Tüm canlı organizmalar hücrelerden oluşur. Kimyasal bileşimÇok sayıda bitki ve hayvan hücresi var ortak özellikler. Bitki hücreleri büyük miktarda içerir kimyasal elementler cansız nesnelerin de parçası olabilir. Hücre içinde meydana gelen çeşitli kimyasal reaksiyonlara katılırlar. Bitkiler de dahil olmak üzere canlı organizmaların hücrelerinin kimyasal bileşimi esas olarak karbon, hidrojen, oksijen ve nitrojen gibi elementleri içerir. Genel olarak bu elementler hücre kütlesinin %98'ini oluşturur. Bu elementlerin canlı maddedeki göreceli içeriği yer kabuğundakinden çok daha yüksektir.
Diğer elementler (potasyum, kalsiyum, kükürt, fosfor, sodyum, silikon, klor, demir, magnezyum) yüzde onda birini veya yüzde birini oluşturur. toplam kütle bitki hücreleri. Canlı bir organizmadaki çinko, bakır, iyot gibi diğer kimyasal elementlerin içeriği daha da azdır (yüzde binde biri ve on binde biri). Kimyasal elementler birbirleriyle birleşerek inorganik ve organik madde.
Organik maddeler bitkiler de dahil olmak üzere canlı organizmaların önemli bir yapısal bileşenidir. Bunlara karbonhidratlar, yağlar, proteinler, nükleik asitler vb. dahildir. Proteinler çeşitli proteinlerin bir parçasıdır hücresel oluşumlar, hayati süreçleri düzenler ve yedekte saklanır. Yağlar bitkinin tohumunda ve diğer kısımlarında depolanır.
Yağların önemi, parçalanmaları sonucunda bitki gövdesinin yaşamı için gerekli enerjinin açığa çıkmasıdır. Karbonhidratlar, canlı organizmaların varoluşları için gerekli enerjiyi elde ettiği parçalanma yoluyla ana organik bileşik grubudur.
Fotosentez nedeniyle bitki hücrelerinde oluşan en yaygın depo karbonhidratı nişastadır.
Bu bileşiğin büyük bir kısmı, örneğin patates yumrularının veya tahıl tohumlarının hücrelerinde biriktirilir. Diğer karbonhidratlar (şekerler) bitki meyvelerine tatlı tat verir. Ve selüloz gibi bir karbonhidrat da bunun bir parçasıdır hücre zarları bitkiler. Nükleik asitler kalıtsal bilgilerin korunmasında ve nesillere aktarılmasında öncü bir rol oynar.
Bitki hücresinin bileşimindeki inorganik maddeler arasında su ve mineral tuzları bulunur. Su, toplam hücre kütlesinin %60 ila 95'ini oluşturur. Su sayesinde hücre gerekli elastikiyete ve şekle kavuşur. Su aynı zamanda metabolizmada da yer alır.
Su, besin maddelerinin bitki içindeki hareketini sağlar ve oyun oynar. önemli rol vücut sıcaklığının düzenlenmesinde.
Hücre kütlesinin yaklaşık %1-1,5'u potasyum, sodyum ve kalsiyum tuzları dahil olmak üzere mineral tuzlardan oluşur.
Magnezyum ve demir tuzları klorofil oluşumuna katıldıkları için büyük önem taşımaktadır. Bu elementlerin eksikliği veya yokluğu nedeniyle yapraklar soluklaşır, hatta yeşil rengini kaybeder, fotosentez süreçleri bozulur veya askıya alınır.
Dolayısıyla bitki hücresi, çeşitli kimyasal bileşiklerin üretilip dönüştürüldüğü bir tür “doğal laboratuvar”dır. Bu nedenle hücre temel bir bileşen olarak kabul edilir ve fonksiyonel ünite yaşayan organizma.
İlgili malzemeler:
Hücre- Dünyadaki yaşamın temel birimi. Canlı bir organizmanın tüm özelliklerine sahiptir: Büyür, çoğalır, çevreyle madde ve enerji alışverişinde bulunur, tepki verir. dış uyaranlar. Biyolojik evrimin başlangıcı, Dünya'daki hücresel yaşam formlarının ortaya çıkmasıyla ilişkilidir. Tek hücreli organizmalar Birbirinden ayrı olarak var olan hücrelerdir. Tüm çok hücreli organizmaların (hayvanlar ve bitkiler) vücudu daha büyük veya daha küçük sayı oluşturan bir tür blok olan hücreler karmaşık organizma. Bir hücrenin bütünleşik bir yaşam sistemi olup olmadığına bakılmaksızın - ayrı organizma ya da sadece bir kısmını oluşturuyorsa, tüm hücrelerde ortak olan bir dizi özellik ve özellik ile donatılmıştır.
Hücrenin kimyasal bileşimi
Hücrelerde yaklaşık 60 element bulundu periyodik tablo Cansız doğada da bulunan Mendeleev. Bu da canlı ve cansız doğanın ortak olduğunun kanıtlarından biridir. Canlı organizmalarda en çok bulunanlar, hücre kütlesinin yaklaşık %98'ini oluşturan hidrojen, oksijen, karbon ve nitrojendir. Bu özelliklerden kaynaklanıyor kimyasal özellikler hidrojen, oksijen, karbon ve nitrojen, bunun sonucunda biyolojik işlevleri yerine getiren moleküllerin oluşumu için en uygun oldukları ortaya çıktı. Bu dört element çok güçlü bir yapı oluşturma kapasitesine sahiptir. kovalent bağlar iki atoma ait elektronları eşleştirerek. Kovalent bağlı karbon atomları sayısız farklı organik molekülün çerçevesini oluşturabilir. Karbon atomları oksijen, hidrojen, nitrojen ve ayrıca kükürt ile kolayca kovalent bağlar oluşturduğundan, organik moleküller olağanüstü karmaşıklık ve yapı çeşitliliği elde edin.
Hücre, dört ana elemente ek olarak gözle görülür miktarlarda (yüzde 10'uncu ve 100'üncü fraksiyonlar) demir, potasyum, sodyum, kalsiyum, magnezyum, klor, fosfor ve kükürt içerir. Diğer tüm elementler (çinko, bakır, iyot, flor, kobalt, manganez vb.) hücrede çok küçük miktarlarda bulunur ve bu nedenle iz elementler olarak adlandırılır.
Kimyasal elementler inorganik ve organik bileşiklerin bir parçasıdır. İLE inorganik bileşikler su, mineral tuzları, karbondioksit, asitler ve bazları içerir. Organik bileşikler- bunlar proteinler, nükleik asitler, karbonhidratlar, yağlar (lipitler) ve lipoidlerdir. Oksijen, hidrojen, karbon ve nitrojenin yanı sıra başka elementler de içerebilirler. Bazı proteinler kükürt içerir. Ayrılmaz bir parça nükleik asitler fosfordur. Hemoglobin molekülü demir içerir, magnezyum ise klorofil molekülünün yapımında rol oynar. Mikro elementler, canlı organizmalardaki son derece düşük içeriklerine rağmen yaşam süreçlerinde önemli bir rol oynamaktadır. İyot hormonun bir parçasıdır tiroid bezi– tiroksin, kobalt – B 12 vitamininin bileşiminde, pankreasın adacık kısmındaki hormon – insülin – çinko içerir. Bazı balıklarda oksijen taşıyan pigment moleküllerinde demirin yerini bakır alır.
İnorganik maddeler
su
H 2 O canlı organizmalarda en yaygın bileşiktir. İçeriği farklı hücreler Oldukça geniş çeşitlilik gösterir: diş minesinde %10'dan denizanasının vücudunda %98'e kadar, ancak ortalama olarak vücut ağırlığının yaklaşık %80'ini oluşturur. Suyun yaşam süreçlerini desteklemedeki son derece önemli rolü, fiziksel ve kimyasal özellikler. Moleküllerin polaritesi ve hidrojen bağları oluşturma yeteneği, suyu çok sayıda madde için iyi bir çözücü haline getirir. Bir hücrede meydana gelen çoğu kimyasal reaksiyon yalnızca sulu bir çözeltide meydana gelebilir. Su aynı zamanda birçok kimyasal dönüşüme de katılmaktadır.
Su molekülleri arasındaki toplam hidrojen bağı sayısı t'ye bağlı olarak değişir. °. t'de ° Buz eridiğinde, hidrojen bağlarının yaklaşık %15'i, t° 40°C'de - yarısı kadar - yok edilir. Gaz haline geçişte tüm hidrojen bağları yok edilir. Bu, suyun yüksek özgül ısı kapasitesini açıklar. Dış ortamın sıcaklığı değiştiğinde su, hidrojen bağlarının kopması veya yeni oluşması nedeniyle ısıyı emer veya serbest bırakır. Bu sayede hücre içindeki sıcaklık dalgalanmalarının çevreye göre daha küçük olduğu ortaya çıkar. Yüksek buharlaşma ısısı, bitkilerde ve hayvanlarda etkili ısı transfer mekanizmasının temelini oluşturur.
Bir çözücü olarak su, vücut hücrelerinin yaşamında önemli bir rol oynayan ozmoz olayında rol alır. Osmoz çözücü moleküllerin hareketidir. yarı geçirgen membran herhangi bir maddenin çözeltisine dönüştürülür. Yarı geçirgen membranlar, solvent moleküllerinin geçmesine izin veren ancak çözünen moleküllerin (veya iyonların) geçmesine izin vermeyen membranlardır. Bu nedenle ozmoz, su moleküllerinin çözelti yönünde tek yönlü difüzyonudur.
Mineral tuzlar
Çoğu inorganik içerideki hücreler ayrışmış veya katı halde tuzlar halinde bulunur. Hücredeki ve çevresindeki katyon ve anyonların konsantrasyonu aynı değildir. Hücre oldukça fazla K ve çok fazla Na içerir. Hücre dışı ortamda, örneğin kan plazmasında, deniz suyunda ise tam tersine çok fazla sodyum ve az miktarda potasyum bulunur. Hücre sinirliliği, Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ iyonlarının konsantrasyonlarının oranına bağlıdır. Çok hücreli hayvanların dokularında K, hücrelerin uyumunu ve düzenli düzenini sağlayan çok hücreli maddenin bir parçasıdır. Hücredeki ozmotik basınç ve tampon özellikleri büyük ölçüde tuz konsantrasyonuna bağlıdır. Tamponlama, bir hücrenin içeriğinin hafif alkali reaksiyonunu sabit bir seviyede tutma yeteneğidir. Hücre içindeki tamponlama esas olarak H 2 PO 4 ve HPO 4 2- iyonları tarafından sağlanır. Hücre dışı sıvılarda ve kanda, tamponun rolü H2C03 ve HCO3- tarafından oynanır. Anyonlar H iyonlarını ve hidroksit iyonlarını (OH -) bağlar, böylece hücre dışı sıvıların hücresi içindeki reaksiyon neredeyse hiç değişmeden kalır. Çözünmeyen mineral tuzları (örneğin Ca fosfat), omurgalıların ve yumuşakçaların kabuklarının kemik dokusuna güç sağlar.
Organik hücre maddesi
Sincaplar
Hücrenin organik maddeleri arasında proteinler hem miktar (hücrenin toplam kütlesinin %10-12'si) hem de önem bakımından ilk sırada yer almaktadır. Proteinler yüksek molekül ağırlıklı polimerlerdir ( moleküler ağırlık 6000'den 1 milyona kadar ve üzeri), monomerleri amino asitlerdir. Yaşayan organizmalar 20 amino asit kullanır, ancak çok daha fazlası vardır. Herhangi bir amino asidin bileşimi, temel özelliklere sahip bir amino grubu (-NH2) ve bir karboksil grubu (-COOH) içerir. asit özellikleri. İki amino asit, bir HN-CO bağı kurularak bir molekül halinde birleştirilir ve bir su molekülü açığa çıkar. Bir amino asidin amino grubu ile diğerinin karboksil grubu arasındaki bağa peptid bağı denir. Proteinler onlarca ve yüzlerce amino asit içeren polipeptitlerdir. Çeşitli proteinlerin molekülleri, moleküler ağırlık, sayı, amino asitlerin bileşimi ve polipeptit zincirindeki konumlarının sırası bakımından birbirinden farklılık gösterir. Bu nedenle proteinlerin son derece çeşitli olduğu açıktır; tüm canlı organizma türlerindeki sayılarının 10 10 - 10 12 olduğu tahmin edilmektedir.
Belirli bir dizide peptit bağları ile kovalent olarak bağlanan amino asit birimlerinin oluşturduğu zincire denir. Birincil yapı sincap. Hücrelerde proteinler spiral olarak bükülmüş liflere veya toplara (kürecikler) benzer. Bu, doğal proteinde polipeptit zincirinin, bağlı olarak kesin olarak tanımlanmış bir şekilde düzenlenmesi gerçeğiyle açıklanmaktadır. kimyasal yapı içerdiği amino asitler.
İlk olarak polipeptit zinciri bir spiral şeklinde katlanır. Komşu sıraların atomları arasında çekim meydana gelir ve özellikle NH- ve arasında hidrojen bağları oluşur. CO grupları, bitişik dönüşlerde bulunur. Spiral şeklinde bükülmüş bir amino asit zinciri, proteinin ikincil yapısını oluşturur. Sarmalın daha da katlanması sonucunda, üçüncül yapı adı verilen, her proteine özel bir konfigürasyon ortaya çıkar. Üçüncül yapı, bazı amino asitlerde bulunan hidrofobik radikaller ile amino asit sisteinin SH grupları arasındaki kovalent bağlar arasındaki yapışma kuvvetlerinin etkisinden kaynaklanmaktadır ( S-S bağlantıları). Hidrofobik radikallere ve sisteine sahip amino asitlerin sayısı ve bunların polipeptit zincirindeki düzenlenme sırası her proteine özeldir. Sonuç olarak, bir proteinin üçüncül yapısının özellikleri, onun birincil yapısı tarafından belirlenir. Protein biyolojik aktiviteyi yalnızca üçüncül bir yapı formunda sergiler. Bu nedenle bir polipeptit zincirinde tek bir amino asidin bile değiştirilmesi, proteinin konfigürasyonunda değişikliğe ve biyolojik aktivitesinin azalmasına veya kaybolmasına neden olabilir.
Bazı durumlarda protein molekülleri birbirleriyle birleşerek görevlerini ancak kompleksler halinde yerine getirebilirler. Dolayısıyla hemoglobin dört molekülden oluşan bir komplekstir ve yalnızca bu formda oksijeni bağlama ve taşıma yeteneğine sahiptir. Bu tür kümeler, proteinin dördüncül yapısını temsil eder. Bileşimlerine göre proteinler basit ve karmaşık olmak üzere iki ana sınıfa ayrılır. Basit proteinler yalnızca amino asitler, nükleik asitler (nükleotitler), lipitler (lipoproteinler), Me (metaloproteinler), P (fosfoproteinler) içerir.
Hücredeki proteinlerin işlevleri son derece çeşitlidir. En önemlilerinden biri inşaat işlevidir: proteinler tüm yapıların oluşumunda rol oynar. hücre zarları ve hücre organellerinin yanı sıra hücre içi yapılar. Münhasıran önemli proteinlerin enzimatik (katalitik) bir rolü vardır. Enzimler hızlanır kimyasal reaksiyonlar hücrede 10 ki ve 100 ni milyon kez meydana gelir. Motor fonksiyonözel kasılma proteinleri tarafından sağlanır. Bu proteinler, hücrelerin ve organizmaların yapabildiği her türlü harekette rol oynar: tek hücreli canlılarda siliaların titreşmesi ve flagella'nın çırpılması, hayvanlarda kas kasılması, bitkilerde yaprakların hareketi vb. Proteinlerin taşıma işlevi, kimyasal elementler (örneğin, hemoglobin O ekler) veya biyolojik olarak bağlanır aktif maddeler(hormonlar) ve bunları vücudun doku ve organlarına taşır. Koruyucu işlev, yabancı proteinlerin veya hücrelerin vücuda nüfuz etmesine yanıt olarak antikor adı verilen özel proteinlerin üretilmesi şeklinde ifade edilir. Antikorlar yabancı maddeleri bağlar ve nötralize eder. Proteinler enerji kaynağı olarak önemli bir rol oynar. Tam bölme ile 1g. 17,6 kJ (~4,2 kcal) protein açığa çıkar.
Karbonhidratlar
Karbonhidratlar veya sakkaritler organik maddelerdir. Genel formül(CH20) n. Çoğu karbonhidrat iki kat daha fazla H atomuna sahiptir daha fazla sayı Ey atomlar, su moleküllerinde olduğu gibi. Bu yüzden bu maddelere karbonhidrat adı verildi. Canlı bir hücrede karbonhidratlar 1-2'yi geçmeyen miktarlarda, bazen %5'i (karaciğerde, kaslarda) bulunur. Karbonhidratlar açısından en zengin bitki hücreleri bazı durumlarda içeriğinin kuru madde kütlesinin (tohumlar, patates yumruları vb.)% 90'ına ulaştığı yer.
Karbonhidratlar basit ve karmaşıktır. Basit karbonhidratlara monosakkaritler denir. Moleküldeki karbonhidrat atomlarının sayısına bağlı olarak monosakkaritler trioz, tetroz, pentoz veya heksoz olarak adlandırılır. Altı karbon monosakaritten (heksozlar) en önemlileri glikoz, fruktoz ve galaktozdur. Kanda glikoz bulunur (%0,1-0,12). Pentozlar riboz ve deoksiriboz, nükleik asitlerde ve ATP'de bulunur. İki monosakkarit bir molekülde birleşirse bileşiğe disakkarit denir. Kamış veya şeker pancarından elde edilen sofra şekeri, bir molekül glikoz ve bir molekül fruktoz, süt şekeri - glikoz ve galaktozdan oluşur.
Kompleks karbonhidratlarÇok sayıda monosakkaritin oluşturduğu maddelere polisakkaritler denir. Nişasta, glikojen, selüloz gibi polisakkaritlerin monomeri glikozdur. Karbonhidratlar iki ana işlevi yerine getirir: inşaat ve enerji. Selüloz bitki hücrelerinin duvarlarını oluşturur. Kompleks polisakkarit kitin, eklembacaklıların dış iskeletinin ana yapısal bileşeni olarak görev yapar. Kitin ayrıca mantarlarda da inşaat işlevi görür. Karbonhidratlar hücredeki ana enerji kaynağı rolünü oynar. 1 g karbonhidratın oksidasyonu sırasında 17,6 kJ (~4,2 kcal) açığa çıkar. Bitkilerde nişasta, hayvanlarda ise glikojen hücrelerde depolanır ve enerji rezervi görevi görür.
Nükleik asitler
Nükleik asitlerin hücredeki önemi çok büyüktür. Kimyasal yapılarının özellikleri, her dokuda belirli bir aşamada sentezlenen protein moleküllerinin yapısı hakkındaki bilgilerin yavru hücrelere depolanması, aktarılması ve miras alınması olasılığını sağlar. kişisel Gelişim. Hücrelerin çoğu özelliği ve karakteristiği proteinler tarafından belirlendiğinden, nükleik asitlerin stabilitesinin hücrelerin ve tüm organizmanın normal işleyişi için en önemli koşul olduğu açıktır. Hücre yapısında veya aktivitesinde herhangi bir değişiklik fizyolojik süreçler içlerinde, böylece yaşam aktivitesini etkiler. Nükleik asitlerin yapısının incelenmesi, organizmalardaki özelliklerin kalıtımını ve hem bireysel hücrelerin hem de hücresel sistemlerin (doku ve organların) işleyiş modellerini anlamak için son derece önemlidir.
2 tip nükleik asit vardır; DNA ve RNA. DNA, çift sarmal oluşturacak şekilde düzenlenmiş iki nükleotid sarmalından oluşan bir polimerdir. DNA moleküllerinin monomerleri, azotlu bir baz (adenin, timin, guanin veya sitozin), bir karbonhidrat (deoksiriboz) ve bir fosforik asit kalıntısından oluşan nükleotitlerdir. DNA molekülündeki azotlu bazlar birbirine eşit olmayan sayıda H bağlarıyla bağlanır ve çiftler halinde düzenlenir: adenin (A) her zaman timine (T), guanin (G) ise sitozine (C) karşıdır.
Nükleotidler birbirine rastgele değil seçici olarak bağlanır. Adeninin timinle ve guaninin sitozinle seçici etkileşimi yeteneğine tamamlayıcılık denir. Belirli nükleotidlerin tamamlayıcı etkileşimi, moleküllerindeki atomların uzaysal düzenlemesinin özellikleriyle açıklanır, bu da onların yaklaşmasına ve H bağları oluşturmasına olanak tanır. Bir polinükleotid zincirinde, komşu nükleotidler birbirine bir şeker (deoksiriboz) ve bir fosforik asit kalıntısı aracılığıyla bağlanır. RNA, DNA gibi, monomerleri nükleotid olan bir polimerdir. Üç nükleotidin azotlu bazları, DNA'yı oluşturanlarla aynıdır (A, G, C); dördüncüsü - urasil (U) - RNA molekülünde timin yerine bulunur. RNA nükleotidleri, içerdikleri karbonhidratın yapısı (deoksiriboz yerine riboz) bakımından DNA nükleotidlerinden farklılık gösterir.
Bir RNA zincirinde nükleotidler, bir nükleotidin ribozu ile diğerinin fosforik asit kalıntısı arasında kovalent bağlar oluşturularak birleştirilir. Yapı iki sarmallı RNA arasında farklılık gösterir. Çift sarmallı RNA koruyucudur genetik bilgi bir dizi virüste, yani. Kromozomların görevlerini yerine getirirler. Tek sarmallı RNA, proteinlerin yapısı hakkındaki bilgileri kromozomdan sentezlendikleri yere aktarır ve protein sentezine katılır.
Tek sarmallı RNA'nın birkaç türü vardır. Adları hücredeki işlevlerine veya konumlarına göre belirlenir. En Sitoplazmik RNA (%80-90'a kadar), ribozomlarda bulunan ribozomal RNA'dır (rRNA). rRNA molekülleri nispeten küçüktür ve ortalama 10 nükleotitten oluşur. Ribozomlara sentezlenmesi gereken proteinlerdeki amino asitlerin dizisi hakkında bilgi taşıyan başka bir RNA türü (mRNA). Bu RNA'ların boyutu sentezlendikleri DNA bölgesinin uzunluğuna bağlıdır. Transfer RNA'ları çeşitli işlevleri yerine getirir. Amino asitleri protein sentezi bölgesine iletirler, aktarılan amino aside karşılık gelen üçlüyü ve RNA'yı (tamamlayıcılık ilkesine göre) "tanırlar" ve amino asidin ribozom üzerindeki tam yönelimini gerçekleştirirler.
Yağlar ve lipitler
Yağlar yağ bileşikleridir yüksek molekül ağırlıklı asitler ve trihidrik alkol gliserol. Yağlar suda çözünmez; hidrofobiktirler. Hücrede her zaman lipoid adı verilen başka karmaşık hidrofobik yağ benzeri maddeler bulunur. Yağların temel işlevlerinden biri enerjidir. 1 g yağın CO2 ve H20'ya parçalanması sırasında büyük miktarda enerji açığa çıkar - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Hücredeki yağ içeriği kuru madde kütlesinin %5-15'i arasında değişir. Canlı doku hücrelerinde yağ miktarı %90'a çıkar. Hayvan (ve kısmen bitki) dünyasında yağların ana işlevi depolamadır.
1 g yağın tamamen oksidasyonu ile (en fazla karbon dioksit ve su) yaklaşık 9 kcal enerji açığa çıkar. (1 kcal = 1000 cal; kalori (cal, cal) - iş ve enerji miktarının sistem dışı birimi olup, standart olarak 1 ml suyu 1 °C ısıtmak için gereken ısı miktarına eşittir. atmosferik basınç 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ). 1 g protein veya karbonhidrat (vücutta) oksitlendiğinde yalnızca yaklaşık 4 kcal/g açığa çıkar. Tek hücrelilerden çok çeşitli suda yaşayan organizmalarda diatomlar Köpekbalıklarının tadını çıkaran yağlar "yüzecek" ve ortalama vücut yoğunluğunu azaltacaktır. Hayvansal yağların yoğunluğu yaklaşık 0,91-0,95 g/cm³'tür. Omurgalı kemik dokusunun yoğunluğu 1,7-1,8 g/cm³'e yakındır ve ortalama yoğunluk diğer kumaşların çoğu 1 g/cm³'e yakındır. Ağır bir iskeleti “dengelemek” için oldukça fazla yağa ihtiyacınız olduğu açıktır.
Yağlar ve lipitler aynı zamanda bir inşaat işlevi de yerine getirir: hücre zarlarının bir parçasıdırlar. Zayıf ısı iletkenliği nedeniyle yağ koruyucu bir işlev görebilir. Bazı hayvanlarda (foklar, balinalar) deri altı yağ dokusunda birikerek 1 m kalınlığa kadar bir tabaka oluşturur. Bazı lipoidlerin oluşumu, bir dizi hormonun sentezinden önce gelir. Sonuç olarak, bu maddelerin aynı zamanda metabolik süreçleri düzenleme işlevi de vardır.
Organizmalar hücrelerden oluşur. Farklı organizmaların hücreleri benzer kimyasal bileşimlere sahiptir. Tablo 1, canlı organizmaların hücrelerinde bulunan ana kimyasal elementleri sunmaktadır.
Tablo 1. Hücredeki kimyasal elementlerin içeriği
Hücredeki içeriğe bağlı olarak üç grup öğe ayırt edilebilir. 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 yaşam imkansızdır. 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.
Hücrenin içerdiği kimyasal elementlerden bazıları inorganik maddeler- mineral tuzları ve su.
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 alkalidir 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 bağlantıyı sağlar çok sayıda su molekülleri. 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 oyunları büyük rol Hücrede meydana gelen kimyasal reaksiyonlarda sulu çözeltiler. Vücudun ihtiyaç duymadığı metabolik ürünleri çözer ve böylece bunların vücuttan atılmasını teşvik eder. Harika içerik kafesteki su bunu veriyor esneklik. Su hareketi teşvik eder çeşitli maddeler Bir hücrenin içinde veya hücreden hücreye.
Canlı ve cansız doğadaki bedenler 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
Canlı organizmaların hücrelerinde yaklaşık 90 element bulunur ve bunların yaklaşık 25'i hemen hemen tüm hücrelerde bulunur. Hücredeki içeriklerine göre kimyasal elementler üç büyük gruba ayrılır: makro elementler (%99), mikro elementler (%1), ultramikro elementler (%0,001'den az).
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.
| ELEMENTLER | VÜCUT İÇERİĞİ (%) | BİYOLOJİK ÖNEM |
| Makrobesinler: | ||
| O.C.H.N. | 62-3 | Hücrelerdeki tüm organik maddeleri ve suyu içerir |
| Fosfor R | 1,0 | Nükleik asitlerin, ATP'nin (yüksek enerjili bağlar oluşturur), enzimlerin, kemik dokusunun ve diş minesinin bir parçasıdırlar. |
| Kalsiyum Ca +2 | 2,5 | Bitkilerde hücre zarının bir parçasıdır, hayvanlarda ise kemik ve dişlerin bileşiminde kanın pıhtılaşmasını aktive eder. |
| Mikro elementler: | 1-0,01 | |
| Kükürt S | 0,25 | Proteinler, vitaminler ve enzimler içerir |
| Potasyum K+ | 0,25 | Sinir uyarılarının iletilmesine neden olur; protein sentezi enzimlerinin aktivatörü, fotosentez işlemleri, bitki büyümesi |
| Klor CI - | 0,2 | Mide suyunun bir bileşenidir. hidroklorik asit, enzimleri aktive eder |
| Sodyum Na+ | 0,1 | Sinir uyarılarının iletilmesini sağlar, hücredeki ozmotik basıncı korur, hormon sentezini uyarır |
| Magnezyum Mg +2 | 0,07 | Kemiklerde ve dişlerde bulunan klorofil molekülünün bir kısmı DNA sentezini ve enerji metabolizmasını aktive eder. |
| İyot I - | 0,1 | Tiroid hormonunun bir kısmı - tiroksin, metabolizmayı etkiler |
| Demir Fe+3 | 0,01 | Hemoglobin, miyoglobin, gözün merceği ve korneasının bir parçasıdır, bir enzim aktivatörüdür ve klorofil sentezinde rol oynar. Doku ve organlara oksijen taşınmasını sağlar |
| Ultramikro elementler: | 0,01'den az, eser miktarlar | |
| Bakır Si +2 | Hematopoez, fotosentez süreçlerine katılır, hücre içi oksidatif süreçleri katalize eder | |
| Manganez Mn | Bitki verimliliğini arttırır, fotosentez sürecini aktive eder, hematopoietik süreçleri etkiler | |
| Bor V | Etkiler büyüme süreçleri bitkiler | |
| Flor F | Diş minesinin bir parçasıdır; eksikliği durumunda çürük, fazlalığı durumunda florozis gelişir. | |
| Maddeler: | ||
| N 2 0 | 60-98 | Makyaj İç ortam organizma, hidroliz süreçlerine katılır, hücreyi yapılandırır. Evrensel çözücü, katalizör, kimyasal reaksiyonlara katılan |
HÜCRELERİN ORGANİK BİLEŞENLERİ
| MADDELER | YAPISI VE ÖZELLİKLERİ | FONKSİYONLAR |
| Lipitler | ||
| Esterler daha yüksek yağ asitleri ve gliserin. Fosfolipitlerin bileşimi ayrıca H3PO4 kalıntısını da içerir. Hidrofobik veya hidrofilik-hidrofobik özelliklere ve yüksek enerji yoğunluğuna sahiptirler. | Yapı- tüm membranların bilipid katmanını oluşturur. Enerji. Termoregülatör. Koruyucu. Hormonal(kortikosteroidler, seks hormonları). D, E vitaminlerinin bileşenleri. Vücuttaki suyun kaynağı. besin |
|
| Karbonhidratlar | ||
| Monosakkaritler: glikoz, fruktoz, riboz, deoksiriboz |
Suda yüksek oranda çözünür | Enerji |
| Disakkaritler: sakaroz, maltoz (malt şekeri) |
Suda çözünebilir | Bileşenler DNA, RNA, ATP |
| Polisakkaritler: nişasta, glikojen, selüloz |
Suda az çözünür veya çözünmez | Yedek besin. İnşaat - bir bitki hücresinin kabuğu |
| Sincaplar | Polimerler. Monomerler - 20 amino asit. | Enzimler biyokatalizörlerdir. |
| I yapısı, polipeptit zincirindeki amino asitlerin dizisidir. Bağ - peptit - CO-NH- | İnşaat - membran yapılarının, ribozomların bir parçasıdır. | |
| II yapısı - A-sarmal, bağ - hidrojen | Motor (kasılma kası proteinleri). | |
| III yapısı - mekansal konfigürasyon A-spiraller (kürecik). Bağlar – iyonik, kovalent, hidrofobik, hidrojen | Taşıma (hemoglobin). Koruyucu (antikorlar). Düzenleyici (hormonlar, insülin). | |
| IV yapısı tüm proteinlerin özelliği değildir. Birkaç polipeptit zincirinin tek bir üst yapıya bağlanması. Suda çok az çözünür. Aksiyon yüksek sıcaklıklar, konsantre asitler ve alkaliler, tuzlar ağır metaller denatürasyona neden olur | ||
| Nükleik asitler: | Biyopolimerler. Nükleotidlerden oluşur | |
| DNA deoksiribonükleik asittir. | Nükleotit bileşimi: deoksiriboz, azotlu bazlar - adenin, guanin, sitozin, timin, H3P04 kalıntısı. Azotlu bazların tamamlayıcılığı A = T, G = C. Çift sarmal. Kendi kendini ikiye katlama yeteneğine sahip | Kromozomları oluştururlar. Kalıtsal bilgilerin saklanması ve iletilmesi, genetik Kod. RNA ve proteinlerin biyosentezi. Bir proteinin birincil yapısını kodlar. Çekirdekte, mitokondride ve plastidlerde bulunur |
| RNA ribonükleik asittir. | Nükleotid bileşimi: riboz, azotlu bazlar - adenin, guanin, sitozin, urasil, H3PO4 kalıntısı Azotlu bazların tamamlayıcılığı A = U, G = C. Bir zincir | |
| Haberci RNA'sı | Proteinin birincil yapısı hakkındaki bilgilerin aktarılması, protein biyosentezine katılması | |
| Ribozomal RNA | Ribozom gövdesini oluşturur | |
| RNA'yı aktar | Amino asitleri protein sentezi bölgesine (ribozomlara) kodlar ve taşır | |
| Viral RNA ve DNA | Virüslerin genetik aparatı | |
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. Etkinliği, diğerlerinden kat kat daha yüksektir. inorganik katalizörlerüretimde kullanılır. 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 birleştirildiğinde enzimin uzaysal yapısı 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 şu durumlarda çalışır: belirli sıcaklık, maddelerin konsantrasyonu, ortamın asitliği. 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.
Etkilendim Çeşitli faktörler 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. Önemli özellik enzimler - belirli koşullar altında eylemin özgüllüğü.
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 asitlerde depolanır kalıtsal bilgi Dünyadaki her hücrenin ve tüm canlıların yapısı ve işleyişi hakkında. 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 deoksiriboz karbonu ve bir fosforik asit kalıntısını içerir.
Bu nedenle, DNA nükleotidleri yalnızca azotlu bazın türünde farklılık gösterir.
Bir DNA molekülü aşağıdakilerden oluşur: çok çeşitli Belirli bir sırayla bir zincire bağlanan nükleotidler. 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. Alternatif dört tip nükleotid oluşabilir sonsuz küme DNA moleküllerinin çeşitleri. 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. O benziyor çift sarmal. 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 iki zincirle bağlanır hidrojen bağları sadece başka bir zincirin Timini ve guanin ile - sitozin ile üç hidrojen bağıyla, 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 enzimler 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 - adenozin 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, hücrenin ve bir bütün olarak organizmanın yaşamını sağlamak için gerekli olan enerji metabolizmasında öncü bir rol oynar.
Pirinç. 12. ATP'nin yapısının şeması.| adenin - |
Bir RNA molekülü genellikle dört tip nükleotidden oluşan tek bir zincirdir - A, U, G, C. Üç ana RNA türü bilinmektedir: mRNA, rRNA, tRNA. Bir 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.
"Konu 4. "Hücrenin kimyasal bileşimi" konulu görevler ve testler.
- polimer, monomer;
- karbonhidrat, monosakarit, disakkarit, polisakkarit;
- lipit, yağ asidi, gliserol;
- amino asit, peptid bağı, protein;
- katalizör, enzim, aktif bölge;
- nükleik asit, nükleotid.
Sorunları çözmek için algoritma.
Tip 1. DNA'nın kendi kendine kopyalanması.
DNA zincirlerinden biri aşağıdaki nükleotid dizisine sahiptir:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Aynı molekülün ikinci zinciri hangi nükleotid dizisine sahiptir?
Bir DNA molekülünün ikinci ipliğinin nükleotit dizisini yazmak için, birinci ipliğin dizisi bilindiğinde, timin yerine adenin, adenin yerine timin, guanin yerine sitozin ve sitozin yerine guanin koymak yeterlidir. Bu değişimi yaptıktan sonra şu sırayı elde ederiz:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...
Tip 2. Protein kodlaması.
Ribonükleaz proteininin amino asit zinciri şu başlangıca sahiptir: lizin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lisin...
Bu proteine karşılık gelen gen hangi nükleotid dizisiyle başlıyor?
Bunu yapmak için genetik kod tablosunu kullanın. Her amino asit için, kod tanımını karşılık gelen üçlü nükleotid formunda bulup yazıyoruz. Bu üçlüleri karşılık gelen amino asitlerle aynı sıraya göre birbiri ardına düzenleyerek haberci RNA'nın bir bölümünün yapısının formülünü elde ederiz. Kural olarak, bu tür birkaç üçlü vardır, seçim sizin kararınıza göre yapılır (ancak üçüzlerden yalnızca biri alınır). Buna göre birkaç çözüm olabilir.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG
Bir protein aşağıdaki nükleotid dizisi tarafından kodlanıyorsa hangi amino asit dizisiyle başlar:
ACGGCCATGGCCGGT...
Tamamlayıcılık ilkesini kullanarak, mesajcı RNA'nın bir bölümünün yapısını buluyoruz. bu bölüm DNA molekülleri:
UGGGGGUACGGGGCA...
Daha sonra genetik kod tablosuna dönüyoruz ve her bir nükleotid üçlüsü için, ilkinden başlayarak karşılık gelen amino asidi bulup yazıyoruz:
Sistein-glisin-tirozin-arginin-prolin-...
Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. " Genel biyoloji". Moskova, "Aydınlanma", 2000
- Konu 4. "Hücrenin kimyasal bileşimi." §2-§7 s. 7-21
- Konu 5. "Fotosentez." §16-17 s. 44-48
- Konu 6. "Hücresel solunum." §12-13 s. 34-38
- Konu 7. "Genetik bilgi." §14-15 s. 39-44
Hücre, periyodik tablonun yaklaşık 70 kimyasal elementini içerir. Mendeleev. Canlı bir organizmayı oluşturan maddelerde bulunan kimyasal elementlerin miktarına bağlı olarak, bunların birkaç grubunu ayırt etmek gelenekseldir.
Bir grup (hücre kütlesinin yaklaşık %98'i) dört hafif elementten oluşur: hidrojen, oksijen, karbon, nitrojen. Bunlara makro besinler denir. Bunlar tüm organik bileşiklerin ana bileşenleridir.
Diğer grup ise hücreye daha küçük miktarlarda giren elementlerden oluşur. Bunlardan kükürt ve fosfor, makro elementlerle birlikte hayati organik bileşiklerin bir parçasıdır - nükleik asitler, proteinler, yağlar, karbonhidratlar, hormonlar, potasyum, sodyum, magnezyum, manganez, demir, klor da hücrede önemli işlevleri yerine getirir. Hücrede çok az miktarda bulunan elementlere mikro elementler denir.
Bazı elementlerin içeriği hücre ve organizmadaki fonksiyonel rollerine, hücre tipine ve ayrıca biyokimyasal özelliklerçeşitli organizma grupları. Bu elementlerin katıldığı metabolizmada. Organizmaların kendi davranışlarını düzenleme yeteneği de büyük önem taşımaktadır. iyonik bileşim. Bu nedenle bitki hücreleri hayvan hücrelerine göre daha fazla potasyum içerir. Sodyum hayvanların hücre dışı ortamında baskındır.
Moleküllerin polaritesi ve hidrojen bağları oluşturma yeteneği, suyu çok sayıda inorganik ve organik madde için iyi bir çözücü haline getirir. Bu tür maddelere hidrofilik denir. Ayrıca su, hem maddelerin hücreye girmesini hem de atık ürünlerin hücreden uzaklaştırılmasını sağlar.
Su iyi bir termal iletkenliğe sahiptir ve yüksek ısı kapasitesi Bu, ortam sıcaklığı değiştiğinde hücre içindeki sıcaklığın değişmeden kalmasını sağlar.
Hücredeki inorganik maddelerin çoğu, iyonlara ayrışmış veya katı halde tuz formundadır. İlkler arasında büyük önem canlı organizmalara sinirlilik sağlayan K, Na, Ca katyonlarına sahiptir. Hücrenin tamponlama özellikleri hücre içindeki tuz konsantrasyonuna bağlıdır. Tamponlama, bir hücrenin değişen çevresel koşullar altında içeriğinin hafif alkali reaksiyonunu sabit bir seviyede tutabilme yeteneğidir.
Organik bileşikler hücre kütlesinin ortalama %20-30'unu oluşturur. Bunlar biyolojik polimerleri içerir: proteinler, nükleik asitler, karbonhidratların yanı sıra lipitler ve bir dizi küçük moleküller– hormonlar, pigmentler, ATP vb.
Sincaplar. Proteinler organik maddeler arasında hem miktar hem de önem bakımından ilk sırayı alır.
Proteinler 20 farklı amino asit çeşidinden oluşur. Genel formülleri
H2N─HC─COOH,
burada R, çeşitli yapıların bir radikalidir. Molekülün sol tarafında baz özelliklerine sahip bir amin grubu H2N vardır; sağda tüm organik asitlerin özelliği olan karboksil grubu COOH - asidiktir. Sonuç olarak amino asitler, hem asitlerin hem de bazların özelliklerini birleştiren amfoterik bileşiklerdir. Amino asit molekülleri birleştirildiğinde asidik karbon ile ana grupların nitrojeni arasında bağlar oluşturur. Bu tür bağlara kovalent denir bu durumda- peptid bağları:
R 2 Ö H R 2 R 1 Ö H R 2
│ // \ │ │ ││ │ │
H 2 N─HC─C + N─HC─COOH → H 2 N─HC─C─N─HC─COOH + H 2 O
20 veya daha fazla amino asit kalıntısından oluşan bir bileşiğe polipeptit denir. Bir polipeptit zincirindeki amino asitlerin dizisine genellikle bir proteinin birincil yapısı denir.
Ancak peptit bağlarıyla ardışık olarak birbirine bağlanan amino asit zinciri formundaki bir protein molekülü henüz bu görevi yerine getirememektedir. belirli işlevler. Bu daha yüksek bir yapısal organizasyon gerektirir. Karboksil kalıntıları ile farklı amino asitlerin amin grupları arasında hidrojen bağlarının oluşması yoluyla protein molekülü spiral şeklini alır. Bu bir proteinin ikincil yapısıdır. Ancak çoğu durumda yalnızca üçüncül yapıya sahip bir molekül performans gösterebilir. biyolojik rol. Üçüncül yapı, radikallerin, özellikle de kükürt içeren amino asit sisteinin radikallerinin etkileşimi nedeniyle oluşur. Birbirinden belli bir mesafede bulunan iki amino asidin kükürt atomları birleşerek disülfür veya S - S bağları adı verilen bağları oluşturur. Polipeptit sarmallarının kürecikler (toplar) halinde düzenlenmesine proteinin üçüncül yapısı denir (Şekil 1).
Bazı vücut fonksiyonları, daha da yüksek düzeyde organizasyona (kuaterner yapıya) sahip proteinlerin katılımıyla gerçekleştirilir. Örneğin hemoglobin, insülin.
Bir protein molekülünün yapısal organizasyonunun kaybına denatürasyon denir (Latince denaturare'den - doğal özelliklerin yoksun bırakılmasından).
Renatürasyon, ortamdaki bir değişiklik birincil yapının tahrip olmasına yol açmazsa, proteinlerin kayıp yapıyı tamamen geri kazanma özelliğidir.
Proteinlerin hücredeki en önemli görevlerinden biri yapı: proteinler, hücre organellerindeki tüm hücre zarlarının ve ayrıca hücre dışı yapıların oluşumunda rol oynar.
Son derece önemli olan katalitik fonksiyon proteinler. Tüm biyolojik katalizörler - enzimler - maddeler protein doğası. Hücrede meydana gelen kimyasal reaksiyonları onlarca, yüzbinlerce kat hızlandırırlar. Enzim yalnızca bir reaksiyonu katalize eder; oldukça spesifiktir.
Motor fonksiyon vücut kasılma proteinleri tarafından sağlanır. Bu proteinler, hücrelerin ve organizmaların yapabildiği her türlü harekette rol oynar: protozoalarda siliaların titreşmesi ve flagella'nın çırpılması, hayvanlarda kas kasılması.
Taşıma işlevi proteinler, kimyasal elementlerin (örneğin oksijen) veya biyolojik olarak aktif maddelerin (hormonlar) bağlanması ve bunların proteinlere aktarılmasından oluşur. çeşitli dokular ve vücudun organları.
Yabancı proteinler veya mikroorganizmalar vücuda girdiğinde, beyaz kan hücrelerinde - lökositlerde özel proteinler - antikorlar - oluşur. Vücut için alışılmadık maddeleri bağlar ve nötralize ederler. Bu ifade eder koruyucu fonksiyon proteinler.
Proteinler aynı zamanda hücredeki enerji kaynaklarından biri olarak da görev yapar. rol yapmak enerji fonksiyonu. 1 gr protein tamamen parçalandığında 17,6 kJ enerji açığa çıkar.
Karbonhidratlar. Karbonhidratlar veya sakkaritler, Cn(H2O)m genel formülüne sahip organik maddelerdir.
Karbonhidratlar basit ve karmaşık olarak ikiye ayrılır. Basit karbonhidratlar monosakkaritlerdir. Moleküldeki karbon atomu sayısına bağlı olarak monosakkaritler triozlar, tetrozlar, pentozlar (riboz ve deoksiriboz), heksozlar (glikoz, galaktoz) olarak adlandırılır.
Birçok monosakkaritten oluşan kompleks karbonhidratlara polisakkaritler denir.
Karbonhidratlar iki ana işlevi yerine getirir: yapı(kitin) ve enerji(bitkilerdeki nişasta ve hayvanlardaki glikojen bir enerji rezervidir). Karbonhidratlar hücredeki ana enerji kaynağıdır. 1 g karbonhidratın oksidasyonu sırasında 17,6 kJ enerji açığa çıkar.
Lipitler. Lipitler veya yağlar, yüksek moleküler ağırlıklı yağ asitleri ve trihidrik alkol gliserolün bir kombinasyonudur. Yağlar suda çözünmez; hidrofobiktirler. Hücreler her zaman başka yağ benzeri maddeler içerir - lipoidler.
Yağların temel görevlerinden biri enerji. 1 gr yağın parçalanması sırasında 38,9 kJ enerji açığa çıkar. Hücredeki yağ içeriği kuru madde kütlesinin %5-15'idir.
Lipitler ve lipoidler performans gösterir ve inşaat fonksiyonu: Hücre zarının bir parçasıdır. Zayıf ısı iletkenliği nedeniyle yağ bu işlevi yerine getirebilir ısı yalıtkanı. Bazı lipoidlerin oluşumu bir dizi hormonun sentezinden önce gelir. Sonuç olarak, bu maddeler aynı zamanda aşağıdaki işlevlere de sahiptir: metabolik süreçlerin düzenlenmesi.
Nükleik asitler. Nükleer (lat. çekirdek- çekirdek) asitler - karmaşık organik bileşikler. Karbon, hidrojen, oksijen, azot ve fosfordan oluşurlar.
İki tür nükleik asit vardır - DNA ve RNA. Hem çekirdekte hem de sitoplazmada ve organellerinde bulunabilirler.
DNA deoksiribonükleik asittir. Birbirine bağlı iki polinükleotid zincirinden oluşan biyolojik bir polimerdir. Monomerler (DNA zincirlerinin her birini oluşturan nükleotidler) karmaşık organik bileşiklerdir. DNA dört azotlu bazdan oluşur: türevler pürinler- adenin (A) ve guanin (G) ve türevleri pirimidinler - sitozin (C) ve timin (T), pentaatomik pentoz şekeri - deoksiriboz, geri kalanı gibi fosforik asit (Şekil 2)).
Her zincirde, nükleotidler birbirine kovalent bağlarla bağlanır: bir nükleotidin deoksiribozu, sonraki nükleotidin bir fosforik asit kalıntısına bağlanır. İki zincir, nükleotidleri oluşturan azotlu bazlar arasında oluşan hidrojen bağları ile tek bir molekül halinde birleştirilir. farklı devreler. Azotlu bazların uzaysal konfigürasyonu farklıdır ve farklı azotlu bazlar arasındaki bu tür bağların sayısı aynı değildir. Sonuç olarak, yalnızca çiftler halinde bağlanabilirler: bir polinükleotid zincirinin nitrojen bazlı adenin (A) her zaman diğer zincirin timini (T) ile iki hidrojen bağıyla bağlanır ve guanin (G) üç hidrojen bağıyla bağlanır. karşıt polinükleotid zincirlerinin nitrojen bazlı sitozini (C) ile. A-T ve G-C çiftlerinin oluşumuyla sonuçlanan nükleotidleri seçici olarak birleştirme yeteneğine denir. tamamlayıcılık(Şekil 15). Bir zincirdeki bazların dizisi biliniyorsa (örneğin, T-C-A-T-G), o zaman tamamlayıcılık ilkesi (tamamlayıcılık) sayesinde, zıt baz dizisi (A-G-T-A-C) de bilinecektir.
Şekil 2 Bir DNA molekülünün kesiti. Farklı zincirlerin nükleotidlerinin tamamlayıcı bağlantısı.
Nükleotid zincirleri, her dönüşte 10 bazlık, sağ yönlü hacimli helisler oluşturur. Bir zincirdeki nükleotidlerin bağlantı sırası diğerindekinin tersidir, yani. Bir DNA molekülünü oluşturan iplikçikler çok yönlüdür , veya antiparalel : İki zincirdeki nükleotidler arası bağların sırası şu şekilde yönlendirilir: zıt taraflar: 5" -3" ve 3" -5". Nükleotidlerin şeker-fosfat grupları dışta, azotlu bazlar ise içtedir. Zincirler birbirlerine ve etrafa göre bükülmüş ortak eksen, çift sarmal oluşturur. Molekülün bu yapısı esas olarak hidrojen bağları ile korunur (Şekil 3).
İkincil yapı DNA ilk olarak Amerikalı biyolog J. Watson ve İngiliz fizikçi F. Crick tarafından kurulmuştur.
Şekil 3 Bir DNA çift sarmalının yapısının şeması: A- düzlemsel model, şeker-fosfat iskeleti kalın bir çizgiyle gösterilmiştir; B - hacimsel model
DNA belirli proteinlerle (histonlar) birleştirildiğinde, molekülün sarmallaşma derecesi artar - kalınlığı önemli ölçüde artan ve uzunluğu azalan bir DNA süper sarmalı ortaya çıkar (Şekil 4). Bir DNA molekülünün sıkıştırılma birimi nükleozomdur. , temeli, her türden 2 tane (H2A, H2B, NZ ve H4) olmak üzere 8 histon molekülüdür. Bu protein moleküllerinin yüzeyleri pozitif yükler ve negatif yüklü bir DNA molekülünün etrafında bükülebileceği bir çerçeve oluşturur. Her bir nükleozom 146 ila 200 baz çifti içerir. Beşinci tip histon - H1 - bir nükleozomu diğerine bağlayan DNA bölümlerine bağlanır. Bu tür DNA'ya doğrusal veya bağlayıcı bağlayıcı denir. . çekirdek
somalar, DNA boyunca, hücre türüne bağlı olarak 20 ila 50 nm arasında değişen belirli bir mesafede bulunur. Bu, her bir boncuğun bir nükleozom olduğu boncuk benzeri bir yapı oluşturur.
Pirinç. 4 DNA süpersarmal oluşum şeması.
Doğrusal DNA
Nükleozomlar ve bağlayıcı DNA ise kromozomda halkalar oluşturan fibriller halinde paketlenir. Daha yüksek seviyeler sarmallaştırma DNA molekülünün uzunluğunu önemli ölçüde azaltabilir. İnsan kromozomlarını oluşturan DNA moleküllerinin toplam uzunluğunun 1,74 m olduğunu, 5-7 mikron çapındaki hücrelerde bulunduğunu söylemek yeterli olacaktır. Proteinlerle dikkatlice "paketlenmiş" böyle bir molekül, hücre bölünmesi sırasında ışık mikroskobunda iyi boyanmış uzun bir gövde şeklinde gözlenebilir -x Romozomlar.
RNA- ribonükleik asit. RNA ve DNA , monomerleri DNA nükleotidlerine yakın nükleotidler olan bir polimerdir. Üç nükleotidin azotlu bazları DNA'yı oluşturanlarla aynıdır (adenin, guanin, sitozin), dördüncü baz ise urasil(U) yalnızca RNA molekülünde bulunur (timin yerine). RNA nükleotidleri, içerdikleri karbonhidratın yapısı bakımından DNA nükleotidlerinden farklıdır: başka bir pentoz içerirler - riboz(deso-ksiriboz yerine). Bir RNA nükleotid zincirinde, bir nükleotidin ribozu ile diğerinin fosforik asit kalıntısı arasında kovalent bağların oluşması nedeniyle bağlanırlar.
Yapılarına göre çift sarmallı ve tek sarmallı RNA ayırt edilir. Çift sarmallı RNA, genetik bilgiyi bir dizi virüste saklar; Kromozomların görevlerini yerine getirirler. Tek sarmallı mRNA'lar, proteinlerdeki amino asitlerin dizisi (yani proteinlerin yapısı hakkında) hakkında kromozomlardan sentez bölgelerine kadar bilgi taşır ve protein sentezinde rol oynar.
 |
Şekil 5 tRNA'nın yapısının şeması: A, B, C, D - bir RNA molekülü içindeki tamamlayıcı bağlantı alanları; D- bir amino asitle bağlantı bölgesi (aktif merkez); e- molekül ve RNA (antikodon) ile tamamlayıcı bağlantı bölgesi (aktif merkez)
Tek sarmallı RNA'nın birkaç türü vardır. Adları hücredeki işlevlerine veya konumlarına göre belirlenir. Sitoplazmadaki RNA'nın çoğu (%80 - 90'a kadar) ribozomlarda bulunan ribozomal RNA'dır (rRNA). rRNA molekülleri nispeten küçüktür ve 3-5 bin nükleotidden oluşur. Başka bir RNA türü, ribozomlara sentezlenmesi gereken proteinlerdeki amino asitlerin dizisi hakkında bilgi taşıyan haberci RNA'dır (mRNA). Bu RNA'ların boyutları, sentezlendikleri DNA bölümünün uzunluğuna bağlıdır. Moleküller ve RNA 300 - 30.000 nükleotidden oluşabilir. Transfer RNA'ları (tRNA'lar) 76 - 85 nükleotid içerir (Şekil) ve çeşitli işlevleri yerine getirir. Amino asitleri protein sentezi bölgesine iletirler ve amino asidin ribozom üzerinde tam olarak yönlendirilmesini (tamamlayıcılık ilkesine göre) gerçekleştirirler. tRNA'ların iki aktif merkezi vardır; bunlardan biri spesifik bir amino asite bağlanır ve üç nükleotidden oluşan diğeri mRNA molekülü ile tamamlayıcı bir bağlantı görevi görür. Bu alan denir antikodon.
Mendeleev'in periyodik tablosundaki yaklaşık 60 element, cansız doğada da bulunan hücrelerde bulundu. Bu da canlı ve cansız doğanın ortak olduğunun kanıtlarından biridir. Canlı organizmalarda en çok bulunanlar, hücre kütlesinin yaklaşık %98'ini oluşturan hidrojen, oksijen, karbon ve nitrojendir. Bunun nedeni hidrojen, oksijen, karbon ve nitrojenin kendine özgü kimyasal özelliklerinden kaynaklanmaktadır ve bunun sonucunda biyolojik işlevleri yerine getiren moleküllerin oluşumu için en uygun oldukları ortaya çıkmıştır. Bu dört element, iki atoma ait elektronları eşleştirerek çok güçlü kovalent bağlar oluşturma yeteneğine sahiptir. Kovalent bağlı karbon atomları sayısız farklı organik molekülün çerçevesini oluşturabilir. Karbon atomları oksijen, hidrojen, nitrojen ve kükürt ile kolayca kovalent bağlar oluşturduğundan, organik moleküller olağanüstü karmaşıklık ve yapısal çeşitlilik elde eder.
Hücredeki dört ana elemente ek olarak gözle görülür miktarlarda (10 S
ve 100 S
yüzde birlik fraksiyonlar) demir, potasyum, sodyum, kalsiyum, magnezyum, klor, fosfor ve kükürt içerir. Diğer tüm elementler (çinko, bakır, iyot, flor, kobalt, manganez vb.) hücrede çok küçük miktarlarda bulunur ve bu nedenle iz elementler olarak adlandırılır.
Kimyasal elementler inorganik ve organik bileşiklerin bir parçasıdır. İnorganik bileşikler arasında su, mineral tuzları, karbondioksit, asitler ve bazlar bulunur. Organik bileşikler proteinler, nükleik asitler, karbonhidratlar, yağlar (lipitler) ve lipoidlerdir. Oksijen, hidrojen, karbon ve nitrojenin yanı sıra başka elementler de içerebilirler. Bazı proteinler kükürt içerir. Fosfor, nükleik asitlerin bir bileşenidir. Hemoglobin molekülü demir içerir, magnezyum ise klorofil molekülünün yapımında rol oynar. Mikro elementler, canlı organizmalardaki son derece düşük içeriklerine rağmen yaşam süreçlerinde önemli bir rol oynamaktadır. İyot tiroid hormonunun bir parçasıdır - tiroksin, kobalt B vitamininin bir parçasıdır 12
Pankreasın adacık kısmının hormonu - insülin - çinko içerir. Bazı balıklarda oksijen taşıyan pigment moleküllerinde demirin yerini bakır alır.
Diğer makaleler:
İnsanlığın monofiletik kökeni: çok merkezlilik ve tek merkezlilik teorileri
Antropoloji tarihinde tüm insan ırklarının tek bir ortak kökten mi yoksa birkaç kökten mi türediği sorusu farklı kökler, konuldu çeşitli şekillerde: 18. yüzyıldan 19. yüzyılın ortalarına kadar. – sistematik düzlemde, ikinciden başlayarak...
Irk oluşumunun doğal faktörleri
Rol nedir doğal faktörlerırk oluşumu? Uzmanlar belirli özelliklerin coğrafi varyasyonlarını iklim özellikleri. Sonuç olarak, burun genişliği ile ortalama burun genişliği arasında ikna edici pozitif korelasyonlar elde edildi...
En iyisi
En küçük kurbağa, Afrika'da bulunan kara göğüslü kurbağadır (Bufo taitanus beiranus). En büyük numunenin uzunluğu 24 mm idi. “En küçük kurbağa” En küçük kurbağa ve aynı zamanda en küçük amfibi Küba cücesidir...