Anorganische Substanzen und ihre Rolle im Leben der Zelle. Organische und anorganische Substanzen der Zelle. Gruppe organischer Stoffe

Aus den anorganischen Stoffen der Zelle Wasser macht etwa 65% seiner Masse aus: in jungen, schnell wachsenden Zellen bis zu 95%, in alten Zellen - etwa 60%. Die Rolle von Wasser in Zellen ist sehr groß, es ist ein Medium und ein Lösungsmittel, beteiligt sich an den meisten chemischen Reaktionen, der Bewegung von Substanzen, der Thermoregulation, der Bildung von Zellstrukturen, bestimmt das Volumen und die Elastizität der Zelle. Die meisten Stoffe gelangen in den Körper und werden von diesem in wässriger Lösung ausgeschieden.

organische Materie- machen 20-30% der Zellzusammensetzung aus. Sie können sein einfach(Aminosäuren, Glucose, Fettsäuren) und Komplex(Proteine, Polysaccharide, Nukleinsäuren, Lipide). Die wichtigsten sind Proteine, Fette, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren.

Proteine ​​sind die grundlegenden und komplexesten Substanzen jeder Zelle. Die Größe eines Proteinmoleküls ist hundert- und tausendmal größer als die Moleküle anorganischer Verbindungen. Proteinmoleküle werden aus einfachen Verbindungen gebildet - Aminosäuren (natürliche Proteine ​​​​enthalten 20 Aminosäuren). Sie kombinieren sich in unterschiedlichen Sequenzen und Mengen und bilden eine große Vielfalt (bis zu 1000) von Proteinen. Ihre Rolle im Leben der Zelle ist enorm: Baustoff des Körpers, Katalysatoren (Enzymproteine ​​beschleunigen chemische Reaktionen), Transport (Bluthämoglobin liefert Sauerstoff und Nährstoffe an die Zellen und transportiert Kohlendioxid und Zerfallsprodukte ab). Proteine ​​erfüllen eine Schutzfunktion, Energie. Kohlenhydrate sind organische Substanzen, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff bestehen. Die einfachsten davon sind Monosaccharide – Hexose, Fructose, Glucose (in Früchten, Honig), Galactose (in Milch) und Polysaccharide – bestehend aus mehreren einfachen Kohlenhydraten. Dazu gehören Stärke und Glykogen. Kohlenhydrate sind die Hauptenergiequelle für alle Formen zellulärer Aktivität (Bewegung, Biosynthese, Sekretion etc.) und spielen die Rolle von Reservestoffen. Lipide sind wasserunlösliche Fette und fettähnliche Substanzen. Sie sind der Hauptstrukturbestandteil biologischer Membranen. Lipide erfüllen eine Energiefunktion, sie enthalten fettlösliche Vitamine. Nukleinsäuren – (vom lateinischen Wort „nucleus“ – Zellkern) – werden im Zellkern gebildet. Es gibt zwei Arten: Desoxyribonukleinsäuren (DNA) und Ribonukleinsäuren (RNA). Ihre biologische Rolle ist sehr groß. Sie bestimmen die Synthese von Proteinen und die Übertragung von Erbinformationen.

Zellen enthalten anorganische und organische Substanzen (Verbindungen).

Anorganische Substanzen der Zelle sind Wasser, verschiedene Mineralsalze, Kohlendioxid, Säuren und Basen.

Wasser ist der wichtigste Inhaltsstoff einer lebenden Zelle. Wasser verleiht der Zelle Elastizität und Volumen, sichert die Konstanz der Zusammensetzung, beteiligt sich an chemischen Reaktionen und am Aufbau organischer Moleküle, ermöglicht den Ablauf aller Prozesse der lebenswichtigen Aktivität der Zelle. Wasser ist ein Lösungsmittel für Chemikalien, die in die Zelle eintreten und diese verlassen.

Wasser(Wasserstoffoxid, H 2 O) ist eine transparente Flüssigkeit, die keine Farbe (in einem kleinen Volumen), Geruch und Geschmack hat. Unter natürlichen Bedingungen enthält es gelöste Stoffe (Salze, Gase). Wasser ist von zentraler Bedeutung im Leben von Zellen und Lebewesen, bei der Klima- und Wetterbildung.

Die Wassermenge in der Zelle beträgt 60 bis 95 % der Gesamtmasse. Die Rolle des Wassers in einer Zelle wird durch seine einzigartigen chemischen und physikalischen Eigenschaften bestimmt, die mit der geringen Größe der Moleküle, ihrer Polarität und der Fähigkeit zur Bildung von Wasserstoffbrücken verbunden sind.

Wasser als Bestandteil biologischer Systeme

• Wasser ist ein universelles Lösungsmittel für polare Substanzen - Salze, Zucker, Säuren usw. Es erhöht ihre Reaktivität, sodass die meisten chemischen Reaktionen in der Zelle in wässrigen Lösungen stattfinden.
• Unpolare Substanzen sind in Wasser unlöslich (es kommt nicht zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen). Hydrophobe Substanzen werden voneinander angezogen und bilden in Gegenwart von Wasser verschiedene Komplexe (z. B. biologische Membranen).
• Die hohe spezifische Wärmekapazität von Wasser (d. h. die Aufnahme einer großen Energiemenge zum Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen) gewährleistet die Aufrechterhaltung des Wärmehaushalts des Körpers bei Änderungen der Umgebungstemperatur.
• Die hohe Verdampfungswärme (die Fähigkeit von Molekülen, beim Abkühlen des Körpers eine erhebliche Wärmemenge abzuführen) verhindert eine Überhitzung des Körpers.
• Eine hohe Oberflächenspannung gewährleistet die Bewegung von Lösungen durch Gewebe.
• Wasser sorgt für die Ausscheidung von Stoffwechselprodukten.
• Bei Pflanzen erhält Wasser den Zellturgor, bei manchen Tieren erfüllt es Stützfunktionen (hydrostatisches Skelett).
• Wasser ist Bestandteil verschiedener biologischer Flüssigkeiten (Blut, Speichel, Schleim, Galle, Tränenflüssigkeit, Sperma, Synovial- und Pleuraflüssigkeit usw.).

Das Wassermolekül hat eine eckige Form: Wasserstoffatome bilden mit Sauerstoff einen Winkel von etwa 104,5°.

Aufgrund der hohen Elektronegativität des Sauerstoffatoms ist die OH-Bindung polar. Die Wasserstoffatome tragen eine teilweise positive Ladung, und das Sauerstoffatom trägt eine teilweise negative Ladung.

Der Dipol erzeugt in großen Abständen im Vergleich zu seiner Größe ein Magnetfeld um sich herum.

Wenn Wasser verdunstet, erfordert die Zerstörung von Wasserstoffbrückenbindungen viel Energie.

Anorganische Substanzen in der Zelle, außer Wasser, werden dargestellt Mineralsalze.

Mineralsalze machen nur 1-1,5 % der gesamten Zellmasse aus, aber ihre Rolle ist signifikant. In gelöster Form sind sie eine notwendige Umgebung für die chemischen Prozesse, die das Leben der Zelle bestimmen.

Zellen enthalten viele verschiedene Salze. Tiere entfernen überschüssige Salze mit Hilfe des Ausscheidungssystems aus dem Körper, während sie sich in Pflanzen in verschiedenen Organellen oder in Vakuolen ansammeln und auskristallisieren. Die meisten davon sind Calciumsalze. Ihre Form in Pflanzenzellen kann unterschiedlich sein: Nadeln, Rauten, Kristalle - einzeln oder miteinander verschmolzen (Drusen).

Moleküle von Salzen in einer wässrigen Lösung zerfallen in Kationen und Anionen. Die wichtigsten sind Kationen (K +, Na +, Ca 2+, Mg +, NH 4 +) und Anionen (Cl -, H 2 P0 4 -, HP0 4 2-, HC0 3 -, NO 3 -, SO 4). 2 -).

Die Konzentration verschiedener Ionen ist in verschiedenen Teilen der Zelle sowie in der Zelle und der Umgebung nicht gleich. Die Konzentration von Natriumionen ist immer höher außerhalb der Zelle und Kalium- und Magnesiumionen - innerhalb der Zelle. Die unterschiedliche Anzahl von Kationen und Anionen innerhalb der Zelle und auf ihrer Oberfläche sorgt für einen aktiven Stofftransport durch die Membran.

Die Puffereigenschaften des Zytoplasmas hängen von der Salzkonzentration in der Zelle ab - der Fähigkeit der Zelle, eine bestimmte Konzentration an Wasserstoffionen unter Bedingungen der ständigen Bildung von sauren und alkalischen Substanzen während des Stoffwechsels aufrechtzuerhalten.

Phosphorsäureanionen bilden ein Phosphatpuffersystem, das den pH-Wert der intrazellulären Umgebung des Körpers auf einem Niveau von 6,9 hält.

Kohlensäure und ihre Anionen bilden ein Bicarbonat-Puffersystem, das den pH-Wert des extrazellulären Mediums (Blutplasma) auf 7,4 hält.

Einige Ionen sind an der Aktivierung von Enzymen, der Erzeugung des osmotischen Drucks in der Zelle, an Prozessen der Muskelkontraktion, der Blutgerinnung usw. beteiligt. Eine Reihe von Kationen und Anionen sind für die Synthese wichtiger organischer Substanzen erforderlich.

Zelle: chemische Zusammensetzung, Struktur, Funktionen der Organellen.

Die chemische Zusammensetzung der Zelle. Makro- und Mikroelemente. Die Beziehung der Struktur und Funktionen von anorganischen und organischen Substanzen (Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Lipide, ATP), aus denen die Zelle besteht. Die Rolle von Chemikalien in der Zelle und im menschlichen Körper.

Organismen bestehen aus Zellen. Zellen verschiedener Organismen haben eine ähnliche chemische Zusammensetzung. Tabelle 1 zeigt die wichtigsten chemischen Elemente, die in den Zellen lebender Organismen vorkommen.

Tabelle 1. Der Gehalt an chemischen Elementen in einer Zelle

Die erste Gruppe umfasst Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Sie machen fast 98 % der Gesamtzusammensetzung der Zelle aus.

Die zweite Gruppe umfasst Kalium, Natrium, Calcium, Schwefel, Phosphor, Magnesium, Eisen, Chlor. Ihr Inhalt in der Zelle beträgt Zehntel und Hundertstel Prozent. Die Elemente dieser beiden Gruppen gehören dazu Makronährstoffe(aus dem Griechischen. Makro- groß).

Die restlichen Elemente, die in der Zelle durch Hundertstel und Tausendstel Prozent dargestellt werden, sind in der dritten Gruppe enthalten. Das Spurenelemente(aus dem Griechischen. Mikro- klein).

In der Zelle wurden keine Elemente gefunden, die nur der belebten Natur eigen sind. Alle diese chemischen Elemente sind auch Teil der unbelebten Natur. Dies weist auf die Einheit von belebter und unbelebter Natur hin.

Das Fehlen eines Elements kann zu Krankheit und sogar zum Tod des Körpers führen, da jedes Element eine bestimmte Rolle spielt. Makronährstoffe der ersten Gruppe bilden die Grundlage von Biopolymeren - Proteinen, Kohlenhydraten, Nukleinsäuren und Lipiden, ohne die kein Leben möglich ist. Schwefel ist Teil einiger Proteine, Phosphor ist Teil von Nukleinsäuren, Eisen ist Teil von Hämoglobin und Magnesium ist Teil von Chlorophyll. Kalzium spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel.

Ein Teil der in der Zelle enthaltenen chemischen Elemente ist Teil anorganischer Substanzen - Mineralsalze und Wasser.

Mineralsalze liegen in der Regel in Form von Kationen (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) und Anionen (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, Cl -, HCO 3) in der Zelle vor ), deren Verhältnis den Säuregehalt des Mediums bestimmt, der für das Leben der Zellen wichtig ist.

(In vielen Zellen ist das Medium leicht alkalisch und sein pH-Wert ändert sich kaum, da darin ständig ein bestimmtes Verhältnis von Kationen und Anionen aufrechterhalten wird.)

Von den anorganischen Stoffen in Wildtieren wird eine große Rolle gespielt Wasser.

Ohne Wasser ist kein Leben möglich. Es macht eine bedeutende Masse der meisten Zellen aus. In den Zellen des Gehirns und des menschlichen Embryos ist viel Wasser enthalten: mehr als 80 % Wasser; in Fettgewebezellen - nur 40% Mit zunehmendem Alter nimmt der Wassergehalt in den Zellen ab. Eine Person, die 20 % Wasser verliert, stirbt.

Die einzigartigen Eigenschaften des Wassers bestimmen seine Rolle im Körper. Es ist an der Thermoregulation beteiligt, die auf die hohe Wärmekapazität von Wasser zurückzuführen ist - der Verbrauch einer großen Menge Energie beim Erhitzen. Was bestimmt die hohe Wärmekapazität von Wasser?

In einem Wassermolekül ist ein Sauerstoffatom kovalent an zwei Wasserstoffatome gebunden. Das Wassermolekül ist polar, weil das Sauerstoffatom teilweise negativ geladen ist und jedes der beiden Wasserstoffatome eine hat

Teilweise positive Ladung. Zwischen dem Sauerstoffatom eines Wassermoleküls und dem Wasserstoffatom eines anderen Moleküls wird eine Wasserstoffbrücke gebildet. Wasserstoffbrückenbindungen sorgen für die Verbindung einer großen Anzahl von Wassermolekülen. Beim Erhitzen von Wasser wird ein erheblicher Teil der Energie für das Aufbrechen von Wasserstoffbrücken aufgewendet, was seine hohe Wärmekapazität bestimmt.

Wasser - gutes Lösungsmittel. Aufgrund der Polarität interagieren seine Moleküle mit positiv und negativ geladenen Ionen und tragen so zur Auflösung der Substanz bei. In Bezug auf Wasser werden alle Substanzen der Zelle in hydrophile und hydrophobe eingeteilt.

hydrophil(aus dem Griechischen. hydro- Wasser und fileo- Liebe) werden wasserlösliche Stoffe genannt. Dazu gehören ionische Verbindungen (z. B. Salze) und einige nichtionische Verbindungen (z. B. Zucker).

hydrophob(aus dem Griechischen. hydro- Wasser und Phobos- Angst) werden wasserunlösliche Stoffe genannt. Dazu gehören beispielsweise Lipide.

Wasser spielt eine wichtige Rolle bei den chemischen Reaktionen, die in wässrigen Lösungen in der Zelle ablaufen. Es löst für den Körper unnötige Stoffwechselprodukte und trägt so zu deren Entfernung aus dem Körper bei. Der hohe Wassergehalt in der Zelle gibt es Elastizität. Wasser erleichtert die Bewegung verschiedener Substanzen innerhalb der Zelle oder von Zelle zu Zelle.

Körper der belebten und unbelebten Natur bestehen aus den gleichen chemischen Elementen. Die Zusammensetzung lebender Organismen umfasst anorganische Substanzen - Wasser und Mineralsalze. Die zahlreichen lebenswichtigen Funktionen des Wassers in einer Zelle sind auf die Besonderheiten seiner Moleküle zurückzuführen: ihre Polarität, die Fähigkeit, Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden.

Anorganische Bestandteile der Zelle

Eine andere Art der Klassifizierung von Elementen in einer Zelle:

Makronährstoffe umfassen Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff, Phosphor, Kalium, Schwefel, Chlor, Kalzium, Magnesium, Natrium und Eisen.
Mikroelemente umfassen Mangan, Kupfer, Zink, Jod, Fluor.
Zu den Ultramikroelementen gehören Silber, Gold, Brom und Selen.

ORGANISCHE BESTANDTEILE EINER ZELLE

Struktur von Proteinen

Enzyme.

Die wichtigste Funktion von Proteinen ist die katalytische. Proteinmoleküle, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen in einer Zelle um mehrere Größenordnungen erhöhen, werden als Proteinmoleküle bezeichnet Enzyme. Kein einziger biochemischer Prozess im Körper findet ohne die Beteiligung von Enzymen statt.

Bisher wurden über 2000 Enzyme entdeckt. Ihre Effizienz ist um ein Vielfaches höher als die Effizienz von in der Produktion eingesetzten anorganischen Katalysatoren. 1 mg Eisen in der Zusammensetzung des Katalase-Enzyms ersetzt also 10 Tonnen anorganisches Eisen. Katalase erhöht die Zersetzungsgeschwindigkeit von Wasserstoffperoxid (H 2 O 2) um das 10 11 -fache. Das Enzym, das die Bildung von Kohlensäure katalysiert (CO 2 + H 2 O \u003d H 2 CO 3), beschleunigt die Reaktion um das 10 7-fache.

Eine wichtige Eigenschaft von Enzymen ist die Spezifität ihrer Wirkung; jedes Enzym katalysiert nur eine oder eine kleine Gruppe ähnlicher Reaktionen.

Die Substanz, auf die ein Enzym einwirkt, heißt Substrat. Die Strukturen des Enzymmoleküls und des Substrats müssen exakt zueinander passen. Dies erklärt die Spezifität der Wirkung von Enzymen. Wenn ein Substrat mit einem Enzym kombiniert wird, ändert sich die räumliche Struktur des Enzyms.

Der Ablauf der Wechselwirkung zwischen Enzym und Substrat lässt sich schematisch darstellen:

Substrat+Enzym - Enzym-Substrat-Komplex - Enzym+Produkt.

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass sich das Substrat mit dem Enzym verbindet, um einen Enzym-Substrat-Komplex zu bilden. Dabei wird aus dem Substrat ein neuer Stoff – das Produkt. Im Endstadium wird das Enzym aus dem Produkt freigesetzt und interagiert erneut mit dem nächsten Substratmolekül.

Enzyme funktionieren nur bei einer bestimmten Temperatur, Stoffkonzentration, Säuregehalt der Umgebung. Eine Änderung der Bedingungen führt zu einer Änderung der Tertiär- und Quartärstruktur des Proteinmoleküls und folglich zur Unterdrückung der Enzymaktivität. Wie kommt es dazu? Nur ein bestimmter Teil des Enzymmoleküls hat katalytische Aktivität, genannt aktives Zentrum. Das aktive Zentrum enthält 3 bis 12 Aminosäurereste und wird als Ergebnis der Biegung der Polypeptidkette gebildet.

Unter dem Einfluss verschiedener Faktoren verändert sich die Struktur des Enzymmoleküls. In diesem Fall wird die räumliche Konfiguration des aktiven Zentrums gestört und das Enzym verliert seine Aktivität.

Enzyme sind Proteine, die als biologische Katalysatoren wirken. Dank Enzymen erhöht sich die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen in Zellen um mehrere Größenordnungen. Eine wichtige Eigenschaft von Enzymen ist die Spezifität der Wirkung unter bestimmten Bedingungen.

Nukleinsäuren.

Nukleinsäuren wurden in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts entdeckt. Der Schweizer Biochemiker F. Miescher, der aus Zellkernen eine Substanz mit hohem Stickstoff- und Phosphorgehalt isolierte und diese „Nuclein“ (von lat. Kern- Kern).

Nukleinsäuren speichern Erbinformationen über den Aufbau und die Funktionsweise jeder Zelle und aller Lebewesen auf der Erde. Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren – DNA (Desoxyribonukleinsäure) und RNA (Ribonukleinsäure). Nukleinsäuren sind wie Proteine ​​artspezifisch, das heißt, Organismen jeder Art haben ihre eigene Art von DNA. Um die Gründe für die Artspezifität herauszufinden, betrachten Sie die Struktur von Nukleinsäuren.

Nukleinsäuremoleküle sind sehr lange Ketten, die aus vielen hundert und sogar Millionen von Nukleotiden bestehen. Jede Nukleinsäure enthält nur vier Arten von Nukleotiden. Die Funktionen von Nukleinsäuremolekülen hängen von ihrer Struktur, ihren konstituierenden Nukleotiden, ihrer Anzahl in der Kette und der Sequenz der Verbindung im Molekül ab.

Jedes Nukleotid besteht aus drei Komponenten: einer stickstoffhaltigen Base, einem Kohlenhydrat und Phosphorsäure. Jedes DNA-Nukleotid enthält eine von vier Arten stickstoffhaltiger Basen (Adenin – A, Thymin – T, Guanin – G oder Cytosin – C) sowie ein Desoxyribose-Kohlenhydrat und einen Phosphorsäurerest.

Somit unterscheiden sich DNA-Nukleotide nur in der Art der stickstoffhaltigen Base.

Das DNA-Molekül besteht aus einer großen Anzahl von Nukleotiden, die in einer bestimmten Reihenfolge zu einer Kette verbunden sind. Jede Art von DNA-Molekül hat ihre eigene Anzahl und Sequenz von Nukleotiden.

DNA-Moleküle sind sehr lang. Um zum Beispiel die Nukleotidsequenz in DNA-Molekülen einer menschlichen Zelle (46 Chromosomen) aufzuschreiben, würde man ein Buch mit etwa 820.000 Seiten benötigen. Der Wechsel von vier Arten von Nukleotiden kann eine unendliche Anzahl von Varianten von DNA-Molekülen bilden. Diese Merkmale der Struktur von DNA-Molekülen ermöglichen es ihnen, eine große Menge an Informationen über alle Anzeichen von Organismen zu speichern.

1953 erstellten der amerikanische Biologe J. Watson und der englische Physiker F. Crick ein Modell für die Struktur des DNA-Moleküls. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass jedes DNA-Molekül aus zwei Strängen besteht, die miteinander verbunden und spiralförmig verdrillt sind. Es sieht aus wie eine Doppelhelix. In jeder Kette wechseln sich vier Arten von Nukleotiden in einer bestimmten Reihenfolge ab.

Die Nukleotidzusammensetzung der DNA unterscheidet sich in verschiedenen Arten von Bakterien, Pilzen, Pflanzen und Tieren. Aber es ändert sich nicht mit dem Alter, es hängt wenig von Veränderungen in der Umgebung ab. Nukleotide sind gepaart, das heißt, die Anzahl der Adenin-Nukleotide in jedem DNA-Molekül ist gleich der Anzahl der Thymidin-Nukleotide (A-T) und die Anzahl der Cytosin-Nukleotide ist gleich der Anzahl der Guanin-Nukleotide (C-G). Das liegt daran, dass die Verbindung zweier Ketten untereinander in einem DNA-Molekül einer bestimmten Regel gehorcht, nämlich: Adenin der einen Kette ist immer nur durch zwei Wasserstoffbrückenbindungen mit Thymin der anderen Kette verbunden und Guanin durch drei Wasserstoffbrücken Bindungen mit Cytosin, das heißt, die Nukleotidketten eines DNA-Moleküls sind komplementär, ergänzen sich gegenseitig.

Nukleinsäuremoleküle - DNA und RNA bestehen aus Nukleotiden. Die Zusammensetzung von DNA-Nukleotiden umfasst eine stickstoffhaltige Base (A, T, G, C), ein Desoxyribose-Kohlenhydrat und einen Rest eines Phosphorsäuremoleküls. Das DNA-Molekül ist eine Doppelhelix, bestehend aus zwei Strängen, die nach dem Komplementaritätsprinzip durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind. Die Funktion der DNA besteht darin, Erbinformationen zu speichern.

In den Zellen aller Organismen gibt es Moleküle von ATP - Adenosintriphosphorsäure. ATP ist ein universeller Zellstoff, dessen Molekül energiereiche Bindungen aufweist. Das ATP-Molekül ist eine Art Nukleotid, das wie andere Nukleotide aus drei Komponenten besteht: einer stickstoffhaltigen Base - Adenin, einem Kohlenhydrat - Ribose, aber anstelle von einem enthält es drei Reste von Phosphorsäuremolekülen (Abb. 12). Die durch das Symbol in der Abbildung gekennzeichneten Bindungen sind energiereich und werden gerufen makroergisch. Jedes ATP-Molekül enthält zwei makroerge Bindungen.

Wenn eine makroerge Bindung aufgebrochen und ein Molekül Phosphorsäure mit Hilfe von Enzymen abgespalten wird, werden 40 kJ / mol Energie freigesetzt und ATP wird in ADP - Adenosindiphosphorsäure - umgewandelt. Mit der Abspaltung eines weiteren Phosphorsäuremoleküls werden weitere 40 kJ / mol freigesetzt; AMP wird gebildet - Adenosinmonophosphorsäure. Diese Reaktionen sind reversibel, dh AMP kann sich in ADP, ADP - in ATP verwandeln.

ATP-Moleküle werden nicht nur abgebaut, sondern auch synthetisiert, sodass ihr Gehalt in der Zelle relativ konstant ist. Die Bedeutung von ATP im Leben der Zelle ist enorm. Diese Moleküle spielen eine führende Rolle im Energiestoffwechsel, der notwendig ist, um die lebenswichtige Aktivität der Zelle und des gesamten Organismus sicherzustellen.

Ein RNA-Molekül ist in der Regel eine einzelne Kette, die aus vier Arten von Nukleotiden besteht - A, U, G, C. Drei Haupttypen von RNA sind bekannt: mRNA, rRNA, tRNA. Der Gehalt an RNA-Molekülen in der Zelle ist nicht konstant, sie sind an der Proteinbiosynthese beteiligt. ATP ist der universelle Energiestoff der Zelle, in dem energiereiche Bindungen vorhanden sind. ATP spielt eine zentrale Rolle beim Energieaustausch in der Zelle. RNA und ATP kommen sowohl im Zellkern als auch im Zytoplasma der Zelle vor.

Zelle

Aus der Sicht des Konzepts lebender Systeme nach A. Lehninger.

Eine lebende Zelle ist ein isothermes System organischer Moleküle, die zur Selbstregulierung und Selbstreproduktion fähig sind und der Umwelt Energie und Ressourcen entziehen.

In der Zelle findet eine große Anzahl aufeinanderfolgender Reaktionen statt, deren Geschwindigkeit von der Zelle selbst reguliert wird.

Die Zelle hält sich selbst in einem stationären dynamischen Zustand fern vom Gleichgewicht mit der Umgebung.

Zellen arbeiten nach dem Prinzip des minimalen Verbrauchs von Komponenten und Prozessen.

Dass. eine Zelle ist ein elementares lebendes offenes System, das zu unabhängiger Existenz, Fortpflanzung und Entwicklung fähig ist. Es ist eine elementare bauliche und funktionelle Einheit aller lebenden Organismen.

Die chemische Zusammensetzung der Zellen.

Von den 110 Elementen des Periodensystems von Mendeleev wurden 86 als dauerhaft im menschlichen Körper nachgewiesen. 25 davon sind für das normale Leben notwendig, 18 davon absolut notwendig und 7 nützlich. Entsprechend dem Prozentsatz in der Zelle werden chemische Elemente in drei Gruppen eingeteilt:

Makronährstoffe Die Hauptelemente (Organogene) sind Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff. Ihre Konzentration: 98 - 99,9 %. Sie sind universelle Bestandteile der organischen Verbindungen der Zelle.

Spurenelemente - Natrium, Magnesium, Phosphor, Schwefel, Chlor, Kalium, Calcium, Eisen. Ihre Konzentration beträgt 0,1 %.

Ultramikroelemente - Bor, Silizium, Vanadium, Mangan, Kobalt, Kupfer, Zink, Molybdän, Selen, Jod, Brom, Fluor. Sie beeinflussen den Stoffwechsel. Ihre Abwesenheit ist die Ursache von Krankheiten (Zink - Diabetes mellitus, Jod - endemischer Kropf, Eisen - perniziöse Anämie usw.).

Die moderne Medizin kennt die Fakten der negativen Wechselwirkung von Vitaminen und Mineralstoffen:

Zink reduziert die Aufnahme von Kupfer und konkurriert mit Eisen und Kalzium um die Aufnahme; (und Zinkmangel verursacht eine Schwächung des Immunsystems, eine Reihe von pathologischen Zuständen der endokrinen Drüsen).

Calcium und Eisen reduzieren die Aufnahme von Mangan;

Vitamin E lässt sich nicht gut mit Eisen kombinieren, und Vitamin C lässt sich nicht gut mit B-Vitaminen kombinieren.

Positive Interaktion:

Vitamin E und Selen sowie Calcium und Vitamin K wirken synergistisch;

Vitamin D ist für die Aufnahme von Kalzium unerlässlich;

Kupfer fördert die Aufnahme und erhöht die Effizienz der Eisenverwertung im Körper.

anorganische Bestandteile der Zelle.

Wasser- der wichtigste Bestandteil der Zelle, das universelle Ausbreitungsmedium der lebenden Materie. Aktive Zellen von Landorganismen bestehen zu 60 - 95 % aus Wasser. In ruhenden Zellen und Geweben (Samen, Sporen) beträgt der Wassergehalt 10-20%. Wasser in der Zelle liegt in zwei Formen vor – frei und in Verbindung mit Zellkolloiden. Freies Wasser ist das Lösungs- und Dispersionsmedium des kolloidalen Plasmasystems. Ihre 95%. Gebundenes Wasser (4-5%) des gesamten Zellwassers bildet zerbrechliche Wasserstoff- und Hydroxylbindungen mit Proteinen.

Wassereigenschaften:

Wasser ist ein natürliches Lösungsmittel für Mineralionen und andere Substanzen.

Wasser ist die dispergierte Phase des kolloidalen Protoplasmasystems.

Wasser ist das Medium für die Reaktionen des Zellstoffwechsels, denn. physiologische Prozesse finden in einer ausschließlich aquatischen Umgebung statt. Bietet Reaktionen der Hydrolyse, Hydratation, Schwellung.

Beteiligt sich an vielen enzymatischen Reaktionen der Zelle und wird im Stoffwechselprozess gebildet.

Wasser ist die Quelle von Wasserstoffionen während der Photosynthese in Pflanzen.

Biologische Wertigkeit des Wassers:

Die meisten biochemischen Reaktionen finden nur in wässriger Lösung statt, viele Substanzen treten in gelöster Form in Zellen ein und aus. Dies charakterisiert die Transportfunktion von Wasser.

Wasser sorgt für Hydrolysereaktionen - den Abbau von Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten unter Einwirkung von Wasser.

Durch die hohe Verdunstungswärme wird der Körper gekühlt. Zum Beispiel Schweiß beim Menschen oder Transpiration bei Pflanzen.

Die hohe Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Wasser trägt zur gleichmäßigen Wärmeverteilung in der Zelle bei.

Aufgrund der Adhäsions- (Wasser - Boden) und Kohäsion (Wasser - Wasser) hat Wasser die Eigenschaft der Kapillarität.

Die Inkompressibilität von Wasser bestimmt den Spannungszustand der Zellwände (Turgor), des hydrostatischen Skeletts bei Spulwürmern.

Die chemische Zusammensetzung pflanzlicher und tierischer Zellen ist sehr ähnlich, was auf die Einheit ihrer Herkunft hinweist. Mehr als 80 chemische Elemente wurden in Zellen gefunden.

Die in der Zelle vorhandenen chemischen Elemente werden unterteilt in 3 große Gruppen: Makronährstoffe, Mesoelemente, Mikroelemente.

Makronährstoffe umfassen Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Mesoelemente sind Schwefel, Phosphor, Kalium, Calcium, Eisen. Spurenelemente - Zink, Jod, Kupfer, Mangan und andere.

Biologisch wichtige chemische Elemente der Zelle:

Stickstoff - Strukturbestandteil von Proteinen und NA.

Wasserstoff- ist ein Bestandteil von Wasser und allen biologischen Verbindungen.

Magnesium- aktiviert die Arbeit vieler Enzyme; Strukturbestandteil des Chlorophylls.

Kalzium- der Hauptbestandteil von Knochen und Zähnen.

Eisen- geht in Hämoglobin ein.

Jod- Bestandteil des Schilddrüsenhormons.

Substanzen der Zelle sind in organische unterteilt(Proteine, Nukleinsäuren, Lipide, Kohlenhydrate, ATP) und anorganisch(Wasser und Mineralsalze).

Wasser macht bis zu 80 % der Masse der Zelle aus, spielt wichtige Rolle:

Wasser in der Zelle ist ein Lösungsmittel

· transportiert Nährstoffe;

Mit Wasser werden Schadstoffe aus dem Körper entfernt;

hohe Wärmekapazität von Wasser;

Die Verdunstung von Wasser hilft, Tiere und Pflanzen zu kühlen.

Verleiht der Zelle Elastizität.

Mineralien:

an der Aufrechterhaltung der Homöostase teilnehmen, indem sie den Wasserfluss in die Zelle regulieren;

Kalium und Natrium sorgen für den Stofftransport durch die Membran und sind an der Entstehung und Weiterleitung eines Nervenimpulses beteiligt.

Mineralsalze, hauptsächlich Calciumphosphate und -carbonate, verleihen Knochengewebe Härte.

Löse ein Problem über die Genetik des menschlichen Blutes

Proteine, ihre Rolle im Körper

Protein- in allen Zellen vorkommende organische Substanzen, die aus Monomeren bestehen.

Protein- nichtperiodisches Polymer mit hohem Molekulargewicht.

Monomer ist Aminosäure (20).

Aminosäuren enthalten eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe und einen Rest. Aminosäuren werden miteinander verknüpft, um eine Peptidbindung zu bilden. Proteine ​​sind äußerst vielfältig, zum Beispiel gibt es über 10 Millionen davon im menschlichen Körper.

Die Proteinvielfalt hängt ab von:

1. andere AK-Sequenz

2. nach Größe

3. aus der Zusammensetzung

Proteinstrukturen

Die Primärstruktur eines Proteins - eine Sequenz von Aminosäuren, die durch eine Peptidbindung verbunden sind (lineare Struktur).

Die Sekundärstruktur eines Proteins - spiralförmige Struktur.

Tertiärstruktur eines Proteins- Kügelchen (glomeruläre Struktur).

Quartäre Proteinstruktur- besteht aus mehreren Kügelchen. Charakteristisch für Hämoglobin und Chlorophyll.

Proteineigenschaften

1. Komplementarität: die Fähigkeit eines Proteins, sich in seiner Form an eine andere Substanz anzupassen, wie ein Schlüssel an ein Schloss.

2. Denaturierung: Verletzung der natürlichen Struktur des Proteins (Temperatur, Säuregehalt, Salzgehalt, Zugabe anderer Substanzen usw.). Beispiele für Denaturierung: eine Änderung der Proteineigenschaften beim Kochen von Eiern, der Übergang von Protein von einem flüssigen in einen festen Zustand.

3. Renaturierung - Wiederherstellung der Proteinstruktur, wenn die Primärstruktur nicht gestört wurde.

Proteinfunktionen

1. Gebäude: die Bildung aller Zellmembranen

2. Katalytisch: Proteine ​​sind Katalysatoren; chemische Reaktionen beschleunigen

3. Motor: Aktin und Myosin sind Bestandteile der Muskelfasern.

4. Transport: Transport von Stoffen zu verschiedenen Geweben und Organen des Körpers (Hämoglobin ist ein Protein, das Teil der roten Blutkörperchen ist)

5. Schutz: Antikörper, Fibrinogen, Thrombin - Proteine, die an der Entwicklung von Immunität und Blutgerinnung beteiligt sind;

6. Energie: Teilnahme an Plastikaustauschreaktionen zum Aufbau neuer Proteine.

7. Regulatorisch: Die Rolle des Hormons Insulin bei der Regulation des Blutzuckers.

8. Speicherung: Anreicherung von Proteinen im Körper als Reservenährstoffe, zB in Eiern, Milch, Pflanzensamen.