COMPOZIȚIA CHIMICĂ A CELULELOR
COMPOZIȚIA CHIMICĂ A CELULELOR
Celulele și celulele animale conțin substanțe anorganice și organice. Anorganice includ apă și minerale. Substanțele organice includ proteine, grăsimi, carbohidrați, acizi nucleici.
Apa este un compus pe care celula vii consta in cea mai mare cantitate. Apa reprezintă aproximativ 70% din masa celulară. Majoritatea reacțiilor intracelulare apar în mediul acvatic. Apa din cușcă este într-o stare liberă și legată.
Substanțele minerale din celulă pot fi în stare disociată sau împreună cu substanțe organice.
Elementele chimice care participă la procesele metabolice și care au activitate biologică sunt numite biogene.
Citoplasma conține aproximativ 70% oxigen, 18% carbon, 10% hidrogen, calciu, azot, potasiu, fosfor, magneziu, sulf, clor, sodiu, aluminiu și fier. Aceste elemente constituie 99,99% din compoziția celulelor și acestea sunt numite macronutrienti. De exemplu, calciu și fosfor fac parte din oase. Fierul este o parte integrantă a hemoglobinei.
Manganul, borul, cuprul, zincul, iodul, cobaltul sunt microelemente. Sunt mii de procente din masa celulei. Microelementele sunt necesare pentru formarea de hormoni, enzime, vitamine. Acestea afectează procesele metabolice din organism. De exemplu, iodul face parte din hormonul glandei tiroide, cobalt - în compoziția vitaminei B12.
Aurul, mercurul, radiul etc. - ultramicroelemente - reprezintă o milionime dintr-un procent din compoziția celulei.
Lipsa sau excesul de săruri minerale perturbe activitatea vitală a corpului.
Oxigenul, hidrogenul, carbonul, azotul fac parte din substanțele organice. Compușii organici sunt molecule mari numite polimeri. Polimerii constau din mai multe unități repetate (monomeri). Compușii polimeri organici includ carbohidrați, grăsimi, proteine, acizi nucleici, ATP.
Carbohidrații constau din carbon, hidrogen, oxigen.
Monomerii carbohidrați sunt monozaharide. Carbohidrații sunt împărțiți în monozaharide, dizaharide și polizaharide.
Monozaharidele sunt zaharuri simple cu formula (CH2O) n. unde n este orice număr întreg de la trei la șapte. În funcție de numărul de atomi de carbon în molecula nativă distinge triose (3C), tetroses (4C), pentoze (5C), hexoze (6C), heptose (7C).
Triozele C3H6O3 - de exemplu, gliceraldehida și dihidroxiacetona - joacă rolul intermediarilor în procesul de respirație, participă la fotosinteză. Tetrozele C4H8O4 se găsesc în bacterii. Pentoza S5H10O5 - de exemplu riboza - face parte din ARN, deoxyribose este o parte a ADN-ului. Hexoze - C6H12O6 - de exemplu, glucoză, fructoză, galactoză. Glucoza este sursa de energie a celulei. Împreună cu fructoza și galactoza, glucoza poate participa la formarea dizaharidelor.
Disaccharidele se formează ca rezultat al reacției de condensare dintre două monozaharide (hexoză) cu pierderea moleculei de apă.
Formula dizaharidelor C12H22O11 Printre dizaharidele, maltoza, lactoza și zaharoza sunt cele mai răspândite.
Zahărul sau zahărul din trestie sunt sintetizate în plante. Maltoza este formată din amidon în timpul digestiei sale în corpul animalelor. Lactoza sau zahărul din lapte sunt conținute numai în lapte.
Polizaharidele (simple) formate prin reacția unui număr mare de monozaharide condens. Prin polizaharide simple, includ amidon (sintetizat în plante), glicogen (gasite in celulele hepatice si musculare de animale și oameni), celuloză (care formează peretele celular din plante).
Polizaharide complexe se formează ca rezultat al interacțiunii carbohidraților cu lipide. De exemplu, glicolipidele fac parte din membrană. Polizaharidele complexe sunt, de asemenea, compuși ai carbohidraților cu proteine (glicoproteine). De exemplu, glicoproteinele fac parte din mucus secretat de glandele tractului gastrointestinal.
1. Energie: 60% din energia pe care organismul o primește în timpul defalcării carbohidraților. Când se divizează 1 g de carbohidrați, se eliberează 17,6 kJ de energie.
2. Structura și susținerea: carbohidrații fac parte din membrana plasmatică, din carcasa celulelor bacteriene și din plante.
3. Conservarea: substanțele nutritive (glicogen, amidon) sunt depozitate în stoc în cuști.
4. protecție: secrete (mucus) secretate de diferite glande protejează pereții organelor tubulare, bronhiile, stomac, intestin de la daune, bacterii dăunătoare și viruși.
5. Participați la fotosinteză.
Grăsimi și substanțe grase
Grăsimile constau din carbon, hidrogen, oxigen. Monomerii grăsimilor sunt acizi grași și glicerină. Proprietățile grăsimilor sunt determinate de compoziția calitativă a acizilor grași și de raportul lor cantitativ. Grăsimile vegetale sunt lichide (uleiuri), animale - solide (de exemplu grăsimi). Grăsimile sunt insolubile în apă - acestea sunt compuși hidrofobi. Grăsimile, care leagă cu proteine, formează lipoproteine, care leagă carbohidrații - glicolipidele. Glicolipidele și lipoproteinele sunt substanțe asemănătoare grăsimilor.
Substanțele asemănătoare grăsimilor fac parte din membranele celulare, organele membranare și țesutul nervos. Grăsimile se pot lega de glucoză și formează glicozide. De exemplu, glicozida digoxin este o substanță utilizată în tratamentul bolilor de inimă.
1. Energie: cu o descompunere completă de 1 g de grăsime la dioxid de carbon și apă, este eliberată energia de 38,9 kJ.
2. Structurale: fac parte din membrana celulară.
3. Protecție: un strat de grăsime protejează corpul de hipotermie, șocuri mecanice și șocuri.
4. Regulament: hormonii steroizi reglează procesele metabolice și reproducerea.
5. Grăsimea este sursa de apă endogenă. Când se oxidează 100 g de grăsime, se eliberează 107 ml de apă.
Compoziția de proteine include carbon, oxigen, hidrogen, azot. Proteinele mono sunt aminoacizi. Proteinele sunt construite din douăzeci de aminoacizi diferiți. Formula de aminoacizi:
Compoziția aminoacizilor include: gruparea NH2 - amino, care are proprietățile de bază; COOH este o grupare carboxil, are proprietăți acide. Aminoacizii diferă unul de celălalt cu radicalii lor - R. Aminoacizi - compuși amfoterici. Ele se combină între ele în molecula de proteine cu ajutorul legăturilor peptidice.
Schema de condensare a aminoacizilor (formarea legăturii peptidice)
Există structuri proteice primare, secundare, terțiare și cuaternare. Ordinea, cantitatea și calitatea aminoacizilor care alcătuiesc molecula de proteină determină structura sa primară. Proteinele din structura primară pot fi conectate la o helixă cu ajutorul legăturilor de hidrogen și formează o structură secundară. Lanțurile polipeptidice sunt răsucite într-un anumit mod într-o structură compactă, formând un globule (bilă) - aceasta este structura terțiară a proteinei. Majoritatea proteinelor au o structură terțiară. Aminoacizii sunt activi numai pe suprafața globulei. Proteinele având o structură globulară se combină pentru a forma o structură cuaternară. Înlocuirea unui aminoacid conduce la o schimbare a proprietăților proteinei (Figura 30).
Când este expus la temperaturi ridicate, acizi și alți factori, molecula proteică poate fi distrusă. Acest fenomen se numește denaturare (Figura 31). Uneori denaturate -
Fig. 30. Diferite structuri ale moleculelor de proteine.
1 - primar; 2 - secundar; 3 - terțiar; 4 - cuaternar (pe exemplul de hemoglobină din sânge).
Fig. 31. Denaturarea proteinelor.
1 - moleculă de proteină înainte de denaturare;
2 - proteină denaturată;
3 - reducerea moleculei originale de proteine.
Când condițiile se schimbă, proteina își poate restabili structura din nou. Acest proces se numește renaturare și este posibil numai atunci când structura primară a proteinei nu este distrusă.
Proteinele sunt simple și complexe. Proteinele simple constau doar din aminoacizi: de exemplu, albumine, globuline, fibrinogen, myosin.
Proteinele complexe constau în aminoacizi și alți compuși organici: de exemplu, lipoproteine, glicoproteine, nucleoproteine.
1. Energie. În decăderea a 1 g de proteină, este eliberată energia de 17,6 kJ.
2. Catalizator. Ele servesc ca catalizatori pentru reacțiile biochimice. Catalizatorii sunt enzimele. Enzimele accelerează reacțiile biochimice, dar nu fac parte din produsele finale. Enzimele sunt strict specifice. Fiecare substrat corespunde enzimei proprii. Numele enzimei include numele substratului și sfârșitul "aza": maltaza, ribonucleaza. Enzimele sunt active la o anumită temperatură (35 - 45 ° C).
3. Structurale. Proteinele fac parte din membrană.
4. Transport. De exemplu, hemoglobina transportă oxigen și CO2 în sângele vertebratelor.
5. Protecție. Protecția corpului împotriva efectelor nocive: dezvoltarea anticorpilor.
6. Contractiv. Datorită prezenței proteinelor de actină și myozină în fibrele musculare, apare contracția musculară.
Există două tipuri de acizi nucleici: ADN (acid deoxiribonucleic) și ARN (acid ribonucleic). Monomerii acizilor nucleici sunt nucleotide.
ADN (acid deoxiribonucleic). Compoziția nucleotidice de ADN include una dintre bazele azotate: adenina (A), guanina (G), timină (T) sau citozina (C) (fig. 32), o dezoxiriboză carbohidrat și acidul fosforic reziduu. Molecula ADN este o dublă helix construită pe principiul complementarității. În molecula ADN, următoarele baze azotate sunt complementare: A = T; Cele două helici ale ADN sunt legate prin legături de hidrogen (Figura 33).
Fig. 32. Structura nucleotidelor.
Fig. 33. Locul moleculei ADN. Compus complementar de nucleotide din lanțuri diferite.
ADN-ul este capabil de auto-duplicare (replicare) (Figura 34). Replicarea începe cu separarea a două lanțuri complementare. Fiecare lanț este folosit ca model pentru a forma o nouă moleculă de ADN. Enzimele sunt implicate în sinteza ADN-ului. Fiecare din cele două molecule fiice include în mod necesar o spirală veche și una nouă. Noua moleculă de ADN este absolut identică cu cea veche din secvența de nucleotide. Această metodă de replicare asigură reproducerea exactă în molecula fiică a informațiilor care au fost înregistrate în molecula ADN maternă.
Fig. 34. Dublarea moleculei ADN.
1 - matrice ADN;
2 - formarea a două noi circuite bazate pe matrice;
3 - molecule ADN fiice.
1. Stocarea informațiilor ereditare.
2. Asigurarea transferului de informații genetice.
3. Prezența în cromozom ca component structural.
ADN-ul este localizat în nucleul celulei, precum și în organele celulare, cum ar fi mitocondriile, cloroplastele.
ARN (acid ribonucleic). Acizii ribonucleici sunt de trei tipuri: ARN-ul ribozomal, de transport și de informare. ARN nucleotidul constă dintr-una dintre bazele azotului: adenina (A), guanina (D), citozina (C), uracilul (U), carbohidratul - riboza și reziduul de acid fosforic.
ARN-ul ribozomal (rRNA) asociat cu proteina este parte a ribozomului. ARNm este de 80% din ARN total în celulă. Sinteza proteinelor are loc pe ribozomi.
RNA de informații (mRNA) este de 1 până la 10% din ARN total în celulă. Structura ARNm este complementară situsului moleculei ADN care conține informații despre sinteza unei proteine specifice. Lungimea ARNm depinde de lungimea regiunii ADN din care a fost citită informația. ARNm transferă informații despre sinteza proteinelor de la nucleu la citoplasmă la ribozom.
Transportul ARN (tARN) este de aproximativ 10% din ARN total. Are un lanț scurt de nucleotide sub formă de trofeu și este localizat în citoplasmă. La un capăt al trifoiului este un triplet de nucleotide (anticodon) care codifică un aminoacid specific. La celălalt capăt este un triplet de nucleotide, la care este atașat un aminoacid. Fiecare aminoacid are propriul tARN. ARNm transferă aminoacizii la locul sintezei proteinelor, adică la ribozomi (Figura 35).
ARN este localizat în nucleol, citoplasmă, ribozomi, mitocondri și plastide.
ATP - acid adenozin trifosforic. Adenozin trifosfatul (ATP) constă din baza azotată - adenină, zaharoză - riboză și trei reziduuri de acid fosforic (Figura 36). Molecula ATP acumulează o cantitate mare de energie necesară proceselor biochimice care se desfășoară în celulă. Sinteza ATP are loc în mitocondrii. Molecula ATP este foarte instabilă
și este capabil să scindeze una sau două molecule de fosfat cu eliberarea unei cantități mari de energie. Legăturile din molecula ATP se numesc macroergice.
ATP → ADP + F + 40 kJ de ADP → AMP + F + 40 kJ
Fig. 35. Structura tARN.
A, B, B și D sunt secțiuni ale compusului complementar din cadrul unei catene de ARN; D - site (centrul activ) al compusului cu aminoacid; E este porțiunea compusului complementar cu molecula.
Fig. 36. Structura ATP și transformarea sa în ADP.
Întrebări pentru autocontrol
1. Ce substanțe din celulă sunt denumite substanțe anorganice?
2. Ce substanțe din celulă sunt clasificate ca organice?
3. Care este monomerul carbohidratilor?
4. Ce structură au carbohidrații?
5. Care sunt funcțiile carbohidraților?
6. Care este monomerul grăsimilor?
7. Care structură are grăsimi?
8. Care sunt funcțiile grăsimilor?
9. Care este monomerul proteinei? 10. Ce structură au proteinele? 11. Care structuri au proteine?
12. Ce se întâmplă atunci când molecula de proteină este denaturată?
13. Care sunt funcțiile proteinelor?
14. Ce acizi nucleici sunt cunoscuți?
15. Care este monomerul acizilor nucleici?
16. Ce este nucleotida ADN?
17. Care structură are nucleotida ARN?
18. Care structură are o moleculă de ADN?
19. Care sunt funcțiile moleculei ADN?
20. Care structură are ARNm?
21. Care structură are ARNm?
22. Care structură are tARN?
23. Ce funcții sunt îndeplinite de acizii ribonucleici?
24. Care structură are ATP?
25. Ce funcții are performanța ATP în celulă?
Cuvinte cheie ale temei "Compoziția chimică a celulelor"
baza de azot a albuminei
grupa aminoacidă
activitatea biologică a catalizatorului biologic