Die chemische Organisation von Zellen: organische Substanzen, Makro- und Mikroelemente

Im späten 19. Jahrhundert bildete es einen Zweig der Biologie, Biochemie genannt. Sie studiert die chemische Zusammensetzung von lebenden Zellen. Die Hauptaufgabe der Wissenschaft – Wissen über die Besonderheiten des Stoffwechsels und Energie, Regulierung Vitalfunktionen von pflanzlichen und tierischen Zellen.

Das Konzept der chemischen Zusammensetzung von Zellen

Als Ergebnis intensiver Forschung durch Wissenschaftler chemische Organisation von Zellen wurde untersucht und festgestellt, dass die Lebewesen von mehr als 85 chemischen Elementen zusammengesetzt sind. Und einige von ihnen sind für fast alle Organismen erforderlich, während andere sind spezifisch und treten in bestimmten Arten. Eine dritte Gruppe von chemischen Elementen, die in den Zellen von Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren in ausreichend kleinen Mengen. Chemische Elemente der Zelle sind oft in der Form von Kationen und Anionen aus dem Mineralsalz und Wasser gebildet werden, und organische Kohlenstoffverbindungen synthetisiert werden: Kohlenhydrate, Proteine, Lipide.

organogenen Elemente

In der Biochemie, dazu gehören Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Deren Menge ist in einer Zelle von 88 bis 97% der anderen vorhandenen chemischen Elemente darin. Besonders wichtig ist Kohlenstoff. Alle organischen Stoffe in der Zusammensetzung von Zellen bestehen aus Molekülen, die Kohlenstoff-Atome in seiner Zusammensetzung. Sie können eine Kette (verzweigt und unverzweigt) sowie Zyklen miteinander verbunden werden. Diese Fähigkeit Kohlenstoffatomen zu Grunde liegt auffallende Vielfalt organischer Substanzen im Zytoplasma der Zelle und Organellen enthalten.

Zum Beispiel besteht die internen Inhalte der Zelle eines löslichen Oligosacchariden, hydrophilen Proteinen, Lipiden, verschiedene Arten von RNA: Transfer-RNA, ribosomale RNA und Messenger-RNA, sowie freie Monomere – Nukleotiden. Eine solche chemische Zusammensetzung hat einen Zellkern. Es enthält auch ein Molekül von Desoxyribonucleinsäure, die einen Teil der Chromosomen. Alle oben genannten Verbindungen sind in ihrer Zusammensetzung Atome von Stickstoff, Kohlenstoff mit Sauerstoff, Wasserstoff. Dies ist ein Beweis für ihre besondere Bedeutung zu, da eine chemische Organisation der Zelle auf dem Gehalt an biogenen Elementen abhängt, die Zellstrukturen bilden: Hyaloplasma und Organellen.

Macronutrients und ihre Bedeutung

Chemische Elemente, die auch in Zellen von verschiedenen Arten von Organismen sehr verbreitet sind, Biochemie macronutrients genannt. Ihr Gehalt in der Zelle liegt bei 1,2% – 1,9%. Durch die Makrozellen umfassen: Phosphor, Kalium, Chlor, Schwefel, Magnesium, Kalzium, Eisen und Natrium. Alle von ihnen haben wichtige Funktionen und ein Teil der verschiedenen Zellorganellen sind. Somit ist das Eisenion in dem Blutprotein – Hämoglobin, das Sauerstoff trägt (in welchem Fall sie genannt wird Oxyhämoglobin), Kohlendioxid (karbogemoglobin) oder Kohlendioxid (Carboxyhämoglobin).

Natriumionen liefert wichtige Form des interzellulären Transports: die sogenannte Natrium-Kalium-Pumpe. Sie sind auch Teil des interstitiellen Flüssigkeit und Blutplasma. Magnesiumionen in Chlorophyll-Moleküle (Photopigment höhere Pflanzen) und werden in der Photosynthese, sowie Reaktionszentren bilden diese Falle Photonen der Lichtenergie beteiligt.

Calciumionen liefert Leitung von Nervenimpulsen entlang der Fasern und ist der Hauptbestandteil von Osteozyten – Knochenzellen. Calciumverbindungen sind weit verbreitet in der Welt wirbellosen Tiere, der Schalen aus Calciumcarbonat.

Chlorid-Ionen werden in dem Aufladen die Zellmembran und liefern das Auftreten von elektrischen Impulsen der zugrunde liegenden neuralen Stimulation beteiligt.

Die Schwefelatome sind Teil des nativen Proteins und verursachen ihre Tertiärstruktur „Stitching“ Polypeptidkette, wodurch globuläre Proteinmolekül.

Kaliumionen werden in dem Transport von Substanzen durch die Zellmembran beteiligt. Phosphoratome sind ein Teil dieser wichtigen energieintensiven Substanzen wie Adenosin-Triphosphat, und ist ein wichtiger Bestandteil der Moleküle von Desoxyribonukleinsäure und Ribonukleinsäure, die die Hauptsubstanzen Zell Vererbung sind.

Trace-Funktion im Zellstoffwechsel

Etwa 50 chemische Elemente, die weniger als 0,1% in den Zellen, die so genannten Mikrozellen. Dazu gehören Zink, Molybdän, Jod, Kupfer, Kobalt, Fluor. Mit geringen Wartungs führen sie eine sehr wichtige Funktion, als Bestandteil vieler biologisch aktiver Substanzen.

Zum Beispiel sind die Zinkatome in dem Insulinmolekül (pancreatic Hormon Regulierung der Blutglucosespiegel), Iod Bestandteil des Schilddrüsenhormons – Thyroxin und Trijodthyronin das Niveau des Stoffwechsel im Körper zu steuern. Kupfer, zusammen mit Eisenionen in der Hämatopoese beteiligt sind (die Bildung von roten Blutkörperchen, Blutplättchen und weißen Blutkörperchen im Knochenmark von Vertebraten). Kupferionen werden in Hämocyanin Pigment im Blut von wirbellosen Tieren, wie Schalentiere enthält. Daher ist die Farbe ihrer Hämolymphe blau.

Mehr weniger Gehalt in der Zelle, wie chemischen Elementen wie Blei, Gold, Brom, Silber. Sie sind ultromikroelementami und ein Teil der pflanzlichen und tierischen Zellen genannt. So wurde beispielsweise in der chemischen Analyse Maiskäfer Goldionen nachgewiesen. Bromatome in einer großen Anzahl von Zellen in der Thalli von Braun- und Rotalgen enthalten, wie Sargassum, Laminaria, Fucus.

Alle bisher diese Beispiele und Fakten erklären, wie miteinander chemische Zusammensetzung, Struktur und Funktion von Zellen. Die folgende Tabelle zeigt den Inhalt der verschiedenen chemischen Elemente in den Zellen lebender Organismen.

Allgemeine Eigenschaften von organischen Verbindungen

Chemische Eigenschaften von Zellen verschiedener Gruppen von Organismen in einer bestimmten Art und Weise in Abhängigkeit von den Kohlenstoffatomen, die für über 50% der Zellmasse ausmacht. Praktisch alle Trockenzellen Materie Kohlenhydrate, Proteine, Nukleinsäuren und Lipiden, dargestellt, die eine komplexe Struktur und mit hohem Molekulargewicht aufweisen. Solche Moleküle sind Makromoleküle (Polymere) bezeichnet und sind aus einfacheren Elementen zusammengesetzt – Monomeren. Eiweißstoffe spielen eine sehr wichtige Rolle und führen eine Vielzahl von Funktionen, die im Folgenden erörtert werden.

Die Rolle der Proteine in der Zelle

Die biochemische Analyse von Verbindungen in eine lebende Zelle eintritt, bestätigt hohen Gehalt an organischen Substanzen, wie Proteinen. Diese Tatsache hat eine logische Erklärung: Proteine führen eine Vielzahl von Funktionen und sind in allen Bereichen der Zelle des Lebens beteiligt.

Beispielsweise ist die Schutzfunktion von Proteinen, die Bildung von Antikörpern – durch Lymphozyten produzierten Antikörper. Solche Schutzproteine, wie Thrombin, Fibrin und tromboblastin liefern Blutgerinnung und verhindern den Verlust in Trauma und Verletzung. Die komplexe Zusammensetzung der Zelle enthält, die Zellmembran-Proteine mit der Fähigkeit, Fremdverbindungen zu erkennen – Antigene. Sie ändern ihre Konfigurations- und Berichtszelle der möglichen Gefahren (Alarmfunktion).

Einige Proteine haben eine regulatorische Funktion und sind Hormone wie Oxytocin, vom Hypothalamus produziert, der Hypophyse vorbehalten. Ausgehend von in das Blut, wirkt Oxytocin auf die Muskelwand der Gebärmutter, was zu dessen Reduktion. Vasopressin Protein dient auch eine regulatorische Funktion von Blutdruck zu steuern.

Die Muskelzellen sind Aktin und Myosin, sind in der Lage zu schrumpfen, die die Motorik der Muskulatur verursacht. Für Proteine, die typisch und trophischen Funktion, beispielsweise Albumin Embryo als Nährstoff für die Entwicklung verwendet. Blutproteine verschiedenen Organismen, wie Hämoglobin und Hämocyanin, Sauerstoffmoleküle übertragen werden – Transportfunktion arbeiten. Wenn mehr Energie verbrauchende Substanzen wie Kohlenhydrate und Lipide, vollständig verwendet wird, beginnt die Zelle Proteine zu brechen. Ein Gramm dieses Materials 17 gibt 2 kJ Energie. Eine der wichtigsten Funktionen von Proteinen ist die katalytische (Proteine, Enzyme beschleunigen chemische Reaktionen in cytoplasmatischen Kompartimenten). Basierend auf der oben haben wir gesehen, dass die Proteine eine Reihe von sehr wichtigen Funktionen und notwendigen Teil der tierischen Zelle haben.

Proteinbiosynthese

Betrachten wir den Prozess der Proteinsynthese in einer Zelle, die über Organellen wie Ribosomen im Cytoplasma vorkommt. Durch die Aktivität bestimmter Enzyme, unter Beteiligung des Ribosoms Calciumionen zu kombinieren, um Polysomen. Die Hauptfunktionen der Ribosomen in der Zelle, – die Synthese von Proteinmolekülen, Starten des Transkriptionsprozesses. Als Folge davon mRNA-Moleküle synthetisiert werden, an die Polysomen angebracht sind. Dann beginnt der zweite Versuch – Sendung. Transport-RNA binden an zwanzig verschiedene Arten von Aminosäuren und bringt sie zu den Polysomen und da die Funktion der Ribosomen in der Zelle – eine Synthese von Polypeptiden sind diese Organellen bilden Komplexe mit tRNA und Aminosäure-Moleküle miteinander durch Peptidbindungen verknüpft sind, um ein Protein-Makromolekül zu bilden.

Die Rolle des Wassers in den Stoffwechsel

Zytologische Studien haben die Tatsache bestätigt, dass die Zellstruktur und Zusammensetzung, von denen wir studieren, durchschnittlich 70% Wasser, und bei vielen Tieren, ein Wasser Art und Weise des Lebens führen (zB Hohltiere) sein Gehalt erreicht 97-98%. Im Hinblick auf diese chemische Organisation von Zellen umfasst hydrophile (auflösen kann) und hydrophoben (wasserabstoßenden) Material. Als Universal-polares Lösungsmittel, Wasser spielt eine entscheidende Rolle und hat einen direkten Einfluss nicht nur auf der Funktion, sondern auch in der Struktur der Zellen. Die folgende Tabelle zeigt den Wassergehalt in verschiedenen Arten von Zellen lebenden Organismen.

Die Funktion der Kohlenhydrate in der Zelle

Wie wir bereits erklärt, wichtige organische Chemikalien – Polymere – sind auch Kohlenhydrate. Dazu gehören Polysaccharide, Oligosaccharide und Monosaccharide. Kohlenhydrate sind ein Teil von komplexeren Systemen – Glykolipide und Glykoproteine, die von Zellmembranen und nadmembrannye Struktur aufgebaut sind, beispielsweise Glycocalyx.

Weiterhin Kohlenstoff in der Kohlenhydrat enthält Atome Wasserstoff und Sauerstoffversorgung, und einige Polysaccharide enthalten mehr Stickstoff, Schwefel und Phosphor. Die Zellen vielen Pflanzen Kohlenhydrate: Kartoffelknollen enthalten bis zu 90% Stärke in Samen und Früchte Kohlenhydratgehalt bis zu 70%, und tierische Zellen werden in Form solcher Verbindungen als Glykogen, Chitin und Trehalose gefunden.

Einfache Zucker (Monosaccharide) haben die allgemeine Formel CnH2nOn und gliedert sich in Tetrosen, triose, Pentose und Hexose. Die letzten beiden sind die am häufigsten in den Zellen lebender Organismen, beispielsweise Ribose und Desoxyribose Teil der Nukleinsäuren sind, und die Glukose und Fruktose sind, die in den Reaktionen der Assimilation und dissimilation beteiligt. Oligosaccharide werden oft in Pflanzenzellen gefunden: Saccharose wird in den Zellen von Zuckerrüben und Zuckerrohr gespeichert, Maltose in Caryopsen enthielt Roggen und Gerste zum Keimen gebracht.

Disaccharide hat einen süßen Geschmack und ist in Wasser leicht löslich. Polysaccharide, die Biopolymere wobei besteht hauptsächlich aus Stärke, Cellulose, Glykogen und Laminarin. Die strukturellen Formen umfassen Polysaccharide Chitin. Die primäre Funktion der Kohlenhydrate in der Zelle – Energie. Als ein Ergebnis der Hydrolysereaktionen und Energiestoffwechsel Polysaccharide Glucose gespalten, und es wird dann zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert. Als Ergebnis wird ein Gramm Glucose Mitteilungen 17,6 kJ Energie und Reserven von Stärke und Glykogen ist im wesentlichen zellulären Energiereservoir.

Glycogen abgeschieden wird vor allem in Muskel- und Leberzellen, Pflanzenstärke – in Knollen, Zwiebeln, Wurzeln, Samen und Arthropoden, wie Spinnen, Insekten und Krustentiere, die Hauptrolle bei der Energieversorgung spielt eine Oligosaccharid Trehalose.

Kohlenhydrate unterscheiden sich von Lipiden und Proteinen, die Fähigkeit zu anoxischen Abbau. Dies ist äußerst wichtig für die Organismen unter den Bedingungen der Mangel oder das Fehlen von Sauerstoff, wie anaerobe Bakterien und Würmer leben – Parasiten von Mensch und Tier.

Es ist eine weitere Funktion der Kohlenhydrate in der Zelle – Konstruktion (strukturellen). Es liegt in der Tatsache, dass diese Substanzen Strukturen von Zellen unterstützen. Beispielsweise Cellulose, ein Teil der Zellwände von Pflanzen ist, Chitin bildet ein äußeres Skelett und viele Invertebraten erfolgt in Pilzzellen, olisaharidy zusammen mit Lipiden und Proteinen Moleküle bilden Glykokalyx – nadmembranny komplex. Es bietet Haftung – zwischen einem Verklumpen tierischen Zellen, die zur Bildung des Gewebes führt.

Lipids: Struktur und Funktion

Diese organischen Stoffe, die hydrophob sind (wasserunlöslich) entfernt werden, das heißt aus den Zellen durch unpolare Lösungsmittel extrahiert, wie Aceton oder Chloroform. Funktion von Lipiden in der Zelle hängt davon ab, welche der drei Gruppen sie gehören: Fette, Wachse oder Steroide. Fette sind die am häufigsten in allen Arten von Zellen.

Tiere akkumulieren sie in dem subkutanen Fettgewebe enthält Neuralgewebe Fett in Form der Myelinscheide von Nerven. Es reichert sich auch in den Nieren, der Leber, Insekten – im Fettkörper. Flüssige Fette – Öle – in den Samen vieler Pflanzen gefunden: Kiefer, Erdnuss-, Sonnenblumen-, Oliven-. Der Lipidgehalt in den Zellen im Bereich von 5 bis 90% (in dem Fettgewebe).

Steroide und Wachse unterscheiden sich von Fetten, dass sie in den Molekülen der Fettsäurereste nicht haben. Also, Steroide – es ist Hormone der Nebennierenrinde, beeinflussen die Pubertät der Körper und die Bestandteile von Testosteron sind. Sie sind auch Teil der Vitamine (beispielsweise Vitamin D).

Die Hauptfunktion von Lipiden in der Zelle – ist die Energie, Bau und Schutz. Die erste ist, aufgrund der Tatsache, dass 1 Gramm Fett in der Spaltung 38,9 kJ Energie gibt – viel mehr als andere organische Substanzen – Proteine und Kohlenhydrate. Darüber hinaus bei der Oxidation von Fett 1d steht es fast 1,1 c. Wasser. Deshalb sind einige Tiere einen Bestand von Fett im Körper haben, kann eine lange Zeit ohne Wasser sein. Zum Beispiel gophers kann für mehr als zwei Monate ruhend sein, ohne die Notwendigkeit für Wasser und kein Wasser Kamel bei Übergängen durch die Wüste für 10-12 Tage trinken.

Konstruktion von Lipiden Funktion liegt darin, dass sie ein integraler Bestandteil der Zellmembranen sind, sowie ein Teil des Nervs. Die Schutzfunktion von Lipiden besteht in der Tatsache, dass die Fettschicht unter der Haut um die Nieren und andere innere Organe sie vor mechanischen Verletzungen schützt. Spezifische Wärmedämmung Funktion ist bei den Tieren inhärent für eine lange Zeit im Wasser zu sein: Wale, Robben, Robben. Dicke subkutane Fettschicht, zum Beispiel Blauwal ist 0,5 m, es das Tier vor Unterkühlung schützt.

Wert Sauerstoff in den Zellstoffwechsel

Aerobe Organismen, die die überwältigende Mehrheit der Tiere, Pflanzen und Menschen sind, mit Luftsauerstoff für die Energieaustauschreaktionen auf die Spaltung von organischen Substanzen und der Zuteilung einer bestimmten Menge an Energie in Form von Molekülen von Adenosintriphosphat akkumulierte führen.

Somit ist die vollständige Oxidation von einem Mol Glucose, die in der mitochondrialen Cristae auftritt, 2800 kJ Energie zugeordnet ist, von denen 1596 kJ (55%) wird in Form von ATP-Molekülen enthalten macroergic Verbindung gespeichert. Somit ist die primäre Funktion des Sauerstoffs in der Zelle , – die Durchführung der aeroben Atmung, die auf einer Gruppe von enzymatischen Reaktionen beruhte sogenannte Atmungskette in Organellen vorkommenden – Mitochondrien. In prokaryotischen Organismen – phototrophen Bakterien und Cyanobakterien – Oxidation von Nährstoffen tritt unter dem Einfluss von Sauerstoff in die Zellen in den inneren Ausstülpungen der Plasmamembranen diffundiert.

Wir haben chemische Organisation von Zellen, sowie die Prozesse der Proteinsynthese und Sauerstoff-Funktion in der zellulären Energiestoffwechsel untersucht wurde.