Hücre

A. Lehninger'e göre yaşam sistemleri kavramı açısından.

Canlı bir hücre, kendi kendini düzenleyebilen ve kendi kendini yeniden üretebilen, çevreden enerji ve kaynak çıkarabilen organik moleküllerden oluşan izotermal bir sistemdir.

Bir hücrede, hızı hücrenin kendisi tarafından düzenlenen çok sayıda ardışık reaksiyon meydana gelir.

Hücre kendini sabit bir şekilde korur dinamik durum dengeden çok uzak çevre.

Hücreler, bileşenlerin ve süreçlerin minimum düzeyde tüketilmesi ilkesine göre çalışır.

O. Hücre, bağımsız varoluş, üreme ve gelişme yeteneğine sahip temel, yaşayan, açık bir sistemdir. Tüm canlı organizmaların temel yapısal ve işlevsel birimidir.

Kimyasal bileşim hücreler.

Mendeleev'in periyodik tablosundaki 110 elementten 86'sının insan vücudunda sürekli mevcut olduğu tespit edildi. Bunlardan 25'i normal yaşam için gerekli, 18'i mutlaka gerekli ve 7'si faydalıdır. Hücredeki yüzde içeriğine göre kimyasal elementler üç gruba ayrılır:

Makroelementler Ana elementler (organojenler) hidrojen, karbon, oksijen ve nitrojendir. Konsantrasyonları: %98 – 99,9. Organik hücre bileşiklerinin evrensel bileşenleridirler.

Mikro elementler - sodyum, magnezyum, fosfor, kükürt, klor, potasyum, kalsiyum, demir. Konsantrasyonları %0,1'dir.

Ultramikroelementler - bor, silikon, vanadyum, manganez, kobalt, bakır, çinko, molibden, selenyum, iyot, brom, flor. Metabolizmayı etkilerler. Bunların yokluğu hastalıklara neden olur (çinko - diyabet, iyot - endemik guatr, demir - pernisiyöz anemi, vb.).

Modern tıp, vitaminler ve mineraller arasındaki olumsuz etkileşimler hakkındaki gerçekleri biliyor:

Çinko, bakır emilimini azaltır ve emilim için demir ve kalsiyum ile rekabet eder; (ve çinko eksikliği zayıflamaya neden olur) bağışıklık sistemi, endokrin bezlerinin bir dizi patolojik durumu).

Kalsiyum ve demir, manganezin emilimini azaltır;

E vitamini demirle iyi birleşmez ve C vitamini B vitaminleriyle iyi birleşmez.

Olumlu etkileşim:

E vitamini ve selenyumun yanı sıra kalsiyum ve K vitamini de sinerjistik etki gösterir;

Kalsiyumun emilmesi için D vitamini gereklidir;

Bakır emilimini teşvik eder ve vücutta demir kullanım verimliliğini arttırır.

Hücrenin inorganik bileşenleri.

su– hücrenin en önemli bileşeni, canlı maddenin evrensel dağılım ortamı. Karasal organizmaların aktif hücrelerinin %60-95'i sudan oluşur. Dinlenme halindeki hücre ve dokularda (tohumlar, sporlar) %10-20 oranında su bulunur. Hücredeki su iki biçimde bulunur; serbest ve hücresel kolloidlere bağlı. Serbest su, koloidal protoplazma sisteminin çözücüsü ve dağılım ortamıdır. %95'i. Tüm hücre suyunun bağlı suyu (%4-5) proteinlerle zayıf hidrojen ve hidroksil bağları oluşturur.

Suyun özellikleri:

Su, mineral iyonları ve diğer maddeler için doğal bir çözücüdür.

Su, koloidal protoplazma sisteminin dağıtıcı fazıdır.

Su, hücre metabolik reaksiyonlarının ortamıdır, çünkü fizyolojik süreçler yalnızca su ortamında meydana gelir. Hidroliz, hidrasyon, şişme reaksiyonlarını sağlar.

Hücrenin birçok enzimatik reaksiyonuna katılır ve metabolizma sırasında oluşur.

Su, bitkilerde fotosentez sırasında hidrojen iyonlarının kaynağıdır.

Suyun biyolojik önemi:

Çoğu biyo kimyasal reaksiyonlar Sadece sulu bir çözeltide oluşur; birçok madde çözünmüş halde hücrelere girer ve çıkar. Bu, suyun taşıma fonksiyonunu karakterize eder.

Su, hidroliz reaksiyonları sağlar - suyun etkisi altında proteinlerin, yağların, karbonhidratların parçalanması.

Yüksek buharlaşma ısısı nedeniyle vücut soğutulur. Örneğin insanlarda terleme veya bitkilerde terleme.

Suyun yüksek ısı kapasitesi ve ısıl iletkenliği, hücre içindeki ısının eşit dağılımına katkıda bulunur.

Yapışma (su - toprak) ve kohezyon (su - su) kuvvetleri nedeniyle su kılcallık özelliğine sahiptir.

Suyun sıkıştırılamazlığı, yuvarlak kurtlarda hücre duvarlarının (turgor) ve hidrostatik iskeletin stresli durumunu belirler.

Bitki ve hayvan hücrelerinde inorganik ve organik maddeler bulunur. İnorganik maddeler arasında su ve mineraller bulunur. Organik maddeler arasında proteinler, yağlar, karbonhidratlar ve nükleik asitler bulunur.

İnorganik maddeler

suöyle bir bağlantı ki yaşayan hücre en fazla miktarda içerir. Su, hücre kütlesinin yaklaşık %70'ini oluşturur. Hücre içi reaksiyonların çoğu sulu ortamda meydana gelir. Hücredeki su serbest ve bağlı durumdadır.

Suyun hücre yaşamı için önemi, yapısı ve özellikleriyle belirlenir. Hücrelerdeki su içeriği değişebilir. Hücrede suyun %95'i serbesttir. Organik ve inorganik maddeler için çözücü olarak gereklidir. Bir hücredeki tüm biyokimyasal reaksiyonlar suyun katılımıyla gerçekleşir. Su, çeşitli maddelerin hücreden uzaklaştırılmasında kullanılır. Suyun ısı iletkenliği yüksektir ve ani sıcaklık dalgalanmalarını önler. Suyun %5'i bağlı durumdadır ve proteinlerle zayıf bileşikler oluşturur.

Mineraller hücrede ayrışmış halde veya organik maddelerle kombinasyon halinde olabilirler.

Kimyasal elementler, Metabolik süreçlere katılan ve biyolojik aktiviteye sahip olanlara biyojenik denir.

sitoplazmayaklaşık %70 oksijen, %18 karbon, %10 hidrojen, kalsiyum, nitrojen, potasyum, fosfor, magnezyum, kükürt, klor, sodyum, alüminyum, demir içerir. Bu elementler hücrenin bileşiminin %99,99'unu oluşturur ve denir. makro elementler.Örneğin kalsiyum ve fosfor kemiklerin bir parçasıdır. Demir hemoglobinin bir bileşenidir.

Manganez, bor, bakır, çinko, iyot, kobalt - mikro elementler. Hücre kütlesinin yüzde binde birini oluştururlar. Hormonların, enzimlerin ve vitaminlerin oluşumu için mikro elementlere ihtiyaç vardır. Etkiliyorlar metabolik süreçler organizmada. Örneğin iyot hormonun bir parçasıdır tiroid bezi, kobalt - B 12 vitamini bileşiminde.

Altın, cıva, radyum vb. ultra mikro elementler- hücre bileşiminin yüzde milyonda birini oluşturur.

Mineral tuzların eksikliği veya fazlalığı vücudun hayati fonksiyonlarını bozar.

Organik madde

Oksijen, hidrojen, karbon, nitrojen organik maddelerin bir parçasıdır. Organik bileşikler polimer adı verilen büyük moleküllerdir. Polimerler birçok tekrarlanan birimden (monomerlerden) oluşur. Organik polimer bileşikleri arasında karbonhidratlar, yağlar, proteinler, nükleik asitler ve ATP bulunur.

Karbonhidratlar

Karbonhidratlarkarbon, hidrojen ve oksijenden oluşur.

Monomerlerkarbonhidratlar monosakkaritler. Karbonhidratlar monosakkaritler, disakkaritler ve polisakkaritler olarak üçe ayrılır.

Monosakkaritler- (CH2O)n formülüne sahip basit şekerler; burada n, üçten yediye kadar herhangi bir tam sayıdır. Moleküldeki karbon atomu sayısına bağlı olarak triozlar (3C), tetrozlar (4C), pentozlar (5C), heksozlar (6C) ve heptozlar (7C) ayırt edilir.

TriozlarC3H603 - örneğin gliseraldehit ve dihidroksiaseton - solunum sürecinde ara ürünlerin rolünü oynar ve fotosentezde rol oynar. Tetrozlar C 4 H 8 O 4 bakterilerde bulunur. Pentozlar C5H1005 - örneğin riboz - RNA'nın bir parçasıdır, deoksiriboz DNA'nın bir parçasıdır. Heksozlar - C6H12O6 - örneğin glikoz, fruktoz, galaktoz. Glikoz hücrenin enerji kaynağıdır. Fruktoz ve galaktoz ile birlikte glikoz, disakkaritlerin oluşumuna katılabilir.

Disakkaritleriki monosakkarit (heksoz) arasında bir su molekülünün kaybıyla yoğunlaşma reaksiyonu sonucu oluşur.

Disakkaritlerin formülü C 12 H 22 O 11'dir. Disakkaritler arasında en yaygın olanları maltoz, laktoz ve sakkarozdur.

Sükroz veya şeker kamışı bitkilerde sentezlenir. Maltoz, hayvanlarda sindirimi sırasında nişastadan oluşur. Laktoz veya süt şekeri yalnızca sütte bulunur.

Polisakkaritler (basit) yoğunlaşma reaksiyonu sonucu oluşur çok sayıda monosakkaritler. Basit polisakkaritler arasında nişasta (bitkilerde sentezlenir), glikojen (hayvanların ve insanların karaciğer hücrelerinde ve kaslarında bulunur), selüloz (formlar) bulunur. hücre çeperi bitkilerde).

Kompleks polisakkaritler Karbonhidratların lipitlerle etkileşimi sonucu oluşur. Örneğin glikolipitler membranların bir parçasıdır. Kompleks polisakkaritler aynı zamanda proteinli karbonhidrat bileşiklerini (glikoproteinler) de içerir. Örneğin glikoproteinler, gastrointestinal sistemin bezleri tarafından salgılanan mukusun bir parçasıdır.

Karbonhidratların fonksiyonları:

1. Enerji: Vücut enerjisinin %60'ını karbonhidratların parçalanmasından alır. 1 gr karbonhidrat parçalandığında 17,6 kJ enerji açığa çıkar.

2. Yapısal ve destek: karbonhidratlar dahildir hücre zarı, bitki ve bakteri hücrelerinin zarları.

3. Depolamak: besinler (glikojen, nişasta) hücrelerde depolanır.

4. Koruyucu:Çeşitli bezlerin salgıladığı salgılar (mukus), içi boş organların, bronşların, midenin ve bağırsakların duvarlarını zararlı etkenlerden korur. mekanik hasar, zararlı bakteri ve virüsler.

5. Katılın fotosentez.

Yağlar ve yağ benzeri maddeler

Yağlarkarbon, hidrojen ve oksijenden oluşur. Monomerler yağlar yağ asidi Ve gliserol. Yağların özellikleri, yağ asitlerinin niteliksel bileşimi ve niceliksel oranları ile belirlenir. Bitkisel yağlar sıvıdır (yağlar), hayvansal yağlar katıdır (örneğin domuz yağı). Yağlar suda çözünmez, hidrofobik bileşiklerdir. Yağlar proteinlerle birleşerek lipoproteinleri, karbonhidratlarla birleşerek glikolipitleri oluşturur. Glikolipidler ve lipoproteinler yağ benzeri maddelerdir.

Yağ benzeri maddeler hücre zarlarının, zar organellerinin ve sinir dokusunun bir parçasıdır. Yağlar glikozla birleşerek glikozitler oluşturabilir. Örneğin, dijitoksin glikozit, kalp hastalıklarının tedavisinde kullanılan bir maddedir.

Yağların fonksiyonları:

1. Enerji: tam parçalanma ile 1 g yağ karbon dioksit ve sudan 38,9 kJ enerji açığa çıkar.

2. Yapısal: hücre zarının bir parçasıdır.

3. Koruyucu: bir yağ tabakası vücudu hipotermiden, mekanik şoklardan ve şoklardan korur.

4. Düzenleyici: Steroid hormonları metabolik süreçleri ve üremeyi düzenler.

5. Yağ- kaynak endojen su. 100 gr yağ oksitlendiğinde 107 ml su açığa çıkar.

Sincaplar

Proteinler karbon, oksijen, hidrojen ve nitrojen içerir. Monomerler sincaplar amino asitler. Proteinler yirmi farklı amino asitten oluşur. Amino asit formülü:

Amino asitlerin bileşimi şunları içerir: NH2 - temel özelliklere sahip bir amino grubu; COOH bir karboksil grubudur ve asidik özelliklere sahiptir. Amino asitler radikalleri ile birbirlerinden farklılık gösterir - R. Amino asitler amfoterik bileşiklerdir. Peptit bağları kullanılarak protein molekülünde birbirlerine bağlanırlar.

Amino asit yoğunlaşma şeması (peptit bağının oluşumu)

Birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül protein yapıları vardır. Bir protein molekülünü oluşturan amino asitlerin sırası, miktarı ve kalitesi onun birincil yapısını belirler. Birincil yapıya sahip proteinler, hidrojen bağlarını kullanarak bir sarmal oluşturabilir ve ikincil bir yapı oluşturabilir. Polipeptit zincirleri belirli bir şekilde kompakt bir yapıya bükülerek bir kürecik (top) oluşturur - bu, proteinin üçüncül yapısıdır. Çoğu protein üçüncül bir yapıya sahiptir. Amino asitler yalnızca küreciğin yüzeyinde aktiftir. Küresel yapıya sahip olan proteinler bir araya gelerek dördüncül bir yapı oluşturur. Bir amino asidin değiştirilmesi, proteinin özelliklerinde bir değişikliğe yol açar (Şekil 30).

Maruz kaldığında Yüksek sıcaklık asitler ve diğer faktörler protein molekülünün tahribatına neden olabilir. Bu olguya denatürasyon denir (Şekil 31). Bazen denatüre

Pirinç. otuz.Protein moleküllerinin çeşitli yapıları.

1 - birincil; 2 - ikincil; 3 - üçüncül; 4 - dördüncül (kan hemoglobin örneğini kullanarak).

Pirinç. 31.Protein denatürasyonu.

1 - denatürasyondan önce protein molekülü;

2 - denatüre protein;

3 - orijinal protein molekülünün restorasyonu.

Koşullar değiştiğinde yıkanan protein yapısını yeniden eski haline getirebilir. Bu işleme renatürasyon denir ve yalnızca proteinin birincil yapısı tahrip edilmediğinde mümkündür.

Proteinler basit veya karmaşık olabilir. Basit proteinler yalnızca amino asitlerden oluşur: örneğin albüminler, globulinler, fibrinojen, miyozin.

Kompleks proteinler amino asitlerden ve diğer organik bileşiklerden oluşur: örneğin lipoproteinler, glikoproteinler, nükleoproteinler.

Proteinlerin fonksiyonları:

1. Enerji. 1 g proteinin parçalanması 17,6 kJ enerji açığa çıkarır.

2. Katalitik. Biyokimyasal reaksiyonlar için katalizör görevi görür. Katalizörler enzimlerdir. Enzimler biyokimyasal reaksiyonları hızlandırır ancak son ürünlerin bir parçası değildir. Enzimler kesinlikle spesifiktir. Her substratın kendine ait enzimi vardır. Enzimin adı, substratın adını ve "az" sonunu içerir: maltaz, ribonükleaz. Enzimler belirli bir sıcaklıkta (35 - 45 0 C) aktiftir.

3. Yapısal. Proteinler membranların bir parçasıdır.

4. Ulaşım.Örneğin hemoglobin omurgalıların kanında oksijen ve CO2 taşır.

5. Koruyucu. Vücudun korunması zararlı etkiler: antikor üretimi.

6. Kasılabilir. Kas liflerinde aktin ve miyozin proteinlerinin bulunması nedeniyle kas kasılması meydana gelir.

Nükleik asitler

İki tür nükleik asit vardır: DNA(deoksiribonükleik asit) ve RNA(ribonükleik asit). Monomerler nükleik asitler nükleotidler.

DNA (deoksiribonükleik asit). DNA nükleotidi azotlu bazlardan birini içerir: adenin (A), guanin (G), timin (T) veya sitozin (C) (Şekil 32), karbonhidrat deoksiriboz ve bir fosforik asit kalıntısı. DNA molekülü tamamlayıcılık ilkesine göre inşa edilmiş bir çift sarmaldır. Aşağıdaki azotlu bazlar bir DNA molekülünde tamamlayıcıdır: A = T; G = C. İki DNA sarmalı hidrojen bağlarıyla bağlanmıştır (Şekil 33).

Pirinç. 32.Nükleotid yapısı.

Pirinç. 33.Bir DNA molekülünün bölümü. Farklı zincirlerin nükleotidlerinin tamamlayıcı bağlantısı.

DNA kendi kendini çoğaltma (kopyalama) yeteneğine sahiptir (Şekil 34). Çoğaltma iki tamamlayıcı ipliğin ayrılmasıyla başlar. Her iplik, yeni bir DNA molekülü oluşturmak için bir şablon olarak kullanılır. Enzimler DNA sentezi sürecine dahil olur. İki yavru molekülün her biri zorunlu olarak bir eski sarmal ve bir yeni sarmal içerir. Yeni DNA molekülü, nükleotid dizilimi bakımından eskisinin tamamen aynısıdır. Bu kopyalama yöntemi, ana DNA molekülünde kayıtlı olan bilginin yavru moleküllerde doğru şekilde çoğaltılmasını sağlar.

Pirinç. 34.Bir DNA molekülünün çoğaltılması.

1 - şablon DNA;

2 - matrise dayalı iki yeni zincirin oluşumu;

3 - yavru DNA molekülleri.

DNA'nın fonksiyonları:

1. Kalıtsal bilgilerin depolanması.

2. Genetik bilginin aktarımının sağlanması.

3. Kromozomun yapısal bir bileşen olarak bulunması.

DNA, hücre çekirdeğinin yanı sıra mitokondri ve kloroplast gibi hücre organellerinde de bulunur.

RNA (ribonükleik asit). 3 tip ribonükleik asit vardır: ribozomal, taşıma Ve bilgilendirici RNA. Bir RNA nükleotidi azotlu bazlardan birinden oluşur: adenin (A), guanin (G), sitozin (C), urasil (U), karbonhidrat riboz ve bir fosforik asit kalıntısı.

Ribozomal RNA (rRNA) protein ile kombinasyon halinde ribozomların bir parçasıdır. rRNA, bir hücredeki tüm RNA'nın %80'ini oluşturur. Protein sentezi ribozomlarda gerçekleşir.

Haberci RNA (mRNA) Hücredeki tüm RNA'nın %1 ila %10'unu oluşturur. MRNA'nın yapısı, DNA molekülünün belirli bir proteinin sentezi hakkında bilgi taşıyan bölümünü tamamlayıcı niteliktedir. MRNA'nın uzunluğu, bilginin okunduğu DNA bölümünün uzunluğuna bağlıdır. mRNA, protein sentezi ile ilgili bilgileri çekirdekten sitoplazmaya ve ribozoma taşır.

Transfer RNA'sı (tRNA) Tüm RNA'nın yaklaşık %10'unu oluşturur. Yonca şeklinde kısa bir nükleotid zincirine sahiptir ve sitoplazmada bulunur. Yoncanın bir ucunda belirli bir amino asidi kodlayan üçlü bir nükleotid (bir antikodon) bulunur. Diğer uçta ise bir amino asidin bağlandığı üçlü nükleotid bulunur. Her amino asidin kendine ait tRNA'sı vardır. tRNA, amino asitleri protein sentezi bölgesine taşır; ribozomlara (Şekil 35).

RNA, çekirdekçikte, sitoplazmada, ribozomlarda, mitokondride ve plastidlerde bulunur.

ATP - Adenazin trifosforik asit. Adenazin trifosforik asit (ATP) azotlu bir bazdan oluşur - adenin, şeker - riboz, Ve üç fosforik asit kalıntısı(Şek. 36). ATP molekülü, hücrede meydana gelen biyokimyasal süreçler için gerekli olan büyük miktarda enerjiyi biriktirir. ATP sentezi mitokondride gerçekleşir. ATP molekülü çok kararsızdır

aktif ve bir veya iki fosfat molekülünü parçalayarak serbest bırakabilir büyük miktar enerji. ATP molekülündeki bağlara denir makroerjik.

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

Pirinç. 35. tRNA'nın yapısı.

A, B, C ve D - bir RNA zinciri içindeki tamamlayıcı bağlantı alanları; D - bir amino asitle bağlantı bölgesi (aktif merkez); E - molekülle tamamlayıcı bağlantı bölgesi.

Pirinç. 36.ATP'nin yapısı ve ADP'ye dönüşümü.

Kendini kontrol etmeye yönelik sorular

1. Hücredeki hangi maddeler inorganik olarak sınıflandırılır?

2. Hücredeki hangi maddeler organik olarak sınıflandırılır?

3. Karbonhidratların monomeri nedir?

4. Karbonhidratların yapısı nasıldır?

5. Karbonhidratlar hangi işlevleri yerine getirir?

6. Yağların monomeri nedir?

7. Yağlar nasıl bir yapıya sahiptir?

8. Yağlar hangi işlevleri yerine getirir?

9. Protein monomeri nedir? 10.Proteinlerin yapısı nasıldır? 11.Proteinler hangi yapılara sahiptir?

12.Bir protein molekülü denatüre olduğunda ne olur?

13.Proteinler hangi işlevleri yerine getirir?

14.Hangi nükleik asitler biliniyor?

15.Nükleik asitlerin monomeri nedir?

16.DNA nükleotidinde neler bulunur?

17.RNA nükleotidinin yapısı nedir?

18.DNA molekülünün yapısı nedir?

19.DNA molekülü hangi işlevleri yerine getirir?

20. rRNA'nın yapısı nedir?

21.mRNA'nın yapısı nedir?

22.tRNA'nın yapısı nedir?

23.Ribonükleik asitler hangi işlevleri yerine getirir?

24.ATP'nin yapısı nedir?

25.ATP hücrede hangi işlevleri yerine getirir?

“Hücrelerin kimyasal bileşimi” konusunun anahtar kelimeleri

azotlu baz albümin

amino asit grubu

amfoterik bileşikler

antikodon

bakteri

sincaplar

biyolojik aktivite biyolojik katalizör

biyokimyasal reaksiyonlar

hastalık

maddeler

tür özgüllüğü

vitaminler

su

hidrojen bağları ikincil yapı antikor üretimi yüksek sıcaklık galaktoz heksozlar hemoglobin heparin

hidrofobik bileşikler

glikojen

glikozitler

glikoproteinler

gliserol

kürecik

globulinler

glikoz

hormonlar

guanin

çift ​​sarmal deoksiriboz denatürasyon disakkarit

ayrışmış durum

DNA

bilgi birimi canlı organizma hayvanın yaşamsal aktivitesi yağ asitleri yağ dokusu yağ benzeri maddeler yağlar

aşırı besin kaynağı

bireysel özgüllük

enerji kaynağı

damla

karboksil grubu

kaliteli asit

hücre duvarı kodonu

sıcaklık dalgalanması

miktar

tamamlayıcılık

nihai ürünler

kemikler

nişasta

laktoz

tedavi

lipoproteinler

makro besinler

makroerjik bağlantılar

maltoz

ağırlık

hücre zarı

mikro elementler

mineral tuzlar

miyozin

mitokondri

molekül

süt şeker

monomer

monosakkarit

mukopolisakkaritler

mukoproteinler

kalıtsal bilgi eksikliği

inorganik maddeler sinir dokusu nükleik asitler nükleoproteinler nükleotid metabolizması metabolik süreçler organik maddeler pentozlar

peptit bağları birincil yapı oksijen transferi meyveler

deri altı doku

polimer polisakkarit

yarı geçirgen membran

emir

bir kayıp

su nüfuzu

yüzde

radikal

yıkım

çürümek

çözücü

bitki

bölmek

yoğunlaşma reaksiyonu

yeniden doğallaştırma

riboz

ribonükleaz

ribozom

RNA

şeker

kanın pıhtılaşması

özgür devlet

Bağlı devlet

tohumlar

kalp

protein sentezi

katman

tükürük

kasılma proteinleri

yapı

alt tabaka

termal iletkenlik

tetroz timin

doku özgüllüğü

üçüncül yapı

yonca

üçlüler

üçlü

şeker kamışı karbonhidratları

ultra mikro elementler

urasil

komplo

enzimler

fibrinojen

formül

fosforik asit fotosentezi fruktoz fonksiyonu

kimyasal elementler

kloroplastlar

kromozom

selüloz

zincir

sitozin

sitoplazma

dördüncül yapı topu

tiroid

elementler

çekirdek

Hücre: kimyasal bileşimi, yapısı, organellerin görevleri.

Hücrenin kimyasal bileşimi. Makro ve mikro elementler. Hücreyi oluşturan inorganik ve organik maddelerin (proteinler, nükleik asitler, karbonhidratlar, lipitler, ATP) yapı ve fonksiyonları arasındaki ilişki. Rol kimyasal maddeler insan hücresinde ve vücudunda.

Organizmalar hücrelerden oluşur. Farklı organizmaların hücreleri benzer kimyasal bileşimlere sahiptir. Tablo 1, canlı organizmaların hücrelerinde bulunan ana kimyasal elementleri sunmaktadır.

Tablo 1. İçindekiler kimyasal elementler bir kafeste

Birinci grup oksijen, karbon, hidrojen ve nitrojeni içerir. Hücrenin toplam bileşiminin neredeyse %98'ini oluştururlar.

İkinci grup potasyum, sodyum, kalsiyum, kükürt, fosfor, magnezyum, demir, kloru içerir. Hücredeki içerikleri yüzde onda biri ve yüzde biri kadardır. Bu iki grubun elemanları şu şekilde sınıflandırılır: makro besinler(Yunanca'dan makro- büyük).

Hücrede yüzde biri ve binde biri oranında temsil edilen geri kalan elementler üçüncü gruba dahildir. Bu mikro elementler(Yunanca'dan mikro- küçük).

Hücrede canlı doğaya özgü hiçbir unsura rastlanmadı. Listelenen kimyasal elementlerin tümü aynı zamanda cansız doğanın bir parçasıdır. Bu canlı ve cansız doğanın birliğini gösterir.

Herhangi bir elementin eksikliği, her elementin belirli bir rol oynaması nedeniyle hastalığa ve hatta vücudun ölümüne yol açabilir. Birinci grubun makroelementleri, biyopolimerlerin (proteinler, karbonhidratlar, nükleik asitler ve lipidler) temelini oluşturur; bunlar olmadan yaşamın imkansız olduğu. Kükürt bazı proteinlerin bir parçasıdır, fosfor nükleik asitlerin bir parçasıdır, demir hemoglobinin bir parçasıdır ve magnezyum klorofilin bir parçasıdır. Kalsiyum metabolizmada önemli bir rol oynar.

Hücrede bulunan bazı kimyasal elementler inorganik maddelerin (mineral tuzları ve su) bir parçasıdır.

Mineral tuzlar hücrede kural olarak katyonlar (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) ve anyonlar (HPO 2-/4, H2PO -/4, CI -, HCO) formunda bulunur 3), oranı hücrelerin yaşamı için önemli olan ortamın asitliğini belirler.

(Birçok hücrede ortam hafif alkalindir ve belirli bir katyon ve anyon oranı sürekli olarak muhafaza edildiğinden pH'ı neredeyse değişmez.)

Canlı doğadaki inorganik maddelerden büyük rol oynar su.

Su olmadan hayat imkansızdır. Çoğu hücrenin önemli bir kütlesini oluşturur. Beyin hücrelerinde ve insan embriyosunda çok fazla su bulunur: %80'den fazlası su; yağ dokusu hücrelerinde - sadece% 40. Yaşlandıkça hücrelerdeki su içeriği azalır. Suyun %20'sini kaybeden kişi ölür.

Suyun benzersiz özellikleri vücuttaki rolünü belirler. Suyun yüksek ısı kapasitesinden - ısıtma sırasında büyük miktarda enerji tüketiminden - kaynaklanan termoregülasyonda rol oynar. Suyun yüksek ısı kapasitesini ne belirler?

Bir su molekülünde bir oksijen atomu iki hidrojen atomuna kovalent bağla bağlıdır. Su molekülü polardır çünkü oksijen atomu kısmen negatif yük ve iki hidrojen atomunun her biri

Kısmen pozitif yük. Bir su molekülünün oksijen atomu ile başka bir molekülün hidrojen atomu arasında bir hidrojen bağı oluşur. Hidrojen bağları çok sayıda su molekülünün bağlanmasını sağlar. Su ısıtıldığında enerjinin önemli bir kısmı, yüksek ısı kapasitesini belirleyen hidrojen bağlarının kırılmasına harcanır.

Su - iyi çözücü. Polariteleri nedeniyle molekülleri pozitif ve negatif yüklü iyonlarla etkileşime girerek maddenin çözünmesini teşvik eder. Su ile ilgili olarak, tüm hücre maddeleri hidrofilik ve hidrofobik olarak ikiye ayrılır.

Hidrofilik(Yunanca'dan hidro- su ve evlat- aşk) suda çözünen maddelere denir. Bunlar iyonik bileşikleri (örneğin tuzlar) ve bazı iyonik olmayan bileşikleri (örneğin şekerler) içerir.

Hidrofobik(Yunanca'dan hidro- su ve Phobos- korku) suda çözünmeyen maddelerdir. Bunlar arasında örneğin lipitler bulunur.

Su, hücrede meydana gelen kimyasal reaksiyonlarda önemli bir rol oynar. sulu çözeltiler. Vücudun ihtiyaç duymadığı metabolik ürünleri çözer ve böylece vücuttan atılmasını teşvik eder. Hücredeki yüksek su içeriği bunu sağlar esneklik. Su, hücre içinde veya hücreden hücreye çeşitli maddelerin hareketini kolaylaştırır.

Canlı ve cansız doğanın bedenleri aynı kimyasal elementlerden oluşur. Canlı organizmalar inorganik maddeler içerir - su ve mineral tuzları. Suyun bir hücredeki hayati öneme sahip çok sayıda işlevi, moleküllerinin özellikleriyle belirlenir: polariteleri, hidrojen bağları oluşturma yetenekleri.

HÜCRENİN İNORGANİK BİLEŞENLERİ

Bir hücredeki öğelerin başka bir sınıflandırma türü:

Makro elementler arasında oksijen, karbon, hidrojen, fosfor, potasyum, kükürt, klor, kalsiyum, magnezyum, sodyum, demir bulunur.
Mikro elementler arasında manganez, bakır, çinko, iyot, flor bulunur.
Ultramikro elementler arasında gümüş, altın, brom ve selenyum bulunur.

HÜCRELERİN ORGANİK BİLEŞENLERİ

Protein yapısı

Enzimler.

Proteinlerin en önemli işlevi katalitiktir. Bir hücredeki kimyasal reaksiyonların hızını birkaç kat artıran protein moleküllerine denir. enzimler. Enzimlerin katılımı olmadan vücutta tek bir biyokimyasal süreç gerçekleşmez.

Şu anda 2000'den fazla enzim keşfedilmiştir. Verimlilikleri, üretimde kullanılan inorganik katalizörlerin verimliliğinden birçok kez daha yüksektir. Böylece katalaz enzimindeki 1 mg demir, 10 ton inorganik demirin yerini alır. Katalaz, hidrojen peroksitin (H 2 O 2) ayrışma hızını 10 11 kat artırır. Karbonik asit oluşumu reaksiyonunu (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) katalize eden enzim, reaksiyonu 10 7 kat hızlandırır.

Enzimlerin önemli bir özelliği, eylemlerinin özgüllüğüdür; her enzim, yalnızca bir veya küçük bir grup benzer reaksiyonu katalize eder.

Enzimin etki ettiği maddeye denir alt tabaka. Enzim ve substrat moleküllerinin yapıları birbirine tam olarak uymalıdır. Bu, enzimlerin etkisinin özgüllüğünü açıklar. Bir substrat bir enzimle birleştiğinde mekânsal yapı enzim değişir.

Enzim ve substrat arasındaki etkileşim dizisi şematik olarak gösterilebilir:

Substrat+Enzim - Enzim-substrat kompleksi - Enzim+Ürün.

Diyagram, substratın enzim ile birleşerek bir enzim-substrat kompleksi oluşturduğunu göstermektedir. Bu durumda, substrat yeni bir maddeye, bir ürüne dönüştürülür. Son aşamada enzim üründen salınır ve tekrar başka bir substrat molekülü ile etkileşime girer.

Enzimler yalnızca belirli bir sıcaklıkta, madde konsantrasyonunda ve ortamın asitliğinde çalışır. Değişen koşullar, protein molekülünün üçüncül ve dördüncül yapısında değişikliklere ve dolayısıyla enzim aktivitesinin baskılanmasına yol açar. Bu nasıl oluyor? Enzim molekülünün sadece belirli bir kısmı denir aktif merkez. Aktif merkez 3 ila 12 amino asit kalıntısı içerir ve polipeptit zincirinin bükülmesi sonucu oluşur.

Çeşitli faktörlerin etkisi altında enzim molekülünün yapısı değişir. Bu durumda aktif merkezin mekansal konfigürasyonu bozulur ve enzim aktivitesini kaybeder.

Enzimler biyolojik katalizör görevi gören proteinlerdir. Enzimler sayesinde hücrelerdeki kimyasal reaksiyonların hızı birkaç kat artar. Enzimlerin önemli bir özelliği, belirli koşullar altında spesifik etki göstermeleridir.

Nükleik asitler.

Nükleik asitler 19. yüzyılın ikinci yarısında keşfedildi. Hücre çekirdeğinden bir maddeyi izole eden İsviçreli biyokimyacı F. Miescher yüksek içerik nitrojen ve fosfor ve buna “nüklein” adını verdi (lat. çekirdek- çekirdek).

Nükleik asitler, Dünya üzerindeki her hücrenin ve tüm canlıların yapısı ve işleyişi hakkındaki kalıtsal bilgileri depolar. İki tür nükleik asit vardır - DNA (deoksiribonükleik asit) ve RNA (ribonükleik asit). Nükleik asitler de proteinler gibi türe özgüdür, yani her türün organizmaları kendi DNA türüne sahiptir. Tür spesifikliğinin nedenlerini bulmak için nükleik asitlerin yapısını düşünün.

Nükleik asit molekülleri yüzlerce, hatta milyonlarca nükleotitten oluşan çok uzun zincirlerdir. Herhangi bir nükleik asit yalnızca dört tip nükleotit içerir. Nükleik asit moleküllerinin fonksiyonları, yapılarına, içerdikleri nükleotidlere, zincirdeki sayılarına ve bileşiğin molekül içindeki sırasına bağlıdır.

Her bir nükleotid üç bileşenden oluşur: azotlu bir baz, bir karbonhidrat ve bir fosforik asit. Her bir DNA nükleotidi, dört tip azotlu bazdan birini (adenin - A, timin - T, guanin - G veya sitozin - C) ve ayrıca karbonhidrat deoksiriboz ve bir fosforik asit kalıntısını içerir.

Bu nedenle, DNA nükleotidleri yalnızca azotlu bazın türünde farklılık gösterir.

DNA molekülü, bir zincire belirli bir sırayla bağlanan çok sayıda nükleotitten oluşur. Her DNA molekülü tipinin kendine ait nükleotid sayısı ve dizisi vardır.

DNA molekülleri çok uzundur. Örneğin, bir insan hücresindeki (46 kromozom) DNA moleküllerindeki nükleotid dizisini harflerle yazmak için yaklaşık 820.000 sayfalık bir kitap gerekir. Dört tip nükleotidin değişimi, DNA moleküllerinin sonsuz sayıda varyantını oluşturabilir. DNA moleküllerinin bu yapısal özellikleri, organizmaların tüm özellikleri hakkında büyük miktarda bilgi depolamalarına olanak tanır.

1953 yılında Amerikalı biyolog J. Watson ve İngiliz fizikçi F. Crick, DNA molekülünün yapısının bir modelini oluşturdular. Bilim adamları, her DNA molekülünün birbirine bağlı ve spiral olarak bükülmüş iki zincirden oluştuğunu bulmuşlardır. Çift sarmal gibi görünüyor. Her zincirde dört tip nükleotid belirli bir sırayla değişir.

DNA'nın nükleotid bileşimi kişiden kişiye değişir. farklı şekiller bakteriler, mantarlar, bitkiler, hayvanlar. Ancak yaşla değişmez ve çevresel değişikliklere çok az bağlıdır. Nükleotidler eşleştirilmiştir, yani herhangi bir DNA molekülündeki adenin nükleotidlerinin sayısı, timidin nükleotidlerinin (A-T) sayısına eşittir ve sitozin nükleotidlerinin sayısı, guanin nükleotidlerinin (C-G) sayısına eşittir. Bunun nedeni, bir DNA molekülünde iki zincirin birbirine bağlanmasının kurallara uymasıdır. belli bir kural, yani: bir zincirin adenini her zaman yalnızca diğer zincirin Timini ile iki hidrojen bağıyla bağlanır ve guanin - sitozinle üç hidrojen bağıyla bağlanır, yani bir DNA molekülünün nükleotid zincirleri tamamlayıcıdır, birbirini tamamlar.

Nükleik asit molekülleri (DNA ve RNA) nükleotidlerden oluşur. DNA nükleotidleri arasında nitrojenli bir baz (A, T, G, C), karbonhidrat deoksiriboz ve bir fosforik asit molekülü kalıntısı bulunur. DNA molekülü, tamamlayıcılık ilkesine göre hidrojen bağlarıyla birbirine bağlanan iki zincirden oluşan bir çift sarmaldır. DNA'nın işlevi kalıtsal bilgiyi depolamaktır.

Tüm organizmaların hücreleri ATP - adenosin trifosforik asit moleküllerini içerir. ATP, molekülü enerji açısından zengin bağlara sahip olan evrensel bir hücre maddesidir. ATP molekülü, diğer nükleotidler gibi üç bileşenden oluşan benzersiz bir nükleotiddir: azotlu bir baz - adenin, bir karbonhidrat - riboz, ancak bir yerine üç fosforik asit molekülü kalıntısı içerir (Şekil 12). Şekilde simgeyle gösterilen bağlantılar enerji açısından zengindir ve denir. makroerjik. Her ATP molekülü iki yüksek enerjili bağ içerir.

Yüksek enerjili bir bağ kopup, enzimlerin yardımıyla bir molekül fosforik asit uzaklaştırıldığında, 40 kJ/mol enerji açığa çıkar ve ATP, ADP - adenozin difosforik asite dönüştürülür. Başka bir fosforik asit molekülü çıkarıldığında, başka bir 40 kJ/mol açığa çıkar; AMP oluşur - adenosin monofosforik asit. Bu reaksiyonlar tersine çevrilebilir, yani AMP ADP'ye, ADP ATP'ye dönüştürülebilir.

ATP molekülleri yalnızca parçalanmakla kalmaz, aynı zamanda sentezlenir, dolayısıyla hücredeki içerikleri nispeten sabittir. ATP'nin hücre yaşamındaki önemi çok büyüktür. Bu moleküller önemli bir rol oynamaktadır. enerji metabolizması hücrenin ve organizmanın bir bütün olarak yaşamını sağlamak için gereklidir.

Bir RNA molekülü genellikle dört tip nükleotidden oluşan tek bir zincirdir - A, U, G, C. Üç ana RNA türü bilinmektedir: mRNA, rRNA, tRNA. Hücredeki RNA moleküllerinin içeriği sabit değildir; protein biyosentezine katılırlar. ATP, enerji açısından zengin bağlar içeren hücrenin evrensel bir enerji maddesidir. ATP, hücresel enerji metabolizmasında merkezi bir rol oynar. RNA ve ATP hücrenin hem çekirdeğinde hem de sitoplazmasında bulunur.

Ders 2.

Ders konusu : Hücrenin inorganik maddeleri.

Dersin amacı: Hücrenin inorganik maddeleri hakkındaki bilgiyi derinleştirir.

Dersin Hedefleri:

eğitici: Su moleküllerinin hücre yaşamındaki en önemli rolüyle bağlantılı olarak yapısal özelliklerini göz önünde bulundurun, suyun ve mineral tuzlarının canlı organizmaların yaşamındaki rolünü ortaya çıkarın;

Eğitici: Geliştirmeye devam edin mantıksal düşünmeöğrenciler çeşitli bilgi kaynaklarıyla çalışma becerilerini geliştirmeye devam ederler;

Eğitici: Formasyona devam et bilimsel dünya görüşü, biyolojik açıdan okuryazar bir kişinin eğitimi; bireyin ahlaki ve ideolojik temellerinin oluşumu ve gelişimi; doğa sevgisini besleyen çevre bilincinin oluşumunu sürdürmek;

Teçhizat : ders kitabı, projektör, bilgisayar, görev kartları için multimedya uygulaması,Diyagram "Elementler. Hücrenin maddeleri." Test tüpleri, beher, buz, alkollü lamba, sofra tuzu, etil alkol, sakaroz, bitkisel yağ.

Temel konseptler: dipol, hidrofiliklik, hidrofobiklik, katyonlar, anyonlar.

Ders türü : birleştirilmiş

Öğretme teknikleri : üremeye yönelik, kısmen keşfedici, deneysel.

Öğrenciler şunları yapmalıdır:

Bilmek hücreyi oluşturan temel kimyasal elementler ve bileşikler;

Yapabilmek İnorganik maddelerin yaşam süreçlerindeki önemini açıklar.

Ders yapısı

1. Organizasyon anı

Selamlar, işe hazırlık.

Dersin başında ve sonunda psikolojik ısınma yapılır. Amacı öğrencilerin duygusal durumlarını belirlemektir. Her öğrenciye altı yüzü olan bir plaka verilir - bu, belirlemeye yönelik bir ölçektir. duygusal durum(Şekil 1). Her öğrenci, ifadesi ruh halini yansıtan yüzün altına bir işaret koyar.

2. Öğrencilerin bilgilerinin test edilmesi

“Hücrenin kimyasal bileşimini” test edin (Ek)

3. Hedef belirleme ve motivasyon

"Su! Tadınız yok, renginiz yok, kokunuz yok, anlatılamazsınız. Bir kişi gerçekte ne olduğunuzu anlamadan sizden hoşlanır. Yaşam için gerekli olduğun söylenemez, sen yaşamın kendisisin. Her yere, her yere hiçbir duyumuzun algılayamayacağı bir mutluluk hissi veriyorsun. Bize gücümüzü geri veriyorsun. Rahmetin, kalbimizin kuru pınarlarını canlandırır. Sen dünyanın en büyük zenginliğisin. Siz kolayca korkutup kaçırabileceğiniz bir zenginliksiniz, ama bize öyle basit ve değerli bir mutluluk veriyorsunuz ki," suya dair bu coşkulu ilahi, susuzluk sancısını yaşamak zorunda kalan Fransız yazar ve pilot Antoine de Saint-Exupéry tarafından yazılmıştır. sıcak çöl.

Bu harika sözlerle, amacı gezegenimizi yaratan madde olan su hakkındaki anlayışı genişletmek olan bir derse başlıyoruz.

1. Güncelleme

Suyun insan yaşamındaki önemi nedir?

(Öğrencilerin suyun insan yaşamındaki önemine ilişkin cevapları0

1. Yeni materyalin sunumu.

Su, canlı organizmalardaki en yaygın inorganik madde, onun temel bileşeni, birçok organizmanın yaşam alanı ve hücrenin ana çözücüsüdür.

M. Dudnik'in şiirinin satırları:

İnsanın yüzde sekseninin sudan oluştuğunu söylüyorlar.

Kendi ırmaklarının suyundan şunu ekleyebilirim:

Sudan, ona su veren yağmuru ekleyeceğim,

Sudan ekleyeceğim, antik su yaylar,

Büyükbabaların ve büyük büyükbabaların içtiği yer.

Su içeriği örnekleri farklı hücreler vücut:

Genç bir insan veya hayvan vücudunda – hücre kütlesinin %80'i;

Eski vücudun hücrelerinde – %60

Beyinde – %85;

Diş minesi hücrelerinde – %10-15.

Bir kişi suyunun %20'sini kaybederse ölür.

Bir su molekülünün yapısını ele alalım:

H2O – moleküler formül,

H–O–H – yapısal formül,

Su molekülü köşeli bir yapıya sahiptir: tepe açısı 104,5° olan ikizkenar üçgendir.

Buhar halindeki suyun moleküler ağırlığı 18 g/mol'dür. Ancak sıvı suyun molekül ağırlığının daha yüksek olduğu ortaya çıkıyor. Bu, sıvı suda hidrojen bağlarının neden olduğu moleküllerin birleşmesi olduğunu gösterir.

Suyun hücredeki görevi nedir?

Moleküllerinin yüksek polaritesi nedeniyle su, diğer polar bileşikler için eşi benzeri olmayan bir çözücüdür. Suda diğer sıvılara göre daha fazla madde çözünür. Bu nedenle hücrenin sulu ortamında birçok kimyasal reaksiyon meydana gelir. Su, metabolik ürünleri çözer ve bunları hücreden ve bir bütün olarak vücuttan uzaklaştırır.

Suyun yüksek bir ısı kapasitesi vardır, yani. ısıyı absorbe etme yeteneği. Kendi sıcaklığındaki minimum değişiklikle önemli miktarda ısı açığa çıkar veya emilir. Bu sayede hücreyi ani sıcaklık değişikliklerinden korur. Suyu buharlaştırmak için çok fazla ısı tüketildiğinden, organizmalar suyu buharlaştırarak kendilerini aşırı ısınmaya karşı (örneğin terlerken) koruyabilirler.

Su yüksek ısı iletkenliğine sahiptir. Bu özellik, ısının vücut dokuları arasında eşit şekilde dağıtılmasını mümkün kılar.

Su, doğanın ana maddelerinden biridir; onsuz bitkilerin, hayvanların ve insanların organik dünyasının gelişmesi imkansızdır. Nerede olursa olsun hayat vardır.

Deneylerin gösterilmesi. Öğrencilerle bir tablo oluşturun.

a) Aşağıdaki maddeleri suda çözün: sofra tuzu, etil alkol, sakkaroz, bitkisel yağ.

Neden bazı maddeler suda çözünürken bazıları çözünmez?

Hidrofilik ve hidrofobik madde kavramı verilmiştir.

Hidrofilik maddeler suda yüksek oranda çözünür olan maddelerdir.

Hidrofobik maddeler suda az çözünen maddelerdir.

B) Bir bardak suya bir parça buz koyun.

Su ve buzun yoğunluğu hakkında ne söyleyebilirsiniz?

Ders kitabını kullanarak gruplar halinde “Mineral tuzlar” tablosunu doldurmanız gerekir. Çalışmanın sonunda tabloya girilen verilerin tartışılması bulunmaktadır.

Tampon kapasitesi, bir hücrenin hafif alkali bir ortamın göreceli sabitliğini koruma yeteneğidir.

1. Çalışılan materyalin konsolidasyonu.

Biyolojik problemleri gruplar halinde çözme.

Görev 1.

Bazı hastalıklarda yüzde 0,85'lik solüsyon kana enjekte ediliyor sofra tuzu salin solüsyonu denir. Hesaplayın: a) 5 kg almak için kaç gram su ve tuz almanız gerekir? tuzlu su çözeltisi; b) 400 g salin infüze edildiğinde vücuda kaç gram tuz verilir.

Görev 2.

İÇİNDE tıbbi uygulama Yaraları yıkamak ve gargara yapmak için yüzde 0,5'lik bir potasyum permanganat çözeltisi kullanılır. Doymuş çözeltinin hacmi nedir (100 g su içinde 6,4 g bu tuz içerir) ve Temiz su hazırlamak için 1 litre yüzde 0,5'lik çözelti almanız gerekir (ρ = 1 g/cm 3 ).

Egzersiz yapmak.

Bir senkronizasyon konusu yazın: su

1. Ödev: paragraf 2.3

Edebi eserlerde suyun özellikleri ve nitelikleri, biyolojik önemi ile ilgili açıklama örnekleri bulun.

Şema "Elementler. Hücrenin maddeleri"

Ders için temel notlar

Canlı bir hücrenin bileşimi, cansız doğanın bir parçası olan aynı kimyasal elementleri içerir. D. I. Mendeleev'in periyodik tablosundaki 104 elementten 60'ı hücrelerde bulundu.

Üç gruba ayrılırlar:

1. ana elementler oksijen, karbon, hidrojen ve nitrojendir (hücre bileşiminin %98'i);
2. yüzde onda birini ve yüzde birini oluşturan elementler - potasyum, fosfor, kükürt, magnezyum, demir, klor, kalsiyum, sodyum (toplamda% 1,9);
3. Daha da küçük miktarlarda bulunan diğer tüm elementler mikro elementlerdir.

Bir hücrenin moleküler bileşimi karmaşık ve heterojendir. Bireysel bileşikler (su ve mineral tuzları) cansız doğada da bulunur; diğerleri - organik bileşikler: karbonhidratlar, yağlar, proteinler, nükleik asitler vb. - yalnızca canlı organizmaların karakteristiğidir.

İNORGANİK MADDELER

Su, hücrenin kütlesinin yaklaşık %80'ini oluşturur; hızlı büyüyen genç hücrelerde -% 95'e kadar, yaşlı hücrelerde -% 60.

Suyun hücredeki rolü büyüktür.

Ana ortam ve çözücüdür, çoğu kimyasal reaksiyona, maddelerin hareketine, termoregülasyona, oluşuma katılır. hücresel yapılar Hücrenin hacmini ve elastikiyetini belirler. Çoğu madde vücuda sulu bir çözelti halinde girer ve çıkar. Biyolojik rol su, yapısının özgüllüğü ile belirlenir: moleküllerinin polaritesi ve birkaç su molekülünün komplekslerinin ortaya çıkması nedeniyle hidrojen bağları oluşturma yeteneği. Su molekülleri arasındaki çekim enerjisi, su molekülleri ile madde arasındaki çekim enerjisinden az ise suda çözünür. Bu tür maddelere hidrofilik denir (Yunanca "hidro" - su, "fileto" - aşktan gelir). Bunlar birçok mineral tuzu, protein, karbonhidrat vb.'dir. Su molekülleri arasındaki çekim enerjisi, su molekülleri ile bir madde arasındaki çekim enerjisinden daha büyükse, bu tür maddeler çözünmez (veya az çözünür), bunlara hidrofobik denir ( Yunanca “phobos” kelimesinden - korku) - yağlar, lipitler vb.

Sulu hücre çözeltilerindeki mineral tuzları katyonlara ve anyonlara ayrışır ve gerekli kimyasal elementlerin sabit bir miktarını ve ozmotik basıncı sağlar. Katyonlardan en önemlileri K +, Na +, Ca 2+, Mg +'dır. Bireysel katyonların hücre içindeki ve hücre dışı ortamdaki konsantrasyonu aynı değildir. Canlı bir hücrede K konsantrasyonu yüksek, Na+ düşüktür, kan plazmasında ise tam tersine Na+ konsantrasyonu yüksek, K+ düşüktür. Bunun nedeni membranların seçici geçirgenliğidir. Hücredeki ve ortamdaki iyon konsantrasyonundaki farklılık, suyun ortamdan hücreye akışını ve suyun bitki kökleri tarafından emilmesini sağlar. Bireysel elementlerin eksikliği - Fe, P, Mg, Co, Zn - nükleik asitlerin, hemoglobinin, proteinlerin ve diğer hayati maddelerin oluşumunu engeller ve ciddi hastalıklara yol açar. Anyonlar, hücresel pH ortamının (nötr ve hafif alkali) sabitliğini belirler. Anyonlardan en önemlileri HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -'dir.

ORGANİK MADDELER

Kompleksteki organik maddeler hücre bileşiminin yaklaşık %20-30'unu oluşturur.

Karbonhidratlar- karbon, hidrojen ve oksijenden oluşan organik bileşikler. Basit monosakkaritler (Yunanca "monos" kelimesinden - bir) ve karmaşık polisakkaritler (Yunanca "poli" kelimesinden - çok sayıda) olarak ikiye ayrılırlar.

Monosakkaritler(onların Genel formül C n H 2n O n) hoş tatlı bir tada sahip, suda oldukça çözünür, renksiz maddelerdir. Karbon atomu sayısında farklılık gösterirler. Monosakkaritler arasında en yaygın olanları heksozlardır (6 C atomlu): glikoz, fruktoz (meyvelerde, balda, kanda bulunur) ve galaktoz (sütte bulunur). Pentozlardan (5 C atomlu) en yaygın olanı, nükleik asitlerin ve ATP'nin bir parçası olan riboz ve deoksiribozdur.

Polisakkaritler aynı monomerin birçok kez tekrarlandığı polimerler - bileşikler anlamına gelir. Polisakkaritlerin monomerleri monosakkaritlerdir. Polisakkaritler suda çözünür ve çoğu tatlı bir tada sahiptir. Bunlardan en basiti iki monosakkaritten oluşan disakkaritlerdir. Örneğin sükroz, glikoz ve fruktozdan oluşur; süt şekeri - glikoz ve galaktozdan. Monomer sayısı arttıkça polisakkaritlerin çözünürlüğü azalır. Yüksek moleküllü polisakkaritlerden hayvanlarda glikojen en yaygın olanı, bitkilerde ise nişasta ve lif (selüloz) bulunur. İkincisi 150-200 glikoz molekülünden oluşur.

Karbonhidratlar- her türlü hücresel aktivite (hareket, biyosentez, salgı vb.) için ana enerji kaynağı. En basit ürünler olan CO 2 ve H 2 O'ya ayrıldığında, 1 g karbonhidrat 17,6 kJ enerji açığa çıkarır. Karbonhidratlar bitkilerde bir yapı işlevi görür (kabukları selülozdan oluşur) ve depolama maddelerinin rolünü (bitkilerde - nişasta, hayvanlarda - glikojen) gerçekleştirir.

Lipitler- Bunlar, gliserol ve yüksek moleküllü yağ asitlerinden oluşan, suda çözünmeyen yağ benzeri maddeler ve yağlardır. Hayvansal yağlar süt, et ve deri altı dokusunda bulunur. Oda sıcaklığında katılar. Bitkilerde yağlar tohumlarda, meyvelerde ve diğer organlarda bulunur. Oda sıcaklığında sıvı haldedirler. Yağ benzeri maddeler kimyasal yapı bakımından yağlara benzer. Yumurta sarısında, beyin hücrelerinde ve diğer dokularda birçoğu var.

Lipidlerin rolü yapısal işlevleriyle belirlenir. Bunlar şunlardan oluşur: hücre zarları Hidrofobisiteleri nedeniyle hücre içeriğinin çevreye karışmasını engeller. Lipitler bir enerji fonksiyonu yerine getirir. 1 g yağ, CO 2 ve H 2 O'ya parçalandığında 38,9 kJ enerji açığa çıkar. Deri altı dokuda (ve diğer organ ve dokularda) birikerek ısıyı zayıf iletirler ve koruyucu bir işlev görürler ve yedek madde görevi görürler.

Sincaplar- vücut için en spesifik ve önemli olan. Periyodik olmayan polimerlere aittirler. Diğer polimerlerden farklı olarak molekülleri benzer fakat aynı olmayan monomerlerden (20 farklı amino asit) oluşur.

Her amino asidin kendine ait adı, özel yapısı ve özellikleri vardır. Genel formülleri aşağıdaki gibi temsil edilebilir

Bir amino asit molekülü belirli bir kısımdan (radikal R) ve temel özelliklere sahip bir amino grubu (-NH2) ve asidik özelliklere sahip bir karboksil grubu (COOH) dahil olmak üzere tüm amino asitler için aynı olan bir kısımdan oluşur. Bir molekülde asidik ve bazik grupların varlığı, bunların yüksek reaktivitesini belirler. Bu gruplar aracılığıyla amino asitler bir polimer - protein oluşturmak üzere birleştirilir. Bu durumda bir amino asidin amino grubundan ve diğerinin karboksilinden bir su molekülü salınır ve salınan elektronlar birleşerek bir peptid bağı oluşturur. Bu nedenle proteinlere polipeptit adı verilir.

Bir protein molekülü onlarca veya yüzlerce amino asitten oluşan bir zincirdir.

Protein moleküllerinin boyutları çok büyüktür, bu yüzden onlara makromoleküller denir. Amino asitler gibi proteinler de oldukça reaktiftir ve asitler ve alkalilerle reaksiyona girebilir. Amino asitlerin bileşimi, miktarı ve dizilimi bakımından farklılık gösterirler (20 amino asitten oluşan bu tür kombinasyonların sayısı neredeyse sonsuzdur). Bu, proteinlerin çeşitliliğini açıklar.

Protein moleküllerinin yapısında dört düzeyde organizasyon vardır (59)

• Birincil yapı- belirli bir sırayla kovalent (güçlü) peptid bağlarıyla bağlanan amino asitlerden oluşan bir polipeptit zinciri.
• İkincil yapı- sıkı bir spiral şeklinde bükülmüş bir polipeptit zinciri. İçinde, komşu dönüşlerin (ve diğer atomların) peptid bağları arasında düşük mukavemetli hidrojen bağları ortaya çıkar. Birlikte oldukça güçlü bir yapı sağlarlar.
• Üçüncül yapı Her protein için tuhaf fakat spesifik bir konfigürasyonu temsil eder: bir kürecik. Birçok amino asitte bulunan polar olmayan radikaller arasındaki düşük mukavemetli hidrofobik bağlar veya yapışma kuvvetleri tarafından tutulur. Bollukları nedeniyle protein makromolekülünün yeterli stabilitesini ve hareketliliğini sağlarlar. Proteinlerin üçüncül yapısı, kükürt içeren amino asit - sisteinin uzak radikalleri arasında ortaya çıkan kovalent S - S (es - es) bağları nedeniyle de korunur.
• Kuaterner yapı tüm proteinler için tipik değildir. Birkaç protein makromolekülünün kompleksler oluşturmak üzere bir araya gelmesiyle ortaya çıkar. Örneğin insan kanındaki hemoglobin, bu proteinin dört makromolekülünün bir kompleksidir.

Protein moleküllerinin yapısının bu karmaşıklığı, bu biyopolimerlerin doğasında bulunan fonksiyonların çeşitliliği ile ilişkilidir. Ancak protein moleküllerinin yapısı ortamın özelliklerine bağlıdır.

Bir proteinin doğal yapısının ihlaline denir denatürasyon. Isı, kimyasallar, radyant enerji ve diğer faktörlerin etkisi altında ortaya çıkabilir. Zayıf bir etkiyle, yalnızca dördüncül yapı daha güçlü bir yapıyla (üçüncül ve daha sonra ikincil) parçalanır ve protein birincil bir yapı biçiminde kalır - bir polipeptit zinciri.Bu süreç kısmen tersine çevrilebilir ve denatüre protein yapısını eski haline getirebilir.

Proteinin hücre yaşamındaki rolü çok büyüktür.

Sincaplar- Bu vücudun yapı malzemesidir. Hücrenin kabuğunun, organellerinin ve zarlarının ve bireysel dokuların (saç, kan damarları vb.) yapımına katılırlar. Birçok protein hücrede katalizör görevi görür; hücresel reaksiyonları onlarca veya yüz milyonlarca kez hızlandıran enzimler. Yaklaşık bin enzim bilinmektedir. Proteine ​​ek olarak bileşimleri Mg, Fe, Mn, vitaminler vb. metalleri içerir.

Her reaksiyon kendine özgü enzim tarafından katalize edilir. Bu durumda etkili olan enzimin tamamı değil, belirli bir bölgedir - aktif merkez. Bir anahtarın kilide girmesi gibi alt tabakaya sığar. Enzimler ortamın belirli bir sıcaklık ve pH değerinde çalışır. Özel kasılma proteinleri sağlar motor fonksiyonları hücreler (kamçılıların, siliatların hareketi, kas kasılması vb.). Bireysel proteinler (kan hemoglobini), vücudun tüm organlarına ve dokularına oksijen sağlayan bir taşıma işlevi görür. Spesifik proteinler - antikorlar - yabancı maddeleri nötralize ederek koruyucu bir işlev görür. Bazı proteinler enerji işlevi görür. 1 g protein, amino asitlere ve daha sonra daha basit maddelere parçalanarak 17,6 kJ enerji açığa çıkar.

Nükleik asitler(Latince "çekirdek" kelimesinden - çekirdek) ilk olarak çekirdekte keşfedildi. Bunlar iki türdendir - deoksiribonükleik asitler(DNA) ve ribonükleik asitler(RNA). Biyolojik rolleri büyüktür, proteinlerin sentezini ve kalıtsal bilgilerin bir nesilden diğerine aktarılmasını belirlerler.

DNA molekülü karmaşık bir yapıya sahiptir. Spiral olarak bükülmüş iki zincirden oluşur. Çift sarmalın genişliği 2 nm 1'dir, uzunluğu birkaç onlarca ve hatta yüzlerce mikromikrondur (en büyük protein molekülünden yüzlerce veya binlerce kat daha büyük). DNA, monomerleri nükleotidler olan bir polimerdir - bir molekül fosforik asit, bir karbonhidrat - deoksiriboz ve bir azotlu bazdan oluşan bileşikler. Genel formülleri aşağıdaki gibidir:

Fosforik asit ve karbonhidrat tüm nükleotidlerde aynıdır ve azotlu bazlar dört tiptir: adenin, guanin, sitozin ve timin. Karşılık gelen nükleotidlerin adını belirlerler:

• adenil (A),
• guanil (G),
• sitosil (C),
• timidil (T).

Her DNA zinciri, onbinlerce nükleotitten oluşan bir polinükleotittir. İçinde komşu nükleotidler, fosforik asit ve deoksiriboz arasında güçlü bir kovalent bağ ile bağlanır.

DNA moleküllerinin muazzam boyutu göz önüne alındığında, bunların içindeki dört nükleotidin kombinasyonu sonsuz büyüklükte olabilir.

Bir DNA çift sarmalı oluştuğunda, bir zincirin azotlu bazları, diğerinin azotlu bazlarının karşısında kesin olarak tanımlanmış bir sırayla düzenlenir. Bu durumda T her zaman A'ya karşıdır ve yalnızca C G'ye karşıdır. Bu, hem A ve T'nin hem de G ve C'nin iki yarım gibi birbirine tam olarak karşılık gelmesiyle açıklanmaktadır. kırık cam ve ek veya tamamlayıcı(Yunanca “tamamlayıcı” - eklemeden) birbirine. Bir DNA zincirindeki nükleotidlerin dizisi biliniyorsa, tamamlayıcılık ilkesine göre diğer zincirin nükleotidlerini belirlemek mümkündür (bkz. Ek, görev 1). Tamamlayıcı nükleotidler hidrojen bağları kullanılarak bağlanır.

A ile T arasında iki, G ile C arasında üç bağlantı vardır.

DNA molekülünün ikiye katlanması, kalıtsal bilgilerin ana hücreden yavru hücrelere aktarılmasını sağlayan benzersiz özelliğidir. DNA'nın ikiye katlanması işlemine denir DNA çoğaltılması. Aşağıdaki şekilde gerçekleştirilir. Hücre bölünmesinden kısa bir süre önce DNA molekülü çözülür ve çift sarmalı, bir enzimin etkisi altında bir ucundan iki bağımsız zincire bölünür. Hücredeki serbest nükleotidlerin her bir yarısında tamamlayıcılık ilkesine göre ikinci bir zincir oluşturulur. Sonuç olarak, bir DNA molekülü yerine tamamen aynı iki molekül ortaya çıkar.

RNA- Yapı olarak bir DNA zincirine benzer ancak boyutu çok daha küçük olan bir polimer. RNA monomerleri fosforik asit, bir karbonhidrat (riboz) ve bir azotlu bazdan oluşan nükleotitlerdir. RNA'nın üç azotlu bazı (adenin, guanin ve sitozin) DNA'nınkilere karşılık gelir, ancak dördüncüsü farklıdır. RNA'da timin yerine urasil bulunur. Bir RNA polimerinin oluşumu, komşu nükleotidlerin riboz ve fosforik asidi arasındaki kovalent bağlar yoluyla gerçekleşir. Üç tip RNA bilinmektedir: haberci RNA(i-RNA), DNA molekülünden proteinin yapısı hakkındaki bilgileri iletir; transfer RNA'sı(tRNA) amino asitleri protein sentezi bölgesine taşır; ribozomal RNA (r-RNA), ribozomlarda bulunur ve protein sentezinde rol oynar.

ATP- adenozin trifosforik asit - önemli organik bileşik. Yapısı bir nükleotiddir. Azotlu baz adenin, karbonhidrat riboz ve üç molekül fosforik asit içerir. ATP kararsız bir yapıdır; enzimin etkisi altında "P" ve "O" arasındaki bağ kopar, bir fosforik asit molekülü ayrılır ve ATP enerjiye dönüşür.