Izglītība:Zinātne

Šūnu ķīmiskā organizācija: organiskās vielas, makro un mikroelementi

19. gadsimta beigās tika izveidota bioloģijas filiāle, ko sauc par bioķīmiju. Viņa pētījusi dzīvās šūnas ķīmisko sastāvu. Zinātnes galvenais uzdevums ir vielmaiņas un enerģijas īpatnību izzināšana, kas regulē augu un dzīvnieku šūnu vitalitāti.

Šūnu ķīmiskā sastāva koncepcija

Rūpīga pētījuma rezultātā zinātnieki ir pētījuši šūnu ķīmisko organizāciju un konstatējuši, ka to sastāvā esošajām dzīvajām būtnēm ir vairāk kā 85 ķīmiskie elementi. Un daži no tiem ir obligāti gandrīz visiem organismiem, bet citi ir specifiski un sastopami specifiskās bioloģiskās sugās. Un trešā ķīmisko elementu grupa atrodas mikroorganismu, augu un dzīvnieku šūnās pietiekami mazos daudzumos. Šūnu sastāvā esošie ķīmiskie elementi visbiežāk ir katjoni un anjoni, no kuriem veidojas minerālsāļi un ūdens, kā arī sintezēti oglekļa saturoši organiskie savienojumi: ogļhidrāti, proteīni, lipīdi.

Organogēniskie elementi

Bioķīmijā tie ietver oglekli, ūdeņradi, skābekli un slāpekli. To kopums ir šūnā no 88 līdz 97% citu ķīmisko elementu, kas tajā atrodas. Īpaši svarīgi ir ogleklis. Visas šūnā esošās organiskās vielas sastāv no molekulām, kuru sastāvā ir oglekļa atomi. Viņi spēj savienoties viens ar otru, veidojot ķēdes (sazarotos un nesaistītos), kā arī ciklus. Šī oglekļa atomu spēja ir saistīta ar pārsteidzošo organisko vielu daudzumu, kas veido citoplazmu un šūnu organellus.

Piemēram, šūnas iekšējais saturs sastāv no šķīstošiem oligosaharīdiem, hidrofiliskiem proteīniem, lipīdiem, dažādiem ribonukleīnskābju veidiem: transportēšanas RNS, ribosomālas RNS un informācijas RNS, kā arī brīvie monomēri - nukleotīdi. Līdzīgam ķīmiskajam sastāvam ir šūnu kodols. Tas satur arī dezoksiribonukleīnskābes molekulas, kas ir daļa no hromosomām. Visiem iepriekš minētajiem savienojumiem savā sastāvā ir slāpekļa, oglekļa, skābekļa, ūdeņraža atomi. Tas ir viņu īpaši svarīgā pierādījums, jo šūnu ķīmiskā organizācija ir atkarīga no organoģenētisko elementu satura, kas veido šūnu struktūras: hialoplazmu un organellus.

Makroekonomikas elementi un to nozīme

Ķīmiskie elementi, kurus ļoti bieži atrod arī dažādu organismu sugu šūnās, tiek saukti par makroķīmiskajām vielām bioķīmijā. Viņu saturs šūnā ir 1,2% - 1,9%. Šūnu makroelementi ietver: fosforu, kāliju, hloru, sēru, magniju, kalciju, dzelzi un nātriju. Visi no viņiem veic svarīgas funkcijas un ir daļa no dažādiem vēnu organelliem. Tātad dzelzs jons atrodas asins proteīnā - hemoglobīnā, kas transportē skābekli (šajā gadījumā to sauc par oksighemoglobīnu), oglekļa dioksīdu (karbogemoglobīnu) vai oglekļa monoksīdu (karboksighemoglobīnu).

Nātrija joni nodrošina vissvarīgāko starpkūnu transporta veidu - tā saukto nātrija-kālija sūkni. Tie ir arī daļa no intersticiāla šķidruma un asins plazmas. Magnija joni atrodas hlorofila molekulās (augstu augu fotopigmentācija) un piedalās fotosintēzes procesā, jo tie veido reakcijas centrus, kas uztver gaismas enerģijas fotonus.

Kalcija joni nodrošina nervu impulsus gar šķiedrām, un tās ir arī galvenā osteocītu - kaulu šūnu sastāvdaļa. Bezmugurkaulnieku pasaulē plaši izplatās kalcija savienojumi, kuros čaumalas sastāv no kalcija karbonāta.

Hloru joni piedalās šūnu membrānu uzpildē un nodrošina elektrisko impulsu parādīšanos, kas ir nervozas ierosmes pamatā.

Sēra atomi ir dabisko olbaltumvielu sastāvdaļa un izraisa to terciāro struktūru, "pavedinot" polipeptīda ķēdi, kā rezultātā veidojas globular proteīna molekula.

Kālija joni piedalās vielu pārvadāšanā, izmantojot šūnu membrānas. Fosfora atomi ir daļa no tik svarīgas energoietilpīgas vielas kā adenozīna trifosforskābe, kā arī svarīga dezoksiribonukleāļu un ribonukleīnskābju molekulu sastāvdaļa, kas ir šūnu iedzimtības galvenās vielas.

Mikroelementu funkcijas šūnu vielmaiņas procesā

Par mikroelementu sauc par apmēram 50 ķīmiskajiem elementiem, kas šūnās veido mazāk nekā 0,1%. Tie ir cinks, molibdēns, jods, varš, kobalts, fluors. Ar nenozīmīgu saturu tie veic ļoti svarīgas funkcijas, jo tās ir daļa no daudzām bioloģiski aktīvām vielām.

Piemēram, cinka atomi atrodami insulīna molekulās (aizkuņģa dziedzera hormons, kas regulē glikozes līmeni asinīs), un jods ir neatņemama vairogdziedzera hormonu daļa - tiroksīns un trijodtironīns, kas kontrolē metabolisma līmeni organismā. Varš kopā ar dzelzs joniem piedalās hematopoēzes procesā (eritrocītu, trombocītu un leikocītu veidošanos mugurkaulnieku sarkano kaulu smadzenēs). Vara joni ir daļa no hemocyanin pigmenta, kas atrodas bezmugurkaulnieku, piemēram, molusku, asinīs. Tāpēc hemolimfa krāsa viņiem ir zila.

Vēl jo mazāk ir tādu ķīmisko elementu kā svins, zelts, broms, sudrabs saturs šūnā. Tos sauc par ultramikroelementus, un tie ir daļa no augu un dzīvnieku šūnām. Piemēram, kukurūzas graudos zelta joni tika atklāti ķīmiskajā analīzē. Lielā skaitā broma atomi ir iekļauti brūno un sarkanīgo aļģu tallu šūnu sastāvā, piemēram, sargassum, brūnaļģes un fukusa.

Visi minētie piemēri un fakti paskaidro, kā ķīmiskais sastāvs, funkcijas un šūnas struktūra ir savstarpēji saistītas. Zemāk redzamā tabula parāda dažādu ķīmisko elementu saturu dzīvo organismu šūnās.

Organisko vielu vispārīgās īpašības

Dažādu organismu grupu šūnu ķīmiskās īpašības noteiktā veidā ir atkarīgas no oglekļa atomiem, kuru īpatsvars pārsniedz 50% no šūnu masas. Praktiski visas šūnas sausnas ir ogļhidrāti, olbaltumvielas, nukleīnskābes un lipīdi, kuriem ir sarežģīta struktūra un liela molekulmasa. Šādas molekulas sauc par makromolekulām (polimēriem) un sastāv no vienkāršākiem elementiem - monomēriem. Olbaltumvielām ir ļoti svarīga loma un daudzas funkcijas, kuras tiks apspriestas turpmāk.

Olbaltumvielu loma šūnā

Savienojumos esošo savienojumu bioķīmiskā analīze dzīvā šūnā apstiprina augstu organisko vielu, piemēram, olbaltumvielu saturu tajā. Šis fakts ir loģisks skaidrojums: olbaltumvielas veic dažādas funkcijas un piedalās visos šūnu dzīves izpausmēs.

Piemēram, olbaltumvielu aizsardzības funkcija ir antivielu veidošanās - imūnglobulīni, ko ražo limfocīti. Šādi proteīni, piemēram, trombīns, fibrīns un trombembolastīns, nodrošina asins recēšanu un novērš tās traumu un ievainojumu zaudēšanu. Šūnu veido sarežģītas šūnu membrānu proteīni, kuriem ir spēja atpazīt svešus savienojumus - antigēnus. Tās maina savu konfigurāciju un informē šūnu par iespējamām briesmām (signāla funkcija).

Daži proteīni veic regulējošo funkciju un ir hormoni, piemēram, oksitocīns, ko ražo hipotalāms, ir rezervējis hipofīzes dziedzeris. Ievadot asinis, oksitocīns ietekmē dzemdes muskuļu sieniņas, izraisot tā saslīšanu. Olbaltumvielu vasopresīns arī regulē asinsspiedienu.

Muskuļu šūnās ir aktīns un miozīns, kas var noslēgt līgumu, kas izraisa muskuļu audu mehānisko funkciju. Olbaltumvielām ir raksturīga arī trofiskā funkcija, piemēram, embriju izmanto kā olbaltumvielu olbaltumvielu tā attīstībai. Dažādu organismu asins proteīni, piemēram, hemoglobīns un hemocianīns, satur skābekļa molekulas - veic transporta funkciju. Ja tiek pilnībā izmantotas vairāk enerģijas intensīvas vielas, piemēram, ogļhidrātus un lipīdus, šūna sāk sadalīt olbaltumvielas. Viens grams šīs vielas dod 17, 2 kJ enerģijas. Viena no svarīgākajām olbaltumvielu funkcijām ir katalītiska (proteīnu enzīmi paātrina ķīmiskās reakcijas, kas rodas citoplazmas nodalījumā). Balstoties uz iepriekšminēto, mēs bijām pārliecināti, ka olbaltumvielas veic daudzas ļoti svarīgas funkcijas un noteikti ir daļa no dzīvnieku šūnas.

Proteīnu biosintēze

Aplūkosim olbaltumvielu sintēzes procesu šūnā, kas citoplazmā rodas, izmantojot organellus, piemēram, ribosomas. Pateicoties īpašu fermentu aktivitātei, ar kalcija jonu piedalīšanos, ribosomas tiek apvienotas polisomās. Galvenās ribosomu funkcijas šūnā ir proteīnu molekulu sintēze, kas sākas ar transkripcijas procesu. Tā rezultātā tā sintē mRNS molekulas, kurām ir pievienoti polisomi. Tad sākas otrais process - tulkošana. Transporta RNS apvieno ar divdesmit dažādu veidu aminoskābēm un noved pie polisoriem, un tā kā šūnu ribosomu funkcijas ir polipeptīdu sintēze, šie organellāli veido kompleksus ar tRNS, un aminoskābju molekulas ir saistītas kopā ar peptīdu saiti, lai veidotu proteīna makromolekulu.

Ūdens loma vielmaiņas procesos

Citoloģiskie pētījumi ir apstiprinājuši faktu, ka šūnā, kuras struktūra un sastāvs mēs pētāmies, vidēji ir 70% ūdens, un daudzos dzīvniekus, kas ved ūdens dzīvību (piemēram, čūlas), tā saturs sasniedz 97-98%. Paturot to prātā, šūnu ķīmiskā organizācija ietver hidrofilas (šķīstošās) un hidrofobās (ūdens noturīgas) vielas. Ūdens kā universāls polārs šķīdinātājs ir izņēmuma loma un tieši ietekmē ne tikai funkcijas, bet arī šūnas struktūru. Zemāk redzamā tabula parāda ūdens saturu dažādu veidu dzīvo organismu šūnās.

Ogļhidrātu funkcija būrī

Kā mēs iepriekš noskaidrojām, svarīgi ogļhidrāti ir svarīgas organiskas vielas - polimēri. Tie ir polisaharīdi, oligosaharīdi un monosaharīdi. Ogļhidrāti ir daļa no sarežģītākiem kompleksiem - glikolipīdiem un glikoproteīniem, no kuriem tiek veidotas šūnu membrānas un supramembranālas struktūras, piemēram, glikocalakss.

Papildus oglekļa saturam ogļhidrāti ietver skābekļa un ūdeņraža atomus, un daži polisaharīdi satur arī slāpekli, sēru un fosforu. Ir daudz ogļhidrātu augu šūnu: kartupeļu bumbuļos ir līdz pat 90% cietes, sēklās un augļos ir ogļhidrāti līdz 70%, un dzīvnieku šūnās tās rodas savienojumu veidā, piemēram, glikogēna, čitīna un trehalozes veidā.

Vienkāršajiem cukuriem (monosaharīdiem) ir vispārējā formula CnH2nOn un tie ir sadalīti tetrozos, triozās, pentozēs un heksozos. Pēdējie divi ir visizplatītākie dzīvo organismu šūnās, piemēram, riboze un dezoksiriboze ir daļa no nukleīnskābēm, un asimilācijas un asimilācijas reakcijas tiek iesaistītas glikozes un fruktozes. Oligosaharīdi bieži sastopami augu šūnās: saharozi uzglabā cukurbietēs un cukurniedru šūnās, maltoze tiek ievietota gan rudzu, gan miežu graudos.

Disaharīdiem piemīt salds garša un viegli šķīst ūdenī. Polisaharīdus, kas ir biopolimēri, galvenokārt veido ciete, celuloze, glikogēna un laminarīns. Chitīns pieder pie polisaharīdu strukturālajām formām. Galvenā ogļhidrātu funkcija šūnā ir enerģija. Hidrolīzes un enerģijas metabolismu rezultātā polisaharīdi tiek sadalīti līdz glikozei, un pēc tam oksidējas līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim. Tā rezultātā viens grams glikozes atbrīvo 17,6 kJ enerģijas, un cietes un glikogēna krājumi faktiski ir šūnu enerģijas rezervuārs.

Glicogēns tiek galvenokārt uzkrāts muskuļu audos un aknu šūnās, dārzeņu ciete bumbuļos, sīpoliņos, sakņu kultūrās, sēklās un posmkājos, piemēram, zirnekļos, kukaiņos un vēžveidīgajos, galvenā nozīme enerģijas piegādē ir trehalozes oligosaharīdam.

Ogļhidrāti atšķiras no lipīdiem un olbaltumvielām, pateicoties spējai bez skābekļa šķīdībai. Tas ir ārkārtīgi svarīgi organismiem, kas dzīvo deficīta vai skābekļa trūkuma apstākļos, piemēram, anaerobām baktērijām un helmintiem - cilvēku un dzīvnieku parazītiem.

Šūnu veidošanā (strukturālā) ir vēl viena ogļhidrātu funkcija. Tas ir saistīts ar faktu, ka šīs vielas ir šūnu atbalsta struktūras. Piemēram, celuloze ir daļa no augu šūnu sienām, chitīns veido daudzu bezmugurkaulnieku ārējo skeletu un rodas sēnīšu šūnās, olisaharīdi kopā ar lipīdu un olbaltumvielu molekulām veido glikocalaksa supemembranas kompleksu. Tas nodrošina adhēziju - dzīvnieku šūnu savilkšana starp tām, kā rezultātā veidojas audi.

Lipīdi: struktūra un funkcija

Šīs organiskās vielas, kuras ir hidrofobas (ūdenī nešķīstošas), var reģenerēt, proti, ekstrahēt no šūnām ar polarāliem šķīdinātājiem, piemēram, acetonu vai hloroformu. Lipīdu funkcijas šūnā ir atkarīgas no tā, kura no trim grupām pieder tām: tauki, vaski vai steroīdi. Tauki ir visplašāk izplatīti visu veidu šūnās.

Dzīvnieki to uzkrājas subkutānā taukaudos, nervu audos ir tauku forma nervu mielīna apvalkā . Tas arī uzkrājas nierēs, aknās, kukaiņos - tauku ķermenī. Šķidrie tauki - eļļas - atrodamas daudzu augu sēklās: ciedra, zemesrieksti, saulespuķes, olīvas. Lipīdu saturs šūnās svārstās no 5 līdz 90% (taukaudos).

Steroīdi un vaski atšķiras no taukiem, jo molekulās tie nav taukskābju atlikumi. Tādējādi steroīdi ir virsnieru garozas slāņa hormoni, kas ietekmē organisma dzimumbriedumu un ir testosterona sastāvdaļas. Tie ir arī daļa no vitamīniem (piemēram, D vitamīns).

Lipīdu galvenās funkcijas šūnā ir enerģija, ēka un aizsardzība. Pirmais iemesls ir fakts, ka šķēlēšanas laikā 1 grams tauku dod 38,9 kJ enerģiju - daudz vairāk nekā citas organiskās vielas - olbaltumvielas un ogļhidrātus. Turklāt, oksidējot 1 g tauku, atbrīvo gandrīz 1,1 g. Ūdens. Tāpēc daži dzīvnieki, kam ir tauku saturs organismā, ilgstoši var palikt bez ūdens. Piemēram, gophers var gulēt vairāk nekā divus mēnešus bez nepieciešamības pēc ūdens, un kamielis dzer ūdeni, pārejot pa tuksnesi 10-12 dienu laikā.

Lipīdu celtniecības funkcija ir tā, ka tie ir šūnu membrānu neatņemama sastāvdaļa, un arī veido daļu no nerviem. Lipīdu aizsardzības funkcija ir tā, ka tauku slānis zem ādas ap nierēm un citiem iekšējiem orgāniem pasargā tos no mehāniskiem savainojumiem. Īpaši siltumizolācijas funkcija ir raksturīga dzīvniekiem, kas ūdenī ir ilgu laiku: vaļi, roņi, plombas. Bieza subkutāna tauku slānis, piemēram, zilā valūtā, ir 0,5 m, tas aizsargā dzīvnieku no hipotermijas.

Skābekļa nozīme šūnu vielmaiņā

Aerobos organismi, kuros ietilpst lielākā daļa dzīvnieku, augu un cilvēku, izmanto enerģijas atmosfēras skābekli enerģijas metabolismu reakcijās, kā rezultātā rodas organisko vielu sadalīšana un atbrīvojas noteiktā enerģijas daudzumā, kas uzkrājas adenozīna trifosfāta molekulās.

Tādējādi, pilns oksidācijas viena mola glikozes, kas notiek ar mitohondriju cristae, 2800 kJ enerģijas tiek piešķirta, no kuriem 1596 kJ (55%), tiek glabāti formā ATP molekulu, kas satur macroergic savienojumu. Tātad, primārā funkcija skābekļa šūnā - ieviešana aerobās elpošana, kas ir balstīta uz grupas enzīmu reakcijās tā sauktās elpošanas ķēdē notikušiem organellām - mitohondrijos. Prokariotu organismu - phototrophic baktēriju un zilaļģu - oksidēšanās uzturvielu notiek reibumā skābekļa difūzijas šūnās iekšējā izciļņiem plazmas membrānu.

Mums ir ķīmiskā organizēšana šūnu pētīta, kā arī procesi proteīnu sintēzi un skābekļa funkciju šūnu enerģijas metabolismu.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 lv.atomiyme.com. Theme powered by WordPress.