Semua organisma hidup terdiri daripada sel. Komposisi kimia Terdapat banyak sel tumbuhan dan haiwan ciri-ciri biasa. Sel tumbuhan mengandungi sejumlah besar unsur kimia, yang juga boleh menjadi sebahagian daripada objek tidak bernyawa. Mereka mengambil bahagian dalam pelbagai tindak balas kimia yang berlaku di dalam sel. Komposisi kimia sel-sel organisma hidup, termasuk tumbuhan, terutamanya mengandungi unsur-unsur seperti karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Secara umum, unsur-unsur ini membentuk sehingga 98% daripada jisim sel. Kandungan relatif unsur-unsur ini dalam bahan hidup adalah jauh lebih tinggi daripada di kerak bumi.
Unsur lain (kalium, kalsium, sulfur, fosforus, natrium, silikon, klorin, besi, magnesium) membentuk persepuluh atau perseratus peratus daripada jumlah jisim sel tumbuhan. Kandungan unsur kimia lain, contohnya, zink, kuprum, iodin, dalam organisma hidup adalah lebih kurang (perseribu dan sepuluh perseribu peratus). Unsur kimia bergabung antara satu sama lain untuk membentuk tak organik dan bahan organik.
Bahan organik adalah komponen struktur penting organisma hidup, termasuk tumbuhan. Ini termasuk karbohidrat, lemak, protein, asid nukleik, dll. Protein adalah sebahagian daripada pelbagai pembentukan selular, mengawal proses penting dan disimpan dalam simpanan. Lemak disimpan di dalam benih dan bahagian lain tumbuhan.
Kepentingan lemak ialah akibat daripada pecahannya, tenaga yang diperlukan untuk kehidupan badan tumbuhan dibebaskan. Karbohidrat adalah kumpulan utama sebatian organik, melalui pecahan yang mana organisma hidup memperoleh tenaga yang diperlukan untuk kewujudannya.
Karbohidrat simpanan yang paling biasa yang terbentuk dalam sel tumbuhan akibat fotosintesis ialah kanji.
Sebilangan besar sebatian ini didepositkan, contohnya, dalam sel ubi kentang atau biji bijirin. Karbohidrat lain—gula—memberi rasa manis untuk menanam buah-buahan. Dan karbohidrat seperti selulosa adalah sebahagian daripada membran sel tumbuhan. Asid nukleik memainkan peranan utama dalam memelihara maklumat keturunan dan menghantarnya kepada keturunan.
Bahan bukan organik dalam komposisi sel tumbuhan termasuk air dan garam mineral. Air membentuk 60 hingga 95% daripada jumlah jisim sel. Terima kasih kepada air, sel memperoleh keanjalan dan bentuk yang diperlukan. Air juga mengambil bahagian dalam metabolisme.
Air memastikan pergerakan nutrien di dalam tumbuhan dan bermain peranan penting dalam mengawal suhu badan.
Kira-kira 1-1.5% daripada jisim sel terdiri daripada garam mineral, termasuk garam kalium, natrium dan kalsium.
Magnesium dan garam besi adalah sangat penting, kerana ia mengambil bahagian dalam pembentukan klorofil. Oleh kerana kekurangan atau ketiadaan unsur-unsur ini, daun menjadi pucat atau kehilangan warna hijaunya, dan proses fotosintesis terganggu atau digantung.
Oleh itu, sel tumbuhan adalah sejenis "makmal semula jadi" di mana pelbagai sebatian kimia dihasilkan dan diubah. Disebabkan ini, sel dianggap sebagai komponen asas dan unit berfungsi organisma hidup.
Bahan berkaitan:
sel- unit asas kehidupan di Bumi. Ia mempunyai semua ciri organisma hidup: ia tumbuh, membiak, menukar bahan dan tenaga dengan alam sekitar, bertindak balas terhadap rangsangan luar. Permulaan evolusi biologi dikaitkan dengan kemunculan bentuk kehidupan selular di Bumi. Organisma unisel Mereka adalah sel yang wujud secara berasingan antara satu sama lain. Badan semua organisma multiselular - haiwan dan tumbuhan - dibina daripada yang lebih besar atau bilangan yang lebih kecil sel, iaitu sejenis blok yang membentuk organisma kompleks. Tidak kira sama ada sel adalah sistem hidup yang penting - organisma yang berasingan atau hanya membentuk sebahagian daripadanya, ia dikurniakan satu set ciri dan sifat yang biasa kepada semua sel.
Komposisi kimia sel
Kira-kira 60 unsur ditemui dalam sel jadual berkala Mendeleev, yang juga terdapat dalam alam semula jadi yang tidak bernyawa. Ini adalah salah satu bukti kesamaan alam yang hidup dan tidak bernyawa. Dalam organisma hidup, yang paling banyak ialah hidrogen, oksigen, karbon dan nitrogen, yang membentuk kira-kira 98% daripada jisim sel. Ini disebabkan oleh ciri-ciri sifat kimia hidrogen, oksigen, karbon dan nitrogen, akibatnya mereka ternyata paling sesuai untuk pembentukan molekul yang melaksanakan fungsi biologi. Keempat-empat unsur ini mampu membentuk sangat kuat ikatan kovalen dengan memasangkan elektron kepunyaan dua atom. Atom karbon terikat kovalen boleh membentuk rangka kerja molekul organik yang berbeza yang tidak terkira banyaknya. Oleh kerana atom karbon mudah membentuk ikatan kovalen dengan oksigen, hidrogen, nitrogen, dan juga dengan sulfur, molekul organik mencapai kerumitan yang luar biasa dan pelbagai struktur.
Sebagai tambahan kepada empat unsur utama, sel mengandungi kuantiti ketara (pecahan ke-10 dan ke-100 peratus) besi, kalium, natrium, kalsium, magnesium, klorin, fosforus dan sulfur. Semua unsur lain (zink, kuprum, iodin, fluorin, kobalt, mangan, dll.) ditemui dalam sel dalam kuantiti yang sangat kecil dan oleh itu dipanggil unsur surih.
Unsur kimia adalah sebahagian daripada sebatian tak organik dan organik. KEPADA sebatian tak organik termasuk air, garam mineral, karbon dioksida, asid dan bes. Sebatian organik- ini adalah protein, asid nukleik, karbohidrat, lemak (lipid) dan lipoid. Selain oksigen, hidrogen, karbon dan nitrogen, ia mungkin mengandungi unsur lain. Sesetengah protein mengandungi sulfur. Bahagian integral asid nukleik ialah fosforus. Molekul hemoglobin termasuk besi, magnesium terlibat dalam pembinaan molekul klorofil. Unsur mikro, walaupun kandungannya sangat rendah dalam organisma hidup, memainkan peranan penting dalam proses kehidupan. Iodin adalah sebahagian daripada hormon kelenjar tiroid– tiroksin, kobalt – dalam komposisi vitamin B 12, hormon bahagian pulau kecil pankreas – insulin – mengandungi zink. Dalam sesetengah ikan, kuprum menggantikan besi dalam molekul pigmen pembawa oksigen.
Bahan bukan organik
air
H 2 O ialah sebatian yang paling biasa dalam organisma hidup. Kandungannya dalam sel yang berbeza berbeza secara meluas: daripada 10% dalam enamel gigi hingga 98% dalam badan obor-obor, tetapi secara purata ia membentuk kira-kira 80% daripada berat badan. Peranan air yang amat penting dalam menyokong proses kehidupan adalah disebabkan olehnya sifat fizikal dan kimia. Kekutuban molekul dan keupayaan untuk membentuk ikatan hidrogen menjadikan air sebagai pelarut yang baik untuk sejumlah besar bahan. Kebanyakan tindak balas kimia yang berlaku dalam sel hanya boleh berlaku dalam larutan akueus. Air juga terlibat dalam banyak perubahan kimia.
Jumlah bilangan ikatan hidrogen antara molekul air berbeza-beza bergantung kepada t °. Pada t ° Apabila ais cair, kira-kira 15% ikatan hidrogen musnah, pada t° 40°C - separuh. Apabila peralihan kepada keadaan gas, semua ikatan hidrogen dimusnahkan. Ini menerangkan kapasiti haba tentu air yang tinggi. Apabila suhu persekitaran luaran berubah, air menyerap atau membebaskan haba akibat pecah atau pembentukan baru ikatan hidrogen. Dengan cara ini, turun naik suhu di dalam sel ternyata lebih kecil daripada persekitaran. Haba penyejatan yang tinggi mendasari mekanisme pemindahan haba yang cekap dalam tumbuhan dan haiwan.
Air sebagai pelarut mengambil bahagian dalam fenomena osmosis, yang memainkan peranan penting dalam kehidupan sel-sel badan. Osmosis ialah pergerakan molekul pelarut melalui membran separa telap ke dalam larutan sebarang bahan. Membran separa telap ialah membran yang membenarkan molekul pelarut melaluinya, tetapi tidak membenarkan molekul terlarut (atau ion) melaluinya. Oleh itu, osmosis ialah resapan sehala molekul air ke arah larutan.
Garam mineral
Kebanyakan bukan organik dalam-dalam sel adalah dalam bentuk garam dalam keadaan tercerai atau pepejal. Kepekatan kation dan anion dalam sel dan persekitarannya tidak sama. Sel mengandungi cukup banyak K dan banyak Na. Dalam persekitaran ekstraselular, sebagai contoh, dalam plasma darah dan air laut, sebaliknya, terdapat banyak natrium dan sedikit kalium. Kerengsaan sel bergantung kepada nisbah kepekatan ion Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+. Dalam tisu haiwan multisel, K adalah sebahagian daripada bahan multisel yang memastikan perpaduan sel dan susunannya yang teratur. Tekanan osmotik dalam sel dan sifat penampannya sebahagian besarnya bergantung kepada kepekatan garam. Penimbalan ialah keupayaan sel untuk mengekalkan tindak balas sedikit alkali kandungannya pada tahap yang tetap. Penampan di dalam sel disediakan terutamanya oleh ion H 2 PO 4 dan HPO 4 2-. Dalam cecair ekstraselular dan dalam darah, peranan penampan dimainkan oleh H 2 CO 3 dan HCO 3 -. Anion mengikat ion H dan ion hidroksida (OH -), yang menyebabkan tindak balas di dalam sel cecair ekstrasel kekal hampir tidak berubah. Garam mineral yang tidak larut (contohnya, Ca fosfat) memberikan kekuatan kepada tisu tulang vertebrata dan cengkerang moluska.
Bahan sel organik
tupai
Di antara bahan organik sel, protein berada di tempat pertama dalam kuantiti (10–12% daripada jumlah jisim sel) dan dalam kepentingan. Protein ialah polimer berat molekul tinggi (dengan berat molekul dari 6000 hingga 1 juta dan ke atas), monomernya adalah asid amino. Organisma hidup menggunakan 20 asid amino, walaupun terdapat banyak lagi. Komposisi mana-mana asid amino termasuk kumpulan amino (-NH 2), yang mempunyai sifat asas, dan kumpulan karboksil (-COOH), yang mempunyai sifat asid. Dua asid amino digabungkan menjadi satu molekul dengan mewujudkan ikatan HN-CO, membebaskan molekul air. Ikatan antara kumpulan amino satu asid amino dan karboksil yang lain dipanggil ikatan peptida. Protein adalah polipeptida yang mengandungi puluhan dan ratusan asid amino. Molekul pelbagai protein berbeza antara satu sama lain dalam berat molekul, bilangan, komposisi asid amino dan urutan lokasinya dalam rantai polipeptida. Oleh itu, jelas bahawa protein sangat pelbagai; bilangannya dalam semua jenis organisma hidup dianggarkan pada 10 10 - 10 12.
Rantaian unit asid amino yang disambungkan secara kovalen oleh ikatan peptida dalam urutan tertentu dipanggil struktur primer tupai. Dalam sel, protein kelihatan seperti gentian berpintal atau bebola (globul). Ini dijelaskan oleh fakta bahawa dalam protein semula jadi rantai polipeptida dibentangkan dengan cara yang jelas, bergantung kepada struktur kimia asid amino yang terkandung di dalamnya.
Pertama, rantai polipeptida berlipat menjadi lingkaran. Tarikan berlaku antara atom lilitan jiran dan ikatan hidrogen terbentuk, khususnya, antara NH- dan kumpulan CO, terletak di selekoh bersebelahan. Rantaian asid amino, berpintal dalam bentuk lingkaran, membentuk struktur sekunder protein. Hasil daripada lipatan lanjut heliks, konfigurasi khusus untuk setiap protein timbul, dipanggil struktur tertier. Struktur tertier adalah disebabkan oleh tindakan daya kohesi antara radikal hidrofobik yang terdapat dalam beberapa asid amino dan ikatan kovalen antara kumpulan SH asid amino sistein ( S-S-sambungan). Bilangan asid amino dengan radikal hidrofobik dan sistein, serta susunan susunannya dalam rantai polipeptida, adalah khusus untuk setiap protein. Akibatnya, ciri-ciri struktur tertier protein ditentukan oleh struktur utamanya. Protein mempamerkan aktiviti biologi hanya dalam bentuk struktur tertier. Oleh itu, menggantikan walaupun satu asid amino dalam rantai polipeptida boleh membawa kepada perubahan dalam konfigurasi protein dan penurunan atau kehilangan aktiviti biologinya.
Dalam sesetengah kes, molekul protein bergabung antara satu sama lain dan hanya boleh melaksanakan fungsinya dalam bentuk kompleks. Oleh itu, hemoglobin adalah kompleks empat molekul dan hanya dalam bentuk ini ia mampu melekat dan mengangkut oksigen. Berdasarkan komposisinya, protein dibahagikan kepada dua kelas utama - mudah dan kompleks. Protein ringkas hanya terdiri daripada asid amino, asid nukleik (nukleotida), lipid (lipoprotein), Me (metaloprotein), P (fosfoprotein).
Fungsi protein dalam sel sangat pelbagai. Salah satu yang paling penting ialah fungsi pembinaan: protein terlibat dalam pembentukan semua membran sel dan organel sel, serta struktur intrasel. Secara eksklusif penting mempunyai peranan enzimatik (pemangkin) protein. Enzim mempercepatkan tindak balas kimia, berlaku dalam sel, 10 ki dan 100 ni juta kali. Fungsi motor disediakan oleh protein kontraktil khas. Protein ini terlibat dalam semua jenis pergerakan yang mampu dilakukan oleh sel dan organisma: kerlipan silia dan pukulan flagela dalam protozoa, pengecutan otot pada haiwan, pergerakan daun dalam tumbuhan, dll. Fungsi pengangkutan protein adalah untuk melekatkan unsur kimia (contohnya, hemoglobin menambah O) atau secara biologi bahan aktif(hormon) dan mengangkutnya ke tisu dan organ badan. Fungsi perlindungan dinyatakan dalam bentuk pengeluaran protein khas, dipanggil antibodi, sebagai tindak balas kepada penembusan protein atau sel asing ke dalam badan. Antibodi mengikat dan meneutralkan bahan asing. Protein memainkan peranan penting sebagai sumber tenaga. Dengan pemisahan lengkap 1g. 17.6 kJ (~4.2 kcal) protein dibebaskan.
Karbohidrat
Karbohidrat, atau sakarida, adalah bahan organik dengan formula am(CH 2 O) n. Kebanyakan karbohidrat mempunyai dua kali ganda bilangan atom H lebih banyak nombor O atom, seperti dalam molekul air. Itulah sebabnya bahan-bahan ini dipanggil karbohidrat. Dalam sel hidup, karbohidrat didapati dalam kuantiti tidak melebihi 1-2, kadang-kadang 5% (dalam hati, dalam otot). Terkaya dengan karbohidrat sel tumbuhan, di mana kandungannya dalam beberapa kes mencapai 90% daripada jisim bahan kering (benih, ubi kentang, dll.).
Karbohidrat adalah mudah dan kompleks. Karbohidrat ringkas dipanggil monosakarida. Bergantung kepada bilangan atom karbohidrat dalam molekul, monosakarida dipanggil trioses, tetroses, pentosa atau heksosa. Daripada enam karbon monosakarida - heksosa - yang paling penting ialah glukosa, fruktosa dan galaktosa. Glukosa terkandung dalam darah (0.1-0.12%). Pentosa ribosa dan deoksiribosa terdapat dalam asid nukleik dan ATP. Jika dua monosakarida digabungkan dalam satu molekul, sebatian itu dipanggil disakarida. Gula meja, diperoleh daripada tebu atau bit gula, terdiri daripada satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa, gula susu - glukosa dan galaktosa.
Karbohidrat kompleks dibentuk oleh banyak monosakarida dipanggil polisakarida. Monomer polisakarida seperti kanji, glikogen, selulosa ialah glukosa. Karbohidrat melaksanakan dua fungsi utama: pembinaan dan tenaga. Selulosa membentuk dinding sel tumbuhan. Kitin polisakarida kompleks berfungsi sebagai komponen struktur utama eksoskeleton arthropoda. Chitin juga melakukan fungsi pembinaan dalam kulat. Karbohidrat memainkan peranan sebagai sumber tenaga utama dalam sel. Semasa pengoksidaan 1 g karbohidrat, 17.6 kJ (~4.2 kcal) dibebaskan. Kanji dalam tumbuhan dan glikogen dalam haiwan disimpan dalam sel dan berfungsi sebagai rizab tenaga.
Asid nukleik
Kepentingan asid nukleik dalam sel adalah sangat besar. Keanehan struktur kimia mereka memberikan kemungkinan menyimpan, memindahkan dan mewarisi kepada sel anak maklumat tentang struktur molekul protein yang disintesis dalam setiap tisu pada peringkat tertentu. perkembangan individu. Oleh kerana kebanyakan sifat dan ciri sel ditentukan oleh protein, jelas bahawa kestabilan asid nukleik adalah keadaan yang paling penting untuk fungsi normal sel dan keseluruhan organisma. Sebarang perubahan dalam struktur atau aktiviti sel proses fisiologi di dalamnya, sekali gus mempengaruhi aktiviti kehidupan. Kajian tentang struktur asid nukleik adalah amat penting untuk memahami pewarisan sifat dalam organisma dan corak fungsi kedua-dua sel individu dan sistem selular - tisu dan organ.
Terdapat 2 jenis asid nukleik - DNA dan RNA. DNA ialah polimer yang terdiri daripada dua heliks nukleotida yang disusun membentuk heliks berganda. Monomer molekul DNA ialah nukleotida yang terdiri daripada bes nitrogen (adenine, timin, guanin atau sitosin), karbohidrat (deoksiribosa) dan residu asid fosforik. Bes nitrogen dalam molekul DNA disambungkan antara satu sama lain dengan bilangan ikatan-H yang tidak sama dan disusun secara berpasangan: adenine (A) sentiasa menentang timin (T), guanin (G) terhadap sitosin (C).
Nukleotida disambungkan antara satu sama lain bukan secara rawak, tetapi secara selektif. Keupayaan untuk interaksi selektif adenine dengan timin dan guanin dengan sitosin dipanggil saling melengkapi. Interaksi pelengkap nukleotida tertentu dijelaskan oleh keanehan susunan spatial atom dalam molekulnya, yang membolehkan mereka mendekat dan membentuk ikatan-H. Dalam rantai polinukleotida, nukleotida yang bersebelahan dihubungkan antara satu sama lain melalui gula (deoksiribosa) dan residu asid fosforik. RNA, seperti DNA, adalah polimer yang monomernya adalah nukleotida. Bes nitrogen bagi tiga nukleotida adalah sama seperti yang membentuk DNA (A, G, C); keempat - urasil (U) - terdapat dalam molekul RNA dan bukannya timin. Nukleotida RNA berbeza daripada nukleotida DNA dalam struktur karbohidrat yang terkandung di dalamnya (ribosa bukannya deoksiribosa).
Dalam rantaian RNA, nukleotida bergabung dengan membentuk ikatan kovalen antara ribosa satu nukleotida dan residu asid fosforik yang lain. Strukturnya berbeza antara RNA dua helai. RNA terkandas dua adalah penjaga maklumat genetik dalam beberapa virus, i.e. Mereka melaksanakan fungsi kromosom. RNA terkandas tunggal memindahkan maklumat tentang struktur protein dari kromosom ke tempat sintesisnya dan mengambil bahagian dalam sintesis protein.
Terdapat beberapa jenis RNA untai tunggal. Nama mereka ditentukan oleh fungsi atau lokasi mereka dalam sel. Paling RNA sitoplasma (sehingga 80-90%) ialah RNA ribosom (rRNA), terkandung dalam ribosom. Molekul rRNA agak kecil dan terdiri daripada purata 10 nukleotida. Satu lagi jenis RNA (mRNA) yang membawa maklumat tentang urutan asid amino dalam protein yang mesti disintesis kepada ribosom. Saiz RNA ini bergantung pada panjang kawasan DNA dari mana ia disintesis. Pemindahan RNA melaksanakan beberapa fungsi. Mereka menghantar asid amino ke tapak sintesis protein, "mengenali" (mengikut prinsip saling melengkapi) triplet dan RNA yang sepadan dengan asid amino yang dipindahkan, dan menjalankan orientasi tepat asid amino pada ribosom.
Lemak dan lipid
Lemak adalah sebatian lemak asid berat molekul tinggi dan gliserol alkohol trihidrik. Lemak tidak larut dalam air - ia adalah hidrofobik. Sentiasa terdapat bahan seperti lemak hidrofobik kompleks lain yang dipanggil lipoid dalam sel. Salah satu fungsi utama lemak adalah tenaga. Semasa pecahan 1 g lemak kepada CO 2 dan H 2 O, sejumlah besar tenaga dibebaskan - 38.9 kJ (~ 9.3 kcal). Kandungan lemak dalam sel berkisar antara 5-15% daripada berat bahan kering. Dalam sel tisu hidup, jumlah lemak meningkat kepada 90%. Fungsi utama lemak dalam dunia haiwan (dan sebahagiannya tumbuhan) adalah penyimpanan.
Dengan pengoksidaan lengkap 1 g lemak (sehingga karbon dioksida dan air) kira-kira 9 kcal tenaga dibebaskan. (1 kcal = 1000 kal; kalori (kal, kal) - unit luar sistem bagi jumlah kerja dan tenaga, sama dengan jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan 1 ml air sebanyak 1 °C pada standard tekanan atmosfera 101.325 kPa; 1 kcal = 4.19 kJ). Apabila 1 g protein atau karbohidrat teroksida (dalam badan), hanya kira-kira 4 kcal/g dibebaskan. Dalam pelbagai jenis organisma akuatik - daripada sel tunggal diatom kepada jerung berjemur, lemak akan "terapung", mengurangkan ketumpatan badan purata. Ketumpatan lemak haiwan adalah kira-kira 0.91-0.95 g/cm³. Ketumpatan tisu tulang vertebrata adalah hampir 1.7-1.8 g/cm³, dan ketumpatan purata kebanyakan fabrik lain adalah hampir 1 g/cm³. Sudah jelas bahawa anda memerlukan cukup banyak lemak untuk "mengimbangi" rangka yang berat.
Lemak dan lipid juga melakukan fungsi pembinaan: ia adalah sebahagian daripada membran sel. Oleh kerana kekonduksian terma yang lemah, lemak mampu berfungsi sebagai pelindung. Dalam sesetengah haiwan (anjing laut, ikan paus) ia disimpan dalam tisu adiposa subkutan, membentuk lapisan sehingga 1 m tebal Pembentukan beberapa lipoid mendahului sintesis beberapa hormon. Akibatnya, bahan ini juga mempunyai fungsi mengawal proses metabolik.
Organisma terdiri daripada sel. Sel-sel organisma yang berbeza mempunyai komposisi kimia yang serupa. Jadual 1 membentangkan unsur kimia utama yang terdapat dalam sel organisma hidup.
Jadual 1. Kandungan unsur kimia dalam sel
Berdasarkan kandungan dalam sel, tiga kumpulan unsur boleh dibezakan. Kumpulan pertama termasuk oksigen, karbon, hidrogen dan nitrogen. Mereka menyumbang hampir 98% daripada jumlah komposisi sel. Kumpulan kedua termasuk kalium, natrium, kalsium, sulfur, fosforus, magnesium, besi, klorin. Kandungan mereka dalam sel adalah persepuluh dan perseratus peratus. Elemen kedua-dua kumpulan ini dikelaskan sebagai makronutrien(dari bahasa Yunani makro- besar).
Unsur selebihnya, yang diwakili dalam sel dengan perseratus dan perseribu peratus, termasuk dalam kumpulan ketiga. ini unsur mikro(dari bahasa Yunani mikro- kecil).
Tiada unsur unik kepada alam semula jadi ditemui dalam sel. Semua unsur kimia yang disenaraikan juga merupakan sebahagian daripada alam semula jadi. Ini menunjukkan kesatuan alam yang hidup dan tidak bernyawa.
Kekurangan mana-mana unsur boleh menyebabkan penyakit dan juga kematian badan, kerana setiap unsur memainkan peranan tertentu. Makroelemen kumpulan pertama membentuk asas biopolimer - protein, karbohidrat, asid nukleik, serta lipid, tanpanya kehidupan adalah mustahil. Sulfur adalah sebahagian daripada beberapa protein, fosforus adalah sebahagian daripada asid nukleik, besi adalah sebahagian daripada hemoglobin, dan magnesium adalah sebahagian daripada klorofil. Kalsium memainkan peranan penting dalam metabolisme.
Beberapa unsur kimia yang terkandung dalam sel termasuk dalam bahan bukan organik- garam mineral dan air.
Garam mineral terdapat dalam sel, sebagai peraturan, dalam bentuk kation (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) dan anion (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3), nisbah yang menentukan keasidan persekitaran, yang penting untuk kehidupan sel.
(Dalam banyak sel, persekitarannya sedikit beralkali dan pHnya hampir tidak berubah, kerana nisbah kation dan anion tertentu sentiasa dikekalkan di dalamnya.)
Daripada bahan-bahan bukan organik dalam alam semula jadi, memainkan peranan yang besar air.
Tanpa air, kehidupan adalah mustahil. Ia membentuk jisim yang ketara bagi kebanyakan sel. Banyak air terkandung dalam sel-sel otak dan embrio manusia: lebih daripada 80% air; dalam sel tisu adiposa - hanya 40.% Menjelang usia tua, kandungan air dalam sel berkurangan. Seseorang yang telah kehilangan 20% air mati.
Sifat unik air menentukan peranannya dalam badan. Ia terlibat dalam termoregulasi, yang disebabkan oleh kapasiti haba yang tinggi air - penggunaan sejumlah besar tenaga semasa pemanasan. Apakah yang menentukan kapasiti haba tinggi air?
Dalam molekul air, atom oksigen terikat secara kovalen kepada dua atom hidrogen. Molekul air adalah polar kerana atom oksigen sebahagiannya cas negatif, dan setiap dua atom hidrogen mempunyai
Caj separa positif. Ikatan hidrogen terbentuk antara atom oksigen satu molekul air dan atom hidrogen molekul lain. Ikatan hidrogen menyediakan sambungan nombor besar molekul air. Apabila air dipanaskan, sebahagian besar tenaga dibelanjakan untuk memecahkan ikatan hidrogen, yang menentukan kapasiti haba yang tinggi.
air - pelarut yang baik. Oleh kerana kekutubannya, molekulnya berinteraksi dengan ion bercas positif dan negatif, dengan itu menggalakkan pembubaran bahan. Berhubung dengan air, semua bahan sel dibahagikan kepada hidrofilik dan hidrofobik.
Hidrofilik(dari bahasa Yunani hidro- air dan filleo- cinta) dipanggil bahan yang larut dalam air. Ini termasuk sebatian ionik (contohnya, garam) dan beberapa sebatian bukan ionik (contohnya, gula).
Hidrofobik(dari bahasa Yunani hidro- air dan Phobos- takut) adalah bahan yang tidak larut dalam air. Ini termasuk, sebagai contoh, lipid.
Air bermain peranan besar dalam tindak balas kimia yang berlaku dalam sel dalam larutan akueus. Ia melarutkan produk metabolik yang tidak diperlukan oleh badan dan dengan itu menggalakkan penyingkirannya daripada badan. Kandungan yang hebat air dalam sangkar memberikannya keanjalan. Air menggalakkan pergerakan pelbagai bahan dalam sel atau dari sel ke sel.
Badan hidupan dan alam semula jadi tidak bernyawa terdiri daripada unsur kimia yang sama. Organisma hidup mengandungi bahan bukan organik - air dan garam mineral. Banyak fungsi air yang sangat penting dalam sel ditentukan oleh ciri-ciri molekulnya: kekutubannya, keupayaan untuk membentuk ikatan hidrogen.
KOMPONEN BUKAN ORGANIK SEL
Kira-kira 90 unsur ditemui dalam sel organisma hidup, dan kira-kira 25 daripadanya terdapat dalam hampir semua sel. Berdasarkan kandungannya dalam sel, unsur kimia dibahagikan kepada tiga kumpulan besar: unsur makro (99%), unsur mikro (1%), unsur ultramikro (kurang daripada 0.001%).
Makroelemen termasuk oksigen, karbon, hidrogen, fosforus, kalium, sulfur, klorin, kalsium, magnesium, natrium, besi.
Unsur mikro termasuk mangan, tembaga, zink, iodin, fluorin.
Unsur ultramikro termasuk perak, emas, bromin, dan selenium.
| ELEMEN | KANDUNGAN DALAM BADAN (%) | KEPENTINGAN BIOLOGI |
| Makronutrien: | ||
| O.C.H.N. | 62-3 | Mengandungi semua bahan organik dalam sel, air |
| Fosforus R | 1,0 | Ia adalah sebahagian daripada asid nukleik, ATP (membentuk ikatan bertenaga tinggi), enzim, tisu tulang dan enamel gigi |
| Kalsium Ca +2 | 2,5 | Pada tumbuhan ia adalah sebahagian daripada membran sel, pada haiwan - dalam komposisi tulang dan gigi, mengaktifkan pembekuan darah. |
| Unsur mikro: | 1-0,01 | |
| Sulfur S | 0,25 | Mengandungi protein, vitamin dan enzim |
| Kalium K+ | 0,25 | Menyebabkan pengaliran impuls saraf; pengaktif enzim sintesis protein, proses fotosintesis, pertumbuhan tumbuhan |
| Klorin CI - | 0,2 | Ia adalah komponen jus gastrik dalam bentuk daripada asid hidroklorik, mengaktifkan enzim |
| Natrium Na+ | 0,1 | Memastikan pengaliran impuls saraf, mengekalkan tekanan osmotik dalam sel, merangsang sintesis hormon |
| Magnesium Mg +2 | 0,07 | Sebahagian daripada molekul klorofil, yang terdapat dalam tulang dan gigi, mengaktifkan sintesis DNA dan metabolisme tenaga. |
| Iodin I - | 0,1 | Sebahagian daripada hormon tiroid - tiroksin, menjejaskan metabolisme |
| Besi Fe+3 | 0,01 | Ia adalah sebahagian daripada hemoglobin, mioglobin, kanta dan kornea mata, pengaktif enzim, dan terlibat dalam sintesis klorofil. Menyediakan pengangkutan oksigen ke tisu dan organ |
| Unsur ultramikro: | kurang daripada 0.01, jumlah surih | |
| Kuprum Si +2 | Mengambil bahagian dalam proses hematopoiesis, fotosintesis, memangkinkan proses oksidatif intrasel. | |
| Mangan Mn | Meningkatkan produktiviti tumbuhan, mengaktifkan proses fotosintesis, menjejaskan proses hematopoietik | |
| Bor V | Mempengaruhi proses pertumbuhan tumbuhan | |
| Fluorin F | Ia adalah sebahagian daripada enamel gigi; jika terdapat kekurangan, karies berkembang jika terdapat lebihan, fluorosis berkembang. | |
| Bahan-bahan: | ||
| N 2 0 | 60-98 | make up persekitaran dalaman organisma, mengambil bahagian dalam proses hidrolisis, menstruktur sel. Pelarut universal, mangkin, peserta dalam tindak balas kimia |
KOMPONEN ORGANIK SEL
| BAHAN-BAHAN | STRUKTUR DAN SIFAT | FUNGSI |
| Lipid | ||
| Ester lebih tinggi asid lemak dan gliserin. Komposisi fosfolipid juga termasuk sisa H 3 PO4 Mereka mempunyai sifat hidrofobik atau hidrofilik-hidrofobik dan keamatan tenaga yang tinggi | Pembinaan- membentuk lapisan bilipid semua membran. Tenaga. Termoregulasi. Pelindung. Hormon(kortikosteroid, hormon seks). Komponen vitamin D, E. Sumber air dalam badan nutrien |
|
| Karbohidrat | ||
| Monosakarida: glukosa, fruktosa, ribosa, deoksiribosa |
Sangat larut dalam air | Tenaga |
| Disakarida: sukrosa, maltosa (gula malt) |
Larut dalam air | Komponen DNA, RNA, ATP |
| Polisakarida: kanji, glikogen, selulosa |
Kurang larut atau tidak larut dalam air | Nutrien ganti. Pembinaan - cangkerang sel tumbuhan |
| tupai | Polimer. Monomer - 20 asid amino. | Enzim adalah biomangkin. |
| Struktur I ialah urutan asid amino dalam rantai polipeptida. Ikatan - peptida - CO-NH- | Pembinaan - adalah sebahagian daripada struktur membran, ribosom. | |
| II struktur - a-helix, ikatan - hidrogen | Motor (protein otot kontraktil). | |
| Struktur III - konfigurasi spatial a-spiral (globul). Ikatan - ionik, kovalen, hidrofobik, hidrogen | Pengangkutan (hemoglobin). Pelindung (antibodi) (hormon, insulin) | |
| Struktur IV bukan ciri semua protein. Sambungan beberapa rantai polipeptida ke dalam satu superstruktur Tidak larut dalam air. Tindakan suhu tinggi, asid pekat dan alkali, garam logam berat menyebabkan denaturasi | ||
| Asid nukleik: | Biopolimer. Terdiri daripada nukleotida | |
| DNA ialah asid deoksiribonukleik. | Komposisi nukleotida: deoksiribosa, bes nitrogen - adenine, guanina, sitosin, timin, sisa H 3 PO 4. Pelengkap asas nitrogen A = T, G = C. Heliks berganda. Mampu menggandakan diri | Mereka membentuk kromosom. Penyimpanan dan penghantaran maklumat keturunan, kod genetik. Biosintesis RNA dan protein. Mengekodkan struktur utama protein. Terkandung dalam nukleus, mitokondria, plastid |
| RNA ialah asid ribonukleik. | Komposisi nukleotida: ribosa, bes nitrogen - adenine, guanina, sitosin, urasil, sisa H 3 PO 4 Kelengkapan bes nitrogen A = U, G = C. Satu rantai | |
| RNA Rasul | Pemindahan maklumat tentang struktur utama protein, mengambil bahagian dalam biosintesis protein | |
| RNA ribosom | Membina badan ribosom | |
| Pemindahan RNA | Mengekod dan mengangkut asid amino ke tapak sintesis protein - ribosom | |
| RNA dan DNA virus | Alat genetik virus | |
Enzim.
Fungsi protein yang paling penting ialah pemangkin. Molekul protein yang meningkatkan kadar tindak balas kimia dalam sel dengan beberapa urutan magnitud dipanggil enzim. Tiada satu proses biokimia dalam badan berlaku tanpa penyertaan enzim.
Pada masa ini, lebih 2000 enzim telah ditemui. Keberkesanan mereka berkali ganda lebih tinggi daripada pemangkin bukan organik digunakan dalam pengeluaran. Oleh itu, 1 mg besi dalam enzim katalase menggantikan 10 tan besi tak organik. Katalase meningkatkan kadar penguraian hidrogen peroksida (H 2 O 2) sebanyak 10 11 kali ganda. Enzim yang memangkinkan tindak balas pembentukan asid karbonik (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) mempercepatkan tindak balas 10 7 kali.
Sifat penting enzim ialah kekhususan tindakannya; setiap enzim memangkinkan satu atau sekumpulan kecil tindak balas yang serupa.
Bahan yang bertindak ke atas enzim dipanggil substrat. Struktur molekul enzim dan substrat mestilah betul-betul sepadan antara satu sama lain. Ini menerangkan kekhususan tindakan enzim. Apabila substrat digabungkan dengan enzim, struktur spatial enzim berubah.
Urutan interaksi antara enzim dan substrat boleh digambarkan secara skematik:
Substrat+Enzim - Enzim-substrat kompleks - Enzim+Produk.
Rajah menunjukkan bahawa substrat bergabung dengan enzim untuk membentuk kompleks enzim-substrat. Dalam kes ini, substrat diubah menjadi bahan baru - produk. Pada peringkat akhir, enzim dilepaskan daripada produk dan sekali lagi berinteraksi dengan molekul substrat lain.
Enzim berfungsi hanya apabila suhu tertentu, kepekatan bahan, keasidan persekitaran. Perubahan keadaan membawa kepada perubahan dalam struktur tertier dan kuaternari molekul protein, dan, akibatnya, kepada penindasan aktiviti enzim. Bagaimana ini berlaku? Hanya bahagian tertentu molekul enzim, dipanggil pusat aktif. Pusat aktif mengandungi 3 hingga 12 sisa asid amino dan terbentuk hasil daripada lenturan rantai polipeptida.
Terpengaruh pelbagai faktor struktur molekul enzim berubah. Dalam kes ini, konfigurasi spatial pusat aktif terganggu, dan enzim kehilangan aktivitinya.
Enzim ialah protein yang bertindak sebagai pemangkin biologi. Terima kasih kepada enzim, kadar tindak balas kimia dalam sel meningkat dengan beberapa urutan magnitud. Harta yang penting enzim - kekhususan tindakan dalam keadaan tertentu.
Asid nukleik.
Asid nukleik ditemui pada separuh kedua abad ke-19. Ahli biokimia Switzerland F. Miescher, yang mengasingkan bahan daripada nukleus sel dengan kandungan yang tinggi nitrogen dan fosforus dan memanggilnya "nuklein" (dari lat. teras- teras).
Disimpan dalam asid nukleik maklumat turun temurun tentang struktur dan fungsi setiap sel dan semua makhluk hidup di Bumi. Terdapat dua jenis asid nukleik - DNA (asid deoksiribonukleik) dan RNA (asid ribonukleik). Asid nukleik, seperti protein, adalah spesifik spesies, iaitu, organisma setiap spesies mempunyai jenis DNA mereka sendiri. Untuk mengetahui sebab kekhususan spesies, pertimbangkan struktur asid nukleik.
Molekul asid nukleik adalah rantai yang sangat panjang yang terdiri daripada ratusan bahkan jutaan nukleotida. Mana-mana asid nukleik mengandungi hanya empat jenis nukleotida. Fungsi molekul asid nukleik bergantung kepada strukturnya, nukleotida yang terkandung di dalamnya, bilangannya dalam rantai dan urutan sebatian dalam molekul.
Setiap nukleotida terdiri daripada tiga komponen: asas nitrogen, karbohidrat dan asid fosforik. Setiap nukleotida DNA mengandungi satu daripada empat jenis bes nitrogen (adenine - A, timin - T, guanin - G atau sitosin - C), serta karbon deoksiribosa dan sisa asid fosforik.
Oleh itu, nukleotida DNA hanya berbeza dalam jenis bes nitrogen.
Molekul DNA terdiri daripada pelbagai besar nukleotida yang disambungkan dalam rantai dalam urutan tertentu. Setiap jenis molekul DNA mempunyai nombor dan urutan nukleotida sendiri.
Molekul DNA sangat panjang. Sebagai contoh, untuk menulis urutan nukleotida dalam molekul DNA daripada satu sel manusia (46 kromosom) dalam huruf akan memerlukan buku setebal 820,000 muka surat. Selang seli empat jenis nukleotida boleh terbentuk set tak terhingga varian molekul DNA. Ciri-ciri struktur molekul DNA ini membolehkan mereka menyimpan sejumlah besar maklumat tentang semua ciri-ciri organisma.
Pada tahun 1953, ahli biologi Amerika J. Watson dan ahli fizik Inggeris F. Crick mencipta model struktur molekul DNA. Para saintis telah mendapati bahawa setiap molekul DNA terdiri daripada dua rantai, saling berkaitan dan berpintal secara berpilin. Dia kelihatan seperti heliks ganda dua. Dalam setiap rantai, empat jenis nukleotida silih berganti dalam urutan tertentu.
Komposisi nukleotida DNA berbeza-beza antara jenis yang berbeza bakteria, kulat, tumbuhan, haiwan. Tetapi ia tidak berubah mengikut usia dan bergantung sedikit pada perubahan persekitaran. Nukleotida berpasangan, iaitu bilangan nukleotida adenina dalam mana-mana molekul DNA adalah sama dengan bilangan nukleotida timidin (A-T), dan bilangan nukleotida sitosin adalah sama dengan bilangan nukleotida guanin (CG). Ini disebabkan oleh fakta bahawa sambungan dua rantai antara satu sama lain dalam molekul DNA mematuhi peraturan tertentu, iaitu: adenine satu rantai sentiasa disambungkan oleh dua ikatan hidrogen hanya dengan Timin rantai lain, dan guanin - dengan tiga ikatan hidrogen dengan sitosin, iaitu, rantai nukleotida satu molekul DNA adalah saling melengkapi, saling melengkapi.
Molekul asid nukleik - DNA dan RNA - terdiri daripada nukleotida. Nukleotida DNA termasuk bes nitrogen (A, T, G, C), karbohidrat deoksiribosa dan sisa molekul asid fosforik. Molekul DNA ialah heliks berganda, terdiri daripada dua rantai yang disambungkan oleh ikatan hidrogen mengikut prinsip saling melengkapi. Fungsi DNA adalah untuk menyimpan maklumat keturunan.
Sel-sel semua organisma mengandungi molekul ATP - asid trifosforik adenosin. ATP ialah bahan sel universal, molekulnya mempunyai ikatan yang kaya dengan tenaga. Molekul ATP ialah satu nukleotida unik, yang, seperti nukleotida lain, terdiri daripada tiga komponen: bes nitrogen - adenine, karbohidrat - ribosa, tetapi bukannya satu ia mengandungi tiga sisa molekul asid fosforik (Rajah 12). Sambungan yang ditunjukkan dalam rajah dengan ikon kaya dengan tenaga dan dipanggil makroergik. Setiap molekul ATP mengandungi dua ikatan tenaga tinggi.
Apabila ikatan tenaga tinggi dipecahkan dan satu molekul asid fosforik dikeluarkan dengan bantuan enzim, 40 kJ/mol tenaga dibebaskan, dan ATP ditukar kepada ADP - asid difosforik adenosin. Apabila satu lagi molekul asid fosforik dikeluarkan, 40 kJ/mol lagi dibebaskan; AMP terbentuk - asid monophosphoric adenosin. Tindak balas ini boleh diterbalikkan, iaitu, AMP boleh ditukar kepada ADP, ADP kepada ATP.
Molekul ATP bukan sahaja dipecahkan, tetapi juga disintesis, jadi kandungannya dalam sel secara relatifnya tetap. Kepentingan ATP dalam kehidupan sel adalah sangat besar. Molekul ini memainkan peranan utama dalam metabolisme tenaga yang diperlukan untuk memastikan kehidupan sel dan organisma secara keseluruhan.
nasi. 12. Skim struktur ATP.| adenine - |
Molekul RNA biasanya merupakan rantai tunggal, terdiri daripada empat jenis nukleotida - A, U, G, C. Tiga jenis RNA utama diketahui: mRNA, rRNA, tRNA. Kandungan molekul RNA dalam sel tidak tetap; ia mengambil bahagian dalam biosintesis protein. ATP ialah bahan tenaga sejagat sel, yang mengandungi ikatan yang kaya dengan tenaga. ATP memainkan peranan penting dalam metabolisme tenaga selular. RNA dan ATP terdapat dalam kedua-dua nukleus dan sitoplasma sel.
Tugasan dan ujian pada topik "Topik 4. "Komposisi kimia sel."
- polimer, monomer;
- karbohidrat, monosakarida, disakarida, polisakarida;
- lipid, asid lemak, gliserol;
- asid amino, ikatan peptida, protein;
- pemangkin, enzim, tapak aktif;
- asid nukleik, nukleotida.
Algoritma untuk menyelesaikan masalah.
Jenis 1. Penyalinan sendiri DNA.
Salah satu rantai DNA mempunyai urutan nukleotida berikut:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Apakah urutan nukleotida yang terdapat pada rantai kedua molekul yang sama?
Untuk menulis jujukan nukleotida untai kedua molekul DNA, apabila jujukan untai pertama diketahui, sudah cukup untuk menggantikan timin dengan adenina, adenina dengan timin, guanin dengan sitosin, dan sitosin dengan guanin. Setelah membuat penggantian ini, kami mendapat urutan:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...
Jenis 2. Pengekodan protein.
Rantaian asid amino protein ribonuklease mempunyai permulaan berikut: lisin-glutamin-treonin-alanine-alanine-alanine-lisin...
Apakah jujukan nukleotida bermula dengan gen yang sepadan dengan protein ini?
Untuk melakukan ini, gunakan jadual kod genetik. Bagi setiap asid amino, kita dapati penetapan kodnya dalam bentuk tiga kali ganda nukleotida yang sepadan dan tuliskannya. Dengan menyusun kembar tiga ini satu demi satu dalam susunan yang sama dengan asid amino yang sepadan, kami memperoleh formula untuk struktur bahagian RNA utusan. Sebagai peraturan, terdapat beberapa kembar tiga seperti itu, pilihan dibuat mengikut keputusan anda (tetapi hanya satu daripada kembar tiga diambil). Sehubungan itu, mungkin terdapat beberapa penyelesaian.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG
Apakah urutan asid amino yang bermula dengan protein jika ia dikodkan oleh urutan nukleotida berikut:
ACCTTCCATGGCCGGT...
Menggunakan prinsip saling melengkapi, kita dapati struktur bahagian RNA utusan yang terbentuk pada segmen ini Molekul DNA:
UGCGGGGUACCGGCCCA...
Kemudian kita beralih ke jadual kod genetik dan untuk setiap tiga kali ganda nukleotida, bermula dari yang pertama, kita mencari dan menulis asid amino yang sepadan:
Cysteine-glycine-tyrosine-arginine-proline-...
Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. " Biologi am". Moscow, "Pencerahan", 2000
- Topik 4. "Komposisi kimia sel." §2-§7 ms 7-21
- Topik 5. "Fotosintesis." §16-17 ms 44-48
- Topik 6. "Pernafasan selular." §12-13 ms 34-38
- Topik 7. "Maklumat genetik." §14-15 ms 39-44
Sel itu mengandungi kira-kira 70 unsur kimia jadual berkala D.I. Mendeleev. Bergantung pada kuantiti unsur kimia yang termasuk dalam bahan yang membentuk organisma hidup, adalah kebiasaan untuk membezakan beberapa kumpulan daripadanya.
Satu kumpulan (kira-kira 98% daripada jisim sel) dibentuk oleh empat unsur cahaya: hidrogen, oksigen, karbon, nitrogen. Mereka dipanggil makronutrien. Ini adalah komponen utama semua sebatian organik.
Kumpulan lain terdiri daripada unsur-unsur yang memasuki sel dalam kuantiti yang lebih kecil. Daripada jumlah ini, sulfur dan fosforus, bersama-sama dengan makroelemen, adalah sebahagian daripada sebatian organik penting - asid nukleik, protein, lemak, karbohidrat, hormon, kalium, natrium, magnesium, mangan, besi, klorin juga melaksanakan fungsi penting dalam sel. Unsur yang terkandung dalam sel dalam kuantiti yang sangat kecil dipanggil unsur mikro.
Kandungan unsur-unsur tertentu bergantung pada peranan fungsinya dalam sel dan organisma, jenis sel, serta pada ciri biokimia pelbagai kumpulan organisma. Dalam metabolisme yang mana unsur-unsur ini mengambil bahagian. Yang amat penting ialah keupayaan organisma untuk mengawal selia mereka komposisi ionik. Oleh itu, sel tumbuhan mengandungi lebih banyak kalium daripada sel haiwan. Natrium mendominasi dalam persekitaran ekstraselular haiwan.
Kekutuban molekul dan keupayaan untuk membentuk ikatan hidrogen menjadikan air sebagai pelarut yang baik untuk sejumlah besar bahan bukan organik dan organik. Bahan sedemikian dipanggil hidrofilik. Di samping itu, air memastikan kedua-dua kemasukan bahan ke dalam sel dan penyingkiran bahan buangan daripadanya.
Air mempunyai kekonduksian terma yang baik dan kapasiti haba yang tinggi, yang membolehkan suhu di dalam sel kekal tidak berubah apabila suhu ambien berubah.
Kebanyakan bahan bukan organik dalam sel adalah dalam bentuk garam, sama ada terurai menjadi ion atau dalam keadaan pepejal. Antara yang pertama sangat penting mempunyai kation K, Na, Ca, yang memberikan kerengsaan kepada organisma hidup. Sifat penimbalan sel bergantung kepada kepekatan garam di dalam sel. Penimbalan ialah keupayaan sel untuk mengekalkan tindak balas yang sedikit beralkali kandungannya pada tahap yang tetap di bawah keadaan persekitaran yang berubah-ubah.
Sebatian organik membentuk purata 20–30% daripada jisim sel. Ini termasuk polimer biologi: protein, asid nukleik, karbohidrat, serta lipid dan nombor molekul kecil- hormon, pigmen, ATP, dll.
tupai. Protein menduduki tempat pertama di antara bahan organik, baik dari segi kuantiti dan kepentingan.
Protein terdiri daripada 20 jenis asid amino yang berbeza. Formula am mereka
H 2 N─HC─COOH,
di mana R ialah radikal pelbagai struktur. Di sebelah kiri molekul terdapat kumpulan amina H 2 N, yang mempunyai sifat asas; di sebelah kanan ialah kumpulan karboksil COOH - berasid, ciri semua asid organik. Akibatnya, asid amino adalah sebatian amfoterik yang menggabungkan sifat kedua-dua asid dan bes. Apabila digabungkan, molekul asid amino membentuk ikatan antara karbon berasid dan nitrogen kumpulan utama. Ikatan sedemikian dipanggil kovalen, dalam dalam kes ini- ikatan peptida:
R 2 O H R 2 R 1 O H R 2
│ // \ │ │ ││ │ │
H 2 N─HC─C + N─HC─COOH → H 2 N─HC─C─N─HC─COOH + H 2 O
Sebatian yang terdiri daripada 20 atau lebih residu asid amino dipanggil polipeptida. Urutan asid amino dalam rantai polipeptida biasanya dipanggil struktur utama protein.
Walau bagaimanapun, molekul protein dalam bentuk rantaian asid amino yang disambung secara berurutan oleh ikatan peptida belum mampu melakukan fungsi tertentu. Ini memerlukan organisasi berstruktur yang lebih tinggi. Melalui pembentukan ikatan hidrogen antara sisa-sisa kumpulan karboksil dan amina asid amino yang berbeza molekul protein mengambil bentuk lingkaran. Ini adalah struktur sekunder protein. Tetapi dalam kebanyakan kes, hanya molekul dengan struktur tertier boleh berfungsi peranan biologi. Struktur tertier terbentuk kerana interaksi radikal, khususnya radikal sistein asid amino, yang mengandungi sulfur. Atom sulfur dua asid amino yang terletak pada jarak yang agak jauh antara satu sama lain disambungkan, membentuk apa yang dipanggil disulfida, atau ikatan S - S. Susunan heliks polipeptida menjadi globul (bola) dipanggil struktur tertier protein (Rajah 1).
Sesetengah fungsi badan dilakukan dengan penyertaan protein dengan tahap organisasi yang lebih tinggi - struktur kuaternari. Contohnya, hemoglobin, insulin.
Kehilangan organisasi struktur molekul protein dipanggil denaturasi (dari bahasa Latin denaturare - untuk menghilangkan sifat semula jadi).
Renaturasi ialah sifat protein untuk memulihkan sepenuhnya struktur yang hilang jika perubahan dalam persekitaran tidak membawa kepada kemusnahan struktur utama.
Salah satu fungsi protein yang paling penting dalam sel ialah pembinaan: protein terlibat dalam pembentukan semua membran sel dalam organel sel, serta struktur ekstraselular.
Yang paling penting ialah fungsi pemangkin protein. Semua pemangkin biologi - enzim - bahan sifat protein. Mereka mempercepatkan tindak balas kimia yang berlaku di dalam sel sebanyak berpuluh-puluh dan ratusan ribu kali ganda. Enzim memangkinkan hanya satu tindak balas, i.e. ia sangat spesifik.
Fungsi motor badan disediakan oleh protein kontraktil. Protein ini terlibat dalam semua jenis pergerakan yang mampu dilakukan oleh sel dan organisma: kerlipan silia dan pemukulan flagela dalam protozoa, pengecutan otot pada haiwan.
Fungsi pengangkutan protein terdiri daripada melekatkan unsur kimia (contohnya, oksigen) atau bahan aktif secara biologi (hormon) dan memindahkannya ke pelbagai tisu dan organ badan.
Apabila protein atau mikroorganisma asing memasuki badan, protein khas - antibodi - terbentuk dalam sel darah putih - leukosit. Mereka mengikat dan meneutralkan bahan yang luar biasa untuk badan. Ini menyatakan fungsi pelindung protein.
Protein juga berfungsi sebagai salah satu sumber tenaga dalam sel, i.e. melaksanakan fungsi tenaga. Apabila 1g protein dipecahkan sepenuhnya, 17.6 kJ tenaga dibebaskan.
Karbohidrat. Karbohidrat, atau sakarida, adalah bahan organik dengan formula am C n (H 2 O) m.
Karbohidrat dibahagikan kepada mudah dan kompleks. Karbohidrat ringkas ialah monosakarida. Bergantung kepada bilangan atom karbon dalam molekul, monosakarida dipanggil triosa, tetrosa, pentosa (ribosa dan deoksiribosa), heksosa (glukosa, galaktosa).
Karbohidrat kompleks yang terbentuk daripada banyak monosakarida dipanggil polisakarida.
Karbohidrat melakukan dua fungsi utama: pembinaan(kitin) dan tenaga(kanji dalam tumbuhan dan glikogen dalam haiwan adalah rizab tenaga). Karbohidrat adalah sumber tenaga utama dalam sel. Semasa pengoksidaan 1 g karbohidrat, 17.6 kJ tenaga dibebaskan.
Lipid. Lipid, atau lemak, ialah gabungan asid lemak berat molekul tinggi dan gliserol alkohol trihidrik. Lemak tidak larut dalam air - ia adalah hidrofobik. Sel sentiasa mengandungi bahan lain seperti lemak - lipoid.
Salah satu fungsi utama lemak ialah tenaga. Semasa pecahan 1g lemak, 38.9 kJ tenaga dibebaskan. Kandungan lemak dalam sel adalah 5-15% daripada jisim bahan kering.
Lipid dan lipoid melakukan dan fungsi pembinaan: Ia adalah sebahagian daripada membran sel. Oleh kerana kekonduksian terma yang lemah, lemak dapat melaksanakan fungsi tersebut penebat haba. Pembentukan beberapa lipoid mendahului sintesis beberapa hormon. Akibatnya, bahan-bahan ini juga mempunyai fungsi peraturan proses metabolik.
Asid nukleik. Nukleik (dari lat. nukleus- teras) asid - sebatian organik kompleks. Mereka terdiri daripada karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan fosforus.
Terdapat dua jenis asid nukleik - DNA dan RNA. Mereka boleh didapati dalam nukleus dan dalam sitoplasma dan organelnya.
DNA ialah asid deoksiribonukleik. Ia adalah polimer biologi yang terdiri daripada dua rantai polinukleotida yang bersambung antara satu sama lain. Monomer - nukleotida yang membentuk setiap rantai DNA - adalah sebatian organik yang kompleks. DNA terdiri daripada empat bes nitrogen: derivatif purin- adenina (A) dan guanina (G) dan terbitan pirimidin - sitosin (C) dan timin (T), gula pentosa pentaatomik - deoksiribosa, serta selebihnya asid fosforik (Rajah 2).
Dalam setiap rantai, nukleotida disambungkan antara satu sama lain melalui ikatan kovalen: deoksiribosa satu nukleotida disambungkan kepada residu asid fosforik nukleotida seterusnya. Kedua-dua rantai itu digabungkan menjadi satu molekul oleh ikatan hidrogen yang timbul di antara bes nitrogen yang membentuk nukleotida yang membentuk. litar yang berbeza. Konfigurasi spatial bagi bes nitrogen adalah berbeza dan bilangan ikatan tersebut antara bes nitrogen berbeza adalah tidak sama. Akibatnya, mereka hanya boleh menyambung secara berpasangan: adenina bes nitrogen (A) satu rantai polinukleotida sentiasa disambungkan oleh dua ikatan hidrogen dengan timin (T) rantai lain, dan guanin (G) disambungkan oleh tiga ikatan hidrogen. dengan sitosin bes nitrogen (C) bagi rantai polinukleotida yang bertentangan. Keupayaan untuk menggabungkan nukleotida secara selektif, menghasilkan pembentukan pasangan A-T dan G-C, dipanggil saling melengkapi(Gamb. 15). Jika jujukan tapak dalam satu rantai diketahui (contohnya, T-C-A-T-G), maka terima kasih kepada prinsip saling melengkapi (complementarity), jujukan asas yang bertentangan (A-G-T-A-C) juga akan diketahui.
Rajah.2 Bahagian molekul DNA. Sambungan pelengkap nukleotida rantai yang berbeza.
Rantai nukleotida membentuk heliks tebal tangan kanan dengan 10 tapak pada setiap pusingan. Urutan sambungan nukleotida dalam satu rantai adalah bertentangan dengan yang lain, i.e. helai yang membentuk satu molekul DNA adalah berbilang arah , atau antiselari : jujukan ikatan internukleotida dalam dua rantai diarahkan ke sisi bertentangan: 5" -3" dan 3" -5". Kumpulan gula-fosfat nukleotida berada di luar, dan bes nitrogen berada di dalam. Rantaian berpintal relatif antara satu sama lain, serta sekeliling paksi sepunya, membentuk heliks berganda. Struktur molekul ini dikekalkan terutamanya oleh ikatan hidrogen (Rajah 3).
Struktur sekunder DNA pertama kali ditubuhkan oleh ahli biologi Amerika J. Watson dan ahli fizik Inggeris F. Crick.
Rajah 3 Diagram struktur heliks berganda DNA: A- model planar, rangka gula-fosfat ditunjukkan dengan garis tebal; B - model volumetrik
Apabila DNA digabungkan dengan protein tertentu (histones), tahap helikalisasi molekul meningkat - superhelix DNA muncul, ketebalannya meningkat dengan ketara dan panjangnya berkurangan (Rajah 4). Unit pemadatan molekul DNA ialah nukleosom , asasnya ialah 8 molekul histon, 2 daripada setiap jenis (H2A, H2B, NZ dan H4). Permukaan molekul protein ini menanggung caj positif dan membentuk rangka kerja di mana molekul DNA bercas negatif boleh berpintal. Setiap nukleosom mengandungi 146 hingga 200 pasangan asas. Jenis histon kelima - H1 - menyambung ke bahagian DNA yang menghubungkan satu nukleosom kepada DNA yang lain dipanggil linear atau penghubung - penghubung . Nukleo
somas terletak di sepanjang DNA pada jarak tertentu, berbeza-beza bergantung pada jenis sel - dari 20 hingga 50 nm. Ini mewujudkan struktur seperti manik, di mana setiap manik adalah nukleosom.
nasi. 4 Skim pembentukan superhelix DNA.
DNA linear
Nukleosom dan DNA penghubung, seterusnya, dibungkus menjadi fibril, yang membentuk gelung dalam kromosom. Lagi tahap tinggi helikalisasi boleh mengurangkan panjang molekul DNA dengan ketara. Memadai untuk mengatakan bahawa jumlah panjang molekul DNA yang membentuk kromosom manusia ialah 1.74 m terletak di dalam sel dengan diameter 5-7 mikron. Molekul sedemikian, "dibungkus" dengan teliti dengan protein, boleh diperhatikan dalam mikroskop cahaya semasa pembahagian sel dalam bentuk badan memanjang yang diwarnai dengan baik -x Romosom.
RNA- asid ribonukleik. RNA dan juga DNA , ialah polimer yang monomernya adalah nukleotida yang hampir dengan nukleotida DNA. Bes nitrogen bagi tiga nukleotida adalah sama seperti yang membentuk DNA (adenine, guanina, sitosin), bes keempat ialah urasil(Y) hanya terdapat dalam molekul RNA (bukan timin). Nukleotida RNA berbeza daripada nukleotida DNA dalam struktur karbohidrat yang terkandung di dalamnya: ia termasuk pentosa lain - ribosa(bukan deso-xyribose). Dalam rantai, nukleotida RNA disambungkan kerana pembentukan ikatan kovalen antara ribosa satu nukleotida dan residu asid fosforik yang lain.
Berdasarkan strukturnya, RNA untai dua dan untai tunggal dibezakan. RNA terkandas dua menyimpan maklumat genetik dalam beberapa virus, i.e. Mereka melaksanakan fungsi kromosom. MRNA untaian tunggal membawa maklumat tentang urutan asid amino dalam protein (iaitu, tentang struktur protein) daripada kromosom ke tapak sintesisnya dan terlibat dalam sintesis protein.
 |
Rajah 5 Skim struktur tRNA: A, B, C, D - kawasan sambungan pelengkap dalam satu molekul RNA; D- tapak (pusat aktif) sambungan dengan asid amino; E- tapak (pusat aktif) sambungan pelengkap dengan molekul dan RNA (antikodon)
Terdapat beberapa jenis RNA untai tunggal. Nama mereka ditentukan oleh fungsi atau lokasi mereka dalam sel. Kebanyakan RNA dalam sitoplasma (sehingga 80 - 90%) adalah RNA ribosom (rRNA), terkandung dalam ribosom. Molekul rRNA agak kecil dan terdiri daripada 3 - 5 ribu nukleotida. Satu lagi jenis RNA ialah RNA messenger (mRNA), yang membawa maklumat tentang urutan asid amino dalam protein yang mesti disintesis kepada ribosom. Saiz RNA ini bergantung pada panjang bahagian DNA di mana ia disintesis. Molekul dan RNA boleh terdiri daripada 300 - 30,000 nukleotida. Pemindahan RNA (tRNA) termasuk 76 - 85 nukleotida (Rajah) dan melaksanakan beberapa fungsi. Mereka menghantar asid amino ke tapak sintesis protein dan menjalankan orientasi tepat asid amino (mengikut prinsip saling melengkapi) pada ribosom. tRNA mempunyai dua pusat aktif, satu daripadanya bersambung dengan asid amino tertentu, dan satu lagi, terdiri daripada tiga nukleotida, berfungsi untuk sambungan pelengkap dengan molekul mRNA. Kawasan ini dipanggil antikodon.
Kira-kira 60 unsur jadual berkala Mendeleev ditemui dalam sel, yang juga terdapat dalam alam semula jadi tidak bernyawa. Ini adalah salah satu bukti kesamaan alam yang hidup dan tidak bernyawa. Dalam organisma hidup, yang paling banyak ialah hidrogen, oksigen, karbon dan nitrogen, yang membentuk kira-kira 98% daripada jisim sel. Ini disebabkan oleh sifat kimia khas hidrogen, oksigen, karbon dan nitrogen, akibatnya mereka ternyata paling sesuai untuk pembentukan molekul yang melaksanakan fungsi biologi. Keempat-empat unsur ini mampu membentuk ikatan kovalen yang sangat kuat dengan memasangkan elektron kepunyaan dua atom. Atom karbon terikat kovalen boleh membentuk rangka kerja molekul organik yang berbeza yang tidak terkira banyaknya. Oleh kerana atom karbon mudah membentuk ikatan kovalen dengan oksigen, hidrogen, nitrogen, dan sulfur, molekul organik mencapai kerumitan dan kepelbagaian struktur yang luar biasa.
Sebagai tambahan kepada empat unsur utama dalam sel dalam kuantiti yang ketara (10 s
dan 100 s
pecahan peratus) mengandungi besi, kalium, natrium, kalsium, magnesium, klorin, fosforus dan sulfur. Semua unsur lain (zink, kuprum, iodin, fluorin, kobalt, mangan, dll.) ditemui dalam sel dalam kuantiti yang sangat kecil dan oleh itu dipanggil unsur surih.
Unsur kimia adalah sebahagian daripada sebatian tak organik dan organik. Sebatian tak organik termasuk air, garam mineral, karbon dioksida, asid dan bes. Sebatian organik ialah protein, asid nukleik, karbohidrat, lemak (lipid) dan lipoid. Selain oksigen, hidrogen, karbon dan nitrogen, ia mungkin mengandungi unsur lain. Sesetengah protein mengandungi sulfur. Fosforus adalah komponen asid nukleik. Molekul hemoglobin termasuk besi, magnesium terlibat dalam pembinaan molekul klorofil. Unsur mikro, walaupun kandungannya sangat rendah dalam organisma hidup, memainkan peranan penting dalam proses kehidupan. Iodin adalah sebahagian daripada hormon tiroid - tiroksin, kobalt adalah sebahagian daripada vitamin B 12
Hormon bahagian pulau kecil pankreas - insulin - mengandungi zink. Dalam sesetengah ikan, kuprum menggantikan besi dalam molekul pigmen pembawa oksigen.
Artikel lain:
Asal monofiletik manusia: teori polycentrism dan monocentrism
Dalam sejarah antropologi, persoalan sama ada semua bangsa manusia berasal dari satu akar yang sama atau dari beberapa akar yang berbeza, telah diletakkan dalam pelbagai cara: semasa ke-18 dan sehingga pertengahan abad ke-19. – dalam bidang sistematik, bermula dari yang kedua...
Faktor semulajadi pembentukan kaum
Apakah peranannya faktor semulajadi pembentukan bangsa? Pakar membandingkan variasi geografi ciri tertentu dengan ciri iklim. Hasilnya, korelasi positif yang meyakinkan diperolehi antara lebar hidung dan purata...
Yang terbaik
Katak terkecil ialah katak dada hitam (Bufo taitanus beiranus), yang terdapat di Afrika. Spesimen terbesar ialah 24 mm panjang. “Katak terkecil” Katak terkecil dan pada masa yang sama amfibia terkecil ialah kerdil Cuba...