Chemické složení buněk

Buňka - Základní jednotka života na Zemi. Má všechny známky živého organismu: roste, násobí, výměny s prostředky na životní prostředí a energie, reaguje na vnější podněty. Začátek biologického vývoje je spojen s příchodem buněčných forem života na Zemi. Jednobuněné organismy jsou stávající buňky odděleně od sebe. Tělo všech multicelulárních - zvířat a rostlin - postavená z více či méně buněk, které jsou druh bloků tvořící komplexní organismus. Bez ohledu na to, zda je buňka holistický životní systém - samostatný organismus nebo je pouze částí, je obdařena množstvím funkcí a vlastností společných pro všechny buňky.

Chemické složení buněk

Přibližně 60 prvků periodické mendeleev periodic, nalezené v neživém přírodě, bylo nalezeno v buňkách. To je jeden z důkazů o živé a neživotivním přírodě Společenství. V živých organismech jsou nejčastější vodík, kyslík, uhlík a dusík, které tvoří asi 98% hmotnosti buněk. To je způsobeno zvláštností chemických vlastností vodíku, kyslíku, uhlíku a dusíku, v důsledku nichž se ukázaly jako nejvhodnější pro tvorbu molekul provádějících biologické funkce. Tyto čtyři prvky jsou schopny tvořit velmi silné kovalentní vazby párováním elektronů patřících do dvou atomů. Kovalentně přidružené atomy uhlíku může tvořit rámy nesčetných množství různých organických molekul. Vzhledem k tomu, že atomy uhlíku snadno tvoří kovalentní vazby s kyslíkem, vodíkem, dusíkem, stejně jako s síry, organické molekuly dosahují výjimečné složitosti a různé struktury.

Kromě čtyř hlavních prvků v buňce v patrných množstvích (10^y a 100^y Úrokové procento) jsou obsaženy žehlička, draslík, sodík, vápník, hořčík, chlór, fosfor a síra. Všechny ostatní prvky (zinek, měď, jód, fluorin, kobalt, mangan atd.) jsou v kleci ve velmi malých množstvích, a proto se nazývají stopové prvky.

Chemické prvky jsou součástí anorganických a organických sloučenin. Anorganické sloučeniny zahrnují vodu, minerální soli, oxid uhličitý, kyselina a báze. Organická připojení jsou Proteiny, nukleové kyseliny, sacharidy, Tlustý (lipidy) a Lipoidy.

Některé proteiny obsahují síra. Část nukleových kyselin je fosfor. Molekula hemoglobinu zahrnuje žehlička, hořčík účastní se výstavby molekuly chlorofyl. Mikroelementy, navzdory mimořádně nízkému obsahu v živých organismech, hrají důležitou roli v procesech života. Jód V hormonu štítné žlázy - tyroxinu, kobalt - Ve složení vitaminu v₁₂Hormon ostrovní části pankreatu - inzulín - obsahuje zinek. V některých rybách, místo železa v molekulách pigmentů nesoucí kyslík zaujímá mědi.

Anorganické látky

Voda

N₂O - nejběžnější spojení v živých organismech. Jeho obsah v různých buňkách kolísá do poměrně širokých limitů: od 10% v smaltu zubů do 98% v těle medúzy, ale je to asi 80% tělesné hmotnosti. Výjimečně důležitou úlohu vody při zajišťování procesů života je způsobena jeho fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Polarita molekul a schopnost tvořit vodíkové vazby, aby se voda s dobrým rozpouštědlem pro obrovské množství látek. Většina chemických reakcí dochází v buňce se může vyskytovat pouze ve vodném roztoku. Voda se podílí na mnoha chemických transformacích.

Celkový počet vodíkových vazeb mezi molekulami vody se liší v závislosti na t°.t. S T°.t Tavení ledu zničí přibližně 15% vodíkových vazeb, při teplotě t ° 40 ° C - polovina. Při přepnutí na plynný stav jsou zničeny všechny vodíkové vazby. To vysvětluje vysokou specifickou tepelnou kapacitu vody. Se změnou v T ° vnějšího prostředí, voda absorbuje nebo zvýrazňuje teplo v důsledku přestávky nebo nové tvorby vodíkových vazeb. Tímto způsobem kolísání T ° uvnitř buněk jsou menší než v prostředí. Vysoký tepelný odpařování je základem účinného mechanismu přenosu tepla v rostlinách a zvířatech.

Voda jako rozpouštědlo se podílí na jevech osmózy hraje důležitou roli v životě buňky těla. Osmóza se nazývá penetrace molekul rozpouštědel přes polopropustnou membránu do roztoku jakékoli látky. Semiperci se nazývají membrány, které přeskočí molekuly rozpouštědla, ale chybí molekuly (nebo ionty) rozpuštěné látky. V důsledku toho je osmóza jednostranná difúze molekul vody ve směru roztoku.

Minerální soli

Většina anorganických b-v buněk je ve formě solí v disociované nebo v pevném stavu. Koncentrace kationtů a aniontů v buňce a v prostředí obklopujícím. Buňka obsahuje hodně a hodně na. V extracelulárním médiu, například v krevní plazmě, v mořské vodě, naopak, hodně sodíku a malého draslíku. Zavlašení buňky závisí na poměru koncentrací na iontů⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺. . Osmotický tlak v buňce a jeho pufrové vlastnosti závisí na koncentraci solí. Buffoff je schopnost buňky udržovat slabě známou reakci jeho obsahu na konstantní úrovni. Bufferiness uvnitř buňky je poskytována především ionty₂Ro₄ a NRA₄^2-. V extracelulárních tekutinách a v krvi hraje role pufru₂TAK₃ a nso₃^-. Anionty vážou ionty h a hydroxidové ionty (on^-), takže reakce uvnitř buňky extracelulárních tekutin se prakticky nezmění. Nerozpustné minerální soli (například fosforická ca) zajišťuje pevnost kostní obratlovců a klesá se měkkýš.

Buňky organických buněk

Proteiny

. Proteiny jsou polymery s vysokou molekulovou hmotností (s molekulovou hmotností od 6000 do 1 milionu. a výše), jejichž monomery jsou aminokyseliny. Živé organismy používají 20 aminokyselin, i když je mnohem více. Složení jakékoliv aminokyseliny zahrnuje aminoskupinu (-NH)₂), mající základní vlastnosti a karboxylová skupina (-son) s kyselými vlastnostmi. Dva aminokyseliny jsou spojeny v jedné molekule vytvořením komunikace HN-Co s uvolňováním molekuly vody. Vztah mezi aminoskupinou jedné aminokyseliny a karboxylem je další zvaný peptid. Proteiny jsou polypeptidy obsahující desítky a stovky aminokyselin. Molekuly různých proteinů se liší od sebe s molekulovou hmotností, číslem, složením aminokyselin a sekvencí jejich umístění v polypeptidovém řetězci. Je jasné, že proteiny se odlišují obrovskou odrůdou, jejich počet všech druhů živých organismů se odhaduje počtem 10^deset - deset¹².

Řetěz aminokyselinových jednotek spojených kovalentními peptidovými vazbami v určité sekvenci se nazývá primární struktura proteinů. V buňkách mají proteiny pohled na spirálové zkroucené vlákna nebo kuličky (globule). Důvodem je skutečnost, že v přírodním proteinu je polypeptidový řetězec stanoven přísně určitým způsobem v závislosti na chemické struktuře aminokyselin zařazených do jeho kompozice.

Zpočátku se polypeptidový řetěz změní na spirála. Existuje lákavost mezi atomy sousedních otáček a vytvořených vodíkových vazeb, zejména mezi NH- a skupinami umístěnými na přilehlých otáčkách. Aminokyselinový řetězec, zkroucený ve formě spirály tvoří sekundární strukturu proteinu. V důsledku dalšího pokládání spirály dochází k konfiguraci specifické pro každý protein, nazvaný terciární strukturu. Terciární struktura je způsobena působením spojkových sil mezi hydrofobními radikály dostupnými v některých aminokyselinách, a kovalentní vazby mezi skupinami SH (S-S-S-Communication). Pro každý protein je specifický počet aminokyselin s hydrofobními radikály a cysteinem, jakož i pořadí jejich umístění v polypeptidovém řetězci. V důsledku toho jsou zvláštnosti terciární struktury proteinu určeny jeho primární strukturou. Biologická aktivita proteinových exponátů pouze ve formě terciární struktury. Výměna rovnováhy i jedné aminokyseliny v polypeptidovém řetězci může vést ke změně konfigurace proteinu a ke snížení nebo ztrátě své biologické aktivity.

V některých případech jsou proteinové molekuly spojeny vzájemně a mohou provádět svou funkci pouze ve formě komplexů. Hemoglobin je tedy komplex čtyř molekul a pouze v takové formě se může připojit a přepravovat. Takové agregáty jsou čtvrtinová struktura proteinů. Pokud jde o jeho složení, jsou proteiny rozděleny do dvou hlavních tříd - jednoduché a komplexní. Jednoduché proteiny se skládají pouze z jádrových kyselin aminokyselin (nukleotidy), lipidů (lipoproteiny), IU (metaloproteidy), P (fosfoproproidy).

Funkce proteinů v buňce jsou extrémně rozmanité. Jednou z nejdůležitějších - konstrukční funkce: Proteiny se podílejí na tvorbě všech buněčných membrán a buněk buněk, stejně jako intracelulární struktury. Enzymatická (katalytická) role proteinů je velmi důležitá. Enzymy urychlují chemické reakce, které se vyskytují v buňce, v 10^ki a 100ⁿ Miliony časů. Funkce motoru je poskytována speciálními kontrakčními proteiny. . Dopravní funkce proteinů je připevnit chemické prvky (například spoje hemoglobinu) nebo biologicky účinné látky (hormony) a přenášet je do tkání a tělesných těles. Ochranná funkce je vyjádřena ve formě vývoje speciálních proteinů zvaných protilátek, v odezvě na pronikání do těla cizinců proteinů nebo buněk. Protilátky vážou a neutralizují mimozemské látky. Proteiny hrají důležitou roli jako zdroje energie. S plným rozdělením 1g. Proteiny vyčnívají 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Sacharidy

Sacharidy nebo sacharidy - organické látky s obecným vzorcem (CH₂Ó)_N. Ve většině sacharidů, počet atomů atomů atomů H je větší než počet atomů, jako ve vodních molekulách. Tyto látky proto byly nazývány sacharidy. V živé kleci jsou sacharidy v množství, které nepřesahují 1-2, někdy 5% (v játrech, ve svalech). Nejbohatší v sacharidech rostlinných buněk, kde jejich obsah dosáhne v některých případech 90% hmotnosti sušiny (semena, bramborové hlízy atd.D.).

Sacharidy jsou jednoduché a komplexní. Jednoduché sacharidy se nazývají monosacharidy. V závislosti na počtu atomů sacharidů v molekule monosacharidů se nazývají triosy, tetrózu, pašťové nebo hexózy. Ze šesti uhlíkových monosacharidů - hexózy - glukóza, fruktóza a galaktóza mají nejdůležitější význam. Glukóza je obsažena v krvi (0,1-0,12%). Ribóza a deoxyribóza pentózy jsou součástí nukleových kyselin a ATP. Pokud se v jedné molekule kombinují dva monosacharidy, je takové spojení nazývá disacharid. Potravinový cukr získaný z třtiny nebo cukrové řepy se skládá z jedné molekuly glukózy a jedné fruktózy molekuly, mléčného cukru - od glukózy a galaktózy.

Komplexní sacharidy tvořené mnoha monosacharidy se nazývají polysacharidy. Monomer takových polysacharidů, jako škrob, glykogen, celulóza, je glukóza. Sacharidy provádějí dvě hlavní funkce: výstavba a energie. Celulóza tvoří stěny rostlinných buněk. Sofistikovaný polysacharidový chitin slouží jako hlavní konstrukční složka vnějšího skeletu artropodů. Stavební funkce chitinu se provádí houbami. Sacharidy hrají roli hlavního zdroje energie v buňce. V procesu oxidace 1 g. Sacharidy vydali 17,6 kJ (~ 4.2 kcal). .

Nukleové kyseliny

Hodnota nukleových kyselin v buňce je velmi velká. Vlastnosti jejich chemické struktury poskytují možnost skladování, přenosu a přenosu dědictvím dětskými buňkami informací o struktuře molekul proteinu, které jsou syntetizovány v každé tkáni v určitém stupni individuálního vývoje. Vzhledem k tomu, že většina vlastností a známek buněk je způsobeno proteiny, je zřejmé, že stabilita nukleových kyselin je nejdůležitější podmínkou pro normální životnost buněk a celých organismů. Jakékoli změny struktury buněk nebo aktivity fyziologických procesů v nich ovlivňující životně důležitou aktivitu. .

Existují 2 typy nukleových kyselin - DNA a RNA. DNA - Polymer sestávající ze dvou nukleotidových spirálů, vězňů, takže se tvoří dvojitá spirála. Molekuly Molekuly DNA jsou nukleotidy sestávající z dusíkové báze (adenin, thymin, guanin nebo cytosinu), sacharidy (deoxyribose) a zbytky kyseliny fosforečné. Základny Azotyst v molekule DNA jsou propojeny jiným počtem n-odkazů a jsou umístěny v párové: adenin (a) je vždy proti thiminu (t), guanin (d) proti cytosinu (c).

Nukleotidy jsou navzájem spojeny náhodou, ale selektivně. Schopnost volného adeninu s thime a guaninem s cytosinu se nazývá komplementární. Doplňková interakce některých nukleotidů je vysvětlena zvláštnostmi prostorového uspořádání atomů v jejich molekulách, které jim umožňují zavřít a vytvářet n-dluhopisy. V polynukleotidovém řetězci jsou sousední nukleotidy propojeny přes cukr (deoxyribose) a zbytku kyseliny fosforečné. RNA stejně jako DNA je polymer, jehož monomery jsou nukleotidy. Dusíkaté báze tří nukleotidů jsou stejné jako součást DNA (A, G, C) - čtvrtá - Uracil (Y) je přítomna v molekule RNA namísto termínu. RNA nukleotidy se liší od DNA nukleotidů a na konstrukci sacharidů zařazených do jejich kompozice (ribóza namísto dysoxyribose).

V RNA řetězce nukleotidů se spojí vytvořením kovalentní vazby mezi ribózou jednoho nukleotidu a zbytku kyseliny fosforečné. Struktura se liší dva řetězové RNA. Dva řetězové RNA jsou chovatelé genetických informací v řadě virů, t.E. Provádí funkce chromozomů. Jeden řetězový RNA přenos informace o struktuře proteinů z chromozomu na místo jejich syntézy a účastní se syntézy proteinů.

Existuje několik typů jednoho řetězce RNA. Jejich jména jsou způsobena funkcí nebo umístěním v buňce. Většina Cytoplazmy RNA (až 80-90%) je ribozomální RNA (rRNA) obsažená v ribozomech. Molekuly rRNA jsou relativně malé a sestávají v průměru 10 nukleotidů. Další typ RNA (IRNN) přenášení informací o sekvenci aminokyselin v proteinech, které mají být syntetizovány do ribozomů. Velikost této RNA závisí na délce sekce DNA, na které byly syntetizovány. Doprava RNA provádí několik funkcí. Dodávají aminokyseliny na místo syntézy proteinů, "rozpoznat" (na principu komplementarity) triplet a RNA odpovídající přenosné aminokyselině provádějí přesnou orientaci aminokyseliny na ribozomu.

Tuky a lipidy

Tuky jsou sloučeniny mastných vysokých molekulových hmotností a trucatomický alkohol glycerin. Tuky se nerozpouští ve vodě - jsou hydrofobní. Tam jsou vždy další komplexní hydrofobní látky podobné tukům v kleci, zvané lipoidy.Jedna z hlavních funkcí tuků je energie. . Tuky do S₂ a N₂O velké množství energie je osvobozeno - 38,9 KJ (~ 9.3 KCAL). Obsah tuku v rozsahu buněk v rozmezí 5-15% hmotnosti sušiny. V buňkách živé tkáně se množství tuku zvyšuje na 90%. Hlavní funkcí tuků u zvířat (a částečně - zeleninový) svět - punčocha.

S plnou oxidací 1 g tuku (oxidu uhličitého a vody) se rozlišuje asi 9 kcal energie. . Při oxidaci (v těle), 1 g proteinů nebo sacharidů je přiděleno pouze asi 4 kcal / g. V řadě vodních organismů - z jednozekulárních diatomů řas na obří žraloky - tuk hledá "float", což snižuje průměrnou hustotu těla. Hustota živočišného tuku je asi 0,91-0,95 g / cm³. Hustota kostí obratlovců blízko 1,7-1.. Je jasné, že tuk potřebuje docela hodně na "rovnováhu" těžkou skeletu.

Tuky a lipidy provádějí konstrukční funkci: jsou součástí buněčných membrán. Vzhledem ke špatné tepelné vodivosti tuk je schopen ochrany funkce. U některých zvířat (těsnění, velryby) je odloženo v subkutánní tukové tkáni, tvořící vrstvu o tloušťce až 1 m. Tvorba některých lipoidů předchází syntézu řady hormonů. Tyto látky jsou proto inherentní funkce regulačních metabolických procesů.