>> Kemija: Kemijski elementi u stanicama živih organizama

U tvarima koje tvore stanice svih živih organizama (ljudi, životinje, biljke) otkriveno je više od 70 elemenata. Ovi elementi se obično dijele u dvije skupine: makroelementi i mikroelementi.

Makroelementi su sadržani u stanicama u velikim količinama. Prije svega, to su ugljik, kisik, dušik i vodik. Zajedno čine gotovo 98% ukupnog sadržaja stanice. Osim ovih elemenata, u makroelemente spadaju i magnezij, kalij, kalcij, natrij, fosfor, sumpor i klor. Njihov ukupni sadržaj je 1,9%. Dakle, udio ostalih kemijskih elemenata iznosi oko 0,1%. To su mikroelementi. Tu spadaju željezo, cink, mangan, bor, bakar, jod, kobalt, brom, fluor, aluminij itd.

U mlijeku sisavaca pronađena su 23 elementa u tragovima: litij, rubidij, bakar, srebro, barij, stroncij, titan, arsen, vanadij, krom, molibden, jod, fluor, mangan, željezo, kobalt, nikal itd.

Krv sisavaca sadrži 24 elementa u tragovima, a ljudski mozak sadrži 18 elemenata u tragovima.

Kao što vidite, u stanici nema posebnih elemenata koji su karakteristični samo za živu prirodu, odnosno na atomskoj razini nema razlika između žive i nežive prirode. Te se razlike nalaze samo na razini složenih tvari – na molekularnoj razini. Tako uz anorganske tvari (vodu i mineralne soli) stanice živih organizama sadrže samo njima karakteristične tvari - organske tvari (bjelančevine, masti, ugljikohidrate, nukleinske kiseline, vitamine, hormone itd.). Ove tvari izgrađene su uglavnom od ugljika, vodika, kisika i dušika, odnosno od makroelemenata. Mikroelementi su sadržani u ovim tvarima u malim količinama, ali njihova uloga u normalnom funkcioniranju organizma je ogromna. Na primjer, spojevi bora, mangana, cinka i kobalta dramatično povećavaju prinos pojedinih poljoprivrednih biljaka i povećavaju njihovu otpornost na razne bolesti.

Ljudi i životinje dobivaju mikroelemente potrebne za normalan život putem biljaka kojima se hrane. Ako u hrani nema dovoljno mangana, mogući su zastoj u rastu, odgođeni pubertet i metabolički poremećaji tijekom formiranja kostura. Dodavanje frakcija miligrama soli mangana dnevnoj prehrani životinja uklanja te bolesti.

Kobalt je dio vitamina B12, koji je odgovoran za rad krvotvornih organa. Nedostatak kobalta u hrani često uzrokuje ozbiljne bolesti, što dovodi do iscrpljivanja tijela, pa čak i smrti.

Važnost mikroelemenata za ljude prvi put je otkrivena tijekom proučavanja bolesti kao što je endemska gušavost, koja je uzrokovana nedostatkom joda u hrani i vodi. Uzimanje soli koja sadrži jod dovodi do ozdravljenja, a dodavanje u hranu u malim količinama sprječava bolest. U tu svrhu jodira se kuhinjska sol kojoj se dodaje 0,001-0,01% kalij jodida.

Većina bioloških enzimskih katalizatora sadrži cink, molibden i neke druge metale. Ovi elementi, sadržani u vrlo malim količinama u stanicama živih organizama, osiguravaju normalno funkcioniranje najfinijih biokemijskih mehanizama i pravi su regulatori vitalnih procesa.

Mnogi mikroelementi sadržani su u vitaminima - organskim tvarima različite kemijske prirode koje unose u organizam s hranom u malim dozama i imaju veliki utjecaj na metabolizam i cjelokupno funkcioniranje organizma. Po svom biološkom djelovanju bliski su enzimima, ali enzime stvaraju stanice tijela, a vitamini najčešće dolaze iz hrane. Izvori vitamina su biljke: agrumi, šipak, peršin, luk, češnjak i mnogi drugi. Neki vitamini - A, B1, B2, K - dobivaju se sintetski. Vitamini su dobili ime od dvije riječi: vita - život i amin - sadrži dušik.

Mikroelementi također ulaze u sastav hormona - biološki aktivnih tvari koje reguliraju rad organa i organskih sustava u ljudi i životinja. Ime su dobili od grčke riječi harmao - pobjeđujem. Hormone proizvode žlijezde s unutarnjim izlučivanjem i ulaze u krv, koja ih prenosi cijelim tijelom. Neki se hormoni dobivaju sintetski.

1. Makroelementi i mikroelementi.

2. Uloga mikroelemenata u životu biljaka, životinja i čovjeka.

3. Organske tvari: bjelančevine, masti, ugljikohidrati.

4. Enzimi.

5. Vitamini.

6. Hormoni.

Na kojoj razini oblika postojanja kemijskog elementa počinje razlika između žive i nežive prirode?

Zašto se pojedini makroelementi nazivaju i biogeni? Navedite ih.

Svi živi organizmi, osim virusa, sastoje se od stanica. Hajde da shvatimo što je to i kakva je njegova struktura.

Što je stanica?

Osnovna je građevna jedinica živih bića. Ona ima svoj metabolizam. Stanica može postojati i kao samostalan organizam: primjeri za to su cilijate, amebe, klamidomonade itd. Ova se struktura sastoji od raznih tvari, organskih i anorganskih. Sve kemijske tvari stanice imaju određenu ulogu u njezinoj strukturi i metabolizmu.

Kemijski elementi

U stanici postoji oko 70 različitih kemijskih elemenata, ali glavni su kisik, ugljik, vodik, kalij, fosfor, dušik, sumpor, klor, natrij, magnezij, kalcij, željezo, cink, bakar. Prva tri predstavljaju osnovu svih organskih spojeva. Svi kemijski elementi stanice imaju određenu ulogu.

Kisik

Količina ovog elementa je 65-75 posto mase cijele stanice. Ulazi u sastav gotovo svih organskih spojeva, kao i vode, zbog čega je njegov sadržaj tako visok. Ovaj element obavlja vrlo važnu funkciju u stanicama organizama: kisik služi kao oksidacijsko sredstvo u procesu staničnog disanja, uslijed čega se sintetizira energija.

Ugljik

Ovaj element, poput vodika, nalazi se u svim organskim tvarima. Kemijski sastav stanice sadrži oko 15-18 posto. Ugljik u obliku CO sudjeluje u procesima regulacije staničnih funkcija, a također sudjeluje u fotosintezi u obliku CO 2.

Vodik

Stanica sadrži otprilike 8-10 posto ovog elementa. Njegova najveća količina nalazi se u molekulama vode. Stanice nekih bakterija oksidiraju molekularni vodik kako bi sintetizirale energiju.

Kalij

Kemijski sastav stanice uključuje oko 0,15-0,4% ovog kemijskog elementa. Ima vrlo važnu ulogu, sudjeluje u procesima stvaranja živčanog impulsa. Zato se preporuča koristiti lijekove koji sadrže kalij za jačanje živčanog sustava. Ovaj element također pomaže u održavanju membranskog potencijala stanice.

Fosfor

Količina ovog elementa u stanici je 0,2-1% ukupne težine. Dio je ATP molekula, kao i nekih lipida. Fosfor je prisutan u međustaničnoj tvari iu citoplazmi u obliku iona. Njegova visoka koncentracija opažena je u stanicama mišićnog i koštanog tkiva. Osim toga, anorganske spojeve koji uključuju ovaj element stanica koristi za sintezu organskih tvari.

Dušik

Ovaj element je uključen u kemijski sastav stanice u količini od 2-3%. Nalazi se u proteinima, nukleinskim kiselinama, aminokiselinama i nukleotidima.

Sumpor

Dio je mnogih proteina, budući da se nalazi u aminokiselinama koje sadrže sumpor. Prisutan je u malim koncentracijama u citoplazmi i međustaničnoj tvari u obliku iona.

Klor

Sadrži u količini od 0,05-0,1%. Održava električnu neutralnost ćelije.

Natrij

Ovaj element je prisutan u stanici u količini od 0,02-0,03%. Obavlja iste funkcije kao i kalij, a također sudjeluje u procesima osmoregulacije.

Kalcij

Količina ovog kemijskog elementa je 0,04-2%. Kalcij je uključen u proces održavanja membranskog potencijala stanice i egzocitoze, odnosno oslobađanja određenih tvari (hormona, proteina i dr.) iz nje.

Magnezij

Kemijski sastav stanice uključuje 0,02-0,03% ovog elementa. Sudjeluje u energetskom metabolizmu i sintezi DNA, sastavni je dio enzima, klorofila, nalazi se u ribosomima i mitohondrijima.

Željezo

Količina ovog elementa je 0,01-0,015%. No, puno ga je više u crvenim krvnim zrncima, budući da je osnova hemoglobina.

Cinkov

Sadržano u inzulinu, kao iu mnogim enzimima.

Bakar

Ovaj element je jedna od komponenti oksidativnih enzima koji sudjeluju u sintezi citokroma.

Vjeverice

To su najsloženiji spojevi u stanici, glavne tvari od kojih se sastoji. Sastoje se od aminokiselina povezanih određenim redoslijedom u lanac, a zatim uvijenih u kuglu, čiji je oblik specifičan za svaku vrstu proteina. Ove tvari obavljaju mnoge važne funkcije u životu stanice. Jedna od najvažnijih je enzimska funkcija. Proteini djeluju kao prirodni katalizatori, ubrzavajući proces kemijske reakcije stotinama tisuća puta - bez njih je nemoguća razgradnja i sinteza bilo koje tvari. Svaka vrsta enzima sudjeluje samo u jednoj specifičnoj reakciji i ne može ući u drugu. Proteini također imaju zaštitnu funkciju. Tvari ove skupine koje štite stanicu od ulaska stranih proteina nazivaju se protutijelima. Ove tvari također štite cijeli organizam od patogenih virusa i bakterija. Osim toga, ove veze obavljaju prometnu funkciju. Leži u činjenici da u membranama postoje proteini prijenosnici koji nose određene tvari izvan ili unutar stanice. Plastična funkcija ovih tvari također je vrlo važna. Oni su glavni građevni materijal od kojeg se sastoji stanica, njezine membrane i organele. Ponekad proteini obavljaju i energetsku funkciju - s nedostatkom masti i ugljikohidrata stanica razgrađuje te tvari.

Lipidi

Ova skupina tvari uključuje masti i fosfolipide. Prvi su glavni izvor energije. Mogu se akumulirati i kao rezervne tvari u slučaju izgladnjivanja organizma. Potonji služe kao glavna komponenta staničnih membrana.

Ugljikohidrati

Najčešća tvar u ovoj skupini je glukoza. On i slični jednostavni ugljikohidrati imaju energetsku funkciju. U ugljikohidrate spadaju i polisaharidi, čije se molekule sastoje od tisuća sjedinjenih molekula – monosaharida. Oni uglavnom imaju strukturnu ulogu, budući da su dio membrana. Glavni polisaharidi biljnih stanica su škrob i celuloza, a životinjskih glikogen.

Nukleinske kiseline

Ova skupina kemijskih spojeva uključuje DNA, RNA i ATP.

DNK

Ova tvar obavlja najvažniju funkciju - odgovorna je za pohranjivanje i nasljedni prijenos genetskih informacija. DNK se nalazi u kromosomima jezgre. Makromolekule ove tvari formirane su od nukleotida, koji se pak sastoje od dušične baze koju predstavljaju purini i pirimidini, ugljikovodici i ostaci fosforne kiseline. Dolaze u četiri vrste: adenil, gvanil, timidil i citidil. Naziv nukleotida ovisi o tome koji purini ulaze u njegov sastav, a to mogu biti adenin, gvanin, timin i citozin. Molekula DNA ima oblik dva lanca uvijena u spiralu.

RNA

Ovaj spoj obavlja funkciju implementacije informacija koje se nalaze u DNK kroz sintezu proteina, čiji je sastav šifriran. Ova tvar je vrlo slična gore opisanoj nukleinskoj kiselini. Njihova glavna razlika je u tome što se RNA sastoji od jednog lanca, a ne od dva. RNA nukleotidi također sadrže dušičnu bazu uracil umjesto timina i riboze. Stoga se ova supstanca formira od nukleotida kao što su adenil, gvanil, uridil i citidil.

ATP

Sva energija koju biljne stanice dobiju tijekom fotosinteze ili životinjske oksidacijom masti i ugljikohidrata u konačnici se pohranjuje u ATP, od kojeg je stanica dobiva po potrebi.

Ćelija- elementarna jedinica života na Zemlji. Ima sve karakteristike živog organizma: raste, razmnožava se, izmjenjuje tvari i energiju s okolinom te reagira na vanjske podražaje. Početak biološke evolucije povezan je s pojavom staničnih oblika života na Zemlji. Jednostanični organizmi su stanice koje postoje odvojeno jedna od druge. Tijelo svih višestaničnih organizama – životinja i biljaka – građeno je od većeg ili manjeg broja stanica, koje su svojevrsne kockice koje čine složeni organizam. Bez obzira na to je li stanica cjeloviti živi sustav - zaseban organizam ili čini samo njegov dio, obdarena je skupom karakteristika i svojstava zajedničkih svim stanicama.

Kemijski sastav stanice

U stanicama je pronađeno oko 60 elemenata Mendeljejeva periodnog sustava koji se nalaze i u neživoj prirodi. Ovo je jedan od dokaza zajedništva žive i nežive prirode. Najčešći u živim organizmima vodik, kisik, ugljik I dušik, koji čine oko 98% stanične mase. To je zbog osebujnih kemijskih svojstava vodika, kisika, ugljika i dušika, zbog čega su se pokazali najprikladnijima za stvaranje molekula koje obavljaju biološke funkcije. Ova četiri elementa sposobna su formirati vrlo jake kovalentne veze sparivanjem elektrona koji pripadaju dvama atomima. Kovalentno vezani atomi ugljika mogu tvoriti okvire bezbrojnih različitih organskih molekula. Budući da atomi ugljika lako stvaraju kovalentne veze s kisikom, vodikom, dušikom i sumporom, organske molekule postižu iznimnu složenost i strukturnu raznolikost.

Osim četiri glavna elementa, stanica sadrži u primjetnim količinama (10. i 100. djelić postotka) željezo, kalij, natrij, kalcij, magnezij, klor, fosfor I sumpor. Svi ostali elementi ( cinkov, bakar, jod, fluor, kobalt, mangan itd.) prisutni su u stanici u vrlo malim količinama pa se stoga nazivaju mikroelementima.

Kemijski elementi ulaze u sastav anorganskih i organskih spojeva. Anorganski spojevi uključuju vodu, mineralne soli, ugljikov dioksid, kiseline i baze. Organski spojevi su vjeverice, nukleinske kiseline, ugljikohidrata, masti(lipidi) i lipoidi.

Neki proteini sadrže sumpor. Sastavni dio nukleinskih kiselina je fosfor. Molekula hemoglobina sadrži željezo, magnezij sudjeluje u izgradnji molekule klorofil. Mikroelementi, unatoč iznimno malom sadržaju u živim organizmima, igraju važnu ulogu u životnim procesima. Jod dio je hormona štitnjače - tiroksina, kobalt– vitamin B 12 sadrži hormon otočnog dijela gušterače – inzulin – cinkov. Kod nekih riba, bakar zauzima mjesto željeza u molekulama pigmenta koji prenose kisik.

Anorganske tvari

Voda

H 2 O je najčešći spoj u živim organizmima. Njegov sadržaj u različitim stanicama varira prilično široko: od 10% u zubnoj caklini do 98% u tijelu meduze, ali u prosjeku čini oko 80% tjelesne težine. Iznimno važna uloga vode u potpori životnih procesa posljedica je njezinih fizikalno-kemijskih svojstava. Polarnost molekula i sposobnost stvaranja vodikovih veza čine vodu dobrim otapalom za ogroman broj tvari. Većina kemijskih reakcija koje se odvijaju u stanici mogu se odvijati samo u vodenoj otopini. Voda je također uključena u mnoge kemijske transformacije.

Ukupan broj vodikovih veza između molekula vode varira ovisno o t °. Na t ° Kada se led topi, otprilike 15% vodikovih veza se uništava, na t° 40°C - polovica. Pri prijelazu u plinovito stanje sve vodikove veze se uništavaju. To objašnjava visok specifični toplinski kapacitet vode. Pri promjeni temperature vanjskog okoliša voda upija ili otpušta toplinu zbog pucanja ili novog stvaranja vodikovih veza. Na taj način, fluktuacije temperature unutar ćelije su manje nego u okolini. Visoka toplina isparavanja je u osnovi učinkovitog mehanizma prijenosa topline kod biljaka i životinja.

Voda kao otapalo sudjeluje u pojavama osmoze, koja ima važnu ulogu u životu tjelesnih stanica. Osmoza je prodiranje molekula otapala kroz polupropusnu membranu u otopinu tvari. Polupropusne membrane su one koje propuštaju molekule otapala, ali ne propuštaju molekule otopljene tvari (ili ione). Dakle, osmoza je jednosmjerna difuzija molekula vode u smjeru otopine.

Mineralne soli

Većina anorganskih tvari u stanicama nalazi se u obliku soli u disociranom ili krutom stanju. Koncentracija kationa i aniona u stanici i u njezinoj okolini nije ista. Stanica sadrži dosta K i mnogo Na. U izvanstaničnom okruženju, primjerice u krvnoj plazmi, u morskoj vodi, naprotiv, ima puno natrija, a malo kalija. Podražljivost stanica ovisi o odnosu koncentracija iona Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+. U tkivima višestaničnih životinja K je dio višestanične tvari koja osigurava koheziju stanica i njihov uredan raspored. Osmotski tlak u stanici i njezina puferska svojstva uvelike ovise o koncentraciji soli. Puferiranje je sposobnost stanice da održava blago alkalnu reakciju svog sadržaja na konstantnoj razini. Puferiranje unutar stanice osiguravaju uglavnom H 2 PO 4 i HPO 4 2- ioni. U izvanstaničnim tekućinama i u krvi ulogu pufera imaju H 2 CO 3 i HCO 3 -. Anioni vežu H ione i hidroksidne ione (OH -), zbog čega unutarstanična reakcija izvanstaničnih tekućina ostaje gotovo nepromijenjena. Netopljive mineralne soli (na primjer, Ca fosfat) daju čvrstoću koštanom tkivu kralježnjaka i školjki mekušaca.

Organska stanična tvar

Vjeverice

Među organskim tvarima stanice, proteini su na prvom mjestu i po količini (10-12% ukupne mase stanice) i po važnosti. Proteini su visokomolekularni polimeri (molekularne težine od 6000 do 1 milijun i više), čiji su monomeri aminokiseline. Živi organizmi koriste 20 aminokiselina, iako ih ima puno više. Sastav bilo koje aminokiseline uključuje amino skupinu (-NH 2), koja ima bazična svojstva, i karboksilnu skupinu (-COOH), koja ima kisela svojstva. Dvije aminokiseline spajaju se u jednu molekulu uspostavljanjem HN-CO veze, pri čemu se oslobađa molekula vode. Veza između amino skupine jedne aminokiseline i karboksilne skupine druge naziva se peptidna veza. Proteini su polipeptidi koji sadrže desetke i stotine aminokiselina. Molekule različitih proteina međusobno se razlikuju po molekularnoj masi, broju, sastavu aminokiselina i redoslijedu njihovog položaja u polipeptidnom lancu. Jasno je dakle da su bjelančevine izuzetno raznolike, njihov broj u svim vrstama živih organizama procjenjuje se na 10 10 - 10 12.

Lanac jedinica aminokiselina povezanih kovalentno peptidnim vezama u određenom nizu naziva se primarna struktura proteina. U stanicama proteini izgledaju kao spiralno uvijena vlakna ili kuglice (globule). To se objašnjava činjenicom da je u prirodnom proteinu polipeptidni lanac postavljen na strogo definiran način, ovisno o kemijskoj strukturi njegovih sastavnih aminokiselina.

Prvo se polipeptidni lanac savija u spiralu. Do privlačenja dolazi između atoma susjednih zavoja i vodikove veze se stvaraju, posebno između NH i CO skupina koje se nalaze na susjednim zavojima. Lanac aminokiselina, uvijen u obliku spirale, tvori sekundarnu strukturu proteina. Kao rezultat daljnjeg savijanja spirale nastaje konfiguracija specifična za svaki protein, koja se naziva tercijarna struktura. Tercijarna struktura je posljedica djelovanja kohezijskih sila između hidrofobnih radikala prisutnih u nekim aminokiselinama i kovalentnih veza između SH skupina aminokiseline cisteina (S-S veze). Broj aminokiselina s hidrofobnim radikalima i cisteinom, kao i njihov redoslijed u polipeptidnom lancu, specifični su za svaki protein. Posljedično, značajke tercijarne strukture proteina određene su njegovom primarnom strukturom. Protein ispoljava biološku aktivnost samo u obliku tercijarne strukture. Stoga zamjena čak i jedne aminokiseline u polipeptidnom lancu može dovesti do promjene konfiguracije proteina i do smanjenja ili gubitka njegove biološke aktivnosti.

U nekim slučajevima, proteinske molekule se međusobno spajaju i svoju funkciju mogu obavljati samo u obliku kompleksa. Dakle, hemoglobin je kompleks od četiri molekule i samo u tom obliku je sposoban vezati i prenositi kisik.Takvi agregati predstavljaju kvarternu strukturu proteina. Na temelju svog sastava, proteini se dijele u dvije glavne klase - jednostavne i složene. Jednostavni proteini sastoje se samo od aminokiselina, nukleinskih kiselina (nukleotidi), lipida (lipoproteini), Me (metaloproteini), P (fosfoproteini).

Funkcije proteina u stanici vrlo su raznolike. Jedna od najvažnijih je građevna funkcija: proteini sudjeluju u formiranju svih staničnih membrana i staničnih organela, kao i unutarstaničnih struktura. Iznimno je važna enzimska (katalitička) uloga proteina. Enzimi ubrzavaju kemijske reakcije koje se odvijaju u stanici za 10 do 100 milijuna puta. Funkciju motora osiguravaju posebni kontraktilni proteini. Ti su proteini uključeni u sve vrste pokreta za koje su stanice i organizmi sposobni: treperenje trepetljika i kucanje bičevima kod protozoa, kontrakcija mišića kod životinja, kretanje lišća kod biljaka itd. Prijenosna funkcija proteina je da vežu kemijske elemente (na primjer, hemoglobin dodaje O) ili biološki aktivne tvari (hormone) i prenose ih u tkiva i organe tijela. Zaštitna funkcija izražava se u obliku stvaranja posebnih bjelančevina, zvanih antitijela, kao odgovor na prodor stranih bjelančevina ili stanica u tijelo. Antitijela vežu i neutraliziraju strane tvari. Proteini imaju važnu ulogu kao izvori energije. Uz potpuno cijepanje 1g. Oslobađa se 17,6 kJ (~4,2 kcal) bjelančevina.

Ugljikohidrati

Ugljikohidrati ili saharidi su organske tvari opće formule (CH 2 O) n. Većina ugljikohidrata ima dvostruko veći broj H atoma od broja O atoma, kao u molekulama vode. Zato su te tvari nazvane ugljikohidratima. U živoj stanici ugljikohidrati se nalaze u količinama ne većim od 1-2, ponekad 5% (u jetri, u mišićima). Ugljikohidratima su najbogatije biljne stanice, gdje njihov sadržaj u nekim slučajevima doseže i 90% mase suhe tvari (sjeme, gomolji krumpira i dr.).

Ugljikohidrati su jednostavni i složeni. Jednostavni ugljikohidrati nazivaju se monosaharidi. Ovisno o broju atoma ugljikohidrata u molekuli, monosaharidi se nazivaju trioze, tetroze, pentoze ili heksoze. Od šest ugljikovih monosaharida – heksoza – najvažniji su glukoza, fruktoza i galaktoza. Glukoza je sadržana u krvi (0,1-0,12%). Pentoze riboza i deoksiriboza nalaze se u nukleinskim kiselinama i ATP-u. Ako su dva monosaharida spojena u jednu molekulu, spoj se naziva disaharid. Konzumni šećer, dobiven iz trske ili šećerne repe, sastoji se od jedne molekule glukoze i jedne molekule fruktoze, mliječni šećer - od glukoze i galaktoze.

Složeni ugljikohidrati nastali od mnogih monosaharida nazivaju se polisaharidi. Monomer polisaharida kao što su škrob, glikogen, celuloza je glukoza. Ugljikohidrati obavljaju dvije glavne funkcije: građevnu i energetsku. Celuloza tvori stijenke biljnih stanica. Složeni polisaharid hitin služi kao glavna strukturna komponenta egzoskeleta člankonožaca. Hitin također obavlja građevnu funkciju u gljivama. Ugljikohidrati imaju ulogu glavnog izvora energije u stanici. Pri oksidaciji 1 g ugljikohidrata oslobađa se 17,6 kJ (~4,2 kcal). Škrob kod biljaka i glikogen kod životinja talože se u stanicama i služe kao rezerva energije.

Nukleinske kiseline

Važnost nukleinskih kiselina u stanici je vrlo velika. Osobitosti njihove kemijske strukture omogućuju pohranjivanje, prijenos i nasljeđivanje stanicama kćerima informacija o strukturi proteinskih molekula koje se sintetiziraju u svakom tkivu u određenoj fazi individualnog razvoja. Budući da većinu svojstava i karakteristika stanica određuju proteini, jasno je da je stabilnost nukleinskih kiselina najvažniji uvjet za normalno funkcioniranje stanica i cjelokupnog organizma. Bilo kakve promjene u strukturi stanica ili aktivnosti fizioloških procesa u njima, što utječe na vitalnu aktivnost. Proučavanje strukture nukleinskih kiselina iznimno je važno za razumijevanje nasljeđivanja svojstava u organizmima i obrazaca funkcioniranja kako pojedinih stanica tako i staničnih sustava – tkiva i organa.

Postoje 2 vrste nukleinskih kiselina – DNA i RNA. DNA je polimer koji se sastoji od dvije nukleotidne spirale raspoređene tako da tvore dvostruku spiralu. Monomeri molekula DNA su nukleotidi koji se sastoje od dušične baze (adenin, timin, gvanin ili citozin), ugljikohidrata (deoksiriboza) i ostatka fosforne kiseline. Dušikove baze u molekuli DNA međusobno su povezane nejednakim brojem H-veza i raspoređene su u parovima: adenin (A) je uvijek naspram timina (T), gvanin (G) naspram citozina (C).

Nukleotidi su međusobno povezani ne nasumično, već selektivno. Sposobnost selektivne interakcije adenina s timinom i gvanina s citozinom naziva se komplementarnost. Komplementarna interakcija pojedinih nukleotida objašnjava se osobitostima prostornog rasporeda atoma u njihovim molekulama, što im omogućuje približavanje i stvaranje H-veza. U polinukleotidnom lancu, susjedni nukleotidi međusobno su povezani preko šećera (dezoksiriboze) i ostatka fosforne kiseline. RNK je, kao i DNK, polimer čiji su monomeri nukleotidi. Dušične baze triju nukleotida iste su kao one koje čine DNK (A, G, C); četvrti - uracil (U) - prisutan je u molekuli RNA umjesto timina. RNA nukleotidi razlikuju se od DNA nukleotida po strukturi ugljikohidrata koje sadrže (riboza umjesto deoksiriboze).

U lancu RNA, nukleotidi se spajaju stvaranjem kovalentnih veza između riboze jednog nukleotida i ostatka fosforne kiseline drugog. Struktura se razlikuje između dvolančane RNA. Dvolančane RNA su čuvari genetskih informacija u brojnim virusima, tj. Oni obavljaju funkcije kromosoma. Jednolančana RNA prenosi informacije o strukturi proteina od kromosoma do mjesta njihove sinteze i sudjeluje u sintezi proteina.

Postoji nekoliko tipova jednolančane RNK. Njihova imena određena su njihovom funkcijom ili mjestom u stanici. Većina RNA u citoplazmi (do 80-90%) je ribosomska RNA (rRNA), sadržana u ribosomima. Molekule rRNK su relativno male i sastoje se od prosječno 10 nukleotida. Druga vrsta RNA (mRNA) koja nosi informacije o slijedu aminokiselina u proteinima koji se moraju sintetizirati u ribosome. Veličina ovih RNA ovisi o duljini regije DNA iz koje su sintetizirane. Prijenosne RNA obavljaju nekoliko funkcija. Oni dostavljaju aminokiseline na mjesto sinteze proteina, "prepoznaju" (po principu komplementarnosti) triplet i RNK koji odgovaraju prenesenoj aminokiselini i provode točnu orijentaciju aminokiseline na ribosomu.

Masti i lipidi

Masti su spojevi visokomolekularnih masnih kiselina i trohidričnog alkohola glicerola. Masti se ne otapaju u vodi – one su hidrofobne. U stanici uvijek postoje druge složene hidrofobne tvari slične mastima koje se nazivaju lipoidi. Jedna od glavnih funkcija masti je energija. Pri razgradnji 1 g masti na CO 2 i H 2 O oslobađa se velika količina energije - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Sadržaj masti u stanici kreće se od 5-15% mase suhe tvari. U živim stanicama tkiva količina masti se povećava na 90%. Glavna funkcija masti u životinjskom (i dijelom biljnom) svijetu je skladištenje.

Kada se 1 g masti potpuno oksidira (u ugljični dioksid i vodu), oslobađa se oko 9 kcal energije. (1 kcal = 1000 cal; kalorija (cal) je izvansustavna jedinica količine rada i energije, jednaka količini topline potrebnoj za zagrijavanje 1 ml vode za 1 °C pri standardnom atmosferskom tlaku od 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ) . Kada se 1 g proteina ili ugljikohidrata oksidira (u tijelu), oslobađa se samo oko 4 kcal/g. U raznim vodenim organizmima - od jednostaničnih dijatomeja do velikih morskih pasa - mast će "plutati", smanjujući prosječnu gustoću tijela. Gustoća životinjskih masti je oko 0,91-0,95 g/cm³. Gustoća koštanog tkiva kralježnjaka je blizu 1,7-1,8 g/cm³, a prosječna gustoća većine ostalih tkiva je blizu 1 g/cm³. Jasno je da je za “balans” teškog kostura potrebno dosta masti.

Masti i lipidi također imaju građevnu funkciju: dio su staničnih membrana. Zbog slabe toplinske vodljivosti, mast je sposobna zaštitnu funkciju. U nekih životinja (tuljani, kitovi) taloži se u potkožnom masnom tkivu, stvarajući sloj debeo do 1 m. Stvaranje nekih lipoida prethodi sintezi niza hormona. Posljedično, te tvari imaju i funkciju regulacije metaboličkih procesa.

Oko 70 elemenata periodnog sustava elemenata D. I. Mendeljejeva pronađeno je u stanicama različitih organizama, ali samo 24 od njih imaju dobro utvrđeno značenje i stalno se nalaze u svim vrstama stanica.

Najveći udio u elementarnom sastavu stanice čine kisik, ugljik, vodik i dušik. To su tzv Osnovni, temeljni 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. Kalcij, fosfor, sumpor, kalij, klor, natrij, magnezij, jod i željezo također su vitalni. Njihov sadržaj u ćeliji izračunava se u desetinkama i stotinkama postotka. Navedeni elementi čine skupinu makronutrijenata.

Ostali kemijski elementi: bakar, mangan, molibden, kobalt, cink, bor, fluor, krom, selen, aluminij, jod, željezo, silicij - sadržani su u izuzetno malim količinama (manje od 0,01% mase stanice). Oni pripadaju grupi mikroelemenata.

Postotni sadržaj određenog elementa u tijelu ni na koji način ne karakterizira stupanj njegove važnosti i nužnosti u tijelu. Na primjer, mnogi mikroelementi ulaze u sastav raznih biološki aktivnih tvari - enzima, vitamina (kobalt je dio vitamina B12), hormona (jod je dio tiroksina); utječu na rast i razvoj organizma (cink, mangan, bakar), hematopoeze (željezo, bakar), procesi staničnog disanja (bakar, cink) i dr. Sadržaj i značenje različitih kemijskih elemenata za život stanica i organizma u cjelini dani su u tablici:

Više od 70 kemijskih elemenata otkriveno je u živim organizmima. Oni su sastavni dio određenih tvari koje čine strukture tijela i sudjeluju u kemijskim reakcijama. Nekih kemijskih elemenata u organizmima ima više, drugih manje, a trećih ima u zanemarivim količinama.

Makroelementi. Kemijski elementi, čiji se sadržaj u živim organizmima kreće od desetaka do stotinki postotka, nazivaju se makroelemenata.Živi organizmi se više od 98% sastoje od četiri kemijska elementa: kisika (O), ugljika (C), vodika (H) i dušika (N). Vodik i kisik sastavni su elementi vode. Uz ugljik i dušik, ti ​​su elementi glavni sastojci organskih spojeva živih organizama.

Molekule mnogih organskih tvari također uključuju sumpor (S) i fosfor (P). Osim toga, makroelementi uključuju natrij (Na), kalij (DO), magnezij (Mg), kalcij (Ca), klor (C1) itd.

Najvažniji makronutrijent za ljudski organizam je kalcij. Njegovi spojevi, posebno ortofosfat, čine mineralnu osnovu kostiju i zuba. Drugi spojevi kalcija uključeni su u živčanu i mišićnu aktivnost te su dio stanica i tkivne tekućine tijela. Dnevna potreba odrasle osobe za kalcijem je od 0,8 do 2 g. Glavni izvori ovog elementa su mlijeko, kefir, svježi sir, sir, riba, grah, peršin, zeleni luk, kao i jaja, heljda, zobene pahuljice, mrkva i grašak.

Međutim, hrana također može sadržavati tvari koje ometaju apsorpciju kalcija, poput oksalne kiseline i fitina. S oksalnom kiselinom kalcij stvara slabo topljivu sol; fitin također prilično čvrsto zadržava kalcij. Stoga je važno ne pretjerivati ​​s jelima od kiselice i špinata, čiji listovi sadrže 0,1-0,5% oksalne kiseline. Fitin, prisutan u povrću i žitaricama, uništava se toplinom i stoga je manje štetan. Raženi kruh zdraviji je od pšeničnog – sadrži manje fitina.

Mikroelementi. Vitalni elementi koji se u živim organizmima nalaze u iznimno malim količinama (manje od 0,01%) čine skupinu mikroelemenata. DO U ovu grupu spadaju neki metali, kao što su željezo (Fe), cink (Zn), bakar (Cu), mangan (Mn), kobalt (Co), molibden (Mo), kao i nemetali fluor (F), jod (I) i sl.

Postotni sadržaj određenog elementa ne karakterizira stupanj njegove važnosti u tijelu. Na primjer, jod, čiji sadržaj u ljudskom tijelu normalno ne prelazi 0,0001%, dio je hormona štitnjače tiroksina i trijodtironina. Ti hormoni reguliraju metabolizam, utječu na rast, razvoj i diferencijaciju tkiva te na aktivnost živčanog sustava.

Željezo i bakar dio su enzima uključenih u stanično disanje. Zajedno s kobaltom imaju važnu ulogu u hematopoetskim procesima. Cink i mangan utječu na rast i razvoj organizama. Fluorid je dio koštanog tkiva i zubne cakline. Detaljnije informacije o sastavu i biološkoj ulozi kemijskih elemenata u živim organizmima dane su u tablici 1.

Tablica 1. Biološki važni kemijski elementi

* Za biljke - makronutrijent

Za čovjeka su izvori makro i mikroelemenata hrana i voda. Stoga je za potpuno zadovoljenje potreba za makro i mikroelementima neophodna cjelovita i raznolika prehrana, uključujući proizvode životinjskog i biljnog podrijetla. Bjelorusiju i neke druge regije na Zemlji karakterizira nedostatak joda i fluora u prirodnoj vodi. Stoga je vrlo važno češće jesti morske plodove, ali i ovaj nedostatak nadoknaditi unosom fluorirane i jodirane kuhinjske soli, čija je proizvodnja i prodaja u našoj zemlji uspostavljena.

1. U kojoj skupini svi elementi pripadaju makroelementima? Na mikroelemente?

a) Željezo, sumpor, kobalt; c) natrij, kisik, jod;

b) fosfor, magnezij, dušik; d) fluor, bakar, mangan.

2. Koji se kemijski elementi nazivaju makroelementima? Navedite ih. Koja je važnost makronutrijenata u živim organizmima?

3. Koji se elementi nazivaju mikroelementima? Navedite primjere. Koja je uloga mikroelemenata za život organizama?

4. Uspostavite korespondenciju između kemijskog elementa i njegove biološke funkcije:

1) kalcij

3) kobalt

4) jod 5) cink 6) bakar

a) sudjeluje u sintezi biljnih hormona, ulazi u sastav inzulina, b) ulazi u sastav hormona štitnjače.

c) sastavni je dio klorofila.

d) ulazi u sastav hemocijanina nekih beskralješnjaka.

e) neophodan je za kontrakciju mišića i zgrušavanje krvi, f) ulazi u sastav vitamina B 12.

5. Na temelju gradiva o biološkoj ulozi makro i mikroelemenata te znanja stečenih proučavanjem ljudskog organizma u 9. razredu objasnite do kakvih posljedica može dovesti nedostatak pojedinih kemijskih elemenata u ljudskom organizmu.

6. Tablica prikazuje sadržaj glavnih kemijskih elemenata u zemljinoj kori (po masi, u %). Usporedite sastav zemljine kore i živih organizama. Koje su značajke elementarnog sastava živih organizama? Koje nam činjenice omogućuju zaključak o jedinstvu žive i nežive prirode?

Poglavlje 1. Kemijski sastojci živih organizama

• § 1. Sadržaj kemijskih elemenata u tijelu. Makro- i mikroelementi
• § 2. Kemijski spojevi u živim organizmima. Anorganske tvari

Poglavlje 2. Stanica - strukturna i funkcionalna jedinica živih organizama

• § 10. Povijest otkrića ćelije. Stvaranje stanične teorije
• § 15. Endoplazmatski retikulum. Golgijev kompleks. Lizosomi

Poglavlje 3. Metabolizam i pretvorba energije u tijelu