98 جرم هر سلول از عناصر تشکیل شده است. عناصر شیمیایی چربی ها و چربی ها

همه سیستم های زنده حاوی عناصر شیمیایی و ترکیبات شیمیایی ساخته شده از آنها اعم از آلی و معدنی به نسبت های مختلف هستند.

بر اساس محتوای کمی که در سلول دارند، همه عناصر شیمیایی به 3 گروه ماکرو، میکرو و فوق میکروالمان ها تقسیم می شوند.

عناصر ماکرو تا 99 درصد از جرم سلول را تشکیل می دهند که تا 98 درصد آن 4 عنصر است: اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن و کربن. در مقادیر کمتر، سلول ها حاوی پتاسیم، سدیم، منیزیم، کلسیم، گوگرد، فسفر و آهن هستند.

ریز عناصر عمدتاً یون های فلزی (کبالت، مس، روی و غیره) و هالوژن ها (ید، برم و غیره) هستند. آنها در مقادیر از 0.001٪ تا 0.000001٪ موجود هستند.

الترا میکروالمان ها غلظت آنها زیر 0.000001٪ است. اینها شامل طلا، جیوه، سلنیوم و غیره است.

ترکیب شیمیایی ماده ای است که در آن اتم های یک یا چند عنصر شیمیایی از طریق آن به یکدیگر متصل می شوند پیوندهای شیمیایی. ترکیبات شیمیایی غیر آلی و آلی هستند. غیر آلی شامل آب و نمک های معدنی. ترکیبات آلی ترکیبات کربن با عناصر دیگر هستند.

ترکیبات آلی اصلی سلول پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها و اسیدهای نوکلئیک هستند.

عناصر شیمیایی و مواد معدنی سلول

تفاوت بین طبیعت زنده و بی جان به وضوح در ترکیب شیمیایی آنها آشکار می شود. بنابراین، پوسته زمین 90٪ از اکسیژن، سیلیکون، آلومینیوم و سدیم (O، Si، Al، Na) و در موجودات زنده حدود 95٪ کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن (C، H، O، N) تشکیل شده است. علاوه بر این، این گروه از عناصر درشت شامل هشت عنصر شیمیایی دیگر است: سدیم - سدیم، کلر - کلر، S - گوگرد، آهن - آهن، منیزیم - منیزیم، فسفر - فسفر، کلسیم - کلسیم، پتاسیم - پتاسیم که محتوای آنها عبارتند از به دهم و صدم درصد محاسبه می شود. ریز عناصری که به همان اندازه برای زندگی ضروری هستند در مقادیر بسیار کمتری یافت می شوند: مس - مس، منگنز - منگنز، روی - روی، مو - مولیبدن، کو - کبالت، F - فلوئور، J - ید و غیره.

فقط 27 عنصر (از 105 عنصری که امروزه شناخته شده است) اجرا می کنند توابع خاصدر موجودات و همانطور که قبلاً اشاره کردیم ، فقط چهار - C ، H ، O ، N - به عنوان پایه موجودات زنده عمل می کنند. از آنها است که مواد آلی (پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها، چربی ها و غیره) عمدتاً تشکیل می شوند.

اولین جایگاه در بین عناصر ماکرو متعلق به کربن است. با توانایی تشکیل تقریباً همه انواع پیوندهای شیمیایی مشخص می شود. کربن در به میزان بیشترینسبت به سایر عناصر، قادر به تشکیل مولکول های بزرگ است. اتم های آن می توانند به یکدیگر متصل شوند و حلقه ها و زنجیره ها را تشکیل دهند. در نتیجه وجود دارد مولکول های پیچیدهدر اندازه بزرگ، با تنوع بسیار زیاد مشخص می شود (بیش از 10 میلیون تا به امروز شرح داده شده است) مواد آلی). علاوه بر این، اتم های کربن در همان ترکیب شیمیاییهر دو خاصیت اکسید کننده و کاهنده را نشان می دهند.

کربن اساس همه است ترکیبات آلی. محتوای بالای اکسیژن و هیدروژن با وجود خواص اکسید کننده و کاهش دهنده مشخص همراه است. به لطف تنها سه عنصر - C، H، O - انواع مختلفی از کربوهیدرات ها (قندها) وجود دارد که فرمول تعمیم یافته آن شبیه CnH2nOn است (که در آن n تعداد اتم ها است). به این سه عنصر در ترکیب پروتئین ها، اتم های N و S اضافه می شوند و در ترکیب اسیدهای نوکلئیک- N و P.

سایر عناصر ذکر شده در بالا نیز نقش مهمی در موجودات زنده دارند. بنابراین، اتم های منیزیم بخشی از کلروفیل و اتم های آهن بخشی از هموگلوبین هستند. ید در مولکول تیروکسین (هورمون تیروئید) و روی در مولکول انسولین (هورمون پانکراس) وجود دارد. وجود یون های Na و K برای تیک عصبی، برای انتقال از طریق غشای سلولی. نمک های P و Ca به مقدار زیاد در استخوان ها و پوسته های نرم تنان یافت می شوند که این باعث می شود استحکام بالااین تشکل ها

لازم به ذکر است که بزرگترین قسمت(تا 85%) ترکیب شیمیاییموجودات زنده آب است از آنجایی که این یک حلال جهانی برای بسیاری از مواد معدنی و آلی است، به نظر می رسد که یک محیط ایده آل برای انجام انواع مختلف است. واکنش های شیمیایی. آب در انواع مختلف نقش دارد واکنش های بیوشیمیایی(به عنوان مثال، در طول فتوسنتز). نمک های اضافی و مواد زائد را از بدن دفع می کند. ظرفیت گرمایی بالا و هدایت حرارتی نسبتاً بالا ذاتی آب برای تنظیم حرارت موجودات ضروری است (مثلاً هنگامی که عرق تبخیر می شود، پوست سرد می شود).

این سلول حاوی حدود 70 عنصر شیمیایی جدول تناوبی D.I. مندلیف. بسته به مقدار عناصر شیمیایی موجود در مواد تشکیل دهنده یک موجود زنده، مرسوم است که چندین گروه را تشخیص دهیم.

یک گروه (حدود 98 درصد از جرم سلول) توسط چهار عنصر سبک تشکیل شده است: هیدروژن، اکسیژن، کربن، نیتروژن. آنها درشت مغذی نامیده می شوند. اینها اجزای اصلی همه ترکیبات آلی هستند.

گروه دیگر شامل عناصری است که در مقادیر کمتری وارد سلول می شوند. از این میان، گوگرد و فسفر، همراه با عناصر درشت، بخشی از ترکیبات آلی حیاتی هستند - اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها، هورمون ها، پتاسیم، سدیم، منیزیم، منگنز، آهن، کلر نیز وظایف مهمی را در سلول انجام می دهند. عناصر موجود در سلول در مقادیر بسیار کم را ریز عناصر می نامند.

محتوای عناصر خاص به نقش عملکردی آنها در سلول و ارگانیسم، نوع سلول ها و همچنین به ویژگی های بیوشیمیایی گروه های مختلفارگانیسم ها در متابولیسمی که این عناصر در آن شرکت دارند. توانایی موجودات زنده در تنظیم ترکیب یونی خود نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. بنابراین، سلول های گیاهی حاوی پتاسیم بیشتری نسبت به سلول های حیوانی هستند. سدیم در محیط خارج سلولی حیوانات غالب است.

قطبیت مولکول ها و توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی آب را به حلال خوبی برای مقدار زیادیمواد معدنی و آلی. چنین موادی آبدوست نامیده می شوند. علاوه بر این، آب هم هجوم مواد به داخل سلول و هم حذف مواد زائد از آن را تضمین می کند.

آب دارای رسانایی گرمایی خوب و ظرفیت گرمایی بالایی است که باعث می شود دمای داخل سلول در هنگام تغییر دما بدون تغییر باقی بماند. محیط.

بیشتر مواد معدنی موجود در سلول به شکل نمک هستند که به یون یا در حالت جامد تجزیه می شوند. در میان اولین ها پراهمیتدارای کاتیون های K، Na، Ca، که تحریک پذیری موجودات زنده را فراهم می کند. غلظت نمک ها در داخل سلول بستگی دارد خواص بافرسلول ها. بافر توانایی یک سلول برای حفظ واکنش کمی قلیایی محتویات آن در یک سطح ثابت تحت شرایط محیطی متغیر است.

ترکیبات آلی به طور متوسط ​​20 تا 30 درصد از توده سلولی را تشکیل می دهند. اینها شامل پلیمرهای بیولوژیکی است: پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها، و همچنین لیپیدها و تعدادی مولکول کوچک - هورمون ها، رنگدانه ها، ATP و غیره.

سنجاب هاپروتئین ها هم از نظر کمیت و هم از نظر اهمیت جایگاه اول را در بین مواد آلی دارند.

پروتئین ها از 20 نوع اسید آمینه مختلف ساخته شده اند. فرمول کلی آنها

H 2 N─HC─COOH،

جایی که R یک رادیکال است از ساختارهای مختلف. در سمت چپ مولکول یک گروه آمین H 2 N وجود دارد که دارای خواص یک پایه است. در سمت راست گروه کربوکسیل COOH است - اسیدی، مشخصه همه اسیدهای آلی. بنابراین، اسیدهای آمینه هستند ترکیبات آمفوتریکترکیبی از خواص اسیدها و بازها. مولکول های آمینو اسید وقتی با هم ترکیب می شوند، پیوندهایی بین کربن اسیدی و نیتروژن گروه های اصلی ایجاد می کنند. به چنین پیوندهایی کووالانسی می گویند در این مورد- پیوندهای پپتیدی:

R 2 O H R 2 R 1 O H R 2

│ // \ │ │ ││ │ │

H 2 N─HC─C + N─HC─COOH → H 2 N─HC─C─N─HC─COOH + H 2 O

ترکیبی که از 20 یا بیشتر باقی مانده اسید آمینه تشکیل شده باشد، پلی پپتید نامیده می شود. توالی اسیدهای آمینه در یک زنجیره پلی پپتیدی معمولاً ساختار اولیه پروتئین نامیده می شود.

با این حال، یک مولکول پروتئین به شکل زنجیره ای از اسیدهای آمینه که به طور متوالی توسط پیوندهای پپتیدی به هم متصل شده اند، هنوز قادر به انجام کار نیست. توابع خاص. این امر مستلزم یک سازمان ساختاری بالاتر است. از طریق تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین بقایای گروه های کربوکسیل و آمین اسیدهای آمینه مختلفمولکول پروتئین به شکل مارپیچ در می آید. این ساختار ثانویه یک پروتئین است. اما در بیشتر موارد، تنها یک مولکول با ساختار سوم می تواند عمل کند نقش بیولوژیکی. ساختار سومبه دلیل تعامل رادیکال ها، به ویژه رادیکال های اسید آمینه سیستئین، که حاوی گوگرد هستند، تشکیل می شود. اتم های گوگرد دو اسید آمینه که در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند به هم متصل می شوند و به اصطلاح پیوندهای دی سولفیدی یا S - S را تشکیل می دهند. آرایش مارپیچ های پلی پپتیدی به شکل گلبول ها (توپ ها) ساختار سوم پروتئین نامیده می شود (شکل 1).

برخی از عملکردهای بدن با مشارکت پروتئین هایی با سطح سازماندهی حتی بالاتر - ساختار چهارتایی انجام می شود. به عنوان مثال، هموگلوبین، انسولین.

از دست دادن یک مولکول پروتئین سازمان ساختاریبه نام denaturation (از لاتین denaturare - محروم کردن از خواص طبیعی).

Renaturation خاصیت پروتئین ها برای بازیابی کامل ساختار از دست رفته است در صورتی که تغییر در محیط منجر به تخریب ساختار اولیه نشود.

یکی از مهمترین وظایف پروتئین ها در یک سلول است ساخت و ساز: سنجاب ها در آموزش همه شرکت می کنند غشای سلولیدر اندامک های سلولی و همچنین ساختارهای خارج سلولی.

به طور انحصاری مهماین دارد تابع کاتالیزوریپروتئین ها همه کاتالیزورهای بیولوژیکی آنزیم هستند - مواد پروتئینی. آنها واکنش های شیمیایی رخ داده در سلول را ده ها و صدها هزار بار تسریع می کنند. آنزیم تنها یک واکنش را کاتالیز می کند، یعنی. بسیار خاص است.

عملکرد موتوربدن توسط پروتئین های انقباضی تامین می شود. این پروتئین ها در تمام انواع حرکتی که سلول ها و موجودات قادر به انجام آن هستند نقش دارند: سوسو زدن مژک ها و ضربان تاژک ها در تک یاخته ها، انقباض ماهیچه ها در حیوانات.

عملکرد حمل و نقل پروتئین ها شامل اتصال عناصر شیمیایی (به عنوان مثال، اکسیژن) یا مواد فعال بیولوژیکی (هورمون ها) و انتقال آنها به بافت ها و اندام های مختلف بدن است.

هنگامی که پروتئین ها یا میکروارگانیسم های خارجی وارد بدن می شوند، پروتئین های خاصی - آنتی بادی ها - در گلبول های سفید - لکوسیت ها تشکیل می شوند. آنها مواد غیرمعمول برای بدن را متصل و خنثی می کنند. این بیان می کند عملکرد حفاظتیپروتئین ها

پروتئین ها همچنین به عنوان یکی از منابع انرژی در سلول عمل می کنند، یعنی. انجام دادن عملکرد انرژی . هنگامی که 1 گرم پروتئین به طور کامل تجزیه می شود، 17.6 کیلوژول انرژی آزاد می شود.

کربوهیدرات هاکربوهیدرات ها یا ساکاریدها مواد آلی با فرمول کلی Cn (H 2 O) m هستند.

کربوهیدرات ها به ساده و پیچیده تقسیم می شوند. کربوهیدرات های سادهمونوساکاریدها هستند. بسته به تعداد اتم های کربن در مولکول، مونوساکاریدها تریوز، تتروز، پنتوز (ریبوز و دئوکسی ریبوز)، هگزوز (گلوکز، گالاکتوز) نامیده می شوند.

کربوهیدرات های پیچیده ای که از بسیاری از مونوساکاریدها تشکیل می شوند، پلی ساکارید نامیده می شوند.

کربوهیدرات ها دو وظیفه اصلی را انجام می دهند: ساخت و ساز(کیتین) و انرژی(نشاسته در گیاهان و گلیکوژن در حیوانات ذخیره انرژی است). کربوهیدرات ها منبع اصلی انرژی در سلول هستند. در طی اکسیداسیون 1 گرم کربوهیدرات، 17.6 کیلوژول انرژی آزاد می شود.

لیپیدهالیپیدها یا چربی ها ترکیبی از وزن مولکولی بالا هستند اسیدهای چربو گلیسرول الکل تری هیدریک. چربی ها در آب حل نمی شوند - آنها آبگریز هستند. سلول ها همیشه حاوی سایر مواد چربی مانند - لیپوئیدها هستند.

یکی از وظایف اصلی چربی ها این است انرژی. در طی تجزیه 1 گرم چربی، 38.9 کیلوژول انرژی آزاد می شود. محتوای چربی در سلول 5-15 درصد جرم ماده خشک است.

لیپیدها و لیپوئیدها انجام و عملکرد ساخت و ساز: بخشی از غشای سلولی هستند. به دلیل هدایت حرارتی ضعیف، چربی قادر به انجام عملکرد است عایق حرارتی. تشکیل برخی از لیپوئیدها قبل از سنتز تعدادی هورمون است. در نتیجه، این مواد نیز عملکرد دارند تنظیم فرآیندهای متابولیک.

اسیدهای نوکلئیک.نوکلئیک (از لات. هسته- هسته) اسیدها - ترکیبات آلی پیچیده. آنها از کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و فسفر تشکیل شده اند.

دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد - DNA و RNA. آنها را می توان هم در هسته و هم در سیتوپلاسم و اندامک های آن یافت.

DNA اسید دئوکسی ریبونوکلئیک است. این یک پلیمر بیولوژیکی است که از دو زنجیره پلی نوکلئوتیدی متصل به یکدیگر تشکیل شده است. مونومرها - نوکلئوتیدهایی که هر یک از زنجیره های DNA را تشکیل می دهند - ترکیبات آلی پیچیده ای هستند. DNA از چهار باز نیتروژن تشکیل شده است: مشتقات پورین ها- آدنین (A) و گوانین (G) و مشتقات پیریمیدین ها -سیتوزین (C) و تیمین (T)، قند پنتوز پنج اتمی - دئوکسی ریبوز،و همچنین بقیه اسید فسفریک(شکل 2).

در هر زنجیره، نوکلئوتیدها توسط پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل می شوند: دئوکسی ریبوز یک نوکلئوتید به باقی مانده اسید فسفریک نوکلئوتید بعدی متصل می شود. دو زنجیره با هم ترکیب می شوند و یک مولکول واحد را تشکیل می دهند پیوند های هیدروژنیبین بازهای نیتروژنی که بخشی از نوکلئوتیدها هستند که زنجیره های مختلفی را تشکیل می دهند، ایجاد می شود. پیکربندی فضایی پایه های نیتروژنی متفاوت است و تعداد این پیوندها بین پایه های نیتروژنی مختلف یکسان نیست. در نتیجه، آنها فقط می توانند به صورت جفت به هم متصل شوند: آدنین پایه نیتروژنی (A) یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی همیشه توسط دو پیوند هیدروژنی با تیمین (T) زنجیره دیگر و گوانین (G) با سه پیوند هیدروژنی به هم متصل است. با سیتوزین پایه نیتروژن دار (C) زنجیره های پلی نوکلئوتیدی مخالف. این توانایی برای ترکیب انتخابی نوکلئوتیدها، و در نتیجه تشکیل جفت A-Tو G-C، نامیده می شود مکمل بودن(شکل 15). اگر توالی بازها در یک زنجیره مشخص باشد (مثلاً T-C-A-T-G)، به لطف اصل مکمل بودن (مکملیت)، دنباله مخالف پایه ها (A-G-T-A-C) نیز مشخص می شود.

شکل 2 بخش یک مولکول DNA. اتصال مکمل نوکلئوتیدهای زنجیره های مختلف.

زنجیره های نوکلئوتیدی مارپیچ های حجیم راست دست را با 10 پایه در هر نوبت تشکیل می دهند. توالی اتصال نوکلئوتیدها در یک زنجیره برخلاف زنجیره دیگر است، یعنی. رشته هایی که یک مولکول DNA را تشکیل می دهند چند جهتی هستند , یا ضد موازی : دنباله پیوندهای بین نوکلئوتیدی در دو زنجیره به داخل هدایت می شود طرف مقابل: 5" -3" و 3" -5" گروه های قند فسفات نوکلئوتیدها در خارج و بازهای نیتروژنی در داخل قرار دارند. زنجیر پیچ خورده نسبت به یکدیگر و همچنین حول یک محور مشترک، یک مارپیچ دوتایی را تشکیل می دهد. این ساختار مولکول عمدتاً توسط پیوندهای هیدروژنی حفظ می شود (شکل 3).

ساختار ثانویه DNA برای اولین بار توسط زیست شناس آمریکایی جی واتسون و فیزیکدان انگلیسیاف. کریک.

شکل 3 نمودار ساختار یک مارپیچ دوگانه DNA: آ- مدل مسطح، اسکلت قند فسفات با یک خط پررنگ نشان داده شده است. ب -مدل حجمی

وقتی DNA با پروتئین های خاص(هیستون ها)، درجه مارپیچ شدن مولکول افزایش می یابد - یک ابرمارپیچ DNA ظاهر می شود که ضخامت آن به طور قابل توجهی افزایش می یابد و طول آن کاهش می یابد (شکل 4). واحد تراکم یک مولکول DNA، نوکلئوزوم است. , که اساس آن 8 مولکول هیستون، 2 مولکول از هر نوع (H2A، H2B، NZ و H4) است. سطوح این مولکول های پروتئین تحمل می کنند بارهای مثبتو چارچوبی را تشکیل می دهند که یک مولکول DNA با بار منفی می تواند دور آن بپیچد. هر نوکلئوزوم شامل 146 تا 200 جفت باز است. نوع پنجم هیستون - H1 - به بخش هایی از DNA متصل می شود که یک نوکلئوزوم را به دیگری متصل می کند . هسته

سوماها در امتداد DNA در فاصله مشخصی قرار دارند که بسته به نوع سلول متفاوت است - از 20 تا 50 نانومتر. این یک ساختار مهره مانند ایجاد می کند که در آن هر مهره یک نوکلئوزوم است.

برنج. 4 طرح تشکیل ابرمارپیچ DNA.

DNA خطی

نوکلئوزوم ها و DNA پیوند دهنده به نوبه خود در فیبریل ها بسته بندی می شوند که حلقه هایی را در کروموزوم تشکیل می دهند. بیشتر سطوح بالامارپیچ سازی می تواند به طور قابل توجهی طول مولکول DNA را کاهش دهد. همین را بگویم کافی است طول کلطول مولکول های DNA که کروموزوم های انسان را می سازند 1.74 متر است و در سلول هایی با قطر 5-7 میکرون قرار دارند. چنین مولکولی را که به دقت با پروتئین ها "پرده" شده است، می توان در یک میکروسکوپ نوری در طول تقسیم سلولی به شکل یک بدن دراز رنگ شده به خوبی مشاهده کرد -x روموزوم ها

RNA- اسید ریبونوکلئیک RNA و همچنین DNA , پلیمری است که مونومرهای آن نوکلئوتیدهای نزدیک به نوکلئوتیدهای DNA هستند. بازهای نیتروژنی سه نوکلئوتید همان بازهای تشکیل دهنده DNA (آدنین، گوانین، سیتوزین) است، پایه چهارم اوراسیل(U) فقط در مولکول RNA (به جای تیمین) وجود دارد. نوکلئوتیدهای RNA از نظر ساختار کربوهیدراتی که دارند با نوکلئوتیدهای DNA متفاوت هستند: آنها شامل پنتوز دیگری هستند - ریبوز(به جای دزو گزی ریبوز). در یک زنجیره، نوکلئوتیدهای RNA به دلیل تشکیل به هم متصل می شوند پیوندهای کووالانسیبین ریبوز یک نوکلئوهیدرید و باقی مانده اسید فسفریک یک نوکلئوهیدرید دیگر.

بر اساس ساختار آنها، RNA دو رشته ای و تک رشته ای متمایز می شوند. RNA دو رشته ای اطلاعات ژنتیکی را در تعدادی از ویروس ها ذخیره می کند. آنها عملکرد کروموزوم ها را انجام می دهند. mRNA های تک رشته ای اطلاعاتی در مورد توالی اسیدهای آمینه در پروتئین ها (یعنی در مورد ساختار پروتئین ها) از کروموزوم ها به محل سنتز آنها حمل می کنند و در سنتز پروتئین نقش دارند.

شکل 5 طرح ساختار tRNA: A، B، C، D - مناطق اتصال مکمل در یک مولکول RNA. D- محل (مرکز فعال) اتصال با اسید آمینه؛ E- محل (مرکز فعال) اتصال مکمل با مولکول و RNA (آنتیکودون)

انواع مختلفی از RNA تک رشته ای وجود دارد. نام آنها با عملکرد یا مکان آنها در سلول تعیین می شود. بیشتر RNA موجود در سیتوپلاسم (تا 80 تا 90%) RNA ریبوزومی (rRNA) است که در ریبوزوم ها وجود دارد. مولکول های rRNA نسبتا کوچک هستند و از 3 تا 5 هزار نوکلئوتید تشکیل شده اند. نوع دیگری از RNA RNA پیام رسان (mRNA) است که حامل اطلاعاتی در مورد توالی اسیدهای آمینه در پروتئین هایی است که باید به ریبوزوم سنتز شوند. اندازه این RNA ها به طول بخش DNA که روی آن سنتز می شوند بستگی دارد. مولکول ها و RNA می توانند از 300 تا 30000 نوکلئوتید تشکیل شوند. RNA های انتقالی (tRNA) شامل 76 تا 85 نوکلئوتید (شکل) هستند و چندین عملکرد را انجام می دهند. آنها اسیدهای آمینه را به محل سنتز پروتئین می رسانند و جهت گیری دقیق آمینو اسید را (بر اساس اصل مکمل بودن) روی ریبوزوم انجام می دهند. tRNA ها دو دارند مرکز فعالیکی از آنها به یک اسید آمینه خاص متصل می شود و دیگری که از سه نوکلئوتید تشکیل شده است برای اتصال مکمل با مولکول mRNA عمل می کند. این منطقه نامیده می شود آنتی کدون

سلول – واحد ابتداییحیات بر روی زمین. تمام خصوصیات یک موجود زنده را دارد: رشد می کند، تولید مثل می کند، مواد و انرژی را با محیط مبادله می کند، به آن واکنش نشان می دهد. محرک های خارجی. شروع کنید تکامل بیولوژیکیبا ظهور اشکال حیات سلولی در زمین مرتبط است. موجودات تک سلولیآنها سلول هایی هستند که جدا از یکدیگر وجود دارند. بدن همه موجودات چند سلولی - جانوران و گیاهان - از تعداد بیشتر یا کمتر سلول ها ساخته شده است که نوعی بلوک هستند. ارگانیسم پیچیده. صرف نظر از اینکه سلول یکپارچه است یا خیر سیستم زندگی- یک ارگانیسم جداگانه یا تنها بخشی از آن را تشکیل می دهد، دارای مجموعه ای از ویژگی ها و خواص مشترک برای همه سلول ها است.

ترکیب شیمیایی سلول

حدود 60 عنصر جدول تناوبی مندلیف که در طبیعت بی جان نیز یافت می شود، در سلول ها یافت شد. این یکی از ادله اشتراک زندگی و طبیعت بی جان. در موجودات زنده، فراوان ترین آنها هیدروژن، اکسیژن، کربن و نیتروژن است که حدود 98 درصد از جرم سلول ها را تشکیل می دهند. این به دلیل ویژگی ها است خواص شیمیاییهیدروژن، اکسیژن، کربن و نیتروژن، در نتیجه مشخص شد که برای تشکیل مولکول هایی که انجام می دهند مناسب ترین هستند. عملکردهای بیولوژیکی. این چهار عنصر قادر به تشکیل پیوندهای کووالانسی بسیار قوی با جفت شدن الکترون های متعلق به دو اتم هستند. کووالانسی اتم های پیوند خوردهکربن می تواند چارچوب مولکول های آلی بی شماری را تشکیل دهد. از آنجایی که اتم های کربن به راحتی با اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و همچنین با گوگرد پیوند کووالانسی تشکیل می دهند. مولکول های آلیدستیابی به پیچیدگی استثنایی و تنوع ساختار.

به جز چهار عناصر اصلیسلول حاوی مقادیر قابل توجهی (کسری 10 و 100 درصد) آهن، پتاسیم، سدیم، کلسیم، منیزیم، کلر، فسفر و گوگرد است. تمام عناصر دیگر (روی، مس، ید، فلوئور، کبالت، منگنز و غیره) در مقادیر بسیار کم در سلول یافت می شوند و به همین دلیل به آنها ریزعناصر می گویند.

عناصر شیمیایی بخشی از ترکیبات معدنی و آلی هستند. به ترکیبات معدنیشامل آب، نمک های معدنی، دی اکسید کربن، اسیدها و بازها می شود. ترکیبات آلی پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها، چربی ها (لیپیدها) و لیپوئیدها هستند. علاوه بر اکسیژن، هیدروژن، کربن و نیتروژن، ممکن است عناصر دیگری نیز داشته باشند. برخی از پروتئین ها حاوی گوگرد هستند. بخشی جدایی ناپذیراسید نوکلئیک فسفر است. مولکول هموگلوبین شامل آهن است، منیزیم در ساخت مولکول کلروفیل نقش دارد. ریز عناصر، با وجود محتوای بسیار کم آنها در موجودات زنده، بازی می کنند نقش مهمدر فرآیندهای زندگی ید بخشی از هورمون تیروئید است - تیروکسین، کبالت بخشی از ویتامین B 12 است، هورمون قسمت جزایر پانکراس - انسولین - حاوی روی است. در برخی از ماهی ها، مس جای آهن را در مولکول های رنگدانه حامل اکسیژن می گیرد.

مواد معدنی

اب

H 2 O رایج ترین ترکیب موجود در موجودات زنده است. محتوای آن در سلول های مختلفبسیار متفاوت است: از 10٪ در مینای دندان تا 98٪ در بدن یک عروس دریایی، اما به طور متوسط ​​حدود 80٪ وزن بدن را تشکیل می دهد. نقش بسیار مهم آب در حمایت از فرآیندهای حیاتی به دلیل خواص فیزیکوشیمیایی آن است. قطبیت مولکول ها و توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی آب را به حلال خوبی برای تعداد زیادی از مواد تبدیل می کند. بیشتر واکنش‌های شیمیایی که در یک سلول اتفاق می‌افتند، فقط می‌توانند در آن رخ دهند محلول آبی. آب نیز در بسیاری از دگرگونی های شیمیایی نقش دارد.

تعداد کل پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب بسته به t متفاوت است °. در تی ° هنگامی که یخ ذوب می شود، تقریباً 15٪ از پیوندهای هیدروژنی در دمای 40 درجه سانتیگراد - نیمی از بین می رود. هنگام رفتن به حالت گازیتمام پیوندهای هیدروژنی شکسته شده است. این ظرفیت گرمایی ویژه آب را توضیح می دهد. هنگام تغییر درجه محیط خارجیآب به دلیل شکستن یا تشکیل جدید پیوندهای هیدروژنی گرما را جذب یا آزاد می کند. به این ترتیب، نوسانات دما در داخل سلول کمتر از محیط می شود. گرمای زیاد تبخیر اساس است مکانیسم موثرانتقال حرارت در گیاهان و جانوران

آب به عنوان یک حلال در پدیده اسمز شرکت می کند که نقش مهمی در حیات سلول های بدن دارد. اسمز عبارت است از نفوذ مولکول های حلال از طریق یک غشای نیمه تراوا به محلول یک ماده. غشاهای نیمه تراوا غشاهایی هستند که به مولکول های حلال اجازه عبور می دهند، اما به مولکول های املاح (یا یون ها) اجازه عبور نمی دهند. بنابراین اسمز انتشار یک طرفه مولکول های آب در جهت محلول است.

نمک های معدنی

بسیاری از غیر آلی درون سلولیبه شکل نمک در حالت تفکیک یا جامد است. غلظت کاتیون ها و آنیون ها در سلول و محیط آن یکسان نیست. سلول حاوی مقدار زیادی پتاسیم و مقدار زیادی سدیم است. در محیط خارج سلولی، به عنوان مثال در پلاسمای خون، در آب دریابرعکس، سدیم زیاد و پتاسیم کم است. تحریک پذیری سلول به نسبت غلظت یون های Na + ، K + ، Ca 2 + ، Mg 2 + بستگی دارد. در بافت جانوران چند سلولی، K بخشی از ماده چند سلولی است که انسجام سلول ها و آرایش منظم آنها را تضمین می کند. غلظت نمک ها تا حد زیادی به این بستگی دارد فشار اسمزیدر سلول و خواص بافری آن بافر توانایی یک سلول برای حفظ واکنش کمی قلیایی محتویات آن در یک سطح ثابت است. بافر در داخل سلول عمدتاً توسط یون های H 2 PO 4 و HPO 4 2- تأمین می شود. در مایعات خارج سلولی و در خون، نقش بافر توسط H 2 CO 3 و HCO 3 - ایفا می شود. آنیون ها یون های H و یون های هیدروکسید (OH -) را به هم متصل می کنند، به همین دلیل واکنش داخل سلول مایعات خارج سلولی تقریباً بدون تغییر باقی می ماند. نمک های معدنی نامحلول (به عنوان مثال، فسفات کلسیم) استحکام را ایجاد می کنند بافت استخوانیمهره داران و پوسته نرم تنان

ماده سلولی آلی

سنجاب ها

در بین مواد آلی سلول، پروتئین ها هم از نظر کمیت در رتبه اول قرار دارند (10 تا 12 درصد جرم کلسلول ها) و بر اساس مقدار. پروتئین ها پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا هستند (با وزن مولکولیاز 6000 تا 1 میلیون و بالاتر) که مونومرهای آن اسیدهای آمینه هستند. موجودات زنده از 20 اسید آمینه استفاده می کنند، اگرچه تعداد بیشتری از آنها وجود دارد. ترکیب هر اسید آمینه شامل یک گروه آمینه (-NH 2) که دارای خواص اساسی است و یک گروه کربوکسیل (-COOH) است که دارای خواص اسیدی. دو اسید آمینه با ایجاد پیوند HN-CO در یک مولکول ترکیب شده و یک مولکول آب آزاد می شود. پیوند بین گروه آمینه یک اسید آمینه و گروه کربوکسیل دیگری را پیوند پپتیدی می نامند. پروتئین ها پلی پپتیدهایی هستند که حاوی ده ها و صدها اسید آمینه هستند. مولکول ها پروتئین های مختلفاز نظر وزن مولکولی، تعداد، ترکیب اسیدهای آمینه و توالی محل آنها در زنجیره پلی پپتیدی با یکدیگر تفاوت دارند. بنابراین واضح است که پروتئین ها بسیار متنوع هستند.

زنجیره ای از واحدهای اسید آمینه که به صورت کووالانسی توسط پیوندهای پپتیدی در یک توالی خاص به هم متصل شده اند، ساختار اولیه پروتئین نامیده می شود. در سلول‌ها، پروتئین‌ها مانند الیاف یا توپ‌های پیچ خورده مارپیچی به نظر می‌رسند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در پروتئین طبیعیبسته به اینکه زنجیره پلی پپتیدی به روشی کاملاً تعریف شده قرار می گیرد ساختار شیمیاییآمینو اسیدهای تشکیل دهنده آن

ابتدا زنجیره پلی پپتیدی به شکل مارپیچی تا می شود. جاذبه بین اتم های پیچ های همسایه رخ می دهد و پیوندهای هیدروژنی به ویژه بین NH- و تشکیل می شود. گروه های CO، در پیچ های مجاور قرار دارد. زنجیره ای از اسیدهای آمینه که به شکل مارپیچ پیچ خورده است تشکیل می شود ساختار ثانویهسنجاب در نتیجه تا شدن بیشتر مارپیچ، یک پیکربندی خاص برای هر پروتئین ایجاد می شود که ساختار سوم نامیده می شود. ساختار سوم به دلیل عمل نیروهای منسجم بین رادیکال های آبگریز موجود در برخی از اسیدهای آمینه و پیوندهای کووالانسی بین گروه های SH اسید آمینه سیستئین (پیوندهای S-S) است. تعداد اسیدهای آمینه با رادیکال های آبگریز و سیستئین و همچنین ترتیب آرایش آنها در زنجیره پلی پپتیدی برای هر پروتئین خاص است. در نتیجه، ویژگی های ساختار سوم یک پروتئین توسط ساختار اولیه آن تعیین می شود. پروتئین فعالیت بیولوژیکی را فقط به شکل ساختار سوم از خود نشان می دهد. بنابراین، جایگزینی حتی یک اسید آمینه در یک زنجیره پلی پپتیدی می تواند منجر به تغییر در پیکربندی پروتئین و کاهش یا از دست دادن فعالیت بیولوژیکی آن شود.

در بعضی موارد مولکول های پروتئینبا یکدیگر ترکیب می شوند و می توانند عملکرد خود را فقط به صورت مجتمع انجام دهند. بنابراین، هموگلوبین مجموعه ای از چهار مولکول است و تنها در این شکل است که قادر به اتصال و انتقال اکسیژن است. بر اساس ترکیب آنها، پروتئین ها به دو کلاس اصلی تقسیم می شوند - ساده و پیچیده. پروتئین های ساده فقط از اسیدهای آمینه، اسیدهای نوکلئیک (نوکلئوتیدها)، لیپیدها (لیپوپروتئین ها)، Me (متالوپروتئین ها)، P (فسفوپروتئین ها) تشکیل شده اند.

عملکرد پروتئین ها در یک سلول بسیار متنوع است. یکی از مهمترین آنها عملکرد ساختمانی است: پروتئین ها در تشکیل تمام غشای سلولی و اندامک های سلولی و همچنین ساختارهای درون سلولی نقش دارند. نقش آنزیمی (کاتالیزوری) پروتئین ها بسیار مهم است. آنزیم ها واکنش های شیمیایی رخ داده در سلول را 10 و 100 میلیون بار تسریع می کنند. عملکرد حرکتی توسط پروتئین های انقباضی خاص تامین می شود. این پروتئین ها در تمام انواع حرکاتی که سلول ها و موجودات قادر به انجام آنها هستند نقش دارند: سوسو زدن مژک ها و کوبیدن تاژک ها در تک یاخته ها، انقباض ماهیچه ها در حیوانات، حرکت برگ ها در گیاهان و غیره. عملکرد انتقال پروتئین ها این است که عناصر شیمیایی (مثلاً هموگلوبین O را اضافه می کند) یا مواد فعال بیولوژیکی (هورمون ها) را به بافت ها و اندام های بدن منتقل می کند. عملکرد محافظتی به شکل تولید پروتئین های خاصی به نام آنتی بادی در پاسخ به نفوذ پروتئین ها یا سلول های خارجی به بدن بیان می شود. آنتی بادی ها مواد خارجی را متصل و خنثی می کنند. پروتئین ها به عنوان منبع انرژی نقش مهمی دارند. با تقسیم کامل 1 گرم. پروتئین ها 17.6 کیلوژول (~4.2 کیلو کالری) آزاد می شوند.

کربوهیدرات ها

کربوهیدرات ها یا ساکاریدها مواد آلی با فرمول کلی (CH 2 O) n هستند. اکثر کربوهیدرات ها دو برابر تعداد اتم های H دارند تعداد بیشتر O اتم ها، مانند مولکول های آب. به همین دلیل به این مواد کربوهیدرات می گفتند. در یک سلول زنده، کربوهیدرات ها در مقادیر بیش از 1-2، گاهی اوقات 5٪ (در کبد، در عضلات) یافت می شود. سلول های گیاهی غنی ترین کربوهیدرات ها هستند، جایی که محتوای آنها در برخی موارد به 90٪ جرم ماده خشک (دانه ها، غده های سیب زمینی و غیره) می رسد.

کربوهیدرات ها ساده و پیچیده هستند. کربوهیدرات های ساده مونوساکارید نامیده می شوند. بسته به تعداد اتم های کربوهیدرات در مولکول، مونوساکاریدها تریوز، تتروز، پنتوز یا هگزوز نامیده می شوند. از شش مونوساکارید کربن - هگزوز - مهمترین آنها گلوکز، فروکتوز و گالاکتوز است. گلوکز در خون موجود است (0.1-0.12٪). پنتوزهای ریبوز و دئوکسی ریبوز در اسیدهای نوکلئیک و ATP یافت می شوند. اگر دو مونوساکارید در یک مولکول ترکیب شوند، این ترکیب دی ساکارید نامیده می شود. شکر سفره ای که از نیشکر یا چغندر قند به دست می آید، از یک مولکول گلوکز و یک مولکول فروکتوز تشکیل شده است. شکر شیر- از گلوکز و گالاکتوز.

کربوهیدرات های پیچیده ای که از بسیاری از مونوساکاریدها تشکیل می شوند، پلی ساکارید نامیده می شوند. مونومر پلی ساکاریدهایی مانند نشاسته، گلیکوژن، سلولز گلوکز است. کربوهیدرات ها دو وظیفه اصلی را انجام می دهند: ساخت و ساز و انرژی. سلولز دیواره ها را تشکیل می دهد سلول های گیاهی. کیتین پلی ساکارید پیچیده به عنوان اصلی عمل می کند جزء ساختاریاسکلت بیرونی بندپایان کیتین همچنین عملکرد ساختمانی را در قارچ ها انجام می دهد. کربوهیدرات ها نقش منبع اصلی انرژی در سلول را ایفا می کنند. در طی اکسیداسیون 1 گرم کربوهیدرات، 17.6 کیلوژول (~4.2 کیلو کالری) آزاد می شود. نشاسته در گیاهان و گلیکوژن در حیوانات در سلول ها رسوب می کنند و به عنوان ذخیره انرژی عمل می کنند.

اسیدهای نوکلئیک

اهمیت اسیدهای نوکلئیک در یک سلول بسیار زیاد است. ویژگی های ساختار شیمیایی آنها امکان ذخیره سازی، انتقال و وراثت را فراهم می کند سلول های دختراطلاعاتی در مورد ساختار مولکول های پروتئینی که در هر بافت در یک مرحله خاص سنتز می شوند توسعه فردی. از آنجایی که بیشتر خواص و ویژگی های سلول ها به دلیل پروتئین ها است، واضح است که پایداری اسیدهای نوکلئیک مهمترین شرطعملکرد طبیعی سلول ها و کل ارگانیسم ها. هرگونه تغییر در ساختار یا فعالیت سلولی فرآیندهای فیزیولوژیکیدر آنها، در نتیجه بر فعالیت زندگی تاثیر می گذارد. مطالعه ساختار اسیدهای نوکلئیک برای درک وراثت صفات در ارگانیسم ها و الگوهای عملکرد سلول های فردی و سیستم های سلولی - بافت ها و اندام ها بسیار مهم است.

2 نوع اسید نوکلئیک وجود دارد - DNA و RNA. DNA پلیمری متشکل از دو مارپیچ نوکلئوتیدی است که به گونه ای قرار گرفته اند که تشکیل می شوند مارپیچ دوتایی. مونومرهای مولکول های DNA نوکلئوتیدهایی هستند که از یک باز نیتروژن دار (آدنین، تیمین، گوانین یا سیتوزین)، یک کربوهیدرات (دئوکسی ریبوز) و یک باقیمانده اسید فسفریک تشکیل شده اند. بازهای نیتروژنی موجود در مولکول DNA با تعداد نامساوی پیوند H به یکدیگر متصل شده اند و به صورت جفت مرتب شده اند: آدنین (A) همیشه در برابر تیمین (T) و گوانین (G) در برابر سیتوزین (C).

نوکلئوتیدها نه به صورت تصادفی، بلکه انتخابی به یکدیگر متصل می شوند. توانایی برهمکنش انتخابی آدنین با تیمین و گوانین با سیتوزین را مکملی می نامند. برهمکنش مکمل نوکلئوتیدهای خاص با ویژگی های خاص توضیح داده می شود آرایش فضاییاتم‌های موجود در مولکول‌هایشان که به آن‌ها اجازه می‌دهد به هم نزدیک شوند و پیوند H را تشکیل دهند. در یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی، نوکلئوتیدهای همسایه از طریق یک قند (دئوکسی ریبوز) و یک باقیمانده اسید فسفریک به یکدیگر مرتبط می شوند. RNA نیز مانند DNA پلیمری است که مونومرهای آن نوکلئوتید هستند. بازهای نیتروژنی سه نوکلئوتید همان بازهای تشکیل دهنده DNA هستند (A, G, C). چهارم - اوراسیل (U) - به جای تیمین در مولکول RNA وجود دارد. نوکلئوتیدهای RNA از نظر ساختار کربوهیدراتی که دارند (ریبوز به جای دئوکسی ریبوز) با نوکلئوتیدهای DNA تفاوت دارند.

در زنجیره ای از RNA، نوکلئوتیدها با تشکیل پیوندهای کووالانسی بین ریبوز یک نوکلئوتید و باقیمانده اسید فسفریک نوکلئوتید دیگر به هم متصل می شوند. ساختار بین RNA دو رشته ای متفاوت است. RNA دو رشته ای نگهبان است اطلاعات ژنتیکیدر تعدادی از ویروس ها، به عنوان مثال. آنها عملکرد کروموزوم ها را انجام می دهند. RNA تک رشته ای اطلاعات مربوط به ساختار پروتئین ها را از کروموزوم به محل سنتز آنها منتقل می کند و در سنتز پروتئین شرکت می کند.

انواع مختلفی از RNA تک رشته ای وجود دارد. نام آنها با عملکرد یا مکان آنها در سلول تعیین می شود. بیشتر RNA موجود در سیتوپلاسم (تا 80-90٪) RNA ریبوزومی (rRNA) است که در ریبوزوم ها وجود دارد. مولکول های rRNA نسبتا کوچک هستند و به طور متوسط ​​از 10 نوکلئوتید تشکیل شده اند. نوع دیگری از RNA (mRNA) که حامل اطلاعاتی در مورد توالی اسیدهای آمینه در پروتئین هایی است که باید به ریبوزوم سنتز شوند. اندازه این RNA ها به طول ناحیه DNA که از آن سنتز شده اند بستگی دارد. RNA های انتقالی چندین عملکرد را انجام می دهند. آنها اسیدهای آمینه را به محل سنتز پروتئین می رسانند، سه گانه و RNA مربوط به اسید آمینه منتقل شده را "تشخیص می دهند" (با اصل مکمل بودن) و جهت گیری دقیق اسید آمینه را روی ریبوزوم انجام می دهند.

چربی ها و چربی ها

چربی ها ترکیباتی از اسیدهای چرب مولکولی بالا و گلیسرول الکل تری هیدریک هستند. چربی ها در آب حل نمی شوند - آنها آبگریز هستند. همیشه مواد پیچیده دیگری مانند چربی آبگریز به نام لیپوئید در سلول وجود دارد. یکی از وظایف اصلی چربی ها انرژی است. در طی تجزیه 1 گرم چربی به CO 2 و H 2 O، تعداد زیادی ازانرژی - 38.9 کیلوژول (~ 9.3 کیلو کالری). محتوای چربی در سلول بین 5-15 درصد وزن ماده خشک متغیر است. در سلول های بافت زنده، میزان چربی تا 90 درصد افزایش می یابد. عملکرد اصلیچربی ها در دنیای حیوانی (و تا حدی گیاهی) - ذخیره سازی.

با اکسیداسیون کامل 1 گرم چربی (تا دی اکسید کربنو آب) حدود 9 کیلو کالری انرژی آزاد می شود. (1 کیلو کالری = 1000 کالری؛ کالری (کالری، کالری) - یک واحد غیر سیستمی از مقدار کار و انرژی، برابر با مقدارحرارت مورد نیاز برای گرم کردن 1 میلی لیتر آب در دمای 1 درجه سانتیگراد در حالت استاندارد فشار جو 101.325 کیلو پاسکال; 1 کیلو کالری = 4.19 کیلوژول). هنگامی که 1 گرم پروتئین یا کربوهیدرات اکسید می شود (در بدن)، تنها حدود 4 کیلو کالری در گرم آزاد می شود. در طیف گسترده ای از موجودات آبزی - از تک سلولی دیاتوم هادر مقابل کوسه‌ها، چربی شناور می‌شود و میانگین تراکم بدن را کاهش می‌دهد. چگالی چربی های حیوانی حدود 0.91-0.95 گرم بر سانتی متر مکعب است. تراکم بافت استخوانی مهره داران نزدیک به 1.7-1.8 g/cm³ است و چگالی متوسطبیشتر پارچه های دیگر نزدیک به 1 گرم در سانتی متر مکعب هستند. واضح است که برای "تعادل" یک اسکلت سنگین به مقدار زیادی چربی نیاز دارید.

چربی ها و لیپیدها نیز عملکرد ساختمانی دارند: آنها بخشی از غشای سلولی هستند. به دلیل هدایت حرارتی ضعیف، چربی قادر است عملکرد حفاظتی. در برخی از حیوانات (فک ها، نهنگ ها) در بافت چربی زیر جلدی رسوب می کند و لایه ای به ضخامت 1 متر را تشکیل می دهد. در نتیجه، این مواد همچنین وظیفه تنظیم فرآیندهای متابولیک را دارند.

امروزه بسیاری از عناصر شیمیایی جدول تناوبی به شکل خالص خود کشف و جدا شده اند و یک پنجم آنها در هر موجود زنده ای یافت می شود. آنها مانند آجر اجزای اصلی مواد آلی و معدنی هستند.

چه عناصر شیمیایی در ترکیب سلول گنجانده شده است، با توجه به بیولوژی موادی که می توان حضور آنها را در بدن قضاوت کرد - همه اینها را بعداً در مقاله در نظر خواهیم گرفت.

ثبات ترکیب شیمیایی چقدر است؟

برای حفظ ثبات در بدن، هر سلول باید غلظت هر یک از اجزای خود را در سطح ثابتی حفظ کند. این سطح توسط گونه ها، زیستگاه و عوامل محیطی تعیین می شود.

برای پاسخ به این سوال که چه عناصر شیمیایی در ترکیب یک سلول گنجانده شده است، لازم است به وضوح درک کنیم که هر ماده حاوی هر یک از اجزای جدول تناوبی است.

گاهی ما در موردحدود صدم و هزارم درصد محتوا عنصر خاصدر یک سلول، اما تغییر در این عدد حتی یک هزارم می تواند عواقب جدی برای بدن داشته باشد.

از 118 عنصر شیمیایی موجود در یک سلول انسانی، حداقل باید 24 عنصر وجود داشته باشد. هیچ عنصری وجود ندارد که در یک موجود زنده یافت شود، اما جزء اشیای بی جان طبیعت نباشد. این واقعیت ارتباط نزدیک بین موجودات زنده و غیر زنده در یک اکوسیستم را تأیید می کند.

نقش عناصر مختلف تشکیل دهنده سلول

بنابراین چه عناصر شیمیایی یک سلول را تشکیل می دهند؟ لازم به ذکر است که نقش آنها در زندگی بدن به طور مستقیم به دفعات وقوع و غلظت آنها در سیتوپلاسم بستگی دارد. با این حال، با وجود محتوای متفاوت عناصر در سلول، اهمیت هر یک از آنها در به همان اندازهبالا کمبود هر یک از آنها می تواند منجر به اثرات مضر بر روی بدن شود و مهمترین واکنش های بیوشیمیایی متابولیسم را از کار بیندازد.

هنگام فهرست کردن عناصر شیمیایی سلول انسانی، باید سه نوع اصلی را ذکر کنیم که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت:

عناصر اصلی بیوژنیک سلول

تعجب آور نیست که عناصر O، C، H، N به عنوان بیوژن طبقه بندی می شوند، زیرا آنها همه مواد آلی و بسیاری از مواد معدنی را تشکیل می دهند. تصور پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها یا اسیدهای نوکلئیک بدون این اجزای ضروری برای بدن غیرممکن است.

عملکرد این عناصر میزان بالای آنها را در بدن مشخص می کند. آنها با هم 98 درصد از کل توده خشک بدن را تشکیل می دهند. فعالیت این آنزیم ها در چه چیز دیگری می تواند آشکار شود؟

1. اکسیژن. محتوای آن در سلول حدود 62 درصد از کل جرم خشک است. توابع: ساخت مواد آلی و معدنی، مشارکت در زنجیره تنفسی.
2. کربن. محتوای آن به 20 درصد می رسد. عملکرد اصلی: شامل همه
3. هیدروژن. غلظت آن 10 درصد است. این عنصر علاوه بر اینکه جزئی از مواد آلی و آب است، در دگرگونی های انرژی نیز شرکت می کند.
4. نیتروژن. مقدار از 3-5٪ تجاوز نمی کند. نقش اصلی آن تشکیل اسیدهای آمینه، اسیدهای نوکلئیک، ATP، بسیاری از ویتامین ها، هموگلوبین، هموسیانین، کلروفیل است.

اینها عناصر شیمیایی هستند که سلول را تشکیل می دهند و بیشتر مواد لازم برای زندگی عادی را تشکیل می دهند.

اهمیت درشت مغذی ها

درشت مغذی ها همچنین به شما کمک می کنند که چه عناصر شیمیایی در سلول وجود دارد. از درس زیست شناسی مشخص می شود که علاوه بر موارد اصلی، 2٪ از توده خشک را سایر اجزا تشکیل می دهد. جدول تناوبی. و عناصر کلان شامل مواردی است که محتوای آنها کمتر از 0.01٪ نیست. توابع اصلی آنها در قالب جدول ارائه شده است.

کلسیم (Ca)		مسئول انقباض فیبرهای عضلانی، بخشی از پکتین، استخوان و دندان است. انعقاد خون را تقویت می کند.
فسفر (P)		گنجانده شده در مهمترین منبعانرژی - ATP.
		در تشکیل پل های دی سولفیدی در طی تا شدن پروتئین به یک ساختار سوم شرکت می کند. بخشی از سیستئین و متیونین، برخی ویتامین ها.
		یون‌های پتاسیم در سلول‌ها نقش دارند و همچنین بر پتانسیل غشا تأثیر می‌گذارند.
		آنیون اصلی بدن
سدیم (Na)		آنالوگ پتاسیم که در همان فرآیندها شرکت می کند.
منیزیم (Mg)		یونهای منیزیم تنظیم کننده فرآیند هستند در مرکز مولکول کلروفیل نیز یک اتم منیزیم وجود دارد.
		در انتقال الکترون ها از طریق ETC تنفس و فتوسنتز شرکت می کند، یک پیوند ساختاری در میوگلوبین، هموگلوبین و بسیاری از آنزیم ها است.

امیدواریم با توجه به موارد فوق، تعیین اینکه کدام عناصر شیمیایی بخشی از سلول هستند و به عناصر ماکرو تعلق دارند دشوار نباشد.

ریز عناصر

همچنین اجزایی از سلول وجود دارد که بدون آنها بدن نمی تواند به طور طبیعی عمل کند، اما محتوای آنها همیشه کمتر از 0.01٪ است. بیایید تعیین کنیم که کدام عناصر شیمیایی بخشی از سلول هستند و به گروه عناصر خرد تعلق دارند.

		این بخشی از آنزیم های DNA و RNA پلیمرازها و همچنین بسیاری از هورمون ها (به عنوان مثال، انسولین) است.
		در فرآیندهای فتوسنتز، سنتز هموسیانین و برخی آنزیم ها شرکت می کند.
		جزء ساختاری هورمون های T3 و T4 غده تیروئید است
منگنز (Mn)	کمتر از 0.001	بخشی از آنزیم ها و استخوان ها در تثبیت نیتروژن در باکتری ها شرکت می کند
	کمتر از 0.001	بر روند رشد گیاه تأثیر می گذارد.
		بخشی از استخوان ها و مینای دندان.

مواد آلی و معدنی

علاوه بر موارد ذکر شده، چه عناصر شیمیایی دیگری در ترکیب سلول گنجانده شده است؟ پاسخ ها را می توان به سادگی با مطالعه ساختار بیشتر مواد در بدن یافت. در میان آنها مولکول های آلی و منشا معدنی، و هر یک از این گروه ها شامل مجموعه ای ثابت از عناصر است.

طبقات اصلی مواد آلی پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، چربی ها و کربوهیدرات ها هستند. آنها به طور کامل از پایه ساخته شده اند مواد مغذی: اسکلت مولکول همیشه توسط کربن تشکیل می شود و هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن بخشی از رادیکال ها هستند. در حیوانات طبقه غالب پروتئین ها و در گیاهان پلی ساکاریدها هستند.

مواد معدنی همگی نمک های معدنی و البته آب هستند. در میان تمام مواد معدنی موجود در سلول، بیشترین مقدار H 2 O است که مواد باقیمانده در آن حل می شوند.

همه موارد فوق به شما کمک می کند تا مشخص کنید چه عناصر شیمیایی بخشی از سلول هستند و عملکرد آنها در بدن دیگر برای شما یک راز نخواهد بود.

در یک سلول حدود 70 عدد وجود دارد عناصر شیمیایی جدول تناوبی D.I. مندلیف، با این حال، محتوای این عناصر به طور قابل توجهی با غلظت آنها در محیط متفاوت است، که وحدت جهان ارگانیک را ثابت می کند.

عناصر شیمیایی موجود در سلول به سه گروه بزرگ تقسیم می شوند: عناصر ماکرو، عناصر میانی(الیگو عناصر) و ریز عناصر.
محتوا درشت مغذی هاحدود 98 درصد از توده سلولی را تشکیل می دهد. اینها شامل کربن، اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن است که بخشی از مواد آلی اصلی هستند. عناصر میانی- اینها گوگرد، فسفر، پتاسیم، کلسیم، سدیم، آهن، منیزیم، کلر هستند که با هم حدود 1.9٪ از توده سلولی را تشکیل می دهند. گوگرد و فسفر از اجزای مهم ترین ترکیبات آلی هستند. عناصر شیمیایی که غلظت آنها در سلول حدود 0.1٪ است متعلق به ریز عناصر. اینها روی، ید، مس، منگنز، فلوئور، کبالت و غیره هستند.
مواد سلولی به غیر آلی و آلی تقسیم می شوند. به مواد معدنی شامل آب و نمک های معدنی است.
با تشکر از شما خواص فیزیکی و شیمیاییآب در سلول یک حلال، محیطی برای واکنش‌ها، ماده آغازین و محصول واکنش‌های شیمیایی است، عملکردهای انتقال و تنظیم حرارت را انجام می‌دهد، به سلول خاصیت ارتجاعی می‌دهد و نیروی محرکه سلول گیاهی را فراهم می‌کند.

نمک های معدنی در یک سلول می توانند در حالت محلول یا حل نشده باشند. نمک های محلول به یون تجزیه می شوند. مهم‌ترین کاتیون‌ها پتاسیم و سدیم هستند که انتقال مواد از غشاء را تسهیل می‌کنند و در وقوع و هدایت تکانه‌های عصبی نقش دارند. کلسیم که در فرآیند انقباض فیبرهای عضلانی و لخته شدن خون شرکت می کند، منیزیم که بخشی از کلروفیل است و آهن که بخشی از تعدادی از پروتئین ها از جمله هموگلوبین است. روی بخشی از مولکول هورمون پانکراس است - انسولین، مس برای فرآیندهای فتوسنتز و تنفس مورد نیاز است. مهمترین آنیونها آنیون فسفات است که بخشی از ATP و اسیدهای نوکلئیک است و باقیمانده اسید کربنیک، نوسانات pH محیط را نرم می کند. کمبود کلسیم و فسفر منجر به راشیتیسم و ​​کمبود آهن منجر به کم خونی می شود.

مواد آلیسلول ها توسط کربوهیدرات ها، لیپیدها، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، ATP، ویتامین ها و هورمون ها نشان داده می شوند.
قسمت کربوهیدرات هاعمدتا از سه عنصر شیمیایی تشکیل شده است: کربن، اکسیژن و هیدروژن. آنها فرمول کلی C m (H 2 0) n . کربوهیدرات های ساده و پیچیده وجود دارد. کربوهیدرات های ساده (مونوساکاریدها) حاوی یک مولکول قند هستند. آنها بر اساس تعداد اتم های کربن، به عنوان مثال، پنتوز (C 5) و هگزوز (C 6) طبقه بندی می شوند. پنتوزها شامل ریبوز و دئوکسی ریبوز هستند. ریبوز بخشی از RNA و ATP است. دئوکسی ریبوز جزء DNA است. هگزوزها گلوکز، فروکتوز، گالاکتوز و غیره هستند مشارکت فعالدر متابولیسم در سلول و بخشی از کربوهیدرات های پیچیده- الیگوساکاریدها و پلی ساکاریدها. الیگوساکاریدها (دی ساکاریدها) شامل ساکارز (گلوکز + فروکتوز)، لاکتوز یا قند شیر (گلوکز + گالاکتوز) و غیره هستند.

نمونه هایی از پلی ساکاریدها نشاسته، گلیکوژن، سلولز و کیتین هستند. کربوهیدرات ها پلاستیک (ساخت)، انرژی (مقدار انرژی تجزیه 1 گرم کربوهیدرات 17.6 کیلوژول است)، ذخیره سازی و عملکردهای پشتیبانی را در سلول انجام می دهند. کربوهیدرات ها نیز ممکن است شامل شوند لیپیدهای پیچیدهو پروتئین ها
لیپیدها- این یک گروه از مواد آبگریز است. اینها عبارتند از چربی ها، استروئیدهای موم، فسفولیپیدها و غیره.

چربییک استر از گلیسرول الکل تری هیدریک و اسیدهای آلی (چرب) بالاتر است. در یک مولکول چربی، می توان یک بخش آبدوست - "سر" (باقی مانده گلیسرول) و یک قسمت آبگریز - "دم" (باقی مانده اسیدهای چرب) را تشخیص داد، بنابراین، در آب، مولکول چربی به روشی کاملاً تعریف شده جهت گیری می شود: قسمت آبدوست به سمت آب هدایت می شود و قسمت آبگریز - دور از آن.
لیپیدها عملکردهای پلاستیکی (ساختمان)، انرژی (ارزش انرژی تجزیه 1 گرم چربی 38.9 کیلوژول)، ذخیره سازی، محافظتی (بالشتک) و تنظیمی (هورمون های استروئیدی) را در سلول انجام می دهند.
سنجاب هابیوپلیمرهایی هستند که مونومرهای آنها اسیدهای آمینه هستند. اسیدهای آمینه حاوی یک گروه آمینه، یک گروه کربوکسیل و یک رادیکال هستند. اسیدهای آمینه فقط در رادیکال هایشان با هم تفاوت دارند. پروتئین ها حاوی 20 اسید آمینه اساسی هستند. اسیدهای آمینه با یکدیگر ترکیب می شوند و تشکیل می شوند پیوند پپتیدی. زنجیره ای از بیش از 20 اسید آمینه، پلی پپتید یا پروتئین نامیده می شود. پروتئین ها چهار ساختار اصلی را تشکیل می دهند: اولیه، ثانویه، سوم و چهارم.
دنباله ای از اسیدهای آمینه است که توسط یک پیوند پپتیدی به هم متصل شده اند.

ساختار ثانویهیک ساختار مارپیچ یا چین خورده است که توسط پیوندهای هیدروژنی بین اتم‌های اکسیژن و هیدروژن گروه‌های پپتیدی در پیچ‌های مختلف مارپیچ یا چین‌ها به هم متصل می‌شود. ساختار سوم (گلبول) توسط پیوندهای آبگریز، هیدروژنی، دی سولفیدی و سایر پیوندها در کنار هم نگه داشته می شود.

ساختار سوممشخصه اکثر پروتئین های بدن، به عنوان مثال، میوگلوبین عضلانی.

ساختار کواترنریپیچیده ترین، تشکیل شده توسط چندین زنجیره پلی پپتیدی که عمدتاً توسط پیوندهای مشابه در زنجیره سوم به هم متصل شده اند. ساختار چهارتایی مشخصه هموگلوبین، کلروفیل و غیره است.
پروتئین ها می توانند باشند سادهو مجتمع. پروتئین های ساده فقط از اسیدهای آمینه تشکیل شده اند، در حالی که پروتئین های پیچیده (لیپوپروتئین ها، کروموپروتئین ها، گلیکوپروتئین ها، نوکلئوپروتئین ها و غیره) حاوی پروتئین و بخش های غیر پروتئینی هستند. به عنوان مثال، علاوه بر چهار زنجیره پلی پپتیدی پروتئین گلوبین، هموگلوبین حاوی یک بخش غیر پروتئینی - هم است که در مرکز آن یک یون آهن وجود دارد که به هموگلوبین رنگ قرمز می دهد.
فعالیت عملکردی پروتئین هابستگی به شرایط محیطی دارد از دست دادن ساختار یک مولکول پروتئین تا ساختار اولیه آن دناتوراسیون نامیده می شود. روند معکوس ترمیم ثانویه و بیشتر سازه های بلند- این بازسازی است. تخریب کامل یک مولکول پروتئین را تخریب می گویند.
پروتئین ها چندین عملکرد را در سلول انجام می دهند: پلاستیک(ساخت و ساز)، کاتالیزوری(آنزیمی)، انرژی(ارزش انرژی تجزیه 1 گرم پروتئین 17.6 کیلوژول است) سیگنالینگ(گیرنده)، انقباضی(موتور) حمل و نقل, محافظ,نظارتی, ذخیره سازی.
اسیدهای نوکلئیکبیوپلیمرهایی هستند که مونومرهای آنها نوکلئوتید هستند. نوکلئوتید حاوی یک باز نیتروژن دار، یک باقیمانده قند پنتوز و یک باقیمانده اسید اورتوفسفریک است. دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد: اسید ریبونوکلئیک (RNA) و اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA).
DNAشامل چهار نوع نوکلئوتید است: آدنین (A)، تیمین (T)، گوانین (G) و سیتوزین (C). این نوکلئوتیدها حاوی قند دئوکسی ریبوز هستند. قوانین Chargaff برای DNA عبارتند از:
1) تعداد آدنیل نوکلئوتیدها در DNA برابر است با تعداد نوکلئوتیدهای تیمیدیل (A = T).
2) تعداد نوکلئوتیدهای گوانیل در DNA برابر است با تعداد نوکلئوتیدهای سیتیدیل (G = C).
3) مجموع نوکلئوتیدهای آدنیل و گوانیل برابر است با مجموع نوکلئوتیدهای تیمیدیل و سیتیدیل (A + G = T + C).
ساختار DNA توسط F. Crick و D. Watson (جایزه نوبل در فیزیولوژی یا پزشکی 1962) کشف شد. مولکول DNA یک مارپیچ دو رشته ای است. نوکلئوتیدها از طریق بقایای اسید فسفریک به یکدیگر متصل می شوند و یک پیوند فسفودی استری تشکیل می دهند، در حالی که بازهای نیتروژنی به سمت داخل هدایت می شوند. فاصله بین نوکلئوتیدها در زنجیره 0.34 نانومتر است.
نوکلئوتیدهازنجیره های مختلف با پیوندهای هیدروژنی بر اساس اصل مکمل بودن به یکدیگر متصل می شوند: آدنین با دو پیوند هیدروژنی (A = T) به تیمین وصل می شود و گوانین با سه پیوند (G = C) به سیتوزین متصل می شود.

مهمترین ملک DNAتوانایی تکثیر (self-duplicate) است. وظیفه اصلی DNA ذخیره سازی و انتقال است اطلاعات ارثی.

در هسته، میتوکندری و پلاستیدها متمرکز شده است.
قسمت RNAهمچنین شامل چهار نوکلئوتید است: آدنین (A)، اوراسیل (U)، گوانین (G) و سیتوزین (C). باقی مانده قند پنتوز در آن با ریبوز نشان داده می شود. RNA بیشتر مولکول های تک رشته ای است. سه نوع RNA وجود دارد: RNA پیام رسان (i-RNA)، RNA انتقالی (t-RNA) و RNA ریبوزومی (r-RNA).

همه آنها در فرآیند اجرای اطلاعات ارثی که از DNA به i-RNA بازنویسی می شود، مشارکت فعال دارند و در مورد دومی سنتز پروتئین قبلاً انجام شده است، t-RNA در فرآیند سنتز پروتئین، اسیدهای آمینه را به بدن می آورد. ریبوزوم ها، r-RNA بخشی از خود ریبوزوم ها است.

111