Keemilised korralduse rakud: orgaanilised ained, makro- ja mikroelemente

In 19. sajandi lõpul see moodustanud filiaali bioloogia nimetatakse biokeemias. Ta õpib keemiline koostis elusrakkude. Peamine ülesanne teaduse - teadmised eripära ainevahetuse ja energia, mis reguleerivad elulisi funktsioone taimede ja loomade rakkudes.

Mõiste keemilist koostist rakud

Selle tulemusena ulatuslikud uuringud teadlased keemilise korralduse rakud on uuritud ja leitud, et elusorganismid koosnevad rohkem kui 85 keemilisi elemente. Ja mõned neist on vaja peaaegu kõik organismid, samas kui teised on spetsiifilised ja esinevad eri liikide puhul. Kolmas grupp keemilisi elemente esineb mikroorganismide rakkude, taimi ja loomi piisavalt väikestes kogustes. Keemilised elemendid rakus on sageli kujul katioonide ja anioonide kust mineraalsoola ja vee moodustuvad ning orgaanilise süsiniku ühendid sünteesiti: süsivesikud, valgud, lipiidid.

organogenic elemendid

Biokeemias, nende hulka süsinikku, vesinikku, hapnikku ja lämmastikku. Nende komplekt on rakus 88-97% teisi keemilisi elemente esineb ta. Eriti oluline on süsinik. Kõik orgaanilised ained kompositsioonis rakkude koosnevad molekulidest, mis sisaldavad süsinikku oma koostiselt aatomit. Nad võivad olla omavahel ahelaks (hargnenud ja hargnemata), samuti tsüklit. Seda võimet süsinikuaatomid aluseks silmatorkavat mitmekesisust orgaaniliste ainete sisaldu raku tsütoplasmas ja organellide.

Näiteks sisemise raku sisu koosneb lahustuva oligosahhariid, hüdrofiilsed valgud, lipiidid, erinevat tüüpi RNA: ülekande RNA, ribosoomi RNA ja RNA, samuti vaba monomeere - nukleotiidi. Selline keemilise koostise rakutuuma. See sisaldab ka desoksüribonukleiinhappe molekul, osa kromosoomid. Kõik ülaltoodud ühendid on oma koostiselt lämmastiku aatomeid, süsinik hapnikuga, Vesinik. See on tõend oma erilist tähtsust, kuna kemikaali korralduse rakkude sõltub biogeensete elementide, mis moodustavad rakustruktuure: hyaloplasm ja organellid.

Makrotoitainetel ja nende tähendused

Keemilised elemendid, mis on samuti väga levinud rakud erinevate organismide, biokeemia nimetatakse makro. Nende sisu rakus on 1,2% - 1,9%. By makroelementide rakkude hulka kuuluvad: fosfori, kaaliumi, kloori, väävli, magneesiumi, kaltsiumi, raua ja naatrium. Kõik nad on olulised funktsioonid ja on osa erinevate raku organellid. Seega mustast ion esineb verevalkude - hemoglobiin, mis kannab hapnikku (sellisel juhul nimetatakse seda oksühemoglobiinist), süsinikdioksiid (karbogemoglobin) või süsihappegaasi (karboksühemoglobiini).

Naatriumioonid pakuvad olulist kujul rakkudevahelise transport: nn naatrium-kaalium pump. Samuti on osa intestitsiaalvedeliku ja vereplasma. Magneesiumioonid esineb klorofülli molekulid (photopigment kõrgemad taimed) ja nad osalevad fotosünteesi, samuti muudab reaktsiooni tsentrit, et lõksu footonite valgusenergia.

Kaltsiumiioonid pakkuda läbiviimine närviimpulsse pikikiududes ja on põhikomponendiks osteotsüüdid - luurakud. Kaltsium ühendid on laialt levinud kogu maailmas selgrootud, kelle kestad koosnevad kaltsiumkarbonaadist.

Kloriidioonid osalevad täidiseid rakumembraani ja pakkuda välimust elektriliste impulsside põhihaiguse närvistimulatsioon.

Väävliaatomitest kuuluvad natiivse valgu ja põhjustada nende tertsiaarstruktuuri "õmblemisega" polüpeptiidahelas, moodustades niiviisi globulaarproteiini molekul.

Kaaliumioonide osalevad ainete veol läbi rakumembraanide. fosfori aatomit on osa selle tähtsa energiamahukas aineid nagu adenosiintrifosfaat ning on oluline komponent molekulide desoksüribonukle ja ribonukleiinhapetest, mis on peamine ainete raku pärilikkusega.

Trace funktsiooni rakumetabolismi

Umbes 50 keemilisi elemente moodustavate alla 0,1% rakkudes, mida nimetatakse mikrokär. Nendeks tsink, molübdeen, jood, vask, koobalt, fluor. Mis vähe hooldust nad teevad väga oluline funktsioon, sest osa paljude bioloogiliselt aktiivseid aineid.

Näiteks tsingi aatomiga on insuliini molekuli (pankrease reguleeriv hormoon veresuhkru sisaldus), joodi on koostisosana kilpnäärmehormoone - türoksiini ja triiodotüroniin taseme kontrolli metabolismi organismis. Vask koos rauaioonide kaasatud vereloomet (moodustamine punaseid vereliblesid, vereliistakud ja valgeid vereliblesid luuüdi selgroogsetel). Vaskioonid sisalduvad hemotsüaniin pigmendi veres esinevad selgrootute, nagu karpide. Seetõttu värvi oma hemolümfi sinine.

Veel vähem sisaldus rakus selliseid keemilisi elemente nagu plii, kuld, broom, hõbe. Neid nimetatakse ultromikroelementami ja osa taimede ja loomade rakkudes. Näiteks keemilise analüüsi maisi õielõikaja kulla ioonid ei täheldatud. Broomi aatomit suur hulk rakke sisaldu thalli pruuni ja punavetikate nagu Sargassum, Laminaria, fucus.

Kõik varem neid näiteid ja fakte selgitab, kuidas omavahel keemiline koostis, funktsiooni ja struktuuri rakke. Alljärgnev tabel näitab sisu erinevate keemiliste elementide rakud elusorganismid.

Üldised karakteristikud orgaaniliste ühendite

Keemilistest omadustest rakud erinevate organismirühmade teatud viisil sõltuv süsinikuaatomit, mis moodustavad üle 50% rakumassi. Praktiliselt kõik keemiline rakuaine on esindatud süsivesikud, valgud, nukleiinhapped ja lipiidid, millest on keeruline struktuur ja kõrgmolekulaarsed. Sellised molekulid on kutsutud makromolekulid (polümeerid) ja koosnevad lihtsamad elemendid - monomeere. Valkained mängivad väga olulist rolli ja täita erinevaid ülesandeid, mida arutatakse allpool.

Rolli rakuproteiinidest

Biochemical analüüs ühendite sisenemist elusrakus, kinnitab rohkesti orgaanilisi aineid nagu valgud. See fakt on loogiline seletus: valgud täidavad mitmesuguseid ülesandeid ning on kaasatud kõik raku elu aspekte.

Näiteks kaitsefunktsioon valgud on antikehade teket - poolt toodetud antikehad lümfotsüüdid. Sellised kaitsva valgud nagu trombiin, fibriin ja tromboblastin pakkuda vere hüübimist ja takistada selle kaotusest trauma ja kahju. Kompleksi koosseisu raku sisaldab rakumembraani valgud, millel on võime ära tunda välismaa ühendid - antigeenidega. Nad muudavad oma kuju ja aruande rakkude võimalikest ohtudest (alarm funktsiooni).

Mõnedel valkudel on regulatoorne funktsioon ja on hormoonid, näiteks oksütotsiini, mida toodab hüpofüüs reserveeritud. Lähtudes see verre, oksütotsiini mõjub lihase külge emaka, põhjustades selle vähendamiseks. vasopressiini valgu ühtlasi regulatoorne funktsioon kontrollides vererõhku.

Lihasrakkude on aktiini ja müosiini, suudavad kahaneb, mis põhjustab motoorset funktsiooni lihasmassi. Valkude tüüpiliste ja troofiliste funktsiooni, näiteks albumiini embrüo kasutati toitaine arengut. Verevalkude erinevate organismide, näiteks hemoglobiin ja hemotsüaniin, hapniku molekulid viiakse - veoteenuseid funktsiooni. Kui rohkem energiat tarbivad nagu süsivesikuid ja lipiide, täielikult kasutada, hakkab rakk murda valke. Üks gramm seda materjali 17 annab 2 kJ energiat. Üks tähtsamaid ülesandeid Valkude katalüütilise (valgud, ensüümid kiirendavad keemilisi reaktsioone tsütoplasma kambrite). Tuginedes eespool nägime, et valgud on mitmeid väga olulisi funktsioone ja vajalik osa looma rakus.

valgu biosünteesi

Vaatleme protsessi valgusünteesi rakus, mis esineb tsütoplasmas via organellid nagu ribosoomid. Tänu konkreetsete ensüümide aktiivsuse, kus osalevad ribosoomi kaltsiumiioone kombineerida polüsoomideks. Põhifunktsioonid ribosoomid rakus - sünteesi valgumolekule, alustades transkriptsiooni protsessi. Selle tulemusena see sünteesitakse mRNA molekulide, millele on kinnitunud polüsoome. Siis algab teine kohtuprotsessi - eetrisse. Transport RNA seonduvad kakskümmend erinevat liiki aminohappeid ja viia need polüsoome ning kuna funktsioonina ribosoomid rakus - sünteesi polüpeptiidide need organellid moodustada komplekse tRNA ja aminohappe molekulide on omavahel seotud peptiidsidemete moodustamiseks valgu makromolekuli.

Vee rolli metabolismi

Tsütoloogilised uuringud on kinnitanud, et rakkude struktuuri ja koosseisu, mida me uurida, keskmiselt 70% vett ja palju loomi, mis viib vee eluviisi (nt ainuõõssetest) selle sisu jõuab 97-98%. Arvestades seda keemilist rakkude organiseerumist sisaldab hüdrofiilseid (võimeline lahustama) ja hüdrofoobse (vetthülgav) materjali. Selle universaalse polaarne lahusti, vesi on oluline roll ning sellel on otsene mõju mitte ainult funktsiooni, vaid ka väga struktuur rakud. Alljärgnev tabel näitab veesisalduse erinevat tüüpi rakkudes elusorganismid.

Funktsioon süsivesikuid rakus

Nagu me juba varem selgitatud, et oluline orgaaniliste kemikaalide - polümeerid - ka süsivesikuid. Need hõlmavad polüsahhariide, oligosahhariidide ja monosahhariidid. Süsivesikud on osa keerukamate süsteemide - glükolipiidid ja glükoproteiinid, mis on ehitatud rakumembraanide ja nadmembrannye struktuuri, näiteks glycocalyx.

Lisaks süsinikust süsivesikute hulka vesinikuaatomist ja hapnikuga varustamine, ja mõned polüsahhariide sisaldada rohkem lämmastiku, väävli ja fosfori. Rakke paljude taimede süsivesikuid: Kartulimugulast sisaldada kuni 90% tärklist seemned ja viljad süsivesikute sisaldus on kuni 70% ning loomarakud leidub kujul sellised ühendid nagu glükogeeni, kitiin ja trehaloos.

Lihtsuhkrud (monosahhariidid) üldvalem CnH2nOn ja jagati tetroosid, trioossuhkrud, pentoos ja heksoos. Kaks viimast on kõige levinumad rakkudes elusorganismide, näiteks riboosi ja desoksüriboosi kuuluvad nukleiinhapped ja glükoos ja fruktoos on kaasatud reaktsioonides assimilatsiooni ja dissimilatsiooni. Oligosahhariidid on tihtipeale taimerakkudes: sahharoos talletatakse rakkudes suhkrupeet ja suhkruroog, maltoos sisalduv teristel idandatud rukist ja otra.

Disahhariidid on magus maitse ja on vees hästi lahustuv. Polüsahhariide, olles biopolümeeride koosneb peamiselt tärklis, tselluloos, glükogeen ja laminariinsulfaat. Struktuurne vormid hõlmavad polüsahhariide kitiin. Põhiülesanne süsivesikuid rakus - energiat. Selle tulemusena hüdrolüüsireaktsioone ja energeetilise metabolismi lõhustatakse polüsahhariide glükoosiks ja see oksüdeeritakse seejärel süsinikdioksiidiks ja veeks. Selle tulemusena üks gramm glükoosi väljaanded 17,6 kJ energiat ning jätab tärklise ja glükogeeni, on sisuliselt rakuenergia reservuaari.

Glükogeeni ladestub peamiselt lihas- ja maksarakkudes, taimne tärklis - in mugulaid, sibulaid, juured, seemned ja lülijalgsed, näiteks ämblikud, putukad ja koorikloomad, peamine roll energiavarustuse etendab oligosahhariid trehaloos.

Süsivesikud on erinev valkude ja lipiidide, võime anoxic lagunemist. See on äärmiselt oluline elavaid organisme tingimused puudulikkus või hapniku puudumisel, nagu anaeroobsed bakterid, ja helmintide - parasiidid inimestel ja loomadel.

On veel üks funktsioon süsivesikuid rakus - ehitus (struktuurne). See seisneb selles, et need ained on tugistruktuurid rakke. Näiteks tselluloos on osa rakuseinad taimed, kitiin välispind moodustab skelett ja paljud selgrootud esineb seenrakkudele olisaharidy koos valkude ja lipiidide molekulid moodustavad glycocalyx - nadmembranny kompleksi. See annab haardumisega - vahel kokkukleepumist loomarakud, mis viib moodustamine koe.

Lipiidid: struktuuri ja funktsiooni

Need orgaanilised ained, mis on hüdrofoobsed (vees lahustumatud) saab eemaldada, st rakkudest ekstraheeritud poolt mittepolaarsed lahustid, nagu atsetoon või kloroformiga. funktsioonina lipiidid rakus sõltub sellest, millised kolme rühma nad kuuluvad: e rasvad, vahad, steroidid. Rasvad on kõige levinum igat liiki rakke.

Loomad koguneda neid nahaaluses rasvkoes, närvikude sisaldab rasva kujul müeliinikestani närve. Samuti koguneb neerud, maks, putukad - rasvas keha. Vedelik rasvad - õlid - leiti seemnetes paljud taimed: mänd, maapähkli, päevalilleõli, oliiviõli. Lipiidisisalduseks rakkudes vahemikku 5 kuni 90% (rasvkoes).

Steroidid ja vahad erineda rasvade et neil ei ole neis molekulides rasvhappejääkide. Niisiis, steroidid - see on hormoonid neerupealiste mõjutavad puberteet keha ja mis on selle koostisosad testosterooni. Nad on ka osa vitamiinide (näiteks vitamiin D).

Põhiülesanne lipiidide raku - on energia, ehitus ja kaitse. Esimene neist on tingitud asjaolust, et 1 gramm rasva lõhustamist annab 38,9 kJ energiat - palju rohkem kui teiste orgaaniliste ainete - valke ja süsivesikuid. Lisaks rasva oksüdeerumise 1d see seisab peaaegu 1,1 c. veega. See on põhjus, miks mõned loomad on tekkinud varu rasva keha võib olla pikka aega ilma veeta. Näiteks gophers saab seisvate rohkem kui kaks kuud, ilma et oleks vaja vett ja ei joo vett kaamel üleminekutel läbi kõrbe 10-12 päeva.

Ehitus lipiidide funktsiooni seisneb asjaolus, et nad on lahutamatu osa rakumembraanide, samuti osa närvi. Kaitsefunktsioon lipiidid seisneb selles, et rasvakiht naha all ümber neerude ja teiste siseelundite kaitseb neid mehaaniliste vigastuste. Konkreetsed soojusisolatsiooni funktsioon on omane loomade pikka aega on vees: vaalad, hülged, Hüljestel. Paks nahaalune rasvkihist näiteks sinivaalale on 0,5 m, see kaitseb loomade hüpotermia.

Väärtus Hapnik rakkude ainevahetust

Aeroobid, mille hulka kuulub ka valdav enamik loomi, taimi ja mees, kasutades õhuhapnik energia vahetuse reaktsioonid, mis viivad lõhustamist orgaaniliste ainete ja nende jaotus teatud kogus energiat akumuleeritud kujul molekulid adenosiintrifosfaat.

Seega täielik oksüdeerimine ühe mooli glükoosi, mis toimub mitokondrite kristad, 2800 kJ energiat eraldatakse, millest 1596 kJ (55%) talletatakse kujul ATP molekulid, mis sisaldavad macroergic ühendus. Seega esmaseks funktsiooniks hapniku rakus - rakendamiseks aeroobse hingamise mis põhineb rühm ensüümreaktsioonide niinimetatud hingamisahela esinevad organellid - mitokondrid. Prokarüootsetes organismides - phototrophic bakterite ja tsüanobakterite - oksüdatsiooni toitainete esineb mõjul hapniku difundeeruda rakkude sisemise mügarad plasma membraane.

Meil on keemiline korralduse rakud on uuritud, samuti protsesside valgusünteesi ja hapniku funktsiooni rakuenergia ainevahetuse.