المنظمة الكيميائي للخلايا: المواد العضوية، الاقتصاد الكلي والاقتصاد الصغرى

في أواخر القرن ال19 شكلت فرع من علم الأحياء يسمى الكيمياء الحيوية. وهي دراسة التركيب الكيميائي للخلايا الحية. وتتمثل المهمة الرئيسية للعلم - معرفة خصوصيات التمثيل الغذائي والطاقة، وتنظيم الوظائف الحيوية للخلايا النباتية والحيوانية.

مفهوم التركيب الكيميائي للخلايا

نتيجة أبحاث مكثفة من قبل العلماء وقد تمت دراسة منظمة الكيميائية من الخلايا ووجد أن الكائنات الحية تتكون من أكثر من 85 العناصر الكيميائية. وبعضهم مطلوبة للكائنات كلها تقريبا، بينما بعضها الآخر محدد وتحدث في أنواع محددة. وهناك مجموعة ثالثة من العناصر الكيميائية الموجودة في خلايا الكائنات الحية الدقيقة والنباتات والحيوانات بكميات صغيرة بما فيه الكفاية. العناصر الكيميائية في الخلية غالبا ما تكون في شكل الكاتيونات والأنيونات التي تتشكل الأملاح المعدنية والماء، ويتم تصنيعه مركبات الكربون العضوية: الكربوهيدرات والبروتينات والدهون.

عناصر عضوي المنشأ

في الكيمياء الحيوية، وتشمل هذه الكربون، الهيدروجين، النيتروجين والأكسجين. مجموعتهم في خلية من 88 إلى 97٪ من العناصر الكيميائية الأخرى الموجودة في ذلك. أهمية خاصة هو الكربون. تتكون جميع المواد العضوية في تكوين خلايا جزيئات تحتوي على الكربون في ذرات تكوينه. أنها يمكن أن تكون مترابطة لتشكيل سلسلة (متفرعة وغير متفرع)، فضلا عن دورات. هذا ذرات الكربون القدرة ترتكز التنوع ضرب من المواد العضوية المدرجة في السيتوبلازم الخلية والعضيات.

على سبيل المثال، فإن محتويات الداخلية للخلية تتكون من قليل السكاريد للذوبان والبروتينات ماء، والدهون، وأنواع مختلفة من RNA: نقل RNA، RNA الريباسي ورسوله RNA، فضلا عن أحادية مجانية - النيوكليوتيدات. مثل هذا التركيب الكيميائي لديه نواة الخلية. كما أنه يحتوي على جزيء من الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين، وهي جزء من الكروموسومات. جميع المركبات المذكورة أعلاه هي في ذرات تكوينه من النيتروجين والكربون مع الأكسجين، والهيدروجين. هذا هو دليل على أهميتها معينة، لأن التنظيم الكيميائي للخلية تعتمد على محتوى العناصر الاحيائية التي تشكل الهياكل الخلوية: الجبلة الشفافة والعضيات.

المواد الغذائية الرئيسية ومعانيها

العناصر الكيميائية، التي هي أيضا شائعة جدا في خلايا أنواع مختلفة من الكائنات الحية، وتسمى الكيمياء الحيوية المغذيات. محتواها في الخلية هو 1.2٪ - 1.9٪. بواسطة macroelements تشمل الخلايا: الفوسفور والبوتاسيوم والكلور والكبريت والمغنيسيوم والكالسيوم والحديد والصوديوم. كل منهم لديهم وظائف مهمة والتي هي جزء من مختلف العضيات الخلوية. وهكذا، فإن أيون الحديدية موجود في بروتين الدم - الهيموجلوبين الذي يحمل الأكسجين (في هذه الحالة تسمى oxyhaemoglobin)، وثاني أكسيد الكربون (karbogemoglobin) أو ثاني أكسيد الكربون (carboxyhaemoglobin).

توفر أيونات الصوديوم شكل مهم من أشكال النقل بين الخلايا: ما يسمى مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. بل هي أيضا جزء من خلالي بلازما السائل والدم. أيونات المغنسيوم الموجودة في جزيئات الكلوروفيل (صباغ متبدل بالضوء النباتات العليا) وتشارك في عملية التمثيل الضوئي، وكذلك مراكز رد الفعل شكل فوتونات فخ الطاقة الضوئية.

توفر أيونات الكالسيوم توصيل النبضات العصبية على طول الألياف وهي المكون الرئيسي للخلية عظمية - خلايا العظام. مركبات الكالسيوم على نطاق واسع في الحيوانات اللافقارية العالم التي تتكون من كربونات الكالسيوم قذائف.

وتشارك أيونات الكلوريد في إعادة شحن غشاء الخلية وتوفير مظهر من النبضات الكهربائية من التحفيز العصبي الأساسي.

ذرات الكبريت هي جزء من البروتين الأصلي وتسبب العالي هيكل "خياطة" سلسلة ببتيد، وبالتالي تكوين كروي جزيء البروتين.

وتشارك أيونات البوتاسيوم في نقل المواد من خلال أغشية الخلايا. ذرات الفسفور هي جزء من هذه المواد مهمة كثيفة الاستهلاك للطاقة مثل أدينوسين ثلاثي الفوسفات، وعنصرا هاما من جزيئات من الأحماض النووي الريبي منقوص الأكسجين والنووي الريبي، والتي هي أهم وراثة الخلية المواد.

وظيفة تتبع في الأيض الخلوي

حوالي 50 العناصر الكيميائية التي تشكل أقل من 0.1٪ في الخلايا، ودعا microcells. وتشمل هذه الزنك والموليبدينوم واليود والنحاس والكوبالت والفلور. مع صيانة منخفضة أنها تؤدي وظيفة مهمة جدا، كجزء من العديد من المواد الفعالة بيولوجيا.

على سبيل المثال، ذرات الزنك هي في جزيء الأنسولين (هرمون البنكرياس تنظيم مستوى السكر في الدم) واليود هو تأسيسية من هرمونات الغدة الدرقية - الغدة الدرقية و triiodothyronine السيطرة على مستوى التمثيل الغذائي في الجسم. النحاس، جنبا إلى جنب مع أيونات الحديد المشاركة في الدم (تكوين خلايا الدم الحمراء والصفائح الدموية وخلايا الدم البيضاء في نخاع العظم من الفقاريات). تدرج أيونات النحاس في الصباغ هيموسيانين موجودة في الدم من اللافقاريات، مثل المحار. ولذلك، فإن اللون الأزرق الدملمف بهم.

المزيد من المحتوى أقل في الخلية مثل هذه العناصر الكيميائية مثل الرصاص والذهب والبروم، والفضة. ودعوا ultromikroelementami وجزء من الخلايا النباتية والحيوانية. على سبيل المثال، في التحليل الكيميائي تم الكشف عن أيونات الذهب سوسة الذرة. ذرات البروم في عدد كبير من الخلايا المدرجة في الكتلة الحية من الطحالب البني والأحمر، مثل السراغسوم، اميناريا، فوقس.

كل سابقا هذه الأمثلة والوقائع تفسر كيف مترابطة التركيب الكيميائي، وظيفة وهيكل الخلايا. ويبين الجدول أدناه محتويات العناصر الكيميائية المختلفة في خلايا الكائنات الحية.

الخصائص العامة للمركبات العضوية

الخواص الكيميائية للخلايا مجموعات مختلفة من الكائنات الحية بطريقة معينة تعتمد على ذرات الكربون، والتي تمثل أكثر من 50٪ من الكتلة الخلوية. عمليا جميع المواد الخلايا الجافة يتم تمثيل الكربوهيدرات والبروتينات والأحماض النووية والدهون، والتي لها بنية معقدة وعالية الوزن الجزيئي. وتسمى هذه الجزيئات الجزيئات (البوليمرات) وتتكون من عناصر أبسط - أحادية. مواد بروتينية تلعب دورا هاما للغاية وأداء مجموعة متنوعة من الوظائف، والتي يتم مناقشتها أدناه.

دور البروتينات في الخلية

تحليل الكيمياء الحيوية للمركبات الداخلة في خلية الحية، يؤكد نسبة عالية من المواد العضوية مثل البروتينات. هذه الحقيقة لديه تفسير منطقي: البروتينات أداء مجموعة متنوعة من المهام وتشارك في جميع جوانب الحياة الخلية.

على سبيل المثال، وظيفة واقية من البروتينات هو تشكيل الأجسام المضادة - الأجسام المضادة التي تنتجها الخلايا الليمفاوية. هذه البروتينات الوقائية مثل الثرومبين، الفيبرين وtromboblastin توفر تخثر الدم ومنع خسارتها في مجال الصدمات النفسية والإصابات. تركيبة معقدة من الخلايا يتضمن البروتينات غشاء الخلية لديها القدرة على التعرف على المركبات الأجنبية - المستضدات. يغيروا تكوين وخلية تقرير المخاطر المحتملة (وظيفة التنبيه).

بعض البروتينات لها وظيفة تنظيمية وهي الهرمونات، مثل الأوكسيتوسين، التي تنتجها منطقة ما تحت المهاد، الغدة النخامية محفوظة. وانطلاقا من ذلك إلى الدم، الأوكسيتوسين يعمل على الجدار العضلي للرحم، مما تسبب في الحد منه. يعمل البروتين فاسوبريسين أيضا وظيفة تنظيمية من خلال التحكم في ضغط الدم.

خلايا العضلات هي الأكتين والميوسين، هي القادرة على تقليص، الذي يتسبب في وظيفة الحركة من الأنسجة العضلية. للبروتينات، وظيفة نموذجية والغذائية، على سبيل المثال، الألبومين الجنين تستخدم المواد الغذائية من أجل التنمية. بروتينات الدم من مختلف الكائنات الحية، مثل الهيموجلوبين وهيموسيانين، يتم نقل جزيئات الأكسجين - تشغيل وظيفة النقل. إذا كان أكثر استهلاكا للطاقة مواد مثل الكربوهيدرات والدهون، وتستخدم بشكل كامل، وتبدأ الخلية لتحطيم البروتينات. غرام واحد من هذه المادة 17 يعطي 2 كج من الطاقة. واحدة من أهم وظائف البروتينات غير الحفاز (البروتينات والانزيمات تسريع التفاعلات الكيميائية في أماكن هيولي). بناء على ما سبق، فقد رأينا أن البروتينات لديها عدد من الوظائف الهامة جدا وجزء ضروري من الخلية الحيوانية.

مكونات البروتين

النظر في عملية تخليق البروتين في الخلايا، والذي يحدث في السيتوبلازم عن طريق العضيات مثل الريبوسومات. وبفضل نشاط إنزيمات معينة، بمشاركة أيونات الكالسيوم الريبوسوم تتضافر لpolysomes. المهام الرئيسية للريبوسوم في الخلية - تخليق جزيئات البروتين، والبدء في عملية النسخ. كما يتم تصنيعه نتيجة لذلك جزيئات الرنا المرسال، التي تعلق polysomes. ثم يبدأ المحاكمة الثانية - البث. النقل RNA ربط إلى عشرين أنواع مختلفة من الأحماض الأمينية وتقديمهم إلى polysomes، ولأن وظيفة الريبوسومات في الخلية - توليفة من البروتينية، هذه العضيات شكل المجمعات مع الحمض الريبي النووي النقال، وترتبط جزيئات الأحماض الأمينية معا عن طريق السندات الببتيد لتشكيل جزيء البروتين.

دور المياه في عملية التمثيل الغذائي

وقد أكدت الدراسات الخلوي حقيقة أن بنية الخلية وتكوين الذي ندرس، أي بمعدل 70٪ من المياه، وفي كثير من الحيوانات، مما يؤدي بطريقة ماء الحياة (على سبيل المثال، coelenterates) مضمونه تصل 97-98٪. ونظرا لهذه المنظمة الكيميائي للخلايا تضم ماء (قادرة على حل) و مسعور (المياه طارد) مادة. كمذيب قطبي عالمي، والمياه تلعب دورا حاسما وله تأثير مباشر ليس فقط على وظيفة، ولكن أيضا في هيكل جدا من الخلايا. ويبين الجدول أدناه محتوى الماء في أنواع مختلفة من خلايا الكائنات الحية.

وظيفة الكربوهيدرات في الخلية

كما شرحنا سابقا، إلى أهمية العضوية المواد الكيميائية - بوليمرات - هي أيضا الكربوهيدرات. وتشمل هذه السكريات، يغوساكاريدس والسكريات الأحادية. الكربوهيدرات هي جزء من أكثر الأنظمة المعقدة - السكرية والبروتينات السكرية، التي يتم بناؤها من الأغشية الخلوية وهيكل nadmembrannye، على سبيل المثال الكنان السكري.

وعلاوة على ذلك الكربون في الكربوهيدرات ويشمل ذرات الهيدروجين والأوكسجين، وبعض السكريات تحتوي على المزيد من النيتروجين والكبريت والفوسفور. خلايا العديد من الكربوهيدرات النبات: درنات البطاطس تحتوي على ما يصل إلى 90٪ نشا في البذور ومحتوى الكربوهيدرات الفاكهة تصل إلى 70٪، وتوجد الخلايا الحيوانية في شكل هذه المركبات والجليكوجين، كيتين وطرهالوز.

السكريات البسيطة (الأحادية) لديها الصيغة العامة CnH2nOn وتنقسم إلى tetroses، تريوز، البنتوز وهيكسوز. الماضيين هي الأكثر شيوعا في خلايا الكائنات الحية، على سبيل المثال، الريبوز والديوكسيريبوز هي جزء من الأحماض النووية، وتشارك الجلوكوز والفركتوز في ردود فعل الاستيعاب وعكس التمثل. وغالبا ما توجد في الخلايا النباتية يغوساكاريدس: يتم تخزين السكروز في خلايا بنجر السكر وقصب السكر، والمالتوز الواردة في caryopses نبتت الجاودار والشعير.

المركبات السكرية الثنائية التي يكون لها طعم الحلو وقابلة للذوبان في الماء بسهولة. السكريات، ويجري البوليمرات الحيوية تتكون أساسا من النشا والسليلوز، الجليكوجين وامينارين. وتشمل الأشكال الهيكلية السكريات الكيتين. وتتمثل المهمة الرئيسية للكربوهيدرات في الخلية - الطاقة. ونتيجة لردود فعل التحلل والتمثيل الغذائي للطاقة المشقوق السكريات إلى جلوكوز، وبعد ذلك تتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. ونتيجة لذلك، غرام واحد من الإصدارات الجلوكوز 17.6 كج من الطاقة، والاحتياطيات من النشا والجليكوجين، هي في الأساس الخلوي خزان الطاقة.

يترسب الجليكوجين أساسا في العضلات وخلايا الكبد، والنشا النباتي - في الدرنات، والمصابيح، والجذور، البذور والمفصليات، مثل العناكب والحشرات والقشريات، والدور الرئيسي في إمدادات الطاقة يلعب طرهالوز قليل السكاريد.

الكربوهيدرات هي مختلفة من الدهون والبروتينات، والقدرة على تدهور الأكسجين. وهذا أمر مهم للغاية بالنسبة للكائنات الحية في ظروف نقص أو غياب الأكسجين، مثل البكتيريا اللاهوائية، والديدان الطفيلية - الطفيليات من البشر والحيوانات.

هناك وظيفة أخرى من الكربوهيدرات في الخلية - البناء (الهيكلي). ذلك يكمن في حقيقة أن هذه المواد تدعم هياكل الخلايا. على سبيل المثال، السليلوز هو جزء من جدران الخلايا من النباتات، كيتين تشكل الهيكل العظمي الخارجي والعديد من اللافقاريات يحدث في الخلايا الفطرية، olisaharidy جنبا إلى جنب مع الدهون والبروتينات جزيئات تشكل الكنان السكري - مجمع nadmembranny. ويوفر التصاق - بين الخلايا الدموية الحيوانية، الأمر الذي يؤدي إلى تشكيل الأنسجة.

الدهون: التركيب والوظيفة

هذه المواد العضوية، التي هي مسعور (المياه غير القابلة للذوبان) يمكن إزالتها، أي المستخرجة من الخلايا عن طريق المذيبات غير القطبية مثل الأسيتون أو الكلوروفورم. وظيفة الدهون في الخلية تعتمد على أي من المجموعات الثلاث ينتمون إليها: إلى الدهون، والشمع أو المنشطات. الدهون هي الأكثر شيوعا في جميع أنواع الخلايا.

الحيوانات تتراكم عليهم في الأنسجة الدهنية تحت الجلد والأنسجة العصبية تحتوي على الدهون في شكل غمد المايلين للأعصاب. فإنه يتراكم أيضا في الكلى والكبد والحشرات - في الدهون في الجسم. الدهون السائلة - الزيوت - وجدت في بذور العديد من النباتات: الصنوبر، والفول السوداني وعباد الشمس والزيتون. محتوى الدهون في الخلايا يتراوح 5-90٪ (في الأنسجة الدهنية).

المنشطات والشموع تختلف من الدهون وذلك لأنها لم يكن لديك في جزيئات بقايا الأحماض الدهنية. لذلك، والمنشطات - انها هرمونات قشرة الغدة الكظرية، مما يؤثر على البلوغ الجسم والتي تعتبر مكونات من هرمون تستوستيرون. بل هي أيضا جزء من الفيتامينات (على سبيل المثال، وفيتامين D).

وتتمثل المهمة الرئيسية للدهون في الخلايا - هي الطاقة والبناء والحماية. الأول هو يرجع ذلك إلى حقيقة أن 1 غرام من الدهون في الانقسام يعطي 38.9 كج الطاقة - أكثر بكثير من المواد العضوية الأخرى - البروتينات والكربوهيدرات. وعلاوة على ذلك، في أكسدة الدهون 1D هو عليه تقريبا 1.1 ج. المياه. وهذا هو السبب في أن بعض الحيوانات هي وجود مخزون الدهون في الجسم يمكن أن يكون وقتا طويلا من دون ماء. على سبيل المثال، يمكن أن يكون غفر نائمة لأكثر من شهرين، دون الحاجة إلى الماء، ولا تشرب الإبل الماء في الانتقال عبر الصحراء لمدة 10-12 يوما.

البناء وظيفة الدهون يكمن في حقيقة أنهم جزء لا يتجزأ من أغشية الخلايا، وكذلك جزء من العصب. وظيفة واقية من الدهون تتكون في حقيقة أن طبقة الدهون تحت الجلد حول الكلى والأعضاء الداخلية الأخرى يحميهم من الاصابة الميكانيكية. محددة وظيفة العزل الحرارية الكامنة في الحيوانات لفترة طويلة يجري في الماء: الحيتان والفقمة، والأختام الفراء. سميكة تحت الجلد طبقة الدهنية، على سبيل المثال، الحوت الأزرق هو 0.5 متر، لأنه يحمي الحيوان من انخفاض حرارة الجسم.

الأكسجين قيمة في الأيض الخلوي

الكائنات الهوائية، والتي تشمل الغالبية العظمى من الحيوانات والنباتات والإنسان، وذلك باستخدام الأوكسجين في الغلاف الجوي للتفاعلات تبادل الطاقة مما أدى إلى انشقاق من المواد العضوية وتخصيص قدر معين من الطاقة المتراكمة في شكل جزيئات من أدينوسين ثلاثي الفوسفات.

وهكذا، وأكسدة كاملة من مول واحد من الجلوكوز الذي يحدث في أعراف الميتوكوندريا، يتم توزيع 2800 كيلو جول من الطاقة والتي يتم تخزينها 1596 كج (55٪) في شكل جزيئات ATP التي تحتوي على اتصال macroergic. وهكذا، فإن الوظيفة الأساسية للأكسجين في الخلية - تنفيذ التنفس الهوائي، الذي يعتمد على مجموعة من التفاعلات الإنزيمية ما يسمى السلسلة التنفسية التي تحدث في العضيات - الميتوكوندريا. في الكائنات بدائية النواة - البكتيريا ضوئي التغذي والبكتيريا الزرقاء - أكسدة المواد الغذائية تحدث تحت تأثير انتشار الاكسجين إلى خلايا في نتوءات الداخلية للأغشية البلازما.

لدينا وقد تمت دراسة منظمة الكيميائية من الخلايا، فضلا عن عمليات تخليق البروتين وظيفة الأوكسجين في استقلاب الطاقة الخلوية.