersinė terpė. Jo 95 proc. Susietas vanduo (4–5%) iš visų ląstelių vandens sudaro trapius vandenilio ir hidroksilo ryšius su baltymais.

Vandens savybės:

Vanduo yra natūralus mineralinių jonų ir kitų medžiagų tirpiklis.

Vanduo yra išsklaidyta koloidinės protoplazmos sistemos fazė.

Vanduo yra terpė ląstelių metabolizmo reakcijoms, nes fiziologiniai procesai vyksta tik vandens aplinkoje. Teikia hidrolizės, hidratacijos, patinimo reakcijas.

Jis dalyvauja daugelyje ląstelės fermentinių reakcijų ir susidaro metabolizmo procese.

Vanduo yra vandenilio jonų šaltinis augalų fotosintezės metu.

Biologinė vandens reikšmė:

Dauguma bio cheminės reakcijos eina tik vandeniniame tirpale, daugelis medžiagų patenka ir pašalinamos iš ląstelių ištirpinta forma. Tai apibūdina vandens transportavimo funkciją.

Vanduo užtikrina hidrolizės reakcijas - baltymų, riebalų, angliavandenių skilimą veikiant vandeniui.

Dėl didelio garavimo karščio kūnas atvėsta. Pavyzdžiui, žmonių prakaitavimas arba augalų prakaitavimas.

Didelė vandens talpa ir šilumos laidumas prisideda prie tolygaus šilumos pasiskirstymo ląstelėje.

Dėl sukibimo (vanduo - dirvožemis) ir sanglaudos (vanduo - vanduo) jėgų vanduo turi kapiliarų savybę.

Vandens nesuspaudžiamumas lemia įtemptą ląstelių sienelių būklę (turgorą), apvaliųjų kirmėlių hidrostatinį skeletą.

Augalų ir gyvūnų ląstelėse yra neorganinių ir organinių medžiagų. Neorganinis apima vandenį ir mineralus. Organinės medžiagos yra baltymai, riebalai, angliavandeniai, nukleorūgštys.

Neorganinės medžiagos

Vanduoyra junginys, kuris gyva ląstelė yra didžiausias skaičius... Vanduo sudaro apie 70% ląstelių masės. Dauguma tarpląstelinių reakcijų vyksta vandens aplinkoje. Vanduo ląstelėje yra laisvas ir surištas.

Vandens svarbą ląstelės gyvenimui lemia jo struktūra ir savybės. Vandens kiekis ląstelėse gali skirtis. 95% narve esančio vandens yra nemokama. Jis yra būtinas kaip organinių ir neorganinių medžiagų tirpiklis. Visos biocheminės reakcijos ląstelėje vyksta dalyvaujant vandeniui. Vanduo naudojamas pašalinti įvairias medžiagas iš ląstelės. Vanduo turi aukštą šilumos laidumą ir apsaugo nuo staigių temperatūros svyravimų. 5% vandens yra surištos būsenos ir sudaro trapius ryšius su baltymais.

Mineralai ląstelėje gali būti disocijuotos būsenos arba kartu su organinėmis medžiagomis.

Cheminiai elementai, kurie dalyvauja medžiagų apykaitos procesuose ir turi biologinį aktyvumą, vadinami biogeniniais.

Citoplazmayra apie 70% deguonies, 18% anglies, 10% vandenilio, kalcio, azoto, kalio, fosforo, magnio, sieros, chloro, natrio, aliuminio, geležies. Šie elementai sudaro 99,99% ląstelių sudėties ir yra vadinami makroelementų. Pavyzdžiui, kauluose yra kalcio ir fosforo. Geležis yra neatskiriama hemoglobino dalis.

Manganas, boras, varis, cinkas, jodas, kobaltas - mikroelementai. Jie sudaro tūkstantąją procentinę ląstelės masės dalį. Mikroelementai reikalingi hormonų, fermentų, vitaminų susidarymui. Jie veikia medžiagų apykaitos procesai kūne. Pavyzdžiui, jodas yra hormono dalis Skydliaukė, kobaltas - vitamino B 12 sudėtyje.

Auksas, gyvsidabris, radis ir kt. ultramikroelementai- sudaro milijonąsias procentas ląstelių sudėties.

Mineralinių druskų trūkumas ar perteklius sutrikdo gyvybines organizmo funkcijas.

Organinė medžiaga

Deguonis, vandenilis, anglis, azotas yra organinių medžiagų dalis. Organiniai junginiai yra didelės molekulės, vadinamos polimerais. Polimerai susideda iš daugybės pasikartojančių vienetų (monomerų). Organiniai polimeriniai junginiai yra angliavandeniai, riebalai, baltymai, nukleorūgštys ir ATP.

Angliavandeniai

Angliavandeniaisusideda iš anglies, vandenilio, deguonies.

Monomeraiangliavandeniai yra monosacharidai. Angliavandeniai skirstomi į monosacharidus, disacharidus ir polisacharidus.

Monosacharidai- paprastieji cukrūs, kurių formulė (CH 2 O) n, kur n yra bet koks sveikasis skaičius nuo trijų iki septynių. Atsižvelgiant į anglies atomų skaičių molekulėje, išskiriamos triozės (3C), tetrozės (4C), pentozės (5C), heksozė (6C), heptozės (7C).

TriozėsС 3 Н 6 О 3 - pavyzdžiui, glicerraldehidas ir dihidroksiacetonas - atlieka tarpinių produktų vaidmenį kvėpavimo procese, dalyvauja fotosintezėje. Tetrozės C 4 H 8 O 4 randamos bakterijose. Penktozė C 5 H 10 O 5 - pavyzdžiui, ribozė - yra RNR dalis, dezoksiribozė - DNR dalis. Heksozės - C 6 H 12 O 6 - pavyzdžiui, gliukozė, fruktozė, galaktozė. Gliukozė yra ląstelės energijos šaltinis. Kartu su fruktoze ir galaktoze gliukozė gali dalyvauti formuojant disacharidus.

Disacharidaisusidaro dėl kondensacijos reakcijos tarp dviejų monosacharidų (heksozių) ir prarandant vandens molekulę.

Disacharidų formulė С 12 Н 22 О 11 Tarp labiausiai paplitusių disacharidų yra maltozė, laktozė ir sacharozė.

Sacharozė arba cukranendrių cukrus sintezuojamas augaluose. Maltozė susidaro iš krakmolo jo virškinimo metu gyvūnams. Laktozės arba pieno cukraus yra tik piene.

Polisacharidai (paprasti) susidaro dėl kondensacijos reakcijos didelis skaičius monosacharidai. Paprasti polisacharidai yra krakmolas (sintetinamas augaluose), glikogenas (randamas gyvūnų ir žmonių kepenų ląstelėse ir raumenyse), celiuliozė (formos ląstelių sienelės augaluose).

Sudėtingi polisacharidai susidaro dėl angliavandenių sąveikos su lipidais. Pavyzdžiui, glikolipidai yra membranų dalis. Kompleksiniai polisacharidai taip pat apima angliavandenių ir baltymų junginius (glikoproteinus). Pavyzdžiui, glikoproteinai yra dalis gleivių, kurias išskiria virškinimo trakto liaukos.

Angliavandenių funkcijos:

1. Energija: Kūnas 60% savo energijos gauna suskaidęs angliavandenius. Suskaidžius 1 g angliavandenių, išsiskiria 17,6 kJ energijos.

2. Struktūrinė ir pagalbinė: angliavandeniai yra dalis plazmos membrana, augalų ir bakterijų ląstelių membranos.

3. Saugojimas: maistinės medžiagos (glikogenas, krakmolas) kaupiamos ląstelėse.

4. Apsauginė:įvairių liaukų išskiriamos išskyros (gleivės) apsaugo tuščiavidurių organų, bronchų, skrandžio, žarnyno sienas nuo mechaniniai pažeidimai, kenksmingos bakterijos ir virusai.

5. Dalyvaukite fotosintezė.

Riebalai ir riebios medžiagos

Riebalaisusideda iš anglies, vandenilio, deguonies. Monomerai riebalai yra riebalų rūgštis ir glicerolis. Riebalų savybes lemia kokybinė riebalų rūgščių sudėtis ir jų kiekybinis santykis. Augaliniai riebalai yra skysti (aliejai), gyvuliniai - kieti (pvz., Taukai). Riebalai netirpsta vandenyje - jie yra hidrofobiniai junginiai. Riebalai, jungdamiesi su baltymais, sudaro lipoproteinus, susijungdami su angliavandeniais - glikolipidais. Glikolipidai ir lipoproteinai yra į riebalus panašios medžiagos.

Į riebalus panašios medžiagos yra ląstelių membranų, membraninių organelių ir nervinio audinio dalis. Riebalai gali susilieti su gliukoze ir sudaryti glikozidus. Pavyzdžiui, digitoksino glikozidas yra medžiaga, naudojama širdies ligoms gydyti.

Riebalų funkcijos:

1. Energija: visiškai suskaidžius 1 g riebalų į anglies dioksidas o vanduo išskiria 38,9 kJ energijos.

2. Struktūrinis: yra ląstelės membranos dalis.

3. Apsauginė: riebalų sluoksnis apsaugo organizmą nuo hipotermijos, mechaninio smūgio ir smūgio.

4. Reguliavimo: steroidiniai hormonai reguliuoja medžiagų apykaitos procesus ir reprodukciją.

5. Riebalai- šaltinis endogeninis vanduo. Oksiduojant 100 g riebalų išsiskiria 107 ml vandens.

Baltymas

Baltymai apima anglį, deguonį, vandenilį, azotą. Monomerai voverės yra amino rūgštys. Baltymai yra pagaminti iš dvidešimties skirtingų amino rūgščių. Aminorūgščių formulė:

Aminorūgštis sudaro: NH2 - amino grupė, turinti pagrindines savybes; COOH - karboksilo grupė, turi rūgščių savybių. Aminorūgštys viena nuo kitos skiriasi savo radikalais - R. Aminorūgštys yra amfoteriniai junginiai. Jie jungiasi vienas su kitu baltymų molekulėje, naudodami peptidinius ryšius.

Aminorūgščių kondensacijos schema (peptidinių jungčių susidarymas)

Yra pirminės, antrinės, tretinės ir ketvirtinės baltymų struktūros. Aminorūgščių, sudarančių baltymų molekulę, tvarka, kiekis ir kokybė lemia jos pirminę struktūrą. Pirminės struktūros baltymai, naudojant vandenilio jungtis, gali susijungti į spiralę ir sudaryti antrinę struktūrą. Polipeptidinės grandinės tam tikru būdu susuktos į kompaktišką struktūrą, suformuodamos rutulį (rutulį) - tai yra tretinė baltymo struktūra. Dauguma baltymų yra tretiniai. Aminorūgštys yra aktyvios tik rutulio paviršiuje. Rutulinės struktūros baltymai susijungia ir sudaro ketvirtinę struktūrą. Pakeitus vieną aminorūgštį, pasikeičia baltymo savybės (30 pav.).

Kai eksponuojamas aukštos temperatūros, rūgštys ir kiti veiksniai, gali būti sunaikinta baltymų molekulė. Šis reiškinys vadinamas denatūracija (31 pav.). Kartais denatūruotas

Ryžiai. trisdešimt.Įvairios baltymų molekulių struktūros.

1 - pirminis; 2 - antrinis; 3 - tretinis; 4 - ketvirtinis (pavyzdžiui, kraujo hemoglobinas).

Ryžiai. 31.Baltymų denatūracija.

1 - baltymų molekulė prieš denatūraciją;

2 - denatūruotas baltymas;

3 - pirminės baltymų molekulės atkūrimas.

Pakeistas baltymas gali vėl atkurti savo struktūrą pasikeitus sąlygoms. Šis procesas vadinamas renaturacija ir yra įmanomas tik tada, kai pirminė baltymo struktūra nėra sunaikinta.

Baltymai yra paprasti ir sudėtingi. Paprastus baltymus sudaro tik amino rūgštys: pavyzdžiui, albuminai, globulinai, fibrinogenas, miozinas.

Sudėtingus baltymus sudaro amino rūgštys ir kiti organiniai junginiai: pavyzdžiui, lipoproteinai, glikoproteinai, nukleoproteinai.

Baltymų funkcijos:

1. Energija. Skaidant 1 g baltymų išsiskiria 17,6 kJ energijos.

2. Katalizinis. Tarnauti kaip biocheminių reakcijų katalizatorius. Katalizatoriai yra fermentai. Fermentai pagreitina biochemines reakcijas, bet nėra įtraukti į galutinius produktus. Fermentai yra griežtai specifiniai. Kiekvienas substratas turi savo fermentą. Fermento pavadinimas apima substrato pavadinimą ir galą „aza“: maltazė, ribonukleazė. Fermentai yra aktyvūs esant tam tikrai temperatūrai (35 - 45 ° C).

3. Struktūrinis. Baltymai yra membranų dalis.

4. Transportas. Pavyzdžiui, hemoglobinas perneša deguonį ir CO 2 stuburinių gyvūnų kraujyje.

5. Apsauginis. Kūno apsauga nuo žalingas poveikis: antikūnų gamyba.

6. Susitraukia. Dėl raumenų skaidulose esančių aktino ir miozino baltymų atsiranda raumenų susitraukimas.

Nukleino rūgštys

Yra dviejų tipų nukleorūgštys: DNR(dezoksiribonukleino rūgštis) ir RNR(ribonukleino rūgštis). Monomerai nukleorūgštys yra nukleotidai.

DNR (dezoksiribonukleino rūgštis). DNR nukleotide yra viena iš azoto bazių: adeninas (A), guaninas (G), timinas (T) arba citozinas (C) (32 pav.), Dezoksiribozės angliavandeniai ir fosforo rūgšties liekana. DNR molekulė yra dviguba spiralė, pastatyta pagal papildomumo principą. Šios azoto bazės yra viena kitą papildančios DNR molekulėje: A = T; Г = Ц.Dvi DNR spiralės yra sujungtos vandenilio ryšiais (33 pav.).

Ryžiai. 32.Nukleotidų struktūra.

Ryžiai. 33.DNR molekulės dalis. Papildomas skirtingų grandinių nukleotidų sujungimas.

DNR geba daugintis (replikuotis) (34 pav.). Replikavimas prasideda atskiriant dvi papildomas sruogas. Kiekviena grandinė naudojama kaip šablonas naujai DNR molekulei sudaryti. Fermentai dalyvauja DNR sintezės procese. Kiekviena iš dviejų dukterinių molekulių būtinai apima vieną seną spiralę ir vieną naują. Naujoji DNR molekulė yra visiškai identiška senajai nukleotidų seka. Šis replikacijos metodas leidžia tiksliai atkurti dukterinėse molekulėse informaciją, kuri buvo užfiksuota pirminėje DNR molekulėje.

Ryžiai. 34.Padvigubinti DNR molekulę.

1 - šablono DNR;

2 - dviejų naujų grandinių suformavimas remiantis matrica;

3 - dukterinės DNR molekulės.

DNR funkcijos:

1. Paveldimos informacijos saugojimas.

2. Genetinės informacijos perdavimo užtikrinimas.

3. Buvimas chromosomoje kaip struktūrinis komponentas.

DNR randama ląstelės branduolyje, taip pat tokiose ląstelės organelėse kaip mitochondrijos, chloroplastai.

RNR (ribonukleino rūgštis). Ribonukleino rūgštys yra trijų tipų: ribosominis, transportas ir informacinis RNR. RNR nukleotidą sudaro viena iš azoto bazių: adeninas (A), guaninas (G), citozinas (C), uracilas (U), angliavandenių ribozė ir fosforo rūgšties liekana.

Ribosominė RNR (rRNR) kartu su baltymais yra ribosomų dalis. rRNR sudaro 80% visos ląstelės RNR. Baltymų sintezė vyksta ribosomose.

„Messenger“ RNR (mRNR) sudaro nuo 1 iki 10% visos ląstelėje esančios RNR. Savo struktūra mRNR papildo DNR molekulės sritį, kurioje yra informacija apie tam tikro baltymo sintezę. MRNR ilgis priklauso nuo DNR segmento, iš kurio buvo nuskaityta informacija, ilgio. mRNR neša informaciją apie baltymų sintezę nuo branduolio iki citoplazmos iki ribosomos.

Transporto RNR (tRNR) sudaro apie 10% visos RNR. Jis turi trumpą trefoil formos nukleotidų grandinę ir yra citoplazmoje. Viename trefoilio gale yra nukleotidų tripletas (antikodonas), koduojantis tam tikrą aminorūgštį. Kitame gale yra nukleotidų tripletas, prie kurio prijungta aminorūgštis. Kiekviena amino rūgštis turi savo tRNR. tRNR perneša amino rūgštis į baltymų sintezės vietą, t.y. iki ribosomų (35 pav.).

RNR randama branduolyje, citoplazmoje, ribosomose, mitochondrijose ir plastidėse.

ATP - adenazino trifosforo rūgštis. Adenazino trifosforo rūgštį (ATP) sudaro azoto bazė - adeninas, cukrus - ribozė, ir trys fosforo rūgšties liekanos(36 pav.). ATP molekulė sukaupia daug energijos, reikalingos ląstelės biocheminiams procesams. ATP sintezė vyksta mitochondrijose. ATP molekulė yra labai nestabili

yra stiprus ir gali išskirti vieną ar dvi fosfato molekules, išskirdamas daug energijos. ATP molekulės jungtys vadinamos makroerginis.

ATP → ADP + F + 40 kJ ADP → AMP + F + 40 kJ

Ryžiai. 35. TRNR struktūra.

A, B, C ir D - papildomos jungties vietos vienoje RNR grandinėje; D - junginio su aminorūgštimi vieta (aktyvus centras); E - papildomo ryšio su molekule vieta.

Ryžiai. 36.ATP struktūra ir jos transformacija į ADP.

Klausimai savikontrolei

1. Kokios ląstelėje esančios medžiagos priskiriamos neorganinėms?

2. Kokios ląstelėje esančios medžiagos priskiriamos organinėms?

3. Kas yra angliavandenių monomeras?

4. Kokia angliavandenių struktūra?

5. Kokios yra angliavandenių funkcijos?

6. Kas yra riebalų monomeras?

7. Kokia riebalų struktūra?

8. Kokias funkcijas atlieka riebalai?

9. Kas yra baltymų monomeras? 10. Kokią struktūrą turi baltymai? 11. Kokias struktūras turi baltymai?

12. Kas atsitinka, kai baltymų molekulė denatūruojama?

13. Kokios yra baltymų funkcijos?

14. Kokios nukleorūgštys žinomos?

15. Kas yra nukleorūgščių monomeras?

16. Kas yra įtraukta į DNR nukleotidą?

17. Kokia yra RNR nukleotido struktūra?

18. Kokia yra DNR molekulės struktūra?

19. Kokios yra DNR molekulės funkcijos?

20. Kokia yra rRNR struktūra?

21. Kokia yra mRNR struktūra?

22. Kokia yra tRNR struktūra?

23. Kokios yra ribonukleino rūgščių funkcijos?

24. Kokia yra ATP struktūra?

25. Kokios yra ATP funkcijos ląstelėje?

Pagrindiniai temos „Cheminė ląstelių sudėtis“ žodžiai

albumino azoto bazė

aminorūgščių aminorūgščių grupė

amfoteriniai junginiai

antikodonas

bakterijų

baltymai

biologinis aktyvumas biologinis katalizatorius

biocheminės reakcijos

liga

medžiagos

rūšies specifika

vitaminų

vandens

vandenilio jungtys antrinė struktūra antikūnų gamyba aukštoje temperatūroje galaktozė heksozė hemoglobinas heparinas

hidrofobiniai junginiai

glikogeno

glikozidai

glikoproteinai

glicerolis

globulė

globulinai

gliukozės

hormonai

guaninas

dvigubos spiralės dezoksiribozės denatūracijos disacharidas

atsiskyrusi būsena

DNR

informacijos vienetas gyvas organizmas gyvūnas gyvybinė veikla riebalų rūgštys riebalinis audinys į riebalus panašios medžiagos riebalai

maistinių medžiagų perteklius

individualus specifiškumas

energijos šaltinis

lašai

karboksilo grupė

rūgšties kokybė

ląstelių sienelės kodonas

temperatūros svyravimas

suma

papildomumas

galutiniai produktai

kaulus

krakmolas

laktozės

gydymas

lipoproteinų

makroelementų

makroerginiai ryšiai

maltozė

svorio

ląstelės membrana

mikroelementai

mineralinės druskos

miozinas

mitochondrijos

molekulė

pieno cukraus

monomeras

monosacharidas

mukopolisacharidai

mukoproteinai

paveldimas informacijos trūkumas

neorganinės medžiagos nervinis audinys nukleorūgštys nukleoproteinai nukleotidų apykaita medžiagų apykaitos procesai organinės medžiagos pentozė

peptidinės jungtys pirminė struktūra deguonį perduodantis vaisius

poodinis audinys

polimerinis polisacharidas

pusiau pralaidi membrana

įsakymas

praradimas

vandens įsiskverbimas

proc

radikalus

sunaikinimas

gedimas

tirpiklis

augalas

suskaldyti

kondensacijos reakcija

renaturacija

ribozė

ribonukleazė

ribosomas

RNR

cukraus

kraujo krešėjimas

laisva valstybė

surišta būsena

sėklos

širdis

baltymų sintezė

sluoksnis

seilės

susitraukiantys baltymai

struktūra

substratas

šilumos laidumas

tetrozuoja timiną

audinių specifiškumas

tretinė struktūra

šamutė

triozės

trynukas

cukranendrių cukraus angliavandenių

ultramikroelementai

uracilis

siužetas

fermentų

fibrinogenas

formulė

Fosforo rūgšties fotosintezės fruktozės funkcija

cheminiai elementai

chloroplastai

chromosoma

celiuliozės

grandinė

citozinas

citoplazma

ketvirčio rutulio struktūra

skydliaukė

elementai

šerdis

Ląstelė: organelių cheminė sudėtis, sandara, funkcijos.

Ląstelės cheminė sudėtis. Makro ir mikroelementai. Neorganinių ir organinių medžiagų (baltymų, nukleorūgščių, angliavandenių, lipidų, ATP) struktūros ir funkcijų, sudarančių ląstelę, ryšys. Vaidmuo cheminės medžiagos ląstelėje ir žmogaus organizme.

Organizmą sudaro ląstelės. Skirtingų organizmų ląstelės turi panašią cheminę sudėtį. 1 lentelėje pateikti pagrindiniai cheminiai elementai, esantys gyvų organizmų ląstelėse.

1 lentelė. Turinys cheminiai elementai narve

Pirmajai grupei priklauso deguonis, anglis, vandenilis ir azotas. Jie sudaro beveik 98% visos ląstelių sudėties.

Antrajai grupei priklauso kalis, natris, kalcis, siera, fosforas, magnis, geležis, chloras. Jų kiekis ląstelėje yra dešimtosios ir šimtosios procentinės dalys. Šių dviejų grupių elementai priklauso makroelementų(iš graikų kalbos. makro- didelis).

Likę elementai, ląstelėje pateikti šimtosiomis ir tūkstantosiomis procentinėmis dalimis, yra įtraukti į trečiąją grupę. Tai yra mikroelementai(iš graikų kalbos. mikro- mažas).

Ląstelėje nerasta elementų, būdingų tik gyvai gamtai. Visi išvardyti cheminiai elementai taip pat yra negyvos gamtos dalis. Tai rodo gyvos ir negyvos gamtos vienybę.

Bet kurio elemento trūkumas gali sukelti ligą ir net kūno mirtį, nes kiekvienas elementas atlieka tam tikrą vaidmenį. Pirmosios grupės makroelementai sudaro biopolimerų pagrindą - baltymus, angliavandenius, nukleorūgštis, taip pat lipidus, be kurių neįmanoma gyvybė. Siera yra kai kurių baltymų dalis, fosforas - nukleorūgščių, geležis - hemoglobino, magnis - chlorofilo dalis. Kalcis vaidina svarbų vaidmenį metabolizme.

Kai kurie ląstelėje esantys cheminiai elementai yra neorganinių medžiagų dalis - mineralinės druskos ir vanduo.

Mineralinės druskos paprastai yra ląstelėje katijonų (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) ir anijonų (HPO 2- / 4, H 2 PO - / 4, CI -, HCO 3) pavidalu ), kurio santykis lemia aplinkos rūgštingumą, kuris yra svarbus ląstelių gyvybinei veiklai.

(Daugelyje ląstelių terpė yra šiek tiek šarminė ir jos pH beveik nesikeičia, nes joje nuolat palaikomas tam tikras katijonų ir anijonų santykis.)

Iš neorganinių medžiagų gyvoje gamtoje vaidina didžiulį vaidmenį vandens.

Gyvenimas neįmanomas be vandens. Tai sudaro didelę daugelio ląstelių masę. Žmogaus smegenų ir embrionų ląstelėse yra daug vandens: daugiau nei 80% vandens; riebalinio audinio ląstelėse - tik 40.% Senatvėje vandens kiekis ląstelėse sumažėja. Žmogus, praradęs 20% vandens, miršta.

Unikalios vandens savybės lemia jo vaidmenį organizme. Jis dalyvauja reguliuojant šilumą, o tai lemia didelė vandens šiluminė talpa - šildymo metu sunaudojama daug energijos. Kas lemia didelę vandens šiluminę galią?

Vandens molekulėje deguonies atomas yra kovalentiškai sujungtas su dviem vandenilio atomais. Vandens molekulė yra polinė, nes deguonies atomas turi dalinį neigiamas krūvis, ir kiekvienas iš dviejų vandenilio atomų turi

Iš dalies teigiamas krūvis. Vandenilio ryšys susidaro tarp vienos vandens molekulės deguonies atomo ir kitos molekulės vandenilio atomo. Vandenilio ryšiai jungia daugybę vandens molekulių. Kai vanduo kaitinamas, nemaža dalis energijos išleidžiama vandenilio ryšiams laužyti, o tai lemia didelę jo šiluminę galią.

Vanduo - geras tirpiklis... Dėl savo poliškumo jo molekulės sąveikauja su teigiamai ir neigiamai įkrautais jonais, taip palengvindamos medžiagos ištirpimą. Vandens atžvilgiu visos ląstelių medžiagos yra suskirstytos į hidrofilines ir hidrofobines.

Hidrofilinis(iš graikų kalbos. hidro- vanduo ir phileo- Aš myliu) yra medžiagos, kurios ištirpsta vandenyje. Tai apima joninius junginius (pvz., Druskas) ir kai kuriuos nejoninius junginius (pvz., Cukrus).

Hidrofobiškas(iš graikų kalbos. hidro- vanduo ir fobos- baimė) yra medžiagos, kurios netirpsta vandenyje. Tai apima, pavyzdžiui, lipidus.

Vanduo vaidina svarbų vaidmenį cheminėse reakcijose ląstelėje vandeniniai tirpalai... Jis ištirpina organizmui nereikalingus medžiagų apykaitos produktus ir taip palengvina jų pašalinimą iš organizmo. Didelis vandens kiekis ląstelėje suteikia tai elastingumas... Vanduo palengvina įvairių medžiagų judėjimą ląstelėje arba iš jos į ląstelę.

Gyvo ir negyvo pobūdžio kūnai susideda iš tų pačių cheminių elementų. Gyvų organizmų sudėtyje yra neorganinių medžiagų - vandens ir mineralinių druskų. Gyvybiškai svarbias vandens funkcijas ląstelėje lemia jos molekulių ypatumai: jų poliškumas, gebėjimas formuoti vandenilio ryšius.

NEORGANINIAI Ląstelių komponentai

Kitas elementų klasifikavimo tipas ląstelėje:

Makroelementai yra deguonis, anglis, vandenilis, fosforas, kalis, siera, chloras, kalcis, magnis, natris ir geležis.
Mikroelementai yra manganas, varis, cinkas, jodas, fluoras.
Ultramikroelementams priklauso sidabras, auksas, bromas, selenas.

ORGANINIAI Ląstelės komponentai

Baltymų struktūra

Fermentai.

Svarbiausia baltymų funkcija yra katalizinė. Vadinamos baltymų molekulės, kurios padidina cheminių reakcijų greitį ląstelėje keliais dydžiais fermentų... Ne vienas biocheminis procesas organizme neįvyksta nedalyvaujant fermentams.

Iki šiol buvo atrasta daugiau nei 2000 fermentų. Jų efektyvumas yra daug kartų didesnis nei gamyboje naudojamų neorganinių katalizatorių efektyvumas. Taigi 1 mg geležies katalazės fermente pakeičia 10 tonų neorganinės geležies. Katalazė padidina vandenilio peroksido (Н 2 О 2) skilimo greitį 10 11 kartų. Fermentas, katalizuojantis anglies rūgšties susidarymo reakciją (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3), pagreitina reakciją 10 kartų.

Svarbi fermentų savybė yra jų veikimo specifiškumas; kiekvienas fermentas katalizuoja tik vieną ar nedidelę panašių reakcijų grupę.

Fermento paveikta medžiaga vadinama substratas... Fermento molekulės ir substrato struktūros turi tiksliai sutapti. Tai paaiškina fermento veikimo specifiškumą. Derinant substratą su fermentu erdvinė struktūra fermentų pokyčiai.

Fermento ir substrato sąveikos seka gali būti pavaizduota schematiškai:

Substratas + fermentas - fermentų -substratų kompleksas - fermentas + produktas.

Iš diagramos matyti, kad substratas susijungia su fermentu ir sudaro fermento-substrato kompleksą. Tokiu atveju substratas virsta nauja medžiaga - produktu. Paskutiniame etape fermentas išsiskiria iš produkto ir vėl pradeda sąveikauti su kita substrato molekule.

Fermentai veikia tik esant tam tikrai temperatūrai, medžiagų koncentracijai, aplinkos rūgštingumui. Pasikeitus sąlygoms, pasikeičia tretinė ir ketvirtinė baltymų molekulės struktūra, taigi ir slopinamas fermento aktyvumas. Kaip tai atsitinka? Tik tam tikra fermento molekulės dalis, vadinama aktyvus centras... Aktyvioje vietoje yra nuo 3 iki 12 aminorūgščių liekanų ir ji susidaro dėl polipeptidinės grandinės lenkimo.

Veikiant įvairiems veiksniams, keičiasi fermento molekulės struktūra. Šiuo atveju sutrinka erdvinė aktyvaus centro konfigūracija, o fermentas praranda savo aktyvumą.

Fermentai yra baltymai, kurie veikia kaip biologiniai katalizatoriai. Dėl fermentų cheminių reakcijų greitis ląstelėse padidėja keliais dydžiais. Svarbi fermentų savybė yra veikimo specifiškumas tam tikromis sąlygomis.

Nukleino rūgštys.

Nukleino rūgštys buvo atrastos XIX amžiaus antroje pusėje. Šveicarų biochemikas F. Mischeris, išskyręs iš ląstelių branduolių medžiagą su didelis turinys azoto ir fosforo ir pavadino jį „nukleinu“ (iš lot. branduolys- šerdis).

Nukleino rūgštys saugo paveldimą informaciją apie kiekvienos ląstelės ir visų gyvų būtybių struktūrą ir veikimą Žemėje. Yra dviejų tipų nukleorūgštys - DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) ir RNR (ribonukleino rūgštis). Nukleino rūgštys, kaip ir baltymai, yra specifinės rūšiai, tai yra, kiekviena rūšis turi savo DNR tipą. Norėdami sužinoti rūšies specifiškumo priežastis, apsvarstykite nukleorūgščių struktūrą.

Nukleino rūgšties molekulės yra labai ilgos daugelio šimtų ar net milijonų nukleotidų grandinės. Bet kurioje nukleorūgštyje yra tik keturių tipų nukleotidai. Nukleorūgščių molekulių funkcijos priklauso nuo jų struktūros, sudedamųjų nukleotidų, jų skaičiaus grandinėje ir junginio sekos molekulėje.

Kiekvienas nukleotidas turi tris komponentus: azoto bazę, angliavandenius ir fosforo rūgštį. Kiekviename DNR nukleotide yra viena iš keturių tipų azoto bazių (adeninas - A, timinas - T, guaninas - G arba citozinas - C), taip pat dezoksiribozės angliavandeniai ir fosforo rūgšties liekana.

Taigi DNR nukleotidai skiriasi tik azoto bazės tipu.

DNR molekulę sudaro didžiulis skaičius nukleotidų, sujungtų grandine tam tikra seka. Kiekviena DNR molekulės rūšis turi savo skaičių ir nukleotidų seką.

DNR molekulės yra labai ilgos. Pavyzdžiui, norint parašyti nukleotidų seką DNR molekulėse iš vienos žmogaus ląstelės (46 chromosomos) raidėmis, reikėtų maždaug 820 000 puslapių knygos. Keturių tipų nukleotidų kaita gali sudaryti begalinį DNR molekulių variantų skaičių. Šios struktūrinės DNR molekulių savybės leidžia joms saugoti didžiulį kiekį informacijos apie visas organizmų savybes.

1953 metais amerikiečių biologas J. Watsonas ir anglų fizikas F. Crickas sukūrė DNR molekulės struktūros modelį. Mokslininkai nustatė, kad kiekviena DNR molekulė susideda iš dviejų grandinių, sujungtų tarpusavyje ir susuktų spirale. Tai atrodo kaip dviguba spiralė. Kiekvienoje grandinėje keturi nukleotidų tipai keičiasi tam tikra seka.

DNR nukleotidų sudėtis skiriasi skirtingi tipai bakterijos, grybai, augalai, gyvūnai. Tačiau jis nesikeičia su amžiumi, mažai priklauso nuo aplinkos pokyčių. Nukleotidai yra suporuoti, tai yra, adenino nukleotidų skaičius bet kurioje DNR molekulėje yra lygus timidino nukleotidų (AT) skaičiui, o citozino nukleotidų skaičius yra lygus guanino nukleotidų (C-G) skaičiui. Taip yra dėl to, kad dviejų grandinių sujungimas viena su kita DNR molekulėje atitinka tam tikrą taisyklę, būtent: vienos grandinės adeninas visada yra sujungtas dviem vandenilio ryšiais tik su kitos grandinės timinu, o guaninas visada yra susietas trimis vandenilio ryšiais su citozinu, tai yra, vienos molekulės DNR nukleotidų grandinės yra viena kitą papildančios, viena kitą papildančios.

Nukleino rūgšties molekulės - DNR ir RNR susideda iš nukleotidų. DNR nukleotidų sudėtis apima azoto bazę (A, T, G, C), dezoksiribozės angliavandenį ir likusią fosforo rūgšties molekulės dalį. DNR molekulė yra dviguba spiralė, susidedanti iš dviejų grandinių, sujungtų vandenilio ryšiais pagal papildomumo principą. DNR funkcija yra saugoti paveldimą informaciją.

Visų organizmų ląstelėse yra ATP - adenozino trifosforo rūgšties molekulių. ATP yra universali ląstelių medžiaga, kurios molekulė turi daug energijos turinčių ryšių. ATP molekulė yra vienos rūšies nukleotidai, kurie, kaip ir kiti nukleotidai, susideda iš trijų komponentų: azoto bazės - adenino, angliavandenių - ribozės, tačiau vietoje vienos yra trys fosforo rūgšties molekulių liekanos (12 pav.). Paveiksle nurodytos jungtys su piktograma yra daug energijos ir vadinamos makroerginis... Kiekvienoje ATP molekulėje yra dvi didelės energijos jungtys.

Kai nutrūksta didelės energijos ryšys ir fermentų pagalba suskaidoma viena fosforo rūgšties molekulė, išsiskiria 40 kJ / mol energijos, o ATP virsta ADP - adenozino difosforo rūgštimi. Skaldant dar vieną fosforo rūgšties molekulę, išsiskiria dar 40 kJ / mol; Susidaro AMP - adenozino monofosforo rūgštis. Šios reakcijos yra grįžtamos, tai yra, AMP gali būti paverstas ADP, ADP - ATP.

ATP molekulės ne tik skaldomos, bet ir sintetinamos, todėl jų kiekis ląstelėje yra gana pastovus. ATP vertė ląstelės gyvenime yra didžiulė. Šios molekulės atlieka pagrindinį vaidmenį energijos mainai, būtinas gyvybinei ląstelės ir viso organizmo veiklai užtikrinti.

RNR molekulė, kaip taisyklė, yra viena grandinė, susidedanti iš keturių tipų nukleotidų - A, Y, G, C. Yra trys pagrindiniai RNR tipai: mRNR, rRNR, tRNR. RNR molekulių kiekis ląstelėje nėra pastovus; jos dalyvauja baltymų biosintezėje. ATP yra universali energinė ląstelės medžiaga, kurioje yra daug energijos turinčių jungčių. ATP vaidina pagrindinį vaidmenį energijos apykaitoje ląstelėje. RNR ir ATP randami ląstelės branduolyje ir citoplazmoje.

2 pamoka.

Pamokos tema : Neorganinės ląstelės medžiagos.

Pamokos tikslas: gilinti žinias apie ląstelės neorganines medžiagas.

Pamokos tikslai:

Švietimo: Apsvarstykite vandens molekulių struktūrines ypatybes, susijusias su jo svarbiausiu vaidmeniu ląstelės gyvenime, atskleiskite vandens ir mineralinių druskų vaidmenį gyvų organizmų gyvenime;

Kuriama: Tęsti plėtrą loginis mąstymas mokiniams, toliau formuoti įgūdžius dirbti su įvairiais informacijos šaltiniais;

Švietimo: Tęsti formavimą mokslinė perspektyva, biologiškai raštingo žmogaus ugdymas; individo moralinių ir ideologinių pagrindų formavimas ir vystymas; toliau formuoti ekologinę sąmonę, ugdyti meilę gamtai;

Įranga: daugialypės terpės programa vadovėliui, projektoriui, kompiuteriui, kortelėms su užduotimis,Schema "Elementai. Ląstelių medžiagos". Mėgintuvėliai, stiklinė, ledas, spiritinė lempa, valgomoji druska, etilo alkoholis, sacharozė, augalinis aliejus.

Pagrindinės sąvokos: dipolis, hidrofiliškumas, hidrofobiškumas, katijonai, anijonai.

Pamokos tipas : kombinuotas

Mokymo metodai: reprodukcinis, iš dalies tiriamasis, eksperimentinis.

Studentai turėtų:

Žinoti pagrindiniai ląstelės cheminiai elementai ir junginiai;

Galėti paaiškinti neorganinių medžiagų svarbą gyvenimo procesuose.

Pamokos struktūra

1. Organizacinis momentas

Sveikinimai, pasiruošimas darbui.

Pamokos pradžioje ir pabaigoje atliekamas psichologinis apšilimas. Jo tikslas - nustatyti mokinių emocinę būseną. Kiekvienam mokiniui suteikiama plokštelė su šešiais veidais - nustatymo skalė emocinė būsena(1 pav.). Kiekvienas mokinys uždeda varnelę po veidu, kurio išraiška atspindi jo nuotaiką.

2. Tikrinant mokinių žinias

Bandymas „Ląstelės cheminė sudėtis“ (priedėlis)

3. Tikslo nustatymas ir motyvacija

„Vanduo! Jūs neturite skonio, spalvos, kvapo, jūsų negalima apibūdinti. Žmogus džiaugiasi tavimi, nesupranta, kas tu iš tikrųjų esi. Tai nereiškia, kad esi reikalingas gyvenimui, tu esi pats gyvenimas. Jūs visur ir visur suteikiate palaimos jausmą, kurio negali suprasti nė vienas mūsų pojūtis. Tu mums grąžini jėgas. Tavo gailestingumas atgaivina išdžiūvusias mūsų širdies versmes. Jūs esate didžiausias turtas pasaulyje. Jūs esate turtas, kurį galima lengvai išgąsdinti, bet jūs suteikiate mums tokią paprastą ir brangią laimę “, - šią entuziastingą giesmę vandeniui parašė prancūzų rašytojas ir lakūnas Antoine'as de Saint -Exupery, kuriam teko patirti troškulio kančią. karštoje dykumoje.

Šiais nuostabiais žodžiais pradedame pamoką, kurios tikslas - išplėsti supratimą apie vandenį - medžiagą, sukūrusią mūsų planetą.

1. Atnaujinama

Kokia vandens reikšmė žmogaus gyvenime?

(Mokinių atsakymai apie vandens svarbą žmogaus gyvenime0

1. Naujos medžiagos pristatymas.

Vanduo yra labiausiai paplitusi gyvųjų organizmų neorganinė medžiaga, jo privalomas komponentas, daugelio organizmų buveinė, pagrindinis ląstelės tirpiklis.

M. Dudniko eilėraščio eilutės:

Jie sako, kad aštuoniasdešimt procentų vandens yra žmogus,

Iš vandens pridėsiu jo gimtąsias upes,

Iš vandens, pridursiu, lietus, privertęs jį girti,

Iš vandens, pridėsiu, nuo senovinis vanduo spyruoklės,

Iš kurių gėrė seneliai ir proseneliai.

Vandens kiekio pavyzdžiai skirtingos ląstelės organizmas:

Jauno žmogaus ar gyvūno organizme - 80% ląstelių masės;

Senojo organizmo ląstelėse - 60 proc.

Smegenyse - 85%;

Dantų emalio ląstelėse - 10-15%.

Kai žmogus netenka 20% vandens, jis miršta.

Apsvarstykite vandens molekulės struktūrą:

H2O - molekulinė formulė,

Н - О - Н - struktūrinė formulė,

Vandens molekulė turi kampinę struktūrą: tai lygiašonis trikampis, kurio viršūnės kampas yra 104,5 °.

Garų būklės vandens molekulinė masė yra 18 g / mol. Tačiau skysto vandens molekulinė masė yra didesnė. Tai rodo, kad skystame vandenyje yra molekulių asociacija, kurią sukelia vandenilio ryšiai.

Koks yra vandens vaidmuo ląstelėje?

Dėl didelio molekulių poliškumo vanduo yra neprilygstamas tirpiklis kitiems poliniams junginiams. Vandenyje ištirpsta daugiau medžiagų nei bet kuriame kitame skystyje. Štai kodėl ląstelės vandens aplinkoje vyksta daug cheminių reakcijų. Vanduo ištirpina medžiagų apykaitos produktus ir pašalina juos iš ląstelės ir viso kūno.

Vanduo turi didelę šiluminę galią, t.y. gebėjimas sugerti šilumą. Minimaliai keičiantis savo temperatūrai, išsiskiria arba sugeria daug šilumos. Dėl šios priežasties jis apsaugo ląstelę nuo staigių temperatūros pokyčių. Kadangi vandens išgarinimas sunaudoja daug šilumos, išgarindami vandenį organizmai gali apsisaugoti nuo perkaitimo (pavyzdžiui, prakaito metu).

Vanduo turi aukštą šilumos laidumą. Ši savybė leidžia tolygiai paskirstyti šilumą tarp kūno audinių.

Vanduo yra viena iš pagrindinių gamtos medžiagų, be kurios neįmanomas organinio augalų, gyvūnų ir žmonių pasaulio vystymasis. Ten, kur jis yra, yra gyvenimas.

Eksperimentų demonstravimas. Stalo sudarymas su mokiniais.

a) Vandenyje ištirpinkite šias medžiagas: valgomąją druską, etilo alkoholį, sacharozę, augalinį aliejų.

Kodėl kai kurios medžiagos ištirpsta vandenyje, o kitos - ne?

Pateikta hidrofilinių ir hidrofobinių medžiagų sąvoka.

Hidrofilinės medžiagos yra medžiagos, kurios lengvai tirpsta vandenyje.

Hidrofobinės medžiagos yra blogai tirpios vandenyje medžiagos.

B) Panardinkite ledo gabalėlį į stiklinę vandens.

Ką galite pasakyti apie vandens ir ledo tankį?

Vadovėlio pagalba grupėse turite užpildyti lentelę „Mineralinės druskos“. Darbo pabaigoje vyksta lentelėje įvestų duomenų aptarimas.

Buferis - ląstelės gebėjimas išlaikyti santykinį silpnai šarminės aplinkos pastovumą.

1. Tirtos medžiagos konsolidavimas.

Biologinių problemų sprendimas grupėse.

1 tikslas.

Kai kurioms ligoms į kraują suleidžiamas 0,85 proc. Valgomoji druska vadinamas fiziologiniu tirpalu. Apskaičiuokite: a) kiek gramų vandens ir druskos reikia išgerti, kad gautumėte 5 kg druskos tirpalas; b) kiek gramų druskos patenka į organizmą, kai įpilama 400 g fiziologinio tirpalo.

2 tikslas.

IN Medicininė praktikažaizdoms plauti ir gerklei skalauti naudojamas 0,5% kalio permanganato tirpalas. Koks yra prisotinto tirpalo tūris (100 g vandens yra 6,4 g šios druskos) ir Tyras vanduo būtina paruošti 1 litrą 0,5 % tirpalo (ρ = 1 g / cm3) 3 ).

Užduotis.

Parašykite „sinkwine“ temą: vanduo

1. Namų darbai: 2.3 p

Literatūros kūriniuose raskite vandens savybių ir savybių, jo biologinės reikšmės aprašymo pavyzdžių.

Schema "Elementai. Ląstelės medžiagos"

Paramos pamokos pamokos

Gyvoje ląstelėje yra tie patys cheminiai elementai, kurie yra negyvosios gamtos dalis. Iš 104 D.I.Mendelejevo periodinės sistemos elementų 60 buvo rasta ląstelėse.

Jie suskirstyti į tris grupes:

1. pagrindiniai elementai yra deguonis, anglis, vandenilis ir azotas (98% ląstelių sudėties);
2. elementai, sudarantys dešimtąsias ir šimtąsias procentines dalis - kalis, fosforas, siera, magnis, geležis, chloras, kalcis, natris (iš viso 1,9%);
3. visi kiti elementai, esantys dar mažesniais kiekiais, yra mikroelementai.

Ląstelės molekulinė sudėtis yra sudėtinga ir nevienalytė. Negyvoje gamtoje taip pat yra atskirų junginių - vandens ir mineralinių druskų; kiti - organiniai junginiai: angliavandeniai, riebalai, baltymai, nukleorūgštys ir kt. - būdingi tik gyviems organizmams.

NEORGANINĖS MEDŽIAGOS

Vanduo sudaro apie 80% ląstelių masės; jaunose greitai augančiose ląstelėse - iki 95%, senose - 60%.

Vandens vaidmuo ląstelėje yra puikus.

Tai pagrindinė terpė ir tirpiklis, dalyvauja daugelyje cheminių reakcijų, medžiagų judėjimo, termoreguliacijos, formavimosi ląstelių struktūros, nustato ląstelės tūrį ir elastingumą. Dauguma medžiagų patenka į organizmą ir išsiskiria iš jo vandeniniu tirpalu. Biologinis vaidmuo vandenį lemia struktūros specifika: jo molekulių poliškumas ir gebėjimas formuoti vandenilio ryšius, dėl kurių atsiranda kelių vandens molekulių kompleksai. Jei traukos energija tarp vandens molekulių yra mažesnė nei tarp vandens ir medžiagos molekulių, ji ištirpsta vandenyje. Tokios medžiagos vadinamos hidrofilinėmis (iš graikų kalbos „hydro“ - vanduo, „phylee“ - aš myliu). Tai yra daug mineralinių druskų, baltymų, angliavandenių ir tt graikų „fobos“ - baimė) - riebalai, lipidai ir kt.

Ląstelės vandeniniuose tirpaluose esančios mineralinės druskos išsiskiria į katijonus ir anijonus, užtikrindamos stabilų reikalingų cheminių elementų kiekį ir osmosinį slėgį. Iš katijonų svarbiausi yra K +, Na +, Ca 2+, Mg +. Atskirų katijonų koncentracija ląstelėje ir tarpląstelinėje aplinkoje yra nevienoda. Gyvoje ląstelėje K koncentracija yra didelė, Na + yra maža, o kraujo plazmoje, priešingai, yra didelė Na + koncentracija ir maža K +. Taip yra dėl selektyvaus membranų pralaidumo. Jonų koncentracijos ląstelėje ir aplinkoje skirtumas užtikrina vandens tekėjimą iš aplinkos į ląstelę ir vandens įsisavinimą augalų šaknimis. Tam tikrų elementų - Fe, P, Mg, Co, Zn - trūkumas blokuoja nukleorūgščių, hemoglobino, baltymų ir kitų gyvybiškai svarbių medžiagų susidarymą ir sukelia sunkias ligas. Anijonai lemia pH ląstelių aplinkos pastovumą (neutralus ir šiek tiek šarminis). Iš anijonų svarbiausi yra НРО 4 2-, Н 2 РО 4 -, Cl -, HCO 3 -

ORGANINĖS MEDŽIAGOS

Organinės medžiagos sudėtyje sudaro apie 20-30% ląstelių sudėties.

Angliavandeniai- organiniai junginiai, susidedantys iš anglies, vandenilio ir deguonies. Jie skirstomi į paprastus - monosacharidus (iš graikų „monos“ - vienas) ir sudėtingus - polisacharidus (iš graikų „poli“ - daug).

Monosacharidai(juos bendra formulėС n Н 2n О n) - bespalvės, malonaus saldaus skonio medžiagos, lengvai tirpstančios vandenyje. Jie skiriasi anglies atomų skaičiumi. Dažniausiai monosacharidai yra heksozės (su 6 C atomais): gliukozė, fruktozė (randama vaisiuose, meduje, kraujyje) ir galaktozė (randama piene). Iš pentozių (turinčių 5 C atomus) dažniausiai pasitaiko ribozė ir dezoksiribozė, kurios yra nukleorūgščių ir ATP dalis.

Polisacharidai reiškia polimerus - junginius, kuriuose tas pats monomeras kartojasi daug kartų. Polisacharidų monomerai yra monosacharidai. Polisacharidai yra tirpūs vandenyje, o daugelis turi saldų skonį. Iš jų paprasčiausi yra disacharidai, susidedantys iš dviejų monosacharidų. Pavyzdžiui, sacharozę sudaro gliukozė ir fruktozė; pieno cukrus - iš gliukozės ir galaktozės. Didėjant monomerų skaičiui, polisacharidų tirpumas mažėja. Iš didelės molekulinės masės polisacharidų glikogenas yra labiausiai paplitęs gyvūnams, o krakmolas ir ląsteliena (celiuliozė) augalams. Pastarąjį sudaro 150-200 gliukozės molekulių.

Angliavandeniai- pagrindinis energijos šaltinis visoms ląstelių veiklos formoms (judėjimas, biosintezė, sekrecija ir kt.). Suskaidžius į paprasčiausius produktus CO 2 ir H 2 O, 1 g angliavandenių išskiria 17,6 kJ energijos. Angliavandeniai atlieka statybinę funkciją augaluose (jų membranos sudarytos iš celiuliozės) ir atsarginių medžiagų vaidmenį (augaluose - krakmolas, gyvūnuose - glikogenas).

Lipidai yra vandenyje netirpios riebalų medžiagos ir riebalai, susidedantys iš glicerolio ir didelės molekulinės masės riebalų rūgščių. Gyvūninių riebalų yra piene, mėsoje, poodiniame audinyje. Kambario temperatūroje yra kietos medžiagos... Augaluose riebalų yra sėklose, vaisiuose ir kituose organuose. Jie yra skysčiai kambario temperatūroje. Į riebalus panašios medžiagos savo chemine struktūra yra panašios į riebalus. Daug jų yra kiaušinių trynyje, smegenų ląstelėse ir kituose audiniuose.

Lipidų vaidmenį lemia jų struktūrinė funkcija. Jie susideda iš ląstelių membranos, kurie dėl savo hidrofobiškumo neleidžia ląstelių turiniui susimaišyti su aplinka. Lipidai atlieka energetinę funkciją. Suskaidžius iki CO 2 ir H 2 O, 1 g riebalų išsiskiria 38,9 kJ energijos. Jie blogai praleidžia šilumą, kaupiasi poodiniame audinyje (ir kituose organuose ir audiniuose), atlieka apsauginę funkciją ir atsarginių medžiagų vaidmenį.

Baltymas- konkrečiausias ir svarbiausias organizmui. Jie klasifikuojami kaip nepartiniai polimerai. Skirtingai nuo kitų polimerų, jų molekules sudaro panašūs, bet ne identiški monomerai - 20 skirtingų aminorūgščių.

Kiekviena amino rūgštis turi savo pavadinimą, ypatingą struktūrą ir savybes. Jų bendrą formulę galima pavaizduoti taip

Aminorūgščių molekulę sudaro tam tikra dalis (radikalas R) ir dalis, kuri yra vienoda visoms aminorūgštims, įskaitant amino grupę (- NH2), turinti bazines savybes, ir karboksilo grupę (COOH), turinti rūgščių savybių. Rūgščių ir bazinių grupių buvimas vienoje molekulėje lemia jų didelį reaktyvumą. Per šias grupes aminorūgštys sujungiamos formuojant polimerą - baltymą. Šiuo atveju vandens molekulė išsiskiria iš vienos aminorūgšties amino grupės ir kitos karboksilo, o išsiskyrę elektronai susijungia ir sudaro peptidinį ryšį. Todėl baltymai vadinami polipeptidais.

Baltymų molekulė yra kelių dešimčių ar šimtų aminorūgščių grandinė.

Baltymų molekulės yra milžiniškos, todėl jos vadinamos makromolekulėmis. Baltymai, kaip ir amino rūgštys, yra labai reaktyvūs ir gali reaguoti su rūgštimis ir šarmais. Jie skiriasi aminorūgščių sudėtimi, skaičiumi ir seka (tokių 20 aminorūgščių derinių skaičius yra beveik begalinis). Tai paaiškina baltymų įvairovę.

Baltymų molekulių struktūroje yra keturi organizavimo lygiai (59)

• Pirminė struktūra- aminorūgščių polipeptidinė grandinė, sujungta tam tikra seka kovalentiniais (stipriais) peptidiniais ryšiais.
• Antrinė struktūra- polipeptidinė grandinė, susukta į sandarią spiralę. Jame tarp kaimyninių posūkių (ir kitų atomų) peptidinių ryšių atsiranda mažo stiprumo vandenilio ryšių. Kartu jie sukuria gana stiprią struktūrą.
• Tretinė struktūra reiškia keistą, bet kiekvienam baltymui konkrečią konfigūraciją - rutulį. Jį laiko mažo stiprumo hidrofobinės jungtys arba sanglaudos jėgos tarp nepolinių radikalų, kurių yra daugelyje amino rūgščių. Dėl savo gausos jie užtikrina pakankamą baltymų makromolekulės stabilumą ir jos mobilumą. Tretinę baltymų struktūrą taip pat palaiko kovalentinės S - S (es) jungtys, atsirandančios tarp sieros turinčios aminorūgšties cisteino radikalų, kurie yra nutolę vienas nuo kito.
• Ketvirtinė struktūra nebūdinga visiems baltymams. Tai atsitinka, kai kelios baltymų makromolekulės sujungiamos į kompleksus. Pavyzdžiui, žmogaus kraujo hemoglobinas yra keturių šio baltymo makromolekulių kompleksas.

Šis baltymų molekulių struktūros sudėtingumas yra susijęs su įvairiomis funkcijomis, būdingomis šiems biopolimerams. Tačiau baltymų molekulių struktūra priklauso nuo aplinkos savybių.

Vadinamas natūralios baltymo struktūros pažeidimas denatūracija... Tai gali sukelti aukšta temperatūra, cheminės medžiagos, spinduliuojanti energija ir kiti veiksniai. Esant silpnam poveikiui, suyra tik ketvirtinė struktūra, o stipresnė - tretinė, o paskui antrinė, o baltymas lieka pirminės struktūros - polipeptidinės grandinės - pavidalu. Šis procesas iš dalies yra grįžtamasis ir denatūruotas baltymas sugeba atkurti savo struktūrą.

Baltymų vaidmuo ląstelės gyvenime yra didžiulis.

Baltymas yra kūno statybinė medžiaga. Jie dalyvauja ląstelių ir atskirų audinių (plaukų, kraujagyslių ir kt.) Lukšto, organelių ir membranų konstrukcijoje. Daugelis baltymų atlieka katalizatoriaus vaidmenį ląstelėje - fermentai, kurie dešimtis, šimtus milijonų kartų pagreitina ląstelių reakcijas. Yra žinoma apie tūkstantį fermentų. Be baltymų, jie apima metalus Mg, Fe, Mn, vitaminus ir kt.

Kiekvieną reakciją katalizuoja jo specifinis fermentas. Šiuo atveju veikia ne visas fermentas, o tam tikra sritis - aktyvus centras. Jis priglunda prie pagrindo kaip raktas prie spynos. Fermentai veikia esant tam tikrai aplinkos temperatūrai ir pH. Suteikiami specialūs susitraukiantys baltymai variklio funkcijas ląstelės (vėliavų, blakstienėlių judėjimas, raumenų susitraukimas ir kt.). Atskiri baltymai (kraujo hemoglobinas) atlieka transportavimo funkciją, tiekdami deguonį į visus kūno organus ir audinius. Specifiniai baltymai - antikūnai - atlieka apsauginę funkciją, neutralizuoja svetimas medžiagas. Kai kurie baltymai atlieka energetinę funkciją. Suskaidžius iki amino rūgščių, o paskui dar į paprastesnes medžiagas, 1 g baltymų išskiria 17,6 kJ energijos.

Nukleino rūgštys(iš lot. "branduolys" - branduolys) pirmą kartą buvo atrastas branduolyje. Jie yra dviejų tipų - dezoksiribonukleino rūgštys(DNR) ir ribonukleino rūgštys(RNR). Jų biologinis vaidmuo yra didelis, jie lemia baltymų sintezę ir paveldimos informacijos perdavimą iš kartos į kartą.

DNR molekulė turi sudėtingą struktūrą. Jį sudaro dvi spirališkai susuktos grandinės. Dvigubos spiralės plotis yra 2 nm 1, ilgis - kelios dešimtys ir net šimtai mikromikronų (šimtus ar tūkstančius kartų didesnis už didžiausią baltymų molekulę). DNR yra polimeras, kurio monomerai yra nukleotidai - junginiai, susidedantys iš fosforo rūgšties molekulės, angliavandenių - dezoksiribozės ir azoto bazės. Bendra jų formulė yra tokia:

Fosforo rūgštis ir angliavandeniai yra vienodi visiems nukleotidams, o azoto bazės yra keturių tipų: adenino, guanino, citozino ir timino. Jie nustato atitinkamų nukleotidų pavadinimą:

• adenilo (A),
• guanilis (G),
• citozilo (C),
• timidilas (T).

Kiekviena DNR grandinė yra polinukleotidas, susidedantis iš kelių dešimčių tūkstančių nukleotidų. Jame gretimus nukleotidus jungia stiprus kovalentinis ryšys tarp fosforo rūgšties ir dezoksiribozės.

Atsižvelgiant į didžiulį DNR molekulių dydį, keturių nukleotidų derinys jose gali būti be galo didelis.

Formuojant dvigubą DNR spiralę, vienos grandinės azotinės bazės yra išdėstytos griežtai apibrėžta tvarka prieš kitos azoto bazes. Šiuo atveju T visada pasirodo prieš A, o tik C prieš G. Taip yra dėl to, kad A ir T, taip pat G ir C, griežtai atitinka vienas kitą, kaip dvi skaldyto stiklo pusės ir yra papildomas arba papildo(iš graikų kalbos. "papildyti" - papildymas) vienas kitam. Jei žinoma nukleotidų išsidėstymo seka vienoje DNR grandinėje, tai kitos grandinės nukleotidus galima nustatyti pagal papildomumo principą (žr. Priedą, 1 užduotis). Papildomi nukleotidai yra susieti vandenilio ryšiais.

Yra du ryšiai tarp A ir T, trys - tarp G ir C.

DNR molekulės padvigubinimas yra unikalus jos bruožas, užtikrinantis paveldimos informacijos perdavimą iš motinos ląstelės į dukterinę. DNR dubliavimo procesas vadinamas DNR dubliavimasis. Jis atliekamas taip. Netrukus prieš ląstelių dalijimąsi DNR molekulė atsiskleidžia ir jos dviguba grandinė veikiama fermento iš vieno galo yra padalinta į dvi nepriklausomas grandines. Ant kiekvienos ląstelės laisvųjų nukleotidų pusės pagal papildomumo principą yra pastatyta antroji grandinė. Dėl to vietoj vienos DNR molekulės atsiranda dvi visiškai identiškos molekulės.

RNR- polimeras, struktūriškai panašus į vieną DNR grandinę, bet daug mažesnis. RNR monomerai yra nukleotidai, susidedantys iš fosforo rūgšties, angliavandenių (ribozės) ir azoto bazės. Trys azoto turinčios RNR bazės - adeninas, guaninas ir citozinas - atitinka DNR, o ketvirtoji - kitokia. RNR vietoj timino yra uracilas. RNR polimeras susidaro per kovalentinius ryšius tarp ribozės ir gretimų nukleotidų fosforo rūgšties. Yra trys RNR tipai: pasiuntinio RNR(i-RNR) perduoda informaciją apie DNR molekulės baltymo struktūrą; transportuojanti RNR(t-RNR) perneša amino rūgštis į baltymų sintezės vietą; ribosomų RNR (r-RNR) yra ribosomose ir dalyvauja baltymų sintezėje.

ATF- adenozino trifosforo rūgštis - svarbi organinis junginys... Pagal struktūrą tai yra nukleotidas. Jame yra azoto bazės adenino, angliavandenių - ribozės ir trijų fosforo rūgšties molekulių. ATP yra nestabili struktūra, veikiama fermento, nutrūksta ryšys tarp „P“ ir „O“, fosforo rūgšties molekulė yra suskaidoma ir ATP pereina į