Химическа организация клетка
Химични елементи в клетката
Според химичния състав на клетки от различни организми, може да се различава значително, но елементите, включени в техния състав са еднакви. От познатите до момента химичните елементи от периодичната таблица в клетки са намерени в близост до 70. Всички живи организми, необходими за покриване на 24 химични елементи.
Химични елементи, които изграждат клетките се делят на три групи:
Макронутриенти. О, C, H, N. Ca, K, Mg, Na, Fe, S, Р, CI. Взети заедно, тези елементи представляват около 99% от цялата клетъчна маса. Делът на първите четири елемента (О, C, H, N) възлиза на 98%. Тези елементи са способни да образуват силни ковалентни връзки. В този случай, С, О, N и образуват двойни и единични връзки, така че да се получи голямо разнообразие от химически съединения.
Микроелементи. Cu, V, Co, Mo, Mn, Ni, Br, Zn, I и др. Техният дял в клетката общо по-малко от 1%, концентрацията на всеки не повече от 0,001%.
Микроелементи са част от хормони, ензими, витамини, осигурява нормалното функциониране на структурата на клетките и организма като цяло.
Например, цинк (Zn), участващи в синтеза на растителни хормони, инсулин и други хормони, мед (Си) - компонент на миоглобин, участващи в хематопоезата, част от ензимите, надбъбречните хормони, участващи в дишането тъкан, йод (I) е член на тироксин - хормони на щитовидната жлеза, флуор (F) - част от зъбния емайл, кобалт (Co) - част от витамин В12 регулиране хемопоетични функция, участва в развитието на еритроцити в растения фиксиращи азотен атом.
Ultramicroelements. уран (U), злато (АС), берилий (BE), живак (Hg), цезиев (Зе), селен (Se), радий (Ra) и други. Тяхната концентрация е по-малко от 0.000001%. Не е установена Физиологичната роля на много от тях. Повечето от тези елементи също са необходими за нормалното функциониране на организма. Така например, дефицит на селен (Se), да доведе до рак.
Неорганични съединения в клетката
Най-често срещаният съединение в живите организми. Водата има две форми: безплатно - 95% от водата и свързаните - 4%.
Изключително важна роля на водата се дължи на неговите физико-химични свойства. Полярността на молекулите и способността да образуват водородни връзки направи вода добър разтворител за огромни количества вещество (захар дисоциират соли, етери, алкохоли, някои аминокиселини).
Терморегулиращ (поддържа топлинно равновесие клетка и организма като цяло поради високия капацитет на топлина и термичната проводимост).
Osmoregulatory (включени в явлението осмоза, които се основават на движението на водата чрез системата за провеждане на растения и растителна клетка напрежение стена - тургор; циркулация).
Участва в химични реакции (участващи в метаболитните процеси, необходими за окисляване и хидролиза на протеини, въглехидрати и мазнини).
Средата, в която се срещат биохимични реакции.
Източник на Н + в фотосинтеза.
Минерална сол и киселина
Функции на минерални соли:
Буферните интерстициална течност (плазма киселина-база баланс чрез поддържане на определена концентрация на водородни йони, предоставяща леко алкална рН = 7.2, с участието на фосфата и бикарбонат системи).
Постоянното осмотичното налягане (7.6 атм).
строителен материал източник за синтез на органични съединения (например, PO4 3- остатък формира енергийно богати АТР връзка засяга физиологичната активност на протеини и ензими).
Осигуряване раздразнителност (К +. Na +. Са + 2).
Осигуряване на адхезия на клетки в многоклетъчен организъм (Са2 +).
Неразтворимите соли Са3 (РО4) 2 е част от извънклетъчната матрица на костната тъкан, мекотели черупки, осигурява защита и сила.
Органични съединения в клетката
Протеини - макромолекулни биополимери, които мономери са 20 аминокиселини. Аминокиселинният състав включва: -NH2 - амино като основни свойства и -СООН карбоксилна група, имащи свойства киселина. Аминокиселините се различават в тяхната радикал -R'. Аминокиселини - амфотерно съединение, свързващи един с друг в протеиновата молекула чрез пептидни връзки.
Протеините са прости и сложни. Обикновено протеини се състоят само от аминокиселини (албумин, глобулин, фибриноген, миозинови). Структурата на сложни протеини, различни от аминокиселини, и включва и други органични съединения - мазнини (липопротеини), въглехидрати (гликопротеини), метали (металопротеините).
Нива на организация на протеинови молекули
Първичната структура - последователност от аминокиселини, свързани чрез пептидни връзки в специфична последователност на полипептидната верига (Фигура 3)..
Фигура 3. Родната структура на протеина (от WWW varson Интернет. Ru)
Вторична структура - навити от водородни връзки, полипептидната верига.
Третичната структура - нататъшното г. спирала причинява специфична конфигурация на всеки протеин под формата на глобули. Той се стабилизира чрез йонни, водород, ковалентно, хидрофобни връзки. Биологичната активност на протеина показва само като третичната структура.
На четвъртичната структура - на глобуларна структура свързани заедно в един комплекс поради хидрофобния водород, йонни връзки, включващи неорганични компоненти (например, хемоглобин) (фиг.4).
Фиг. 4. Нива на организация на протеини: 1 - Основни 2 - средно; 3 - третичен; 4 - кватернерен.
Голяма площ на заплащане.
Де- и връщане на природата. Когато са изложени на високи температури, киселини и други фактори, сложни протеинови молекули са унищожени. Това явление се нарича денатурация. Когато нормални условия се върнат на денатуриран протеин е в състояние да възстанови своята структура отново, ако не и разрушена основната му структура. Този процес се нарича връщане на природата.
Специфика. Всеки вид организми се характеризират със специфичност протеини. В един и същ организъм, всяка тъкан има своите протеини - тази тъкан специфичност. Прилагане на животното на чужд протеин - антиген причинява образуването на специфични протеини - антитела.
Ензимната (каталитично) ускоряване на химични реакции в клетката сто пъти. Ензими - биологични катализатори, характеризират със следните свойства: а) това е - глобуларни протеини; б) тяхното присъствие не засяга естеството или свойствата на крайните продукти от реакцията; в) дейността им варира с рН, температура, налягане, концентрация на субстрата; г) протеини имат специфичност; г) повишаване на скоростта на реакцията, ензими не се консумират.
Структурно - участва в образуването на клетъчните мембрани и органели.
Транспорт извършва прехвърлянето на различни вещества, йони през клетъчната мембрана, хормони и кислорода на органи и тъкани.
Защитно - експресира, например, под формата на антитяло продукция в отговор на проникването на чужди протеини в организъм или клетка.
Моторни - при условие, специфични контрактилните протеини, участващи във всички видове движение: трептенето на ресничките, камшичета движение в най-простите, свиване на мускулите при животните, движението на листа в растенията.
Регулиране - например, протеини, хормони: инсулин, инхибитори на протеин; протеини - активатори.
Енергия - 1d в разцепването на протеин освобождава 4.2 ккал (17.6 кДж).
Мазнините са естери на висши карбоксилни киселини и поливалентен алкохол - глицерол. Мазнините са неразтворими във вода, но се разтварят добре в органични разтворители, в етер, хлороформ, бензен (фиг.5).
Фиг. 5 Структурата на мазнини.
Липоиди - мазнини като вещества, които включват фосфолипиди, пигменти - хлорофили, каротеноиди, стероиди, восъци, някои витамини (А, D, E, K).
С trukturnaya - компоненти на клетъчни мембрани.
Energy - по време на разделяне на 1 грам мазнини освобождава 9,2 ккал (38,9 кДж) на енергия.
Защитно - подкожна мазнина слой, чрез ниски teploprovodnrsti предпазва от загуба на топлина, механични повреди.
Източник метаболитен вода - в окисляването на мазнини е оформен 100 гр 105 гр вода.
Регламент на метаболитни процеси - като стероидни хормони.
Органични вещества с обща формула Сп (H2O) п.
Въглехидратите са разделени на 3 групи: монозахариди, дизахариди, полизахариди (Ris.7,8).
Монозахаридите - триоз - C3 (млечна киселина); С5 пентоза (рибоза, дезоксирибоза), хексози С6 (глюкоза, фруктоза, галактоза).
Дизахариди - Съюз на две монозахариди: малтоза състои от 2 глюкозни молекули, лактоза - глюкоза + галактоза, захароза - глюкоза + фруктоза.
Полизахариди - са дълги вериги, изградени от много монозахаридни единици. Веригите могат да бъдат линейни или разклонени. Най-честите полизахариди в растения са нишесте и целулоза (нишесте - материал се съхранява в клетката на растения, основен източник на енергия; целулоза част от извънклетъчни влакнест и вдървесени растителни тъкани).
В тъканите на животни, хора и гъби съдържат гликоген. Той се натрупва в големи количества в черния дроб, сърцето и мускулите. Тя е доставчик на кръвната захар. Съставът на клетъчните стени на гъбички и членестоноги включват хитин, изпълнява функцията на опора.
Свойствата на въглехидрати. моно- и дизахариди са разтворими във вода, сладък вкус, кристализира. Полизахариди, напротив, без добавка на захар, неразтворим във вода, не се кристализират.
строителни и опората (монозахариди, основните продукти на фотосинтеза, са изходен материал за конструирането на различни органични вещества Комплекс полизахариди и техни производни са включени в плазмената мембрана, мембрана растението и бактериални клетки, членестоноги екзоскелет.);
енергия - в окисляването на 1 г въглехидрати 17,6 килоджаул на енергия се освобождава.
Защитен - слуз освободен различни жлези съдържа въглехидрати. Той предпазва стените на кухите тела (бронхи, стомах, черва) от механични повреди. С антисептични свойства, слуз защитава тялото срещу проникването на патогенни бактерии.
Извършва важна роля в съхранение и предаване на генетична информация (Фигура 9).
Дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК)
ДНК разположен в ядрото, където образува заедно с протеини хромозома. Хромозомите са ясно видими под микроскоп по време на делене на ядрото; интерфазата те despiralizovany. наличен в митохондриите и пластиди, където техните молекули образуват пръстенни структури ДНК. В прокариотна цитоплазма също присъства кръгова ДНК.
Молекулата на ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) - е най-големите неправилни линейни биополимерите и техните мономери са нуклеотиди (Фигура 8). Всеки нуклеотид се състои от азотна база, пентоза а - деоксирибоза и фосфорна киселина остатък. Нуклеотидите са различни един от друг азотни основи. Разграничаване пурин (аденин и гуанин) и пиримидин (цитозин и тимин) азотна база. Съединение на нуклеотиди в ДНК верига се осъществява чрез един нуклеотид и въглехидратен остатък на фосфорна киселина от съседните фосфодиестерни връзки.
Според модела, предложен от J .. F.Krikom и Watson (1953), ДНК молекулата се състои от две спирално усукани нишки около обща ос. Азотна база на една верига свързан чрез водородни връзки към комплементарна азотна база друга нишка. Аденин е комплементарна на тимин и гуанин - цитозин. Между аденин и тимин, има два водородни връзки между гуанин и цитозин - три (Фиг.11).
Основната функция на ДНК - съхранение и предаване на генетична информация, съдържаща се в нуклеотидна последователност, представляваща молекулата си, дъщерни клетки. Възможността за прехвърляне на генетична информация от една клетка към друга се осигурява от възможността за разделяне хромозома хроматиди, последвано от удвояване на ДНК молекулата.
Самостоятелно удвояване - удвояване, което позволява да се поддържа постоянство на структурата на ДНК. Той се среща в синтетичен период интерфазата, под действието на ензим ДНК - полимераза. ДНК се развива временно. Тъй като всяка от бази в нуклеотидите могат да придават друг нуклеотид само добре дефинирана структура, има точно възпроизвеждане на родителската молекула.
Мутациите - под влиянието на различни фактори в процеса на репликация на ДНК молекула са промени в броя, от порядъка на нуклеотиди.
Поправяне - възстановяване на ДНК молекулата от структурата на ензим, премахване на вредите, причинени от мутагени.
Транскрипция - пренаписването на информация от ДНК на иРНК, под действието на ензими, ДНК - зависим - РНК - полимераза.
Нива на организация на ДНК
Първичната структура - веригата на полинуклеотид, който се образува чрез фосфодиестерни връзки.
Вторична структура - двойна спирала полинуклеотидни вериги, причинен от водородни връзки между допълнителни азотни основи (Фиг.12).
Третичната структура - двойната спирала на ДНК, свързан с протеини - хистони образува комплекс deoxyribonucleoproteins или хроматин (Фигура 13).
Рибонуклеинова киселина (РНК)
молекули РНК са представени главно от верига от нуклеотиди, образуващи едноверижни неправилна линеен биополимер, които мономери са нуклеотиди (Фиг.14.). Двойна верижна РНК се използват за съхранение и предаване на генетичната информация от някои вируси.
Нуклеотидите включват един РНК на азотни основи (аденин, гуанин, цитозин, урацил), въглехидрати - рибоза и фосфорна киселина остатък. нуклеотиди верига РНК свързани чрез ковалентни връзки между рибозата и фосфат на един нуклеотид други (Фиг.15).
Рибонуклеинови киселини се предлагат в различни форми: рибозомна, транспорт и РНК.
РИБОЗОМНА РНК (иРНК), във връзка с протеиновата част на рибозомната субединица, участващи в синтеза на протеини. РИБОЗОМНА РНК е 80% от RNA в клетката. Броят на нуклеотиди в р-РНК от 3-5000. Този тип специални синтезирани РНК гени, разположени в няколко хромозоми в ядърце организатора.
Информационна РНК (иРНК) носи информация за синтез на протеин от ядрото към цитоплазмата и от 1 до 10% от RNA в клетката. Според структурата и РНК комплементарна участъци на ДНК, които носят информация за синтез на специфичен протеин. Преди да напусне ядро сплайсинг настъпва - превръщане на първичния транскрипт (г / I РНК) в иРНК.
Транспортна РНК (тРНК) участва в доставката на аминокиселини на рибозомата. Това е около 10 - 15% от общата РНК. Тя има къса верига от нуклеотиди, състояща се от 80 нуклеотида. тРНК има формата на "детелина", на върха на която е триплет от нуклеотиди - антикодон осигуряване специфичното разпознаване кодон и РНК намира на рибозома (16 е.).
Свързани статии