Komunikacija s anorganskim tvarima u stanicama. Predavanje: Anorganski spojevi stanica. Razine organizacije žive tvari
Tema: “Kemijski sastav stanice.”
Plan:
1. Anorganske tvari stanice.
2. Organske tvari stanice.
Stanica sadrži oko 70 kemijskih elemenata Mendeljejeva periodnog sustava koji se nalaze i u neživoj prirodi. To ukazuje na jedinstvo organskog i anorganskog svijeta. Međutim, omjer kemijskih elemenata u živoj i neživoj tvari je različit.
Ovisno o sadržaju u živom organizmu, kemijski elementi se dijele u nekoliko skupina:
1 grupa - makronutrijenata(čine 98% mase stanice): vodik, kisik, ugljik i dušik. Oni su dio ugljikohidrata, masti i bjelančevina.
2. skupina - makronutrijenata(čine otprilike 1,9% ukupnog sastava ćelije): sumpor, fosfor, klor, kalij, natrij, magnezij, kalcij, željezo. Oni također obavljaju važnu funkciju u stanici. Na primjer, natrij, kalij i kalcij osiguravaju propusnost staničnih membrana za različite tvari i provođenje impulsa duž živčanog vlakna. Ca je jedan od čimbenika o kojem ovisi normalno zgrušavanje krvi. Fe je dio hemoglobina, proteina crvenih krvnih zrnaca koji je uključen u prijenos kisika iz pluća u tkiva.
3 grupa - mikroelemenata(0,1%): cink, bakar, jod, fluor, kobalt, mangan, bor itd. Također imaju važnu funkciju. Mikroelementi su dio enzima, vitamina, hormona - tvari s velikom biološkom aktivnošću. Nedostatak ili nedostatak bilo kojeg elementa u tragovima u tijelu može uzrokovati bolest. Na primjer, nedostatak jod, koji je dio hormona štitnjače - tiroksina, dovodi do smanjenja njegove formacije, hipofunkcije organa i razvoja bolesti. Cinkov dio je niza enzima hormona gušterače - inzulina; pojačava aktivnost spolnih hormona. Kobalt– neophodna komponenta vitamina B 12, koji je uključen u proces sinteze NK, u metabolizmu proteina, a vrlo je važan za hematopoezu.
4 grupa - ultramikroelementi(manje od 0,00001%): zlato, srebro, živa, uran, berilij, radij itd. Njihova uloga nije do kraja proučena.
Na temelju kemijskog sastava tvari koje ulaze u stanicu dijele se na neorganski(nalazi se i u neživoj prirodi) i organski, karakterističan za žive organizme.
Anorganske tvari stanice.
Voda- najčešći anorganski spoj. Prosječno u višestaničnom organizmu čini 80% tjelesne težine. Funkcija vode uvelike je određena njezinim kemijskim i fizikalnim svojstvima. Ta su svojstva povezana s malom veličinom molekula vode, njihovom polarnošću i sposobnošću međusobnog povezivanja vodikovim vezama.
Funkcija vode:
1. Voda je glavno otapalo polarnih tvari (soli, šećer, kiseline, alkoholi itd.). U odnosu na vodu sve se tvari dijele u 2 skupine: tvari koje su dobro topive u vodi nazivaju se hidrofilni. Voda ne otapa nepolarne tvari (masti, ulja) i ne miješa se s njima, jer s njima ne može stvarati vodikove veze. Tvari koje su netopljive u vodi nazivaju se hidrofobni.
2. Voda ima dobru toplinsku vodljivost i visok toplinski kapacitet, pa temperatura unutar ćelije ostaje nepromijenjena ili su njezina kolebanja znatno manja nego u okolini koja okružuje stanicu.
3. Voda ima veliku toplinu isparavanja, t.j. sposobnost molekula da odnesu značajnu količinu topline, hladeći tijelo (ovo svojstvo vode koristi se tijekom znojenja kod sisavaca).
4. Voda osigurava i dotok tvari u stanicu i odvođenje iz nje.
5. Voda je izvor O 2 i H 2 tijekom fotosinteze.
6. Voda je stabilizator stanične strukture zbog polariteta molekula
7. Voda – osmoregulator: osigurava elastičnost i volumen stanice.
8. Voda sudjeluje u hidrolizi i oksidaciji visokomolekularnih tvari.
Mineralne soli. Većina anorganskih tvari u stanici nalazi se u obliku soli. Molekule soli u vodenoj otopini disociraju na katione i anione (NaCl = Na + + Cl - ; NaSO 4 = Na + + SO 4 2-)
Najvažniji kationi su: K +, Na +, Ca 2+, NH 4 + i anioni: Cl -, H 2 PO 4 -, HCO 3 -, NO 3 -, SO 4 2-.
Razlika između količine kationa i aniona na površini i unutar stanice osigurava pojavu akcijskog potencijala koji je u osnovi živčane i mišićne ekscitacije.
Funkcije:
1. Održavanje postojanosti unutarnjeg okoliša tijela: anioni fosforne kiseline (H 2 PO 4 i HPO 4 2-) stvaraju puferski sustav koji održava pH unutar stanice na 6,9. U izvanstaničnoj tekućini i u krvi ugljična kiselina ima ulogu pufera i njeni anioni (H 2 CO 3 i HCO 3 -) održavaju pH = 7,4.
2. Osiguravanje stalnog osmotskog tlaka: unutar stanice veća je koncentracija soli - to osigurava dotok vode u stanicu i stvara turgor tlak.
3. Aktivacija enzima.
4. Tvore spojeve s organskim tvarima (Hb, klorofil, tiroksin, vitamin B 12, oksidativni enzimi).
Stanica sadrži nekoliko tisuća tvari koje sudjeluju u različitim kemijskim reakcijama. Kemijski procesi koji se odvijaju u stanici jedan su od glavnih uvjeta za njezin život, razvoj i funkcioniranje.
Osnovne stanične tvari = Nukleinske kiseline + Proteini + Masti (lipidi) + Ugljikohidrati + Voda + Kisik + Ugljični dioksid.
U neživoj prirodi te se tvari nikada ne nalaze zajedno.
Na temelju količinskog sadržaja u živim sustavima svi se kemijski elementi dijele u tri skupine.
1. Makronutrijenti. Osnovni ili biogeni elementi, koji čine više od 95% mase staničnih stanica, dio su gotovo svih organskih tvari stanice: ugljik, kisik, vodik, dušik. Kao i vitalni elementi čija količina iznosi do 0,001% tjelesne težine - kalcij, fosfor, sumpor, kalij, klor, natrij, magnezij i željezo.
2. Mikroelementi - elementi čija se količina kreće od 0,001% do 0,000001% tjelesne težine: cink, bakar.
3. Ultramikroelementi - kemijski 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 također uključuje platinu i cezij. Neki ljudi u tu skupinu ubrajaju i selen, čijim nedostatkom dolazi do razvoja raka.
Kemijske tvari koje čine stanicu:
Anorganski - spojevi koji se nalaze i u neživoj prirodi: u mineralima, prirodnim vodama;
- organski - kemijski spojevi koji sadrže ugljikove atome. Organski spojevi su izuzetno raznoliki, ali samo četiri klase njih imaju univerzalno biološko značenje: proteini, lipidi (masti), ugljikohidrati, nukleinske kiseline, ATP.
Anorganski spojevi
Voda je jedna od najčešćih i najvažnijih tvari na zemlji. U vodi se otapa više tvari nego u bilo kojoj drugoj tekućini. Zato se mnoge kemijske reakcije odvijaju u vodenom okolišu stanice. Voda otapa produkte metabolizma i uklanja ih iz stanice i organizma u cjelini. Voda ima visoku toplinsku vodljivost, što omogućuje ravnomjernu raspodjelu topline između tjelesnih tkiva.
Voda ima veliki toplinski kapacitet, tj. sposobnost apsorpcije topline uz minimalne promjene vlastite temperature. Zahvaljujući tome, štiti stanicu od naglih promjena temperature.
Mineralne soli se u stanici nalaze u pravilu u obliku kationa (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) i aniona (HPO42-, H2PO4-, Cl-, HCO3), čiji omjer određuje kiselost okoliš, koji je važan za život stanica. (U mnogim stanicama okolina je blago alkalna i njezin se pH gotovo ne mijenja, budući da se u njoj stalno održava određeni omjer kationa i aniona.)
Organski spojevi
Ugljikohidrati su široko rasprostranjeni u živim stanicama. Molekula ugljikohidrata sadrži ugljik, vodik i kisik.
U lipide spadaju masti, tvari slične mastima. U stanici oksidacijom masti nastaje velika količina energije koja se koristi za razne procese. Masti se mogu nakupljati u stanicama i služiti kao izvor energije.
Proteini su bitna komponenta svih stanica. Ovi biopolimeri sadrže 20 vrsta monomera. Takvi monomeri su aminokiseline. Stvaranje linearnih proteinskih molekula nastaje kao rezultat međusobnog spajanja aminokiselina. Karboksilna skupina jedne aminokiseline približava se amino skupini druge, a kada se molekula vode eliminira, između ostataka aminokiselina javlja se jaka kovalentna veza koja se naziva peptidna veza. Spoj koji se sastoji od velikog broja aminokiselina naziva se polipeptid. Svaki protein je po sastavu polipeptid.
Nukleinske kiseline. U stanicama postoje dvije vrste nukleinskih kiselina: dezoksiribonukleinska kiselina (DNK) i ribonukleinska kiselina (RNA). Nukleinske kiseline obavljaju najvažnije biološke funkcije u stanici. DNK pohranjuje nasljedne informacije o svim svojstvima stanice i organizma u cjelini. Različite vrste RNA sudjeluju u provedbi nasljedne informacije kroz sintezu proteina.
Posebno važnu ulogu u bioenergetici stanice ima adenil nukleotid na koji su vezana dva ostatka fosforne kiseline – adenozin trifosforna kiselina (ATP). Sve stanice koriste ATP energiju za procese biosinteze, kretanje, proizvodnju topline, živčane impulse, odnosno za sve vitalne procese. ATP je univerzalni biološki akumulator energije. Svjetlosna energija Sunca i energija sadržana u konzumiranoj hrani pohranjena je u molekulama ATP-a.
Vrsta lekcije - kombinirani
Metode: djelomično pretraživački, problemski, eksplanatorno i ilustrativno.
Cilj:
Formiranje kod učenika cjelovitog sustava znanja o živoj prirodi, njezinoj sustavnoj organizaciji i evoluciji;
Sposobnost argumentirane procjene novih informacija o biološkim pitanjima;
Poticanje građanske odgovornosti, samostalnosti, inicijative
Zadaci:
Edukativni: o biološkim sustavima (stanica, organizam, vrsta, ekosustav); povijest razvoja suvremenih ideja o živoj prirodi; izvanredna otkrića u biološkoj znanosti; uloga biološke znanosti u oblikovanju suvremene prirodoslovne slike svijeta; metode znanstvene spoznaje;
Razvoj stvaralačke sposobnosti u procesu proučavanja izuzetnih dostignuća biologije koja su ušla u opću ljudsku kulturu; složeni i kontradiktorni načini razvijanja suvremenih znanstvenih pogleda, ideja, teorija, koncepcija, raznih hipoteza (o biti i podrijetlu života, čovjeka) u tijeku rada s različitim izvorima informacija;
Odgoj uvjerenje o mogućnosti poznavanja žive prirode, potrebi brige o prirodnom okolišu i vlastitom zdravlju; uvažavanje mišljenja protivnika pri raspravi o biološkim problemima
Osobni rezultati studija biologije:
1. obrazovanje ruskog građanskog identiteta: patriotizam, ljubav i poštovanje prema domovini, osjećaj ponosa na svoju domovinu; svijest o svojoj nacionalnoj pripadnosti; asimilacija humanističkih i tradicionalnih vrijednosti višenacionalnog ruskog društva; poticanje osjećaja odgovornosti i dužnosti prema domovini;
2. formiranje odgovornog odnosa prema učenju, spremnosti i sposobnosti učenika za samorazvoj i samoobrazovanje na temelju motivacije za učenje i znanje, svjesnog izbora i izgradnje daljnje individualne obrazovne putanje temeljene na orijentaciji u svijetu zanimanja i profesionalne sklonosti, uzimajući u obzir održive kognitivne interese;
Metapredmetni rezultati nastave biologije:
1. sposobnost samostalnog utvrđivanja ciljeva svoga učenja, postavljanja i formuliranja sebi novih ciljeva u učenju i spoznajnom djelovanju, razvijanja motiva i interesa vlastitog spoznajnog djelovanja;
2. ovladavanje sastavnicama istraživačkih i projektnih aktivnosti, uključujući sposobnost sagledavanja problema, postavljanja pitanja, postavljanja hipoteza;
3. sposobnost rada s različitim izvorima bioloških informacija: pronalaženje bioloških informacija u različitim izvorima (udžbenički tekstovi, znanstveno-popularna literatura, biološki rječnici i priručnici), analizirati i
procijeniti informacije;
Kognitivni: prepoznavanje bitnih svojstava bioloških objekata i procesa; pružanje dokaza (argumentacija) odnosa između ljudi i sisavaca; odnosi između ljudi i okoliša; ovisnost ljudskog zdravlja o stanju okoliša; potreba zaštite okoliša; ovladavanje metodama biološke znanosti: promatranje i opisivanje bioloških objekata i procesa; postavljanje bioloških pokusa i obrazlaganje njihovih rezultata.
Regulatorno: sposobnost samostalnog planiranja načina za postizanje ciljeva, uključujući alternativne, svjesnog odabira najučinkovitijih načina za rješavanje obrazovnih i kognitivnih problema; sposobnost organizacije obrazovne suradnje i zajedničkih aktivnosti s učiteljem i vršnjacima; individualni i grupni rad: pronalaženje zajedničkog rješenja i rješavanje sukoba na temelju usuglašavanja stavova i uvažavanja interesa; formiranje i razvoj kompetencija u području korištenja informacijsko-komunikacijskih tehnologija (u daljnjem tekstu: ICT kompetencije).
Komunikativan: formiranje komunikacijske kompetencije u komunikaciji i suradnji s vršnjacima, razumijevanje obilježja rodne socijalizacije u adolescenciji, društveno korisnim, obrazovno-istraživačkim, kreativnim i drugim vrstama aktivnosti.
Tehnologije : Čuvanje zdravlja, problemsko, razvojno obrazovanje, grupne aktivnosti
Tehnike: analiza, sinteza, zaključivanje, prevođenje informacija iz jedne vrste u drugu, generalizacija.
Tijekom nastave
Zadaci
Upoznati učenike s kemijskim sastavom stanica.
Otkriti strukturne značajke molekula vode koje određuju njezinu ulogu u životu stanica i organizama.
Okarakterizirajte ulogu mineralnih soli i njihovih sastavnih kationa i aniona u životu stanice.
Osnovne odredbe
Biološka evolucija predstavlja prirodni stadij u razvoju materije u cjelini.
Kozmički i planetarni preduvjeti za nastanak života su veličina planeta, udaljenost od Sunca, kružna orbita i postojanost zračenja zvijezde.
Restorativna priroda atmosfere na prvobitnoj Zemlji smatra se kemijskim preduvjetom za pojavu života na našem planetu.
Abiogeno, iz sastavnica Zemljine primarne atmosfere pod utjecajem energije izboja groma, snažnog jakog ultraljubičastog zračenja Sunca itd., mogu nastati razne jednostavne organske molekule - monomeri bioloških polimera.
U vodenim otopinama, u blažim uvjetima, nastali su složeniji spojevi kao rezultat međudjelovanja jednostavnih organskih molekula.
Koacervati su višemolekularni kompleksi okruženi zajedničkom vodenom ljuskom.
Coacervate kapi imaju sposobnost selektivne apsorpcije tvari iz okoline i provođenja jednostavnih metaboličkih reakcija.
Tijekom formiranja unutarnjeg okruženja koacervata, procesi sinteze koji se odvijaju u njima doveli su do pojave membrana i specifičnih katalizatora proteinske prirode.
Najvažniji događaj predbiološke evolucije je pojava genetskog koda u obliku niza kodona RNA, a potom i DNA, za koju se pokazalo da može pohraniti informacije o najuspješnijim kombinacijama aminokiselina u proteinskim molekulama.
Pojava prvih staničnih oblika označila je početak biološke evolucije čije su početne faze obilježene pojavom eukariotskih organizama, spolnim procesom i nastankom prvih višestaničnih organizama.
Problematična područja
Kako bi se mogla prevladati koncentracijska barijera u vodama iskonskog oceana?
Koji su principi prirodne selekcije koacervata u uvjetima rane Zemlje?
Koje su glavne evolucijske transformacije pratile prve korake biološke evolucije?
Anorganske tvari koje izgrađuju stanicu
Oko 70 elemenata periodnog sustava kemijskih elemenata otkriveno je u stanicama različitih organizama D.I. Mendeljejeva, ali samo njih 24 imaju utvrđeno značenje i stalno se nalaze u svim vrstama stanica.
Najveći udio u elementarnom sastavu stanice čine kisik, ugljik, vodik i dušik. To su takozvani bazični ili biogeni elementi. Ovi elementi čine više od 95% mase stanica, a njihov relativni sadržaj u živoj tvari mnogo je veći nego u zemljinoj kori.
Vitalni su kalcij, fosfor, sumpor, kalij, klor, natrij, magnezij i željezo. Njihov sadržaj u ćeliji izračunava se u desetinkama i stotinkama postotka. Navedeni elementi čine skupinu makroelemenata.
Ostali kemijski elementi: bakar, kobalt, mangan, molibden, cink, bor, fluor, krom, selen, aluminij, jod, silicij - sadržani su isključivo u malim količinama (manje od 0,01% mase stanice). Spadaju u skupinu mikroelemenata.
Postotni sadržaj pojedinog elementa u tijelu ni na koji način ne karakterizira stupanj važnosti i nužnosti u tijelu. Na primjer, mnogi mikroelementi ulaze u sastav različitih biološki aktivnih tvari - enzima, vitamina, hormona; utječu na rast i razvoj, hematopoezu, procese staničnog disanja itd.
Voda. Najčešći anorganski spoj u živim organizmima je voda. Njegov sadržaj vrlo varira: u stanicama zubne cakline nalazi se oko 10% vode, au stanicama embrija u razvoju - više od 90%. U prosjeku u višestaničnom organizmu voda čini oko 80% tjelesne težine.
Uloga vode u stanici vrlo je važna. Njegove funkcije uvelike su određene njegovom kemijskom prirodom. Dipolna priroda strukture molekula određuje sposobnost vode da aktivno komunicira s različitim tvarima. Njegove molekule uzrokuju razgradnju niza tvari topljivih u vodi na katione i anione. Kao rezultat toga, ioni brzo ulaze u kemijske reakcije. Većina kemijskih reakcija uključuje interakcije između tvari topivih u vodi.
Voda. Ima važnu ulogu u životu stanica i živih organizama općenito. Osim što je dio njihovog sastava, mnogim organizmima je i stanište. Uloga vode u stanici određena je njezinim svojstvima. Ta su svojstva prilično jedinstvena i povezana su uglavnom s malom veličinom molekula vode, s polaritetom njezinih molekula i njihovom sposobnošću međusobnog povezivanja vodikovim vezama.
Molekule vode imaju nelinearnu prostornu strukturu. Atome u molekuli vode drže zajedno polarne kovalentne veze koje povezuju jedan atom kisika s dva atoma vodika. Polarnost kovalentnih veza objašnjava se u ovom slučaju jakom elektronegativnošću atoma kisika u odnosu na atom vodika; Atom kisika privlači elektrone iz njihovih zajedničkih elektronskih parova.
Zbog toga se na atomu kisika pojavljuje djelomično negativan naboj, a na atomu vodika djelomično pozitivan naboj. Vodikove veze nastaju između atoma kisika i vodika susjednih molekula vode.
Voda je izvrsno otapalo za polarne tvari, kao što su soli, šećeri, alkoholi i kiseline. Tvari topive u vodi nazivaju se hidrofilni.
Tvari koje su netopljive u vodi nazivaju se hidrofobni.
Voda ima visok toplinski kapacitet. Razbijanje vodikovih veza koje drže molekule vode zajedno zahtijeva apsorpciju velike količine energije. Ovo svojstvo osigurava održavanje toplinske ravnoteže tijela tijekom značajnih promjena temperature u okolišu. Osim toga, voda ima visoka toplinska vodljivost, što omogućuje tijelu da održava istu temperaturu u cijelom svom volumenu. Voda također ima visoku toplina isparavanja, tj. sposobnost molekula da odnesu značajnu količinu topline, hladeći tijelo. Ovo svojstvo vode koristi se u znojenju kod sisavaca, toplinskom kratkom dahu kod krokodila i transpiraciji (isparavanju) kod biljaka, sprječavajući njihovo pregrijavanje.
Biološka svojstva vode:
Prijevoz. Voda osigurava kretanje tvari u stanici i tijelu, apsorpciju tvari i uklanjanje produkata metabolizma.
Metabolički. Voda je medij za mnoge biokemijske reakcije u stanici.
Strukturalni. Citoplazma stanica sadrži od 60 do 95% vode. Kod biljaka voda određuje turgor stanica.
Voda sudjeluje u stvaranju mazivih tekućina i sluzi. Nalazi se u sastavu sline, žuči, suza itd.
Mineralne soli. Većina anorganskih tvari u stanici nalazi se u obliku soli. U vodenoj otopini molekule soli disociraju na katione i anione. Najvažniji kationi su: K+, Na+, Ca2+, Mg2+ i anioni: Cl-, H2PO4-, HPO42-, HCO3-, NO3-, SO42-. Značajan je ne samo sadržaj, već i omjer iona u stanici.
Svojstva puferiranja stanice ovise o koncentraciji soli unutar stanice.
Pufer sposobnost stanice da održava blago alkalnu reakciju svog sadržaja na konstantnoj razini.
Pitanja za raspravu
Kakav je doprinos raznih elemenata organizaciji žive i nežive materije?
Kako se fizikalno-kemijska svojstva vode očituju u podržavanju vitalnih procesa stanice i cijelog organizma?
Pitanja i zadaci za ponavljanje
1.Koja tvar čini osnovu unutarnjeg okoliša živih organizama?
2. Kako će nedostatak bilo kojeg potrebnog elementa utjecati na vitalnu aktivnost stanice i organizma? Navedite primjere takvih pojava?
3.Koji kationi elemenata osiguravaju najvažnije svojstvo živih organizama - podražljivost?
4. Pronađi u referentnom materijalu elemente koji su sadržani u najmanjim količinama u ćeliji. Koji je njihov zajednički naziv? Koju ulogu imaju u stanici?
AnorganskitvariStanice
Voda i njezina uloga u životu stanice
Kemijski sastav stanice. Anorganski spojevi.
Resursi
V. B. ZAKHAROV, S. G. MAMONTOV, N. I. SONIN, E. T. ZAKHAROVA UDŽBENIK “BIOLOGIJA” ZA OPĆE OBRAZOVNE USTANOVE (10.-11. razred).
A. P. Plekhov Biologija s osnovama ekologije. Serija “Udžbenici za sveučilišta. Posebna literatura“.
Knjiga za učitelje Sivoglazov V.I., Sukhova T.S. Kozlova T. A. Biologija: opći obrasci.
Hosting prezentacije
To uključuje vodu i mineralne soli.
Voda nužna za provođenje životnih procesa u stanici. Njegov sadržaj je 70-80% stanične mase. Glavne funkcije vode:
je univerzalno otapalo;
je okolina u kojoj se odvijaju biokemijske reakcije;
određuje fiziološka svojstva stanice (elastičnost, volumen);
sudjeluje u kemijskim reakcijama;
održava toplinsku ravnotežu tijela zbog visokog toplinskog kapaciteta i toplinske vodljivosti;
je glavno sredstvo za prijenos tvari.
Mineralne soli prisutni u stanici u obliku iona: kationi K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+; anioni – Cl -, HCO 3 -, H 2 PO 4 -.
3. Organske tvari stanice.
Organski spojevi stanice sastoje se od mnogo ponavljajućih elemenata (monomera) i velike su molekule - polimeri. To uključuje proteine, masti, ugljikohidrate i nukleinske kiseline. Njihov sadržaj u stanici: proteini -10-20%; masti - 1-5%; ugljikohidrati - 0,2-2,0%; nukleinske kiseline - 1-2%; organske tvari niske molekulske mase – 0,1-0,5%.
Vjeverice – visokomolekularne (visokomolekularne) organske tvari. Strukturna jedinica njihove molekule je aminokiselina. U stvaranju proteina sudjeluje 20 aminokiselina. Molekula svakog proteina sadrži samo određene aminokiseline prema redoslijedu karakterističnom za taj protein. Aminokiselina ima sljedeću formulu:
H 2 N – CH – COOH
U sastav aminokiselina ulazi NH 2 - amino skupina bazičnih svojstava; COOH – karboksilna skupina s kiselim svojstvima; radikali koji razlikuju aminokiseline jedne od drugih.
Postoje primarne, sekundarne, tercijarne i kvaternarne strukture proteina. Aminokiseline koje su međusobno povezane peptidnim vezama određuju njegovu primarnu strukturu. Proteini primarne strukture povezani su u spiralu vodikovim vezama i tvore sekundarnu strukturu. Polipeptidni lanci, uvijajući se na određeni način u kompaktnu strukturu, tvore globulu (kuglu) - tercijarnu strukturu proteina. Većina proteina ima tercijarnu strukturu. Treba napomenuti da su aminokiseline aktivne samo na površini globule. Proteini s globularnom strukturom spajaju se u kvaternarnu strukturu (na primjer, hemoglobin). Kada su izložene visokoj temperaturi, kiselinama i drugim čimbenicima, složene proteinske molekule se uništavaju - denaturacija proteina. Kada se uvjeti poboljšaju, denaturirani protein može obnoviti svoju strukturu ako njegova primarna struktura nije uništena. Ovaj proces se zove renaturacija.
Proteini su specifični za vrstu: svaku životinjsku vrstu karakterizira niz 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 druge organske spojeve, na primjer, masti i ugljikohidrate (lipoproteine, glikoproteine, itd.).
Proteini obavljaju sljedeće funkcije:
enzimski (na primjer, enzim amilaza razgrađuje ugljikohidrate);
strukturne (na primjer, dio su membrana i drugih staničnih organela);
receptor (na primjer, protein rodopsin potiče bolji vid);
transport (na primjer, hemoglobin prenosi kisik ili ugljični dioksid);
zaštitni (na primjer, proteini imunoglobulina uključeni su u stvaranje imuniteta);
motor (na primjer, aktin i miozin sudjeluju u kontrakciji mišićnih vlakana);
hormonski (na primjer, inzulin pretvara glukozu u glikogen);
energije (pri razgradnji 1 g proteina oslobađa se 4,2 kcal energije).
Masti (lipidi) - spojevi trohidričnog alkohola glicerola i masnih kiselina visoke molekulske mase. Kemijska formula masti:
CH2-O-C(O)-R1
CH 2 -O-C(O)-R³, pri čemu radikali mogu biti različiti.
Funkcije lipida u stanici:
strukturni (sudjeluju u izgradnji stanične membrane);
energije (pri razgradnji 1 g masti 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 – njihova se molekula može prikazati općom formulom C n (H 2 O) n – ugljik i voda.
Ugljikohidrati se dijele u tri skupine: monosaharidi (obuhvataju jednu molekulu šećera - glukozu, fruktozu i dr.), oligosaharide (obuhvataju od 2 do 10 monosaharidnih ostataka: saharoza, laktoza) i polisaharide (spojevi visoke molekulske mase - glikogen, škrob i dr.). ).
Funkcije ugljikohidrata:
služe kao početni elementi za izgradnju raznih organskih tvari, na primjer, tijekom fotosinteze - glukoze;
glavni izvor energije za tijelo; tijekom njihove razgradnje uz pomoć kisika oslobađa se više energije nego tijekom oksidacije masti;
zaštitni (na primjer, sluz koju izlučuju razne žlijezde sadrži puno ugljikohidrata; štiti stijenke šupljih organa (bronhija, želuca, 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 (DNA) I ribonukleinske (RNA) kiseline.
DNK - najveći biopolimeri, njihov monomer je nukleotid. Sastoji se od ostataka tri tvari: dušične baze, ugljikohidrata deoksiriboze i fosforne kiseline. Postoje 4 poznata nukleotida uključena u formiranje molekule DNK. Dvije dušične baze su derivati pirimidina - timin i citozin. Adenin i guanin su klasificirani kao derivati purina.
Prema modelu DNA koji su predložili J. Watson i F. Crick (1953.), molekula DNA sastoji se od dva lanca koja se spiralno okreću jedan oko drugog.
Dvije niti molekule drže zajedno vodikove veze koje se pojavljuju između njih. komplementarni dušične baze. Adenin je komplementaran timinu, a gvanin citozinu. DNK se u stanicama nalazi u jezgri, gdje zajedno s proteinima nastaje kromosoma. DNK se također nalazi u mitohondrijima i plastidima, gdje su njihove molekule raspoređene u prsten. Glavni funkcija DNA– pohranjivanje nasljednih informacija sadržanih u nizu nukleotida koji čine njegovu molekulu i prijenos tih informacija stanicama kćerima.
Ribonukleinska kiselina jednolančani. RNA nukleotid se sastoji od jedne od dušičnih baza (adenin, gvanin, citozin ili uracil), ugljikohidrata riboze i ostatka fosforne kiseline.
Postoji nekoliko vrsta RNA.
Ribosomska RNA(r-RNA) u kombinaciji s proteinom dio je ribosoma. Ribosomi vrše sintezu proteina. Glasnička RNA(i-RNA) prenosi informacije o sintezi proteina iz jezgre u citoplazmu. Prijenosna RNA(tRNA) nalazi se u citoplazmi; veže određene aminokiseline na sebe i dostavlja ih ribosomima, mjestu sinteze proteina.
RNK se nalazi u jezgrici, citoplazmi, ribosomima, mitohondrijima i plastidima. U prirodi postoji još jedna vrsta RNA - virusna. U nekim virusima obavlja funkciju pohranjivanja i prijenosa nasljednih informacija. Kod drugih virusa ovu funkciju obavlja virusna DNA.
Adenozin trifosforna kiselina
(ATP) je poseban nukleotid koji se sastoji od dušične baze adenina, ugljikohidrata riboze i tri ostatka fosforne kiseline. 
ATP je univerzalni izvor energije potreban za biološke procese koji se odvijaju u stanici. Molekula ATP je vrlo nestabilna i sposobna je odvojiti jednu ili dvije molekule fosfata, oslobađajući veliku količinu energije. Ta se energija troši kako bi se osigurale sve vitalne funkcije stanice - biosinteza, kretanje, stvaranje električnog impulsa itd. Veze u molekuli ATP-a nazivaju se makroergičkim. Cijepanje fosfata iz molekule ATP-a prati oslobađanje 40 kJ energije. Sinteza ATP-a odvija se u mitohondrijima.
Kemijske tvari prvi je klasificirao krajem 9. stoljeća arapski znanstvenik Abu Bakr al-Razi. Na temelju podrijetla tvari podijelio ih je u tri skupine. U prvoj skupini mjesto je odredio mineralnim tvarima, u drugoj biljnim tvarima, a u trećoj životinjskim tvarima.
Ovoj je klasifikaciji bilo suđeno da traje gotovo tisućljeće. Tek u 19. stoljeću formiraju se dvije od tih skupina - organske i anorganske tvari. Kemijske tvari obje vrste izgrađene su zahvaljujući devedeset elemenata uključenih u tablicu D. I. Mendeljejeva.
Skupina anorganskih tvari
Među anorganskim spojevima razlikuju se jednostavne i složene tvari. Skupina jednostavnih tvari uključuje metale, nemetale i plemenite plinove. Složene tvari predstavljaju oksidi, hidroksidi, kiseline i soli. Od bilo kojih kemijskih elemenata sve se može sagraditi.
Skupina organskih tvari
Sastav svih organskih spojeva nužno uključuje ugljik i vodik (ovo je njihova temeljna razlika od mineralnih tvari). Tvari koje tvore C i H nazivaju se ugljikovodici – najjednostavniji organski spojevi. Derivati ugljikovodika sadrže dušik i kisik. Oni se pak dijele na spojeve koji sadrže kisik i dušik.
Skupinu tvari koje sadrže kisik predstavljaju alkoholi i eteri, aldehidi i ketoni, karboksilne kiseline, masti, voskovi i ugljikohidrati. Spojevi koji sadrže dušik uključuju amine, aminokiseline, nitro spojeve i proteine. Za heterocikličke tvari pozicija je dvojaka – one, ovisno o strukturi, mogu pripadati objema vrstama ugljikovodika.
Kemikalije za stanice
Postojanje stanica moguće je ako sadrže organske i anorganske tvari. Umiru kada im nedostaje vode i mineralnih soli. Stanice umiru ako su jako osiromašene nukleinskim kiselinama, mastima, ugljikohidratima i proteinima.
Oni su sposobni za normalan život ako sadrže nekoliko tisuća spojeva organske i anorganske prirode, sposobnih za ulazak u mnoge različite kemijske reakcije. Biokemijski procesi koji se odvijaju u stanici temelj su njezine vitalne aktivnosti, normalnog razvoja i funkcioniranja.
Kemijski elementi koji zasićuju stanicu
Stanice živih sustava sadrže skupine kemijskih elemenata. Obogaćeni su makro-, mikro- i ultramikroelementima.
- Makroelemente prvenstveno predstavljaju ugljik, vodik, kisik i dušik. Ove anorganske tvari stanice tvore gotovo sve njezine organske spojeve. Oni također uključuju vitalne elemente. Stanica ne može živjeti i razvijati se bez kalcija, fosfora, sumpora, kalija, klora, natrija, magnezija i željeza.
- Skupinu mikroelemenata čine cink, krom, kobalt i bakar.
- Ultramikroelementi su druga skupina koja predstavlja najvažnije anorganske tvari stanice. Skupinu čine zlato i srebro koji djeluju baktericidno te živa koja sprječava reapsorpciju vode koja ispunjava bubrežne tubule i utječe na enzime. Također uključuje platinu i cezij. Određenu ulogu u njemu ima selen, čiji nedostatak dovodi do raznih vrsta raka.
Voda u ćeliji
Važnost vode, uobičajene tvari na Zemlji za život stanica, je neporeciva. U njemu se otapaju mnoge organske i anorganske tvari. Voda je plodna sredina u kojoj se odvija nevjerojatan broj kemijskih reakcija. Sposoban je otapati produkte raspadanja i metabolizma. Zahvaljujući njemu, otpad i toksini napuštaju stanicu.
Ova tekućina ima visoku toplinsku vodljivost. To omogućuje ravnomjerno širenje topline kroz tjelesna tkiva. Ima značajan toplinski kapacitet (sposobnost apsorbiranja topline kada se vlastita temperatura minimalno mijenja). Ova sposobnost sprječava nagle promjene temperature u ćeliji.
Voda ima izuzetno visoku površinsku napetost. Zahvaljujući njemu, otopljene anorganske 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 stanica ovisi o vodi. U određenim vrstama životinja, voda se nosi s potpornom funkcijom, a ne bilo koje druge anorganske tvari. Biologija je identificirala i proučavala životinje s hidrostatičkim kosturom. To uključuje predstavnike bodljikaša, okruglih i anelida, meduza i morskih anemona.
Zasićenost stanica vodom
Radne ćelije su ispunjene vodom za 80% ukupnog volumena. Tekućina u njima postoji u slobodnom i vezanom obliku. Proteinske molekule čvrsto se vežu za vezanu vodu. Oni, okruženi vodenom školjkom, izolirani su jedni od drugih.
Molekule vode su polarne. Oni stvaraju vodikove veze. Zahvaljujući vodikovim mostovima, voda ima visoku toplinsku vodljivost. Vezana voda omogućuje stanicama da izdrže niske temperature. Besplatna voda čini 95%. Pospješuje otapanje tvari uključenih u stanični metabolizam.
Visoko aktivne stanice u moždanom tkivu sadrže do 85% vode. Mišićne stanice su 70% zasićene vodom. Manje aktivne stanice koje tvore masno tkivo trebaju 40% vode. Ne otapa samo anorganske kemikalije u živim stanicama, već je ključni sudionik u hidrolizi organskih spojeva. Pod njegovim utjecajem organske tvari, raspadajući se, pretvaraju se u srednje i konačne tvari.
Značaj mineralnih soli za stanicu
Mineralne soli predstavljene su u stanicama kationima kalija, natrija, kalcija, magnezija i anionima HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -. Pravilni omjeri aniona i kationa stvaraju kiselost potrebnu za život stanice. Mnoge stanice održavaju blago alkalno okruženje, koje ostaje gotovo nepromijenjeno i osigurava njihovo stabilno funkcioniranje.
Koncentracija kationa i aniona u stanicama razlikuje se od njihovog odnosa u međustaničnom prostoru. Razlog tome je aktivna regulacija usmjerena na transport kemijskih spojeva. Ovaj tijek procesa određuje postojanost kemijskog sastava u živim stanicama. Nakon smrti stanice koncentracija kemijskih spojeva u međustaničnom prostoru i citoplazmi postiže ravnotežu.
Anorganske tvari u kemijskoj organizaciji stanice
Kemijski sastav živih stanica ne sadrži nikakve posebne elemente koji su svojstveni samo njima. To određuje jedinstvo kemijskog sastava živih i neživih tijela. Anorganske tvari u sastavu stanice igraju veliku ulogu.
Sumpor i dušik pomažu u stvaranju proteina. Fosfor je uključen u sintezu DNA i RNA. Magnezij je važna komponenta enzima i molekula klorofila. Bakar je neophodan za oksidativne enzime. Željezo je središte molekule hemoglobina, cink je dio hormona koje proizvodi gušterača.
Važnost anorganskih spojeva za stanice
Dušikovi spojevi pretvaraju proteine, aminokiseline, DNA, RNA i ATP. U biljnim stanicama amonijevi ioni i nitrati se tijekom redoks reakcija pretvaraju u NH 2 i uključuju se u sintezu aminokiselina. Živi organizmi koriste aminokiseline za stvaranje vlastitih proteina potrebnih za izgradnju njihovih tijela. Nakon smrti organizama, proteini ulaze u ciklus tvari, a tijekom njihovog raspada dušik se oslobađa u slobodnom obliku.
Anorganske tvari koje sadrže kalij igraju ulogu "pumpe". Zahvaljujući "kalijskoj pumpi", tvari koje su im hitno potrebne prodiru u stanice kroz membranu. Spojevi kalija dovode do aktivacije aktivnosti stanica, zahvaljujući čemu se provode uzbuđenja i impulsi. Koncentracija iona kalija u stanicama je vrlo visoka, za razliku od okoliša. Nakon smrti živih organizama, ioni kalija lako prelaze u prirodni okoliš.
Tvari koje sadrže fosfor pridonose stvaranju membranskih struktura i tkiva. U njihovoj prisutnosti nastaju enzimi i nukleinske kiseline. Razni slojevi tla zasićeni su u različitim stupnjevima fosfornim solima. Izlučevine korijena biljaka, otapajući fosfate, apsorbiraju ih. Nakon smrti organizama, preostali fosfati prolaze kroz mineralizaciju, pretvarajući se u soli.
Anorganske tvari koje sadrže kalcij doprinose stvaranju međustanične 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 kosturi i koraljni polipi. Stanice sadrže ione kalcija i kristale njegovih soli.
