Хімічна організація клітин: органічні речовини, макро - і мікроелементи

Дата:

2019-02-02 13:30:24

Перегляди:

431

Рейтинг:

1Дизлайк 0Любити

Поділитися:

Table of contents:

В кінці 19 століття сформувалася галузь біології, названа біохімією. Вона вивчає хімічний склад живої клітини. Головне завдання науки – пізнання особливостей обміну речовин і енергії, які регулюють життєдіяльність рослинних і тваринних клітин.

хімічна організація клітин

Поняття про хімічний склад клітини

В результаті ретельних досліджень вченими була вивчена хімічна організація клітин і встановлено, що живі істоти мають у своєму складі понад 85 хімічних елементів. Причому деякі із них обов'язкові практично для всіх організмів, а інші специфічні і зустрічаються у конкретних біологічних видів. А третя група хімічних елементів присутня в клітинах мікроорганізмів, рослин і тварин в досить малих кількостях. Хімічні елементи до складу клітин входять найчастіше у вигляді катіонів і аніонів, з яких утворюються мінеральні солі і вода, а також синтезуються углеродсодержащие органічні сполуки: вуглеводи, білки, ліпіди.

Органогенні елементи

В біохімії до них відносяться карбон, гідроген, оксиген і нітроген. Їх сукупність становить в клітці від 88 до 97% від інших хімічних елементів, що знаходяться в ній. Особливо важливий карбон. Всі органічні речовини в складі клітини складаються з молекул, що містять у своєму складі атоми вуглецю. Вони здатні з'єднуватися між собою, утворюючи ланцюги (розгалужені та нерозгалужені), а також цикли. Ця здатність вуглецевих атомів лежить в основі вражаючого різноманіття органічних речовин, що входять до складу цитоплазми та клітинних органоїдів.

Наприклад, внутрішній вміст клітини складається з розчинних олігосахаридів, гідрофільних білків, ліпідів, різних видів рибонуклеїнової кислоти: транспортної РНК, рибосомальною РНК та інформаційної РНК, а також вільних мономерів – нуклеотидів. Подібний хімічний склад має і клітинне ядро. Воно також містить молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти, що входять до складу хромосом. Всі перераховані вище сполуки мають у своєму складі атоми нітрогену, карбону, оксигена, гідрогена. Це є доказом їх особливо важливого значення, так як хімічна організація клітин залежить від змісту органогенних елементів, що входять до складу клітинних структур: гиалоплазмы і органел.

Макроелементи та їх значення

Хімічні елементи, які дуже часто зустрічаються в клітинах різних видів організмів, у біохімії називаються макроелементами. Їх вміст у клітині становить 1,2% – 1,9%. До макроелементів клітини відносяться: фосфор, калій, хлор, сірка, магній, кальцій, залізо і натрій. Всі вони виконують важливі функції і входять до складу різних клітинних органел. Так, іон двовалентного заліза присутній в білку крові – гемоглобіні, який транспортує кисень (в цьому разі він називається оксигемоглобін), вуглекислий газ (карбогемоглобин) або чадний газ (карбоксигемоглобин).

Іони натрію забезпечують найважливіший вид міжклітинного транспорту: так званий натрій-калієвий насос. Вони також входять до складу міжтканинної рідини і плазми крові. Іони магнію присутні в молекулах хлорофілу (фотопигмент вищих рослин) та беруть участь в процесі фотосинтезу, так як утворюють реакційні центри, вловлюючі фотони світлової енергії.

Іони кальцію забезпечують проведення нервових імпульсів по волокнах, а також є головним компонентом остеоцитів – кісткових клітин. Сполуки кальцію широко поширені у світі безхребетних тварин, у яких раковини складаються з карбонату кальцію.

Іони хлору беруть участь у перезарядці клітинних мембран і забезпечують виникнення електричних імпульсів, що лежать в основі нервового збудження.

Атоми сульфуру входять до складу нативних білків і обумовлюють їх третинну структуру, «зшиваючи» полипептидную ланцюг, внаслідок чого формується глобулярная білкова молекула.

Іони калію беруть участь у транспорті речовин через клітинні мембрани. Атоми фосфору входять до складу такого важливого енергоємного речовини, як аденозинтрифосфорная кислота, а також є важливим компонентом молекул дезоксирибонуклеїнової і рибонуклеїнових кислот, які є головними речовинами клітинної спадковості.

Функції мікроелементів у клітинному метаболізмі

Близько 50 хімічних елементів, складових менше 0,1% в клітинах, називаються мікроелементами. До них відносять цинк, молібден, йод, мідь, кобальт, фтор. При незначному вмісті вони виконують дуже важливі функції, так як входять до складу багатьох біологічно активних речовин.

складу живої клітини

Наприклад, атоми цинку знаходяться в молекулах інсуліну(гормону підшлункової залози, регулює рівень глюкози в крові), йод є складовою гормонів щитовидної залози – тироксину і трийодтироніну, які контролюють рівень обміну речовин в організмі. Мідь, поряд з іонами заліза, бере участь в кровотворенні (утворенні еритроцитів, тромбоцитів і лейкоцитів у червоному кістковому мозку хребетних тварин). Іони міді входять до складу пігменту гемоцианина, присутнього в крові безхребетних тварин, наприклад молюсків. Тому колір гемолімфи у них блакитний.

Ще менше вміст у клітині таких хімічних елементів, як свинець, золото, бром, срібло. Вони називаються ультромикроэлементами і входять до складу рослинних і тваринних клітин. Наприклад, в зерновках кукурудзи хімічним аналізом було виявлено іони золота. Атоми брому у великій кількості входять до складу клітин слані бурих і червоних водоростей, наприклад саргассума, ламінарії, фукуса.

Всі раніше наведені приклади і факти пояснюють, як взаємопов'язані хімічний склад, функції та будова клітини. Таблиця, наведена нижче, показує вміст різних хімічних елементів в клітинах живих організмів.

функції ліпідів в клітці

Загальна характеристика органічних речовин

Хімічні властивості клітин різних груп організмів певним чином залежать від атомів карбону, частка яких становить понад 50% клітинної маси. Практично всі суху речовину клітини представлено вуглеводами, білками, нуклеїновими кислотами і ліпідами, які мають складну будову і велику молекулярну масу. Такі молекули називаються макромолекулами (полімерами) і складаються з більш простих елементів – мономерів. Білкові речовини відіграють надзвичайно важливу роль і виконують безліч функцій, які і будуть розглянуті нижче.

Роль білків у клітці

Біохімічний аналіз сполук, що входять в живу клітину, підтверджує високий вміст в ній таких органічних речовин, як білки. Цьому факту є логічне пояснення: білки виконують різноманітні функції і беруть участь у всіх проявах клітинної життєдіяльності.

Наприклад, захисна функція білків полягає в утворенні антитіл – імуноглобулінів, що виробляються лімфоцитами. Такі захисні білки, як тромбін, фібрин і тромбобластин, забезпечують згортання крові та запобігають її втрату при травмах і пораненнях. До складу клітини входять складні білки клітинних мембран, що мають здатність розпізнавати чужорідні сполуки – антигени. Вони змінюють свою конфігурацію і повідомляють клітці про потенційну небезпеку (сигнальна функція).

Деякі білки виконують регуляторну функцію і є гормонами, наприклад окситоцин виробляється гіпоталамусом, резервується гіпофізом. Надходячи з нього кров, окситоцин впливає на м'язові стінки матки, викликаючи її скорочення. Білок вазопресин також виконує регуляторну функцію, контролюючи кров'яний тиск.

клітка будова і склад

В м'язових клітинах знаходяться актин і міозин, здатні скорочуватися, що обумовлює рухову функцію м'язової тканини. Для білків характерна і трофічна функція, наприклад, альбумін використовується зародком в якості поживної речовини для свого розвитку. Білки крові різних організмів, наприклад гемоглобін і гемоціанін, переносять молекули кисню – виконують транспортну функцію. Якщо більш енергоємні речовини, такі як вуглеводи і ліпіди, повністю використані, клітина приступає до розщеплення білків. Один грам цієї речовини дає 17, 2 кДж енергії. Однією з найважливіших функцій білків є каталітична (білки-ферменти прискорюють хімічні реакції, що протікають в компартментах цитоплазми). На підставі вищесказаного ми переконалися в тому, що білки виконують безліч дуже важливих функцій і обов'язково входять до складу тваринної клітини.

Біосинтез білка

Розглянемо процес синтезу білка в клітині, який відбувається в цитоплазмі за допомогою таких органел, як рибосоми. Завдяки діяльності спеціальних ферментів, за участю іонів кальцію рибосоми об'єднуються в полисомы. Основні функції рибосом в клітці – синтез білкових молекул, що починається процесом транскрипції. У результаті нього синтезуються молекули иРНК, до яких приєднуються полисомы. Потім починається другий процес – трансляція. Транспортні РНК з'єднуються з двадцятьма різними видами амінокислот і приносять їх до полисомам, а так як функції рибосом в клітці — це синтез поліпептидів, то ці органели утворюють комплекси з тРНК, а молекули амінокислот зв'язуються між собою пептидними зв'язками, утворюючи макромолекулу білку.

Роль води в процесах метаболізму

Цитологічні дослідження підтвердили той факт, що клітина, будова та склад якої ми вивчаємо, в середньому на 70%складається з води, а у багатьох тварин, що ведуть водний спосіб життя (наприклад, кишковопорожнинних) її вміст досягає 97—98%. З урахуванням цього хімічна організація клітин включає в себе гідрофільні (здатні до розчинення) і гідрофобні (водовідштовхувальні) речовини. Будучи універсальним полярним розчинником, вода відіграє виняткову роль і безпосередньо впливає не тільки функції, але і на саму будову клітини. Таблиця, подана нижче, показує вміст води в клітинах різних типів живих організмів.

функція вуглеводів в клітці

Функція вуглеводів у клітині

Як ми з'ясували раніше, важливим органічним речовинам – полімерам - відносяться також вуглеводи. До них відносяться полісахариди, олігосахариди і моносахариди. Вуглеводи входять до складу більш складних комплексів – гликолипидов і глікопротеїдів, з яких побудовані клітинні мембрани і надмембранные структури, наприклад глікокалікс.

Крім вуглецю, до складу вуглеводів входять атоми оксигена і гідрогена, а деякі полісахариди містять ще азот, сірку і фосфор. У клітинах рослин вуглеводів багато: бульби картоплі містять до 90% крохмалю, у насінні і плодах вміст вуглеводів до 70%, а в тваринних клітинах вони зустрічаються у вигляді таких сполук, як глікоген, хітин і трегалоза.

Прості цукри (моносахариди) мають загальну формулу CnH2nOn і діляться на тетрозы, триозы, пентозы і гексозы. Дві останні найбільш поширені в клітинах живих організмів, наприклад, рибоза і дезоксирибоза входять до складу нуклеїнових кислот, а глюкоза і фруктоза беруть участь в реакціях асиміляції і дисиміляції. Олігосахариди часто зустрічаються в рослинних клітинах: сахароза запасається в клітинах цукрових буряків і цукрової тростини, мальтоза міститься в пророслих зерновках жита і ячменю.

функції рибосом в клітці

Дисахариди мають солодкуватий смак і добре розчиняються у воді. Полісахариди, будучи биополимерами, представлені в основному крохмалем, целюлозою, глікогеном і ламинарином. До структурних форм полісахаридів належить хітин. Основна функція вуглеводів у клітині — енергетична. В результаті гідролізу і реакцій енергетичного обміну полісахариди розщеплюються до глюкози, а вона потім окислюється до вуглекислого газу і води. В результаті один грам глюкози звільняє 17,6 кДж енергії, а запаси крохмалю і глікогену, по суті, є резервуаром клітинної енергії.

Глікоген відкладається в основному в м'язової тканини і клітинах печінки, рослинний крохмаль – в бульбах, цибулинах, коренеплодах, насінні, а у членистоногих, наприклад павуків, комах і ракоподібних, головну роль в енергозабезпеченні грає олігосахарид трегалоза.

Вуглеводи відрізняються від ліпідів і білків здатністю до бескислородному розщепленню. Це надзвичайно важливо для організмів, що живуть в умовах дефіциту або відсутності кисню, наприклад для анаеробних бактерій і гельмінтів – паразитів людини і тварин.

Є ще одна функція вуглеводів у клітині – будівельна (структурна). Вона полягає в тому, що ці речовини є опорними структурами клітин. Наприклад, целюлоза входить до складу клітинних стінок рослин, хітин утворює зовнішній скелет багатьох безхребетних і зустрічається у клітинах грибів, олисахариды разом з молекулами ліпідів і білків утворюють глікокалікс – надмембранный комплекс. Він забезпечує адгезію – злипання клітин тварин між собою, що приводить до утворення тканин.

Ліпіди: будова і функції

Ці органічні речовини, які є гідрофобними (нерозчинними у воді) можна отримати, тобто екстрагувати з клітин за допомогою неполярних розчинників, таких як ацетон або хлороформ. Функції ліпідів в клітці залежать від того, до якої з трьох груп вони відносяться: до жирів, військам або стероїдів. Жири широко поширені у всіх типах клітин.

Тварини накопичують їх у підшкірній жировій клітковині, нервова тканина містить жир у вигляді мієлінових оболонок нервів. Він також накопичується в нирках, печінці, у комах – в жировому тілі. Рідкі жири – олії - зустрічаються в насінні багатьох рослин: кедра, арахісу, соняшнику, маслини. Вміст ліпідів в клітинах коливається від 5 до 90% (в жировій тканині).

будова клітини таблиця

Стероїди і воски відрізняються від жирів тим, що вони не мають в складі молекул залишків жирних кислот. Так, стероїди – це гормони кіркового шару надниркових залоз, що впливають на статеве дозрівання організму і є компонентами тестостерону. Вони також входять до складу вітамінів (наприклад, вітаміну Д).

Основні функції ліпідів у клітині – це енергетична, будівельна та захисна. Перша обумовлена тим, що 1 грам жиру при розщепленні дає 38,9 кДж енергії – набагато більше, ніж інші органічні речовини – білки і вуглеводи. Крім того, при окисленні 1г жиру виділяється майже 1,1 гр. води. Саме тому деякі тварини маючи запас жиру в своєму тілі, можуть довгий час перебувати без води. Наприклад, ховрахи можуть бути в сплячці більше двох місяців, не потребуючи у воді, а не верблюд п'є воду при переходах через пустелю протягом 10–12 діб.

Будівельна функція ліпідів полягає в тому, що вони є невід'ємною частиною клітинних мембран, а також входять до складу нервів. Захисна функція ліпідів полягає в тому, що шар жиру під шкірою навколо нирок та іншихвнутрішніх органів захищає їх від механічних травм. Специфічна теплоізоляційна функція властива тваринам, які тривалий час знаходяться у воді: китам, тюленів, морських котиків. Товстий підшкірний жировий шар, наприклад, у синього кита становить 0,5 м, він захищає тварину від переохолодження.

Значення кисню в клітинному метаболізмі

Аеробні організми, до яких належить переважна більшість тварин, рослини і людина, використовують атмосферний кисень для реакцій енергетичного обміну, що призводять до розщеплення органічних речовин і виділення певної кількості енергії, акумульованих у вигляді молекул аденозинтрифосфорної кислоти.

Так, при повному окисленні одного моля глюкози, що відбувається на кристах мітохондрій, виділяється 2800 кДж енергії, з яких 1596 кДж (55%) запасається у вигляді молекул АТФ, що містять макроергічні зв'язки. Таким чином, основна функція кисню в клітині – здійснення аеробного дихання, в основі якого лежить група ферментативних реакцій так званої дихальної ланцюга, що відбуваються у клітинних органелах – мітохондріях. У прокариотических організмів - фототрофних бактерій і ціанобактерій - окислення поживних речовин відбувається під дією кисню, дифузійного в клітини на внутрішні вирости плазматичних мембран.

Нами була вивчена хімічна організація клітин, а також розглянуто процеси біосинтезу білка і функція кисню в клітинному енергетичному обміні.


Article in other languages:

AR: https://tostpost.com/ar/education/15088-chemical-organization-of-cells-organic-substances-macro---and-micronut.html

BE: https://tostpost.com/be/adukacyya/27119-h-m-chnaya-argan-zacyya-kletak-argan-chnyya-rechyvy-makra---m-kraeleme.html

DE: https://tostpost.com/de/bildung/27155-chemische-organisation-der-zellen-organische-stoffe-makro---und-spuren.html

ES: https://tostpost.com/es/la-educaci-n/27191-qu-mica-de-la-organizaci-n-de-las-c-lulas-la-materia-org-nica-macro-y-.html

HI: https://tostpost.com/hi/education/15175-chemical-organization-of-cells-organic-substances-macro---and-micronut.html

JA: https://tostpost.com/ja/education/15320-chemical-organization-of-cells-organic-substances-macro---and-micronut.html

KK: https://tostpost.com/kk/b-l-m/27068-himiyaly-yymdastyru-zhasushalar-organikaly-zattar-makro---zh-ne-mikroe.html

PL: https://tostpost.com/pl/edukacja/26844-chemiczna-organizacja-kom-rki-substancje-organiczne-makro---i-mikroele.html

PT: https://tostpost.com/pt/educa-o/26852-qu-mica-a-organiza-o-celular-a-mat-ria-org-nica-macro-e-micronutriente.html

TR: https://tostpost.com/tr/e-itim/27351-kimyasal-rg-t-h-cre-organik-madde-makro-ve-mikro-elementler.html

ZH: https://tostpost.com/zh/education/15551-chemical-organization-of-cells-organic-substances-macro---and-micronut.html






Alin Trodden - автор статті, редактор
"Привіт, Я Алін Тродден. Я пишу тексти, читаю книги і шукаю враження. І я непогано вмію розповідати вам про це. Я завжди радий брати участь у цікавих проектах."

Примітка (0)

Ця стаття не має коментарів, будьте першим!

Додати коментар

Новини

Що таке суспільствознавство? Боголюбов: суспільствознавство

Що таке суспільствознавство? Боголюбов: суспільствознавство

Що таке суспільствознавство? Як називалася ця наука раніше? Звернемося до складових словами. Виходячи з назви, можна сказати, що це наука про суспільство. Але що це означає?Поняття суспільстваЗдається, що дати пояснення дуже легко...

Залишитися біля розбитого корита: значення фразеологізму, приклад з життя

Залишитися біля розбитого корита: значення фразеологізму, приклад з життя

Витоки фразеологізму "залишитися біля розбитого корита" ведуть до казки "Про рибака і рибку". Твір засуджує безрозсудну жадібність і показує, що ці згубні бажання зрештою карані.СюжетКазку у віршах написав Олександр Сергійович Пуш...

Ірраціональні рівняння та способи їх вирішення

Ірраціональні рівняння та способи їх вирішення

Вивчаючи алгебру, школярі стикаються з рівняннями багатьох видів. Серед тих з них, які найбільш прості, можна назвати лінійні, що містять одну невідому. Якщо змінна в математичному вираженні зводиться в певний ступінь, то рівняння...

Дон Жуан - це хто такий? Значення словосполучення

Дон Жуан - це хто такий? Значення словосполучення

Донжуанами сьогодні іменують багатьох чоловіків, часто не до кінця розуміючи значення цього слова. Дон Жуан, між тим, завдяки якому воно з'явилося, - це вічний герой світової літератури і кіно. Яка його реальна історія і як правил...

«Тренер» – це синонім слова «викладач»? Тонкощі значення й особливості вживання поняття

«Тренер» – це синонім слова «викладач»? Тонкощі значення й особливості вживання поняття

У сучасній розмовній мові дуже часто можна почути слово «тренер», «коуч», «наставник». Чи є різниця в значеннях цих понять або вони є ідентичними синонімами? Звідки прийшло слово і з чим пов'яза...

Бічний шлуночок: анатомія, функції

Бічний шлуночок: анатомія, функції

Бічний шлуночок, разом з іншими порожнинами в головному мозку, являє собою частину загальної системи, в якій циркулює ліквор. Вони сполучаються з подпаутинным простором спинного мозку. Внутрішня поверхня цих порожнин вистелена эпе...