المواد العضوية للأنظمة الحية. التركيب الكيميائي للخلايا النباتية والحيوانية أي مجموعة من المواد تسود في الخلية

تشكل المركبات العضوية في المتوسط ​​20-30% من كتلة خلايا الكائن الحي. وتشمل هذه البوليمرات البيولوجية - البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات، وكذلك الدهون وعدد من الجزيئات الصغيرة - الهرمونات والأصباغ وATP وغيرها الكثير.

تحتوي الأنواع المختلفة من الخلايا على كميات مختلفة من المركبات العضوية. تسود الكربوهيدرات المعقدة - السكريات - في الخلايا النباتية، بينما يوجد في الخلايا الحيوانية عدد أكبر من البروتينات والدهون. ومع ذلك، فإن كل مجموعة من مجموعات المواد العضوية في أي نوع من الخلايا تؤدي وظائف مماثلة.

تدخل الأحماض الأمينية والقواعد النيتروجينية والدهون والكربوهيدرات وما إلى ذلك إلى الخلية مع الطعام أو تتشكل بداخلها من السلائف. إنها بمثابة منتجات أولية لتخليق عدد من البوليمرات الضرورية للخلية.

البروتينات، كقاعدة عامة، هي إنزيمات قوية ومحددة للغاية وتنظم عملية التمثيل الغذائي في الخلية.

تعمل الأحماض النووية كمخازن للمعلومات الوراثية. بالإضافة إلى ذلك، تتحكم الأحماض النووية في تكوين بروتينات الإنزيم المقابلة بالكمية المناسبة وفي الوقت المناسب.

الدهون

الدهون هي الاسم الذي يطلق على الدهون والمواد الشبيهة بالدهون (الدهون). تتميز المواد المدرجة هنا بالذوبان في المذيبات العضوية وعدم الذوبان (نسبيًا) في الماء.

هناك الدهون النباتية التي لها قوام سائل في درجة حرارة الغرفة، والدهون الحيوانية التي لها قوام صلب.

الدهون جزء من جميع أغشية البلازما. إنهم يلعبون دورًا نشطًا في الخلية ويشاركون بنشاط في عمليات التمثيل الغذائي وتكاثر الخلايا.

الكربوهيدرات

تحتوي الكربوهيدرات على الكربون والهيدروجين والأكسجين. تتميز الكربوهيدرات التالية.

• السكريات الأحادية، أو الكربوهيدرات البسيطة، والتي، اعتمادًا على محتوى ذرات الكربون، تسمى الثلاثيات، والبنتوس، والسداسيات، وما إلى ذلك. البنتوس - الريبوز وديوكسي ريبوز - جزء من الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). يعمل الهكسوز - الجلوكوز - كمصدر رئيسي للطاقة في الخلية. يمكن تمثيل صيغتها التجريبية بـ Cn (H2O) n.
• السكريات- البوليمرات التي تكون مونومراتها عبارة عن سكريات أحادية سداسية. أشهر أنواع السكريات الثنائية (اثنين من المونومرات) هما السكروز واللاكتوز. وأهم السكريات هي النشا والجليكوجين، والتي تعمل كمواد احتياطية للخلايا النباتية والحيوانية، وكذلك السليلوز، المكون الهيكلي الأكثر أهمية للخلايا النباتية.

تحتوي النباتات على مجموعة أكبر من الكربوهيدرات مقارنة بالحيوانات، لأنها قادرة على تصنيعها في الضوء أثناء عملية التمثيل الضوئي. أهم وظائف الكربوهيدرات في الخلية: الطاقة والهيكلية والتخزين.

ويتمثل الدور الحيوي في أن الكربوهيدرات تعمل كمصدر للطاقة في الخلايا النباتية والحيوانية؛ الهيكلية - يتكون جدار الخلية للنباتات بالكامل تقريبًا من عديد السكاريد السليلوز. التخزين - النشا بمثابة منتج احتياطي للنباتات. يتراكم أثناء عملية التمثيل الضوئي خلال موسم النمو وفي عدد من النباتات يترسب في الدرنات والبصيلات وما إلى ذلك. في الخلايا الحيوانية، يلعب الجليكوجين هذا الدور، والذي يترسب بشكل رئيسي في الكبد.

السناجب

من بين المواد العضوية للخلايا، تحتل البروتينات المرتبة الأولى، سواء من حيث الكمية أو من حيث الأهمية. وتمثل في الحيوانات حوالي 50% من الكتلة الجافة للخلية. يوجد حوالي 5 ملايين نوع من جزيئات البروتين الموجودة في جسم الإنسان، والتي تختلف ليس فقط عن بعضها البعض، ولكن أيضًا عن بروتينات الكائنات الحية الأخرى. على الرغم من هذا التنوع والتعقيد في البنية، يتم بناء البروتينات من 20 حمضًا أمينيًا مختلفًا فقط.

دعونا نتناول المزيد من التفاصيل حول خصائص البروتينات. وأهمها تمسخ وإعادة الطبيعة.

تمسخ الطبيعة هو فقدان التنظيم الهيكلي لجزيء البروتين. يمكن أن يكون سبب تمسخ الطبيعة التغيرات في درجات الحرارة، والجفاف، والتعرض للأشعة السينية وغيرها من التأثيرات. في البداية، يتم تدمير الهيكل الأضعف - الرباعي، ثم الثالث، والثانوي، وفي ظل أشد الظروف قسوة، الابتدائي.

إذا لم يؤدي التغيير في الظروف البيئية إلى تدمير البنية الأساسية للجزيء، فعند استعادة الظروف البيئية الطبيعية، يتم إعادة إنشاء بنية البروتين بالكامل. هذه العملية تسمى إعادة التطبيع. تُستخدم خاصية البروتينات هذه لاستعادة البنية المفقودة بالكامل على نطاق واسع في الصناعات الطبية والغذائية لإعداد بعض المستحضرات الطبية، على سبيل المثال، المضادات الحيوية، للحصول على مركزات الطعام التي تحتفظ بعناصرها الغذائية لفترة طويلة في شكل جاف. في بعض الكائنات الحية، يرتبط التمسخ العكسي الجزئي المعتاد للبروتينات بوظائفها (المحرك، والتشوير، والتحفيز، وما إلى ذلك). إن عملية تدمير البنية الأساسية للبروتين تكون دائمًا لا رجعة فيها وتسمى التدمير.

الخصائص الكيميائية والفيزيائية للبروتينات متنوعة للغاية: محبة للماء، كارهة للماء؛ بعضها يغير هيكلها بسهولة تحت تأثير العوامل، والبعض الآخر مستقر للغاية. تنقسم البروتينات إلى بروتينات بسيطة تتكون فقط من بقايا الأحماض الأمينية، وبروتينات معقدة، والتي، بالإضافة إلى البقايا الحمضية للأحماض الأمينية، تحتوي أيضًا على مواد أخرى ذات طبيعة غير بروتينية (بقايا الأحماض الفوسفورية والأحماض النووية والكربوهيدرات، الدهون، الخ).

تؤدي البروتينات العديد من الوظائف المختلفة في الجسم: البناء (وهي جزء من التكوينات الهيكلية المختلفة)؛ وقائية (بروتينات خاصة - أجسام مضادة - قادرة على ربط وتحييد الكائنات الحية الدقيقة والبروتينات الأجنبية)، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، تشارك البروتينات في تخثر الدم، ومنع النزيف الحاد، وأداء وظائف تنظيمية، وإشارات، وحركية، وطاقة، ونقل (نقل مواد معينة داخل الجسم) .

الوظيفة التحفيزية للبروتينات مهمة للغاية. دعونا نلقي نظرة على هذه الوظيفة بمزيد من التفصيل. مصطلح "الحفز" يعني "فك الارتباط"، "التحرير". تعمل المواد المصنفة كمحفزات على تسريع التحولات الكيميائية، ويظل تكوين المحفزات نفسها بعد التفاعل كما كان قبل التفاعل.

الانزيمات

جميع الإنزيمات التي تعمل كمحفزات هي مواد ذات طبيعة بروتينية، فهي تعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلية بعشرات ومئات الآلاف من المرات. لا يتم تحديد النشاط التحفيزي للإنزيم من خلال جزيئه بأكمله، ولكن فقط من خلال جزء صغير منه - المركز النشط، الذي يكون عمله محددًا للغاية. يمكن أن يحتوي جزيء إنزيم واحد على عدة مراكز نشطة.

يمكن أن تتكون بعض جزيئات الإنزيم من البروتين فقط (على سبيل المثال، البيبسين) - مكون واحد، أو بسيط؛ والبعض الآخر يحتوي على مكونين: البروتين (الإنزيم المساعد) وجزيء عضوي صغير - الإنزيم المساعد. لقد ثبت أن الفيتامينات تعمل كأنزيمات مساعدة في الخلايا. إذا اعتبرنا أنه لا يمكن إجراء تفاعل واحد في الخلية دون مشاركة الإنزيمات، يصبح من الواضح أن الفيتامينات ذات أهمية قصوى للأداء الطبيعي للخلية والكائن الحي بأكمله. يؤدي غياب الفيتامينات إلى تقليل نشاط الإنزيمات التي تحتوي عليها.

يعتمد نشاط الإنزيمات بشكل مباشر على عمل عدد من العوامل: درجة الحرارة، والحموضة (الرقم الهيدروجيني للبيئة)، وكذلك على تركيز جزيئات الركيزة (المادة التي تعمل عليها)، والإنزيمات نفسها والإنزيمات المساعدة ( الفيتامينات والمواد الأخرى التي تشكل الإنزيمات المساعدة).

يمكن تحفيز أو تثبيط عملية إنزيمية معينة من خلال عمل العديد من المواد النشطة بيولوجيًا، مثل الهرمونات والأدوية ومنشطات نمو النبات والمواد السامة وما إلى ذلك.

الفيتامينات

الفيتامينات - مواد عضوية منخفضة الجزيئية نشطة بيولوجيًا - تشارك في عملية التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة في معظم الحالات كمكونات للإنزيمات.

إن حاجة الإنسان اليومية من الفيتامينات هي الملليغرامات وحتى الميكروغرامات. ومن المعروف أكثر من 20 فيتامينات مختلفة.

مصدر الفيتامينات للإنسان هو الغذاء، ومعظمه من أصل نباتي، وفي بعض الحالات من أصل حيواني (فيتامين د، أ). يتم تصنيع بعض الفيتامينات في جسم الإنسان.

يسبب نقص الفيتامينات مرضًا - نقص الفيتامين، وغيابها الكامل - نقص الفيتامينات، وزيادة - فرط الفيتامين.

الهرمونات

الهرمونات هي مواد تنتجها الغدد الصماء وبعض الخلايا العصبية - الهرمونات العصبية، والهرمونات قادرة على المشاركة في التفاعلات الكيميائية الحيوية، وتنظيم عمليات التمثيل الغذائي (التمثيل الغذائي والطاقة).

السمات المميزة للهرمونات هي:

1. نشاط بيولوجي عالي
2. خصوصية عالية (الإشارات الهرمونية في "الخلايا المستهدفة")؛
3. العمل عن بعد (نقل الهرمونات عن طريق الدم عبر مسافة إلى الخلايا المستهدفة)؛
4. وقت قصير نسبيا من الوجود في الجسم (عدة دقائق أو ساعات).

يتم تصنيع المواد الشبيهة بالهرمونات (الهرمونات العصبية) عن طريق النهايات العصبية. تقوم الخلايا العصبية أيضًا بتصنيع الناقلات العصبية - المواد التي تضمن نقل النبضات إلى الخلايا. هناك هرمونات ذات طبيعة شحمية - المنشطات (الهرمونات الجنسية). يقوم ما تحت المهاد بتنسيق عمل نظام الغدد الصماء.

يتم تنظيم وتنسيق نمو النبات الفردي بواسطة الهرمونات النباتية، التي تعمل كمسرعات لنمو الخلايا وانقسامها (تحفيز انقسام الكامبيوم، وما إلى ذلك).

قلويدات

تم تحديد مجموعة أخرى من المواد النشطة بيولوجيا في النباتات وبعض الكائنات الحية الأخرى - القلويدات. هذه المركبات العضوية سامة للإنسان والحيوان. بعضها له تأثير مخدر، حيث تحتوي على النيكوتين والمورفين وغيرها.

تم العثور على القلويدات في حوالي 2500 نوع من كاسيات البذور، معظمها من عائلات الباذنجانية، Liliaceae، الخشخاش، القنب وغيرها. وفقا لعدد من العلماء، تؤدي القلويدات في النباتات وظيفة وقائية - تكيفات لحمايتها من أكل الحيوانات. يستخدم الكولشيسين القلوي في الطب، وكذلك في الطفرات التجريبية.

احماض نووية

مثل البروتينات، والأحماض النووية هي البوليمرات غير المتجانسة. تختلف مونومراتها، النيوكليوتيدات، التي تشكل جزيئات الحمض النووي، بشكل حاد عن الأحماض الأمينية. هناك نوعان من الأحماض النووية: DNA (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) وRNA (الحمض النووي الريبي).

ATP هو حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك، وهو نيوكليوتيد يتكون من قاعدة الأدينين النيتروجينية، وريبوز الكربوهيدرات وثلاثة جزيئات من حمض الفوسفوريك.

الهيكل غير مستقر، تحت تأثير الإنزيمات يتحول إلى ADP - حمض الأدينوزين ثنائي الفوسفوريك (يتم تقسيم جزيء واحد من حمض الفوسفوريك) مع إطلاق 40 كيلوجول من الطاقة. ATP هو المصدر الوحيد للطاقة لجميع التفاعلات الخلوية. ويتم تحولها وفقا للمخطط التالي:

دعونا نتناول بمزيد من التفصيل أهمية الأحماض النووية التي تؤدي وظائف مهمة جدًا في الخلية. توفر خصوصيات التركيب الكيميائي للأحماض النووية إمكانية تخزين ونقل ووراثة معلومات الخلايا الابنة حول بنية جزيئات البروتين التي يتم تصنيعها في كل نسيج في مرحلة معينة من التطور الفردي.

وبما أن معظم الخصائص في الجسم تحددها البروتينات، فمن الواضح أن استقرار الأحماض النووية هو أهم شرط لحياة الخلايا والكائنات الحية بأكملها. أي تغييرات في بنية الأحماض النووية تستلزم تغييرات في بنية الخلايا أو نشاط العمليات الفسيولوجية فيها، مما يؤثر على قابليتها للحياة. تعتبر دراسة بنية الأحماض النووية، التي أنشأها لأول مرة عالم الأحياء الأمريكي واتسون والفيزيائي الإنجليزي كريك، مهمة للغاية لفهم وراثة السمات في الكائنات الحية وأنماط عمل كل من الخلايا الفردية والأنظمة الخلوية - الأنسجة والأنسجة. الأعضاء.

أثبتت الأبحاث التي أجراها علماء الكيمياء الحيوية أن التخليق الحيوي للبروتينات في الكائنات الحية يتم تحت سيطرة الأحماض النووية.

وبالتالي، تضمن الأحماض النووية الحفاظ المستقر على المعلومات الوراثية والتحكم في تكوين بروتينات الإنزيم المقابلة، وتحدد بروتينات الإنزيم السمات الرئيسية لاستقلاب الخلية. كل هذا مهم جدًا للحفاظ على الاستقرار الكيميائي للكائنات الحية وهو أمر حاسم لوجود الحياة على الأرض.

أنها تشكل 20-30٪ من كتلة الخلية. وتشمل هذه البوليمرات الحيوية - البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون وATP وما إلى ذلك.

تحتوي الأنواع المختلفة من الخلايا على كميات مختلفة من المركبات العضوية. تسود الكربوهيدرات المعقدة في الخلايا النباتية، بينما تسود البروتينات والدهون في الخلايا الحيوانية. ومع ذلك، فإن كل مجموعة من المواد العضوية في أي نوع من الخلايا تؤدي وظائف: توفير الطاقة، كونها مادة بناء، حمل المعلومات، وما إلى ذلك.

السناجب.ومن بين المواد العضوية، تحتل الخلايا والبروتينات المرتبة الأولى من حيث الكمية والأهمية. وتمثل في الحيوانات 50% من الكتلة الجافة للخلية.

يحتوي جسم الإنسان على أنواع عديدة من جزيئات البروتين التي تختلف عن بعضها البعض وعن البروتينات الموجودة في الكائنات الحية الأخرى.

السندات الببتيد:

عند دمجها، تتشكل الجزيئات: ثنائي الببتيد، ثلاثي الببتيد أو متعدد الببتيد. هذا مركب من 20 حمضًا أمينيًا أو أكثر. ترتيب تحول الأحماض الأمينية في الجزيء متنوع للغاية. وهذا يسمح بوجود متغيرات تختلف في متطلبات وخصائص جزيئات البروتين.

يسمى تسلسل الأحماض الأمينية في الجزيء بالبنية.

الابتدائي – الخطي.

الثانوية – دوامة.

التعليم العالي - الكريات.

الرباعي - رابطة الكريات (الهيموجلوبين).

يسمى فقدان التنظيم الهيكلي بواسطة الجزيء بالتمسخ. يحدث بسبب التغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة والإشعاع. مع التعرض البسيط، يمكن للجزيء استعادة خصائصه. يتم استخدامه في الطب (المضادات الحيوية).

وظائف البروتينات في الخلية متنوعة. والأهم هو البناء. تشارك البروتينات في تكوين جميع أغشية الخلايا في العضيات. الوظيفة التحفيزية مهمة للغاية - جميع الإنزيمات عبارة عن بروتينات. يتم توفير الوظيفة الحركية عن طريق البروتينات المقلصة. النقل - يتكون من ربط العناصر الكيميائية ونقلها إلى الأنسجة. يتم توفير الوظيفة الوقائية بواسطة بروتينات خاصة - أجسام مضادة تتشكل في كريات الدم البيضاء. تعمل البروتينات كمصدر للطاقة - مع الانهيار الكامل لـ 1 جرام من البروتين، يتم إطلاق 11.6 كيلوجول.

الكربوهيدرات.هذه هي مركبات الكربون والهيدروجين والأكسجين. ممثلة بالسكريات. تحتوي الخلية على ما يصل إلى 5%. أغنى الخلايا النباتية - ما يصل إلى 90٪ من الكتلة (البطاطس والأرز). وهي مقسمة إلى بسيطة ومعقدة. بسيطة - السكريات الأحادية (الجلوكوز) C6H12O6، سكر العنب، الفركتوز. ثنائي السكاريد – (السكروز) C ]2 H 22 O 11 البنجر وقصب السكر. السكريات المتعددة (السليلوز والنشا) (C6H10O5)ن.

تؤدي الكربوهيدرات بشكل أساسي وظائف البناء والطاقة. عند أكسدة 1 جرام من الكربوهيدرات، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول. النشا والجليكوجين بمثابة احتياطيات الطاقة في الخلية.

الدهون.هذه هي الدهون والمواد الشبيهة بالدهون الموجودة في الخلية. وهي عبارة عن استرات الجلسرين وأحماض مشبعة وغير مشبعة ذات وزن جزيئي مرتفع. يمكن أن تكون زيوتًا صلبة أو سائلة. في النباتات توجد في البذور بنسبة 5-15٪ من المادة الجافة.

وتتمثل الوظيفة الرئيسية في الطاقة - فعندما يتم تكسير 1 جرام من الدهون، يتم تحرير 38.9 كيلوجول. الدهون هي احتياطيات المغذيات. تؤدي الدهون وظيفة بناء وهي عازل جيد للحرارة.

احماض نووية.هذه مركبات عضوية معقدة. وهي تتكون من C، H 2، O 2، N 2، P. الموجودة في النوى والسيتوبلازم.

أ) الحمض النووي هو متعدد النيوكليوتيدات البيولوجية يتكون من سلسلتين من النيوكليوتيدات. النيوكليوتيدات - تتكون من 4 قواعد نيتروجينية: 2 البيورينات - الأدينين والفالين، 2 بيريميدين السيتوزين والجوانين، بالإضافة إلى السكر - ديوكسي ريبوز وبقايا حمض الفوسفوريك.

في كل سلسلة، ترتبط النيوكليوتيدات بروابط تساهمية. سلاسل النيوكليوتيدات تشكل حلزونات. يشكل حلزون الحمض النووي المليء بالبروتينات بنية - كروموسوم.

ب) الحمض النووي الريبي (RNA) عبارة عن بوليمر تكون مونومراته عبارة عن نيوكليوتيدات مشابهة للحمض النووي (DNA) وقواعد نيتروجينية - A، G، C. وبدلاً من الثيمين يوجد Urace. الكربوهيدرات في الحمض النووي الريبي (RNA) هي الريبوز ويوجد بقايا حمض الفوسفوريك.

الحمض النووي الريبي المزدوج تقطعت بهم السبل هو حامل للمعلومات الوراثية. سلسلة واحدة - تحمل معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين. هناك العديد من RNAs المفردة الذين تقطعت بهم السبل:

الريبوسوم – 3-5 آلاف النيوكليوتيدات.

معلوماتية – 300-30000 نيوكليوتيدات؛

النقل - 76-85 نيوكليوتيدات.

يتم تخليق البروتين على الريبوسومات بمشاركة جميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA).

أسئلة التحكم

1. هل الخلية كائن حي أم جزء منه؟

2. التكوين الأولي للخلايا.

3. المياه والمعادن.

4. المواد العضوية للخلية.

المواد العضوية الموجودة في الخليةأنها تشكل 20-30٪ من كتلة الخلية. وتشمل هذه البوليمرات الحيوية - البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون وATP وما إلى ذلك. تحتوي الأنواع المختلفة من الخلايا على كميات مختلفة من المركبات العضوية. تسود الكربوهيدرات المعقدة في الخلايا النباتية، بينما تسود البروتينات والدهون في الخلايا الحيوانية. ومع ذلك، فإن كل مجموعة من المواد العضوية في أي نوع من الخلايا تؤدي وظائف: توفير الطاقة، كونها مادة بناء، حمل المعلومات، وما إلى ذلك. السناجب.ومن بين المواد العضوية، تحتل الخلايا والبروتينات المرتبة الأولى من حيث الكمية والأهمية. وتمثل في الحيوانات 50% من الكتلة الجافة للخلية. يوجد في جسم الإنسان أنواع عديدة من جزيئات البروتين التي تختلف عن بعضها البعض وعن بروتينات الكائنات الأخرى، وعلى الرغم من التنوع الهائل والتعقيد في البنية، إلا أن البروتينات مبنية من 20 حمضًا أمينيًا: الأحماض الأمينية لها خصائص مذبذبة، لذلك فهي تتفاعل مع بعضها البعض:

السندات الببتيد:

عند دمجها، تتشكل الجزيئات: ثنائي الببتيد، ثلاثي الببتيد أو متعدد الببتيد. هذا مركب من 20 حمضًا أمينيًا أو أكثر. ترتيب تحول الأحماض الأمينية في الجزيء متنوع للغاية. وهذا يسمح بالوجود
الخيارات التي تختلف في متطلبات وخصائص جزيئات البروتين. يسمى تسلسل الأحماض الأمينية في الجزيء بالبنية. الابتدائي – الخطي. الثانوية – دوامة. التعليم العالي - الكريات. الرباعي - رابطة الكريات (الهيموجلوبين). يسمى فقدان التنظيم الهيكلي بواسطة الجزيء بالتمسخ. يحدث بسبب التغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة والإشعاع. مع التعرض البسيط، يمكن للجزيء استعادة خصائصه. يتم استخدامه في الطب (المضادات الحيوية). وظائف البروتينات في الخلية متنوعة. والأهم هو البناء. تشارك البروتينات في تكوين جميع أغشية الخلايا في العضيات. الوظيفة التحفيزية مهمة للغاية - جميع الإنزيمات عبارة عن بروتينات. يتم توفير الوظيفة الحركية عن طريق البروتينات المقلصة. النقل - يتكون من ربط العناصر الكيميائية ونقلها إلى الأنسجة. يتم توفير الوظيفة الوقائية بواسطة بروتينات خاصة - أجسام مضادة تتشكل في كريات الدم البيضاء. تعمل البروتينات كمصدر للطاقة - مع الانهيار الكامل لـ 1 جرام من البروتين، يتم إطلاق 11.6 كيلوجول. الكربوهيدرات.هذه هي مركبات الكربون والهيدروجين والأكسجين. ممثلة بالسكريات. تحتوي الخلية على ما يصل إلى 5%. أغنى الخلايا النباتية - ما يصل إلى 90٪ من الكتلة (البطاطس والأرز). وهي مقسمة إلى بسيطة ومعقدة. بسيطة - السكريات الأحادية (الجلوكوز) C6H12O6، سكر العنب، الفركتوز. ثنائي السكاريد – (السكروز) C ]2 H 22 O 11 البنجر وقصب السكر. السكريات المتعددة (السليلوز والنشا) (C6H10O5)ن. تؤدي الكربوهيدرات بشكل أساسي وظائف البناء والطاقة. عند أكسدة 1 جرام من الكربوهيدرات، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول. النشا والجليكوجين بمثابة احتياطيات الطاقة في الخلية. الدهون.هذه هي الدهون والمواد الشبيهة بالدهون الموجودة في الخلية. وهي عبارة عن استرات الجلسرين وأحماض مشبعة وغير مشبعة ذات وزن جزيئي مرتفع. يمكن أن تكون زيوتًا صلبة أو سائلة. في النباتات توجد في البذور بنسبة 5-15٪ من المادة الجافة. وتتمثل الوظيفة الرئيسية في الطاقة - فعندما يتم تكسير 1 جرام من الدهون، يتم تحرير 38.9 كيلوجول. الدهون هي احتياطيات المغذيات. تؤدي الدهون وظيفة بناء وهي عازل جيد للحرارة. احماض نووية.هذه مركبات عضوية معقدة. وهي تتكون من C، H 2، O 2، N 2، P. الموجودة في النوى والسيتوبلازم.
أ) الحمض النووي هو متعدد النيوكليوتيدات البيولوجية يتكون من سلسلتين من النيوكليوتيدات. النيوكليوتيدات - تتكون من 4 قواعد نيتروجينية: 2 البيورينات - الأدينين والفالين، 2 بيريميدين السيتوزين والجوانين، بالإضافة إلى السكر - ديوكسي ريبوز وبقايا حمض الفوسفوريك. في كل سلسلة، ترتبط النيوكليوتيدات بروابط تساهمية. سلاسل النيوكليوتيدات تشكل حلزونات. يشكل حلزون الحمض النووي المليء بالبروتينات بنية - كروموسوم. ب) الحمض النووي الريبي (RNA) عبارة عن بوليمر تكون مونومراته عبارة عن نيوكليوتيدات مشابهة للحمض النووي (DNA) وقواعد نيتروجينية - A، G، C. وبدلاً من الثيمين يوجد Urace. الكربوهيدرات في الحمض النووي الريبي (RNA) هي الريبوز ويوجد بقايا حمض الفوسفوريك.

الحمض النووي الريبي المزدوج تقطعت بهم السبل هو حامل للمعلومات الوراثية. سلسلة واحدة - تحمل معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين. هناك العديد من الحمض النووي الريبي المفرد الذين تقطعت بهم السبل: - الريبوسوم - 3-5 آلاف نيوكليوتيدات؛ - معلوماتية - 300-30000 نيوكليوتيدات؛ - النقل – 76-85 النيوكليوتيدات. يتم تخليق البروتين على الريبوسومات بمشاركة جميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA).

أسئلة التحكم

1. هل الخلية كائن حي أم جزء منه؟ 2. التكوين الأولي للخلايا. 3. المياه والمعادن. 4. المواد العضوية للخلية. 5. البروتينات. 6. الكربوهيدرات والدهون. 7. الحمض النووي. 8. الحمض النووي الريبي.

الموضوع 2.2 بنية الخلية ووظائفها

أسئلة التحكم

1. ما المقصود بمستوى تنظيم الخلية؟ 2. خصائص بدائيات النوى وحقيقيات النوى. 3. هيكل بدائيات النوى. 4. مورفولوجيا بدائيات النوى. 5. هيكل حقيقيات النوى. 6. هيكل ووظائف النواة. 7. النمط النووي ومميزاته. 8. هيكل ووظائف النواة. الموضوع 2.2.1 مجمع جولجي، الجسيمات الحالة، الميتوكوندريا،

الريبوسومات، مركز الخلية. عضويات الحركة

السيتوبلازم- هذه هي البيئة الداخلية شبه السائلة للخلية والتي تتم فيها جميع العمليات البيوكيميائية. يحتوي على هياكل - عضيات ويتواصل فيما بينها. تتمتع العضيات بسمات منتظمة من حيث البنية والسلوك خلال فترات مختلفة من حياة الخلية وتؤدي وظائف معينة. هناك عضيات مميزة لجميع الخلايا - الميتوكوندريا، مركز الخلية، جهاز جولجي، الريبوسومات، EPS، الليزوزومات. عضيات الحركة - السوط والأهداب هي سمة من سمات الكائنات وحيدة الخلية. تترسب مواد مختلفة - شوائب - في السيتوبلازم. هذه هي الهياكل الدائمة التي تنشأ في عملية الحياة. الشوائب الكثيفة هي حبيبات، والشوائب السائلة هي فجوات. يتم تحديد حجمها من خلال النشاط الحيوي للخلايا. يعتمد التنظيم الهيكلي للخلية على مبدأ الهيكل الغشائي. وهذا يعني أن الخلية تتكون بشكل رئيسي من الأغشية. جميع الأغشية لها بنية مماثلة. النموذج المقبول هو بنية فسيفسائية سائلة: يتكون الغشاء من صفين من الدهون، حيث تنغمس جزيئات البروتين في أعماق مختلفة. الغشاء السيتوبلازمي الخارجيوهو موجود في جميع الخلايا ويفصل السيتوبلازم عن البيئة الخارجية ويشكل سطح الخلية. سطح الخلية غير متجانس، وخصائصها الفسيولوجية مختلفة. تتمتع الخلية بقوة ومرونة عالية. يحتوي الغشاء السيتوبلازمي على مسام تمر عبرها جزيئات المواد. دخول المواد إلى الخلية هو عملية تتطلب استهلاك الطاقة. يمتلك غشاء الخلية خاصية شبه النفاذية. الآلية التي توفر شبه النفاذية هي التناضح. بالإضافة إلى التناضح، يمكن للمواد الكيميائية والمواد الصلبة أن تدخل الخلية من خلال النتوءات - الاحتساء والبلعمة. يوفر الغشاء السيتوبلازمي أيضًا التواصل بين الخلايا في أنسجة الكائنات متعددة الخلايا بسبب الطيات والنموات العديدة. الكتلة 2. الخلية كنظام بيولوجي

2.3. التركيب الكيميائي للخلية. العناصر الكلية والصغرى. العلاقة بين بنية ووظائف المواد غير العضوية والعضوية (البروتينات، الأحماض النووية، الكربوهيدرات، الدهون، ATP) التي تتكون منها الخلية. دور المواد الكيميائية في الخلية وجسم الإنسان.

التركيب الكيميائي للخلية

تم العثور على معظم العناصر الكيميائية المدرجة في الجدول الدوري للعناصر لـ D. I. Mendeleev المكتشفة حتى الآن في الكائنات الحية. فمن ناحية، فهي لا تحتوي على عنصر واحد لا يمكن العثور عليه في الطبيعة غير الحية، ومن ناحية أخرى، فإن تركيزاتها في الأجسام ذات الطبيعة غير الحية والكائنات الحية تختلف بشكل كبير.
تشكل هذه العناصر الكيميائية مواد غير عضوية وعضوية. على الرغم من أن المواد غير العضوية هي السائدة في الكائنات الحية، إلا أن المواد العضوية هي التي تحدد فرادة تركيبها الكيميائي وظاهرة الحياة ككل، حيث يتم تصنيعها بشكل رئيسي من قبل الكائنات الحية في عملية الحياة وتلعب دورا حيويا في تفاعلات.
يدرس علم الكيمياء الحيوية التركيب الكيميائي للكائنات الحية والتفاعلات الكيميائية التي تحدث فيها.
تجدر الإشارة إلى أن محتوى المواد الكيميائية في الخلايا والأنسجة المختلفة يمكن أن يختلف بشكل كبير. على سبيل المثال، إذا كانت البروتينات هي السائدة بين المركبات العضوية في الخلايا الحيوانية، فإن الكربوهيدرات هي السائدة في الخلايا النباتية.

عنصر كيميائي	قشرة الأرض	مياه البحر	الكائنات الحية
عن	49,2	85,8	65-75
مع	0,4	0,0035	15-18
ن	1,0	10,67	8-10
ن	0,04	0,37	1,5-3,0
ر	0,1	0,003	0,20-1,0
س	0,15	0,09	0,15-0,2
ل	2,35	0,04	0,15-0,4
سا	3,25	0,05	0,04-2,0
Cl	0,2	0,06	0,05-0,1
ملغ	2,35	0,14	0,02-0,03
نا	2,4	1,14	0,02-0,03
الحديد	4,2	0,00015	0,01-0,015
الزنك	< 0,01	0,00015	0,0003
النحاس	< 0,01	< 0,00001	0,0002
أنا	< 0,01	0,000015	0,0001
F	0,1	2,07	0,0001

العناصر الكلية والصغرى

يوجد حوالي 80 عنصرًا كيميائيًا في الكائنات الحية، ولكن 27 عنصرًا فقط من هذه العناصر لها وظائفها في الخلية والكائن الحي. أما العناصر المتبقية فهي موجودة بكميات صغيرة، ويبدو أنها تدخل الجسم مع الطعام والماء والهواء. يختلف محتوى العناصر الكيميائية في الجسم بشكل كبير. اعتمادًا على تركيزها، يتم تقسيمها إلى عناصر كبيرة وعناصر صغرى.
يتجاوز تركيز كل عنصر غذائي كبير في الجسم 0.01%، ويبلغ محتواها الإجمالي 99%. وتشمل العناصر الكبيرة الأكسجين والكربون والهيدروجين والنيتروجين والفوسفور والكبريت والبوتاسيوم والكالسيوم والصوديوم والكلور والمغنيسيوم والحديد. تسمى العناصر الأربعة الأولى من العناصر المدرجة (الأكسجين والكربون والهيدروجين والنيتروجين) أيضًا بأنها عضوية، لأنها جزء من المركبات العضوية الرئيسية. كما يعد الفوسفور والكبريت من مكونات عدد من المواد العضوية، مثل البروتينات والأحماض النووية. الفوسفور ضروري لتكوين العظام والأسنان.
بدون العناصر الكبيرة المتبقية، يكون الأداء الطبيعي للجسم مستحيلا. وبالتالي، يشارك البوتاسيوم والصوديوم والكلور في عمليات إثارة الخلايا. كما أن البوتاسيوم ضروري لعمل العديد من الإنزيمات واحتباس الماء في الخلية. يوجد الكالسيوم في جدران خلايا النباتات والعظام والأسنان وأصداف الرخويات وهو ضروري لتقلص الخلايا العضلية والحركة داخل الخلايا. المغنيسيوم هو أحد مكونات الكلوروفيل، وهو الصباغ الذي يسمح بحدوث عملية التمثيل الضوئي. كما أنه يشارك في التخليق الحيوي للبروتين. الحديد، بالإضافة إلى كونه جزءًا من الهيموجلوبين الذي يحمل الأكسجين في الدم، فهو ضروري لعمليات التنفس والتمثيل الضوئي، وكذلك لعمل العديد من الإنزيمات.
توجد العناصر الدقيقة في الجسم بتركيزات أقل من 0.01%، ولا يصل تركيزها الإجمالي في الخلية إلى 0.1%. تشمل العناصر الدقيقة الزنك والنحاس والمنغنيز والكوبالت واليود والفلور وما إلى ذلك. الزنك جزء من جزيء هرمون الأنسولين البنكرياسي، والنحاس مطلوب لعمليات التمثيل الضوئي والتنفس. الكوبالت هو أحد مكونات فيتامين ب12، وغيابه يؤدي إلى فقر الدم. اليود ضروري لتخليق هرمونات الغدة الدرقية، والتي تضمن التمثيل الغذائي الطبيعي، ويرتبط الفلورايد بتكوين مينا الأسنان.
محتوى العناصر الكيميائية في الخلايا والكائنات المختلفة ليس هو نفسه، إلى حد كبير يتم تحديده من خلال الظروف البيئية. وبالتالي، تحتوي خلايا الأعشاب البحرية على كمية كبيرة نسبيًا من اليود، وتحتوي الحيوانات الفقارية على الحديد، وتحتوي الرخويات والقشريات على النحاس.
يؤدي كل من النقص والزيادة أو الاضطراب في عملية التمثيل الغذائي للعناصر الكلية والصغرى إلى تطور أمراض مختلفة. على وجه الخصوص، نقص الكالسيوم والفوسفور يسبب الكساح، ونقص النيتروجين يسبب نقص حاد في البروتين، ونقص الحديد يسبب فقر الدم، ونقص اليود يسبب خلل في تكوين هرمونات الغدة الدرقية وانخفاض معدل الأيض. إن انخفاض تناول الفلورايد من الماء والغذاء يحدد إلى حد كبير تعطيل تجديد مينا الأسنان، ونتيجة لذلك، الاستعداد للتسوس. الرصاص سام لجميع الكائنات الحية تقريبًا. فائضها يسبب أضرارا لا رجعة فيها للدماغ والجهاز العصبي المركزي، والتي تتجلى في فقدان البصر والسمع، والأرق، والفشل الكلوي، والنوبات، ويمكن أن يؤدي أيضا إلى الشلل والأمراض مثل السرطان. ويصاحب التسمم الحاد بالرصاص هلاوس مفاجئة وينتهي بالغيبوبة والموت.
يمكن تعويض النقص في العناصر الكبيرة والصغرى عن طريق زيادة محتواها في الطعام ومياه الشرب، وكذلك عن طريق تناول الأدوية. وبالتالي، يوجد اليود في المأكولات البحرية والملح المعالج باليود، والكالسيوم في قشر البيض، وما إلى ذلك.

المواد غير العضوية للخلية

تشكل العناصر الكيميائية للخلية مركبات مختلفة - غير عضوية وعضوية. تشمل المواد غير العضوية للخلية الماء والأملاح المعدنية والأحماض وغيرها، والمواد العضوية تشمل البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون وATP والفيتامينات وغيرها.
ماء (ح20) - المادة غير العضوية الأكثر شيوعًا في الخلية، والتي لها خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة. ليس له طعم ولا لون ولا رائحة. يتم تقييم كثافة ولزوجة جميع المواد باستخدام الماء. مثل العديد من المواد الأخرى، يمكن أن يوجد الماء في ثلاث حالات من التجميع: الصلبة (الجليد)، والسائلة والغازية (البخار). درجة انصهار الماء هي 0 درجة مئوية، ونقطة الغليان هي 100 درجة مئوية، ومع ذلك، فإن ذوبان المواد الأخرى في الماء يمكن أن يغير هذه الخصائص. كما أن السعة الحرارية للمياه عالية جدًا - 4200 كيلوجول/مول كلفن، مما يمنحها الفرصة للمشاركة في عمليات التنظيم الحراري. في جزيء الماء، توجد ذرات الهيدروجين بزاوية 105 درجة، مع أزواج الإلكترونات المشتركة التي يتم سحبها بعيدًا بواسطة ذرة الأكسجين الأكثر سالبية كهربية. وهذا يحدد خصائص ثنائي القطب لجزيئات الماء (أحد الطرفين مشحون بشكل إيجابي والآخر سالب) وإمكانية تكوين روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء. إن تماسك جزيئات الماء يكمن وراء ظاهرة التوتر السطحي والشعيرات الدموية وخصائص الماء كمذيب عالمي. ونتيجة لذلك، تنقسم جميع المواد إلى قابلة للذوبان في الماء (محبة للماء) وغير قابلة للذوبان فيه (مسعور). بفضل هذه الخصائص الفريدة، من المؤكد أن الماء أصبح أساس الحياة على الأرض.
يختلف متوسط ​​محتوى الماء في خلايا الجسم وقد يتغير مع تقدم العمر. وهكذا، في جنين بشري يبلغ من العمر شهر ونصف، يصل محتوى الماء في الخلايا إلى 97.5٪، وفي عمر ثمانية أشهر - 83٪، وفي الأطفال حديثي الولادة ينخفض ​​إلى 74٪، وفي البالغ متوسطه 66%. ومع ذلك، تختلف خلايا الجسم في محتواها المائي. لذلك تحتوي العظام على حوالي 20٪ ماء والكبد 70٪ والدماغ 86٪. بشكل عام، يمكننا القول أن تركيز الماء في الخلايا يتناسب طرديا مع معدل الأيض.
املاح معدنية يمكن أن تكون في حالات منحلة أو غير منحلة. تتفكك الأملاح القابلة للذوبان إلى أيونات - كاتيونات وأنيونات. وأهم الكاتيونات هي أيونات البوتاسيوم والصوديوم، التي تسهل نقل المواد عبر الغشاء وتشارك في حدوث وتوصيل النبضات العصبية؛ وكذلك أيونات الكالسيوم التي تشارك في عمليات تقلص الألياف العضلية وتخثر الدم. المغنيسيوم، وهو جزء من الكلوروفيل. الحديد، وهو جزء من عدد من البروتينات، بما في ذلك الهيموجلوبين. أهم الأنيونات هي أنيون الفوسفات، وهو جزء من ATP والأحماض النووية، وبقايا حمض الكربونيك، الذي يخفف من التقلبات في الرقم الهيدروجيني للبيئة. تضمن أيونات الأملاح المعدنية تغلغل الماء نفسه في الخلية والاحتفاظ به فيها. إذا كان تركيز الملح في البيئة أقل مما هو عليه في الخلية، فإن الماء يخترق الخلية. تحدد الأيونات أيضًا خصائص التخزين المؤقت للسيتوبلازم، أي قدرتها على الحفاظ على درجة حموضة قلوية ثابتة قليلاً للسيتوبلازم، على الرغم من التكوين المستمر للمنتجات الحمضية والقلوية في الخلية.
الأملاح غير القابلة للذوبان (CaC0 3، Ca 3 (P0 4) 2، وما إلى ذلك) هي جزء من العظام والأسنان والأصداف والأصداف للحيوانات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن للكائنات الحية إنتاج مركبات غير عضوية أخرى، مثل الأحماض والأكاسيد. وهكذا فإن الخلايا الجدارية لمعدة الإنسان تنتج حمض الهيدروكلوريك الذي ينشط إنزيم البيبسين الهضمي، ويتخلل أكسيد السيليكون جدران خلايا ذيل الحصان ويشكل أصداف الدياتومات. في السنوات الأخيرة، تمت أيضًا دراسة دور أكسيد النيتريك (II) في إرسال الإشارات في الخلايا والجسم.

المواد العضوية

الخصائص العامة للمواد العضوية في الخلية

يمكن تمثيل المواد العضوية للخلية بجزيئات بسيطة نسبيًا وجزيئات أكثر تعقيدًا. في الحالات التي يتشكل فيها جزيء معقد (جزيء كبير) من عدد كبير من الجزيئات الأبسط المتكررة، يطلق عليه اسم البوليمر، وتسمى الوحدات الهيكلية المونومرات. اعتمادًا على ما إذا كانت وحدات البوليمر مكررة أم لا، يتم تصنيفها على أنها منتظمة أو غير منتظمة. تشكل البوليمرات ما يصل إلى 90% من كتلة المادة الجافة في الخلية. وهي تنتمي إلى ثلاث فئات رئيسية من المركبات العضوية - الكربوهيدرات (السكريات)، والبروتينات والأحماض النووية. السكريات هي بوليمرات منتظمة، في حين أن البروتينات والأحماض النووية غير منتظمة. في البروتينات والأحماض النووية، يعد تسلسل المونومرات مهمًا للغاية، لأنها تؤدي وظيفة معلومات.

الكربوهيدرات - وهي مركبات عضوية تتكون أساسًا من ثلاثة عناصر كيميائية - الكربون والهيدروجين والأكسجين، على الرغم من أن عددًا من الكربوهيدرات يحتوي أيضًا على النيتروجين أو الكبريت. الصيغة العامة للكربوهيدرات هي C m (H 2 0) n. وهي مقسمة إلى كربوهيدرات بسيطة ومعقدة.
تحتوي الكربوهيدرات البسيطة (السكريات الأحادية) على جزيء سكر واحد لا يمكن تقسيمه إلى جزيئات أبسط. وهي مواد بلورية، حلوة المذاق، وشديدة الذوبان في الماء. تلعب السكريات الأحادية دورًا نشطًا في استقلاب الخلية وهي جزء من الكربوهيدرات المعقدة - السكريات قليلة السكاريد والسكريات.
تصنف السكريات الأحادية حسب عدد ذرات الكربون (C3 -C9)، مثل البنتوز (C5) والسداسي (C6). وتشمل البنتوسات الريبوز وديوكسيريبوز. الريبوز هو جزء من RNA وATP. الديوكسيريبوز هو أحد مكونات الحمض النووي. Hexoses (C 6 H 12 0 6) هي الجلوكوز والفركتوز والجلاكتوز، الخ.
الجلوكوز(سكر العنب) موجود في جميع الكائنات الحية بما في ذلك دم الإنسان لأنه احتياطي للطاقة. وهو جزء من العديد من السكريات المعقدة: السكروز، اللاكتوز، المالتوز، النشا، السليلوز، الخ.
الفركتوز(سكر الفاكهة) موجود بأعلى التركيزات في الفواكه والعسل وجذور البنجر السكري. وهو لا يلعب دورًا نشطًا في عمليات التمثيل الغذائي فحسب، بل هو أيضًا جزء من السكروز وبعض السكريات مثل الأنسولين.
معظم السكريات الأحادية قادرة على إعطاء تفاعل "المرآة الفضية" وتقليل النحاس عند إضافة سائل التلبيد (خليط من محاليل كبريتات النحاس (II) وطرطرات صوديوم البوتاسيوم) والغليان.
تشتمل السكريات قليلة السكاريد على الكربوهيدرات التي تتكون من العديد من بقايا السكريات الأحادية. كما أنها عمومًا قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء وحلوة المذاق. اعتمادًا على عدد هذه البقايا، يتم التمييز بين السكريات الثنائية (بقايا)، والسكريات الثلاثية (ثلاثة)، وما إلى ذلك، وتشمل السكريات الثنائية السكروز واللاكتوز والمالتوز وما إلى ذلك.
يتكون السكروز (البنجر أو سكر القصب) من بقايا الجلوكوز والفركتوز ويوجد في الأعضاء التخزينية لبعض النباتات. يوجد الكثير من السكروز بشكل خاص في ثمار جذر بنجر السكر وقصب السكر، حيث يتم الحصول عليها صناعيًا. إنه بمثابة المعيار لحلاوة الكربوهيدرات.
اللاكتوز، أو سكر الحليب، يتكون من بقايا الجلوكوز والجلاكتوز الموجودة في حليب الأم والبقر.
المالتوز(سكر الشعير) يتكون من وحدتين جلوكوز. ويتكون أثناء تحلل السكريات الموجودة في بذور النباتات وفي الجهاز الهضمي البشري، ويستخدم في إنتاج البيرة.
السكريات هي بوليمرات حيوية تكون مونومراتها عبارة عن بقايا أحادية أو ثنائية السكاريد. معظم السكريات غير قابلة للذوبان في الماء ولها طعم غير محلى. وتشمل هذه النشا والجليكوجين والسليلوز والكيتين.
النشا عبارة عن مادة مسحوقية بيضاء لا تبلل بالماء، ولكن عندما يتم تخميرها بالماء الساخن فإنها تشكل معلقًا - عجينة. في الواقع، يتكون النشا من بوليمرين - الأميلوز الأقل تفرعًا والأميلوبكتين الأكثر تفرعًا. مونومر الأميلوز والأميلوبكتين هو الجلوكوز. النشا هو مادة التخزين الرئيسية للنباتات، والتي تتراكم بكميات كبيرة في البذور والفواكه والدرنات والجذور وغيرها من أجهزة التخزين للنباتات. رد الفعل النوعي للنشا هو رد فعل مع اليود، حيث يتحول النشا إلى اللون الأزرق البنفسجي.
الجليكوجين(النشا الحيواني) هو عديد السكاريد الاحتياطي للحيوانات والفطريات، والذي يتراكم عند البشر بكميات كبيرة في العضلات والكبد. كما أنه غير قابل للذوبان في الماء وليس له طعم حلو. مونومر الجليكوجين هو الجلوكوز. بالمقارنة مع جزيئات النشا، فإن جزيئات الجليكوجين أكثر تشعبا.
السليلوز أو الألياف، هو السكاريد الداعم الرئيسي للنباتات. مونومر السليلوز هو الجلوكوز. تشكل جزيئات السليلوز غير المتفرعة حزمًا تشكل جزءًا من جدران خلايا النباتات وبعض الفطريات. السليلوز هو أساس الخشب، ويستخدم في البناء، وفي إنتاج المنسوجات والورق والكحول والعديد من المواد العضوية. السليلوز خامل كيميائيا ولا يذوب في الأحماض أو القلويات. كما أنه لا يتم تفكيكه بواسطة الإنزيمات الموجودة في الجهاز الهضمي البشري، ولكن يتم تسهيل عملية هضمه عن طريق البكتيريا الموجودة في الأمعاء الغليظة. بالإضافة إلى ذلك، تحفز الألياف تقلصات جدران الجهاز الهضمي، مما يساعد على تحسين أدائه.
كيتينهو عديد السكاريد الذي مونومره هو سكر أحادي يحتوي على النيتروجين. وهو جزء من جدران خلايا الفطريات وقذائف المفصليات. ويفتقر الجهاز الهضمي البشري أيضًا إلى إنزيم هضم الكيتين، حيث أن بعض البكتيريا فقط هي التي تمتلكه.
وظائف الكربوهيدرات.تؤدي الكربوهيدرات وظائف البلاستيك (البناء) والطاقة والتخزين والدعم في الخلية. أنها تشكل جدران الخلايا من النباتات والفطريات. قيمة الطاقة لتكسير 1 جرام من الكربوهيدرات هي 17.2 كيلوجول. الجلوكوز والفركتوز والسكروز والنشا والجليكوجين هي مواد تخزين. يمكن أن تكون الكربوهيدرات أيضًا جزءًا من الدهون والبروتينات المعقدة، وتشكل الدهون السكرية والبروتينات السكرية، خاصة في أغشية الخلايا. لا يقل أهمية عن دور الكربوهيدرات في التعرف بين الخلايا وإدراك الإشارات من البيئة الخارجية، لأنها تعمل كمستقبلات كجزء من البروتينات السكرية.
الدهون هي مجموعة غير متجانسة كيميائيا من المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض مع خصائص كارهة للماء. وهذه المواد غير قابلة للذوبان في الماء وتشكل مستحلبات فيه، ولكنها شديدة الذوبان في المذيبات العضوية. الدهون دهنية الملمس، وكثير منها يترك علامات مميزة غير جافة على الورق. جنبا إلى جنب مع البروتينات والكربوهيدرات، فهي واحدة من المكونات الرئيسية للخلايا. محتوى الدهون في الخلايا المختلفة ليس هو نفسه، وخاصة الكثير منه في بذور وثمار بعض النباتات، في الكبد والقلب والدم.
اعتمادًا على بنية الجزيء، تنقسم الدهون إلى بسيطة ومعقدة. وتشمل الدهون البسيطة الدهون المحايدة (الدهون)، والشموع، والستيرول، والمنشطات. تحتوي الدهون المعقدة أيضًا على مكون آخر غير دهني. وأهمها الدهون الفوسفاتية والجليكوليبيدات وغيرها.
الدهون هي مشتقات من الجلسرين الكحولي ثلاثي الهيدريك والأحماض الدهنية الأعلى. تحتوي معظم الأحماض الدهنية على 14-22 ذرة كربون. من بينها مشبعة وغير مشبعة، أي تحتوي على روابط مزدوجة. الأحماض الدهنية المشبعة الأكثر شيوعًا هي البالمتيك والاستياريك، والأحماض الدهنية غير المشبعة الأكثر شيوعًا هي الأوليك. بعض الأحماض الدهنية غير المشبعة لا يتم تصنيعها في جسم الإنسان أو يتم تصنيعها بكميات غير كافية، وبالتالي فهي ضرورية. تشكل بقايا الجلسرين "رؤوسًا" محبة للماء، وتشكل بقايا الأحماض الدهنية "ذيول".
السناجب - هذه مركبات عالية الجزيئية، بوليمرات حيوية، مونومراتها عبارة عن أحماض أمينية مرتبطة بروابط الببتيد.
حمض أمينييسمى مركب عضوي يحتوي على مجموعة أمينية ومجموعة كربوكسيل وجذر. في المجموع، يوجد حوالي 200 من الأحماض الأمينية في الطبيعة، والتي تختلف في الجذور والترتيب المتبادل للمجموعات الوظيفية، ولكن 20 منها فقط يمكن أن تكون جزءًا من البروتينات. تسمى هذه الأحماض الأمينية بروتينية.
لسوء الحظ، لا يمكن تصنيع جميع الأحماض الأمينية البروتينية في جسم الإنسان، لذلك يتم تقسيمها إلى قابلة للاستبدال وأساسية.
تتشكل الأحماض الأمينية غير الأساسية في جسم الإنسان بالكميات المطلوبة، لكن الأحماض الأمينية الأساسية لا تتكون. ويجب تزويدها بالطعام، ولكن يمكن أيضًا تصنيعها جزئيًا بواسطة الكائنات الحية الدقيقة المعوية. هناك 8 أحماض أمينية أساسية تمامًا، وهي: فالين، آيزوليوسين، ليوسين، ليسين، ميثيونين، ثريونين، تريبتوفان، وفينيل ألانين. على الرغم من حقيقة أن جميع الأحماض الأمينية البروتينية يتم تصنيعها في النباتات، إلا أن البروتينات النباتية غير مكتملة لأنها لا تحتوي على مجموعة كاملة من الأحماض الأمينية، ونادرًا ما يتجاوز وجود البروتين في الأجزاء الخضرية للنباتات 1-2٪ من الكتلة . لذلك، من الضروري تناول البروتينات ليس فقط من أصل نباتي، ولكن أيضًا من أصل حيواني.
يسمى تسلسل اثنين من الأحماض الأمينية المرتبطة بروابط الببتيد ثنائي الببتيد، من ثلاثة - ثلاثي الببتيد، وما إلى ذلك. من بين الببتيدات هناك مركبات مهمة مثل الهرمونات (الأوكسيتوسين، فاسوبريسين)، والمضادات الحيوية، وما إلى ذلك. سلسلة من أكثر من عشرة أمينو تسمى الأحماض بالبولي ببتيد، والبيبتيدات التي تحتوي على أكثر من 50 بقايا حمض أميني هي بروتينات.
مستويات التنظيم الهيكلي للبروتين.يمكن أن تحتوي البروتينات على هياكل أولية وثانوية وثلاثية ورباعية.
هيكل البروتين الأساسيعبارة عن سلسلة من الأحماض الأمينية المرتبطة برابطة الببتيد. تحدد البنية الأولية في النهاية خصوصية البروتين وتفرده، لأنه حتى لو افترضنا أن البروتين المتوسط ​​يحتوي على 500 بقايا حمض أميني، فإن عدد التركيبات الممكنة هو 20500، وبالتالي فإن التغيير في موقع حمض أميني واحد على الأقل الحمض في البنية الأولية يستلزم تغيير الهياكل الثانوية والعليا، وكذلك في خصائص البروتين ككل.
تحدد السمات الهيكلية للبروتين ترتيبه المكاني، أي ظهور الهياكل الثانوية والثالثية.
الهيكل الثانويهو ترتيب مكاني لجزيء البروتين على شكل حلزوني أو طيات، متماسك بواسطة روابط هيدروجينية بين ذرات الأكسجين والهيدروجين لمجموعات الببتيد ذات المنعطفات المختلفة للحلزون أو الطيات. تحتوي العديد من البروتينات على مناطق طويلة أو أقل ذات بنية ثانوية. هذه، على سبيل المثال، كيراتين الشعر والأظافر، ألياف الحرير.
هيكل التعليم العاليالبروتين هو أيضًا شكل من أشكال الترتيب المكاني لسلسلة بولي ببتيد متماسكة معًا بواسطة روابط كارهة للماء والهيدروجين وثاني كبريتيد (SS) وغيرها من الروابط. وهو من سمات معظم البروتينات في الجسم، مثل الميوجلوبين العضلي.
هيكل رباعي- الأكثر تعقيدًا، والتي تتكون من عدة سلاسل بولي ببتيد متصلة بشكل أساسي بنفس الروابط الموجودة في السلسلة الثالثة (الكارهة للماء والأيونية والهيدروجين)، بالإضافة إلى تفاعلات ضعيفة أخرى. يتميز التركيب الرباعي بعدد قليل من البروتينات، مثل الهيموجلوبين والكلوروفيل وما إلى ذلك.
بناءً على شكل الجزيء، يتم التمييز بين البروتينات الليفية والبروتينات الكروية. أولها المستطيل، مثل كولاجين النسيج الضام أو كيراتينات الشعر والأظافر. البروتينات الكروية لها شكل الكرة (الكريات)، مثل الميوجلوبين العضلي.
البروتينات البسيطة والمعقدة. يمكن أن تكون البروتينات بسيطة أو معقدة. تتكون البروتينات البسيطة من الأحماض الأمينية فقط، بينما تحتوي البروتينات المعقدة (البروتينات الدهنية، والبروتينات الملونة، والبروتينات السكرية، والبروتينات النووية، وما إلى ذلك) على أجزاء بروتينية وغير بروتينية. تحتوي البروتينات الكرومية على جزء ملون غير بروتيني. وتشمل هذه الهيموجلوبين والميوجلوبين والكلوروفيل والسيتوكروم وما إلى ذلك.
وهكذا، في تكوين الهيموجلوبين، ترتبط كل سلسلة من سلاسل البولي ببتيد الأربعة لبروتين الجلوبين بجزء غير بروتيني - الهيم، الذي يوجد في وسطه أيون حديد، مما يعطي الهيموجلوبين لونًا أحمر. الجزء غير البروتيني من البروتينات الدهنية هو الدهون، والبروتينات السكرية هي الكربوهيدرات. كل من البروتينات الدهنية والبروتينات السكرية جزء من أغشية الخلايا. البروتينات النووية عبارة عن مجمعات من البروتينات والأحماض النووية (DNA و RNA). يؤدون أهم الوظائف في عمليات تخزين ونقل المعلومات الوراثية.
خصائص البروتينات.العديد من البروتينات قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء، ولكن هناك أيضًا بروتينات تذوب فقط في محاليل الأملاح أو القلويات أو الأحماض أو المذيبات العضوية. يعتمد هيكل جزيء البروتين ونشاطه الوظيفي على الظروف البيئية. ويسمى فقدان بنية جزيء البروتين، وحتى بنيته الأولية، بالتمسخ.
تمسخيحدث بسبب التغيرات في درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، والضغط الجوي، تحت تأثير الأحماض والقلويات وأملاح المعادن الثقيلة والمذيبات العضوية، وما إلى ذلك. وتسمى العملية العكسية لاستعادة الهياكل الثانوية والعليا إعادة الطبيعةومع ذلك، ليس من الممكن دائما. يسمى التدمير الكامل لجزيء البروتين بالتدمير.
تؤدي البروتينات عددًا من الوظائف في الخلية: البلاستيك (البناء)، والتحفيز (الإنزيمي)، والطاقة، والتشوير (المستقبل)، والتقلص (المحرك)، والنقل، والحماية، والتنظيم والتخزين.
ترتبط وظيفة بناء البروتينات بوجودها في أغشية الخلايا والمكونات الهيكلية للخلية. الطاقة - لأنه عندما يتم تكسير 1 جرام من البروتين، يتم إطلاق 17.2 كيلوجول من الطاقة. تلعب بروتينات المستقبلات الغشائية دورًا نشطًا في إدراك الإشارات البيئية وانتقالها عبر الخلية، وكذلك في التعرف بين الخلايا. بدون البروتينات، تكون حركة الخلايا والكائنات ككل مستحيلة، لأنها تشكل أساس السوط والأهداب، كما تضمن تقلص العضلات وحركة المكونات داخل الخلايا. في دم الإنسان والعديد من الحيوانات، يحمل بروتين الهيموجلوبين الأكسجين وجزءًا من ثاني أكسيد الكربون، بينما تنقل بروتينات أخرى الأيونات والإلكترونات. يرتبط الدور الوقائي للبروتينات في المقام الأول بالمناعة، حيث أن بروتين الإنترفيرون قادر على تدمير العديد من الفيروسات، كما تعمل بروتينات الأجسام المضادة على قمع تطور البكتيريا والعوامل الأجنبية الأخرى. ومن بين البروتينات والببتيدات هناك العديد من الهرمونات، منها على سبيل المثال هرمون البنكرياس الأنسولين الذي ينظم تركيز الجلوكوز في الدم. في بعض الكائنات الحية، يمكن تخزين البروتينات كاحتياطي، مثل البقوليات في البذور، أو بياض بيضة الدجاج.
احماض نووية هي البوليمرات الحيوية التي مونومراتها هي النيوكليوتيدات. حاليًا، هناك نوعان معروفان من الأحماض النووية: الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA).
يتكون النوكليوتيدات من قاعدة نيتروجينية وبقايا سكر البنتوز وبقايا حمض الأرثوفوسفوريك. يتم تحديد خصائص النيوكليوتيدات بشكل أساسي من خلال القواعد النيتروجينية التي تتكون منها، لذلك، حتى تقليديًا، يتم تحديد النيوكليوتيدات بالأحرف الأولى من أسمائها.
يمكن أن تحتوي النيوكليوتيدات على خمس قواعد نيتروجينية: الأدينين (A)، والجوانين (G)، والثايمين (T)، واليوراسيل (U)، والسيتوزين (C). تحدد نيوكليوتيدات البنتوز - الريبوز وديوكسي ريبوز - النوكليوتيدات التي سيتم تشكيلها - ريبونوكليوتيد أو ديوكسي ريبونوكليوتيد. الريبونوكليوتيدات هي مونومرات RNA، ويمكن أن تعمل كجزيئات إشارة (cAMP) وتكون جزءًا من مركبات عالية الطاقة، مثل ATP، والإنزيمات المساعدة، مثل NADPH + H +، NADH + H +، FADH 2، وما إلى ذلك، والنوكليوتيدات منقوعة الأكسجين هي جزء من الحمض النووي.
حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA)هو بوليمر حيوي مزدوج الجديلة ومونومراته هي ديوكسي ريبونوكليوتيدات. تحتوي النيوكليوتيدات منقوص الأكسجين على أربع قواعد نيتروجينية فقط من أصل خمس قواعد محتملة - الأدينين (A)، والثايمين (T)، والجوانين (G)، والسيتوزين (C)، بالإضافة إلى بقايا حمض الديوكسي ريبوز وحمض الأرثوفوسفوريك. ترتبط النيوكليوتيدات في سلسلة الحمض النووي ببعضها البعض من خلال بقايا حمض الأورثوفوسفوريك، وتشكل رابطة فوسفوديستر. عندما يتكون جزيء مزدوج السلسلة، يتم توجيه القواعد النيتروجينية نحو داخل الجزيء. ومع ذلك، فإن ارتباط سلاسل الحمض النووي لا يحدث بشكل عشوائي، فالقواعد النيتروجينية للسلاسل المختلفة ترتبط ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية وفقًا لمبدأ التكامل: يرتبط الأدينين بالثايمين بواسطة رابطتين هيدروجينيتين (A=T)، والجوانين. يرتبط السيتوزين بثلاثة (G≡C).
لقد تم تركيبها لها قواعد شارجاف :
1. عدد نيوكليوتيدات الحمض النووي التي تحتوي على الأدينين يساوي عدد النيوكليوتيدات التي تحتوي على الثيمين (A=T).
2. عدد نيوكليوتيدات الحمض النووي التي تحتوي على الجوانين يساوي عدد النيوكليوتيدات التي تحتوي على السيتوزين (G≡C).
3. مجموع النيوكليوتيدات الديوكسي ريبونوكليوتيدات المحتوية على الأدينين والجوانين يساوي مجموع النيوكليوتيدات الديوكسيريبونوكليوتيدات المحتوية على الثيمين والسيتوزين (A+G = T+C).
4. تعتمد نسبة مجموع النيوكليوتيدات الديوكسي ريبونوكليوتيدات المحتوية على الأدينين والثايمين إلى مجموع النيوكليوتيدات الديوكسي ريبونوكليوتيدات المحتوية على الجوانين والسيتوزين على نوع الكائن الحي.
تم فك رموز بنية الحمض النووي بواسطة ف. كريك ود. واتسون (جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب، 1962). وفقا لنموذجهم، فإن جزيء الحمض النووي هو حلزون مزدوج أيمن. المسافة بين النيوكليوتيدات في سلسلة DNA هي 0.34 نانومتر.
أهم خاصية للحمض النووي هي القدرة على التكرار (التكرار الذاتي). وتتمثل الوظيفة الرئيسية للحمض النووي في تخزين ونقل المعلومات الوراثية، والتي تكون مكتوبة في شكل تسلسلات النيوكليوتيدات. يتم الحفاظ على استقرار جزيء الحمض النووي من خلال أنظمة إصلاح (استرداد) قوية، لكنها حتى غير قادرة على القضاء تمامًا على الآثار الضارة، مما يؤدي في النهاية إلى حدوث طفرات. يتركز الحمض النووي للخلايا حقيقية النواة في النواة والميتوكوندريا والبلاستيدات، بينما في الخلايا بدائية النواة يقع مباشرة في السيتوبلازم. الحمض النووي النووي هو أساس الكروموسومات، ويمثله جزيئات مفتوحة. الحمض النووي للميتوكوندريا والبلاستيدات وبدائيات النوى دائري.
حمض الريبونوكليك (RNA)- بوليمر حيوي تكون مونومراته عبارة عن ريبونوكليوتيدات. كما أنها تحتوي على أربع قواعد نيتروجينية - الأدينين (A)، واليوراسيل (U)، والجوانين (G)، والسيتوزين (C)، وبالتالي تختلف عن الحمض النووي في إحدى القواعد (بدلاً من الثيمين، يحتوي الحمض النووي الريبي (RNA) على اليوراسيل). يتم تمثيل بقايا سكر البنتوز في الريبونوكليوتيدات بالريبوز. يتكون الحمض النووي الريبوزي (RNA) في الغالب من جزيئات مفردة، باستثناء بعض الجزيئات الفيروسية. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الحمض النووي الريبي (RNA): الرسول أو القالب (mRNA)، والريبوسوم (rRNA)، والنقل (tRNA). يتم تشكيلها جميعًا أثناء عملية النسخ - إعادة الكتابة من جزيئات الحمض النووي.
تشكل mRNAs أصغر جزء من الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلية (2-4٪)، والذي يتم تعويضه بتنوعها، حيث يمكن أن تحتوي الخلية الواحدة على آلاف من mRNAs المختلفة. هذه جزيئات أحادية السلسلة تمثل قوالب لتركيب سلاسل البولي ببتيد. يتم تسجيل المعلومات حول بنية البروتين فيها على شكل تسلسلات نيوكليوتيدات، مع تشفير كل حمض أميني بثلاثية من النيوكليوتيدات - كودون.
rRNAs هو النوع الأكثر وفرة من الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلية (يصل إلى 80٪). متوسط ​​وزنها الجزيئي 3000-5000؛ تتشكل في النواة وهي جزء من العضيات الخلوية - الريبوسومات. ويبدو أن الرنا الريباسي يلعب أيضًا دورًا في تخليق البروتين.
الحمض الريبي النووي النقال (tRNAs) هو أصغر جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA)، حيث يحتوي على 73-85 نيوكليوتيدات فقط. وتبلغ حصتها من إجمالي كمية الحمض النووي الريبوزي (RNA) في الخلية حوالي 16%. وظيفة الحمض الريبي النووي النقال هي نقل الأحماض الأمينية إلى موقع تخليق البروتين (الريبوسومات). يتشكل جزيء tRNA على شكل ورقة البرسيم. يوجد في أحد طرفي الجزيء موقع لربط الحمض الأميني، وفي إحدى الحلقات يوجد ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات، مكملة لكودون mRNA وتحديد الحمض الأميني الذي سيحمله tRNA - الكودون المضاد.
تلعب جميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) دورًا نشطًا في عملية تنفيذ المعلومات الوراثية، والتي يتم نسخها من الحمض النووي (DNA) إلى الحمض النووي الريبي (mRNA)، ويقوم الأخير بتخليق البروتين. يقوم الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) بتوصيل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات أثناء تخليق البروتين، ويعتبر الرنا الريباسي (rRNA) جزءًا من الريبوسومات نفسها.
حمض الأدينوسين ثلاثي الفوسفوريك (ATP) هو نيوكليوتيد يحتوي، بالإضافة إلى قاعدة الأدينين النيتروجينية وبقايا الريبوز، على ثلاث بقايا حمض الفوسفوريك.
تكون الروابط بين آخر بقايا الفوسفور عالية الطاقة (يطلق الانقسام 42 كيلوجول/مول من الطاقة)، ​​بينما تنتج الرابطة الكيميائية القياسية أثناء الانقسام 12 كيلوجول/مول. عند الحاجة إلى الطاقة، تنشق الرابطة الكبيرة للـATP، ويتشكل حمض الأدينوزين ثنائي فوسفوريك (ADP)، وتتشكل بقايا الفوسفور، ويتم إطلاق الطاقة:
ATP + H 2 0 → ADP + H 3 P0 4 + 42 كيلوجول.
يمكن أيضًا تقسيم ADP لتكوين AMP (حمض الأدينوزين أحادي الفوسفوريك) وبقايا حمض الفوسفوريك:
ADP + H 2 0 → AMP + H 3 P0 4 + 42 كيلوجول.
في عملية استقلاب الطاقة (أثناء التنفس والتخمير)، وكذلك في عملية التمثيل الضوئي، يربط ADP بقايا الفوسفور ويتحول إلى ATP. يسمى رد فعل تخفيض ATP بالفسفرة. ATP هو مصدر عالمي للطاقة لجميع العمليات الحيوية للكائنات الحية.
أظهرت دراسة التركيب الكيميائي لخلايا جميع الكائنات الحية أنها تحتوي على نفس العناصر الكيميائية، وهي مواد كيميائية تؤدي نفس الوظائف. علاوة على ذلك، سيعمل فيه جزء من الحمض النووي المنقول من كائن حي إلى آخر، وسيؤدي البروتين الذي يتم تصنيعه بواسطة البكتيريا أو الفطريات وظائف الهرمون أو الإنزيم في جسم الإنسان. وهذا أحد الأدلة على وحدة أصل العالم العضوي.
الدهون أنها تؤدي بشكل رئيسي وظيفة التخزين في الخلايا وتكون بمثابة مصدر للطاقة. فهي غنية بالأنسجة الدهنية تحت الجلد، التي تؤدي وظائف امتصاص الصدمات والعزل الحراري، وفي الحيوانات المائية تزيد أيضًا من قدرة الطفو. تحتوي الدهون النباتية في الغالب على أحماض دهنية غير مشبعة، ونتيجة لذلك تكون سائلة وتسمى زيوت، وتوجد الزيوت في بذور العديد من النباتات، مثل عباد الشمس وفول الصويا وبذور اللفت وغيرها.
الشموع- هذه مخاليط معقدة من الأحماض الدهنية والكحوليات الدهنية. في النباتات، تشكل فيلما على سطح الورقة، مما يحمي من التبخر، واختراق مسببات الأمراض، وما إلى ذلك. في عدد من الحيوانات، فإنها تغطي الجسم أو تعمل على بناء أقراص العسل.
تشمل الستيرول الدهون مثل الكوليسترول، وهو مكون أساسي لأغشية الخلايا، وتشمل الستيرويدات الهرمونات الجنسية استراديول، والتستوستيرون، وما إلى ذلك.
تحتوي الدهون الفوسفورية، بالإضافة إلى بقايا الجلسرين والأحماض الدهنية، على بقايا حمض الأرثوفوسفوريك. إنها جزء من أغشية الخلايا وتوفر خصائصها الحاجزة.
تعتبر الجليكوليبيدات أيضًا من مكونات الأغشية، لكن محتواها منخفض. الجزء غير الدهني من الجليكوليبيدات هو الكربوهيدرات.
وظائف الدهون.تؤدي الدهون وظائف البلاستيك (البناء) والطاقة والتخزين والحماية والتنظيم في الخلية، بالإضافة إلى أنها مذيبات لعدد من الفيتامينات. وهو عنصر أساسي في أغشية الخلايا. عندما يتم تكسير 1 جم من الدهون، يتم إطلاق 38.9 كيلوجول من الطاقة. يتم تخزينها في أعضاء مختلفة من النباتات والحيوانات. بالإضافة إلى ذلك، تحمي الأنسجة الدهنية تحت الجلد الأعضاء الداخلية من انخفاض حرارة الجسم أو ارتفاع درجة الحرارة، وكذلك الصدمة. ترجع الوظيفة التنظيمية للدهون إلى حقيقة أن بعضها عبارة عن هرمونات.

تشكل المركبات العضوية في المتوسط ​​20-30% من كتلة خلايا الكائن الحي. وتشمل هذه البوليمرات البيولوجية - البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات، وكذلك الدهون وعدد من الجزيئات الصغيرة - الهرمونات والأصباغ وATP وغيرها الكثير.

تحتوي الأنواع المختلفة من الخلايا على كميات مختلفة من المركبات العضوية. تسود الكربوهيدرات المعقدة - السكريات - في الخلايا النباتية، بينما يوجد في الخلايا الحيوانية عدد أكبر من البروتينات والدهون. ومع ذلك، فإن كل مجموعة من مجموعات المواد العضوية في أي نوع من الخلايا تؤدي وظائف مماثلة.

الدهون - هذا هو الاسم الذي يطلق على الدهون والمواد الشبيهة بالدهون (الليبويدات). تتميز المواد المدرجة هنا بالذوبان في المذيبات العضوية وعدم الذوبان (نسبيًا) في الماء.

هناك الدهون النباتية التي لها قوام سائل في درجة حرارة الغرفة، والدهون الحيوانية التي لها قوام صلب.

وظائف الدهون:

الهيكلية - الفسفوليبيدات جزء من أغشية الخلايا.

التخزين - تتراكم الدهون في خلايا الحيوانات الفقارية.

الطاقة - يتشكل ثلث الطاقة التي تستهلكها خلايا الحيوانات الفقارية أثناء الراحة نتيجة أكسدة الدهون، والتي تستخدم أيضًا كمصدر للمياه؛

وقائي - طبقة الدهون تحت الجلد تحمي الجسم من الأضرار الميكانيكية.

العزل الحراري - تساعد الدهون تحت الجلد على الاحتفاظ بالحرارة.

عازل كهربائي - المايلين الذي تفرزه خلايا شوان يعزل بعض الخلايا العصبية، مما يسرع انتقال النبضات العصبية عدة مرات؛

من الناحية الغذائية - تتشكل الأحماض الصفراوية وفيتامين د من الستيرويدات؛

التشحيم - يغطي الشمع الجلد والفراء وريش الحيوانات ويحميها من الماء. أوراق العديد من النباتات مغطاة بطبقة شمعية. ويستخدم النحل الشمع في بناء أقراص العسل؛

الهرمونات - هرمون الغدة الكظرية - الكورتيزون والهرمونات الجنسية هي دهنية بطبيعتها، ولا تحتوي جزيئاتها على أحماض دهنية.

عندما يتم تكسير 1 جرام من الدهون، يتم إطلاق 38.9 كيلوجول من الطاقة.

الكربوهيدرات

تحتوي الكربوهيدرات على الكربون والهيدروجين والأكسجين. تتميز الكربوهيدرات التالية. عندما يتم تكسير 1 جم من المادة، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول من الطاقة.

السكريات الأحادية، أو الكربوهيدرات البسيطة، والتي، اعتمادًا على محتوى ذرات الكربون، تسمى الثلاثيات، والبنتوس، والسداسيات، وما إلى ذلك. البنتوس - الريبوز وديوكسي ريبوز - جزء من الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). يعمل الهكسوز - الجلوكوز - كمصدر رئيسي للطاقة في الخلية.

السكريات- البوليمرات التي تكون مونومراتها عبارة عن سكريات أحادية سداسية. أشهر أنواع السكريات الثنائية (اثنين من المونومرات) هما السكروز واللاكتوز. وأهم السكريات هي النشا والجليكوجين، والتي تعمل كمواد احتياطية للخلايا النباتية والحيوانية، وكذلك السليلوز، المكون الهيكلي الأكثر أهمية للخلايا النباتية.

تحتوي النباتات على مجموعة أكبر من الكربوهيدرات مقارنة بالحيوانات، لأنها قادرة على تصنيعها في الضوء أثناء عملية التمثيل الضوئي. أهم وظائف الكربوهيدرات في الخلية: الطاقة والهيكلية والتخزين.

ويتمثل الدور الحيوي في أن الكربوهيدرات تعمل كمصدر للطاقة في الخلايا النباتية والحيوانية؛ الهيكلية - يتكون جدار الخلية للنباتات بالكامل تقريبًا من عديد السكاريد السليلوز. التخزين - النشا بمثابة منتج احتياطي للنباتات. يتراكم أثناء عملية التمثيل الضوئي خلال موسم النمو وفي عدد من النباتات يترسب في الدرنات والبصيلات وما إلى ذلك. في الخلايا الحيوانية، يلعب الجليكوجين هذا الدور، والذي يترسب بشكل رئيسي في الكبد.

السناجب

من بين المواد العضوية للخلايا، تحتل البروتينات المرتبة الأولى، سواء من حيث الكمية أو من حيث الأهمية. وتمثل في الحيوانات حوالي 50% من الكتلة الجافة للخلية. يوجد حوالي 5 ملايين نوع من جزيئات البروتين الموجودة في جسم الإنسان، والتي تختلف ليس فقط عن بعضها البعض، ولكن أيضًا عن بروتينات الكائنات الحية الأخرى. على الرغم من هذا التنوع والتعقيد في البنية، يتم بناء البروتينات من 20 حمضًا أمينيًا مختلفًا فقط. بعض البروتينات التي تشكل خلايا الأعضاء والأنسجة، وكذلك الأحماض الأمينية التي تدخل الجسم ولكن لا تستخدم في تخليق البروتين، تتعرض للانهيار، وتطلق 17.6 كيلوجول من الطاقة لكل 1 جرام من المادة.

تؤدي البروتينات العديد من الوظائف المختلفة في الجسم: البناء (وهي جزء من التكوينات الهيكلية المختلفة)؛ وقائية (بروتينات خاصة - أجسام مضادة - قادرة على ربط وتحييد الكائنات الحية الدقيقة والبروتينات الأجنبية)، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، تشارك البروتينات في تخثر الدم، ومنع النزيف الحاد، وأداء وظائف تنظيمية، وإشارات، وحركية، وطاقة، ونقل (نقل مواد معينة داخل الجسم) .

الوظيفة التحفيزية للبروتينات مهمة للغاية. مصطلح "الحفز" يعني "فك الارتباط"، "التحرير". تعمل المواد المصنفة كمحفزات على تسريع التحولات الكيميائية، ويظل تكوين المحفزات نفسها بعد التفاعل كما كان قبل التفاعل.

الانزيمات

جميع الإنزيمات التي تعمل كمحفزات هي مواد ذات طبيعة بروتينية، فهي تعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلية بعشرات ومئات الآلاف من المرات. لا يتم تحديد النشاط التحفيزي للإنزيم من خلال جزيئه بأكمله، ولكن فقط من خلال جزء صغير منه - المركز النشط، الذي يكون عمله محددًا للغاية. يمكن أن يحتوي جزيء إنزيم واحد على عدة مراكز نشطة.

يمكن أن تتكون بعض جزيئات الإنزيم من البروتين فقط (على سبيل المثال، البيبسين) - مكون واحد، أو بسيط؛ والبعض الآخر يحتوي على مكونين: البروتين (الإنزيم المساعد) وجزيء عضوي صغير - الإنزيم المساعد. لقد ثبت أن الفيتامينات تعمل كأنزيمات مساعدة في الخلايا. إذا اعتبرنا أنه لا يمكن إجراء تفاعل واحد في الخلية دون مشاركة الإنزيمات، يصبح من الواضح أن الفيتامينات ذات أهمية قصوى للأداء الطبيعي للخلية والكائن الحي بأكمله. يؤدي غياب الفيتامينات إلى تقليل نشاط الإنزيمات التي تحتوي عليها.

يعتمد نشاط الإنزيمات بشكل مباشر على عمل عدد من العوامل: درجة الحرارة، والحموضة (الرقم الهيدروجيني للبيئة)، وكذلك على تركيز جزيئات الركيزة (المادة التي تعمل عليها)، والإنزيمات نفسها والإنزيمات المساعدة ( الفيتامينات والمواد الأخرى التي تشكل الإنزيمات المساعدة).

يمكن تحفيز أو تثبيط عملية إنزيمية معينة من خلال عمل العديد من المواد النشطة بيولوجيًا، مثل الهرمونات والأدوية ومنشطات نمو النبات والمواد السامة وما إلى ذلك.

الفيتامينات

الفيتامينات - مواد عضوية منخفضة الجزيئية نشطة بيولوجيًا - تشارك في عملية التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة في معظم الحالات كمكونات للإنزيمات.

إن حاجة الإنسان اليومية من الفيتامينات هي الملليغرامات وحتى الميكروغرامات. ومن المعروف أكثر من 20 فيتامينات مختلفة.

مصدر الفيتامينات للإنسان هي المنتجات الغذائية، وأغلبها من أصل نباتي، وفي بعض الحالات من أصل حيواني (فيتامين د، أ). يتم تصنيع بعض الفيتامينات في جسم الإنسان.

يسبب نقص الفيتامينات مرضًا - نقص الفيتامين، وغيابها الكامل - نقص الفيتامينات، وزيادة - فرط الفيتامين.

الهرمونات

الهرمونات - المواد التي تنتجها الغدد الصماء وبعض الخلايا العصبية - الهرمونات العصبية. الهرمونات قادرة على المشاركة في التفاعلات الكيميائية الحيوية، وتنظيم عمليات التمثيل الغذائي (التمثيل الغذائي والطاقة).

السمات المميزة للهرمونات هي: 1) النشاط البيولوجي العالي؛ 2) الخصوصية العالية (الإشارات الهرمونية في "الخلية المستهدفة")؛ 3) نطاق العمل (نقل الهرمونات عن طريق الدم إلى مسافة إلى الخلايا المستهدفة)؛ 4) نسبيًا قصر مدة وجوده في الجسم (عدة دقائق أو ساعات).

احماض نووية

هناك نوعان من الأحماض النووية: DNA (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) وRNA (الحمض النووي الريبي).

اعبي التنس المحترفين - حمض الأدينوسين ثلاثي الفوسفوريك، وهو نيوكليوتيد يتكون من القاعدة الآزوتية الأدينين والريبوز الكربوهيدراتي وثلاثة جزيئات من حمض الفوسفوريك.

الهيكل غير مستقر، تحت تأثير الإنزيمات يتحول إلى ADP - حمض الأدينوزين ثنائي الفوسفوريك (يتم تقسيم جزيء واحد من حمض الفوسفوريك) مع إطلاق 40 كيلوجول من الطاقة. ATP هو المصدر الوحيد للطاقة لجميع التفاعلات الخلوية.

توفر خصوصيات التركيب الكيميائي للأحماض النووية إمكانية تخزين ونقل ووراثة معلومات الخلايا الابنة حول بنية جزيئات البروتين التي يتم تصنيعها في كل نسيج في مرحلة معينة من التطور الفردي.

تضمن الأحماض النووية الحفاظ المستقر على المعلومات الوراثية والتحكم في تكوين بروتينات الإنزيم المقابلة، وتحدد بروتينات الإنزيم السمات الرئيسية لاستقلاب الخلية.