Tất cả các sinh vật sống được tạo thành từ các tế bào. Thành phần hóa học Có nhiều tế bào thực vật và động vật đặc điểm chung. Tế bào thực vật chứa một lượng rất lớn nguyên tố hóa học, cũng có thể là một phần của các vật thể vô tri. Chúng tham gia vào các phản ứng hóa học khác nhau xảy ra bên trong tế bào. Thành phần hóa học của tế bào của các sinh vật sống, bao gồm cả thực vật, chủ yếu chứa các nguyên tố như carbon, hydro, oxy và nitơ. Nhìn chung, những yếu tố này chiếm tới 98% khối lượng tế bào. Hàm lượng tương đối của các nguyên tố này trong vật chất sống cao hơn nhiều so với trong vỏ trái đất.
Các nguyên tố khác (kali, canxi, lưu huỳnh, phốt pho, natri, silic, clo, sắt, magie) chiếm một phần mười hoặc một phần trăm của một phần trăm của tổng khối lượng tế bào thực vật. Hàm lượng của các nguyên tố hóa học khác, chẳng hạn như kẽm, đồng, iốt, trong cơ thể sống thậm chí còn ít hơn (một phần nghìn và mười phần nghìn phần trăm). Các nguyên tố hóa học kết hợp với nhau tạo thành các chất vô cơ và chất hữu cơ.
Chất hữu cơ là thành phần cấu trúc quan trọng của sinh vật sống, trong đó có thực vật. Chúng bao gồm carbohydrate, chất béo, protein, axit nucleic, v.v.. Protein là một phần của nhiều loại sự hình thành tế bào, điều hòa các quá trình quan trọng và được lưu trữ trong kho dự trữ. Chất béo được tích tụ trong hạt và các bộ phận khác của cây.
Tầm quan trọng của chất béo là do sự phân hủy của chúng, năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của cơ thể thực vật được giải phóng. Carbohydrate là nhóm chính của các hợp chất hữu cơ, thông qua sự phân hủy của các sinh vật sống có được năng lượng cần thiết cho sự tồn tại của chúng.
Loại carbohydrate dự trữ phổ biến nhất được hình thành trong tế bào thực vật do quá trình quang hợp là tinh bột.
Ví dụ, một lượng lớn hợp chất này được tích tụ trong tế bào của củ khoai tây hoặc hạt ngũ cốc. Các loại carbohydrate khác—đường—mang lại vị ngọt cho trái cây. Và một loại carbohydrate như cellulose là một phần của màng tế bào thực vật. Axit nucleic đóng vai trò hàng đầu trong việc lưu giữ thông tin di truyền và truyền nó cho con cháu.
Các chất vô cơ trong thành phần tế bào thực vật bao gồm nước và muối khoáng. Nước chiếm 60 đến 95% tổng khối lượng tế bào. Nhờ nước, tế bào có được độ đàn hồi và hình dạng cần thiết. Nước cũng tham gia vào quá trình trao đổi chất.
Nước đảm bảo sự vận chuyển các chất dinh dưỡng bên trong cây và đóng vai trò vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh nhiệt độ cơ thể.
Khoảng 1-1,5% khối lượng tế bào được tạo thành từ muối khoáng, bao gồm muối kali, natri và canxi.
Muối magie và sắt có tầm quan trọng rất lớn vì chúng tham gia vào quá trình hình thành chất diệp lục. Do thiếu hoặc vắng mặt các yếu tố này, lá cây chuyển sang màu nhợt nhạt, thậm chí mất màu xanh lục, quá trình quang hợp bị gián đoạn hoặc bị đình chỉ.
Vì vậy, tế bào thực vật là một loại “phòng thí nghiệm tự nhiên”, nơi sản xuất và biến đổi nhiều hợp chất hóa học khác nhau. Vì vậy, tế bào được coi là thành phần cơ bản và đơn vị chức năng sinh vật sống.
Tài liệu liên quan:
Tế bào- đơn vị cơ bản của sự sống trên Trái đất. Nó có tất cả các đặc điểm của một cơ thể sống: nó phát triển, sinh sản, trao đổi chất và năng lượng với môi trường, phản ứng với kích thích bên ngoài. Sự khởi đầu của quá trình tiến hóa sinh học gắn liền với sự xuất hiện của các dạng sống tế bào trên Trái đất. Sinh vật đơn bào Chúng là những tế bào tồn tại tách biệt với nhau. Cơ thể của tất cả các sinh vật đa bào - động vật và thực vật - được xây dựng từ một khối lớn hơn hoặc số nhỏ hơn tế bào, là một loại khối tạo nên sinh vật phức tạp. Bất kể tế bào có phải là một hệ thống sống tích hợp hay không - sinh vật riêng biệt hoặc chỉ cấu thành một phần của nó, nó có một tập hợp các đặc điểm và tính chất chung cho tất cả các tế bào.
Thành phần hóa học của tế bào
Khoảng 60 nguyên tố được tìm thấy trong tế bào bảng tuần hoàn Mendeleev, cũng được tìm thấy trong thiên nhiên vô tri. Đây là một trong những bằng chứng về tính tương đồng của thiên nhiên sống và vô tri. Trong các sinh vật sống, chất có nhiều nhất là hydro, oxy, carbon và nitơ, chiếm khoảng 98% khối lượng tế bào. Điều này là do đặc điểm tính chất hóa học hydro, oxy, carbon và nitơ, do đó chúng trở nên thích hợp nhất cho việc hình thành các phân tử thực hiện các chức năng sinh học. Bốn yếu tố này có khả năng hình thành rất mạnh mẽ liên kết hóa trị bằng cách ghép cặp các electron thuộc hai nguyên tử. Các nguyên tử carbon liên kết cộng hóa trị có thể tạo thành khung của vô số phân tử hữu cơ khác nhau. Vì các nguyên tử carbon dễ dàng hình thành liên kết cộng hóa trị với oxy, hydro, nitơ và cả với lưu huỳnh, các phân tử hữu cơđạt được độ phức tạp đặc biệt và sự đa dạng của cấu trúc.
Ngoài bốn nguyên tố chính, tế bào còn chứa một lượng đáng chú ý (phần 10 và 100 của phần trăm) sắt, kali, natri, canxi, magie, clo, phốt pho và lưu huỳnh. Tất cả các nguyên tố khác (kẽm, đồng, iốt, flo, coban, mangan, v.v.) được tìm thấy trong tế bào với số lượng rất nhỏ và do đó được gọi là nguyên tố vi lượng.
Các nguyên tố hóa học là một phần của các hợp chất vô cơ và hữu cơ. ĐẾN hợp chất vô cơ bao gồm nước, muối khoáng, carbon dioxide, axit và bazơ. Hợp chất hữu cơ- đó là protein, axit nucleic, carbohydrate, chất béo (lipid) và lipid. Ngoài oxy, hydro, carbon và nitơ, chúng có thể chứa các nguyên tố khác. Một số protein có chứa lưu huỳnh. Một phần không thể thiếu axit nucleic là phốt pho. Phân tử hemoglobin bao gồm sắt, magie tham gia cấu tạo nên phân tử diệp lục. Các nguyên tố vi lượng, mặc dù có hàm lượng cực kỳ thấp trong cơ thể sống nhưng lại đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình sống. Iốt là một phần của hormone tuyến giáp– thyroxine, coban – trong thành phần của vitamin B 12, hormone của phần đảo tụy – insulin – có chứa kẽm. Ở một số loài cá, đồng thay thế sắt trong các phân tử sắc tố mang oxy.
Chất vô cơ
Nước
H 2 O là hợp chất phổ biến nhất trong cơ thể sống. Nội dung của nó trong các tế bào khác nhau thay đổi khá rộng: từ 10% trong men răng đến 98% trong cơ thể sứa, nhưng trung bình nó chiếm khoảng 80% trọng lượng cơ thể. Vai trò cực kỳ quan trọng của nước trong việc hỗ trợ các quá trình sống là do nó Các tính chất vật lý và hóa học. Tính phân cực của các phân tử và khả năng hình thành liên kết hydro làm cho nước trở thành dung môi tốt cho rất nhiều chất. Hầu hết các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào chỉ có thể xảy ra trong dung dịch nước. Nước cũng tham gia vào nhiều biến đổi hóa học.
Tổng số liên kết hydro giữa các phân tử nước thay đổi tùy theo t °. Tại t ° Khi băng tan, khoảng 15% liên kết hydro bị phá hủy ở nhiệt độ t° 40°C - một nửa. Khi chuyển sang trạng thái khí, tất cả các liên kết hydro bị phá hủy. Điều này giải thích nhiệt dung riêng cao của nước. Khi nhiệt độ môi trường bên ngoài thay đổi, nước sẽ hấp thụ hoặc tỏa nhiệt do đứt gãy hoặc hình thành liên kết hydro mới. Bằng cách này, sự dao động nhiệt độ bên trong tế bào sẽ nhỏ hơn so với môi trường. Nhiệt độ bay hơi cao là cơ sở cho cơ chế truyền nhiệt hiệu quả ở thực vật và động vật.
Nước đóng vai trò là dung môi tham gia vào hiện tượng thẩm thấu, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động sống của tế bào cơ thể. Thẩm thấu là sự chuyển động của các phân tử dung môi thông qua màng bán thấm thành dung dịch của bất kỳ chất nào. Màng bán thấm là màng cho phép các phân tử dung môi đi qua nhưng không cho các phân tử chất tan (hoặc ion) đi qua. Do đó, thẩm thấu là sự khuếch tán một chiều của các phân tử nước theo hướng của dung dịch.
Muối khoáng
Hầu hết các chất vô cơ tế bào bên trongở dạng muối ở trạng thái phân ly hoặc rắn. Nồng độ cation và anion trong tế bào và trong môi trường của nó không giống nhau. Tế bào chứa khá nhiều K và nhiều Na. Trong môi trường ngoại bào như trong huyết tương, trong nước biển thì ngược lại có nhiều natri và ít kali. Sự kích thích tế bào phụ thuộc vào tỷ lệ nồng độ của các ion Na+, K+, Ca 2+, Mg 2+. Trong các mô của động vật đa bào, K là một phần của chất đa bào đảm bảo sự gắn kết của các tế bào và sự sắp xếp có trật tự của chúng. Áp suất thẩm thấu trong tế bào và tính chất đệm của nó phần lớn phụ thuộc vào nồng độ muối. Đệm là khả năng của tế bào duy trì phản ứng hơi kiềm của chất chứa trong nó ở mức không đổi. Bộ đệm bên trong tế bào được cung cấp chủ yếu bởi các ion H 2 PO 4 và HPO 4 2-. Trong dịch ngoại bào và trong máu, vai trò của chất đệm là H 2 CO 3 và HCO 3 -. Anion liên kết với ion H và ion hydroxit (OH -), nhờ đó phản ứng bên trong tế bào của dịch ngoại bào hầu như không thay đổi. Muối khoáng không hòa tan (ví dụ Ca photphat) cung cấp sức mạnh cho mô xương của động vật có xương sống và vỏ nhuyễn thể.
Chất tế bào hữu cơ
Sóc
Trong số các chất hữu cơ của tế bào, protein đứng đầu cả về số lượng (10–12% tổng khối lượng của tế bào) và tầm quan trọng. Protein là những polyme có trọng lượng phân tử cao (có trọng lượng phân tử từ 6000 đến 1 triệu trở lên), đơn phân là axit amin. Các sinh vật sống sử dụng 20 axit amin, mặc dù có nhiều hơn nữa. Thành phần của bất kỳ axit amin nào bao gồm nhóm amin (-NH 2), có tính chất cơ bản và nhóm cacboxyl (-COOH), có tính chất cơ bản. tính chất axit. Hai axit amin được kết hợp thành một phân tử bằng cách thiết lập liên kết HN-CO, giải phóng một phân tử nước. Liên kết giữa nhóm amino của axit amin này với nhóm cacboxyl của axit amin khác được gọi là liên kết peptit. Protein là những polypeptide chứa hàng chục và hàng trăm axit amin. Các phân tử của các loại protein khác nhau khác nhau về trọng lượng phân tử, số lượng, thành phần của các axit amin và trình tự vị trí của chúng trong chuỗi polypeptide. Do đó, rõ ràng là protein vô cùng đa dạng; số lượng của chúng trong tất cả các loại sinh vật sống được ước tính là 10 10 - 10 12.
Chuỗi các đơn vị axit amin liên kết cộng hóa trị bằng liên kết peptit theo một trình tự xác định được gọi là cấu trúc chính sóc. Trong tế bào, protein trông giống như những sợi hoặc quả bóng xoắn ốc (cầu). Điều này được giải thích là do trong protein tự nhiên, chuỗi polypeptide được sắp xếp theo một cách xác định chặt chẽ, tùy thuộc vào cấu tạo hóa học axit amin chứa trong đó.
Đầu tiên, chuỗi polypeptide gấp thành hình xoắn ốc. Lực hút xảy ra giữa các nguyên tử của các nguyên tử lân cận và liên kết hydro được hình thành, đặc biệt là giữa NH- và nhóm CO, nằm ở các ngã rẽ liền kề. Một chuỗi axit amin xoắn theo hình xoắn ốc tạo thành cấu trúc bậc hai của protein. Do chuỗi xoắn tiếp tục gấp nếp, một cấu hình đặc trưng cho từng protein sẽ xuất hiện, được gọi là cấu trúc bậc ba. Cấu trúc bậc ba là do tác động của lực liên kết giữa các gốc kỵ nước có trong một số axit amin và liên kết cộng hóa trị giữa các nhóm SH của axit amin cysteine ( kết nối S-S). Số lượng axit amin có gốc kỵ nước và cysteine, cũng như thứ tự sắp xếp của chúng trong chuỗi polypeptide, là đặc trưng cho từng loại protein. Do đó, các đặc điểm của cấu trúc bậc ba của protein được xác định bởi cấu trúc bậc một của nó. Protein chỉ thể hiện hoạt động sinh học ở dạng cấu trúc bậc ba. Do đó, việc thay thế ngay cả một axit amin trong chuỗi polypeptide có thể dẫn đến thay đổi cấu hình của protein và làm giảm hoặc mất hoạt tính sinh học của nó.
Trong một số trường hợp, các phân tử protein kết hợp với nhau và chỉ có thể thực hiện chức năng của chúng ở dạng phức hợp. Do đó, huyết sắc tố là một phức hợp gồm bốn phân tử và chỉ ở dạng này nó mới có khả năng gắn và vận chuyển oxy. Những tập hợp như vậy đại diện cho cấu trúc bậc bốn của protein. Dựa trên thành phần của chúng, protein được chia thành hai loại chính - đơn giản và phức tạp. Protein đơn giản chỉ bao gồm các axit amin, axit nucleic (nucleotide), lipid (lipoprotein), Me (metalloprotein), P (phosphoprotein).
Chức năng của protein trong tế bào vô cùng đa dạng. Một trong những chức năng quan trọng nhất là chức năng xây dựng: protein tham gia vào quá trình hình thành tất cả các màng tế bào và các bào quan của tế bào cũng như các cấu trúc nội bào. Duy nhất quan trọng có vai trò enzyme (xúc tác) của protein. Enzyme tăng tốc phản ứng hoá học, xảy ra trong tế bào, 10 ki và 100 ni triệu lần. Chức năng vận độngđược cung cấp bởi các protein hợp đồng đặc biệt. Những protein này tham gia vào tất cả các loại chuyển động mà tế bào và sinh vật có thể thực hiện: chuyển động của lông mao và hoạt động đập của roi ở động vật nguyên sinh, co cơ ở động vật, chuyển động của lá ở thực vật, v.v. Chức năng vận chuyển của protein là gắn các nguyên tố hóa học (ví dụ, hemoglobin bổ sung O) hoặc về mặt sinh học hoạt chất(hormone) và vận chuyển chúng đến các mô và cơ quan của cơ thể. Chức năng bảo vệ được thể hiện dưới dạng sản xuất các protein đặc biệt, gọi là kháng thể, để đáp ứng với sự xâm nhập của các protein hoặc tế bào lạ vào cơ thể. Kháng thể liên kết và trung hòa các chất lạ. Protein đóng vai trò quan trọng như nguồn năng lượng. Với việc chia tách hoàn toàn 1g. 17,6 kJ (~4,2 kcal) protein được giải phóng.
Carbohydrate
Carbohydrate hay còn gọi là sacarit là những chất hữu cơ có công thức chung(CH 2 O) n. Hầu hết cacbohydrat có số nguyên tử H gấp đôi số lượng nhiều hơn Hỡi các nguyên tử, giống như trong các phân tử nước. Đó là lý do tại sao những chất này được gọi là carbohydrate. Trong tế bào sống, carbohydrate tồn tại với số lượng không quá 1-2, đôi khi là 5% (trong gan, trong cơ). Giàu carbohydrate nhất tế bào thực vật, trong đó hàm lượng của chúng trong một số trường hợp đạt tới 90% khối lượng chất khô (hạt, củ khoai tây, v.v.).
Carbohydrate rất đơn giản và phức tạp. Carbohydrate đơn giản được gọi là monosacarit. Tùy thuộc vào số lượng nguyên tử carbohydrate trong phân tử, monosacarit được gọi là triose, tetroses, pentose hoặc hexose. Trong số sáu monosacarit carbon - hexose - quan trọng nhất là glucose, fructose và galactose. Glucose có trong máu (0,1-0,12%). Các pentose ribose và deoxyribose được tìm thấy trong axit nucleic và ATP. Nếu hai monosacarit được kết hợp trong một phân tử thì hợp chất đó được gọi là disacarit. Đường ăn, thu được từ mía hoặc củ cải đường, bao gồm một phân tử glucose và một phân tử fructose, đường sữa - glucose và galactose.
Carbohydrate phức hợpđược hình thành bởi nhiều monosacarit được gọi là polysacarit. Monome của các polysaccharide như tinh bột, glycogen, cellulose là glucose. Carbohydrate thực hiện hai chức năng chính: xây dựng và năng lượng. Cellulose tạo thành các bức tường của tế bào thực vật. Chitin polysaccharide phức tạp đóng vai trò là thành phần cấu trúc chính của bộ xương ngoài của động vật chân đốt. Chitin cũng thực hiện chức năng xây dựng ở nấm. Carbohydrate đóng vai trò là nguồn năng lượng chính trong tế bào. Trong quá trình oxy hóa 1 g carbohydrate, 17,6 kJ (~4,2 kcal) được giải phóng. Tinh bột trong thực vật và glycogen ở động vật được tích tụ trong tế bào và đóng vai trò dự trữ năng lượng.
Axit nucleic
Tầm quan trọng của axit nucleic trong tế bào là rất lớn. Đặc điểm cấu trúc hóa học của chúng mang lại khả năng lưu trữ, truyền tải và kế thừa cho tế bào con thông tin về cấu trúc của các phân tử protein được tổng hợp trong mỗi mô ở một giai đoạn nhất định phát triển cá nhân. Vì hầu hết các tính chất và đặc điểm của tế bào được xác định bởi protein nên rõ ràng tính ổn định của axit nucleic là điều kiện quan trọng nhất cho hoạt động bình thường của tế bào và toàn bộ sinh vật. Bất kỳ sự thay đổi nào trong cấu trúc hoặc hoạt động của tế bào quá trình sinh lý trong chúng, do đó ảnh hưởng đến hoạt động sống. Nghiên cứu cấu trúc của axit nucleic là cực kỳ quan trọng để hiểu được sự di truyền các đặc điểm trong sinh vật và mô hình hoạt động của cả tế bào riêng lẻ và hệ thống tế bào - mô và cơ quan.
Có 2 loại axit nucleic - DNA và RNA. DNA là một polymer bao gồm hai chuỗi xoắn nucleotide được sắp xếp để tạo thành chuỗi xoắn kép. Monome của phân tử DNA là các nucleotide bao gồm một bazơ nitơ (adenine, thymine, guanine hoặc cytosine), một carbohydrate (deoxyribose) và dư lượng axit photphoric. Các bazơ nitơ trong phân tử DNA được kết nối với nhau bằng số lượng liên kết H không bằng nhau và được sắp xếp thành từng cặp: adenine (A) luôn chống lại thymine (T), guanine (G) chống lại cytosine (C).
Các nucleotide được kết nối với nhau không phải ngẫu nhiên mà có chọn lọc. Khả năng tương tác có chọn lọc của adenine với thymine và guanine với cytosine được gọi là sự bổ sung. Sự tương tác bổ sung của một số nucleotide nhất định được giải thích bằng đặc thù về sự sắp xếp không gian của các nguyên tử trong phân tử của chúng, cho phép chúng đến gần hơn và hình thành liên kết H. Trong chuỗi polynucleotide, các nucleotide lân cận được liên kết với nhau thông qua đường (deoxyribose) và dư lượng axit photphoric. RNA, giống như DNA, là một polyme có monome là nucleotide. Các bazơ nitơ của ba nucleotide giống như các bazơ tạo nên DNA (A, G, C); chất thứ tư - uracil (U) - hiện diện trong phân tử RNA thay vì thymine. Các nucleotide RNA khác với các nucleotide DNA ở cấu trúc carbohydrate mà chúng chứa (ribose thay vì deoxyribose).
Trong chuỗi RNA, các nucleotide được nối với nhau bằng cách hình thành liên kết cộng hóa trị giữa ribose của một nucleotide và dư lượng axit photphoric của một nucleotide khác. Cấu trúc khác nhau giữa RNA hai sợi. RNA sợi đôi là người bảo vệ Thông tin di truyền trong một số loại virus, tức là Chúng thực hiện các chức năng của nhiễm sắc thể. RNA chuỗi đơn truyền thông tin về cấu trúc của protein từ nhiễm sắc thể đến nơi tổng hợp và tham gia tổng hợp protein.
Có một số loại RNA chuỗi đơn. Tên của chúng được xác định bởi chức năng hoặc vị trí của chúng trong ô. Hầu hết RNA tế bào chất (lên tới 80-90%) là RNA ribosome (rRNA), có trong ribosome. Các phân tử rRNA tương đối nhỏ và bao gồm trung bình 10 nucleotide. Một loại RNA khác (mRNA) mang thông tin về trình tự axit amin trong protein phải được tổng hợp thành ribosome. Kích thước của các RNA này phụ thuộc vào độ dài của vùng DNA mà chúng được tổng hợp. RNA vận chuyển thực hiện một số chức năng. Chúng đưa axit amin đến vị trí tổng hợp protein, “nhận biết” (theo nguyên tắc bổ sung) bộ ba và RNA tương ứng với axit amin được chuyển và thực hiện định hướng chính xác của axit amin trên ribosome.
Chất béo và lipid
Chất béo là hợp chất của chất béo axit trọng lượng phân tử cao và rượu glycerol trihydric. Chất béo không hòa tan trong nước - chúng kỵ nước. Trong tế bào luôn có những chất phức tạp giống như chất béo kỵ nước gọi là lipoit. Một trong những chức năng chính của chất béo là năng lượng. Trong quá trình phân hủy 1 g chất béo thành CO 2 và H 2 O, một lượng lớn năng lượng được giải phóng - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Hàm lượng chất béo trong tế bào dao động từ 5-15% trọng lượng chất khô. Trong tế bào mô sống, lượng chất béo tăng lên tới 90%. Chức năng chính của chất béo trong thế giới động vật (và một phần thực vật) là dự trữ.
Với quá trình oxy hóa hoàn toàn 1 g chất béo (lên đến khí cacbonic và nước) khoảng 9 kcal năng lượng được giải phóng. (1 kcal = 1000 cal; calo (cal, cal) - một đơn vị ngoài hệ thống của lượng công và năng lượng, bằng lượng nhiệt cần thiết để làm nóng 1 ml nước lên 1 ° C ở mức tiêu chuẩn áp suất không khí 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ). Khi 1 g protein hoặc carbohydrate bị oxy hóa (trong cơ thể) chỉ giải phóng khoảng 4 kcal/g. Trong nhiều loại sinh vật dưới nước - từ đơn bào tảo cátđối với cá mập phơi, mỡ sẽ “nổi”, làm giảm mật độ cơ thể trung bình. Mật độ mỡ động vật khoảng 0,91-0,95 g/cm³. Mật độ mô xương của động vật có xương sống gần 1,7-1,8 g/cm³ và mật độ trung bình hầu hết các loại vải khác đều gần 1 g/cm³. Rõ ràng là bạn cần khá nhiều chất béo để “cân bằng” một bộ xương nặng nề.
Chất béo và lipid cũng thực hiện chức năng xây dựng: chúng là một phần của màng tế bào. Do tính dẫn nhiệt kém, chất béo có khả năng thực hiện chức năng bảo vệ. Ở một số động vật (hải cẩu, cá voi), nó được lắng đọng trong mô mỡ dưới da, tạo thành một lớp dày tới 1 m. Sự hình thành một số lipoit xảy ra trước quá trình tổng hợp một số hormone. Do đó, các chất này còn có chức năng điều hòa quá trình trao đổi chất.
Sinh vật được cấu tạo từ tế bào. Tế bào của các sinh vật khác nhau có thành phần hóa học tương tự nhau. Bảng 1 trình bày các nguyên tố hóa học chính được tìm thấy trong tế bào của sinh vật sống.
Bảng 1. Hàm lượng các nguyên tố hóa học trong tế bào
Dựa vào nội dung trong ô, có thể phân biệt ba nhóm phần tử. Nhóm đầu tiên bao gồm oxy, carbon, hydro và nitơ. Chúng chiếm gần 98% tổng thành phần của tế bào. Nhóm thứ hai bao gồm kali, natri, canxi, lưu huỳnh, phốt pho, magiê, sắt, clo. Nội dung của chúng trong ô là một phần mười và một phần trăm phần trăm. Các yếu tố của hai nhóm này được phân loại là chất dinh dưỡng đa lượng(từ tiếng Hy Lạp vĩ mô- to lớn).
Các phần tử còn lại, được biểu thị trong ô bằng phần trăm và phần nghìn phần trăm, được đưa vào nhóm thứ ba. Cái này nguyên tố vi lượng(từ tiếng Hy Lạp vi mô- bé nhỏ).
Không có yếu tố độc đáo nào của thiên nhiên sống được tìm thấy trong tế bào. Tất cả các nguyên tố hóa học được liệt kê cũng là một phần của bản chất vô tri. Điều này cho thấy sự thống nhất của thiên nhiên sống và vô tri.
Sự thiếu hụt bất kỳ yếu tố nào có thể dẫn đến bệnh tật và thậm chí tử vong cho cơ thể, vì mỗi yếu tố đóng một vai trò cụ thể. Các nguyên tố đa lượng của nhóm đầu tiên tạo thành nền tảng của các polyme sinh học - protein, carbohydrate, axit nucleic, cũng như lipid, nếu không có chúng thì không thể có sự sống. Lưu huỳnh là một phần của một số protein, phốt pho là một phần của axit nucleic, sắt là một phần của huyết sắc tố và magiê là một phần của diệp lục. Canxi đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất.
Một số nguyên tố hóa học có trong tế bào được bao gồm trong chất vô cơ- muối khoáng và nước.
Muối khoángđược tìm thấy trong tế bào, theo quy luật, ở dạng cation (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) và anion (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3), tỷ lệ quyết định độ axit của môi trường, rất quan trọng đối với sự sống của tế bào.
(Trong nhiều tế bào, môi trường có tính kiềm nhẹ và độ pH của nó hầu như không thay đổi, vì một tỷ lệ cation và anion nhất định được duy trì liên tục trong đó.)
Trong số các chất vô cơ có trong thiên nhiên sống, có vai trò rất lớn Nước.
Không có nước, cuộc sống là không thể. Nó chiếm một khối lượng đáng kể của hầu hết các tế bào. Rất nhiều nước được chứa trong các tế bào não và phôi người: hơn 80% là nước; trong tế bào mô mỡ - chỉ 40.% Khi về già, hàm lượng nước trong tế bào giảm đi. Một người mất 20% lượng nước sẽ chết.
Các tính chất độc đáo của nước quyết định vai trò của nó trong cơ thể. Nó tham gia vào quá trình điều nhiệt, do khả năng chịu nhiệt cao của nước - tiêu thụ một lượng lớn năng lượng khi đun nóng. Điều gì quyết định khả năng tỏa nhiệt cao của nước?
Trong phân tử nước, một nguyên tử oxy liên kết cộng hóa trị với hai nguyên tử hydro. Phân tử nước có tính phân cực vì nguyên tử oxy bị phân cực một phần điện tích âm, và mỗi nguyên tử hydro có
Điện tích dương một phần. Liên kết hydro được hình thành giữa nguyên tử oxy của một phân tử nước và nguyên tử hydro của một phân tử khác. Liên kết hydro cung cấp kết nối số lượng lớn phân tử nước. Khi nước được làm nóng, một phần năng lượng đáng kể được dùng để phá vỡ các liên kết hydro, điều này quyết định khả năng tỏa nhiệt cao của nước.
Nước - dung môi tốt. Do tính phân cực của chúng, các phân tử của nó tương tác với các ion tích điện dương và âm, từ đó thúc đẩy quá trình hòa tan chất. Liên quan đến nước, tất cả các chất của tế bào được chia thành ưa nước và kỵ nước.
ưa nước(từ tiếng Hy Lạp thủy điện- nước và phi lê- tình yêu) được gọi là những chất tan trong nước. Chúng bao gồm các hợp chất ion (ví dụ: muối) và một số hợp chất không ion (ví dụ: đường).
kỵ nước(từ tiếng Hy Lạp thủy điện- nước và phobos- sợ hãi) là những chất không tan trong nước. Chúng bao gồm, ví dụ, lipid.
Vở kịch nước vai trò lớn trong các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào dung dịch nước. Nó hòa tan các sản phẩm trao đổi chất mà cơ thể không cần và do đó thúc đẩy quá trình loại bỏ chúng khỏi cơ thể. Nội dung tuyệt vời nước trong lồng mang lại cho nó độ đàn hồi. Nước thúc đẩy chuyển động các chất khác nhau trong một tế bào hoặc từ tế bào này sang tế bào khác.
Cơ thể của thiên nhiên sống và vô tri bao gồm các nguyên tố hóa học giống nhau. Cơ thể sống chứa các chất vô cơ - nước và muối khoáng. Nhiều chức năng cực kỳ quan trọng của nước trong tế bào được xác định bởi đặc điểm của các phân tử: tính phân cực của chúng, khả năng hình thành liên kết hydro.
THÀNH PHẦN VÔ CƠ CỦA TẾ BÀO
Khoảng 90 nguyên tố được tìm thấy trong tế bào của các sinh vật sống và khoảng 25 nguyên tố trong số đó được tìm thấy ở hầu hết các tế bào. Dựa vào hàm lượng của chúng trong tế bào, các nguyên tố hóa học được chia thành ba nhóm lớn: nguyên tố vĩ mô (99%), nguyên tố vi lượng (1%), nguyên tố siêu vi lượng (dưới 0,001%).
Các nguyên tố đa lượng bao gồm oxy, carbon, hydro, phốt pho, kali, lưu huỳnh, clo, canxi, magiê, natri, sắt.
Các nguyên tố vi lượng bao gồm mangan, đồng, kẽm, iốt, flo.
Các nguyên tố vi lượng bao gồm bạc, vàng, brom và selen.
| YẾU TỐ | NỘI DUNG TRONG CƠ THỂ (%) | Ý NGHĨA SINH HỌC |
| Chất dinh dưỡng đa lượng: | ||
| O.C.H.N. | 62-3 | Chứa tất cả các chất hữu cơ trong tế bào, nước |
| Phốt pho R | 1,0 | Chúng là một phần của axit nucleic, ATP (tạo liên kết năng lượng cao), enzyme, mô xương và men răng |
| Canxi Ca+2 | 2,5 | Ở thực vật, nó là một phần của màng tế bào, ở động vật - trong thành phần của xương và răng, nó kích hoạt quá trình đông máu |
| Các nguyên tố vi lượng: | 1-0,01 | |
| Lưu huỳnh S | 0,25 | Chứa protein, vitamin và enzyme |
| Kali K+ | 0,25 | Gây ra sự dẫn truyền xung thần kinh; chất kích hoạt enzyme tổng hợp protein, quá trình quang hợp, tăng trưởng thực vật |
| CI clo - | 0,2 | Nó là một thành phần của dịch dạ dày ở dạng của axit clohiđric, kích hoạt enzyme |
| Natri Na+ | 0,1 | Đảm bảo dẫn truyền xung thần kinh, duy trì áp suất thẩm thấu trong tế bào, kích thích tổng hợp hormone |
| Magiê Mg +2 | 0,07 | Một phần của phân tử diệp lục, được tìm thấy trong xương và răng, kích hoạt quá trình tổng hợp DNA và chuyển hóa năng lượng |
| Iốt I - | 0,1 | Một phần của hormone tuyến giáp - thyroxine, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất |
| Sắt Fe+3 | 0,01 | Nó là một phần của huyết sắc tố, myoglobin, thủy tinh thể và giác mạc của mắt, một chất kích hoạt enzyme và tham gia vào quá trình tổng hợp chất diệp lục. Cung cấp vận chuyển oxy đến các mô và cơ quan |
| Các nguyên tố siêu vi lượng: | nhỏ hơn 0,01, lượng vết | |
| Đồng Si +2 | Tham gia vào các quá trình tạo máu, quang hợp, xúc tác các quá trình oxy hóa nội bào | |
| Mangan Mn | Tăng năng suất cây trồng, kích hoạt quá trình quang hợp, ảnh hưởng đến quá trình tạo máu | |
| Bor V | ảnh hưởng quá trình tăng trưởng thực vật | |
| Flo F | Nó là một phần của men răng; nếu thiếu sẽ phát triển sâu răng; nếu thừa sẽ phát triển bệnh nhiễm fluor. | |
| Vật liệu xây dựng: | ||
| N 2 0 | 60-98 | Trang điểm môi trường nội bộ sinh vật, tham gia quá trình thủy phân, cấu trúc tế bào. Dung môi phổ quát, chất xúc tác, người tham gia phản ứng hóa học |
THÀNH PHẦN HỮU CƠ CỦA TẾ BÀO
| VẬT LIỆU XÂY DỰNG | CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT | CHỨC NĂNG |
| Lipid | ||
| Este cao hơn axit béo và glyxerin. Thành phần của phospholipid còn bao gồm dư lượng H 3 PO4. Chúng có đặc tính kỵ nước hoặc kỵ nước và cường độ năng lượng cao. | Sự thi công- tạo thành lớp bilipid của tất cả các màng. Năng lượng. Điều nhiệt. bảo vệ. nội tiết tố(corticosteroid, hormone sinh dục). Thành phần vitamin D, E. Nguồn nước dự phòng trong cơ thể. chất dinh dưỡng |
|
| Carbohydrate | ||
| Monosaccharid: đường, đường fructose, ribose, deoxyribose |
Hòa tan cao trong nước | Năng lượng |
| Disaccharide: đường, maltose (đường mạch nha) |
Hoà tan trong nước | Thành phần DNA, RNA, ATP |
| Polysaccharid: tinh bột, glycogen, xenluloza |
Hòa tan kém hoặc không hòa tan trong nước | Chất dinh dưỡng dự phòng. Cấu trúc - vỏ của tế bào thực vật |
| Sóc | Polyme. Monome - 20 axit amin. | Enzyme là chất xúc tác sinh học. |
| Cấu trúc I là trình tự các axit amin trong chuỗi polypeptide. Liên kết - peptide - CO-NH- | Xây dựng - là một phần của cấu trúc màng, ribosome. | |
| Cấu trúc II - Một-xoắn, liên kết - hydro | Động cơ (protein cơ co bóp). | |
| Cấu trúc III - cấu hình không gian Một-hình xoắn ốc (hình cầu). Liên kết - ion, cộng hóa trị, kỵ nước, hydro | Vận chuyển (huyết sắc tố). Bảo vệ (kháng thể) Điều hòa (hormone, insulin) | |
| Cấu trúc IV không phải là đặc trưng của tất cả các protein. Sự kết nối của một số chuỗi polypeptide thành một cấu trúc thượng tầng duy nhất. Hòa tan kém trong nước. Hoạt động nhiệt độ cao, axit đậm đặc và chất kiềm, muối kim loại nặng gây biến tính | ||
| Axit nucleic: | Polymer sinh học. Được tạo thành từ các nucleotit | |
| DNA là axit deoxyribonucleic. | Thành phần nucleotide: deoxyribose, bazơ nitơ - adenine, guanine, cytosine, thymine, dư lượng H 3 PO 4. Tính bổ sung của bazơ nitơ A = T, G = C. Chuỗi xoắn kép. Có khả năng tự nhân đôi | Chúng tạo thành nhiễm sắc thể. Lưu trữ và truyền tải thông tin di truyền, mã di truyền. Sinh tổng hợp RNA và protein. Mã hóa cấu trúc bậc một của protein. Chứa trong nhân, ty thể, lạp thể |
| ARN là axit ribonucleic. | Thành phần nucleotide: ribose, bazơ nitơ - adenine, guanine, cytosine, uracil, dư lượng H 3 PO 4 Sự bổ sung của các bazơ nitơ A = U, G = C. Một chuỗi | |
| RNA thông tin | Truyền thông tin về cấu trúc bậc một của protein, tham gia sinh tổng hợp protein | |
| RNA ribosome | Cấu tạo cơ thể ribosome | |
| RNA chuyển | Mã hóa và vận chuyển axit amin đến nơi tổng hợp protein - ribosome | |
| RNA và DNA của virus | Bộ máy di truyền của virus | |
Enzyme.
Chức năng quan trọng nhất của protein là xúc tác. Các phân tử protein làm tăng tốc độ phản ứng hóa học trong tế bào lên vài bậc độ lớn được gọi là enzim. Không một quá trình sinh hóa nào trong cơ thể diễn ra mà không có sự tham gia của các enzyme.
Hiện nay, hơn 2000 enzyme đã được phát hiện. Hiệu quả của chúng cao gấp nhiều lần so với chất xúc tác vô cơđược sử dụng trong sản xuất. Như vậy, 1 mg sắt trong enzyme catalase có thể thay thế được 10 tấn sắt vô cơ. Catalase làm tăng tốc độ phân hủy hydrogen peroxide (H 2 O 2) lên 10 11 lần. Enzim xúc tác cho phản ứng hình thành axit cacbonic (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) làm tăng tốc độ phản ứng lên 10 7 lần.
Một đặc tính quan trọng của enzyme là tính đặc hiệu trong hoạt động của chúng; mỗi enzyme chỉ xúc tác cho một hoặc một nhóm nhỏ các phản ứng tương tự.
Chất mà enzim tác dụng được gọi là cơ chất. Cấu trúc của các phân tử enzyme và cơ chất phải khớp chính xác với nhau. Điều này giải thích tính đặc hiệu của hoạt động của enzyme. Khi cơ chất được kết hợp với enzyme, cấu trúc không gian của enzyme sẽ thay đổi.
Trình tự tương tác giữa enzyme và cơ chất có thể được mô tả dưới dạng sơ đồ:
Cơ chất+Enzyme - Phức hợp Enzyme-cơ chất - Enzyme+Sản phẩm.
Sơ đồ cho thấy cơ chất kết hợp với enzyme tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất. Trong trường hợp này, chất nền được chuyển hóa thành chất mới - sản phẩm. Ở giai đoạn cuối, enzyme được giải phóng khỏi sản phẩm và lại tương tác với một phân tử cơ chất khác.
Enzim chỉ hoạt động khi nhiệt độ nhất định, nồng độ các chất, độ axit của môi trường. Các điều kiện thay đổi dẫn đến thay đổi cấu trúc bậc ba và bậc bốn của phân tử protein và do đó làm ức chế hoạt động của enzyme. Làm thế nào điều này xảy ra? Chỉ một phần nhất định của phân tử enzyme, được gọi là trung tâm hoạt động. Trung tâm hoạt động chứa từ 3 đến 12 gốc axit amin và được hình thành do sự uốn cong của chuỗi polypeptide.
bị ảnh hưởng nhiều yếu tố khác nhau cấu trúc của phân tử enzyme thay đổi. Trong trường hợp này, cấu hình không gian của trung tâm hoạt động bị phá vỡ và enzyme mất hoạt động.
Enzyme là protein đóng vai trò là chất xúc tác sinh học. Nhờ có enzym, tốc độ phản ứng hóa học trong tế bào tăng lên vài bậc độ lớn. Tài sản quan trọng enzyme - tính đặc hiệu của hành động trong những điều kiện nhất định.
Axit nucleic.
Axit nucleic được phát hiện vào nửa sau thế kỷ 19. Nhà hóa sinh người Thụy Sĩ F. Miescher, người đã phân lập được một chất từ nhân tế bào bằng nội dung cao nitơ và phốt pho và gọi nó là “nuclein” (từ lat. cốt lõi- cốt lõi).
Bảo quản trong axit nucleic thông tin di truyền về cấu trúc và chức năng của mọi tế bào và mọi sinh vật trên Trái đất. Có hai loại axit nucleic - DNA (axit deoxyribonucleic) và RNA (axit ribonucleic). Axit nucleic, giống như protein, có tính đặc trưng của loài, nghĩa là sinh vật của mỗi loài có loại DNA riêng. Để tìm hiểu lý do về tính đặc hiệu của loài, hãy xem xét cấu trúc của axit nucleic.
Các phân tử axit nucleic là những chuỗi rất dài bao gồm hàng trăm, thậm chí hàng triệu nucleotide. Bất kỳ axit nucleic nào cũng chỉ chứa bốn loại nucleotide. Chức năng của các phân tử axit nucleic phụ thuộc vào cấu trúc của chúng, các nucleotide mà chúng chứa, số lượng của chúng trong chuỗi và trình tự của hợp chất trong phân tử.
Mỗi nucleotide bao gồm ba thành phần: bazơ nitơ, carbohydrate và axit photphoric. Mỗi nucleotide DNA chứa một trong bốn loại bazơ nitơ (adenine - A, thymine - T, guanine - G hoặc cytosine - C), cũng như carbon deoxyribose và dư lượng axit photphoric.
Do đó, các nucleotide DNA chỉ khác nhau ở loại bazơ nitơ.
Một phân tử DNA bao gồm giá trị to lớn các nucleotide được nối thành một chuỗi theo một trình tự nhất định. Mỗi loại phân tử DNA có số lượng và trình tự nucleotide riêng.
Phân tử DNA rất dài. Ví dụ, để viết ra trình tự các nucleotide trong phân tử DNA từ một tế bào người (46 nhiễm sắc thể) bằng chữ cái sẽ cần một cuốn sách khoảng 820.000 trang. Bốn loại nucleotide xen kẽ có thể hình thành tập vô hạn biến thể của phân tử DNA. Những đặc điểm cấu trúc này của các phân tử DNA cho phép chúng lưu trữ một lượng thông tin khổng lồ về tất cả các đặc điểm của sinh vật.
Năm 1953, nhà sinh vật học người Mỹ J. Watson và nhà vật lý người Anh F. Crick đã tạo ra mô hình cấu trúc của phân tử DNA. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng mỗi phân tử DNA bao gồm hai chuỗi, liên kết với nhau và xoắn ốc. Cô ấy trông như xoắn kép. Trong mỗi chuỗi, bốn loại nucleotide xen kẽ theo một trình tự cụ thể.
Thành phần nucleotide của DNA khác nhau giữa các loại khác nhau vi khuẩn, nấm, thực vật, động vật. Nhưng nó không thay đổi theo tuổi tác và ít phụ thuộc vào sự thay đổi của môi trường. Các nucleotide được ghép nối, nghĩa là số lượng nucleotide adenine trong bất kỳ phân tử DNA nào bằng số lượng nucleotide thymidine (A-T) và số lượng nucleotide cytosine bằng số lượng nucleotide guanine (C-G). Điều này là do sự kết nối của hai chuỗi với nhau trong phân tử DNA tuân theo một quy tắc nhất định, cụ thể là: adenine của một chuỗi luôn được nối bởi hai chuỗi liên kết hydro chỉ với Thymine của một chuỗi khác và guanine - có ba liên kết hydro với cytosine, nghĩa là các chuỗi nucleotide của một phân tử DNA bổ sung cho nhau, bổ sung cho nhau.
Các phân tử axit nucleic - DNA và RNA - được tạo thành từ các nucleotide. Các nucleotide DNA bao gồm một bazơ nitơ (A, T, G, C), carbohydrate deoxyribose và dư lượng phân tử axit photphoric. Phân tử DNA là một chuỗi xoắn kép gồm hai chuỗi được nối với nhau bằng liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung. Chức năng của DNA là lưu trữ thông tin di truyền.
Tế bào của tất cả các sinh vật đều chứa các phân tử ATP - axit adenosine triphosphoric. ATP là một chất phổ quát của tế bào, phân tử của nó có các liên kết giàu năng lượng. Phân tử ATP là một nucleotide duy nhất, giống như các nucleotide khác, bao gồm ba thành phần: bazơ nitơ - adenine, carbohydrate - ribose, nhưng thay vì một, nó chứa ba dư lượng phân tử axit photphoric (Hình 12). Các kết nối được chỉ ra trong hình có biểu tượng rất giàu năng lượng và được gọi là vĩ mô. Mỗi phân tử ATP chứa hai liên kết năng lượng cao.
Khi liên kết năng lượng cao bị phá vỡ và một phân tử axit photphoric bị loại bỏ với sự trợ giúp của enzyme, 40 kJ/mol năng lượng được giải phóng và ATP được chuyển thành ADP - axit diphosphoric adenosine. Khi một phân tử axit photphoric khác bị loại bỏ, 40 kJ/mol khác được giải phóng; AMP được hình thành - axit monophosphoric adenosine. Những phản ứng này có tính thuận nghịch, tức là AMP có thể chuyển hóa thành ADP, ADP thành ATP.
Các phân tử ATP không chỉ bị phân hủy mà còn được tổng hợp nên hàm lượng của chúng trong tế bào tương đối ổn định. Tầm quan trọng của ATP đối với đời sống của tế bào là rất lớn. Những phân tử này đóng vai trò chủ đạo trong quá trình chuyển hóa năng lượng cần thiết để đảm bảo sự sống của tế bào và toàn bộ cơ thể.
Cơm. 12. Sơ đồ cấu trúc của ATP.| adenin - |
Phân tử RNA thường là một chuỗi đơn, bao gồm bốn loại nucleotide - A, U, G, C. Ba loại RNA chính được biết đến: mRNA, rRNA, tRNA. Hàm lượng các phân tử RNA trong tế bào không cố định; chúng tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein. ATP là chất năng lượng phổ biến của tế bào, chứa các liên kết giàu năng lượng. ATP đóng vai trò trung tâm trong quá trình chuyển hóa năng lượng của tế bào. RNA và ATP được tìm thấy trong cả nhân và tế bào chất của tế bào.
Nhiệm vụ và bài kiểm tra về chủ đề “Chủ đề 4. “Thành phần hóa học của tế bào”.
- polyme, monome;
- carbohydrate, monosacarit, disacarit, polysacarit;
- lipid, axit béo, glycerol;
- axit amin, liên kết peptit, protein;
- chất xúc tác, enzyme, vị trí hoạt động;
- axit nucleic, nucleotit.
Thuật toán để giải quyết vấn đề.
Loại 1. Tự sao chép DNA.
Một trong các chuỗi DNA có trình tự nucleotide sau:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Chuỗi thứ hai của cùng một phân tử có trình tự nucleotide nào?
Để viết trình tự nucleotide của chuỗi thứ hai của phân tử DNA, khi biết trình tự của chuỗi thứ nhất, chỉ cần thay thymine bằng adenine, adenine bằng thymine, guanine bằng cytosine và cytosine bằng guanine. Sau khi thực hiện sự thay thế này, chúng tôi nhận được trình tự:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...
Loại 2. Mã hóa protein.
Chuỗi axit amin của protein ribonuclease có sự bắt đầu như sau: lysine-glutamine-threonine-alanine-alanine-alanine-lysine...
Gen tương ứng với protein này bắt đầu bằng trình tự nucleotide nào?
Để làm điều này, hãy sử dụng bảng mã di truyền. Đối với mỗi axit amin, chúng tôi tìm ký hiệu mã của nó dưới dạng bộ ba nucleotide tương ứng và viết nó ra. Bằng cách sắp xếp các bộ ba này lần lượt theo thứ tự tương ứng với các axit amin, chúng ta thu được công thức cấu trúc của một đoạn RNA thông tin. Theo quy định, có một số bộ ba như vậy, việc lựa chọn được thực hiện theo quyết định của bạn (nhưng chỉ chọn một trong số các bộ ba). Theo đó, có thể có một số giải pháp.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG
Protein bắt đầu bằng trình tự axit amin nào nếu nó được mã hóa bởi trình tự nucleotide sau:
ATCGCCATGGGGCCGGT...
Sử dụng nguyên tắc bổ sung, chúng tôi tìm thấy cấu trúc của một đoạn RNA thông tin được hình thành trên phân khúc này Phân tử ADN:
UGGGGGUATCCGGCCCA...
Sau đó, chúng ta chuyển sang bảng mã di truyền và với mỗi bộ ba nucleotide, bắt đầu từ bộ ba nucleotide đầu tiên, chúng ta tìm và viết ra axit amin tương ứng:
Cysteine-glycine-tyrosine-arginine-proline-...
Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. " Sinh học đại cương". Mátxcơva, "Khai sáng", 2000
- Chủ đề 4. "Thành phần hóa học của tế bào." §2-§7 trang 7-21
- Chủ đề 5. "Quang hợp." §16-17 trang 44-48
- Chủ đề 6. “Hô hấp tế bào.” §12-13 trang 34-38
- Chủ đề 7. "Thông tin di truyền." §14-15 trang 39-44
Tế bào chứa khoảng 70 nguyên tố hóa học của bảng tuần hoàn D.I. Mendeleev. Tùy thuộc vào số lượng các nguyên tố hóa học có trong các chất hình thành nên cơ thể sống, người ta thường phân biệt một số nhóm trong số chúng.
Một nhóm (khoảng 98% khối lượng tế bào) được hình thành bởi bốn nguyên tố nhẹ: hydro, oxy, carbon, nitơ. Chúng được gọi là chất dinh dưỡng đa lượng. Đây là thành phần chính của tất cả các hợp chất hữu cơ.
Nhóm còn lại bao gồm các nguyên tố đi vào tế bào với số lượng nhỏ hơn. Trong số này, lưu huỳnh và phốt pho, cùng với các nguyên tố vĩ mô, là một phần của các hợp chất hữu cơ quan trọng - axit nucleic, protein, chất béo, carbohydrate, hormone, kali, natri, magiê, mangan, sắt, clo cũng thực hiện các chức năng quan trọng trong tế bào. Các nguyên tố chứa trong tế bào với số lượng rất nhỏ được gọi là nguyên tố vi lượng.
Hàm lượng của một số nguyên tố phụ thuộc vào vai trò chức năng của chúng trong tế bào và cơ thể, loại tế bào cũng như đặc điểm sinh hóa nhiều nhóm sinh vật khác nhau. Trong quá trình trao đổi chất mà các yếu tố này tham gia. Điều quan trọng nữa là khả năng của sinh vật điều chỉnh thành phần ion. Như vậy, tế bào thực vật chứa nhiều kali hơn tế bào động vật. Natri chiếm ưu thế trong môi trường ngoại bào của động vật.
Tính phân cực của các phân tử và khả năng hình thành liên kết hydro làm cho nước trở thành dung môi tốt cho một số lượng lớn các chất vô cơ và hữu cơ. Những chất như vậy được gọi là ưa nước. Ngoài ra, nước đảm bảo cả việc đưa các chất vào tế bào và loại bỏ các chất thải ra khỏi tế bào.
Nước có tính dẫn nhiệt tốt và công suất nhiệt cao, cho phép nhiệt độ bên trong tế bào không thay đổi khi nhiệt độ môi trường thay đổi.
Hầu hết các chất vô cơ trong tế bào đều ở dạng muối, phân ly thành ion hoặc ở trạng thái rắn. Trong số những người đầu tiên tầm quan trọng lớn có các cation K, Na, Ca gây khó chịu cho sinh vật sống. Tính chất đệm của tế bào phụ thuộc vào nồng độ muối bên trong tế bào. Đệm là khả năng của tế bào duy trì phản ứng hơi kiềm của chất chứa trong nó ở mức không đổi trong điều kiện môi trường thay đổi.
Các hợp chất hữu cơ chiếm trung bình 20–30% khối lượng tế bào. Chúng bao gồm các polyme sinh học: protein, axit nucleic, carbohydrate, cũng như lipid và một số phân tử nhỏ– Hoocmon, sắc tố, ATP, v.v.
Sóc. Protein chiếm vị trí đầu tiên trong số các chất hữu cơ cả về số lượng và tầm quan trọng.
Protein được tạo thành từ 20 loại axit amin khác nhau. Công thức chung của chúng
H2N─HC─COOH,
trong đó R là căn thức của nhiều cấu trúc khác nhau. Ở phía bên trái của phân tử có nhóm amin H 2 N, có tính chất của một bazơ; bên phải là nhóm cacboxyl COOH - có tính axit, đặc trưng của tất cả các axit hữu cơ. Do đó, axit amin là hợp chất lưỡng tính kết hợp các tính chất của cả axit và bazơ. Khi kết hợp, các phân tử axit amin tạo thành liên kết giữa carbon của axit và nitơ của các nhóm chính. Liên kết như vậy được gọi là cộng hóa trị, trong trong trường hợp này- liên kết peptit:
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
Một hợp chất bao gồm 20 gốc axit amin trở lên được gọi là polypeptide. Trình tự các axit amin trong chuỗi polypeptide thường được gọi là cấu trúc bậc một của protein.
Tuy nhiên, phân tử protein ở dạng chuỗi axit amin nối với nhau một cách tuần tự bằng liên kết peptit thì chưa có khả năng thực hiện chức năng này. chức năng cụ thể. Điều này đòi hỏi một tổ chức có cấu trúc cao hơn. Thông qua sự hình thành liên kết hydro giữa các gốc nhóm carboxyl và nhóm amin của các axit amin khác nhau phân tử protein có dạng xoắn ốc. Đây là cấu trúc thứ cấp của protein. Nhưng trong hầu hết các trường hợp, chỉ có phân tử có cấu trúc bậc ba mới có thể thực hiện vai trò sinh học. Cấu trúc bậc ba được hình thành do sự tương tác của các gốc, đặc biệt là các gốc của axit amin cysteine, có chứa lưu huỳnh. Các nguyên tử lưu huỳnh của hai axit amin nằm ở khoảng cách xa nhau được kết nối với nhau, tạo thành cái gọi là liên kết disulfide hoặc S - S. Sự sắp xếp các chuỗi xoắn polypeptide thành các hạt (quả bóng) được gọi là cấu trúc bậc ba của protein (Hình 1).
Một số chức năng của cơ thể được thực hiện với sự tham gia của các protein có cấp độ tổ chức cao hơn - cấu trúc bậc bốn. Ví dụ: huyết sắc tố, insulin.
Sự mất đi tổ chức cấu trúc của phân tử protein được gọi là sự biến tính (từ tiếng Latin denaturare - làm mất đi các đặc tính tự nhiên).
Tái tạo là đặc tính của protein nhằm khôi phục hoàn toàn cấu trúc đã mất nếu sự thay đổi của môi trường không dẫn đến sự phá hủy cấu trúc sơ cấp.
Một trong những chức năng quan trọng nhất của protein trong tế bào là sự thi công: protein tham gia vào quá trình hình thành tất cả các màng tế bào trong các bào quan của tế bào, cũng như các cấu trúc ngoại bào.
Điều quan trọng nhất là chức năng xúc tác protein. Tất cả các chất xúc tác sinh học - enzym - chất bản chất protein. Chúng tăng tốc các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào lên hàng chục và hàng trăm nghìn lần. Enzim chỉ xúc tác cho một phản ứng, tức là nó rất cụ thể.
Chức năng vận động cơ thể được cung cấp bởi các protein co bóp. Những protein này tham gia vào tất cả các loại chuyển động mà tế bào và sinh vật có thể thực hiện: sự rung chuyển của lông mao và hoạt động đập của roi ở động vật nguyên sinh, sự co cơ ở động vật.
Chức năng vận chuyển protein bao gồm việc gắn các nguyên tố hóa học (ví dụ oxy) hoặc các chất hoạt tính sinh học (hormone) và chuyển chúng sang các loại mô khác nhau và các cơ quan của cơ thể.
Khi các protein lạ hoặc vi sinh vật xâm nhập vào cơ thể, các protein đặc biệt - kháng thể - được hình thành trong tế bào bạch cầu - bạch cầu. Chúng liên kết và trung hòa các chất không bình thường đối với cơ thể. Điều này thể hiện chức năng bảo vệ protein.
Protein cũng đóng vai trò là một trong những nguồn năng lượng trong tế bào, tức là trình diễn chức năng năng lượng. Khi 1g protein bị phân hủy hoàn toàn sẽ giải phóng 17,6 kJ năng lượng.
Carbohydrate. Carbohydrate hay còn gọi là sacarit là các chất hữu cơ có công thức chung C n (H 2 O) m.
Carbohydrate được chia thành đơn giản và phức tạp. Carbohydrate đơn giản là monosacarit. Tùy thuộc vào số lượng nguyên tử carbon trong phân tử, monosacarit được gọi là triose, tetroses, pentose (ribose và deoxyribose), hexose (glucose, galactose).
Carbohydrate phức tạp được hình thành từ nhiều monosacarit được gọi là polysacarit.
Carbohydrate thực hiện hai chức năng chính: sự thi công(chitin) và năng lượng(tinh bột ở thực vật và glycogen ở động vật là nguồn dự trữ năng lượng). Carbohydrate là nguồn năng lượng chính trong tế bào. Trong quá trình oxy hóa 1 g carbohydrate, 17,6 kJ năng lượng được giải phóng.
Lipid. Lipid hay chất béo là sự kết hợp của axit béo có trọng lượng phân tử cao và glycerol rượu trihydric. Chất béo không hòa tan trong nước - chúng kỵ nước. Tế bào luôn chứa các chất giống như chất béo khác - lipid.
Một trong những chức năng chính của chất béo là năng lượng. Trong quá trình phân hủy 1g chất béo, năng lượng được giải phóng là 38,9 kJ. Hàm lượng chất béo trong tế bào chiếm 5-15% khối lượng chất khô.
Lipid và lipid thực hiện và chức năng xây dựng: Chúng là một phần của màng tế bào. Do tính dẫn nhiệt kém nên mỡ có thể thực hiện được chức năng Chất cách nhiệt. Sự hình thành một số lipid xảy ra trước quá trình tổng hợp một số hormone. Vì vậy, các chất này còn có chức năng điều hòa quá trình trao đổi chất.
Axit nucleic. Hạt nhân (từ lat. nhân tế bào- lõi) axit - hợp chất hữu cơ phức tạp. Chúng bao gồm carbon, hydro, oxy, nitơ và phốt pho.
Có hai loại axit nucleic - DNA và RNA. Chúng có thể được tìm thấy cả trong nhân, tế bào chất và các bào quan của nó.
DNA là axit deoxyribonucleic. Nó là một polymer sinh học bao gồm hai chuỗi polynucleotide kết nối với nhau. Monome - các nucleotide tạo nên mỗi chuỗi DNA - là các hợp chất hữu cơ phức tạp. DNA bao gồm bốn bazơ nitơ: dẫn xuất purin- adenine (A) và guanine (G) và các dẫn xuất pyrimidine - cytosine (C) và thymine (T), đường pentose pentaatomic - deoxyribose, cũng như phần còn lại axit photphoric (Hình 2).
Trong mỗi chuỗi, các nucleotide được kết nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị: deoxyribose của một nucleotide được kết hợp với dư lượng axit photphoric của nucleotide tiếp theo. Hai chuỗi được kết hợp thành một phân tử duy nhất bằng liên kết hydro hình thành giữa các bazơ nitơ tạo nên các nucleotide hình thành mạch khác nhau. Cấu hình không gian của các bazơ nitơ khác nhau và số lượng liên kết giữa các bazơ nitơ khác nhau cũng không giống nhau. Kết quả là chúng chỉ có thể kết nối theo cặp: adenine bazơ nitơ (A) của một chuỗi polynucleotide luôn được nối bằng hai liên kết hydro với thymine (T) của chuỗi kia và guanine (G) được nối bằng ba liên kết hydro với cytosine bazơ nitơ (C) của chuỗi polynucleotide đối diện. Khả năng kết hợp có chọn lọc các nucleotide dẫn đến hình thành các cặp A-T và G-C, được gọi là sự bổ sung(Hình 15). Nếu biết được trình tự các bazơ trong một chuỗi (ví dụ T-C-A-T-G), thì nhờ nguyên tắc bổ sung (bổ sung), trình tự bazơ đối diện (A-G-T-A-C) cũng sẽ được biết đến.
Hình 2 Mặt cắt của phân tử DNA. Sự kết nối bổ sung của các nucleotide của các chuỗi khác nhau.
Chuỗi nucleotide tạo thành các chuỗi xoắn ốc thuận tay phải với 10 base trong mỗi vòng. Trình tự kết nối các nucleotide trong chuỗi này ngược lại với trình tự kết nối của các nucleotide trong chuỗi khác, tức là. các sợi tạo nên một phân tử DNA có tính đa hướng , hoặc phản song song : Trình tự các liên kết internucleotide trong hai chuỗi được hướng vào cạnh đối diện: 5" -3" và 3" -5". Các nhóm nucleotide đường-photphat nằm ở bên ngoài và các bazơ nitơ ở bên trong. Các chuỗi xoắn tương đối với nhau, cũng như xung quanh trục chung, tạo thành chuỗi xoắn kép. Cấu trúc của phân tử này được duy trì chủ yếu bằng liên kết hydro (Hình 3).
Cấu trúc thứ cấp DNA lần đầu tiên được thành lập bởi nhà sinh vật học người Mỹ J. Watson và nhà vật lý người Anh F. Crick.
Hình 3. Sơ đồ cấu trúc của chuỗi xoắn kép DNA: MỘT- mô hình phẳng, khung đường-photphat được biểu thị bằng đường đậm; B - mô hình thể tích
Khi DNA được kết hợp với một số protein (histone) nhất định, mức độ xoắn ốc của phân tử tăng lên - một siêu xoắn DNA xuất hiện, độ dày của nó tăng đáng kể và chiều dài giảm (Hình 4). Đơn vị nén của phân tử DNA là nucleosome. , cơ sở của nó là 8 phân tử histone, mỗi loại 2 phân tử (H2A, H2B, NZ và H4). Bề mặt của các phân tử protein này chịu điện tích dương và tạo thành một khung mà xung quanh đó phân tử DNA tích điện âm có thể xoắn lại. Mỗi nucleosome chứa từ 146 đến 200 cặp bazơ. Loại histone thứ năm - H1 - kết nối với các phần DNA liên kết nucleosome này với nucleosome khác. DNA như vậy được gọi là tuyến tính hoặc kết nối - liên kết. . hạt nhân
soma nằm dọc theo DNA ở một khoảng cách nhất định, thay đổi tùy thuộc vào loại tế bào - từ 20 đến 50 nm. Điều này tạo ra một cấu trúc giống như hạt, trong đó mỗi hạt là một nucleosome.
Cơm. 4 Sơ đồ hình thành chuỗi siêu xoắn DNA.
DNA tuyến tính
Lần lượt, các nucleosome và DNA liên kết được đóng gói thành các sợi nhỏ, tạo thành các vòng trong nhiễm sắc thể. Hơn mức độ cao xoắn ốc có thể làm giảm đáng kể chiều dài của phân tử DNA. Chỉ cần nói rằng tổng chiều dài của các phân tử DNA tạo nên nhiễm sắc thể của con người là 1,74 m; chúng nằm trong các tế bào có đường kính 5-7 micron. Một phân tử như vậy, được “đóng gói” cẩn thận bằng protein, có thể được quan sát bằng kính hiển vi ánh sáng trong quá trình phân chia tế bào ở dạng cơ thể thon dài được nhuộm màu tốt -x Romosome.
ARN- axit ribonucleic. ARN cũng như ADN , là một polyme có monome là các nucleotide gần với nucleotide DNA. Bazơ nitơ của ba nucleotide giống như các bazơ tạo nên DNA (adenine, guanine, cytosine), bazơ thứ tư là uracil(U) chỉ hiện diện trong phân tử RNA (thay vì thymine). Các nucleotide RNA khác với các nucleotide DNA ở cấu trúc carbohydrate mà chúng chứa: chúng bao gồm một pentose khác - riboza(thay vì deso-xyribose). Trong chuỗi nucleotide RNA, chúng được kết nối với nhau do sự hình thành liên kết cộng hóa trị giữa ribose của một nucleotide và dư lượng axit photphoric của nucleotide kia.
Dựa trên cấu trúc của chúng, RNA sợi đôi và sợi đơn được phân biệt. RNA sợi đôi lưu trữ thông tin di truyền ở một số loại virus, ví dụ: Chúng thực hiện các chức năng của nhiễm sắc thể. Các mRNA chuỗi đơn mang thông tin về trình tự axit amin trong protein (tức là về cấu trúc của protein) từ nhiễm sắc thể đến vị trí tổng hợp của chúng và tham gia vào quá trình tổng hợp protein.
 |
Hình 5 Sơ đồ cấu trúc của tRNA: A, B, C, D - các vùng kết nối bổ sung trong một phân tử RNA; D- vị trí (trung tâm hoạt động) kết nối với axit amin; E- vị trí (trung tâm hoạt động) của kết nối bổ sung với phân tử và RNA (anticodon)
Có một số loại RNA chuỗi đơn. Tên của chúng được xác định bởi chức năng hoặc vị trí của chúng trong ô. Phần lớn RNA trong tế bào chất (tới 80 - 90%) là RNA ribosome (rRNA), chứa trong ribosome. Các phân tử rRNA tương đối nhỏ và bao gồm 3 - 5 nghìn nucleotide. Một loại RNA khác là RNA thông tin (mRNA), mang thông tin về trình tự axit amin trong protein cần được tổng hợp thành ribosome. Kích thước của các RNA này phụ thuộc vào độ dài của đoạn DNA mà chúng được tổng hợp. Các phân tử và RNA có thể bao gồm 300 - 30.000 nucleotide. RNA vận chuyển (tRNA) bao gồm 76 - 85 nucleotide (Hình) và thực hiện một số chức năng. Chúng đưa axit amin đến vị trí tổng hợp protein và thực hiện định hướng chính xác của axit amin (theo nguyên tắc bổ sung) trên ribosome. tRNA có hai trung tâm hoạt động, một trong số đó kết nối với một axit amin cụ thể và trung tâm còn lại bao gồm ba nucleotide, đóng vai trò kết nối bổ sung với phân tử mRNA. Khu vực này được gọi là anticodon.
Khoảng 60 nguyên tố trong bảng tuần hoàn Mendeleev, cũng được tìm thấy ở dạng vô tri, được tìm thấy trong tế bào. Đây là một trong những bằng chứng về tính tương đồng của thiên nhiên sống và vô tri. Trong các sinh vật sống, chất có nhiều nhất là hydro, oxy, carbon và nitơ, chiếm khoảng 98% khối lượng tế bào. Điều này là do tính chất hóa học đặc biệt của hydro, oxy, carbon và nitơ, do đó chúng trở nên thích hợp nhất cho sự hình thành các phân tử thực hiện các chức năng sinh học. Bốn nguyên tố này có khả năng hình thành liên kết cộng hóa trị rất mạnh bằng cách ghép các electron thuộc hai nguyên tử. Các nguyên tử carbon liên kết cộng hóa trị có thể tạo thành khung của vô số phân tử hữu cơ khác nhau. Vì các nguyên tử carbon dễ dàng hình thành liên kết cộng hóa trị với oxy, hydro, nitơ và lưu huỳnh, nên các phân tử hữu cơ đạt được độ phức tạp và sự đa dạng về cấu trúc đặc biệt.
Ngoài 4 nguyên tố chính trong tế bào với số lượng đáng chú ý (10 S
và 100 S
phần trăm) chứa sắt, kali, natri, canxi, magiê, clo, phốt pho và lưu huỳnh. Tất cả các nguyên tố khác (kẽm, đồng, iốt, flo, coban, mangan, v.v.) được tìm thấy trong tế bào với số lượng rất nhỏ và do đó được gọi là nguyên tố vi lượng.
Các nguyên tố hóa học là một phần của các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Các hợp chất vô cơ bao gồm nước, muối khoáng, carbon dioxide, axit và bazơ. Các hợp chất hữu cơ là protein, axit nucleic, carbohydrate, chất béo (lipid) và lipid. Ngoài oxy, hydro, carbon và nitơ, chúng có thể chứa các nguyên tố khác. Một số protein có chứa lưu huỳnh. Phốt pho là thành phần của axit nucleic. Phân tử hemoglobin bao gồm sắt, magie tham gia cấu tạo nên phân tử diệp lục. Các nguyên tố vi lượng, mặc dù có hàm lượng cực kỳ thấp trong cơ thể sống nhưng lại đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình sống. Iốt là một phần của hormone tuyến giáp - thyroxine, coban là một phần của vitamin B 12
Hormon của phần đảo tụy - insulin - có chứa kẽm. Ở một số loài cá, đồng thay thế sắt trong các phân tử sắc tố mang oxy.
Các bài viết khác:
Nguồn gốc đơn ngành của loài người: các lý thuyết về thuyết đa trung tâm và thuyết đơn tâm
Trong lịch sử nhân học, câu hỏi liệu tất cả các chủng tộc đều có nguồn gốc chung hay từ nhiều nguồn gốc? rễ khác nhau, được đặt theo nhiều cách khác nhau: trong suốt thế kỷ 18 và cho đến giữa thế kỷ 19. – trong bình diện hệ thống, bắt đầu từ phần thứ hai…
Các yếu tố tự nhiên hình thành chủng tộc
Vai trò là gì yếu tố tự nhiên hình thành chủng tộc? Các chuyên gia đã so sánh sự khác biệt về mặt địa lý của một số đặc điểm nhất định với đặc điểm khí hậu. Kết quả là, đã đạt được mối tương quan tích cực đầy thuyết phục giữa chiều rộng của mũi và kích thước trung bình...
Tốt nhất
Loài cóc nhỏ nhất là loài cóc ngực đen (Bufo taitanus beiranus), được tìm thấy ở Châu Phi. Mẫu vật lớn nhất có chiều dài 24 mm. “Con ếch nhỏ nhất” Con ếch nhỏ nhất và đồng thời là loài lưỡng cư nhỏ nhất chính là loài ếch lùn Cuba...