Οργανικές ουσίες ζωντανών συστημάτων. Χημική σύνθεση φυτικών και ζωικών κυττάρων Ποια ομάδα ουσιών κυριαρχεί στο κύτταρο

Οι οργανικές ενώσεις αποτελούν κατά μέσο όρο το 20-30% της κυτταρικής μάζας ενός ζωντανού οργανισμού. Αυτά περιλαμβάνουν βιολογικά πολυμερή - πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα και υδατάνθρακες, καθώς και λίπη και μια σειρά από μικρά μόρια - ορμόνες, χρωστικές ουσίες, ATP και πολλά άλλα.

Διαφορετικοί τύποι κυττάρων περιέχουν διαφορετικές ποσότητες οργανικών ενώσεων. Οι σύνθετοι υδατάνθρακες - πολυσακχαρίτες - κυριαρχούν στα φυτικά κύτταρα, ενώ στα ζωικά κύτταρα υπάρχουν περισσότερες πρωτεΐνες και λίπη. Ωστόσο, καθεμία από τις ομάδες οργανικών ουσιών σε οποιονδήποτε τύπο κυττάρου εκτελεί παρόμοιες λειτουργίες.

Αμινοξέα, αζωτούχες βάσεις, λιπίδια, υδατάνθρακες κ.λπ. εισέρχονται στο κύτταρο μαζί με την τροφή ή σχηματίζονται μέσα σε αυτό από πρόδρομες ουσίες. Χρησιμεύουν ως προϊόντα έναρξης για τη σύνθεση ενός αριθμού πολυμερών που είναι απαραίτητα για το κύτταρο.

Οι πρωτεΐνες, κατά κανόνα, είναι ισχυρά, εξαιρετικά ειδικά ένζυμα και ρυθμίζουν τον μεταβολισμό των κυττάρων.

Τα νουκλεϊκά οξέα χρησιμεύουν ως αποθήκες κληρονομικών πληροφοριών. Επιπλέον, τα νουκλεϊκά οξέα ελέγχουν τον σχηματισμό των αντίστοιχων ενζυμικών πρωτεϊνών στη σωστή ποσότητα και τη σωστή στιγμή.

Λιπίδια

Λιπίδια είναι το όνομα που δίνεται στα λίπη και σε ουσίες που μοιάζουν με λίπος (λιποειδή). Οι ουσίες που περιλαμβάνονται εδώ χαρακτηρίζονται από διαλυτότητα σε οργανικούς διαλύτες και αδιαλυτότητα (σχετική) στο νερό.

Υπάρχουν φυτικά λίπη, τα οποία έχουν υγρή σύσταση σε θερμοκρασία δωματίου και ζωικά λίπη, τα οποία έχουν στερεή σύσταση.

Τα λιπίδια αποτελούν μέρος όλων των πλασματικών μεμβρανών. Παίζουν ενεργητικό ρόλο στο κύτταρο και συμμετέχουν ενεργά στις διαδικασίες του μεταβολισμού και της κυτταρικής αναπαραγωγής.

Υδατάνθρακες

Οι υδατάνθρακες περιέχουν άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο. Διακρίνονται οι παρακάτω υδατάνθρακες.

• Μονοσακχαρίτες, ή απλοί υδατάνθρακες, οι οποίοι, ανάλογα με την περιεκτικότητα των ατόμων άνθρακα, ονομάζονται τριόζες, πεντόζες, εξόζες κ.λπ. Οι πεντόζες -ριβόζη και δεοξυριβόζη- αποτελούν μέρος του DNA και του RNA. Η εξόζη - γλυκόζη - χρησιμεύει ως η κύρια πηγή ενέργειας στο κύτταρο. Ο εμπειρικός τους τύπος μπορεί να αναπαρασταθεί ως Cn (H2O) n.
• Πολυσακχαρίτες- πολυμερή των οποίων τα μονομερή είναι μονοσακχαρίτες εξόζης. Οι πιο γνωστοί από τους δισακχαρίτες (δύο μονομερή) είναι η σακχαρόζη και η λακτόζη. Οι πιο σημαντικοί πολυσακχαρίτες είναι το άμυλο και το γλυκογόνο, που χρησιμεύουν ως εφεδρικές ουσίες για τα φυτικά και ζωικά κύτταρα, καθώς και η κυτταρίνη, το πιο σημαντικό δομικό συστατικό των φυτικών κυττάρων.

Τα φυτά έχουν μεγαλύτερη ποικιλία υδατανθράκων από τα ζώα, αφού είναι σε θέση να τους συνθέσουν στο φως κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Οι πιο σημαντικές λειτουργίες των υδατανθράκων στο κύτταρο: ενέργεια, δομική και αποθήκευση.

Ο ενεργειακός ρόλος είναι ότι οι υδατάνθρακες χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας στα φυτικά και ζωικά κύτταρα. δομικό - το κυτταρικό τοίχωμα των φυτών αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από πολυσακχαρίτη κυτταρίνης. αποθήκευση - το άμυλο χρησιμεύει ως αποθεματικό προϊόν για τα φυτά. Συσσωρεύεται κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου και σε πολλά φυτά εναποτίθεται σε κόνδυλους, βολβούς κ.λπ. Στα ζωικά κύτταρα αυτόν τον ρόλο παίζει το γλυκογόνο, το οποίο εναποτίθεται κυρίως στο ήπαρ.

σκίουροι

Μεταξύ των οργανικών ουσιών των κυττάρων, οι πρωτεΐνες κατέχουν την πρώτη θέση, τόσο σε ποσότητα όσο και σε σημασία. Στα ζώα αντιπροσωπεύουν περίπου το 50% της ξηρής μάζας του κυττάρου. Υπάρχουν περίπου 5 εκατομμύρια είδη μορίων πρωτεΐνης που βρίσκονται στο ανθρώπινο σώμα, τα οποία διαφέρουν όχι μόνο μεταξύ τους, αλλά και από τις πρωτεΐνες άλλων οργανισμών. Παρά την ποικιλομορφία και την πολυπλοκότητα της δομής, οι πρωτεΐνες δομούνται από μόνο 20 διαφορετικά αμινοξέα.

Ας σταθούμε λεπτομερέστερα στις ιδιότητες των πρωτεϊνών. Τα σημαντικότερα από αυτά είναι η μετουσίωση και η μετουσίωση.

Η μετουσίωση είναι η απώλεια της δομικής οργάνωσης ενός μορίου πρωτεΐνης. Η μετουσίωση μπορεί να προκληθεί από αλλαγές θερμοκρασίας, αφυδάτωση, έκθεση σε ακτίνες Χ και άλλες επιδράσεις. Στην αρχή, η πιο αδύναμη δομή καταστρέφεται - η τεταρτοταγής, στη συνέχεια η τριτογενής, δευτερεύουσα και, υπό τις πιο σοβαρές συνθήκες, η πρωτοβάθμια.

Εάν μια αλλαγή στις περιβαλλοντικές συνθήκες δεν οδηγήσει σε καταστροφή της πρωτογενούς δομής του μορίου, τότε όταν αποκατασταθούν οι κανονικές περιβαλλοντικές συνθήκες, η δομή της πρωτεΐνης αναδημιουργείται πλήρως. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται renaturation. Αυτή η ιδιότητα των πρωτεϊνών να αποκαθιστούν πλήρως τη χαμένη δομή χρησιμοποιείται ευρέως στην ιατρική και τη βιομηχανία τροφίμων για την παρασκευή ορισμένων ιατρικών σκευασμάτων, για παράδειγμα, αντιβιοτικών, για τη λήψη συμπυκνωμάτων τροφίμων που διατηρούν τα θρεπτικά συστατικά τους για μεγάλο χρονικό διάστημα σε αποξηραμένη μορφή. Σε ορισμένους ζωντανούς οργανισμούς, η συνήθης μερική αντίστροφη μετουσίωση των πρωτεϊνών σχετίζεται με τις λειτουργίες τους (κινητικές, σηματοδοτικές, καταλυτικές κ.λπ.). Η διαδικασία καταστροφής της πρωτογενούς δομής μιας πρωτεΐνης είναι πάντα μη αναστρέψιμη και ονομάζεται καταστροφή.

Οι χημικές και φυσικές ιδιότητες των πρωτεϊνών είναι πολύ διαφορετικές: υδρόφιλες, υδρόφοβες. Μερικοί από αυτούς αλλάζουν εύκολα τη δομή τους υπό την επίδραση παραγόντων, άλλοι είναι πολύ σταθεροί. Οι πρωτεΐνες χωρίζονται σε απλές - πρωτεΐνες που αποτελούνται μόνο από υπολείμματα αμινοξέων και σύνθετες - πρωτεΐνες, οι οποίες, εκτός από όξινα υπολείμματα αμινοξέων, περιέχουν επίσης άλλες ουσίες μη πρωτεϊνικής φύσης (υπολείμματα φωσφορικών και νουκλεϊκών οξέων, υδατάνθρακες, λιπίδια, κ.λπ.).

Οι πρωτεΐνες εκτελούν πολλές διαφορετικές λειτουργίες στο σώμα: κατασκευή (είναι μέρος διαφόρων δομικών σχηματισμών). προστατευτικά (ειδικές πρωτεΐνες - αντισώματα - μπορούν να δεσμεύουν και να εξουδετερώνουν μικροοργανισμούς και ξένες πρωτεΐνες) κ.λπ. Επιπλέον, οι πρωτεΐνες συμμετέχουν στην πήξη του αίματος, αποτρέποντας σοβαρή αιμορραγία, εκτελούν ρυθμιστικές, σηματοδοτικές, κινητικές, ενεργειακές, μεταφορικές λειτουργίες (μεταφορά ορισμένων ουσιών στο σώμα).

Η καταλυτική λειτουργία των πρωτεϊνών είναι εξαιρετικά σημαντική. Ας δούμε αυτή τη λειτουργία με περισσότερες λεπτομέρειες. Ο όρος «κατάλυση» σημαίνει «αδέσμευση», «απελευθέρωση». Ουσίες που ταξινομούνται ως καταλύτες επιταχύνουν τους χημικούς μετασχηματισμούς και η σύνθεση των ίδιων των καταλυτών μετά την αντίδραση παραμένει η ίδια όπως ήταν πριν από την αντίδραση.

Ένζυμα

Όλα τα ένζυμα που δρουν ως καταλύτες είναι ουσίες πρωτεϊνικής φύσης· επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο κύτταρο κατά δεκάδες και εκατοντάδες χιλιάδες φορές. Η καταλυτική δραστηριότητα ενός ενζύμου δεν καθορίζεται από ολόκληρο το μόριο του, αλλά μόνο από ένα μικρό τμήμα του - το ενεργό κέντρο, η δράση του οποίου είναι πολύ συγκεκριμένη. Ένα μόριο ενζύμου μπορεί να έχει πολλά ενεργά κέντρα.

Ορισμένα μόρια ενζύμων μπορεί να αποτελούνται μόνο από πρωτεΐνη (για παράδειγμα, πεψίνη) - μονοσυστατικού ή απλή. άλλα περιέχουν δύο συστατικά: μια πρωτεΐνη (αποένζυμο) και ένα μικρό οργανικό μόριο - ένα συνένζυμο. Έχει διαπιστωθεί ότι οι βιταμίνες λειτουργούν ως συνένζυμα στα κύτταρα. Αν σκεφτούμε ότι ούτε μία αντίδραση σε ένα κύτταρο δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς τη συμμετοχή ενζύμων, γίνεται φανερό ότι οι βιταμίνες είναι υψίστης σημασίας για τη φυσιολογική λειτουργία του κυττάρου και ολόκληρου του οργανισμού. Η απουσία βιταμινών μειώνει τη δραστηριότητα των ενζύμων που τις περιέχουν.

Η δραστηριότητα των ενζύμων εξαρτάται άμεσα από τη δράση πολλών παραγόντων: θερμοκρασία, οξύτητα (pH του περιβάλλοντος), καθώς και από τη συγκέντρωση των μορίων του υποστρώματος (την ουσία στην οποία δρουν), τα ίδια τα ένζυμα και τα συνένζυμα ( βιταμίνες και άλλες ουσίες που συνθέτουν τα συνένζυμα) .

Μια συγκεκριμένη ενζυματική διαδικασία μπορεί να διεγερθεί ή να ανασταλεί από τη δράση διαφόρων βιολογικά δραστικών ουσιών, όπως ορμόνες, φάρμακα, διεγερτικά ανάπτυξης φυτών, τοξικές ουσίες κ.λπ.

Βιταμίνες

Οι βιταμίνες - βιολογικά δραστικές οργανικές ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους - συμμετέχουν στο μεταβολισμό και στη μετατροπή της ενέργειας στις περισσότερες περιπτώσεις ως συστατικά ενζύμων.

Η καθημερινή ανάγκη ενός ατόμου σε βιταμίνες είναι χιλιοστόγραμμα, ακόμη και μικρογραμμάρια. Είναι γνωστές περισσότερες από 20 διαφορετικές βιταμίνες.

Πηγή βιταμινών για τον άνθρωπο είναι τα τρόφιμα, κυρίως φυτικής προέλευσης, και σε ορισμένες περιπτώσεις ζωικής προέλευσης (βιταμίνη D, A). Ορισμένες βιταμίνες συντίθενται στο ανθρώπινο σώμα.

Η έλλειψη βιταμινών προκαλεί μια ασθένεια - υποβιταμίνωση, την πλήρη απουσία τους - αβιταμίνωση και μια περίσσεια - υπερβιταμίνωση.

ορμόνες

Οι ορμόνες είναι ουσίες που παράγονται από τους ενδοκρινείς αδένες και ορισμένα νευρικά κύτταρα - νευροορμόνες.Οι ορμόνες είναι ικανές να εμπλέκονται σε βιοχημικές αντιδράσεις, ρυθμίζοντας τις μεταβολικές διεργασίες (μεταβολισμό και ενέργεια).

Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των ορμονών είναι:

1. υψηλή βιολογική δραστηριότητα.
2. υψηλή ειδικότητα (ορμονικά σήματα στα "κύτταρα-στόχοι").
3. απομακρυσμένη δράση (μεταφορά ορμονών με αίμα σε απόσταση στα κύτταρα-στόχους).
4. σχετικά σύντομο χρόνο ύπαρξης στο σώμα (αρκετά λεπτά ή ώρες).

Οι ουσίες που μοιάζουν με ορμόνες (νευροορμόνες) συντίθενται από νευρικές απολήξεις. Τα νευρικά κύτταρα συνθέτουν επίσης νευροδιαβιβαστές - ουσίες που εξασφαλίζουν τη μετάδοση των παρορμήσεων στα κύτταρα. Υπάρχουν ορμόνες λιποειδούς φύσης - στεροειδή (ορμόνες του φύλου). Ο υποθάλαμος συντονίζει το έργο του συστήματος των ενδοκρινών αδένων.

Η ανάπτυξη των μεμονωμένων φυτών ρυθμίζεται και συντονίζεται από φυτοορμόνες, οι οποίες δρουν ως επιταχυντές της κυτταρικής ανάπτυξης και διαίρεσης (διεγείρουν τη διαίρεση του καμβίου κ.λπ.).

Αλκαλοειδή

Μια άλλη ομάδα βιολογικά δραστικών ουσιών έχει εντοπιστεί στα φυτά και σε ορισμένους άλλους οργανισμούς - αλκαλοειδή. Αυτές οι οργανικές ενώσεις είναι δηλητηριώδεις για τον άνθρωπο και τα ζώα. Κάποια από αυτά έχουν ναρκωτική δράση, καθώς περιέχουν νικοτίνη, μορφίνη κ.λπ.

Τα αλκαλοειδή βρίσκονται σε περίπου 2.500 είδη αγγειόσπερμων, κυρίως από τις οικογένειες Solanaceae, Liliaceae, Παπαρούνα, Κάνναβη και άλλα. Σύμφωνα με ορισμένους επιστήμονες, τα αλκαλοειδή στα φυτά επιτελούν προστατευτική λειτουργία - προσαρμογές για να τα προστατεύουν από το να καταναλωθούν από ζώα. Το αλκαλοειδές κολχικίνη χρησιμοποιείται στην ιατρική, καθώς και για πειραματική μεταλλαξιογένεση.

Νουκλεϊκά οξέα

Όπως οι πρωτεΐνες, τα νουκλεϊκά οξέα είναι ετεροπολυμερή. Τα μονομερή τους, τα νουκλεοτίδια, που αποτελούν τα μόρια νουκλεϊκών οξέων, διαφέρουν έντονα από τα αμινοξέα. Υπάρχουν 2 τύποι νουκλεϊκών οξέων: το DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) και το RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ).

Το ATP είναι τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης, ένα νουκλεοτίδιο που αποτελείται από την αζωτούχα βάση αδενίνη, τον υδατάνθρακα ριβόζη και τρία μόρια φωσφορικού οξέος.

Η δομή είναι ασταθής, υπό την επίδραση των ενζύμων μετατρέπεται σε ADP - διφωσφορικό οξύ αδενοσίνης (ένα μόριο φωσφορικού οξέος διασπάται) με την απελευθέρωση 40 kJ ενέργειας. Το ATP είναι η μοναδική πηγή ενέργειας για όλες τις κυτταρικές αντιδράσεις. Ο μετασχηματισμός του γίνεται σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:

Ας σταθούμε αναλυτικότερα στη σημασία των νουκλεϊκών οξέων, τα οποία επιτελούν πολύ σημαντικές λειτουργίες στο κύτταρο. Οι ιδιαιτερότητες της χημικής δομής των νουκλεϊκών οξέων παρέχουν τη δυνατότητα αποθήκευσης, μεταφοράς και κληρονομικότητας στα θυγατρικά κύτταρα πληροφοριών σχετικά με τη δομή των μορίων πρωτεΐνης που συντίθενται σε κάθε ιστό σε ένα ορισμένο στάδιο ατομικής ανάπτυξης.

Δεδομένου ότι οι περισσότερες ιδιότητες στο σώμα καθορίζονται από τις πρωτεΐνες, είναι σαφές ότι η σταθερότητα των νουκλεϊκών οξέων είναι η πιο σημαντική προϋπόθεση για τη ζωή των κυττάρων και ολόκληρων οργανισμών. Οποιεσδήποτε αλλαγές στη δομή των νουκλεϊκών οξέων συνεπάγονται αλλαγές στη δομή των κυττάρων ή στη δραστηριότητα των φυσιολογικών διεργασιών σε αυτά, επηρεάζοντας έτσι τη βιωσιμότητα. Η μελέτη της δομής των νουκλεϊκών οξέων, η οποία καθιερώθηκε για πρώτη φορά από τον Αμερικανό βιολόγο Watson και τον Άγγλο φυσικό Crick, είναι εξαιρετικά σημαντική για την κατανόηση της κληρονομικότητας των χαρακτηριστικών στους οργανισμούς και των προτύπων λειτουργίας τόσο των μεμονωμένων κυττάρων όσο και των κυτταρικών συστημάτων - ιστών και όργανα.

Έρευνα από βιοχημικούς έχει αποδείξει ότι η βιοσύνθεση πρωτεϊνών σε ζωντανούς οργανισμούς πραγματοποιείται υπό τον έλεγχο των νουκλεϊκών οξέων.

Έτσι, τα νουκλεϊκά οξέα διασφαλίζουν τη σταθερή διατήρηση των κληρονομικών πληροφοριών και ελέγχουν τον σχηματισμό των αντίστοιχων ενζυμικών πρωτεϊνών και οι ενζυμικές πρωτεΐνες καθορίζουν τα κύρια χαρακτηριστικά του κυτταρικού μεταβολισμού. Όλα αυτά είναι πολύ σημαντικά για τη διατήρηση της χημικής σταθερότητας των οργανισμών και είναι καθοριστικά για την ύπαρξη ζωής στη Γη.

Αποτελούν το 20-30% της κυτταρικής μάζας. Αυτά περιλαμβάνουν βιοπολυμερή - πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, υδατάνθρακες, λίπη, ATP κ.λπ.

Διαφορετικοί τύποι κυττάρων περιέχουν διαφορετικές ποσότητες οργανικών ενώσεων. Οι σύνθετοι υδατάνθρακες κυριαρχούν στα φυτικά κύτταρα, ενώ οι πρωτεΐνες και τα λίπη κυριαρχούν στα ζωικά κύτταρα. Ωστόσο, κάθε ομάδα οργανικών ουσιών σε οποιοδήποτε τύπο κυττάρου εκτελεί λειτουργίες: παροχή ενέργειας, δομικό υλικό, μεταφορά πληροφοριών κ.λπ.

σκίουροι.Μεταξύ των οργανικών ουσιών, τα κύτταρα και οι πρωτεΐνες κατέχουν την πρώτη θέση σε ποσότητα και σημασία. Στα ζώα αποτελούν το 50% της ξηρής μάζας του κυττάρου.

Το ανθρώπινο σώμα περιέχει πολλούς τύπους μορίων πρωτεΐνης που διαφέρουν μεταξύ τους και από πρωτεΐνες άλλων οργανισμών.

Πεπτιδικός δεσμός:

Όταν συνδυάζονται, τα μόρια σχηματίζουν: ένα διπεπτίδιο, τριπεπτίδιο ή πολυπεπτίδιο. Αυτή είναι μια ένωση 20 ή περισσότερων αμινοξέων. Η σειρά μετασχηματισμού των αμινοξέων σε ένα μόριο είναι πολύ διαφορετική. Αυτό επιτρέπει την ύπαρξη παραλλαγών που διαφέρουν ως προς τις απαιτήσεις και τις ιδιότητες των μορίων πρωτεΐνης.

Η αλληλουχία των αμινοξέων σε ένα μόριο ονομάζεται δομή.

Πρωτογενές – γραμμικό.

Δευτερεύουσα – σπειροειδής.

Τριτογενής - σφαιρίδια.

Τεταρτογενής - συσχέτιση σφαιριδίων (αιμοσφαιρίνη).

Η απώλεια της δομικής οργάνωσης από ένα μόριο ονομάζεται μετουσίωση. Προκαλείται από αλλαγές στη θερμοκρασία, το pH και την ακτινοβολία. Με μικρή έκθεση, το μόριο μπορεί να αποκαταστήσει τις ιδιότητές του. Χρησιμοποιείται στην ιατρική (αντιβιοτικά).

Οι λειτουργίες των πρωτεϊνών σε ένα κύτταρο είναι ποικίλες. Το πιο σημαντικό είναι η κατασκευή. Οι πρωτεΐνες συμμετέχουν στο σχηματισμό όλων των κυτταρικών μεμβρανών στα οργανίδια. Η καταλυτική λειτουργία είναι εξαιρετικά σημαντική - όλα τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες. Η κινητική λειτουργία παρέχεται από συσταλτικές πρωτεΐνες. Μεταφορά - αποτελείται από τη σύνδεση χημικών στοιχείων και τη μεταφορά τους στους ιστούς. Η προστατευτική λειτουργία παρέχεται από ειδικές πρωτεΐνες - αντισώματα που σχηματίζονται στα λευκοκύτταρα. Οι πρωτεΐνες χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας - με την πλήρη διάσπαση 1g πρωτεΐνης, απελευθερώνονται 11,6 kJ.

Υδατάνθρακες.Πρόκειται για ενώσεις άνθρακα, υδρογόνου και οξυγόνου. Αντιπροσωπεύεται από σάκχαρα. Το κελί περιέχει έως και 5%. Τα πιο πλούσια είναι τα φυτικά κύτταρα - έως και το 90% της μάζας (πατάτες, ρύζι). Χωρίζονται σε απλά και σύνθετα. Απλοί - μονοσακχαρίτες (γλυκόζη) C 6 H 12 O 6, ζάχαρη σταφυλιού, φρουκτόζη. Δισακχαρίτης – (σακχαρόζη) C ]2 H 22 O 11 ζαχαρότευτλα και ζαχαροκάλαμο. Πολυσάκχαρα (κυτταρίνη, άμυλο) (C 6 H 10 O 5) n.

Οι υδατάνθρακες εκτελούν κυρίως κατασκευαστικές και ενεργειακές λειτουργίες. Όταν οξειδώνεται 1 g υδατάνθρακα, απελευθερώνονται 17,6 kJ. Το άμυλο και το γλυκογόνο χρησιμεύουν ως αποθέματα ενέργειας του κυττάρου.

Λιπίδια.Αυτά είναι λίπη και ουσίες που μοιάζουν με λίπος στο κύτταρο. Είναι εστέρες γλυκερίνης και κορεσμένων και ακόρεστων οξέων υψηλού μοριακού βάρους. Μπορούν να είναι στερεά ή υγρά – λάδια. Στα φυτά περιέχονται σε σπόρους, από 5-15% ξηρής ουσίας.

Η κύρια λειτουργία είναι η ενέργεια - όταν διασπάται 1 g λίπους, απελευθερώνονται 38,9 kJ. Τα λίπη είναι αποθέματα θρεπτικών συστατικών. Τα λίπη επιτελούν κατασκευαστική λειτουργία και είναι καλός μονωτήρας θερμότητας.

Νουκλεϊκά οξέα.Πρόκειται για σύνθετες οργανικές ενώσεις. Αποτελούνται από C, H 2, O 2, N 2, P. Περιέχονται στους πυρήνες και το κυτταρόπλασμα.

α) Το DNA είναι ένα βιολογικό πολυνουκλεοτίδιο που αποτελείται από δύο αλυσίδες νουκλεοτιδίων. Νουκλεοτίδια - αποτελούνται από 4 αζωτούχες βάσεις: 2 πουρίνες - Αδενίνη και Βαλίνη, 2 πυριμεδίνες Κυτοσίνη και Γουανίνη, καθώς και ζάχαρη - δεοξυριβόζη και ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος.

Σε κάθε αλυσίδα, τα νουκλεοτίδια συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς. Αλυσίδες νουκλεοτιδίων σχηματίζουν έλικες. Μια έλικα DNA γεμάτη με πρωτεΐνες σχηματίζει μια δομή - ένα χρωμόσωμα.

β) Το RNA είναι ένα πολυμερές του οποίου τα μονομερή είναι νουκλεοτίδια παρόμοια με το DNA, αζωτούχες βάσεις - A, G, C. Αντί για θυμίνη υπάρχει Urace. Ο υδατάνθρακας στο RNA είναι ριβόζη και υπάρχει ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος.

Τα δίκλωνα RNA είναι φορείς γενετικής πληροφορίας. Μονής αλυσίδας - μεταφέρετε πληροφορίες σχετικά με την αλληλουχία αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη. Υπάρχουν πολλά μονόκλωνα RNA:

Ριβοσωμικά - 3-5 χιλιάδες νουκλεοτίδια.

Ενημερωτικά – 300-30000 νουκλεοτίδια;

Μεταφορά - 76-85 νουκλεοτίδια.

Η πρωτεϊνοσύνθεση πραγματοποιείται σε ριβοσώματα με τη συμμετοχή όλων των τύπων RNA.

Ερωτήσεις ελέγχου

1. Είναι ένα κύτταρο οργανισμός ή μέρος αυτού;

2. Στοιχειώδης σύνθεση κυττάρων.

3. Νερό και μέταλλα.

4. Οργανικές ουσίες του κυττάρου.

Οργανικές ουσίες σε ένα κύτταροΑποτελούν το 20-30% της κυτταρικής μάζας. Αυτά περιλαμβάνουν βιοπολυμερή - πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, υδατάνθρακες, λίπη, ATP κ.λπ. Διαφορετικοί τύποι κυττάρων περιέχουν διαφορετικές ποσότητες οργανικών ενώσεων. Οι σύνθετοι υδατάνθρακες κυριαρχούν στα φυτικά κύτταρα, ενώ οι πρωτεΐνες και τα λίπη κυριαρχούν στα ζωικά κύτταρα. Ωστόσο, κάθε ομάδα οργανικών ουσιών σε οποιοδήποτε τύπο κυττάρου εκτελεί λειτουργίες: παροχή ενέργειας, δομικό υλικό, μεταφορά πληροφοριών κ.λπ. σκίουροι.Μεταξύ των οργανικών ουσιών, τα κύτταρα και οι πρωτεΐνες κατέχουν την πρώτη θέση σε ποσότητα και σημασία. Στα ζώα αποτελούν το 50% της ξηρής μάζας του κυττάρου. Στο ανθρώπινο σώμα, υπάρχουν πολλοί τύποι μορίων πρωτεΐνης που διαφέρουν μεταξύ τους και από τις πρωτεΐνες άλλων οργανισμών.Παρά την τεράστια ποικιλομορφία και πολυπλοκότητα της δομής, οι πρωτεΐνες αποτελούνται από 20 αμινοξέα: Τα αμινοξέα έχουν επαμφοτερίζουσες ιδιότητες, επομένως αλληλεπιδρούν μεταξύ τους:

Πεπτιδικός δεσμός:

Όταν συνδυάζονται, τα μόρια σχηματίζουν: ένα διπεπτίδιο, τριπεπτίδιο ή πολυπεπτίδιο. Αυτή είναι μια ένωση 20 ή περισσότερων αμινοξέων. Η σειρά μετασχηματισμού των αμινοξέων σε ένα μόριο είναι πολύ διαφορετική. Αυτό επιτρέπει την ύπαρξη
επιλογές που διαφέρουν ως προς τις απαιτήσεις και τις ιδιότητες των μορίων πρωτεΐνης. Η αλληλουχία των αμινοξέων σε ένα μόριο ονομάζεται δομή. Πρωτογενές – γραμμικό. Δευτερεύουσα – σπειροειδής. Τριτογενής - σφαιρίδια. Τεταρτογενής - συσχέτιση σφαιριδίων (αιμοσφαιρίνη). Η απώλεια της δομικής οργάνωσης από ένα μόριο ονομάζεται μετουσίωση. Προκαλείται από αλλαγές στη θερμοκρασία, το pH και την ακτινοβολία. Με μικρή έκθεση, το μόριο μπορεί να αποκαταστήσει τις ιδιότητές του. Χρησιμοποιείται στην ιατρική (αντιβιοτικά). Οι λειτουργίες των πρωτεϊνών σε ένα κύτταρο είναι ποικίλες. Το πιο σημαντικό είναι η κατασκευή. Οι πρωτεΐνες συμμετέχουν στο σχηματισμό όλων των κυτταρικών μεμβρανών στα οργανίδια. Η καταλυτική λειτουργία είναι εξαιρετικά σημαντική - όλα τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες. Η κινητική λειτουργία παρέχεται από συσταλτικές πρωτεΐνες. Μεταφορά - αποτελείται από τη σύνδεση χημικών στοιχείων και τη μεταφορά τους στους ιστούς. Η προστατευτική λειτουργία παρέχεται από ειδικές πρωτεΐνες - αντισώματα που σχηματίζονται στα λευκοκύτταρα. Οι πρωτεΐνες χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας - με την πλήρη διάσπαση 1g πρωτεΐνης, απελευθερώνονται 11,6 kJ. Υδατάνθρακες.Πρόκειται για ενώσεις άνθρακα, υδρογόνου και οξυγόνου. Αντιπροσωπεύεται από σάκχαρα. Το κελί περιέχει έως και 5%. Τα πιο πλούσια είναι τα φυτικά κύτταρα - έως και το 90% της μάζας (πατάτες, ρύζι). Χωρίζονται σε απλά και σύνθετα. Απλοί - μονοσακχαρίτες (γλυκόζη) C 6 H 12 O 6, ζάχαρη σταφυλιού, φρουκτόζη. Δισακχαρίτης – (σακχαρόζη) C ]2 H 22 O 11 ζαχαρότευτλα και ζαχαροκάλαμο. Πολυσάκχαρα (κυτταρίνη, άμυλο) (C 6 H 10 O 5)n. Οι υδατάνθρακες εκτελούν κυρίως κατασκευαστικές και ενεργειακές λειτουργίες. Όταν οξειδώνεται 1 g υδατάνθρακα, απελευθερώνονται 17,6 kJ. Το άμυλο και το γλυκογόνο χρησιμεύουν ως αποθέματα ενέργειας του κυττάρου. Λιπίδια.Αυτά είναι λίπη και ουσίες που μοιάζουν με λίπος στο κύτταρο. Είναι εστέρες γλυκερίνης και κορεσμένων και ακόρεστων οξέων υψηλού μοριακού βάρους. Μπορούν να είναι στερεά ή υγρά – λάδια. Στα φυτά περιέχονται σε σπόρους, από 5-15% ξηρής ουσίας. Η κύρια λειτουργία είναι η ενέργεια - όταν διασπάται 1 g λίπους, απελευθερώνονται 38,9 kJ. Τα λίπη είναι αποθέματα θρεπτικών συστατικών. Τα λίπη επιτελούν κατασκευαστική λειτουργία και είναι καλός μονωτήρας θερμότητας. Νουκλεϊκά οξέα.Πρόκειται για σύνθετες οργανικές ενώσεις. Αποτελούνται από C, H 2, O 2, N 2, P. Περιέχονται στους πυρήνες και το κυτταρόπλασμα.
α) Το DNA είναι ένα βιολογικό πολυνουκλεοτίδιο που αποτελείται από δύο αλυσίδες νουκλεοτιδίων. Νουκλεοτίδια - αποτελούνται από 4 αζωτούχες βάσεις: 2 πουρίνες - Αδενίνη και Βαλίνη, 2 πυριμεδίνες Κυτοσίνη και Γουανίνη, καθώς και ζάχαρη - δεοξυριβόζη και ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος. Σε κάθε αλυσίδα, τα νουκλεοτίδια συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς. Αλυσίδες νουκλεοτιδίων σχηματίζουν έλικες. Μια έλικα DNA γεμάτη με πρωτεΐνες σχηματίζει μια δομή - ένα χρωμόσωμα. β) Το RNA είναι ένα πολυμερές του οποίου τα μονομερή είναι νουκλεοτίδια παρόμοια με το DNA, αζωτούχες βάσεις - A, G, C. Αντί για θυμίνη υπάρχει Urace. Ο υδατάνθρακας στο RNA είναι ριβόζη και υπάρχει ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος.

Τα δίκλωνα RNA είναι φορείς γενετικής πληροφορίας. Μονής αλυσίδας - μεταφέρετε πληροφορίες σχετικά με την αλληλουχία αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη. Υπάρχουν πολλά μονόκλωνα RNA: - Ριβοσωμικά – 3-5 χιλιάδες νουκλεοτίδια. - Ενημερωτικά – 300-30000 νουκλεοτίδια. - Μεταφορά – 76-85 νουκλεοτίδια. Η πρωτεϊνοσύνθεση πραγματοποιείται σε ριβοσώματα με τη συμμετοχή όλων των τύπων RNA.

Ερωτήσεις ελέγχου

1. Είναι ένα κύτταρο οργανισμός ή μέρος αυτού; 2. Στοιχειώδης σύνθεση κυττάρων. 3. Νερό και μέταλλα. 4. Οργανικές ουσίες του κυττάρου. 5. Πρωτεΐνες. 6. Υδατάνθρακες, λίπη. 7. DNA. 8. RNA.

Θέμα 2.2 Δομή και λειτουργίες κυττάρου

Ερωτήσεις ελέγχου

1. Τι σημαίνει το επίπεδο οργάνωσης των κυττάρων; 2. Χαρακτηριστικά προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών. 3. Η δομή των προκαρυωτών. 4. Μορφολογία προκαρυωτών. 5. Η δομή των ευκαρυωτών. 6. Δομή και λειτουργίες του πυρήνα. 7. Ο καρυότυπος και τα χαρακτηριστικά του. 8. Δομή και λειτουργίες του πυρήνα. Θέμα 2.2.1 Σύμπλεγμα Golgi, λυσοσώματα, μιτοχόνδρια,

ριβοσώματα, κυτταρικό κέντρο. κινητικά οργανοειδή

Κυτόπλασμα- Αυτό είναι το εσωτερικό ημι-υγρό περιβάλλον του κυττάρου στο οποίο λαμβάνουν χώρα όλες οι βιοχημικές διεργασίες. Περιέχει δομές - οργανίδια και επικοινωνεί μεταξύ τους. Τα οργανίδια έχουν κανονικά χαρακτηριστικά δομής και συμπεριφοράς κατά τη διάρκεια διαφορετικών περιόδων κυτταρικής ζωής και εκτελούν ορισμένες λειτουργίες. Υπάρχουν οργανίδια χαρακτηριστικά όλων των κυττάρων - μιτοχόνδρια, κυτταρικό κέντρο, συσκευή Golgi, ριβοσώματα, EPS, λυσοσώματα. Τα οργανίδια κίνησης - τα μαστίγια και οι βλεφαρίδες είναι χαρακτηριστικά των μονοκύτταρων οργανισμών. Στο κυτταρόπλασμα εναποτίθενται διάφορες ουσίες - εγκλείσματα. Αυτές είναι μόνιμες δομές που προκύπτουν στη διαδικασία της ζωής. Τα πυκνά εγκλείσματα είναι κόκκοι, τα υγρά εγκλείσματα είναι κενοτόπια. Το μέγεθός τους καθορίζεται από τη ζωτική δραστηριότητα των κυττάρων. Η δομική οργάνωση του κυττάρου βασίζεται στην αρχή της δομής της μεμβράνης. Αυτό σημαίνει ότι το κύτταρο αποτελείται κυρίως από μεμβράνες. Όλες οι μεμβράνες έχουν παρόμοια δομή. Το αποδεκτό μοντέλο είναι μια δομή υγρού-μωσαϊκού: η μεμβράνη σχηματίζεται από δύο σειρές λιπιδίων στις οποίες βυθίζονται μόρια πρωτεΐνης σε διαφορετικά βάθη. Εξωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνηΥπάρχει σε όλα τα κύτταρα και διαχωρίζει το κυτταρόπλασμα από το εξωτερικό περιβάλλον, σχηματίζοντας την κυτταρική επιφάνεια. Η επιφάνεια του κυττάρου είναι ετερογενής, οι φυσιολογικές του ιδιότητες είναι διαφορετικές. Το κελί έχει υψηλή αντοχή και ελαστικότητα. Η κυτταροπλασματική μεμβράνη έχει πόρους από τους οποίους περνούν μόρια ουσιών. Η είσοδος ουσιών στο κύτταρο είναι μια διαδικασία που απαιτεί κατανάλωση ενέργειας. Η κυτταρική μεμβράνη έχει την ιδιότητα της ημιπερατότητας. Ο μηχανισμός που παρέχει ημιπερατότητα είναι η όσμωση. Εκτός από την όσμωση, χημικές ουσίες και στερεά μπορούν να εισέλθουν στο κύτταρο μέσω προεξοχών - πινοκέτωση και φαγοκυττάρωση. Η κυτταροπλασματική μεμβράνη παρέχει επίσης επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων στους ιστούς των πολυκύτταρων οργανισμών λόγω πολυάριθμων πτυχών και εκφύσεων. Μπλοκ 2. Το κύτταρο ως βιολογικό σύστημα

2.3. Χημική σύνθεση του κυττάρου. Μακρο- και μικροστοιχεία. Η σχέση μεταξύ της δομής και των λειτουργιών των ανόργανων και οργανικών ουσιών (πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, υδατάνθρακες, λιπίδια, ATP) που αποτελούν το κύτταρο. Ο ρόλος των χημικών στο κύτταρο και το ανθρώπινο σώμα.

Χημική σύνθεση του κυττάρου

Τα περισσότερα από τα χημικά στοιχεία του Περιοδικού Πίνακα Στοιχείων του D.I. Mendeleev που ανακαλύφθηκαν μέχρι σήμερα έχουν βρεθεί σε ζωντανούς οργανισμούς. Αφενός, δεν περιέχουν ούτε ένα στοιχείο που δεν θα μπορούσε να βρεθεί στην άψυχη φύση και, αφετέρου, οι συγκεντρώσεις τους σε σώματα άψυχης φύσης και ζωντανούς οργανισμούς διαφέρουν σημαντικά.
Αυτά τα χημικά στοιχεία σχηματίζουν ανόργανες και οργανικές ουσίες. Παρά το γεγονός ότι οι ανόργανες ουσίες κυριαρχούν στους ζωντανούς οργανισμούς, οι οργανικές ουσίες είναι αυτές που καθορίζουν τη μοναδικότητα της χημικής τους σύνθεσης και το φαινόμενο της ζωής στο σύνολό της, αφού συντίθενται κυρίως από οργανισμούς στη διαδικασία της ζωής και διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στη αντιδράσεις.
Η επιστήμη της βιοχημείας μελετά τη χημική σύσταση των οργανισμών και τις χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν σε αυτούς.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η περιεκτικότητα σε χημικές ουσίες σε διαφορετικά κύτταρα και ιστούς μπορεί να ποικίλλει σημαντικά. Για παράδειγμα, εάν στα ζωικά κύτταρα οι πρωτεΐνες κυριαρχούν μεταξύ των οργανικών ενώσεων, τότε στα φυτικά κύτταρα κυριαρχούν οι υδατάνθρακες.

Χημικό στοιχείο	φλοιός της γης	Θαλασσινό νερό	Ζωντανοί οργανισμοί
ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ	49,2	85,8	65-75
ΜΕ	0,4	0,0035	15-18
Ν	1,0	10,67	8-10
Ν	0,04	0,37	1,5-3,0
R	0,1	0,003	0,20-1,0
μικρό	0,15	0,09	0,15-0,2
ΠΡΟΣ ΤΗΝ	2,35	0,04	0,15-0,4
Ca	3,25	0,05	0,04-2,0
Cl	0,2	0,06	0,05-0,1
Mg	2,35	0,14	0,02-0,03
Να	2,4	1,14	0,02-0,03
Fe	4,2	0,00015	0,01-0,015
Zn	< 0,01	0,00015	0,0003
Cu	< 0,01	< 0,00001	0,0002
Εγώ	< 0,01	0,000015	0,0001
φά	0,1	2,07	0,0001

Μακρο- και μικροστοιχεία

Περίπου 80 χημικά στοιχεία βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς, αλλά μόνο 27 από αυτά τα στοιχεία έχουν τις λειτουργίες τους στο κύτταρο και στον οργανισμό. Τα υπόλοιπα στοιχεία υπάρχουν σε μικρές ποσότητες και, προφανώς, εισέρχονται στο σώμα με τροφή, νερό και αέρα. Η περιεκτικότητα σε χημικά στοιχεία στο σώμα ποικίλλει σημαντικά. Ανάλογα με τη συγκέντρωσή τους διακρίνονται σε μακροστοιχεία και μικροστοιχεία.
Η συγκέντρωση κάθε μακροθρεπτικού συστατικού στον οργανισμό ξεπερνά το 0,01% και η συνολική περιεκτικότητά τους είναι 99%. Τα μακροστοιχεία περιλαμβάνουν οξυγόνο, άνθρακα, υδρογόνο, άζωτο, φώσφορο, θείο, κάλιο, ασβέστιο, νάτριο, χλώριο, μαγνήσιο και σίδηρο. Τα πρώτα τέσσερα από τα αναφερόμενα στοιχεία (οξυγόνο, άνθρακας, υδρογόνο και άζωτο) ονομάζονται και οργανογόνα, καθώς αποτελούν μέρος των κύριων οργανικών ενώσεων. Ο φώσφορος και το θείο είναι επίσης συστατικά μιας σειράς οργανικών ουσιών, όπως οι πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα. Ο φώσφορος είναι απαραίτητος για το σχηματισμό των οστών και των δοντιών.
Χωρίς τα υπόλοιπα μακροστοιχεία, η κανονική λειτουργία του σώματος είναι αδύνατη. Έτσι, το κάλιο, το νάτριο και το χλώριο εμπλέκονται στις διαδικασίες διέγερσης των κυττάρων. Το κάλιο είναι επίσης απαραίτητο για τη λειτουργία πολλών ενζύμων και την κατακράτηση νερού στο κύτταρο. Το ασβέστιο βρίσκεται στα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών, των οστών, των δοντιών και του κελύφους των μαλακίων και απαιτείται για τη συστολή των μυϊκών κυττάρων και την ενδοκυτταρική κίνηση. Το μαγνήσιο είναι συστατικό της χλωροφύλλης, μιας χρωστικής ουσίας που επιτρέπει τη φωτοσύνθεση. Συμμετέχει επίσης στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών. Ο σίδηρος, εκτός από μέρος της αιμοσφαιρίνης, η οποία μεταφέρει οξυγόνο στο αίμα, είναι απαραίτητος για τις διαδικασίες της αναπνοής και της φωτοσύνθεσης, καθώς και για τη λειτουργία πολλών ενζύμων.
Τα μικροστοιχεία περιέχονται στον οργανισμό σε συγκεντρώσεις μικρότερες από 0,01% και η συνολική τους συγκέντρωση στο κύτταρο δεν φτάνει το 0,1%. Τα μικροστοιχεία περιλαμβάνουν ψευδάργυρο, χαλκό, μαγγάνιο, κοβάλτιο, ιώδιο, φθόριο κ.λπ. Ο ψευδάργυρος είναι μέρος του μορίου της παγκρεατικής ορμόνης ινσουλίνης, ο χαλκός απαιτείται για τις διαδικασίες της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής. Το κοβάλτιο είναι συστατικό της βιταμίνης Β12, η ​​απουσία της οποίας οδηγεί σε αναιμία. Το ιώδιο είναι απαραίτητο για τη σύνθεση των θυρεοειδικών ορμονών, οι οποίες διασφαλίζουν τον φυσιολογικό μεταβολισμό και το φθόριο σχετίζεται με το σχηματισμό του σμάλτου των δοντιών.
Η περιεκτικότητα σε χημικά στοιχεία σε διαφορετικά κύτταρα και οργανισμούς δεν είναι η ίδια· σε μεγάλο βαθμό καθορίζεται από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Έτσι, τα κύτταρα των φυκιών περιέχουν σχετικά πολύ ιώδιο, τα σπονδυλωτά περιέχουν σίδηρο και τα μαλάκια και τα καρκινοειδή περιέχουν χαλκό.
Τόσο η ανεπάρκεια όσο και η περίσσεια ή η διαταραχή του μεταβολισμού των μακρο- και μικροστοιχείων οδηγούν στην ανάπτυξη διαφόρων ασθενειών. Ειδικότερα, η έλλειψη ασβεστίου και φωσφόρου προκαλεί ραχίτιδα, η έλλειψη αζώτου προκαλεί σοβαρή ανεπάρκεια πρωτεΐνης, η έλλειψη σιδήρου προκαλεί αναιμία και η έλλειψη ιωδίου προκαλεί διαταραχή στο σχηματισμό των θυρεοειδικών ορμονών και μείωση του μεταβολικού ρυθμού. Η μείωση της πρόσληψης φθορίου από το νερό και τα τρόφιμα καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τη διαταραχή της ανανέωσης του σμάλτου των δοντιών και, κατά συνέπεια, την προδιάθεση για τερηδόνα. Ο μόλυβδος είναι τοξικός για όλους σχεδόν τους οργανισμούς. Η περίσσευσή του προκαλεί μη αναστρέψιμη βλάβη στον εγκέφαλο και το κεντρικό νευρικό σύστημα, η οποία εκδηλώνεται με απώλεια όρασης και ακοής, αϋπνία, νεφρική ανεπάρκεια, επιληπτικές κρίσεις και μπορεί επίσης να οδηγήσει σε παράλυση και ασθένειες όπως ο καρκίνος. Η οξεία δηλητηρίαση από μόλυβδο συνοδεύεται από ξαφνικές παραισθήσεις και καταλήγει σε κώμα και θάνατο.
Η έλλειψη μακρο- και μικροστοιχείων μπορεί να αντισταθμιστεί με την αύξηση της περιεκτικότητάς τους σε τρόφιμα και πόσιμο νερό, καθώς και με τη λήψη φαρμάκων. Έτσι, το ιώδιο βρίσκεται στα θαλασσινά και το ιωδιούχο αλάτι, το ασβέστιο βρίσκεται στα τσόφλια των αυγών κ.λπ.

Ανόργανες ουσίες του κυττάρου

Τα χημικά στοιχεία του κυττάρου σχηματίζουν διάφορες ενώσεις - ανόργανες και οργανικές. Οι ανόργανες ουσίες του κυττάρου περιλαμβάνουν νερό, μεταλλικά άλατα, οξέα κ.λπ., και οι οργανικές ουσίες περιλαμβάνουν πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, υδατάνθρακες, λιπίδια, ATP, βιταμίνες κ.λπ.
Νερό (H 2 0) - η πιο κοινή ανόργανη ουσία του κυττάρου, η οποία έχει μοναδικές φυσικοχημικές ιδιότητες. Δεν έχει γεύση, χρώμα, μυρωδιά. Η πυκνότητα και το ιξώδες όλων των ουσιών αξιολογούνται χρησιμοποιώντας νερό. Όπως πολλές άλλες ουσίες, το νερό μπορεί να υπάρχει σε τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: στερεό (πάγος), υγρό και αέριο (ατμός). Το σημείο τήξης του νερού είναι 0°C, το σημείο βρασμού είναι 100°C, ωστόσο, η διάλυση άλλων ουσιών στο νερό μπορεί να αλλάξει αυτά τα χαρακτηριστικά. Η θερμοχωρητικότητα του νερού είναι επίσης αρκετά υψηλή - 4200 kJ/mol.K, γεγονός που του δίνει τη δυνατότητα να συμμετέχει σε διαδικασίες θερμορύθμισης. Σε ένα μόριο νερού, τα άτομα υδρογόνου βρίσκονται σε γωνία 105°, με κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων που απομακρύνονται από το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο οξυγόνου. Αυτό καθορίζει τις διπολικές ιδιότητες των μορίων του νερού (το ένα άκρο είναι θετικά φορτισμένο και το άλλο αρνητικά) και η πιθανότητα σχηματισμού δεσμών υδρογόνου μεταξύ των μορίων του νερού. Η συνοχή των μορίων του νερού αποτελεί τη βάση του φαινομένου της επιφανειακής τάσης, της τριχοειδούς και των ιδιοτήτων του νερού ως γενικού διαλύτη. Ως αποτέλεσμα, όλες οι ουσίες χωρίζονται σε διαλυτές στο νερό (υδρόφιλες) και αδιάλυτες σε αυτό (υδρόφοβες). Χάρη σε αυτές τις μοναδικές ιδιότητες, είναι προκαθορισμένο ότι το νερό έχει γίνει η βάση της ζωής στη Γη.
Η μέση περιεκτικότητα σε νερό στα κύτταρα του σώματος ποικίλλει και μπορεί να αλλάξει με την ηλικία. Έτσι, σε ένα ανθρώπινο έμβρυο ενάμιση μηνών, η περιεκτικότητα σε νερό στα κύτταρα φτάνει το 97,5%, σε ένα οκτώ μηνών - 83%, σε ένα νεογέννητο μειώνεται στο 74% και σε ένας ενήλικας είναι κατά μέσο όρο 66%. Ωστόσο, τα κύτταρα του σώματος διαφέρουν ως προς την περιεκτικότητά τους σε νερό. Έτσι, τα οστά περιέχουν περίπου 20% νερό, το συκώτι - 70%, και ο εγκέφαλος - 86%. Γενικά, μπορούμε να πούμε ότι η συγκέντρωση του νερού στα κύτταρα είναι ευθέως ανάλογη με τον μεταβολικό ρυθμό.
Μεταλλικά άλατα μπορεί να είναι σε διαλυμένες ή αδιάλυτες καταστάσεις. Τα διαλυτά άλατα διασπώνται σε ιόντα - κατιόντα και ανιόντα. Τα πιο σημαντικά κατιόντα είναι τα ιόντα καλίου και νατρίου, τα οποία διευκολύνουν τη μεταφορά ουσιών κατά μήκος της μεμβράνης και εμπλέκονται στην εμφάνιση και αγωγή των νευρικών ερεθισμάτων. καθώς και ιόντα ασβεστίου, τα οποία συμμετέχουν στις διαδικασίες της συστολής των μυϊκών ινών και της πήξης του αίματος. μαγνήσιο, το οποίο είναι μέρος της χλωροφύλλης. σίδηρο, που αποτελεί μέρος ενός αριθμού πρωτεϊνών, συμπεριλαμβανομένης της αιμοσφαιρίνης. Τα πιο σημαντικά ανιόντα είναι το φωσφορικό ανιόν, το οποίο είναι μέρος του ATP και των νουκλεϊκών οξέων, και το υπόλειμμα ανθρακικού οξέος, το οποίο αμβλύνει τις διακυμάνσεις του pH του περιβάλλοντος. Τα ιόντα ορυκτών αλάτων εξασφαλίζουν τη διείσδυση του ίδιου του νερού στο κύτταρο και τη συγκράτηση του σε αυτό. Εάν η συγκέντρωση αλατιού στο περιβάλλον είναι χαμηλότερη από ό,τι στην κυψέλη, τότε το νερό διεισδύει στο κελί. Τα ιόντα καθορίζουν επίσης τις ρυθμιστικές ιδιότητες του κυτταροπλάσματος, δηλαδή την ικανότητά του να διατηρεί σταθερό ελαφρώς αλκαλικό pH του κυτταροπλάσματος, παρά τον σταθερό σχηματισμό όξινων και αλκαλικών προϊόντων στο κύτταρο.
Τα αδιάλυτα άλατα (CaC0 3, Ca 3 (P0 4) 2, κ.λπ.) αποτελούν μέρος των οστών, των δοντιών, των οστράκων και των οστράκων των μονοκύτταρων και πολυκύτταρων ζώων.
Επιπλέον, οι οργανισμοί μπορούν να παράγουν άλλες ανόργανες ενώσεις, όπως οξέα και οξείδια. Έτσι, τα βρεγματικά κύτταρα του ανθρώπινου στομάχου παράγουν υδροχλωρικό οξύ, το οποίο ενεργοποιεί το πεπτικό ένζυμο πεψίνη, και το οξείδιο του πυριτίου διαπερνά τα κυτταρικά τοιχώματα της αλογοουράς και σχηματίζει τα κελύφη των διατόμων. Τα τελευταία χρόνια έχει μελετηθεί και ο ρόλος του μονοξειδίου του αζώτου (II) στη σηματοδότηση στα κύτταρα και στο σώμα.

Οργανική ύλη

Γενικά χαρακτηριστικά των οργανικών ουσιών του κυττάρου

Οι οργανικές ουσίες ενός κυττάρου μπορούν να αναπαρασταθούν τόσο από σχετικά απλά μόρια όσο και από πιο σύνθετα. Στις περιπτώσεις που ένα πολύπλοκο μόριο (μακρομόριο) σχηματίζεται από σημαντικό αριθμό επαναλαμβανόμενων απλούστερων μορίων, ονομάζεται πολυμερές και οι δομικές μονάδες ονομάζονται μονομερή. Ανάλογα με το αν οι πολυμερείς μονάδες επαναλαμβάνονται ή όχι, ταξινομούνται ως κανονικές ή ακανόνιστες. Τα πολυμερή αποτελούν έως και το 90% της μάζας ξηράς ουσίας του κυττάρου. Ανήκουν σε τρεις κύριες κατηγορίες οργανικών ενώσεων - υδατάνθρακες (πολυσακχαρίτες), πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα. Οι πολυσακχαρίτες είναι κανονικά πολυμερή, ενώ οι πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα είναι ακανόνιστα. Στις πρωτεΐνες και στα νουκλεϊκά οξέα, η αλληλουχία των μονομερών είναι εξαιρετικά σημαντική, καθώς εκτελούν μια λειτουργία πληροφοριών.

Υδατάνθρακες - Πρόκειται για οργανικές ενώσεις που αποτελούνται κυρίως από τρία χημικά στοιχεία - άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο, αν και ένας αριθμός υδατανθράκων περιέχει επίσης άζωτο ή θείο. Ο γενικός τύπος των υδατανθράκων είναι C m (H 2 0) n. Διακρίνονται σε απλούς και σύνθετους υδατάνθρακες.
Οι απλοί υδατάνθρακες (μονοσακχαρίτες) περιέχουν ένα μόνο μόριο σακχάρου που δεν μπορεί να διασπαστεί σε απλούστερα. Πρόκειται για κρυσταλλικές ουσίες, γλυκές στη γεύση και πολύ διαλυτές στο νερό. Οι μονοσακχαρίτες παίρνουν ενεργό μέρος στον μεταβολισμό των κυττάρων και αποτελούν μέρος των σύνθετων υδατανθράκων - ολιγοσακχαριτών και πολυσακχαριτών.
Οι μονοσακχαρίτες ταξινομούνται με βάση τον αριθμό των ατόμων άνθρακα (C 3 - C 9), για παράδειγμα, πεντόζες (C 5) και εξόζες (C 6). Οι πεντόζες περιλαμβάνουν ριβόζη και δεοξυριβόζη. Η ριβόζη είναι μέρος του RNA και του ATP. Η δεοξυριβόζη είναι συστατικό του DNA. Οι εξόσες (C 6 H 12 0 6) είναι γλυκόζη, φρουκτόζη, γαλακτόζη κ.λπ.
Γλυκόζη(σάκχαρο σταφυλιού) βρίσκεται σε όλους τους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπινου αίματος, αφού αποτελεί ενεργειακό απόθεμα. Είναι μέρος πολλών σύνθετων σακχάρων: σακχαρόζη, λακτόζη, μαλτόζη, άμυλο, κυτταρίνη κ.λπ.
Φρουκτόζη(ζάχαρη φρούτων) βρίσκεται στις υψηλότερες συγκεντρώσεις στα φρούτα, το μέλι και τις ρίζες ζαχαρότευτλων. Όχι μόνο συμμετέχει ενεργά στις μεταβολικές διεργασίες, αλλά είναι επίσης μέρος της σακχαρόζης και ορισμένων πολυσακχαριτών, όπως η ινσουλίνη.
Οι περισσότεροι μονοσακχαρίτες είναι ικανοί να δώσουν μια αντίδραση «ασημένιου καθρέφτη» και να μειώσουν τον χαλκό κατά την προσθήκη υγρού φθοριού (μίγμα διαλυμάτων θειικού χαλκού (II) και τρυγικού νατρίου καλίου) και βρασμού.
Οι ολιγοσακχαρίτες περιλαμβάνουν υδατάνθρακες που σχηματίζονται από πολλά υπολείμματα μονοσακχαριτών. Είναι γενικά επίσης πολύ διαλυτά στο νερό και γλυκά στη γεύση. Ανάλογα με τον αριθμό αυτών των υπολειμμάτων διακρίνονται οι δισακχαρίτες (δύο υπολείμματα), οι τρισακχαρίτες (τρεις) κ.λπ. Στους δισακχαρίτες περιλαμβάνονται η σακχαρόζη, η λακτόζη, η μαλτόζη κ.λπ.
Η σακχαρόζη (ζαχαρότευτλα ή ζαχαροκάλαμο) αποτελείται από υπολείμματα γλυκόζης και φρουκτόζης και βρίσκεται στα αποθηκευτικά όργανα ορισμένων φυτών. Υπάρχει ιδιαίτερα πολλή σακχαρόζη στους ριζικούς καρπούς των ζαχαρότευτλων και του ζαχαροκάλαμου, από όπου λαμβάνονται βιομηχανικά. Χρησιμεύει ως πρότυπο για τη γλυκύτητα των υδατανθράκων.
Λακτόζη, ή ζάχαρη γάλακτος, σχηματίζεται από υπολείμματα γλυκόζης και γαλακτόζης, που βρίσκονται στο μητρικό και αγελαδινό γάλα.
Μαλτόζη(ζάχαρη βύνης) αποτελείται από δύο μονάδες γλυκόζης. Σχηματίζεται κατά τη διάσπαση των πολυσακχαριτών στους σπόρους των φυτών και στο ανθρώπινο πεπτικό σύστημα και χρησιμοποιείται στην παραγωγή μπύρας.
Οι πολυσακχαρίτες είναι βιοπολυμερή των οποίων τα μονομερή είναι υπολείμματα μονο- ή δισακχαριτών. Οι περισσότεροι πολυσακχαρίτες είναι αδιάλυτοι στο νερό και έχουν γεύση χωρίς ζάχαρη. Αυτά περιλαμβάνουν άμυλο, γλυκογόνο, κυτταρίνη και χιτίνη.
Το άμυλο είναι μια λευκή ουσία σε σκόνη που δεν βρέχεται από το νερό, αλλά όταν παρασκευάζεται με ζεστό νερό σχηματίζει ένα εναιώρημα - μια πάστα. Στην πραγματικότητα, το άμυλο αποτελείται από δύο πολυμερή - τη λιγότερο διακλαδισμένη αμυλόζη και την πιο διακλαδισμένη αμυλοπηκτίνη. Το μονομερές τόσο της αμυλόζης όσο και της αμυλοπηκτίνης είναι η γλυκόζη. Το άμυλο είναι η κύρια αποθηκευτική ουσία των φυτών, η οποία συσσωρεύεται σε τεράστιες ποσότητες σε σπόρους, καρπούς, κονδύλους, ριζώματα και άλλα αποθηκευτικά όργανα των φυτών. Μια ποιοτική αντίδραση στο άμυλο είναι μια αντίδραση με ιώδιο, κατά την οποία το άμυλο γίνεται μπλε-ιώδες.
Γλυκογόνο(ζωικό άμυλο) είναι ένας εφεδρικός πολυσακχαρίτης ζώων και μυκήτων, ο οποίος στον άνθρωπο συσσωρεύεται στις μεγαλύτερες ποσότητες στους μύες και το συκώτι. Είναι επίσης αδιάλυτο στο νερό και δεν έχει γλυκιά γεύση. Το μονομερές του γλυκογόνου είναι η γλυκόζη. Σε σύγκριση με τα μόρια του αμύλου, τα μόρια γλυκογόνου είναι ακόμη πιο διακλαδισμένα.
Κυτταρίνη ή φυτικές ίνες, είναι ο κύριος υποστηρικτικός πολυσακχαρίτης των φυτών. Το μονομερές της κυτταρίνης είναι η γλυκόζη. Τα μη διακλαδισμένα μόρια κυτταρίνης σχηματίζουν δέσμες που αποτελούν μέρος των κυτταρικών τοιχωμάτων των φυτών και ορισμένων μυκήτων. Η κυτταρίνη είναι η βάση του ξύλου, χρησιμοποιείται στις κατασκευές, στην παραγωγή υφασμάτων, χαρτιού, αλκοόλης και πολλών οργανικών ουσιών. Η κυτταρίνη είναι χημικά αδρανής και δεν διαλύεται ούτε σε οξέα ούτε σε αλκάλια. Επίσης δεν διασπάται από ένζυμα στο ανθρώπινο πεπτικό σύστημα, αλλά η πέψη του διευκολύνεται από βακτήρια στο παχύ έντερο. Επιπλέον, οι φυτικές ίνες διεγείρουν τις συσπάσεις των τοιχωμάτων του γαστρεντερικού σωλήνα, συμβάλλοντας στη βελτίωση της λειτουργίας του.
Χιτίνηείναι ένας πολυσακχαρίτης του οποίου το μονομερές είναι ένας μονοσακχαρίτης που περιέχει άζωτο. Αποτελεί μέρος των κυτταρικών τοιχωμάτων μυκήτων και κελύφους αρθροπόδων. Το ανθρώπινο πεπτικό σύστημα στερείται επίσης το ένζυμο για την πέψη της χιτίνης· μόνο μερικά βακτήρια το έχουν.
Λειτουργίες των υδατανθράκων.Οι υδατάνθρακες εκτελούν πλαστικές (κατασκευές), ενεργειακές, αποθηκευτικές και υποστηρικτικές λειτουργίες στο κύτταρο. Σχηματίζουν τα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών και των μυκήτων. Η ενεργειακή αξία της διάσπασης 1 g υδατανθράκων είναι 17,2 kJ. Η γλυκόζη, η φρουκτόζη, η σακχαρόζη, το άμυλο και το γλυκογόνο είναι ουσίες αποθήκευσης. Οι υδατάνθρακες μπορούν επίσης να αποτελούν μέρος σύνθετων λιπιδίων και πρωτεϊνών, σχηματίζοντας γλυκολιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες, ιδιαίτερα στις κυτταρικές μεμβράνες. Δεν είναι λιγότερο σημαντικός ο ρόλος των υδατανθράκων στη μεσοκυττάρια αναγνώριση και αντίληψη σημάτων από το εξωτερικό περιβάλλον, καθώς λειτουργούν ως υποδοχείς ως μέρος των γλυκοπρωτεϊνών.
Λιπίδια είναι μια χημικά ετερογενής ομάδα ουσιών χαμηλού μοριακού βάρους με υδρόφοβες ιδιότητες. Αυτές οι ουσίες είναι αδιάλυτες στο νερό και σχηματίζουν γαλακτώματα σε αυτό, αλλά είναι εξαιρετικά διαλυτές σε οργανικούς διαλύτες. Τα λιπίδια είναι λιπαρά στην αφή, πολλά από αυτά αφήνουν χαρακτηριστικά μη στεγνά σημάδια στο χαρτί. Μαζί με τις πρωτεΐνες και τους υδατάνθρακες, αποτελούν ένα από τα κύρια συστατικά των κυττάρων. Η περιεκτικότητα σε λιπίδια σε διαφορετικά κύτταρα δεν είναι η ίδια, υπάρχει ιδιαίτερα μεγάλη ποσότητα στους σπόρους και τους καρπούς ορισμένων φυτών, στο συκώτι, την καρδιά και το αίμα.
Ανάλογα με τη δομή του μορίου, τα λιπίδια χωρίζονται σε απλά και σύνθετα. Τα απλά λιπίδια περιλαμβάνουν ουδέτερα λιπίδια (λίπη), κεριά, στερόλες και στεροειδή. Τα σύνθετα λιπίδια περιέχουν επίσης ένα άλλο, μη λιπιδικό συστατικό. Τα σημαντικότερα από αυτά είναι τα φωσφολιπίδια, τα γλυκολιπίδια κ.λπ.
Τα λίπη είναι παράγωγα της τριυδρικής αλκοόλης γλυκερόλης και των ανώτερων λιπαρών οξέων. Τα περισσότερα λιπαρά οξέα περιέχουν 14-22 άτομα άνθρακα. Ανάμεσά τους υπάρχουν τόσο κορεσμένα όσο και ακόρεστα, δηλαδή που περιέχουν διπλούς δεσμούς. Τα πιο κοινά κορεσμένα λιπαρά οξέα είναι το παλμιτικό και το στεατικό και τα πιο κοινά ακόρεστα λιπαρά οξέα είναι το ελαϊκό. Μερικά ακόρεστα λιπαρά οξέα δεν συντίθενται στο ανθρώπινο σώμα ή συντίθενται σε ανεπαρκείς ποσότητες, και ως εκ τούτου είναι απαραίτητα. Τα υπολείμματα γλυκερίνης σχηματίζουν υδρόφιλες «κεφαλές» και τα υπολείμματα λιπαρών οξέων σχηματίζουν «ουρές».
σκίουροι - Πρόκειται για ενώσεις υψηλής μοριακής απόδοσης, βιοπολυμερή, τα μονομερή των οποίων είναι αμινοξέα συνδεδεμένα με πεπτιδικούς δεσμούς.
Αμινοξέωνονομάζεται οργανική ένωση που έχει μια αμινομάδα, μια καρβοξυλική ομάδα και μια ρίζα. Συνολικά, υπάρχουν περίπου 200 αμινοξέα στη φύση, τα οποία διαφέρουν ως προς τις ρίζες και την αμοιβαία διάταξη των λειτουργικών ομάδων, αλλά μόνο 20 από αυτά μπορούν να αποτελούν μέρος πρωτεϊνών. Τέτοια αμινοξέα ονομάζονται πρωτεϊνογόνα.
Δυστυχώς, δεν μπορούν να συντεθούν όλα τα πρωτεϊνογενή αμινοξέα στον ανθρώπινο οργανισμό, επομένως χωρίζονται σε αντικαταστάσιμα και απαραίτητα.
Τα μη απαραίτητα αμινοξέα σχηματίζονται στο ανθρώπινο σώμα στις απαιτούμενες ποσότητες, αλλά τα απαραίτητα όχι. Πρέπει να τροφοδοτούνται με τροφή, αλλά μπορούν επίσης να συντεθούν μερικώς από εντερικούς μικροοργανισμούς. Υπάρχουν 8 απολύτως απαραίτητα αμινοξέα. Αυτά περιλαμβάνουν βαλίνη, ισολευκίνη, λευκίνη, λυσίνη, μεθειονίνη, θρεονίνη, τρυπτοφάνη και φαινυλαλανίνη. Παρά το γεγονός ότι απολύτως όλα τα πρωτεϊνογενή αμινοξέα συντίθενται στα φυτά, οι φυτικές πρωτεΐνες είναι ατελείς επειδή δεν περιέχουν το πλήρες σύνολο αμινοξέων και η παρουσία πρωτεΐνης στα φυτικά μέρη των φυτών σπάνια υπερβαίνει το 1-2% της μάζας . Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να τρώμε πρωτεΐνες όχι μόνο φυτικής προέλευσης, αλλά και ζωικής προέλευσης.
Μια αλληλουχία δύο αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς ονομάζεται διπεπτίδιο, των τριών - ένα τριπεπτίδιο κ.λπ. Μεταξύ των πεπτιδίων υπάρχουν τόσο σημαντικές ενώσεις όπως ορμόνες (ωκυτοκίνη, βαζοπρεσσίνη), αντιβιοτικά κ.λπ. Μια αλυσίδα με περισσότερες από δέκα αμινοξέες Τα οξέα ονομάζονται πολυπεπτίδιο και τα πολυπεπτίδια που περιέχουν περισσότερα από 50 υπολείμματα αμινοξέων είναι πρωτεΐνες.
Επίπεδα πρωτεϊνικής δομικής οργάνωσης.Οι πρωτεΐνες μπορεί να έχουν πρωτογενείς, δευτεροταγείς, τριτοταγείς και τεταρτοταγείς δομές.
Δομή πρωτογενούς πρωτεΐνηςείναι μια αλληλουχία αμινοξέων που συνδέονται με έναν πεπτιδικό δεσμό. Η πρωτογενής δομή τελικά καθορίζει την ειδικότητα μιας πρωτεΐνης και τη μοναδικότητά της, αφού ακόμα κι αν υποθέσουμε ότι η μέση πρωτεΐνη περιέχει 500 υπολείμματα αμινοξέων, τότε ο αριθμός των πιθανών συνδυασμών είναι 20.500. Επομένως, μια αλλαγή στη θέση τουλάχιστον ενός αμινοξέος οξύ στην πρωτογενή δομή συνεπάγεται μια αλλαγή δευτερογενών και ανώτερων δομών, καθώς και των ιδιοτήτων της πρωτεΐνης στο σύνολό της.
Τα δομικά χαρακτηριστικά της πρωτεΐνης καθορίζουν τη χωρική της διάταξη - την εμφάνιση δευτερογενών και τριτογενών δομών.
Δευτερεύουσα δομήείναι μια χωρική διάταξη ενός μορίου πρωτεΐνης με τη μορφή σπείρας ή πτυχών, που συγκρατείται από δεσμούς υδρογόνου μεταξύ ατόμων οξυγόνου και υδρογόνου πεπτιδικών ομάδων διαφορετικών στροφών της σπείρας ή των πτυχών. Πολλές πρωτεΐνες περιέχουν περισσότερο ή λιγότερο μακριές περιοχές με δευτερεύουσα δομή. Αυτές είναι, για παράδειγμα, κερατίνες μαλλιών και νυχιών, ινώδες μεταξιού.
Τριτογενής δομήΜια πρωτεΐνη είναι επίσης μια μορφή χωρικής διάταξης μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας που συγκρατείται από υδρόφοβους, υδρογόνο, δισουλφιδικούς (S-S) και άλλους δεσμούς. Είναι χαρακτηριστικό των περισσότερων πρωτεϊνών του σώματος, όπως η μυοσφαιρίνη των μυών.
Τεταρτογενής δομή- το πιο πολύπλοκο, που σχηματίζεται από πολλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες που συνδέονται κυρίως με τους ίδιους δεσμούς όπως στον τριτογενή (υδρόφοβο, ιοντικό και υδρογόνο), καθώς και άλλες ασθενείς αλληλεπιδράσεις. Η τεταρτοταγής δομή είναι χαρακτηριστική για λίγες πρωτεΐνες, όπως η αιμοσφαιρίνη, η χλωροφύλλη κ.λπ.
Με βάση το σχήμα του μορίου, διακρίνονται οι ινώδεις και οι σφαιρικές πρωτεΐνες. Τα πρώτα από αυτά είναι επιμήκη, όπως το κολλαγόνο του συνδετικού ιστού ή οι κερατίνες των μαλλιών και των νυχιών. Οι σφαιρικές πρωτεΐνες έχουν σχήμα μπάλας (σφαιριδίου), όπως η μυοσφαιρίνη των μυών.
Απλές και σύνθετες πρωτεΐνες. Οι πρωτεΐνες μπορεί να είναι απλές ή πολύπλοκες. Οι απλές πρωτεΐνες αποτελούνται μόνο από αμινοξέα, ενώ οι σύνθετες πρωτεΐνες (λιποπρωτεΐνες, χρωμοπρωτεΐνες, γλυκοπρωτεΐνες, νουκλεοπρωτεΐνες κ.λπ.) περιέχουν πρωτεϊνικά και μη πρωτεϊνικά μέρη. Οι χρωμοπρωτεΐνες περιέχουν ένα έγχρωμο μη πρωτεϊνικό τμήμα. Αυτά περιλαμβάνουν αιμοσφαιρίνη, μυοσφαιρίνη, χλωροφύλλη, κυτοχρώματα κ.λπ.
Έτσι, στη σύνθεση της αιμοσφαιρίνης, καθεμία από τις τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες της πρωτεΐνης σφαιρίνης συνδέεται με ένα μη πρωτεϊνικό μέρος - την αίμη, στο κέντρο της οποίας υπάρχει ένα ιόν σιδήρου, το οποίο δίνει στην αιμοσφαιρίνη ένα κόκκινο χρώμα. Το μη πρωτεϊνικό μέρος των λιποπρωτεϊνών είναι τα λιπίδια και οι γλυκοπρωτεΐνες είναι υδατάνθρακες. Τόσο οι λιποπρωτεΐνες όσο και οι γλυκοπρωτεΐνες αποτελούν μέρος των κυτταρικών μεμβρανών. Οι νουκλεοπρωτεΐνες είναι σύμπλοκα πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων (DNA και RNA). Εκτελούν τις πιο σημαντικές λειτουργίες στις διαδικασίες αποθήκευσης και μετάδοσης κληρονομικών πληροφοριών.
Ιδιότητες πρωτεϊνών.Πολλές πρωτεΐνες είναι πολύ διαλυτές στο νερό, αλλά υπάρχουν και αυτές που διαλύονται μόνο σε διαλύματα αλάτων, αλκαλίων, οξέων ή οργανικών διαλυτών. Η δομή ενός μορίου πρωτεΐνης και η λειτουργική του δραστηριότητα εξαρτώνται από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Η απώλεια της δομής ενός μορίου πρωτεΐνης, ακόμη και της πρωτογενούς δομής του, ονομάζεται μετουσίωση.
Μετουσίωσηςσυμβαίνει λόγω μεταβολών της θερμοκρασίας, του pH, της ατμοσφαιρικής πίεσης, υπό την επίδραση οξέων, αλκαλίων, αλάτων βαρέων μετάλλων, οργανικών διαλυτών κ.λπ. Η αντίστροφη διαδικασία αποκατάστασης δευτερογενών και ανώτερων δομών ονομάζεται αναγέννηση, ωστόσο, δεν είναι πάντα δυνατό. Η πλήρης καταστροφή ενός μορίου πρωτεΐνης ονομάζεται καταστροφή.
Οι πρωτεΐνες εκτελούν μια σειρά από λειτουργίες στο κύτταρο: πλαστική (κατασκευή), καταλυτική (ενζυματική), ενεργειακή, σηματοδοτική (υποδοχέας), συσταλτική (κινητήρια), μεταφορά, προστατευτική, ρυθμιστική και αποθήκευση.
Η κατασκευαστική λειτουργία των πρωτεϊνών σχετίζεται με την παρουσία τους στις κυτταρικές μεμβράνες και στα δομικά συστατικά του κυττάρου. Ενέργεια - λόγω του γεγονότος ότι όταν διασπάται 1 g πρωτεΐνης, απελευθερώνονται 17,2 kJ ενέργειας. Οι πρωτεΐνες των μεμβρανικών υποδοχέων παίρνουν ενεργό μέρος στην αντίληψη των περιβαλλοντικών σημάτων και στη μετάδοσή τους σε όλο το κύτταρο, καθώς και στη διακυτταρική αναγνώριση. Χωρίς πρωτεΐνες, η κίνηση των κυττάρων και των οργανισμών στο σύνολό τους είναι αδύνατη, καθώς αποτελούν τη βάση των μαστιγίων και των βλεφαρίδων και επίσης εξασφαλίζουν τη συστολή των μυών και την κίνηση των ενδοκυτταρικών συστατικών. Στο αίμα των ανθρώπων και πολλών ζώων, η πρωτεΐνη αιμοσφαιρίνη μεταφέρει οξυγόνο και μέρος του διοξειδίου του άνθρακα, άλλες πρωτεΐνες μεταφέρουν ιόντα και ηλεκτρόνια. Ο προστατευτικός ρόλος των πρωτεϊνών σχετίζεται κυρίως με την ανοσία, καθώς η πρωτεΐνη ιντερφερόνης είναι ικανή να καταστρέψει πολλούς ιούς και οι πρωτεΐνες αντισωμάτων καταστέλλουν την ανάπτυξη βακτηρίων και άλλων ξένων παραγόντων. Μεταξύ των πρωτεϊνών και των πεπτιδίων υπάρχουν πολλές ορμόνες, για παράδειγμα, η παγκρεατική ορμόνη, η ινσουλίνη, η οποία ρυθμίζει τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα. Σε ορισμένους οργανισμούς, οι πρωτεΐνες μπορούν να αποθηκευτούν ως αποθέματα, όπως τα όσπρια στους σπόρους ή τα ασπράδια ενός αυγού κοτόπουλου.
Νουκλεϊκά οξέα είναι βιοπολυμερή των οποίων τα μονομερή είναι νουκλεοτίδια. Επί του παρόντος, δύο τύποι νουκλεϊκών οξέων είναι γνωστοί: το ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) και το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA).
Το νουκλεοτίδιο σχηματίζεται από μια αζωτούχα βάση, ένα υπόλειμμα σακχάρου πεντόζης και ένα υπόλειμμα ορθοφωσφορικού οξέος. Τα χαρακτηριστικά των νουκλεοτιδίων καθορίζονται κυρίως από τις αζωτούχες βάσεις που τα αποτελούν, επομένως, ακόμη και συμβατικά, τα νουκλεοτίδια χαρακτηρίζονται από τα πρώτα γράμματα των ονομάτων τους.
Τα νουκλεοτίδια μπορούν να περιέχουν πέντε αζωτούχες βάσεις: αδενίνη (Α), γουανίνη (G), θυμίνη (Τ), ουρακίλη (U) και κυτοσίνη (C). Τα νουκλεοτίδια της πεντόζης - ριβόζη και δεοξυριβόζη - καθορίζουν ποιο νουκλεοτίδιο θα σχηματιστεί - ένα ριβονουκλεοτίδιο ή ένα δεοξυριβονουκλεοτίδιο. Τα ριβονουκλεοτίδια είναι μονομερή RNA, μπορούν να δράσουν ως μόρια σήματος (cAMP) και να αποτελούν μέρος ενώσεων υψηλής ενέργειας, όπως το ATP, και συνένζυμα, όπως NADPH + H +, NADH + H +, FADH 2, κ.λπ., και τα δεοξυριβονουκλεοτίδια είναι μέρος του DNA.
Δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA)είναι ένα δίκλωνο βιοπολυμερές του οποίου τα μονομερή είναι δεοξυριβονουκλεοτίδια. Τα δεοξυριβονουκλεοτίδια περιέχουν μόνο τέσσερις αζωτούχες βάσεις από τις πέντε πιθανές - αδενίνη (Α), θυμίνη (Τ), γουανίνη (G) και κυτοσίνη (C), καθώς και υπολείμματα δεοξυριβόζης και ορθοφωσφορικού οξέος. Τα νουκλεοτίδια στην αλυσίδα του DNA συνδέονται μεταξύ τους μέσω υπολειμμάτων ορθοφωσφορικού οξέος, σχηματίζοντας έναν φωσφοδιεστερικό δεσμό. Όταν σχηματίζεται ένα δίκλωνο μόριο, οι αζωτούχες βάσεις κατευθύνονται προς το εσωτερικό του μορίου. Ωστόσο, η ένωση των αλυσίδων DNA δεν συμβαίνει τυχαία - οι αζωτούχες βάσεις διαφορετικών αλυσίδων συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας: η αδενίνη συνδέεται με τη θυμίνη με δύο δεσμούς υδρογόνου (Α=Τ) και η γουανίνη συνδέεται με την κυτοσίνη κατά τρία (G≡C).
Εγκαταστάθηκαν για αυτήν Κανόνες Chargaff :
1. Ο αριθμός των νουκλεοτιδίων DNA που περιέχουν αδενίνη είναι ίσος με τον αριθμό των νουκλεοτιδίων που περιέχουν θυμίνη (Α=Τ).
2. Ο αριθμός των νουκλεοτιδίων DNA που περιέχουν γουανίνη είναι ίσος με τον αριθμό των νουκλεοτιδίων που περιέχουν κυτοσίνη (G≡C).
3. Το άθροισμα των δεοξυριβονουκλεοτιδίων που περιέχουν αδενίνη και γουανίνη είναι ίσο με το άθροισμα των δεοξυριβονουκλεοτιδίων που περιέχουν θυμίνη και κυτοσίνη (A+G = T+C).
4. Η αναλογία του αθροίσματος των δεοξυριβονουκλεοτιδίων που περιέχουν αδενίνη και θυμίνη προς το άθροισμα των δεοξυριβονουκλεοτιδίων που περιέχουν γουανίνη και κυτοσίνη εξαρτάται από τον τύπο του οργανισμού.
Η δομή του DNA αποκρυπτογραφήθηκε από τους F. Crick και D. Watson (Βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής, 1962). Σύμφωνα με το μοντέλο τους, το μόριο DNA είναι μια δεξιά διπλή έλικα. Η απόσταση μεταξύ των νουκλεοτιδίων σε μια αλυσίδα DNA είναι 0,34 nm.
Η πιο σημαντική ιδιότητα του DNA είναι η ικανότητα αντιγραφής (self-duplicate). Η κύρια λειτουργία του DNA είναι η αποθήκευση και η μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών, οι οποίες γράφονται με τη μορφή αλληλουχιών νουκλεοτιδίων. Η σταθερότητα του μορίου του DNA διατηρείται από ισχυρά συστήματα επιδιόρθωσης (ανάκτησης), αλλά ακόμη και αυτά δεν είναι σε θέση να εξαλείψουν εντελώς τις δυσμενείς επιπτώσεις, γεγονός που οδηγεί τελικά στην εμφάνιση μεταλλάξεων. Το DNA των ευκαρυωτικών κυττάρων συγκεντρώνεται στον πυρήνα, τα μιτοχόνδρια και τα πλαστίδια, ενώ στα προκαρυωτικά κύτταρα βρίσκεται απευθείας στο κυτταρόπλασμα. Το πυρηνικό DNA είναι η βάση των χρωμοσωμάτων· αντιπροσωπεύεται από ανοιχτά μόρια. Το DNA των μιτοχονδρίων, των πλαστιδίων και των προκαρυωτών είναι κυκλικό.
Ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA)- ένα βιοπολυμερές του οποίου τα μονομερή είναι ριβονουκλεοτίδια. Περιέχουν επίσης τέσσερις αζωτούχες βάσεις - αδενίνη (A), ουρακίλη (U), γουανίνη (G) και κυτοσίνη (C), επομένως διαφέρουν από το DNA σε μία από τις βάσεις (αντί για θυμίνη, το RNA περιέχει ουρακίλη). Το υπόλειμμα σακχάρου πεντόζης στα ριβονουκλεοτίδια αντιπροσωπεύεται από ριβόζη. Το RNA είναι ως επί το πλείστον μονόκλωνα μόρια, με εξαίρεση ορισμένα ιικά. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι RNA: αγγελιοφόρος ή πρότυπο (mRNA), ριβοσωμικό (rRNA) και μεταφορά (tRNA). Όλα αυτά σχηματίζονται κατά τη διαδικασία μεταγραφής - επανεγγραφής από μόρια DNA.
Τα mRNA αποτελούν το μικρότερο κλάσμα RNA σε ένα κύτταρο (2-4%), το οποίο αντισταθμίζεται από την ποικιλομορφία τους, αφού ένα κύτταρο μπορεί να περιέχει χιλιάδες διαφορετικά mRNA. Πρόκειται για μόρια μονής αλυσίδας που είναι πρότυπα για τη σύνθεση πολυπεπτιδικών αλυσίδων. Πληροφορίες σχετικά με τη δομή της πρωτεΐνης καταγράφονται σε αυτά με τη μορφή αλληλουχιών νουκλεοτιδίων, με κάθε αμινοξύ να κωδικοποιείται από μια τριάδα νουκλεοτιδίων - ένα κωδικόνιο.
Τα rRNA είναι ο πιο άφθονος τύπος RNA σε ένα κύτταρο (έως και 80%). Το μοριακό τους βάρος είναι κατά μέσο όρο 3000-5000. σχηματίζονται στους πυρήνες και αποτελούν μέρος των κυτταρικών οργανιδίων - ριβοσωμάτων. Τα rRNA φαίνεται επίσης να παίζουν ρόλο στη σύνθεση πρωτεϊνών.
Τα tRNA είναι τα μικρότερα από τα μόρια RNA, καθώς περιέχουν μόνο 73-85 νουκλεοτίδια. Το μερίδιό τους στη συνολική ποσότητα RNA στο κύτταρο είναι περίπου 16%. Η λειτουργία του tRNA είναι να μεταφέρει αμινοξέα στη θέση της πρωτεϊνοσύνθεσης (ριβοσώματα). Το μόριο tRNA έχει σχήμα φύλλου τριφυλλιού. Στο ένα άκρο του μορίου υπάρχει μια θέση για τη σύνδεση ενός αμινοξέος και σε έναν από τους βρόχους υπάρχει μια τριάδα νουκλεοτιδίων, συμπληρωματικά με το κωδικόνιο mRNA και που καθορίζουν ποιο αμινοξύ θα φέρει το tRNA - το αντικωδικόνιο.
Όλοι οι τύποι RNA παίρνουν ενεργό μέρος στη διαδικασία υλοποίησης της κληρονομικής πληροφορίας, η οποία μεταγράφεται από το DNA σε mRNA και το τελευταίο πραγματοποιεί την πρωτεϊνοσύνθεση. Το tRNA παραδίδει αμινοξέα στα ριβοσώματα κατά τη διάρκεια της πρωτεϊνικής σύνθεσης και το rRNA είναι μέρος των ίδιων των ριβοσωμάτων.
Τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης (ATP) είναι ένα νουκλεοτίδιο που περιέχει, εκτός από την αζωτούχα βάση αδενίνη και ένα υπόλειμμα ριβόζης, τρία υπολείμματα φωσφορικού οξέος.
Οι δεσμοί μεταξύ των δύο τελευταίων υπολειμμάτων φωσφόρου είναι υψηλής ενέργειας (η διάσπαση απελευθερώνει 42 kJ/mol ενέργειας), ενώ ο τυπικός χημικός δεσμός κατά τη διάσπαση παράγει 12 kJ/mol. Όταν χρειάζεται ενέργεια, ο μακροεργικός δεσμός του ATP διασπάται, το αδενοσινοδιφωσφορικό οξύ (ADP), σχηματίζεται ένα υπόλειμμα φωσφόρου και απελευθερώνεται ενέργεια:
ATP + H 2 0 → ADP + H 3 P0 4 + 42 kJ.
Το ADP μπορεί επίσης να διασπαστεί για να σχηματίσει AMP (αδενοσινομονοφωσφορικό οξύ) και ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος:
ADP + H 2 0 → AMP + H 3 P0 4 + 42 kJ.
Στη διαδικασία του ενεργειακού μεταβολισμού (κατά την αναπνοή, τη ζύμωση), καθώς και στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, το ADP προσκολλά ένα υπόλειμμα φωσφόρου και μετατρέπεται σε ATP. Η αντίδραση της μείωσης του ATP ονομάζεται φωσφορυλίωση. Το ATP είναι μια παγκόσμια πηγή ενέργειας για όλες τις διαδικασίες ζωής των ζωντανών οργανισμών.
Η μελέτη της χημικής σύστασης των κυττάρων όλων των ζωντανών οργανισμών έδειξε ότι περιέχουν τα ίδια χημικά στοιχεία, χημικές ουσίες που επιτελούν τις ίδιες λειτουργίες. Επιπλέον, ένα τμήμα DNA που μεταφέρεται από έναν οργανισμό στον άλλο θα λειτουργήσει σε αυτό και μια πρωτεΐνη που συντίθεται από βακτήρια ή μύκητες θα εκτελεί τις λειτουργίες μιας ορμόνης ή ενός ενζύμου στο ανθρώπινο σώμα. Αυτή είναι μια από τις αποδείξεις της ενότητας προέλευσης του οργανικού κόσμου.
Λίπη Εκτελούν κυρίως μια λειτουργία αποθήκευσης στα κύτταρα και χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας. Είναι πλούσια σε υποδόριο λιπώδη ιστό, ο οποίος εκτελεί λειτουργίες απορρόφησης κραδασμών και θερμομόνωσης, και στα υδρόβια ζώα αυξάνει επίσης την άνωση. Τα φυτικά λίπη περιέχουν ως επί το πλείστον ακόρεστα λιπαρά οξέα, με αποτέλεσμα να είναι υγρά και να ονομάζονται έλαια.Έλαια περιέχονται στους σπόρους πολλών φυτών, όπως ο ηλίανθος, η σόγια, η ελαιοκράμβη κ.λπ.
Κεριά- Πρόκειται για πολύπλοκα μείγματα λιπαρών οξέων και λιπαρών αλκοολών. Στα φυτά σχηματίζουν μια μεμβράνη στην επιφάνεια του φύλλου, η οποία προστατεύει από την εξάτμιση, τη διείσδυση παθογόνων κτλ. Σε αρκετά ζώα καλύπτουν το σώμα ή χρησιμεύουν για την κατασκευή κηρηθρών.
Οι στερόλες περιλαμβάνουν λιπίδια όπως η χοληστερόλη, ένα βασικό συστατικό των κυτταρικών μεμβρανών, και τα στεροειδή περιλαμβάνουν τις ορμόνες φύλου οιστραδιόλη, τεστοστερόνη κ.λπ.
Τα φωσφολιπίδια, εκτός από τα υπολείμματα γλυκερίνης και λιπαρών οξέων, περιέχουν ένα υπόλειμμα ορθοφωσφορικού οξέος. Αποτελούν μέρος των κυτταρικών μεμβρανών και παρέχουν τις ιδιότητες φραγμού τους.
Τα γλυκολιπίδια είναι επίσης συστατικά των μεμβρανών, αλλά η περιεκτικότητά τους εκεί είναι χαμηλή. Το μη λιπιδικό μέρος των γλυκολιπιδίων είναι οι υδατάνθρακες.
Λειτουργίες λιπιδίων.Τα λιπίδια εκτελούν πλαστικές (κατασκευές), ενέργεια, αποθήκευση, προστατευτικές και ρυθμιστικές λειτουργίες στο κύτταρο· επιπλέον, είναι διαλύτες για μια σειρά βιταμινών. Είναι απαραίτητο συστατικό των κυτταρικών μεμβρανών. Όταν διασπάται 1 g λιπιδίων, απελευθερώνονται 38,9 kJ ενέργειας. Αποθηκεύονται σε διάφορα όργανα φυτών και ζώων. Επιπλέον, ο υποδόριος λιπώδης ιστός προστατεύει τα εσωτερικά όργανα από υποθερμία ή υπερθέρμανση, καθώς και σοκ. Η ρυθμιστική λειτουργία των λιπιδίων οφείλεται στο γεγονός ότι ορισμένα από αυτά είναι ορμόνες.

Οι οργανικές ενώσεις αποτελούν κατά μέσο όρο το 20-30% της κυτταρικής μάζας ενός ζωντανού οργανισμού. Αυτά περιλαμβάνουν βιολογικά πολυμερή - πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα και υδατάνθρακες, καθώς και λίπη και μια σειρά από μικρά μόρια - ορμόνες, χρωστικές ουσίες, ATP και πολλά άλλα.

Διαφορετικοί τύποι κυττάρων περιέχουν διαφορετικές ποσότητες οργανικών ενώσεων. Οι σύνθετοι υδατάνθρακες - πολυσακχαρίτες - κυριαρχούν στα φυτικά κύτταρα, ενώ στα ζωικά κύτταρα υπάρχουν περισσότερες πρωτεΐνες και λίπη. Ωστόσο, καθεμία από τις ομάδες οργανικών ουσιών σε οποιονδήποτε τύπο κυττάρου εκτελεί παρόμοιες λειτουργίες.

Λιπίδια - έτσι ονομάζονται λίπη και ουσίες που μοιάζουν με λίπος (λιποειδή). Οι ουσίες που περιλαμβάνονται εδώ χαρακτηρίζονται από διαλυτότητα σε οργανικούς διαλύτες και αδιαλυτότητα (σχετική) στο νερό.

Υπάρχουν φυτικά λίπη, τα οποία έχουν υγρή σύσταση σε θερμοκρασία δωματίου και ζωικά λίπη, τα οποία έχουν στερεή σύσταση.

Λειτουργίες των λιπιδίων:

Δομικά - τα φωσφολιπίδια είναι μέρος των κυτταρικών μεμβρανών.

Αποθήκευση - τα λίπη συσσωρεύονται στα κύτταρα των σπονδυλωτών ζώων.

Ενέργεια - το ένα τρίτο της ενέργειας που καταναλώνεται από τα κύτταρα των σπονδυλωτών ζώων σε ηρεμία σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της οξείδωσης των λιπών, τα οποία χρησιμοποιούνται επίσης ως πηγή νερού.

Προστατευτικό - το στρώμα του υποδόριου λίπους προστατεύει το σώμα από μηχανικές βλάβες.

Θερμομόνωση - το υποδόριο λίπος βοηθά στη διατήρηση της θερμότητας.

Ηλεκτρική μόνωση - η μυελίνη που εκκρίνεται από τα κύτταρα Schwann μονώνει ορισμένους νευρώνες, γεγονός που επιταχύνει τη μετάδοση των νευρικών ερεθισμάτων πολλές φορές.

Διατροφικά - τα χολικά οξέα και η βιταμίνη D σχηματίζονται από στεροειδή.

Λιπαντικό - τα κεριά καλύπτουν το δέρμα, τη γούνα, τα φτερά των ζώων και τα προστατεύουν από το νερό. τα φύλλα πολλών φυτών καλύπτονται με κηρώδη επικάλυψη. Το κερί χρησιμοποιείται από τις μέλισσες στην κατασκευή κηρηθρών.

Η ορμονική - ορμόνη των επινεφριδίων - η κορτιζόνη και οι ορμόνες του φύλου είναι λιπιδικής φύσης, τα μόριά τους δεν περιέχουν λιπαρά οξέα.

Όταν διασπάται 1 g λίπους, απελευθερώνονται 38,9 kJ ενέργειας.

Υδατάνθρακες

Οι υδατάνθρακες περιέχουν άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο. Διακρίνονται οι παρακάτω υδατάνθρακες. Όταν διασπάται 1 g μιας ουσίας, απελευθερώνονται 17,6 kJ ενέργειας.

Μονοσακχαρίτες, ή απλοί υδατάνθρακες, οι οποίοι, ανάλογα με την περιεκτικότητα των ατόμων άνθρακα, ονομάζονται τριόζες, πεντόζες, εξόζες κ.λπ. Οι πεντόζες -ριβόζη και δεοξυριβόζη- αποτελούν μέρος του DNA και του RNA. Η εξόζη - γλυκόζη - χρησιμεύει ως η κύρια πηγή ενέργειας στο κύτταρο.

Πολυσακχαρίτες- πολυμερή των οποίων τα μονομερή είναι μονοσακχαρίτες εξόζης. Οι πιο γνωστοί από τους δισακχαρίτες (δύο μονομερή) είναι η σακχαρόζη και η λακτόζη. Οι πιο σημαντικοί πολυσακχαρίτες είναι το άμυλο και το γλυκογόνο, που χρησιμεύουν ως εφεδρικές ουσίες για τα φυτικά και ζωικά κύτταρα, καθώς και η κυτταρίνη, το πιο σημαντικό δομικό συστατικό των φυτικών κυττάρων.

Τα φυτά έχουν μεγαλύτερη ποικιλία υδατανθράκων από τα ζώα, αφού είναι σε θέση να τους συνθέσουν στο φως κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Οι πιο σημαντικές λειτουργίες των υδατανθράκων στο κύτταρο: ενέργεια, δομική και αποθήκευση.

Ο ενεργειακός ρόλος είναι ότι οι υδατάνθρακες χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας στα φυτικά και ζωικά κύτταρα. δομικό - το κυτταρικό τοίχωμα των φυτών αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από πολυσακχαρίτη κυτταρίνης. αποθήκευση - το άμυλο χρησιμεύει ως αποθεματικό προϊόν για τα φυτά. Συσσωρεύεται κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου και σε πολλά φυτά εναποτίθεται σε κόνδυλους, βολβούς κ.λπ. Στα ζωικά κύτταρα αυτόν τον ρόλο παίζει το γλυκογόνο, το οποίο εναποτίθεται κυρίως στο ήπαρ.

σκίουροι

Μεταξύ των οργανικών ουσιών των κυττάρων, οι πρωτεΐνες κατέχουν την πρώτη θέση, τόσο σε ποσότητα όσο και σε σημασία. Στα ζώα αντιπροσωπεύουν περίπου το 50% της ξηρής μάζας του κυττάρου. Υπάρχουν περίπου 5 εκατομμύρια είδη μορίων πρωτεΐνης που βρίσκονται στο ανθρώπινο σώμα, τα οποία διαφέρουν όχι μόνο μεταξύ τους, αλλά και από τις πρωτεΐνες άλλων οργανισμών. Παρά την ποικιλομορφία και την πολυπλοκότητα της δομής, οι πρωτεΐνες δομούνται από μόνο 20 διαφορετικά αμινοξέα. Μερικές από τις πρωτεΐνες που αποτελούν τα κύτταρα των οργάνων και των ιστών, καθώς και τα αμινοξέα που εισέρχονται στο σώμα αλλά δεν χρησιμοποιούνται στη σύνθεση πρωτεϊνών, υποβάλλονται σε διάσπαση, απελευθερώνοντας 17,6 kJ ενέργειας ανά 1 g ουσίας.

Οι πρωτεΐνες εκτελούν πολλές διαφορετικές λειτουργίες στο σώμα: κατασκευή (είναι μέρος διαφόρων δομικών σχηματισμών). προστατευτικά (ειδικές πρωτεΐνες - αντισώματα - μπορούν να δεσμεύουν και να εξουδετερώνουν μικροοργανισμούς και ξένες πρωτεΐνες) κ.λπ. Επιπλέον, οι πρωτεΐνες συμμετέχουν στην πήξη του αίματος, αποτρέποντας σοβαρή αιμορραγία, εκτελούν ρυθμιστικές, σηματοδοτικές, κινητικές, ενεργειακές, μεταφορικές λειτουργίες (μεταφορά ορισμένων ουσιών στο σώμα).

Η καταλυτική λειτουργία των πρωτεϊνών είναι εξαιρετικά σημαντική. Ο όρος «κατάλυση» σημαίνει «αδέσμευση», «απελευθέρωση». Ουσίες που ταξινομούνται ως καταλύτες επιταχύνουν τους χημικούς μετασχηματισμούς και η σύνθεση των ίδιων των καταλυτών μετά την αντίδραση παραμένει η ίδια όπως ήταν πριν από την αντίδραση.

Ένζυμα

Όλα τα ένζυμα που δρουν ως καταλύτες είναι ουσίες πρωτεϊνικής φύσης· επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο κύτταρο κατά δεκάδες και εκατοντάδες χιλιάδες φορές. Η καταλυτική δραστηριότητα ενός ενζύμου δεν καθορίζεται από ολόκληρο το μόριο του, αλλά μόνο από ένα μικρό τμήμα του - το ενεργό κέντρο, η δράση του οποίου είναι πολύ συγκεκριμένη. Ένα μόριο ενζύμου μπορεί να έχει πολλά ενεργά κέντρα.

Ορισμένα μόρια ενζύμων μπορεί να αποτελούνται μόνο από πρωτεΐνη (για παράδειγμα, πεψίνη) - μονοσυστατικού ή απλή. άλλα περιέχουν δύο συστατικά: μια πρωτεΐνη (αποένζυμο) και ένα μικρό οργανικό μόριο - ένα συνένζυμο. Έχει διαπιστωθεί ότι οι βιταμίνες λειτουργούν ως συνένζυμα στα κύτταρα. Αν σκεφτούμε ότι ούτε μία αντίδραση σε ένα κύτταρο δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς τη συμμετοχή ενζύμων, γίνεται φανερό ότι οι βιταμίνες είναι υψίστης σημασίας για τη φυσιολογική λειτουργία του κυττάρου και ολόκληρου του οργανισμού. Η απουσία βιταμινών μειώνει τη δραστηριότητα των ενζύμων που τις περιέχουν.

Η δραστηριότητα των ενζύμων εξαρτάται άμεσα από τη δράση πολλών παραγόντων: θερμοκρασία, οξύτητα (pH του περιβάλλοντος), καθώς και από τη συγκέντρωση των μορίων του υποστρώματος (την ουσία στην οποία δρουν), τα ίδια τα ένζυμα και τα συνένζυμα ( βιταμίνες και άλλες ουσίες που συνθέτουν τα συνένζυμα) .

Μια συγκεκριμένη ενζυματική διαδικασία μπορεί να διεγερθεί ή να ανασταλεί από τη δράση διαφόρων βιολογικά δραστικών ουσιών, όπως ορμόνες, φάρμακα, διεγερτικά ανάπτυξης φυτών, τοξικές ουσίες κ.λπ.

Βιταμίνες

Βιταμίνες - βιολογικά ενεργές οργανικές ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους - συμμετέχουν στο μεταβολισμό και στη μετατροπή της ενέργειας στις περισσότερες περιπτώσεις ως συστατικά ενζύμων.

Η καθημερινή ανάγκη ενός ατόμου σε βιταμίνες είναι χιλιοστόγραμμα, ακόμη και μικρογραμμάρια. Είναι γνωστές περισσότερες από 20 διαφορετικές βιταμίνες.

Πηγή βιταμινών για τον άνθρωπο είναι τα τρόφιμα, κυρίως φυτικής προέλευσης, και σε ορισμένες περιπτώσεις ζωικής προέλευσης (βιταμίνη D, A). Ορισμένες βιταμίνες συντίθενται στο ανθρώπινο σώμα.

Η έλλειψη βιταμινών προκαλεί μια ασθένεια - υποβιταμίνωση, την πλήρη απουσία τους - αβιταμίνωση και μια περίσσεια - υπερβιταμίνωση.

ορμόνες

ορμόνες - ουσίες που παράγονται από ενδοκρινείς αδένες και ορισμένα νευρικά κύτταρα - νευροορμόνες. Οι ορμόνες είναι σε θέση να εμπλέκονται σε βιοχημικές αντιδράσεις, ρυθμίζοντας τις μεταβολικές διεργασίες (μεταβολισμό και ενέργεια).

Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των ορμονών είναι: 1) υψηλή βιολογική δραστηριότητα, 2) υψηλή ειδικότητα (ορμονικά σήματα στο «κύτταρο στόχο») 3) εύρος δράσης (μεταφορά ορμονών με το αίμα σε απόσταση από τα κύτταρα-στόχους) 4) σχετικά σύντομος χρόνος ύπαρξης στο σώμα (αρκετά λεπτά ή ώρες).

Νουκλεϊκά οξέα

Υπάρχουν 2 τύποι νουκλεϊκών οξέων: το DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) και το RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ).

ATP - τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης, ένα νουκλεοτίδιο που αποτελείται από την αζωτούχα βάση αδενίνη, τον υδατάνθρακα ριβόζη και τρία μόρια φωσφορικού οξέος.

Η δομή είναι ασταθής, υπό την επίδραση των ενζύμων μετατρέπεται σε ADP - διφωσφορικό οξύ αδενοσίνης (ένα μόριο φωσφορικού οξέος διασπάται) με την απελευθέρωση 40 kJ ενέργειας. Το ATP είναι η μοναδική πηγή ενέργειας για όλες τις κυτταρικές αντιδράσεις.

Οι ιδιαιτερότητες της χημικής δομής των νουκλεϊκών οξέων παρέχουν τη δυνατότητα αποθήκευσης, μεταφοράς και κληρονομικότητας στα θυγατρικά κύτταρα πληροφοριών σχετικά με τη δομή των μορίων πρωτεΐνης που συντίθενται σε κάθε ιστό σε ένα ορισμένο στάδιο ατομικής ανάπτυξης.

Τα νουκλεϊκά οξέα διασφαλίζουν τη σταθερή διατήρηση των κληρονομικών πληροφοριών και ελέγχουν τον σχηματισμό των αντίστοιχων ενζυμικών πρωτεϊνών και οι ενζυμικές πρωτεΐνες καθορίζουν τα κύρια χαρακτηριστικά του κυτταρικού μεταβολισμού.