Aan die einde van die 19de eeu is 'n tak van biologie genaamd biochemie gevorm. Dit bestudeer die chemiese samestelling van 'n lewende sel. Die hooftaak van die wetenskap is die kennis van die kenmerke van metabolisme en energie wat die lewensbelangrike aktiwiteit van plant- en dierselle reguleer.
Die konsep van die chemiese samestelling van die sel
As gevolg van noukeurige navorsing het wetenskaplikes die chemiese organisasie van selle bestudeer en gevind dat lewende wesens meer as 85 chemiese elemente in hul samestelling het. Boonop is sommige van hulle verpligtend vir byna alle organismes, terwyl ander spesifiek is en in spesifieke biologiese spesies voorkom. En die derde groep chemiese elemente is teenwoordig in die selle van mikroörganismes, plante en diere in redelik klein hoeveelhede. Selle bevat meestal chemiese elemente in die vorm van katione en anione, waaruit minerale soute en water gevorm word, en koolstofbevattende organiese verbindings word gesintetiseer: koolhidrate, proteïene, lipiede.
Organogeniese elemente
In biochemie sluit dit koolstof, waterstof,suurstof en stikstof. Hulle totaliteit in die sel is van 88 tot 97% van die ander chemiese elemente daarin. Koolstof is veral belangrik. Alle organiese stowwe in die samestelling van die sel is saamgestel uit molekules wat koolstofatome in hul samestelling bevat. Hulle is in staat om met mekaar te verbind, en vorm kettings (vertakte en onvertakte), sowel as siklusse. Hierdie vermoë van koolstofatome lê ten grondslag van die wonderlike verskeidenheid organiese stowwe waaruit die sitoplasma en sellulêre organelle bestaan.
Die interne inhoud van 'n sel bestaan byvoorbeeld uit oplosbare oligosakkariede, hidrofiliese proteïene, lipiede, verskeie tipes ribonukleïensuur: oordrag-RNA, ribosomale RNA en boodskapper-RNA, sowel as vrye monomere - nukleotiede. Die selkern het 'n soortgelyke chemiese samestelling. Dit bevat ook deoksiribonukleïensuurmolekules wat deel is van die chromosome. Al die bogenoemde verbindings bevat atome van stikstof, koolstof, suurstof, waterstof. Dit is 'n bewys van hul besonder belangrike betekenis, aangesien die chemiese organisasie van selle afhang van die inhoud van organogeniese elemente waaruit sellulêre strukture bestaan: hialoplasma en organelle.
Makro-elemente en hul betekenisse
Chemiese elemente, wat ook baie algemeen in die selle van verskeie soorte organismes voorkom, word makrovoedingstowwe in biochemie genoem. Hul inhoud in die sel is 1,2% - 1,9%. Die makro-elemente van die sel sluit in: fosfor, kalium, chloor, swael, magnesium, kalsium, yster en natrium. Almal van hulle verrig belangrike funksies en is deel van verskeieselorganelle. Dus, die ysterioon is teenwoordig in die bloedproteïen - hemoglobien, wat suurstof vervoer (in hierdie geval word dit oksihemoglobien genoem), koolstofdioksied (koolstofhemoglobien) of koolstofmonoksied (karboksiehemoglobien).
Natriumione verskaf die belangrikste tipe intersellulêre vervoer: die sogenaamde natrium-kaliumpomp. Hulle is ook deel van die interstisiële vloeistof en bloedplasma. Magnesiumione is teenwoordig in chlorofilmolekules (die fotopigment van hoër plante) en neem deel aan die proses van fotosintese, aangesien hulle reaksiesentrums vorm wat fotone van ligenergie vasvang.
Kalsiumione verskaf die geleiding van senuwee-impulse langs die vesels, en is ook die hoofkomponent van osteosiete – beenselle. Kalsiumverbindings is wydverspreid in die wêreld van ongewerwelde diere, wie se skulpe uit kalsiumkarbonaat saamgestel is.
Chloorione is betrokke by die herlaai van selmembrane en verskaf die voorkoms van elektriese impulse wat senuwee-opwekking onderlê.
Swawelatome is deel van inheemse proteïene en bepaal hul tersiêre struktuur deur die polipeptiedketting te "verkruis", wat lei tot die vorming van 'n bolvormige proteïenmolekule.
Kaliumione is betrokke by die vervoer van stowwe oor selmembrane. Fosforatome is deel van so 'n belangrike energie-intensiewe stof soos adenosientrifosforsuur, en is ook 'n belangrike komponent van deoksiribonukleïen- en ribonukleïensuurmolekules, wat die hoofstowwe van sellulêre oorerwing is.
Funksies van spoorelemente in die sellulêremetabolisme
Ongeveer 50 chemiese elemente wat minder as 0,1% in selle uitmaak, word spoorelemente genoem. Dit sluit in sink, molibdeen, jodium, koper, kob alt, fluoor. Met 'n onbeduidende inhoud verrig hulle baie belangrike funksies, aangesien hulle deel is van baie biologies aktiewe stowwe.
Sinkatome word byvoorbeeld gevind in die molekules van insulien ('n pankreashormoon wat bloedglukosevlakke reguleer), jodium is 'n integrale deel van die tiroïedhormone - tiroksien en trijodotironien, wat die vlak van metabolisme in die liggaam. Koper, saam met ysterione, is betrokke by hematopoiese (die vorming van eritrosiete, bloedplaatjies en leukosiete in die rooi beenmurg van gewerwelde diere). Koperione is deel van die hemosianienpigment wat in die bloed van ongewerwelde diere, soos weekdiere, voorkom. Daarom is die kleur van hul hemolimf blou.
Nog minder inhoud in die sel van chemiese elemente soos lood, goud, broom, silwer. Hulle word ultramikro-elemente genoem en is deel van plant- en dierselle. Goudione is byvoorbeeld deur chemiese ontleding in mieliepitte opgespoor. Broomatome in groot hoeveelhede is deel van die selle van die tallus van bruin en rooi alge, soos sargassum, kelp, fucus.
Al die voorheen gegewe voorbeelde en feite verduidelik hoe die chemiese samestelling, funksies en struktuur van die sel onderling verbind is. Die tabel hieronder toon die inhoud van verskeie chemiese elemente in die selle van lewende organismes.
Algemene kenmerke van organiese stowwe
Chemiese eienskappe van selle van verskeie groepe organismes hang op 'n sekere manier af van koolstofatome, waarvan die verhouding meer as 50% van die selmassa is. Byna alle droë materiaal van die sel word verteenwoordig deur koolhidrate, proteïene, nukleïensure en lipiede, wat 'n komplekse struktuur en groot molekulêre gewig het. Sulke molekules word makromolekules (polimere) genoem en bestaan uit eenvoudiger elemente – monomere. Proteïenstowwe speel 'n uiters belangrike rol en verrig baie funksies, wat hieronder bespreek sal word.
Die rol van proteïene in die sel
Biochemiese ontleding van die verbindings waaruit 'n lewende sel bestaan, bevestig die hoë inhoud van organiese stowwe soos proteïene daarin. Daar is 'n logiese verklaring vir hierdie feit: proteïene verrig verskeie funksies en is betrokke by alle manifestasies van sellulêre lewe.
Die beskermende funksie van proteïene is byvoorbeeld die vorming van teenliggaampies – immunoglobuliene wat deur limfosiete geproduseer word. Beskermende proteïene soos trombien, fibrien en tromboblastien verskaf bloedstolling en voorkom die verlies daarvan tydens beserings en wonde. Die samestelling van die sel bevat komplekse proteïene van selmembrane wat die vermoë het om vreemde verbindings te herken - antigene. Hulle verander hul konfigurasie en stel die sel in kennis van potensiële gevaar (seinfunksie).
Sommige proteïene het 'n regulerende funksie en is hormone, byvoorbeeld, oksitosien wat deur die hipotalamus geproduseer word, word deur die pituïtêre klier gereserveer. Van dit totbloed, oksitosien werk op die spierwande van die baarmoeder, wat veroorsaak dat dit saamtrek. Die proteïen vasopressien het ook 'n regulerende funksie, wat bloeddruk beheer.
In spierselle is daar aktien en miosien wat kan saamtrek, wat die motoriese funksie van spierweefsel bepaal. Proteïene het ook 'n trofiese funksie, byvoorbeeld, albumien word deur die embrio gebruik as 'n voedingstof vir die ontwikkeling daarvan. Bloedproteïene van verskeie organismes, soos hemoglobien en hemosianien, dra suurstofmolekules - hulle verrig 'n vervoerfunksie. As meer energie-intensiewe stowwe soos koolhidrate en lipiede ten volle benut word, gaan die sel voort om proteïene af te breek. Een gram van hierdie stof gee 17,2 kJ energie. Een van die belangrikste funksies van proteïene is katalities (ensiemproteïene versnel chemiese reaksies wat in die kompartemente van die sitoplasma plaasvind). Op grond van die voorafgaande was ons oortuig dat proteïene baie baie belangrike funksies verrig en noodwendig deel van die diersel is.
Proteïensintese
Beskou die proses van proteïensintese in 'n sel, wat in die sitoplasma plaasvind met behulp van organelle soos ribosome. Danksy die aktiwiteit van spesiale ensieme, met die deelname van kalsiumione, word ribosome in polisome gekombineer. Die hooffunksies van ribosome in 'n sel is die sintese van proteïenmolekules, wat begin met die proses van transkripsie. As gevolg hiervan word mRNA-molekules gesintetiseer, waaraan polisome geheg is. Dan begin die tweede proses – vertaling. Dra RNA's oorkombineer met twintig verskillende tipes aminosure en bring hulle na polisome, en aangesien die funksies van ribosome in 'n sel die sintese van polipeptiede is, vorm hierdie organelle komplekse met tRNA, en aminosuurmolekules bind aan mekaar deur peptiedbindings, wat 'n proteïen makromolekule.
Die rol van water in metaboliese prosesse
Sitologiese studies het die feit bevestig dat die sel, die struktuur en samestelling waarvan ons bestudeer, gemiddeld 70% water is, en in baie diere wat 'n akwatiese lewenswyse lei (byvoorbeeld selenterate), inhoud bereik 97-98 %. Met dit in gedagte, sluit die chemiese organisasie van selle hidrofiele (wat in staat is om op te los) en hidrofobiese (waterafstotende) stowwe in. Omdat dit 'n universele polêre oplosmiddel is, speel water 'n uitsonderlike rol en beïnvloed dit nie net die funksies nie, maar ook die struktuur van die sel. Die tabel hieronder toon die waterinhoud in die selle van verskeie soorte lewende organismes.
Die funksie van koolhidrate in die sel
Soos ons vroeër uitgevind het, is koolhidrate ook belangrike organiese stowwe – polimere. Dit sluit polisakkariede, oligosakkariede en monosakkariede in. Koolhidrate is deel van meer komplekse komplekse - glikolipiede en glikoproteïene, waaruit selmembrane en supra-membraanstrukture, soos glikokaliks, gebou word.
Benewens koolstof bevat koolhidrate suurstof- en waterstofatome, en sommige polisakkariede bevat ook stikstof, swael en fosfor. Daar is baie koolhidrate in plantselle: aartappelknollebevat tot 90% stysel, sade en vrugte bevat tot 70% koolhidrate, en in dierselle word dit gevind in die vorm van verbindings soos glikogeen, chitien en trehalose.
Eenvoudige suikers (monosakkariede) het die algemene formule CnH2nOn en word in tetroses, trioses, pentoses en heksoses verdeel. Die laaste twee is die algemeenste in die selle van lewende organismes, byvoorbeeld, ribose en deoksiribose is deel van nukleïensure, en glukose en fruktose neem deel aan assimilasie- en dissimilasiereaksies. Oligosakkariede word dikwels in plantselle aangetref: sukrose word gestoor in die selle van suikerbeet en suikerriet, m altose word gevind in ontkiemde korrels van rog en gars.
Disakkariede het 'n soet smaak en los goed op in water. Polisakkariede, synde biopolimere, word hoofsaaklik deur stysel, sellulose, glikogeen en laminarien verteenwoordig. Chitien behoort tot die strukturele vorme van polisakkariede. Die hooffunksie van koolhidrate in die sel is energie. As gevolg van hidrolise en energiemetabolisme reaksies, word polisakkariede afgebreek tot glukose, en dit word dan geoksideer na koolstofdioksied en water. Gevolglik stel een gram glukose 17,6 kJ energie vry, en die reserwes van stysel en glikogeen is in werklikheid 'n reservoir van sellulêre energie.
Glikogen word hoofsaaklik in spierweefsel en lewerselle gestoor, groentestysel in knolle, bolle, wortels, sade, en by geleedpotiges soos spinnekoppe, insekte en skaaldiere speel trehalose-oligosakkaried 'n groot rol in energievoorsiening.
Koolhidrateverskil van lipiede en proteïene in hul vermoë tot suurstofvrye splitsing. Dit is uiters belangrik vir organismes wat in toestande van suurstoftekort of afwesigheid leef, soos anaërobiese bakterieë en helminte – parasiete van mense en diere.
Daar is nog 'n funksie van koolhidrate in die sel - bou (struktureel). Dit lê in die feit dat hierdie stowwe die ondersteunende strukture van selle is. Sellulose is byvoorbeeld deel van die selwande van plante, chitien vorm die buitenste skelet van baie ongewerwelde diere en word in swamselle aangetref, olisakkariede vorm saam met lipied- en proteïenmolekules 'n glikokaliks - 'n supra-membraankompleks. Dit verskaf adhesie – die adhesie van dierselle aan mekaar, wat lei tot die vorming van weefsels.
Lipiede: struktuur en funksies
Hierdie organiese stowwe, wat hidrofobies (onoplosbaar in water) is, kan onttrek word, dit wil sê, uit selle onttrek word deur nie-polêre oplosmiddels soos asetoon of chloroform te gebruik. Die funksies van lipiede in 'n sel hang af van watter van die drie groepe hulle behoort: vette, wasse of steroïede. Vette is die volopste in alle seltipes.
Diere versamel hulle in die onderhuidse vetweefsel, die senuweeweefsel bevat vet in die vorm van miëlienskedes van senuwees. Dit versamel ook in die niere, lewer, in insekte - in die vet liggaam. Vloeibare vette - olies - word gevind in die sade van baie plante: sederhout, grondboontjiebotter, sonneblom, olyf. Die inhoud van lipiede in selle wissel van 5 tot 90% (in vetweefsel).
Steroïede en wasseverskil van vette deurdat hulle nie vetsuurreste in hul molekules het nie. So, steroïede is hormone van die bynierkorteks wat die puberteit van die liggaam beïnvloed en is komponente van testosteroon. Hulle word ook in vitamiene (soos vitamien D) gevind.
Die hooffunksies van lipiede in die sel is energie, bou en beskermend. Die eerste is te danke aan die feit dat 1 gram vet tydens splitsing 38,9 kJ energie gee - baie meer as ander organiese stowwe - proteïene en koolhidrate. Daarbenewens word byna 1,1 g tydens die oksidasie van 1 g vet vrygestel. water. Dit is hoekom sommige diere, wat 'n voorraad vet in hul liggaam het, vir 'n lang tyd sonder water kan wees. Gophers kan byvoorbeeld langer as twee maande hiberneer sonder dat hulle water nodig het, en 'n kameel drink nie water wanneer hy die woestyn oorsteek vir 10–12 dae nie.
Die boufunksie van lipiede is dat hulle 'n integrale deel van selmembrane is, en ook deel van die senuwees is. Die beskermende funksie van lipiede is dat 'n laag vet onder die vel rondom die niere en ander interne organe hulle teen meganiese besering beskerm.’n Spesifieke termiese isolasiefunksie is inherent aan diere wat lank in die water is: walvisse, robbe, pelsrobbe. 'n Dik onderhuidse vetlaag, byvoorbeeld, in 'n blouwalvis is 0,5 m, dit beskerm die dier teen hipotermie.
Die belangrikheid van suurstof in sellulêre metabolisme
Aërobiese organismes, wat die oorgrote meerderheid diere, plante en mense insluit, gebruik atmosferiese suurstof vir energiemetabolisme-reaksies,lei tot die afbreek van organiese stowwe en die vrystelling van 'n sekere hoeveelheid energie wat opgehoop word in die vorm van molekules van adenosientrifosforsuur.
Dus, met die volledige oksidasie van een mol glukose, wat op die kristae van mitochondria plaasvind, word 2800 kJ energie vrygestel, waarvan 1596 kJ (55%) gestoor word in die vorm van ATP-molekules wat makro-ergiese verbande. Dus, die hooffunksie van suurstof in die sel is die implementering van aërobiese respirasie, wat gebaseer is op 'n groep ensiematiese reaksies van die sogenaamde respiratoriese ketting, wat in sellulêre organelle voorkom - mitochondria. In prokariotiese organismes - fototrofiese bakterieë en sianobakterieë - vind die oksidasie van voedingstowwe plaas onder die werking van suurstof wat in selle diffundeer op die interne uitgroeisels van plasmamembrane.
Ons het die chemiese organisasie van selle bestudeer, sowel as die prosesse van proteïenbiosintese en die funksie van suurstof in sellulêre energiemetabolisme.
