Substanțe organice care alcătuiesc o masă celulară. Apa și compușii anorganici, rolul lor în celulă

Acestea includ apă și săruri minerale.

Apă necesare pentru implementarea proceselor de viață în celulă. Conținutul său este de 70-80% din masa celulară. Principalele funcții ale apei:

este un solvent universal;

este mediul în care au loc reacțiile biochimice;

determină proprietățile fiziologice ale celulei (elasticitate, volum);

participă la reacții chimice;

menține echilibrul termic al corpului datorită capacității ridicate de căldură și conductivității termice;

este principalul mijloc de transport de substanţe.

Saruri minerale prezente în celulă sub formă de ioni: cationi K+, Na+, Ca 2+, Mg 2+; anioni – Cl-, HCO3-, H2PO4-.

3. Substante organice ale celulei.

Compușii organici ai unei celule constau din multe elemente repetate (monomeri) și sunt molecule mari - polimeri. Acestea includ proteine, grăsimi, carbohidrați și acizi nucleici. Conținutul lor în celulă: proteine ​​-10-20%; grăsimi - 1-5%; carbohidrați - 0,2-2,0%; acizi nucleici - 1-2%; substanțe organice cu greutate moleculară mică – 0,1-0,5%.

Veverițe - greutate moleculară mare (greutate moleculară mare) materie organică. Unitatea structurală a moleculei lor este un aminoacid. 20 de aminoacizi iau parte la formarea proteinelor. Molecula fiecărei proteine ​​conține doar anumiți aminoacizi în ordinea de aranjare caracteristică acestei proteine. Aminoacidul are următoarea formulă:

H 2 N – CH – COOH

Compoziția aminoacizilor include NH 2 - o grupare amino cu proprietăți bazice; COOH – grupare carboxil cu proprietăți acide; radicali care disting aminoacizii unul de altul.

Există structuri proteice primare, secundare, terțiare și cuaternare. Aminoacizii legați între ei prin legături peptidice determină structura sa primară. Proteinele structurii primare sunt conectate într-o spirală folosind legături de hidrogen și formează o structură secundară. Lanțurile polipeptidice, răsucindu-se într-un anumit fel într-o structură compactă, formează un globul (minge) - structura terțiară a proteinei. Majoritatea proteinelor au o structură terțiară. Trebuie remarcat faptul că aminoacizii sunt activi numai pe suprafața globului. Proteinele cu structură globulară se combină pentru a forma o structură cuaternară (de exemplu, hemoglobina). Când sunt expuse la temperaturi ridicate, acizi și alți factori, moleculele complexe de proteine ​​sunt distruse - denaturarea proteinelor. Când condițiile se îmbunătățesc, o proteină denaturată este capabilă să-și restabilească structura dacă structura sa primară nu este distrusă. Acest proces se numește renaturare.

Proteinele sunt specifice speciei: fiecare specie animală este caracterizată de un set de proteine ​​specifice.

Există proteine ​​simple și complexe. Cele simple constau numai din aminoacizi (de exemplu, albumine, globuline, fibrinogen, miozina etc.). Parte proteine ​​complexe Pe lângă aminoacizi, există și alți compuși organici, de exemplu, grăsimi și carbohidrați (lipoproteine, glicoproteine ​​etc.).

Proteinele îndeplinesc următoarele funcții:

enzimatic (de exemplu, enzima amilaza descompune carbohidrații);

structurale (de exemplu, fac parte din membrane și alte organite celulare);

receptor (de exemplu, proteina rodopsina promovează o vedere mai bună);

transport (de exemplu, hemoglobina transportă oxigen sau dioxid de carbon);

protectoare (de exemplu, proteinele imunoglobulinelor sunt implicate în formarea imunității);

motor (de exemplu, actina și miozina sunt implicate în contracția fibrelor musculare);

hormonal (de exemplu, insulina transformă glucoza în glicogen);

energie (când se descompune 1 g de proteină, se eliberează 4,2 kcal de energie).

Grăsimi (lipide) - compuși ai alcoolului trihidroxilic glicerol și acizi grași cu greutate moleculară mare. Formula chimica gras:

CH2-O-C(O)-R1

CH2-O-C(O)-R³, unde radicalii pot fi diferiți.

Funcțiile lipidelor din celulă:

structurale (participă la construcția membranei celulare);

energie (când 1 g de grăsime se descompune în organism, se eliberează 9,2 kcal de energie);

protectoare (protejează de pierderile de căldură, deteriorări mecanice);

grăsimea este o sursă de apă endogenă (odată cu oxidarea a 10 g de grăsime, se eliberează 11 g de apă);

reglarea metabolismului.

Carbohidrați – molecula lor poate fi reprezentată prin formula generală C n (H 2 O) n – carbon și apă.

Carbohidrații sunt împărțiți în trei grupe: monozaharide (include o moleculă de zahăr - glucoză, fructoză etc.), oligozaharide (cuprind de la 2 până la 10 reziduuri de monozaharide: zaharoză, lactoză) și polizaharide (compuși cu greutate moleculară mare - glicogen, amidon etc.). ).

Funcțiile carbohidraților:

servesc ca elemente de pornire pentru construcția diferitelor substanțe organice, de exemplu, în timpul fotosintezei - glucoză;

principala sursă de energie pentru organism; în timpul descompunerii lor folosind oxigen, se eliberează mai multă energie decât în ​​timpul oxidării grăsimilor;

protectoare (de exemplu, mucusul secretat de diferite glande conține o mulțime de carbohidrați; protejează pereții organelor goale (tuburi bronșice, stomac, intestine) de deteriorarea mecanică; având proprietăți antiseptice);

functii structurale si de sustinere: incluse in membrană plasmatică.

Acizi nucleici sunt biopolimeri care conțin fosfor. Acestea includ acid dezoxiribonucleic (ADN)Și acizi ribonucleici (ARN)..

ADN - cei mai mari biopolimeri, monomerul lor este nucleotide. Este format din reziduuri a trei substanțe: o bază azotată, carbohidratul dezoxiriboză și acid fosforic. Există 4 nucleotide cunoscute implicate în formarea unei molecule de ADN. Două baze azotate sunt derivați de pirimidină - timină și citozină. Adenina și guanina sunt clasificate ca derivați de purină.

Conform modelului ADN propus de J. Watson și F. Crick (1953), molecula de ADN este formată din două catene care se învârt în spirală una în jurul celeilalte.

Cele două catene ale unei molecule sunt ținute împreună prin legături de hidrogen care apar între ele. complementar baze azotate. Adenina este complementară timinei, iar guanina este complementară citozinei. ADN-ul din celule este situat în nucleu, unde se formează împreună cu proteinele cromozomii. ADN-ul se găsește și în mitocondrii și plastide, unde moleculele lor sunt aranjate într-un inel. Principal Funcția ADN-ului– stocarea informațiilor ereditare conținute în secvența de nucleotide care formează molecula acesteia și transmiterea acestor informații către celulele fiice.

Acid ribonucleic monocatenare. O nucleotidă ARN constă dintr-una dintre bazele azotate (adenină, guanină, citozină sau uracil), carbohidratul riboză și un reziduu de acid fosforic.

Există mai multe tipuri de ARN.

ARN ribozomal(r-ARN) în combinație cu proteina face parte din ribozomi. Ribozomii realizează sinteza proteinelor. ARN mesager(i-ARN) transportă informații despre sinteza proteinelor de la nucleu la citoplasmă. Transfer ARN(ARNt) este localizat în citoplasmă; atașează anumiți aminoacizi la sine și îi livrează ribozomilor, locul sintezei proteinelor.

ARN-ul se găsește în nucleol, citoplasmă, ribozomi, mitocondrii și plastide. Există un alt tip de ARN în natură - viral. La unii viruși, îndeplinește funcția de stocare și transmitere a informațiilor ereditare. În alți virusuri, această funcție este îndeplinită de ADN-ul viral.

Acid adenozin trifosforic (ATP) este o nucleotidă specială formată din baza azotată adenină, carbohidratul riboză și trei resturi de acid fosforic.

ATP este o sursă universală de energie necesară proceselor biologice care au loc în celulă. Molecula de ATP este foarte instabilă și este capabilă să despartă una sau două molecule de fosfat, eliberând o cantitate mare de energie. Această energie este cheltuită pentru a asigura toate funcțiile vitale ale celulei - biosinteza, mișcarea, generarea unui impuls electric etc. Legăturile din molecula de ATP se numesc macroergice. Scindarea fosfatului dintr-o moleculă de ATP este însoțită de eliberarea a 40 kJ de energie. Sinteza ATP are loc în mitocondrii.

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. Cuprins elemente chimice intr-o cusca

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 termoreglare, care se datorează capacității mari de căldură a apei - consumul unei cantități mari de energie la încălzire. 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 este parțial sarcina negativa, 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 un numar mare 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 reacțiile chimice care au loc în celulă. solutii 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 promovează mișcarea diverse substanțeîn 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. În funcție de conținutul lor în celulă, elementele chimice sunt împărțite în trei grupuri mari: macroelemente (99%), microelemente (1%), ultramicroelemente (sub 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.

COMPONENTELE ORGANICE ALE CELULELE

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 o substanță din nucleele celulare cu continut ridicat azot și fosfor și le-a numit „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 tipuri diferite bacterii, ciuperci, plante, 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 se supune o anumită regulăși anume: adenina dintr-un lanț este întotdeauna legată prin două legături de hidrogen numai cu timina din celălalt lanț, iar guanina - prin trei legături de hidrogen cu citozină, adică lanțurile nucleotidice ale unei molecule de ADN sunt complementare, se completează 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 necesare pentru asigurarea vieţii celulei şi a organismului în ansamblu.

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

• Subiectul 4." Compoziție chimică celule.” §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

Celula conține aproximativ 70 de elemente din Tabelul Periodic al Elementelor al lui Mendeleev, iar 24 dintre ele sunt prezente în toate tipurile de celule. Toate elementele prezente în celulă sunt împărțite, în funcție de conținutul lor din celulă, în grupuri:

• macronutrienti– H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, CI, S;
• microelemente– B, Ni, Cu, Co, Zn, Mb etc.;
• ultramicroelemente– U, Ra, Au, Pb, Hg, Se etc.

• organogeni(oxigen, hidrogen, carbon, azot),
• macroelemente,
• microelemente.

Molecule care alcătuiesc o celulă anorganic Și organic conexiuni.

Compuși anorganici ai celulei – apăȘi anorganic ionii.
Apă- cea mai importantă substanță anorganică a celulei. Toate reacțiile biochimice au loc în soluții apoase. Molecula de apă are un caracter neliniar structura spatiala si are polaritate. Legăturile de hidrogen se formează între moleculele individuale de apă, care determină fizic și Proprietăți chimice apă.

Ioni anorganici:
cationi K+, Na+, Ca2+, Mg2+ și anioni Cl–, NO3-, PO4 2-, CO32-, HPO42-.

Diferența dintre numărul de cationi și anioni (Nа + , LA + , Cl-) la suprafata si in interiorul celulei asigura aparitia unui potential de actiune, care sta la baza stimulare nervoasa si musculara.
Anionii acidului fosforic creează sistem tampon fosfat, menținând pH-ul mediului intracelular al organismului la un nivel de 6-9.
Acidul carbonic și anionii săi creează sistem tampon cu bicarbonat si mentine pH-ul mediului extracelular (plasma sanguina) la un nivel de 7-4.
Compușii de azot servesc sursă nutriție minerală, sinteza proteinelor, acizi nucleici.
Atomii de fosfor fac parte din acizii nucleici, fosfolipide, precum și oasele vertebratelor și învelișul chitinos al artropodelor.
Ionii de calciu fac parte din substanța oaselor; sunt de asemenea necesare pentru implementare contractie musculara, coagularea sângelui.

Masa. Rolul macroelementelor la nivel de organizare celular și organism.

Masa.

Sarcini tematice

Partea A

A1. Polaritatea apei determină capacitatea acesteia
1) conducă căldura
3) se dizolvă clorura de sodiu
2) absorbi căldura
4) se dizolvă glicerina

A2. Copiilor cu rahitism trebuie să li se administreze medicamente care conțin
1) fier de călcat
2) potasiu
3) calciu
4) zinc

A3. Conducerea unui impuls nervos este asigurată de ioni:
1) potasiu și sodiu
2) fosfor și azot
3) fier și cupru
4) oxigen și clor

A4. Legăturile slabe dintre moleculele de apă în faza sa lichidă se numesc:
1) covalent
2) hidrofob
3) hidrogen
4) hidrofil

A5. Hemoglobina conține
1) fosfor
2) fierul de călcat
3) sulf
4) magneziu

A6. Selectați un grup de elemente chimice care sunt incluse în mod necesar în proteine
1) Na, K, O, S
2) N, P, C, CI
3) C, S, Fe, O
4) C, H, O, N

A7. Pacienților cu hipotiroidism li se administrează medicamente care conțin
1) iod
2) fierul de călcat
3) fosfor
4) sodiu

Partea B

ÎN 1. Selectați funcțiile apei în cușcă
1) energie
2) enzimatic
3) transport
4) construcție
5) lubrifiere
6) termoreglatoare

LA 2. Selectați numai proprietăți fizice apă
1) capacitatea de a se disocia
2) hidroliza sărurilor
3) densitate
4) conductivitate termică
5) conductivitate electrică
6) donarea de electroni

Partea C

C1. Ce proprietăți fizice ale apei determină semnificația ei biologică?

După cum știm deja, o celulă este formată din substanțe chimice organice și anorganice. Principalele substanțe anorganice care alcătuiesc celula sunt sărurile și apa.

Apa ca componentă a viețuitoarelor

Apa este componenta dominantă a tuturor organismelor. Important functii biologice apa sunt realizate datorită proprietăților unice ale moleculelor sale, în special prezența dipolilor care fac posibilă apariție legături de hidrogen între celule.

Datorită moleculelor de apă, procesele de termostabilizare și termoreglare au loc în corpul ființelor vii. Procesul de termoreglare are loc datorită capacității mari de căldură a moleculelor de apă: schimbările de temperatură exterioară nu afectează schimbările de temperatură din interiorul corpului.

Datorită apei, organele corpului uman își păstrează elasticitatea. Apa este una dintre componentele principale ale fluidelor lubrifiante necesare articulațiilor vertebratelor sau sacului pericardic.

Face parte din mucus, care facilitează mișcarea substanțelor prin intestine. Apa este o componentă a bilei, a lacrimilor și a salivei.

Săruri și alte substanțe anorganice

Pe lângă apă, celulele unui organism viu conțin substanțe anorganice precum acizi, baze și săruri. Cele mai importante în viața organismului sunt Mg2+, H2PO4, K, CA2, Na, C1-. Acizii slabi garantează un mediu celular intern stabil (slab alcalin).

Concentrația de ioni în substanță intercelulară iar în interiorul celulei pot fi diferite. De exemplu, ionii de Na+ sunt concentrați doar în fluidul intercelular, în timp ce K+ se găsește exclusiv în celulă.

O reducere sau o creștere bruscă a numărului anumitor ioni din compoziția celulară nu duce numai la disfuncția acesteia, ci și la moarte. De exemplu, o scădere a cantității de Ca+ dintr-o celulă provoacă convulsii în interiorul celulei și moartea ulterioară a acesteia.

Unele substanțe anorganice interacționează adesea cu grăsimile, proteinele și carbohidrații. Asa de un exemplu strălucitor sunt compuși organici cu fosfor și sulf.

Sulful, care face parte din moleculele de proteine, este responsabil pentru formarea legăturilor moleculare în organism. Datorită sintezei fosforului și a substanțelor organice, energia este eliberată din moleculele de proteine.

Săruri de calciu

Dezvoltarea normală a țesutului osos, precum și funcționarea creierului și măduva spinării sărurile de calciu contribuie. Metabolismul calciului în organism se realizează datorită vitaminei D. Un exces sau deficiență de săruri de calciu duce la disfuncția organismului.

Celulele vegetale și animale conțin substanțe anorganice și organice. Substanțele anorganice includ apa și mineralele. Substanțele organice includ proteine, grăsimi, carbohidrați și acizi nucleici.

Substante anorganice

Apăeste o legătură care celula vie conţine în cel mai mare număr. Apa reprezintă aproximativ 70% din masa celulei. Majoritatea reacțiilor intracelulare apar în mediu acvatic. Apa din celulă este într-o stare liberă și legată.

Importanța apei pentru viața unei celule este determinată de structura și proprietățile acesteia. Conținutul de apă din celule poate varia. 95% din apă este liberă în celulă. Este necesar ca solvent pentru substanțele organice și anorganice. Toate reacțiile biochimice dintr-o celulă au loc cu participarea apei. Apa este folosită pentru a elimina diferite substanțe din celulă. Apa are o conductivitate termică ridicată și previne fluctuațiile bruște de temperatură. 5% din apă este în stare legată, formând compuși slabi cu proteinele.

Minerale în celulă pot fi în stare disociată sau în combinaţie cu substanţe organice.

elemente chimice, care participă la procesele metabolice și au activitate biologică se numesc biogene.

Citoplasmaconține aproximativ 70% oxigen, 18% carbon, 10% hidrogen, calciu, azot, potasiu, fosfor, magneziu, sulf, clor, sodiu, aluminiu, fier. Aceste elemente alcătuiesc 99,99% din compoziția celulei și sunt numite macroelemente. De exemplu, calciul și fosforul fac parte din oase. Fierul este o componentă a hemoglobinei.

Mangan, bor, cupru, zinc, iod, cobalt - microelemente. Ele alcătuiesc miimi de procent din masa celulară. Microelementele sunt necesare pentru formarea hormonilor, enzimelor și vitaminelor. Ei influențează procesele metaboliceîn organism. De exemplu, iodul face parte din hormonul tiroidian, cobaltul face parte din vitamina B 12.

Aur, mercur, radiu etc. - ultramicroelemente- constituie milionatimi de procent din compozitia celulei.

Lipsa sau excesul de săruri minerale perturbă funcțiile vitale ale organismului.

Materie organică

Oxigenul, hidrogenul, carbonul, azotul fac parte din substanțele organice. Compușii organici sunt molecule mari numite polimeri. Polimerii sunt formați din multe unități repetate (monomeri). Compușii polimerici organici includ carbohidrați, grăsimi, proteine, acizi nucleici și ATP.

Carbohidrați

Carbohidrațiconstau din carbon, hidrogen, oxigen.

Monomeriicarbohidrații sunt monozaharide. Carbohidrații sunt împărțiți în monozaharide, dizaharide și polizaharide.

Monozaharide- zaharuri simple cu formula (CH 2 O) n, unde n este orice număr întreg de la trei la șapte. În funcție de numărul de atomi de carbon din moleculă, se disting triozele (3C), tetrozele (4C), pentozele (5C), hexozele (6C) și heptozele (7C).

TriozeC 3 H 6 O 3 - de exemplu, gliceraldehida si dihidroxiacetona - joaca rolul de produse intermediare in procesul de respiratie si sunt implicate in fotosinteza. Tetrozele C 4 H 8 O 4 se găsesc în bacterii. Pentozele C 5 H 10 O 5 - de exemplu, riboza - face parte din ARN, dezoxiriboza face parte din ADN. Hexoze - C 6 H 12 O 6 - de exemplu glucoză, fructoză, galactoză. Glucoza este sursa de energie pentru celulă. Împreună cu fructoza și galactoza, glucoza poate participa la formarea dizaharidelor.

dizaharidese formează ca urmare a unei reacții de condensare între două monozaharide (hexoze) cu pierderea unei molecule de apă.

Formula dizaharidelor este C 12 H 22 O 11 Dintre dizaharide, cele mai răspândite sunt maltoza, lactoza și zaharoza.

Zaharoza, sau zahărul din trestie, este sintetizată în plante. Maltoza se formează din amidon în timpul digestiei sale la animale. Lactoza, sau zahărul din lapte, se găsește numai în lapte.

Polizaharide (simple) se formează ca urmare a reacţiei de condensare a unui număr mare de monozaharide. Polizaharidele simple includ amidonul (sintetizat în plante), glicogenul (găsit în celulele hepatice și în mușchii animalelor și oamenilor), celuloza (forme perete celularîn plante).

Polizaharide complexe se formează ca urmare a interacțiunii carbohidraților cu lipidele. De exemplu, glicolipidele fac parte din membrane. Polizaharidele complexe includ și compuși ai carbohidraților cu proteine ​​(glicoproteine). De exemplu, glicoproteinele fac parte din mucusul secretat de glandele tractului gastrointestinal.

Funcțiile carbohidraților:

1. Energie: Organismul primește 60% din energia sa din descompunerea carbohidraților. Când 1 g de carbohidrați este descompus, se eliberează 17,6 kJ de energie.

2. Structural si suport: carbohidrații fac parte din membrana plasmatică, membrana celulelor vegetale și bacteriene.

3. Depozitare: nutrienții (glicogen, amidon) sunt stocați în celule.

4. De protecţie: secrețiile (mucusul) secretate de diferite glande protejează pereții organelor goale, bronhiile, stomacul și intestinele de deteriorare mecanică, bacterii dăunătoareși viruși.

5. Participa la fotosinteză.

Grăsimi și substanțe asemănătoare grăsimilor

Grasimiconstau din carbon, hidrogen, oxigen. Monomerii grăsimile sunt acid grasȘi glicerol. Proprietățile grăsimilor sunt determinate de compoziția calitativă a acizilor grași și raportul lor cantitativ. Grăsimile vegetale sunt lichide (uleiuri), grăsimile animale sunt solide (de exemplu, untură). Grăsimile sunt insolubile în apă - sunt compuși hidrofobi. Grăsimile se combină cu proteinele pentru a forma lipoproteine ​​și se combină cu carbohidrații pentru a forma glicolipide. Glicolipidele și lipoproteinele sunt substanțe asemănătoare grăsimilor.

Substanțele asemănătoare grăsimilor fac parte din membranele celulare, organele membranare și țesutul nervos. Grasimile se pot combina cu glucoza si forma glicozide. De exemplu, glicozida digitoxină este o substanță utilizată în tratamentul bolilor de inimă.

Funcțiile grăsimilor:

1. Energie: cu descompunere completă 1 g de grăsime la dioxid de carbonși apă, se eliberează 38,9 kJ de energie.

2. Structural: fac parte din membrana celulară.

3. De protecţie: un strat de grasime protejeaza organismul de hipotermie, socuri mecanice si socuri.

4. de reglementare: Hormonii steroizi reglează procesele metabolice și reproducerea.

5. Gras- sursă apa endogena. Când se oxidează 100 g de grăsime, se eliberează 107 ml de apă.

Veverițe

Proteinele conțin carbon, oxigen, hidrogen și azot. Monomerii veveritele sunt aminoacizi. Proteinele sunt construite din douăzeci de aminoacizi diferiți. Formula aminoacizilor:

Compoziția aminoacizilor include: NH 2 - o grupare amino cu proprietăți bazice; COOH este o grupare carboxil și are proprietăți acide. Aminoacizii diferă între ei prin radicalii lor - R. Aminoacizii sunt compuși amfoteri. Ele sunt conectate între ele în molecula de proteină folosind legături peptidice.

Schema de condensare a aminoacizilor (formarea legăturii peptidice)

Există structuri proteice primare, secundare, terțiare și cuaternare. Ordinea, cantitatea și calitatea aminoacizilor care alcătuiesc o moleculă proteică determină structura sa primară. Proteinele cu structură primară se pot uni într-o spirală folosind legături de hidrogen și formează o structură secundară. Lanțurile polipeptidice sunt răsucite într-un anumit fel într-o structură compactă, formând un glob (minge) - aceasta este structura terțiară a proteinei. Majoritatea proteinelor au o structură terțiară. Aminoacizii sunt activi numai pe suprafața globului. Proteinele care au o structură globulară se combină împreună pentru a forma o structură cuaternară. Înlocuirea unui aminoacid duce la o modificare a proprietăților proteinei (Fig. 30).

Când este expus la temperaturi ridicate, acizi și alți factori, poate apărea distrugerea moleculei de proteine. Acest fenomen se numește denaturare (Fig. 31). Uneori denaturat

Orez. treizeci.Diverse structuri ale moleculelor de proteine.

1 - primar; 2 - secundar; 3 - terțiar; 4 - cuaternar (folosind exemplul hemoglobinei sanguine).

Orez. 31.Denaturarea proteinelor.

1 - molecula proteica inainte de denaturare;

2 - proteina denaturata;

3 - refacerea moleculei proteice originale.

Când condițiile se schimbă, proteina scăldată își poate restabili structura. Acest proces se numește renaturare și este posibil numai atunci când structura primară a proteinei nu este distrusă.

Proteinele pot fi simple sau complexe. Proteinele simple constau numai din aminoacizi: de exemplu, albumine, globuline, fibrinogen, miozina.

Proteinele complexe constau din aminoacizi și alți compuși organici: de exemplu, lipoproteine, glicoproteine, nucleoproteine.

Funcțiile proteinelor:

1. Energie. Descompunerea a 1 g de proteine ​​eliberează 17,6 kJ de energie.

2. catalitic. Servește ca catalizatori pentru reacțiile biochimice. Catalizatorii sunt enzime. Enzimele accelerează reacțiile biochimice, dar nu fac parte din produsele finale. Enzimele sunt strict specifice. Fiecare substrat are propria sa enzimă. Denumirea enzimei include numele substratului și terminația „ase”: maltază, ribonuclează. Enzimele sunt active la o anumită temperatură (35 - 45 O C).

3. Structural. Proteinele fac parte din membrane.

4. Transport. De exemplu, hemoglobina transportă oxigen și CO 2 în sângele vertebratelor.

5. De protecţie. Protejarea organismului de efecte nocive: producerea de anticorpi.

6. contractilă. Datorită prezenței proteinelor actinei și miozinei în fibrele musculare, are loc contracția musculară.

Acizi nucleici

Există două tipuri de acizi nucleici: ADN(acid dezoxiribonucleic) și ARN(Acid ribonucleic). Monomerii acizii nucleici sunt nucleotide.

ADN (acid dezoxiribonucleic). Nucleotida ADN conține una dintre bazele azotate: adenină (A), guanină (G), timină (T) sau citozină (C) (Fig. 32), carbohidratul dezoxiriboză și un reziduu de acid fosforic. Molecula de ADN este un dublu helix construit după principiul complementarității. Următoarele baze azotate sunt complementare într-o moleculă de ADN: A = T; G = C. Două elice de ADN sunt legate prin legături de hidrogen (Fig. 33).

Orez. 32.Structura nucleotidelor.

Orez. 33.Secțiunea unei molecule de ADN. Legătura complementară a nucleotidelor diferitelor lanțuri.

ADN-ul este capabil de auto-duplicare (replicare) (Fig. 34). Replicarea începe cu separarea a două catene complementare. Fiecare catenă este folosită ca șablon pentru a forma o nouă moleculă de ADN. Enzimele sunt implicate în procesul de sinteză a ADN-ului. Fiecare dintre cele două molecule fiice include în mod necesar un helix vechi și unul nou. Noua moleculă de ADN este absolut identică cu cea veche în ceea ce privește secvența de nucleotide. Această metodă de replicare asigură reproducerea corectă în moleculele fiice a informațiilor care au fost înregistrate în molecula de ADN-mamă.

Orez. 34.Duplicarea unei molecule de ADN.

1 - ADN șablon;

2 - formarea a două noi lanțuri pe baza matricei;

3 - molecule de ADN fiice.

Funcțiile ADN-ului:

1. Stocarea informațiilor ereditare.

2. Asigurarea transferului de informații genetice.

3. Prezenţa în cromozom ca componentă structurală.

ADN-ul se găsește în nucleul celulei, precum și în organele celulare, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele.

ARN (acid ribonucleic). Există 3 tipuri de acizi ribonucleici: ribozomal, transportȘi informativ ARN. O nucleotidă ARN este formată din una dintre bazele azotate: adenină (A), guanină (G), citozină (C), uracil (U), carbohidratul riboză și un reziduu de acid fosforic.

ARN ribozomal (ARNr) în combinație cu proteinele face parte din ribozomi. ARNr reprezintă 80% din tot ARN-ul dintr-o celulă. Sinteza proteinelor are loc pe ribozomi.

ARN mesager (ARNm) constituie de la 1 la 10% din tot ARN-ul din celulă. Structura ARNm este complementară cu secțiunea moleculei de ADN care poartă informații despre sinteza unei anumite proteine. Lungimea ARNm depinde de lungimea secțiunii de ADN din care au fost citite informațiile. ARNm transportă informații despre sinteza proteinelor de la nucleu la citoplasmă la ribozom.

Transfer ARN (ARNt) reprezintă aproximativ 10% din tot ARN-ul. Are un lanț scurt de nucleotide în formă de trefoil și se găsește în citoplasmă. La un capăt al trefoliului se află un triplet de nucleotide (un anticodon) care codifică un aminoacid specific. La celălalt capăt se află un triplet de nucleotide de care este atașat un aminoacid. Fiecare aminoacid are propriul său ARNt. ARNt transportă aminoacizi la locul sintezei proteinelor, adică. la ribozomi (Fig. 35).

ARN-ul se găsește în nucleol, citoplasmă, ribozomi, mitocondrii și plastide.

ATP - acid adenazin trifosforic. Acidul adenazin trifosforic (ATP) constă dintr-o bază azotată - adenina, zahar - riboza,Și trei resturi de acid fosforic(Fig. 36). Molecula de ATP acumulează o cantitate mare de energie necesară proceselor biochimice care au loc în celulă. Sinteza ATP are loc în mitocondrii. Molecula de ATP este foarte instabilă

activ și capabil să despartă una sau două molecule de fosfat, eliberând o cantitate mare de energie. Legăturile dintr-o moleculă de ATP se numesc macroergice.

ATP → ADP + P + 40 kJ ADP → AMP + P + 40 kJ

Orez. 35. Structura ARNt.

A, B, C și D - zone de conexiune complementară în cadrul unui lanț de ARN; D - locul (centrul activ) de legătură cu un aminoacid; E - locul conexiunii complementare cu molecula.

Orez. 36.Structura ATP și conversia sa în ADP.

Întrebări pentru autocontrol

1. Ce substanțe dintr-o celulă sunt clasificate drept anorganice?

2. Ce substanțe dintr-o celulă sunt clasificate ca organice?

3. Care este monomerul carbohidraților?

4. Ce structură au carbohidrații?

5. Ce funcții îndeplinesc carbohidrații?

6. Care este monomerul grăsimilor?

7. Ce structură au grăsimile?

8. Ce funcții îndeplinesc grăsimile?

9. Ce este un monomer proteic? 10.Ce structură au proteinele? 11.Ce structuri au proteinele?

12.Ce se întâmplă când o moleculă de proteină se denaturează?

13.Ce funcții îndeplinesc proteinele?

14.Ce acizi nucleici sunt cunoscuți?

15.Ce este un monomer al acizilor nucleici?

16.Ce este inclus în nucleotida ADN?

17.Care este structura unei nucleotide ARN?

18.Care este structura unei molecule de ADN?

19.Ce funcții îndeplinește molecula de ADN?

20. Care este structura ARNr?

21.Care este structura ARNm?

22.Care este structura ARNt?

23.Ce funcții îndeplinesc acizii ribonucleici?

24. Care este structura ATP?

25.Ce funcții îndeplinește ATP într-o celulă?

Cuvinte cheie ale subiectului „Compoziția chimică a celulelor”

albumină de bază azotată

grupa de aminoacizi

compuși amfoteri

anticodon

bacterii

veverite

activitate biologică catalizator biologic

reactii biochimice

boala

substante

specificitatea speciei

vitamine

apă

legături de hidrogen structură secundară producerea de anticorpi căldură galactoză hexoze hemoglobină heparină

compuși hidrofobi

glicogen

glicozide

glicoproteine

glicerol

globulă

globuline

glucoză

hormoni

guanina

dizaharidă de denaturare a dezoxiribozei cu dublu helix

stare disociată

ADN

unitate de informație organism viu activitate vitală animală acizi grași țesut adipos substanțe asemănătoare grăsimilor grăsimi

stoc nutrienți exces

specificul individual

sursa de energie

picături

grupare carboxil

acid de calitate

codonul peretelui celular

fluctuatia temperaturii

cantitate

complementaritatea

produse finale

oase

amidon

lactoză

tratament

lipoproteinele

macronutrienti

conexiuni macroergice

maltoză

greutate

membrana celulara

microelemente

saruri minerale

miozina

mitocondriile

moleculă

zahăr din lapte

monomer

monozaharidă

mucopolizaharide

mucoproteine

deficiență de informații ereditare

substante anorganice tesutul nervos acizi nucleici nucleoproteine ​​metabolismul nucleotidelor procese metabolice substante organice pentoze

legături peptidice structura primară fructe de transfer de oxigen

țesut subcutanat

polizaharidă polimerică

membrană semi-permeabilă

Ordin

o pierdere

pătrunderea apei

la sută

radical

distrugere

descompunere

solvent

plantă

Despică

reactie de condensare

renaturare

riboza

ribonuclează

ribozom

ARN

zahăr

coagularea sângelui

stat liber

stare legată

semințe

inima

sinteza proteinei

strat

salivă

proteine ​​contractile

structura

substrat

conductivitate termică

tetroză timină

specificitatea tisulară

structura tertiara

shamrock

trioze

triplet

carbohidrați din trestie de zahăr

ultramicroelemente

uracil

complot

enzime

fibrinogen

formulă

fotosinteza acidului fosforic funcția fructoză

elemente chimice

cloroplaste

cromozom

celuloză

lanţ

citozină

citoplasmă

bilă cu structură cuaternară

glanda tiroida

elemente

miez