سازماندهی شیمیایی سلولها: مواد ارگانیک، ماکرو و میکرو عناصر

در اواخر قرن نوزدهم، یک شاخه زیست شناسی تشکیل شده و به نام بیوشیمی شناخته می شود. او ترکیب شیمیایی یک سلول زنده را مطالعه می کند. وظیفه اصلی علم شناسایی ویژگی های متابولیسم و انرژی است که فعالیت حیاتی سلول های گیاهی و حیوانی را تنظیم می کند.

مفهوم ترکیب شیمیایی سلول ها

در نتیجه تحقیقات دقیق، دانشمندان سازمان شیمیایی سلول ها را مطالعه کرده اند و دریافتند که موجودات زنده بیش از 85 عنصر شیمیایی در ترکیبات آنها دارند. و برخی از آنها تقریبا برای همه ارگانیسم ها اجباری هستند، در حالی که دیگران خاص هستند و در گونه های بیولوژیکی خاصی ظاهر می شوند. و گروه سوم عناصر شیمیایی در سلول های میکروارگانیسم ها، گیاهان و حیوانات در مقادیر کافی موجود است. عناصر شیمیایی در ترکیب سلول ها اغلب به شکل کاتیون ها و آنیون ها هستند که از آن نمک های معدنی و آب تشکیل می شوند و همچنین ترکیبات آلی حاوی کربن سنتز می شوند: کربوهیدرات ها، پروتئین ها، چربی ها.

عناصر Organogenic

در بیوشیمی، آنها عبارتند از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن. مجموع آنها در سلول از 88 تا 97 درصد از سایر عناصر شیمیایی است که در آن قرار دارد. کربن بسیار مهم است. تمام مواد ارگانیک در سلول شامل مولکول هایی هستند که حاوی اتم های کربنیک در ترکیب آنها هستند. آنها قادر به اتصال به یکدیگر هستند، شکل دادن به زنجیرهای (شاخه و ناهموار) و همچنین چرخه. این توانایی اتم های کربن تحت تأثیر انواع مختلف قابل توجه مواد ارگانیک است که تشکیل سیتوپلاسم و اندام های سلولی را تشکیل می دهند.

به عنوان مثال، محتویات داخلی سلول شامل الگاساکارید های محلول، پروتئین های هیدروفیلی، لیپیدها، انواع مختلف اسید ریبونوکلئیک است: RNA انتقال، RNA ریبوزومی و RNA اطلاعات، و نیز مونومرهای آزاد - نوکلئوتیدها. ترکیب شیمیایی مشابه یک هسته سلولی دارد. این همچنین حاوی مولکول های اسید دهوکسی ریبونوکلئیک است که بخشی از کروموزوم ها هستند. تمام ترکیبات فوق در ترکیب آنها اتم های نیتروژن، کربن، اکسیژن، هیدروژن است. این اثبات اهمیت خاص خود را دارد، زیرا سازمان شیمیایی سلولها به محتوای عناصر organogenic که ساختارهای سلولی را تشکیل می دهند وابسته است: هیالوپلاسم و اندام های بدن.

عناصر ماکرو و معانی آنها

عناصر شیمیایی که اغلب در سلول های گونه های مختلف موجودات یافت می شوند، کلرزنی در بیوشیمی نامیده می شوند. محتوای آنها در سلول 1.2٪ - 1.9٪ است. کلسیم سلول عبارتند از: فسفر، پتاسیم، کلر، گوگرد، منیزیم، کلسیم، آهن و سدیم. همه آنها توابع مهم را انجام می دهند و بخشی از اندام های مختلف سلولی هستند. بنابراین، یون آهن در پروتئین خون وجود دارد - هموگلوبین، که اکسیژن (در این مورد به نام اکسي هموگلوبین)، دی اکسید کربن (کاربوگمبولبین) یا مونوکسید کربن (کربوکسی هموگلوبین) حمل می شود.

یون سدیم مهم ترین نوع حمل و نقل بین سلولی است: پمپ سولفات پتاسیم به اصطلاح. آنها همچنین بخشی از مایعات بینابینی و پلاسمای خون هستند. یونهای منیزیم در مولکولهای کلروفیل (فتوگرافی گیاهان بالاتر) حضور دارند و در فرایند فتوسنتز شرکت می کنند، زیرا آنها مرکز های واکنش را تشکیل می دهند که فوتون های انرژی نور را جذب می کنند.

یون کلسیم موجب اعصاب عصبی در امتداد الیاف می شود و همچنین جزء اصلی استئوسیت ها - سلول های استخوانی است. ترکیبات کلسیم در جهان بی مهرگان به طور گسترده ای توزیع می شوند که در آن پوسته ها از کربنات کلسیم تشکیل شده است.

یونهای کلر در شارژ غشاهای سلولی مشارکت می کنند و ظاهر امواج الکتریکی را ایجاد می کنند که موجب تحریک عصبی می شوند.

اتمهای سولفوریک بخشی از پروتئین های بومی هستند و ساختار سومشان را به وجود می آورند، "دوختن" زنجیره پلیپپتیدی، در نتیجه تشکیل یک مولکول پروتئینی کروی است.

یون پتاسیم در انتقال مواد از طریق غشای سلولی شرکت می کنند. اتم های فسفره بخشی از یک ماده مهم انرژی است که به عنوان اسید آدنوزین تری فسفریک و همچنین یک مولکول مهم مولکول های اسید دز اری ریبونولیک و ریبونوکلئیک است که مواد اصلی واریته سلولی هستند.

توابع از میکرو سلول در متابولیسم سلولی

حدود 50 عنصر شیمیایی که در سلول ها کمتر از 0.1 درصد تشکیل می شوند، به عنوان میکرومکانیک نامیده می شوند. این شامل روی، مولیبدن، ید، مس، کبالت، فلوئور است. با محتوای نامنظم، آنها عملکرد بسیار مهم را انجام می دهند، زیرا آنها بخشی از بسیاری از مواد فعال بیولوژیکی هستند.

به عنوان مثال، اتمهای روی در مولکول های انسولین (هورمون پانکراس تنظیم کننده سطح قند خون) در بر داشت، ید جزء جدایی ناپذیر از هورمون های تیروئید - تیروکسین و triiodothyronine، که کنترل سطح سوخت و ساز بدن در بدن است. مس، همراه با یون های آهن، در خونریزی (تشکیل اریتروسیت ها، پلاکت ها و لکوسیت ها در مغز استخوان قرمز مهره داران) شرکت می کند. یون های مس بخشی از رنگدانه هموسیانین موجود در خون بی مهرگان، به عنوان مثال، مولکول ها هستند. بنابراین رنگ همولیمف آنها آبی است.

حتی کمتر در محتوی سلولهای عناصر شیمیایی مانند سرب، طلا، برم، نقره وجود دارد. آنها نامیده می شوند و به عنوان بخشی از سلول های گیاهی و حیوانی هستند. به عنوان مثال، در دانه ذرت، یونهای طلای با تجزیه شیمیایی شناسایی شدند. اتم های بروم در شمار زیادی در ترکیب سلول های تالوس از جلبک های قهوه ای و قرمز، به عنوان مثال sargassum، kelp، fucus هستند.

تمام مثال ها و حقایق فوق توضیح می دهند که ترکیب شیمیایی، عملکردها و ساختار سلول در ارتباط هستند. جدول زیر نشان دهنده محتوای عناصر شیمیایی مختلف در سلول های موجودات زنده است.

مشخصات کلی مواد آلی

خواص شیمیایی سلول های گروه های مختلفی از موجودات به نحوی خاص بر روی اتم های کربن بستگی دارد که نسبت آن بیش از 50 درصد از توده سلولی است. عملا تمام ماده خشک سلول توسط کربوهیدرات ها، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک و لیپید ها نشان داده شده اند که دارای ساختار پیچیده و وزن مولکولی زیادی هستند. چنین مولکولهای ماکرومولکول ها (پلیمرها) نامیده می شود و از عناصر ساده تر - مونومرها تشکیل شده است. مواد پروتئینی نقش بسیار مهمی ایفا می کنند و بسیاری از توابع را انجام می دهند که در زیر بحث خواهند شد.

نقش پروتئین در سلول

تجزیه و تحلیل بیوشیمیایی ترکیبات وارد شده به سلول زنده، مقدار بالای مواد ارگانیک مانند پروتئینهای آن را تایید می کند. این واقعیت دارای یک توضیح منطقی است: پروتئین انجام انواع توابع و شرکت در تمام تظاهرات زندگی سلولی.

برای مثال، عملکرد محافظتی پروتئین، تشکیل آنتی بادیها است - ایمونوگلوبولین ها، تولید شده توسط لنفوسیت ها. پروتئین های محافظتی مانند ترومبین، فیبرین و ترومبوبلستین، لخته شدن خون را فراهم می کنند و باعث از دست رفتن آن در صدمات و جراحات می شوند. سلول شامل پروتئین های پیچیده ای از غشای سلولی است که توانایی تشخیص ترکیبات خارجی آنتی ژن ها را دارند. آنها پیکربندی خود را تغییر داده و به سلول خطر بالقوه (عملکرد سیگنال) اطلاع می دهند.

بعضی از پروتئین ها عملکرد تنظیم کننده ای دارند و هورمون ها هستند، به عنوان مثال، اکسي توسين، توليد شده توسط هيپوتالاموس، توسط غده هيپوفيز ذخيره شده است. اکسیتوسین وارد خون می شود و دیواره عضلانی رحم را به وجود می آورد و باعث می شود که آن را متوقف کند. پروتئین وازوپرسین همچنین عملکرد تنظیم کننده ای را کنترل می کند که فشار خون را کنترل می کند.

در سلول های عضلانی آکتین و میوزین، قادر به قرارداد، که باعث می شود عملکرد موتور بافت ماهیچه. برای پروتئین ها، عملکرد تروفیک نیز مشخص است، به عنوان مثال، آلبومین توسط جنین به عنوان یک ماده غذایی برای توسعه آن مورد استفاده قرار می گیرد. پروتئین های خون موجود در ارگانیسم های مختلف، به عنوان مثال هموگلوبین و هموسیانین، مولکول های اکسیژن را حمل می کنند. اگر بیشتر مواد انرژی پر انرژی مانند کربوهیدرات ها و چربی ها به طور کامل مورد استفاده قرار گیرد، سلول شروع به تجزیه پروتئین ها می کند. یک گرم از این ماده 17، 2 کیلوگرم انرژی می دهد. یکی از مهمترین توابع پروتئین ها، کاتالیزوری است (پروتئین آنزیم ها واکنش های شیمیایی را که در محفظه سیتوپلاسم رخ می دهد، شتاب می دهند). بر اساس این مطلب، ما متقاعد شدیم که پروتئین ها بسیاری از توابع بسیار مهم را انجام می دهند و لزوما بخشی از سلول حیوانی هستند.

بیوسنتز پروتئین

روند سنتز پروتئین در یک سلول که در سیتوپلاسم با کمک ارگانهای مانند ریبوزوم رخ می دهد را در نظر بگیرید. با توجه به فعالیت آنزیم های خاص، با مشارکت یون های کلسیم، ریبوزوم ها به پلیسوما می پیوندند. عملکرد اصلی ریبوزوم ها در سلول، سنتز مولکول های پروتئینی است که با فرآیند رونویسی آغاز می شود. در نتیجه، آن مولکولهای mRNA را تشکیل می دهد که پلیسوما متصل می شوند. سپس فرآیند دوم شروع می شود - ترجمه. RNA های حمل و نقل با بیست نوع مختلف آمینو اسیدها ترکیب شده و آنها را به پلیسوما می رسانند و از آنجایی که عملکردهای ریبوزوم در سلول، سنتز پلیپپتید ها است، این اندام ها با کمپلکس های tRNA تشکیل می دهند و مولکول های اسید آمینه با پیوند پپتید همراه هستند تا ماکرومولکول پروتئین را تشکیل دهند.

نقش آب در فرایندهای متابولیکی

مطالعات سیتولوژی این واقعیت را تایید کرده است که سلول، ساختار و ترکیب که ما مطالعه می کنیم، به طور متوسط 70٪ آب است و در بسیاری از حیواناتی که حیات آبزی را هدایت می کنند (مثلا کولنترات ها)، محتوای آن 97-98٪ است. با توجه به این موضوع، سازمان شیمیایی سلول ها شامل مواد هیدرولیف (محلول) و هیدروفوب (آب انعطاف پذیر) است. آب به عنوان یک حلال قطبی جهانی، نقش مناسبی را ایفا می کند و به طور مستقیم نه تنها بر عملکرد، بلکه همچنین ساختار سلول تاثیر می گذارد. جدول زیر میزان آب در سلول های مختلف موجودات زنده را نشان می دهد.

عملکرد کربوهیدرات در قفس

همانطور که قبلا متوجه شدیم، کربوهیدراتهای مهم مواد ارگانیک مهم هستند - پلیمرها. این شامل پلی ساکارید ها، الیگوساکارید ها و مونو سساکریدها می باشد. کربوهیدراتها بخشی از مجتمع های پیچیده تر هستند - گلیکولوپید ها و گلیکوپروتئین ها، که از آن غشاء سلولی و سازه های فرابنفش، به عنوان مثال گلیکوکالیک، ساخته شده اند.

علاوه بر کربن، کربوهیدرات ها شامل اتم های اکسیژن و هیدروژن هستند و برخی از پلی ساکارید ها نیز حاوی نیتروژن، گوگرد و فسفر هستند. بسیاری از سلول های گیاهی کربوهیدرات وجود دارد: غده های سیب زمینی حاوی تا 90 درصد نشاسته، در دانه ها و میوه ها، کربوهیدرات ها تا 70 درصد و در سلول های حیوانی به صورت ترکیبات مانند گلیکوژن، کیتین و تر هالوز رخ می دهند.

قندهای ساده (monosaccharides) فرمول کلی CnH2nOn دارند و به tetroses، trioses، pentoses و hexoses تقسیم می شوند. دو مورد در سلول های موجود زنده رایج هستند، به عنوان مثال، ریبوز و دزوسی ریبوزس بخشی از اسیدهای نوکلئیک هستند و گلوکز و فروکتوز در واکنش های جذب و تکثیر دخیل هستند. Oligosaccharides اغلب در سلول های گیاهی وجود دارد: ساکارز در چغندر قند و سلول های چسنی ذخیره می شود، مالتوز در دانه های زراعی چاودار و جو وجود دارد.

Disaccharides دارای طعم شیرین هستند و به راحتی در آب حل می شوند. پلی ساکارید ها، که دارای پلیمرهای biopolymers هستند، عمدتا توسط نشاسته، سلولز، گلیکوژن و لامینارین معرفی می شوند. کیتین متعلق به فرم های ساختاری پلی ساکارید است. عملکرد اصلی کربوهیدرات در سلول انرژی است. در نتیجه هیدرولیز و واکنش متابولیسم انرژی، پلی ساکارید ها به گلوکز تقسیم می شوند و سپس به دی اکسید کربن و آب اکسید می شوند. در نتیجه، یک گرم گلوکز، 17.6 کیلوگرم انرژی را آزاد می کند، و ذخایر نشاسته و گلیکوژن، در واقع، مخزن انرژی سلولی است.

گلیکوژن به طور عمده در بافت عضلانی و سلول های کبدی، نشاسته گیاهی در غده، پیاز، محصولات ریشه ای، بذر و در نژاد پرستی ها، به عنوان مثال عنکبوت، حشرات و مواد غذایی پوشیده شده است. نقش اصلی در تامین انرژی توسط الیگوساکارید ترhالوز ایفا می شود.

کربوهیدرات ها با لیپید و پروتئین ها با قابلیت هضم هضم بدون اکسیژن متفاوتند. این برای ارگانیسم هایی که در شرایط کمبود یا کمبود اکسیژن زندگی می کنند، به ویژه برای باکتری های بی هوازی و کلمنت ها - انگل انسان و حیوانات بسیار مهم است.

تابع دیگری از کربوهیدرات در سلول - ساختمان (ساختاری) وجود دارد. این در واقع این است که این مواد ساختارهای پشتیبان سلول هستند. به عنوان مثال، سلولز بخشی از دیواره سلولی گیاهان است، کیتین اسکلت بیرونی بسیاری از بی مهرگان را شکل می دهد و در سلول های قارچی رخ می دهد، الیساکارید ها همراه با مولکول های چربی و پروتئین، یک ترکیب غالب غشاء گلیکوکالیس را تشکیل می دهند. این چسبندگی را ایجاد می کند - سلول های حیوانی را در میان خود می سازد، که منجر به تشکیل بافت ها می شود.

لیپید: ساختار و عملکرد

این مواد ارگانیسم که از نظر هیدروژنی (غیر محلول در آب) هستند، می توانند از طریق سلول ها توسط حلال های غیر قطبی مانند استون یا کلروفرم استخراج شوند. عملکردهای لیپید در سلول بستگی دارد که کدام سه گروه به چربی، واکس یا استروئیدها تعلق دارند. چربی ها به طور گسترده ای در انواع سلول ها توزیع می شوند.

حیوانات آنها را در بافت چربی زیر جلدی انباشته می کنند، بافت عصبی حاوی چربی به شکل غلاف های میلین اعصاب است. همچنین در کلیه ها، کبد، حشرات - در بدن چرب بدن تجمع می یابد. چربی های مایع - روغن - در دانه های بسیاری از گیاهان یافت می شود: سدر، بادام زمینی، آفتابگردان، زیتون. محتوای لیپید در سلول ها از 5 تا 90 درصد (در بافت چربی) متغیر است.

استروئیدها و واکسها از چربیها متفاوتند، زیرا آنها در مولکول ها باقی مانده اسید چرب ندارند. بنابراین، استروئیدها هورمون های لایه قشر غده فوق کلیه هستند که بر بلوغ جنسی بدن تاثیر می گذارند و جزء تستوسترون می باشند. آنها همچنین بخشی از ویتامین ها هستند (به عنوان مثال، ویتامین D).

توابع اصلی لیپید در سلول انرژی، ساختمان و محافظ است. اولین دلیل این است که 1 گرم چربی در طی شکسته شدن انرژی 38.9 کیلوگرم را تولید می کند - بسیار بیشتر از سایر مواد آلی - پروتئین ها و کربوهیدرات ها. علاوه بر این، هنگام اکسیداسیون 1 گرم چربی، تقریبا 1.1 گرم آزاد می شود. آب به همین دلیل است که برخی از حیوانات با داشتن یک چربی در بدنشان می توانند برای مدت طولانی بدون آب بمانند. به عنوان مثال، gophers می توانند بیش از دو ماه بدون نیاز به آب بخوابند و شتر در طی گذر از بیابان به مدت 10-12 روز آب نمی خورند.

عملکرد ساختمان چربی ها این است که آنها بخشی جدایی ناپذیر از غشای سلولی هستند و همچنین بخشی از اعصاب را تشکیل می دهند. عملکرد محافظ چربی ها این است که یک چربی زیر پوست در اطراف کلیه ها و سایر اندام های داخلی آنها را از آسیب های مکانیکی محافظت می کند. تابع عایق حرارتی خاصی برای حیواناتی است که در مدت زمان طولانی در آب بوده است: نهنگ ها، مهر و موم، مهر و موم. یک لایه چربی زیر پوستی ضخیم، به عنوان مثال، در نهنگ آبی 0.5 متر است، از حیوانات از هیپوترمی محافظت می کند.

اهمیت اکسیژن در متابولیسم سلولی

موجودات هوازی که شامل اکثریت قریب به اتفاق حیوانات، گیاهان و انسانها هستند، از واکنش های متابولیسم انرژی استفاده می کنند که منجر به تجزیه مواد ارگانیک و انتشار انرژی مشخصی در شکل مولکول های آدنوزین تری فسفات می شود.

بنابراین، اکسیداسیون کامل از یک مول گلوکز که در cristae میتوکندری رخ می دهد، 2800 کیلوژول انرژی اختصاص داده است، که 1596 کیلوژول (55٪) است را در قالب مولکول ATP حاوی اتصال macroergic ذخیره می شود. بنابراین، تابع اولیه از اکسیژن در سلول - اجرای تنفس هوازی، که در یک گروه از واکنش های آنزیمی بر اساس به اصطلاح زنجیره تنفسی در اندامک رخ - میتوکندری است. در موجودات پروکاریوتی - باکتری phototrophic و سیانو باکتری ها - اکسیداسیون مواد مغذی تحت تاثیر اکسیژن نفوذ در سلول ها را در برآمدگی داخلی غشاء پلاسما رخ می دهد.

ما سازمان شیمیایی سلولهای مورد مطالعه قرار گرفته، و همچنین فرآیندهای سنتز پروتئین و عملکرد اکسیژن در سوخت و ساز انرژی سلولی است.