Celula vie, ca purtătoare a tuturor proceselor vieții, constă din diverși compuși chimici, a căror bază sunt elemente chimice prezente în natură neînsuflețită. Astfel, diferența calitativă în compoziția chimică a unei singure celule și a unui bob de nisip nu constă în prezența atomilor „vii” unici, ci în complexitatea compușilor chimici pe baza proprietăților unice. carbon, care fac posibilă formarea unor lanțuri lungi și suficient de stabile cu ele însele. Astfel, carbonul este un element esențial al materiei organice, inclusiv proteinele, carbohidrații, lipidele și acizii nucleici. Chimia organică se ocupă cu studiul proprietăților chimice ale compușilor de carbon. Procesele chimice din organismele vii sunt studiate prin biochimie.

chimică

Carbon aparține așa-numitelor de bază sau elemente biogene primare (biogen = formând materie vie) împreună cu alte elemente chimice din care sunt compuse substanțele organice menționate. Aceste elemente biogene se mai numesc macroelemente:

  • carbon (C) - toată materia organică + CO2
  • hidrogen (H) - componentă a apei celulare și componente organice low-moleculare și macromoleculare ale celulei
  • oxigen (O) - o componentă a apei celulare și a substanțelor organice, O2 este un acceptor de electroni în respirația aerobă
  • azot (N) - componentă a aminoacizilor, peptidelor și proteinelor, nucleotidelor, acizilor nucleici, cofactorilor și a unor metaboliți secundari
  • fosfor (P) - coloana vertebrală a fosfatului lanțurilor polinucleotidice, fosfolipide de membrană, ATP, coenzime, metaboliți intermediari ai carbohidraților
  • sulf (S) - parte a multor proteine, aminoacizi metionină și cisteină, unii cofactori (acetilcoenzima A)

Aceste șase elemente biogene de bază includ alte câteva elemente chimice, fără de care nu ne putem imagina viața și a căror prezență este absolut necesară pentru supraviețuirea celulei. În ceea ce privește apariția, acestea sunt încă macroelemente, dar nu fac parte direct din principalele substanțe organice, deci sunt uneori numite secundare sau elemente biogene secundare. În plus față de macroelementele de mai sus, acestea sunt:

  • potasiu (K) - catione anorganice de bază ale celulei, activator al unor enzime, reglare osmotică, activitate musculară
  • calciu (Ca) - reglarea excreției apei, componenta proteazei, comunicarea intercelulară, activitatea musculară, baza sistemului de susținere
  • magneziu (Mg) - o componentă importantă a metabolismului acidului nucleic, o componentă a clorofilei
  • sodiu (Na) - retenție de apă în celulă, reglarea presiunii osmotice, transmiterea excitării nervoase (nu este esențială pentru majoritatea microorganismelor)
  • clor (Cl) - reglarea pH-ului mediului celular

Pe lângă macroelemente, materia vie conține o varietate oligoelemente, sau microelemente (bor - B, zinc - Zn, cobalt - Ce, mangan - Mn, fier - Fe, cupru - Cu, molibden - Mo și alții), a căror deficiență duce la întreruperea proceselor fiziologice (încetinirea lor sau încetarea completă) și cauzează diferite boli ale plantelor și animalelor.

Substanțe anorganice sunt compuși mai simpli de elemente biogene (în sens figurat, sunt și ele însele elemente chimice), în care carbonul nu apare de obicei. Ele pot fi legate în celulă sub formă de săruri (cloruri, fluoruri, carbonați, fosfați etc.), parte a enzimelor (fier în hemoglobină) sau ca ioni liberi (Na +, Ca 2+).

Reprezentarea substanțelor depinde de multe criterii, cum ar fi vârsta, tipul de celulă, mediul extern, tipul specific de organism.

Cel mai important compus anorganic al oricărei celule este Apă, care este 60-90% (

65%) greutatea celulei. Rolul său este de neînlocuit în multe procese:

  • solvent pentru substanțe anorganice și anumite substanțe organice
  • creează mediul pentru evoluția reacțiilor chimice
  • distribuie substanțe dizolvate în celule, țesuturi și țesuturi
  • condiționează procesele fizice (difuzie, osmoza)
  • funcția de termoreglare
  • fotoliza apei ca parte a procesului fotosintetic la plante

Legătură proteică

Proteinele (proteine, gr. Protos = prima, primară) sunt biomacromolecule compuse din aranjate liniar aminoacizi, pe care le creează lanț polipeptidic. În lanțul polipeptidic, aminoacizii sunt legați legătură peptidică. Există 20 standard (așa-numitele. proteinogen) aminoacizi a căror includere în lanțul polipeptidic este „scrisă” în informațiile genetice. Interacțiunea aminoacizilor creează o structură tridimensională complicată, dar strict determinată, a unei proteine ​​cu o funcție specifică. Dacă proteina medie este compusă din 50 de aminoacizi, combinația lor poate rezulta în 20 50 = 1,13,10 65 combinații posibile, ceea ce reprezintă o variabilitate funcțională extrem de mare a acestor structuri.

Funcția proteinelor dintr-o celulă poate fi rezumată în mai multe categorii:

  • proteine ​​mecanice - microfilamente
  • proteine ​​de transport - funcția transportatorilor în biomembrană
  • proteine ​​structurale - funcția de construire
  • proteine ​​metabolice - enzime
  • proteine ​​informaționale - reglarea proceselor celulare

Proteinele sunt absolut esențiale pentru viață și nu pot fi înlocuite cu alte substanțe. Celulele vegetale conțin mai puține proteine, dar mai multe polizaharide. Ele produc proteine ​​din substanțe anorganice simple. În celulele animale, proteinele reprezintă până la 80% din materia organică. Corpul animalului primește proteine ​​în dietă, le descompune în aminoacizi individuali și își construiește proteinele specifice din acestea.

Legătura lipidelor

Dintre lipide (gr. Lipos = grăsime) sunt cele mai importante grăsimi, ce sunt ei esteri ai acizilor grași superiori și glicerol. Conținutul și tipul de grăsime depinde de tipul, nutriția, starea fiziologică, vârsta. Grăsimile au mai multe funcții importante în celulă:

  • sursa de energie (1g = 38 kJ)
  • funcția de construire - stratul fosfolipidic al biomembranelor
  • funcția metabolică
  • izolant, resp. funcția de termoreglare
  • funcție de stocare (țesut adipos la animale, endosperm la plante)
  • funcția de protecție - în jurul unor organe importante (ceruri în plante)
  • sunt un solvent pentru vitaminele A, D, E, K (vitamine liposolubile)

Lipidele tipice ale membranei sunt compuse din glicerol, o grupare polară (reziduu oligozaharidic) și un acid gras mai mare care este nepolar. Prin urmare, întreaga moleculă de glicerol fosfolipid are un caracter polar care determină orientarea sa în mediul apos. O astfel de structură are o mare importanță în creație biomembrana.

Legătură carbohidrați

Glucidele (lat. Saccharum = zahăr) sunt o componentă esențială a tuturor organismelor vii și în același timp cea mai extinsă clasă de molecule biologic active. Ele provin din substanțe anorganice (anorganice) din plantele verzi în procesul de fotosinteză, în timpul cărora energia solară este convertită în energia legăturilor chimice ale atomilor din molecula de carbohidrați. Animalele absorb carbohidrații în dieta lor și prin respirație, care se bazează pe oxidarea biologică, această energie este eliberată pentru alte procese metabolice.

Monozaharidele formate prin fotosinteză sunt cele mai simple zaharuri și, în același timp, cele mai mici componente ale glucidelor mai complexe, în care monozaharidele individuale sunt legate între ele. legătura glicozidică.

Glucidele sunt împărțite în funcție de numărul de unități monozaharidice în:

  • monozaharide
  • dizaharide - 2 unități
  • oligozaharide - mai multe unități, componente ale glicoproteinelor și glicolipidelor
  • polizaharide - un număr mare de unități; datorită dimensiunii sale, mai multe 100 de mii de daltoni și mai mulți aparțin împreună cu proteinele și acizii nucleici biomacromoleculelor

monozaharidedizaharidepolizaharide
glucoză (zahăr din struguri)
fructoză (zahăr din fructe)
galactoză (zahăr din creier)
dezoxiriboză (component ADN)
riboză (component ARN)		zaharoză (zahăr de sfeclă)
maltoză (zahăr de malț)
lactoză (zahăr din lapte)		amidon (funcție de depozitare în plante)
celuloză (peretele celular al plantei)
chitina (peretele celular al ciupercilor)

Legătura acidului nucleic

Acizii nucleici sunt compuși macromoleculari care se găsesc în nucleul celular și în unele organite (mitocondrii, cloroplaste). Blocurile lor de bază sunt nucleotide care se unesc într-un lanț liniar polinucleotidic prin legătura fosfodiesterică. Fiecare nucleotidă este alcătuită din 3 componente:

  1. baza de azot - adenină (marcat cu A), guanină (G), citozină (C), cimbru (T), uracil (U)
  2. Zahăr cu 5 carbon - riboză (ARN) sau dezoxiriboză (ADN)
  3. restul acidului. trihidrogenfosfor (H3PO4) - formează coloana vertebrală exterioară a lanțului polinucleotidic

ADN-ul din majoritatea organismelor vii este alcătuit din două fire polinucleotidice răsucite elicoidal care se află unul față de celălalt. Conform regulii de asociere a bazelor, A se află opus T și C se află opus G. Asocierea este asigurată de punți de hidrogen.

Acizii nucleici stochează informații genetice care determină (i.) În ce moment, (ii.) În ce condiții și (iii.) Ce proteine ​​și produse asociate căii metabolice vor conține celula. Pentru marea majoritate a celulelor (cu excepția unor tipuri extrem de specializate - celule roșii din sânge de mamifere, vase de sânge și vase de plante), informațiile genetice intacte sunt vitale. Acizii nucleici reprezintă baza materială a eredității și variabilității organismelor vii.