Komunikacija sa neorganskim supstancama u ćelijama. Predavanje: Neorganska jedinjenja ćelija. Nivoi organizacije žive materije

Tema: Hemijski sastav ćelije.

Plan:

1. Neorganske supstance ćelije.

2. Organske materije ćelije.

Ćelija sadrži oko 70 hemijskih elemenata Mendeljejevljevog periodnog sistema, koji se nalaze i u neživoj prirodi. Ovo ukazuje na jedinstvo organskog i neorganskog svijeta. Međutim, odnos hemijskih elemenata u živoj i neživoj materiji je različit.

U zavisnosti od sadržaja u živom organizmu, hemijski elementi se dele u nekoliko grupa:

1 grupa - makronutrijenti(čine 98% mase ćelije): vodonik, kiseonik, ugljenik i azot. Oni su dio ugljikohidrata, masti i proteina.

2. grupa - makronutrijenti(čine oko 1,9% ukupnog sastava ćelije): sumpor, fosfor, hlor, kalijum, natrijum, magnezijum, kalcijum, gvožđe. Oni također obavljaju važnu funkciju u ćeliji. Na primjer, natrijum, kalij i kalcij osiguravaju propusnost ćelijskih membrana za različite tvari i provođenje impulsa duž nervnog vlakna. Ca je jedan od faktora od kojih zavisi normalno zgrušavanje krvi. Fe je dio hemoglobina, proteina crvenih krvnih zrnaca koji je uključen u prijenos kisika iz pluća u tkiva.

3 grupa - mikroelementi(0,1%): cink, bakar, jod, fluor, kobalt, mangan, bor itd. Takođe obavljaju važnu funkciju. Mikroelementi su dio enzima, vitamina, hormona - tvari velike biološke aktivnosti. Nedostatak ili nedostatak bilo kakvih elemenata u tragovima u tijelu može uzrokovati bolest. Na primjer, nedostatak jod, koji je dio hormona štitnjače - tiroksina, dovodi do smanjenja njegovog stvaranja, hipofunkcije organa i razvoja bolesti. Cink dio je niza enzima hormona pankreasa - inzulina; pojačava aktivnost polnih hormona. Kobalt– neophodna komponenta vitamina B 12, koji je uključen u proces sinteze NK, u metabolizmu proteina i veoma je važan za hematopoezu.

4 grupa - ultramikroelementi(manje od 0,00001%): zlato, srebro, živa, uranijum, berilijum, radijum, itd. Njihova uloga nije u potpunosti proučena.

Na osnovu hemijskog sastava, supstance koje ulaze u ćeliju se dele na neorganski(također se nalazi u neživoj prirodi) i organski, karakterističan za žive organizme.

Neorganske supstance ćelije.

Voda- najčešće neorgansko jedinjenje. U prosjeku, u višećelijskom organizmu čini 80% tjelesne težine. Funkcija vode je u velikoj mjeri određena njenim kemijskim i fizičkim svojstvima. Ova svojstva su povezana s malom veličinom molekula vode, njihovim polaritetom i sposobnošću da se međusobno povezuju vodoničnim vezama.

Funkcija vode:

1. Voda je glavni rastvarač za polarne supstance (soli, šećer, kiseline, alkoholi itd.). U odnosu na vodu, sve tvari se dijele u 2 grupe: tvari koje su vrlo topljive u vodi nazivaju se hidrofilna. Voda ne otapa nepolarne tvari (masti, ulja) i ne miješa se s njima, jer s njima ne može formirati vodikove veze. Supstance koje su nerastvorljive u vodi nazivaju se hidrofobna.

2. Voda ima dobru toplotnu provodljivost i visok toplotni kapacitet, tako da temperatura unutar ćelije ostaje nepromenjena ili su njene fluktuacije znatno manje nego u okruženju koje okružuje ćeliju.

3. Voda ima visoku toplotu isparavanja, tj. sposobnost molekula da odnesu značajnu količinu toplote, hladeći telo (ovo svojstvo vode se koristi tokom znojenja kod sisara).

4. Voda osigurava i priliv tvari u ćeliju i uklanjanje iz nje.

5. Voda je izvor O 2 i H 2 tokom fotosinteze.

6. Voda je stabilizator ćelijske strukture zbog polariteta molekula

7. Voda – osmoregulator: obezbeđuje elastičnost i volumen ćelije.

8. Voda je učesnik u hidrolizi i oksidaciji visokomolekularnih supstanci.

Mineralne soli. Većina neorganskih supstanci u ćeliji je u obliku soli. Molekuli soli u vodenom rastvoru disociraju na katione i anione (NaCl = Na + + Cl - ; NaSO 4 = Na + + SO 4 2-)

Najvažniji katjoni su: K +, Na +, Ca 2+, NH 4 + i anjoni: Cl -, H 2 PO 4 -, HCO 3 -, NO 3 -, SO 4 2-.

Razlika između količina kationa i aniona na površini i unutar ćelije osigurava nastanak akcionog potencijala, koji je u osnovi nervnog i mišićnog pobuđenja.

Funkcije:

1. Održavanje postojanosti unutrašnje sredine tela: anjoni fosforne kiseline (H 2 PO 4 i HPO 4 2-) stvaraju pufer sistem koji održava pH unutar ćelije na 6,9. U ekstracelularnoj tečnosti i u krvi, ugljena kiselina ima ulogu pufera i njeni anjoni (H 2 CO 3 i HCO 3 -) održavaju pH = 7,4.

2. Osiguravanje konstantnog osmotskog tlaka: unutar ćelije koncentracija soli je veća - to osigurava protok vode u ćeliju i stvara turgorski pritisak.

3. Aktivacija enzima.

4. Formiraju jedinjenja sa organskim materijama (Hb, hlorofil, tiroksin, vitamin B 12, oksidativni enzimi).

Ćelija sadrži nekoliko hiljada supstanci koje učestvuju u različitim hemijskim reakcijama. Hemijski procesi koji se odvijaju u ćeliji jedan su od glavnih uslova za njen život, razvoj i funkcionisanje.

Osnovne ćelijske supstance = nukleinske kiseline + proteini + masti (lipidi) + ugljikohidrati + voda + kisik + ugljični dioksid.

U neživoj prirodi ove supstance se nikada ne nalaze zajedno.
Na osnovu njihovog kvantitativnog sadržaja u živim sistemima, svi hemijski elementi se dele u tri grupe.

1. Makronutrijenti. Osnovni ili biogeni elementi, koji čine više od 95% mase ćelijskih ćelija, deo su skoro svih organskih supstanci ćelije: ugljenika, kiseonika, vodonika, azota. Kao i vitalni elementi, čija je količina i do 0,001% telesne težine - kalcijum, fosfor, sumpor, kalijum, hlor, natrijum, magnezijum i gvožđe.

2. Mikroelementi - elementi čija se količina kreće od 0,001% do 0,000001% tjelesne težine: cink, bakar.

3. Ultramikroelementi - hemijski elementi čija količina ne prelazi 0,000001% tjelesne težine. To uključuje zlato, srebro ima baktericidni učinak, živa potiskuje reapsorpciju vode u bubrežnim tubulima, utječući na enzime. Ovo takođe uključuje platinu i cezijum. Neki ljudi u ovu grupu ubrajaju i selen, čijim nedostatkom nastaje rak.

Hemijske supstance koje čine ćeliju:

Neorganski - jedinjenja koja se nalaze i u neživoj prirodi: u mineralima, prirodnim vodama;
- organska - hemijska jedinjenja koja sadrže atome ugljenika. Organska jedinjenja su izuzetno raznolika, ali samo četiri klase njih imaju univerzalni biološki značaj: proteini, lipidi (masti), ugljikohidrati, nukleinske kiseline, ATP.

Neorganska jedinjenja

Voda je jedna od najčešćih i najvažnijih supstanci na Zemlji. U vodi se otapa više tvari nego u bilo kojoj drugoj tekućini. Zbog toga se mnoge hemijske reakcije odvijaju u vodenom okruženju ćelije. Voda otapa produkte metabolizma i uklanja ih iz ćelije i tijela u cjelini. Voda ima visoku toplotnu provodljivost, što omogućava ravnomjernu distribuciju topline između tjelesnih tkiva.
Voda ima veliki toplotni kapacitet, tj. sposobnost apsorbiranja topline uz minimalne promjene vlastite temperature. Zahvaljujući tome, štiti ćeliju od naglih promjena temperature.

Mineralne soli se u ćeliji nalaze, po pravilu, u obliku kationa (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) i anjona (HPO42-, H2PO4-, Cl-, HCO3), čiji odnos određuje kiselost životne sredine, koja je važna za život ćelija. (U mnogim ćelijama sredina je blago alkalna i njen pH se gotovo ne mijenja, jer se u njoj stalno održava određeni omjer kationa i aniona.)

Organska jedinjenja

Ugljikohidrati su široko rasprostranjeni u živim stanicama. Molekul ugljikohidrata sadrži ugljik, vodonik i kisik.
Lipidi uključuju masti, tvari slične mastima. U ćeliji se oksidacijom masti proizvodi velika količina energije koja se koristi za različite procese. Masti se mogu akumulirati u ćelijama i služiti kao rezerva energije.

Proteini su esencijalna komponenta svih ćelija. Ovi biopolimeri sadrže 20 vrsta monomera. Takvi monomeri su aminokiseline. Formiranje linearnih proteinskih molekula nastaje kao rezultat kombinacije aminokiselina jedne s drugom. Karboksilna grupa jedne aminokiseline dolazi blizu amino grupe druge, a kada se eliminiše molekul vode, između aminokiselinskih ostataka pojavljuje se jaka kovalentna veza koja se zove peptidna veza. Jedinjenje koje se sastoji od velikog broja aminokiselina naziva se polipeptid. Svaki protein je po sastavu polipeptid.

Nukleinske kiseline. U ćelijama postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: deoksiribonukleinska kiselina (DNK) i ribonukleinska kiselina (RNA). Nukleinske kiseline obavljaju najvažnije biološke funkcije u ćeliji. DNK pohranjuje nasljedne informacije o svim svojstvima ćelije i organizma u cjelini. Različite vrste RNK učestvuju u implementaciji nasljednih informacija kroz sintezu proteina.

Posebno važnu ulogu u bioenergetici ćelije ima adenil nukleotid za koji su vezana dva ostatka fosforne kiseline – adenozin trifosforna kiselina (ATP). Sve ćelije koriste ATP energiju za procese biosinteze, kretanje, proizvodnju toplote, nervne impulse, odnosno za sve vitalne procese. ATP je univerzalni akumulator biološke energije. Svjetlosna energija Sunca i energija sadržana u konzumiranoj hrani pohranjeni su u molekulima ATP-a.

Vrsta lekcije - kombinovano

Metode: djelomično pretraživanje, prezentacija problema, objašnjenje i ilustrativno.

Cilj:

Formiranje kod učenika holističkog sistema znanja o živoj prirodi, njenoj sistemskoj organizaciji i evoluciji;

Sposobnost davanja obrazložene procjene novih informacija o biološkim pitanjima;

Negovanje građanske odgovornosti, nezavisnosti, inicijative

Zadaci:

Obrazovni: o biološkim sistemima (ćelija, organizam, vrsta, ekosistem); istorijat razvoja modernih ideja o živoj prirodi; izvanredna otkrića u biološkoj nauci; uloga biološke nauke u formiranju savremene prirodnonaučne slike sveta; metode naučnog saznanja;

Razvoj kreativne sposobnosti u procesu proučavanja izuzetnih dostignuća biologije koja su ušla u univerzalnu ljudsku kulturu; složeni i kontradiktorni načini razvoja savremenih naučnih pogleda, ideja, teorija, koncepata, raznih hipoteza (o suštini i poreklu života, čoveka) u toku rada sa različitim izvorima informacija;

Vaspitanje uvjerenje u mogućnost poznavanja žive prirode, potrebu brige o prirodnom okolišu i vlastitom zdravlju; poštovanje mišljenja protivnika kada se raspravlja o biološkim problemima

Lični rezultati studija biologije:

1. vaspitanje ruskog građanskog identiteta: patriotizam, ljubav i poštovanje prema Otadžbini, osećaj ponosa na svoju Otadžbinu; svijest o svojoj etničkoj pripadnosti; asimilacija humanističkih i tradicionalnih vrijednosti multinacionalnog ruskog društva; negovanje osjećaja odgovornosti i dužnosti prema Otadžbini;

2. formiranje odgovornog odnosa prema učenju, spremnosti i sposobnosti učenika za samorazvoj i samoobrazovanje na osnovu motivacije za učenje i znanje, svjesnog izbora i izgradnje dalje individualne obrazovne putanje zasnovane na orijentaciji u svijetu profesije i profesionalne preferencije, uzimajući u obzir održive kognitivne interese;

Metapredmetni rezultati nastave biologije:

1. sposobnost samostalnog utvrđivanja ciljeva svog učenja, postavljanja i formulisanja novih ciljeva za sebe u učenju i saznajnoj aktivnosti, razvijanje motiva i interesa svoje kognitivne aktivnosti;

2. ovladavanje komponentama istraživačkih i projektnih aktivnosti, uključujući sposobnost sagledavanja problema, postavljanja pitanja, postavljanja hipoteza;

3. sposobnost rada sa različitim izvorima bioloških informacija: pronalaženje bioloških informacija u različitim izvorima (tekst udžbenika, naučnopopularna literatura, biološki rječnici i priručnici), analiziranje i

evaluirati informacije;

Kognitivni: identifikacija bitnih karakteristika bioloških objekata i procesa; pružanje dokaza (argumentacije) o odnosu između ljudi i sisara; odnosi između ljudi i okoline; zavisnost zdravlja ljudi od stanja životne sredine; potreba za zaštitom životne sredine; ovladavanje metodama biološke nauke: posmatranje i opis bioloških objekata i procesa; postavljanje bioloških eksperimenata i objašnjavanje njihovih rezultata.

Regulatorno: sposobnost samostalnog planiranja načina za postizanje ciljeva, uključujući i alternativne, svjesnog odabira najefikasnijih načina rješavanja obrazovnih i kognitivnih problema; sposobnost organizovanja obrazovne saradnje i zajedničkih aktivnosti sa nastavnikom i vršnjacima; rad individualno i u grupi: pronalaženje zajedničkog rješenja i rješavanje sukoba na osnovu koordinacije pozicija i vodeći računa o interesima; formiranje i razvoj kompetencija u oblasti upotrebe informaciono-komunikacionih tehnologija (u daljem tekstu: IKT kompetencije).

komunikativan: formiranje komunikativne kompetencije u komunikaciji i saradnji sa vršnjacima, razumijevanje karakteristika rodne socijalizacije u adolescenciji, društveno korisnih, obrazovnih i istraživačkih, kreativnih i drugih vrsta aktivnosti.

Tehnologije : Očuvanje zdravlja, problemsko, razvojno obrazovanje, grupne aktivnosti

Tehnike: analiza, sinteza, zaključivanje, prevođenje informacija iz jedne vrste u drugu, generalizacija.

Tokom nastave

Zadaci

Upoznati učenike sa hemijskim sastavom ćelija.

Otkriti strukturne karakteristike molekula vode koje određuju njenu ulogu u životu ćelija i organizama.

Opisati ulogu mineralnih soli i njihovih sastavnih kationa i anjona u životu ćelije.

Osnovne odredbe

Biološka evolucija predstavlja prirodnu fazu u razvoju materije u cjelini.

Kosmički i planetarni preduvjeti za nastanak života su veličina planete, udaljenost od Sunca, kružna orbita i postojanost zračenja zvijezde.

Restorativna priroda atmosfere na primitivnoj Zemlji smatra se hemijskim preduslovom za nastanak života na našoj planeti.

Abiogeno, iz komponenti Zemljine primarne atmosfere pod uticajem energije munje, snažnog tvrdog ultraljubičastog zračenja Sunca, itd., mogle bi nastati razne jednostavne organske molekule - monomeri bioloških polimera.

U vodenim rastvorima, u blažim uslovima, nastajala su složenija jedinjenja kao rezultat interakcije jednostavnih organskih molekula.

Koacervati su multimolekularni kompleksi okruženi zajedničkom vodenom ljuskom.

Coacervate kapi imaju sposobnost selektivne apsorpcije tvari iz okoline i izvođenja jednostavnih metaboličkih reakcija.

Tokom formiranja unutrašnjeg okruženja koacervata, procesi sinteze koji se odvijaju u njima doveli su do pojave membrana i specifičnih katalizatora proteinske prirode.

Najvažniji događaj prebiološke evolucije je pojava genetskog koda u obliku sekvence RNA kodona, a potom i DNK, za koju se pokazalo da može pohraniti informacije o najuspješnijim kombinacijama aminokiselina u proteinskim molekulima.

Pojava prvih ćelijskih oblika označila je početak biološke evolucije, čije su početne faze karakterizirale pojava eukariotskih organizama, seksualni proces i nastanak prvih višećelijskih organizama.

Problematična područja

Kako bi se mogla savladati koncentracijska barijera u vodama prvobitnog okeana?

Koji su principi prirodne selekcije koacervata u uslovima rane Zemlje?

Koje su velike evolucijske transformacije pratile prve korake biološke evolucije?

Neorganske supstance koje čine ćeliju

Oko 70 elemenata periodnog sistema hemijskih elemenata otkriveno je u ćelijama različitih organizama D.I. Mendeljejeva, ali samo 24 od njih imaju utvrđeni značaj i stalno se nalaze u svim vrstama ćelija.

Najveći udio u elementarnom sastavu ćelije čine kisik, ugljik, vodonik i dušik. To su takozvani osnovni ili biogeni elementi. Ovi elementi čine više od 95% mase ćelija, a njihov relativni sadržaj u živoj materiji je mnogo veći nego u zemljinoj kori.

Od vitalnog značaja su kalcijum, fosfor, sumpor, kalijum, hlor, natrijum, magnezijum i gvožđe. Njihov sadržaj u ćeliji izračunava se u desetinkama i stotim dijelovima procenta. Navedeni elementi čine grupu makroelemenata.

Ostali hemijski elementi: bakar, kobalt, mangan, molibden, cink, bor, fluor, hrom, selen, aluminijum, jod, silicijum - sadržani su isključivo u malim količinama (manje od 0,01% mase ćelije). Spadaju u grupu mikroelemenata.

Procentualni sadržaj određenog elementa u organizmu ni na koji način ne karakteriše stepen važnosti i neophodnosti u organizmu. Na primjer, mnogi mikroelementi su dio različitih biološki aktivnih supstanci - enzima, vitamina, hormona; utiču na rast i razvoj, hematopoezu, procese ćelijskog disanja itd.

Voda. Najčešći neorganski spoj u živim organizmima je voda. Njegov sadržaj uvelike varira: u ćelijama zubne cakline nalazi se oko 10% vode, au ćelijama embriona u razvoju - više od 90%. U prosjeku, u višećelijskom organizmu voda čini oko 80% tjelesne težine.

Uloga vode u ćeliji je veoma važna. Njegove funkcije su u velikoj mjeri određene njegovom kemijskom prirodom. Dipolna priroda strukture molekula određuje sposobnost vode da aktivno komunicira s različitim supstancama. Njegove molekule uzrokuju razgradnju niza tvari topivih u vodi na katione i anione. Kao rezultat toga, ioni brzo ulaze u kemijske reakcije. Većina hemijskih reakcija uključuje interakcije između supstanci rastvorljivih u vodi.

Voda. Igra važnu ulogu u životu ćelija i živih organizama uopšte. Osim što je dio njihovog sastava, mnogim organizmima je i stanište. Uloga vode u ćeliji određena je njenim svojstvima. Ova svojstva su prilično jedinstvena i povezana su uglavnom s malom veličinom molekula vode, sa polarnošću njenih molekula i njihovom sposobnošću da se međusobno povezuju putem vodikovih veza.

Molekuli vode imaju nelinearnu prostornu strukturu. Atomi u molekuli vode drže se zajedno polarnim kovalentnim vezama koje povezuju jedan atom kisika s dva atoma vodika. Polaritet kovalentnih veza se u ovom slučaju objašnjava jakom elektronegativnošću atoma kiseonika u odnosu na atom vodonika; Atom kiseonika privlači elektrone iz njihovih zajedničkih elektronskih parova.

Kao rezultat, pojavljuje se djelomično negativan naboj na atomu kisika, a djelomično pozitivan naboj na atomima vodika. Vodikove veze nastaju između atoma kisika i vodika susjednih molekula vode.

Voda je odličan rastvarač za polarne supstance, kao što su soli, šećeri, alkoholi i kiseline. Supstance koje su rastvorljive u vodi nazivaju se hidrofilna.

Supstance koje su nerastvorljive u vodi nazivaju se hidrofobna.

Voda ima visok toplotni kapacitet. Razbijanje vodikovih veza koje drže molekule vode zajedno zahtijeva apsorpciju velike količine energije. Ovo svojstvo osigurava održavanje toplotne ravnoteže tijela tokom značajnih temperaturnih promjena u okolini. Osim toga, voda ima visoka toplotna provodljivost, što omogućava tijelu da održava istu temperaturu u cijelom svom volumenu. Voda također ima visoku toplota isparavanja, tj. sposobnost molekula da odnesu značajnu količinu toplote, hladeći tijelo. Ovo svojstvo vode koristi se kod znojenja kod sisara, termičke kratkoće daha kod krokodila i transpiracije (isparavanja) kod biljaka, sprječavajući njihovo pregrijavanje.

Biološka svojstva vode:

Transport. Voda osigurava kretanje tvari u ćeliji i tijelu, apsorpciju tvari i uklanjanje metaboličkih produkata.

Metabolički. Voda je medij za mnoge biohemijske reakcije u ćeliji.

Strukturno. Citoplazma ćelija sadrži od 60 do 95% vode. U biljkama voda određuje ćelijski turgor.

Voda učestvuje u stvaranju mazivih tečnosti i sluzi. Sastoji se od pljuvačke, žuči, suza itd.

Mineralne soli. Većina neorganskih supstanci ćelije je u obliku soli. U vodenom rastvoru, molekuli soli disociraju na katione i anione. Najvažniji katjoni su: K+, Na+, Ca2+, Mg2+ i anjoni: Cl-, H2PO4-, HPO42-, HCO3-, NO3-, SO42-. Značajan je ne samo sadržaj, već i odnos jona u ćeliji.

Puferska svojstva ćelije zavise od koncentracije soli unutar ćelije.

Buffer nazovimo sposobnost ćelije da održava blago alkalnu reakciju svog sadržaja na konstantnom nivou.

Pitanja za diskusiju

Koliki je doprinos različitih elemenata organizaciji žive i nežive materije?

Kako se fizikalno-hemijska svojstva vode manifestuju u podržavanju vitalnih procesa ćelije i čitavog organizma?

Pitanja i zadaci za uvid

1.Koja supstanca čini osnovu unutrašnje sredine živih organizama?

2. Kako će nedostatak bilo kojeg potrebnog elementa uticati na vitalnu aktivnost ćelije i organizma? Navedite primjere takvih pojava?

3. Koji element kationa obezbeđuje najvažnije svojstvo živih organizama - razdražljivost?

4. Pronađite u referentnom materijalu elemente sadržane u najmanjim količinama u ćeliji. Koje im je uobičajeno ime? Koju ulogu imaju u ćeliji?

Neorganskisupstancećelije

Voda i njena uloga u životu ćelije

Hemijski sastav ćelije. Neorganska jedinjenja.

Resursi

V. B. ZAKHAROV, S. G. MAMONTOV, N. I. SONIN, E. T. ZAKHAROVA UDŽBENIK “BIOLOGIJA” ZA OPĆE OBRAZOVNE USTANOVE (10-11. razredi).

A. P. Plehov Biologija sa osnovama ekologije. Serija „Udžbenici za univerzitete. Posebna literatura".

Knjiga za nastavnike Sivoglazov V.I., Sukhova T.S. Kozlova T. A. Biologija: opći obrasci.

Hosting prezentacija

To uključuje vodu i mineralne soli.

Voda neophodna za sprovođenje životnih procesa u ćeliji. Njegov sadržaj je 70-80% ćelijske mase. Glavne funkcije vode:

je univerzalni rastvarač;

je okruženje u kojem se odvijaju biohemijske reakcije;

određuje fiziološka svojstva ćelije (elastičnost, volumen);

učestvuje u hemijskim reakcijama;

održava toplinsku ravnotežu tijela zbog visokog toplotnog kapaciteta i toplotne provodljivosti;

je glavno sredstvo za transport materija.

Mineralne soli prisutni u ćeliji u obliku jona: kationi K+, Na+, Ca 2+, Mg 2+; anjoni – Cl -, HCO 3 -, H 2 PO 4 -.

3. Organske supstance ćelije.

Organska jedinjenja ćelije sastoje se od mnogih ponavljajućih elemenata (monomera) i predstavljaju velike molekule - polimere. To uključuje proteine, masti, ugljikohidrate i nukleinske kiseline. Njihov sadržaj u ćeliji: proteini -10-20%; masti - 1-5%; ugljeni hidrati - 0,2-2,0%; nukleinske kiseline - 1-2%; organske supstance male molekularne mase – 0,1-0,5%.

Vjeverice – organske supstance velike molekularne mase (visoke molekularne težine). Strukturna jedinica njihove molekule je aminokiselina. U formiranju proteina učestvuje 20 aminokiselina. Molekul svakog proteina sadrži samo određene aminokiseline po redoslijedu karakterističnom za ovaj protein. Aminokiselina ima sledeću formulu:

H 2 N – CH – COOH

Sastav aminokiselina uključuje NH 2 - amino grupu sa bazičnim svojstvima; COOH – karboksilna grupa sa kiselim svojstvima; radikali koji razlikuju aminokiseline jedne od drugih.

Postoje primarne, sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture proteina. Aminokiseline povezane jedna s drugom peptidnim vezama određuju njegovu primarnu strukturu. Proteini primarne strukture povezani su u spiralu pomoću vodikovih veza i formiraju sekundarnu strukturu. Polipeptidni lanci, uvijajući se na određeni način u kompaktnu strukturu, formiraju globulu (loptu) - tercijarnu strukturu proteina. Većina proteina ima tercijarnu strukturu. Treba napomenuti da su aminokiseline aktivne samo na površini globule. Proteini s globularnom strukturom se kombinuju da formiraju kvartarnu strukturu (na primjer, hemoglobin). Kada su izloženi visokoj temperaturi, kiselinama i drugim faktorima, složeni proteinski molekuli se uništavaju - denaturacija proteina. Kada se uslovi poboljšaju, denaturirani protein je u stanju da obnovi svoju strukturu ako njegova primarna struktura nije uništena. Ovaj proces se zove renaturacija.

Proteini su specifični za vrstu: svaku životinjsku vrstu karakterizira skup specifičnih proteina.

Postoje jednostavni i složeni proteini. Jednostavni se sastoje samo od aminokiselina (na primjer, albumini, globulini, fibrinogen, miozin itd.). Složeni proteini, osim aminokiselina, uključuju i druga organska jedinjenja, na primjer, masti i ugljikohidrate (lipoproteine, glikoproteine, itd.).

Proteini obavljaju sljedeće funkcije:

enzimski (na primjer, enzim amilaza razgrađuje ugljikohidrate);

strukturni (na primjer, dio su membrana i drugih ćelijskih organela);

receptor (na primjer, protein rodopsin pospješuje bolji vid);

transport (na primjer, hemoglobin prenosi kisik ili ugljični dioksid);

zaštitni (na primjer, imunoglobulinski proteini su uključeni u formiranje imuniteta);

motorički (na primjer, aktin i miozin su uključeni u kontrakciju mišićnih vlakana);

hormonski (na primjer, inzulin pretvara glukozu u glikogen);

energije (kada se razgradi 1 g proteina, oslobađa se 4,2 kcal energije).

masti (lipidi) - jedinjenja trihidričnog alkohola glicerola i masnih kiselina visoke molekularne težine. Hemijska formula masti:

CH 2 -O-C(O)-R¹

CH 2 -O-C(O)-R³, pri čemu radikali mogu biti različiti.

Funkcije lipida u ćeliji:

strukturni (učestvuju u izgradnji ćelijske membrane);

energija (kada se 1 g masti razgradi u tijelu, oslobađa se 9,2 kcal energije);

zaštitni (štiti od gubitka topline, mehaničkih oštećenja);

mast je izvor endogene vode (oksidacijom 10 g masti oslobađa se 11 g vode);

regulacija metabolizma.

Ugljikohidrati – njihov molekul se može predstaviti opštom formulom C n (H 2 O) n – ugljenik i voda.

Ugljikohidrati se dijele u tri grupe: monosaharidi (uključuju jedan molekul šećera - glukoza, fruktoza itd.), oligosaharidi (uključuju od 2 do 10 monosaharidnih ostataka: saharoza, laktoza) i polisaharidi (visokomolekularna jedinjenja, zvijezda, gliko itd.). ).

Funkcije ugljenih hidrata:

služe kao polazni elementi za izgradnju različitih organskih tvari, na primjer, tokom fotosinteze - glukoze;

glavni izvor energije za tijelo; prilikom njihove razgradnje pomoću kisika oslobađa se više energije nego prilikom oksidacije masti;

zaštitni (na primjer, sluz koju luče različite žlijezde sadrži puno ugljikohidrata; štiti zidove šupljih organa (bronhijale, želudac, crijeva) od mehaničkih oštećenja; ima antiseptička svojstva);

strukturne i potporne funkcije: dio plazma membrane.

Nukleinske kiseline su biopolimeri koji sadrže fosfor. To uključuje deoksiribonukleinska kiselina (DNK) I ribonukleinske (RNA) kiseline.

DNK - najveći biopolimeri, njihov monomer je nukleotida. Sastoji se od ostataka tri supstance: azotne baze, ugljikohidrata deoksiriboze i fosforne kiseline. Postoje 4 poznata nukleotida uključena u formiranje molekula DNK. Dve azotne baze su derivati ​​pirimidina - timin i citozin. Adenin i gvanin su klasifikovani kao derivati ​​purina.

Prema modelu DNK koji su predložili J. Watson i F. Crick (1953), molekul DNK se sastoji od dva lanca koji spiralno kruže jedan oko drugog.

Dva lanca molekula drže zajedno vodonične veze koje se javljaju između njih. komplementarni azotne baze. Adenin je komplementaran timinu, a gvanin je komplementaran citozinu. DNK u ćelijama nalazi se u jezgru, gde se zajedno sa proteinima formira hromozoma. DNK se također nalazi u mitohondrijima i plastidima, gdje su njihovi molekuli raspoređeni u prsten. Main DNK funkcija– pohranjivanje nasljednih informacija sadržanih u nizu nukleotida koji formiraju njegovu molekulu i prijenos te informacije na ćelije kćeri.

Ribonukleinska kiselina jednolančane. RNA nukleotid se sastoji od jedne od dušičnih baza (adenin, gvanin, citozin ili uracil), ugljikohidrata riboze i ostatka fosforne kiseline.

Postoji nekoliko tipova RNK.

Ribosomalna RNA(r-RNA) u kombinaciji sa proteinom je dio ribozoma. Ribosomi vrše sintezu proteina. Messenger RNA(i-RNA) nosi informacije o sintezi proteina od jezgra do citoplazme. Transfer RNA(tRNA) se nalazi u citoplazmi; veže određene aminokiseline na sebe i dostavlja ih ribozomima, mjestu sinteze proteina.

RNK se nalazi u nukleolu, citoplazmi, ribosomima, mitohondrijima i plastidima. U prirodi postoji još jedna vrsta RNK - virusna. Kod nekih virusa obavlja funkciju pohranjivanja i prijenosa nasljednih informacija. Kod drugih virusa ovu funkciju obavlja virusna DNK.

Adenozin trifosforna kiselina (ATP) je poseban nukleotid formiran od azotne baze adenina, ugljikohidrata riboze i tri ostatka fosforne kiseline.

ATP je univerzalni izvor energije neophodan za biološke procese koji se odvijaju u ćeliji. Molekul ATP-a je vrlo nestabilan i sposoban je da odvoji jedan ili dva molekula fosfata, oslobađajući veliku količinu energije. Ova energija se troši kako bi se osigurale sve vitalne funkcije ćelije – biosinteza, kretanje, stvaranje električnog impulsa itd. Veze u molekulu ATP-a nazivaju se makroergijskim. Odvajanje fosfata iz molekula ATP-a je praćeno oslobađanjem 40 kJ energije. Sinteza ATP-a odvija se u mitohondrijima.

Hemijske supstance je prvi klasificirao krajem 9. stoljeća arapski naučnik Abu Bakr al-Razi. Na osnovu porijekla tvari podijelio ih je u tri grupe. U prvoj grupi mjesto je odredio mineralnim tvarima, u drugoj biljnim, a u trećoj životinjskim tvarima.

Ova klasifikacija je bila predodređena da traje skoro jedan milenijum. Tek u 19. veku formiraju se dve od tih grupa - organske i neorganske supstance. Hemijske supstance oba tipa izgrađene su zahvaljujući devedeset elemenata uključenih u tabelu D. I. Mendeljejeva.

Grupa neorganskih supstanci

Među neorganskim jedinjenjima razlikuju se jednostavne i složene tvari. U grupu jednostavnih supstanci spadaju metali, nemetali i plemeniti gasovi. Kompleksne supstance predstavljaju oksidi, hidroksidi, kiseline i soli. Sve se može izgraditi od bilo kojih hemijskih elemenata.

Grupa organskih supstanci

Sastav svih organskih spojeva nužno uključuje ugljik i vodik (ovo je njihova temeljna razlika od mineralnih tvari). Supstance koje formiraju C i H nazivaju se ugljikovodici - najjednostavniji organski spojevi. Derivati ​​ugljikovodika sadrže dušik i kisik. Oni su, pak, klasificirani u spojeve koji sadrže kisik i dušik.

Grupu tvari koje sadrže kisik predstavljaju alkoholi i etri, aldehidi i ketoni, karboksilne kiseline, masti, voskovi i ugljikohidrati. Jedinjenja koja sadrže dušik uključuju amine, aminokiseline, nitro spojeve i proteine. Kod heterocikličkih supstanci položaj je dvojak - one, ovisno o svojoj strukturi, mogu pripadati objema vrstama ugljikovodika.

Ćelijske hemikalije

Postojanje ćelija je moguće ako sadrže organske i neorganske supstance. Umiru kada im nedostaje vode i mineralnih soli. Ćelije umiru ako su ozbiljno osiromašene nukleinskim kiselinama, mastima, ugljikohidratima i proteinima.

Oni su sposobni za normalan život ako sadrže nekoliko hiljada jedinjenja organske i neorganske prirode, sposobnih da uđu u mnoge različite hemijske reakcije. Biohemijski procesi koji se odvijaju u ćeliji su osnova njene vitalne aktivnosti, normalnog razvoja i funkcionisanja.

Hemijski elementi koji zasićuju ćeliju

Ćelije živih sistema sadrže grupe hemijskih elemenata. Obogaćeni su makro-, mikro- i ultra-mikroelementima.

• Makroelementi su prvenstveno predstavljeni ugljenikom, vodonikom, kiseonikom i azotom. Ove neorganske supstance ćelije formiraju skoro sva njena organska jedinjenja. Oni takođe uključuju vitalne elemente. Ćelija nije sposobna da živi i razvija se bez kalcijuma, fosfora, sumpora, kalijuma, hlora, natrijuma, magnezijuma i gvožđa.
• Grupu mikroelemenata čine cink, hrom, kobalt i bakar.
• Ultramikroelementi su još jedna grupa koja predstavlja najvažnije anorganske supstance ćelije. Grupu čine zlato i srebro, koji imaju baktericidno dejstvo, i živa, koja sprečava reapsorpciju vode koja ispunjava bubrežne tubule i utiče na enzime. Takođe uključuje platinu i cezijum. Određenu ulogu u tome ima selen, čiji nedostatak dovodi do raznih vrsta raka.

Voda u ćeliji

Važnost vode, uobičajene supstance na Zemlji za život ćelija, je neosporna. U njemu se otapaju mnoge organske i neorganske supstance. Voda je plodno okruženje u kojem se odvija nevjerovatan broj hemijskih reakcija. Sposoban je da otapa produkte raspadanja i metabolizma. Zahvaljujući njemu otpad i toksini napuštaju ćeliju.

Ova tečnost ima visoku toplotnu provodljivost. To omogućava da se toplota ravnomjerno širi po tjelesnim tkivima. Ima značajan toplotni kapacitet (sposobnost da apsorbuje toplotu kada se njegova sopstvena temperatura minimalno promeni). Ova sposobnost sprečava nagle promene temperature u ćeliji.

Voda ima izuzetno visoku površinsku napetost. Zahvaljujući njemu, otopljene neorganske tvari, poput organskih, lako se kreću kroz tkiva. Mnogi mali organizmi, koristeći svojstvo površinske napetosti, ostaju na površini vode i slobodno klize po njoj.

Turgor biljnih ćelija zavisi od vode. Kod određenih vrsta životinja s potpornom funkcijom se nosi voda, a ne bilo koje druge anorganske tvari. Biologija je identifikovala i proučavala životinje sa hidrostatskim skeletima. To uključuje predstavnike bodljokožaca, okruglih i anelida, meduza i morskih anemona.

Zasićenje ćelija vodom

Radne ćelije su napunjene vodom do 80% ukupne zapremine. Tečnost postoji u njima u slobodnom i vezanom obliku. Molekuli proteina se čvrsto vezuju za vezanu vodu. One su, okružene vodenom školjkom, izolovane jedna od druge.

Molekuli vode su polarni. Oni formiraju vodonične veze. Zahvaljujući vodoničnim mostovima, voda ima visoku toplotnu provodljivost. Vezana voda omogućava ćelijama da izdrže niske temperature. Besplatna voda čini 95%. Pospješuje rastvaranje tvari uključenih u ćelijski metabolizam.

Visoko aktivne ćelije u moždanom tkivu sadrže do 85% vode. Mišićne ćelije su 70% zasićene vodom. Manje aktivnim ćelijama koje formiraju masno tkivo potrebno je 40% vode. Ne samo da otapa neorganske hemikalije u živim ćelijama, već je i ključni učesnik u hidrolizi organskih jedinjenja. Pod njegovim utjecajem, organske tvari, razgrađujući se, pretvaraju u srednje i krajnje tvari.

Značaj mineralnih soli za ćeliju

Mineralne soli su u ćelijama predstavljene katjonima kalijuma, natrijuma, kalcijuma, magnezijuma i anjonima HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -. Pravilne proporcije anjona i kationa stvaraju kiselost neophodnu za život ćelije. Mnoge ćelije održavaju blago alkalno okruženje, koje ostaje gotovo nepromijenjeno i osigurava njihovo stabilno funkcioniranje.

Koncentracija kationa i aniona u stanicama razlikuje se od njihovog omjera u međućelijskom prostoru. Razlog tome je aktivna regulacija koja ima za cilj transport hemijskih jedinjenja. Ovaj tok procesa određuje postojanost hemijskog sastava u živim ćelijama. Nakon smrti ćelije, koncentracija hemijskih jedinjenja u međućelijskom prostoru i citoplazmi dostiže ravnotežu.

Neorganske supstance u hemijskoj organizaciji ćelije

Hemijski sastav živih ćelija ne sadrži nikakve posebne elemente koji su im svojstveni. Ovo određuje jedinstvo hemijskog sastava živih i neživih objekata. Neorganske supstance u sastavu ćelije igraju ogromnu ulogu.

Sumpor i dušik pomažu u stvaranju proteina. Fosfor je uključen u sintezu DNK i RNK. Magnezijum je važna komponenta enzima i molekula hlorofila. Bakar je neophodan za oksidativne enzime. Gvožđe je centar molekula hemoglobina, cink je deo hormona koje proizvodi gušterača.

Značaj anorganskih jedinjenja za ćelije

Jedinjenja dušika pretvaraju proteine, aminokiseline, DNK, RNK i ATP. U biljnim ćelijama, amonijum joni i nitrati se pretvaraju u NH 2 tokom redoks reakcija i uključuju se u sintezu aminokiselina. Živi organizmi koriste aminokiseline za stvaranje vlastitih proteina potrebnih za izgradnju tijela. Nakon smrti organizama, proteini ulaze u kruženje supstanci; tokom njihovog raspadanja, azot se oslobađa u slobodnom obliku.

Neorganske tvari koje sadrže kalij igraju ulogu "pumpe". Zahvaljujući “kalijumskoj pumpi”, supstance koje su im hitno potrebne prodiru u ćelije kroz membranu. Jedinjenja kalija dovode do aktivacije ćelijske aktivnosti, zahvaljujući kojoj se provode ekscitacije i impulsi. Koncentracija jona kalijuma u ćelijama je veoma visoka, za razliku od životne sredine. Nakon smrti živih organizama, joni kalija lako prelaze u prirodno okruženje.

Tvari koje sadrže fosfor doprinose formiranju membranskih struktura i tkiva. U njihovom prisustvu nastaju enzimi i nukleinske kiseline. Različiti slojevi tla su u različitom stepenu zasićeni fosfornim solima. Izluci korijena biljaka, otapajući fosfate, upijaju ih. Nakon smrti organizama, preostali fosfati prolaze kroz mineralizaciju, pretvarajući se u soli.

Neorganske tvari koje sadrže kalcij doprinose stvaranju međustaničnih tvari i kristala u biljnim stanicama. Kalcij iz njih prodire u krv, regulirajući proces zgrušavanja krvi. Zahvaljujući njemu u živim organizmima nastaju kosti, školjke, vapnenački skeleti i koralni polipi. Ćelije sadrže ione kalcija i kristale njegovih soli.