A sejt kémiai összetétele
A növények és állatok sejtjeinek kémiai összetétele nagyon hasonló, ami eredetük egységét jelzi. A sejtekben több mint 80 kémiai elemet találtunk, de csak a 27 közülük ismert az élettani szerepe.
Minden elem három csoportra tagolódik:
Az összes felsorolt elem az élő szervezetek szervetlen és szerves anyagainak összetételében vagy ionok formájában található.
A szervetlen sejtvegyületeket víz és ásványi sók képviselik.
A vízmolekula dipólus természete lehetővé teszi, hogy a fehérjék köré formálódjon egy vizes (szolvát) héj, amely megakadályozza, hogy egymáshoz tapadjanak. Ez vízkötés, amely teljes tartalmának 4-5% -át teszi ki. A fennmaradó víz (kb. 95%) szabadnak mondható. A szabad víz univerzális oldószer számos szerves és szervetlen vegyület számára. A legtöbb kémiai reakció csak a megoldásoknál fordul elő. Az anyagoknak a sejtbe való behatolása és a disszimilációs termékek eltávolítása a legtöbb esetben csak oldott formában lehetséges. A víz közvetlenül részt vesz a sejtben lejátszódó biokémiai reakciókban (hidrolízis reakció). A cellák termikus állapotának szabályozása szintén vízzel van összekötve, mivel jó hővezető képességgel és hőkapacitással rendelkezik.
A víz aktívan részt vesz az ozmotikus nyomás szabályozásában a sejtekben. Az oldószer molekulák féligáteresztő membránon keresztül való bejutását egy anyag oldatába osmózisnak nevezzük, és az a nyomás, amellyel az oldószer (víz) behatol a membránba, ozmotikus. Az ozmotikus nyomás értéke nő az oldat koncentrációjával. Az emberi testnedvek és a legtöbb emlős ozmotikus nyomása megegyezik a 0,85% -os nátrium-klorid-oldat nyomásával. Az ilyen ozmotikus nyomású oldatokat izotóniás, koncentráltabb - hipertóniás és kevésbé koncentrált - hipotóniásnak nevezik. Az ozmózis jelensége a növényi sejtek feszültségének alapja (turgor).
Vízhez viszonyítva, az összes anyagot vannak osztva a hidrofil (vízben oldódó) - ásványi sók, savak, bázisok, monoszacharidok, fehérjék, stb és hidrofób (vízben oldhatatlan) - .. Zsírok, poliszacharidok, bizonyos sókat és vitaminokat stb is víz oldószerek lehetnek zsír és alkoholok.
Bizonyos koncentrációkban ásványi sók szükségesek a sejtek normális működéséhez. Így, a nitrogén és a kén része a fehérje, foszfor - a DNS, RNS, ATP, magnézium - egy komponense számos enzim, klorofill, vas - hemoglobin, cink - a hormon hasnyálmirigy, jód - a pajzsmirigy hormonok stb. A kalcium és a foszfor oldhatatlan sói a csontszövet, a nátrium, a kálium és a kalcium kationok szilárdságát biztosítják - a sejt ingerlékenysége. A kalciumionok szerepet játszanak a véralvadásban.
Az anionok gyenge sav, és a gyenge lúg kötődnek hidrogén ionok (H +) és hidroxil (OH-), így a sejtek és a szövetközi folyadék tartjuk állandó szinten enyhén lúgos. Ezt a jelenséget pufferelésnek hívják.
A szerves vegyületek az élő sejtek tömegének körülbelül 20-30% -át teszik ki. Ezek közé tartoznak a biológiai polimerek - fehérjék, nukleinsavak és poliszacharidok, valamint zsírok, hormonok, pigmentek, ATP stb.
A fehérjék a teljes sejttömeg tömegének 10-18% -át alkotják (a száraz tömeg 50-80% -a). A fehérjék molekulatömege tízezrektől többmillió egységig változik. A fehérjék biopolimerek, amelyek monomerjei aminosavak. Az élő szervezetek valamennyi fehérje 20 aminosavból áll. Ennek ellenére a fehérjemolekulák sokfélesége óriási. Ezek különböznek méretükön, felépítésükön és funkciójukon, amelyek meghatározása az aminosavak számával és sorrendjével történik. Emellett egyszerű fehérjék (albumin, globulin, hisztonok), és bonyolultak vegyületek, amelyek protein-szénhidrát (glikoproteinek), zsírok (lipoproteinek) és nukleinsavak (nukleoproteineket).
Minden egyes aminosav egy savas tulajdonságú (-COOH) karboxilcsoporthoz és egy alapvető tulajdonságú aminocsoporthoz (-NH2) kapcsolódó szénhidrogéncsoportból áll. Az aminosavak csak radikálisokkal különböznek egymástól. Az aminosavak amfoter vegyületek, amelyek egyszerre rendelkeznek savak és bázisok tulajdonságaival. Ez a jelenség lehetőséget ad arra, hogy a savakat hosszú láncokká alakítsuk. Ebben az esetben erősen kovalens (peptid) kötéseket hoznak létre a bázis csoport (-CO-NH-) sav és nitrogén között a vízmolekula felszabadításával. A két aminosavmaradékot tartalmazó vegyületeket dipeptideknek nevezik, ezek közül három tripeptidek, amelyek közül sok polipeptid.
Az élő szervezetek fehérjei több száz és ezer aminosavból állnak, azaz makromolekulák. A fehérjemolekulák különböző tulajdonságait és funkcióit a DNS-ben kódolt aminosav-szekvencia határozza meg. Ezt a szekvenciát nevezzük a fehérjemolekula elsődleges struktúrájaként, amelyre viszont a térbeli szervezés és a fehérjék biológiai tulajdonságai következik. A fehérjemolekula elsődleges szerkezete peptidkötéseknek köszönhető.
A fehérjemolekula másodlagos szerkezete a spirálizálással érhető el, mivel a hidrogénkötések hélixének szomszédos fordulatainak atomjai vannak. Gyengébbek, mint kovalensek, de ismételten megismételve meglehetősen erős kapcsolatot hoznak létre. A csavart spirál formájában működőképes néhány fibrilláris fehérje (kollagén, fibrinogén, miozin, aktin stb.).
Sok fehérjemolekula csak globális (tercier) struktúra megszerzése után funkcionálisan aktívvá válik. A spirál háromdimenziós formációjával - a gömbölyű - ismételt összecsukásával alakul ki. Ezt a szerkezetet rendszerint még gyengébb diszulfidkötésekkel térhálósítják. A globuláris szerkezet a fehérjék többségével rendelkezik (albuminok, globulinok stb.).
Egyes funkciók magasabb szervezeti szintû fehérjék részvételét igénylik, amelyekben több globuláris fehérjemolekula kombinációja egyetlen rendszerbe kerül - kvaterner szerkezet (kémiai kötések lehetnek különbözõek). Például egy hemoglobinmolekula négy különböző gömböcskéből és egy heinikus csoportból áll, amely vasiont tartalmaz.
A proteinmolekula strukturális szervezet általi elvesztését denaturációnak nevezik. Ennek oka lehet különböző vegyi anyagok (savak, lúgok, alkoholok, nehézfémek sói stb.) És fizikai (magas hőmérséklet és nyomás, ionizáló sugárzás stb.) Tényezők. Először is, egy nagyon gyenge - negyedidőszaki, majd tercier, másodlagos, és szigorúbb feltételek mellett az elsődleges struktúra megsemmisül. Ha az elsődleges struktúrát nem befolyásolja a denaturáló tényező, akkor amikor a fehérjemolekulák visszatérnek a normális környezeti feltételekhez, szerkezetük teljesen visszaáll, vagyis renaturálás következik be. A proteinmolekulák e tulajdonságát széles körben alkalmazzák az oltóanyagok és szérumok előállításához, valamint az élelmiszeriparban az élelmiszer-koncentrátumok előállításához. A visszafordíthatatlan denaturációval (az elsődleges struktúra megsemmisülése) a fehérjék elveszítik tulajdonságaikat.
A fehérjék a következő funkciókat látják el: építés, katalitikus, közlekedés, motor, védelem, jelzés, szabályozás és energia.
Építőanyagként a fehérjék a sejtmembránok, a hyaloplasma, az organoidok, a nukleáris gyümölcslé, a kromoszómák és a nukleolusok részei.
A katalitikus (enzimes) függvény végzi enzim fehérjék, több tíz és száz ezerszer során felgyorsítása biokémiai reakciók a sejtekben normál nyomáson és a hőmérsékletet körülbelül 37 ° C-on Mindegyik enzim csak egy reakciót katalizálhat, vagyis az enzimek hatása szigorúan specifikus. A specificitása enzimek jelenléte miatt egy vagy több aktív centrumok, amelyben van a közvetlen érintkezést az enzim molekulák és a specifikus anyag (szubsztrát). Egyes enzimeket az orvosi gyakorlatban és az élelmiszeriparban használnak.
A fehérjék szállítási funkciója az anyagok, például az oxigén (hemoglobin) és bizonyos biológiailag aktív anyagok (hormonok) átvitele.
A fehérjék motorfüggvénye, hogy a sejtek és organizmusok mindenféle motorreakcióját különleges kontraktilis fehérjékkel, az aktinnal és a miozinnel látják el. Minden izomban, csillóban és flagellában található. Száluk csökkenthető az ATP energia felhasználásával.
A fehérjék védőfunkciója a leukociták specifikus fehérjeanyag-termeléséhez kapcsolódik - antitestek, amelyek az idegen fehérjék vagy mikroorganizmusok szervezetbe való behatolására reagálnak. Az antitestek nem-organizmus-specifikus vegyületeket kötnek össze, semlegesítik és elpusztítják. A fehérjék védő funkciójának példája a fibrinogén fibrinbe történő átalakulása a véralvadás során.
A jel (receptor) funkciót fehérjék hajtják végre, mivel molekulái képesek arra, hogy számos kémiai és fizikai tényező hatására megváltoztassák szerkezetüket, aminek következtében a sejt vagy szervezet érzékeli ezeket a változásokat.
A szabályozási funkciót fehérjékhez hasonló hormonok (például az inzulin) végzik.
A fehérjék energiafunkciója abban rejlik, hogy képesek arra, hogy a sejtben energiaforrás legyen (általában mások hiányában). 1 g fehérje teljes enzimatikus hasításával 17,6 kJ energiát szabadít fel.
Minden szénhidrát mono-, di- és poliszacharidokra oszlik. A monoszacharidok gyakran öt (pentóz) vagy hat (hexóz) szénatomot, ugyanolyan mennyiségű oxigént és kétszer annyi hidrogént tartalmaznak (például C6H12OH - glükóz). Az pentózok (ribóz és dezoxiribóz) a nukleinsavak és az ATP részei. A hegexek (glükóz és fruktóz) folyamatosan jelen vannak a növények gyümölcseiben, édes ízüket adva. A glükóz a vérben található és az állatok sejtjeinek és szöveteinek energiaforrása. A diszacharidok egy molekula két monoszacharidot tartalmaznak. Az élelmiszercukor (szacharóz) glükóz- és fruktózmolekulákból áll, a tejcukor (laktóz) glükózt és galaktózt tartalmaz. Minden mono- és diszacharid vízben könnyen oldódik, édes ízű. Poliszacharid molekulák alakulnak ki a monoszacharidok polimerizációjának eredményeként. A poliszacharidok - a keményítő, a glikogén, a cellulóz (cellulóz) monomerje glükóz. A poliszacharidok vízben gyakorlatilag nem oldódnak, és nem rendelkeznek édes ízzel. A fő poliszacharidok - a keményítő (növényi sejtekben) és a glikogén (állati sejtekben) zárványként helyezkednek el, és tartalék energiaforrásokként szolgálnak.
A fotoszintézis során szénhidrátok képződnek zöld növényekben, és a jövőben felhasználhatók aminosavak, zsírsavak és egyéb vegyületek bioszintézisére.
A szénhidrátok három fő funkciót látnak el: szerkezeti (szerkezeti), energiát és tárolást. A cellulóz a növényi sejtek falát képezi; komplex poliszacharid - kitin - az ízeltlábúak külső csontváza. A fehérjékkel (glikoproteinekkel) kombinált szénhidrátok csontok, porcok, inak és szalagok részei. A szénhidrátok a sejt fő energiaforrásaként működnek: ha 1 g szénhidrátot oxidál, 17,6 kJ energiát szabadít fel. A glikogént tartalék tápanyagként az izom- és a májsejtekben helyezik el.
A zsírok kivitelezik az építést, az energiát, a tárolást és a védelmi funkciókat. A lipidek (főleg a foszfolipidek) bimolekuláris rétege képezi a sejtek összes biológiai membránjának alapját. A lipidek az idegrostok membránjai közé tartoznak. A zsírok energiaforrás: 1 g zsír teljes hasadásával 38,9 kJ energiát szabadítanak fel. Az oxidáció során felszabaduló vízforrásként szolgálnak. A zsírok egy tartalék energiaforrás, amely az állatok zsírszövetében, a növények gyümölcseiben és vetőmagjában felhalmozódik. A szerveket megvédik a mechanikai sérülésektől (például a veséket lágyzsákba csomagolják). Egyes állatok (bálnák, pecsétek) szubkután zsírszövetében felhalmozódnak, a zsírok hőszigetelő funkciót végeznek.
Nukleinsavak A nukleinsavak elsődleges biológiai jelentőségűek és komplex, nagy molekulatömegű biopolimerek, amelyek monomerjei nukleotidok. Először a sejtek magvába fedezték fel őket, így nevüket.
Kétféle nukleinsav létezik: deoxiribonukleinsav (DNS) és ribonukleinsav (RNS). A DNS elsősorban a mag kromatinjába kerül, bár kis mennyiségben tartalmaz néhány organellát (mitokondrium, plasztid). Az RNS-t nukleolban, riboszómákban és a sejt citoplazmájában tartalmazzák.
A szerkezet a DNS-t először megfejtett J. Watson és Crick 1953-ban, ő képviseli a két polinukleotid láncok kapcsolódnak egymáshoz. A DNS-monomerek olyan nukleotidok, amelyek magukban foglalják az ötszénes cukor-dezoxiribózt, egy foszforsavat és egy nitrogén bázist. A nukleotidok csak nitrogénbázisokkal különböznek egymástól. A DNS-nukleotidok közé tartoznak a következő nitrogénbázisok: adenin, guanin, citozin és timin. A nukleotidok egy lánchoz kapcsolódnak, ha kovalens kötéseket képeznek egymás mellett a dezoxiribóz és a szomszédos nukleotid foszforsavmaradéka között. Mindkét lánc esetében egyesítjük egy molekulában hidrogénkötések előforduló nitrogéntartalmú bázisok a különböző láncok, és annak értelmében egy bizonyos térbeli konfiguráció közötti adenin és timin két kapcsolat jön létre, és a között, guanin és citozin - három. Ennek következtében a két lánc nukleotidjai párokat alkotnak: A-T, G-C. A párosított DNS-szálak egymáshoz való nukleotidok szigorú megfeleltetését komplementernek nevezzük. Ez a tulajdonság az alapja a replikáció (self-duplázás) DNS-molekulák, azaz. E. kialakulását az új molekula alapján az eredeti.
replikáció
A replikáció a következőképpen történik. Az intézkedés alapján specifikus enzim (DNS polimeráz) megtöri a hidrogénkötések nukleotidok között a két lánc, és hogy engedje a kommunikációs alapján a komplementaritás align megfelelő DNS nukleotid (A, T, G-C). Következésképpen, a nukleotidok sorrendje a „régi” DNS-lánc definiálja a nukleotidok sorrendje egy „új”, azaz. E. A „régi” lánc DNS templátként szintézis az „új”. Az ilyen reakciókat a mátrixszintézis reakcióinak nevezik, ezek csak az élõkre jellemzőek. A DNS-molekulák 200-2 x 108 nukleotidot tartalmazhatnak. A DNS-molekulák hatalmas változatosságát különböző méretük és különböző nukleotid-sorozatok érik el.
A DNS szerepe a sejtben a genetikai információ tárolása, szaporítása és továbbítása. A mátrixszintézis miatt a lány sejtek örökletes információja pontosan megfelel a szülőnek.
Az RNS, mint a DNS, polimer, amely monomerekből - nukleotidokból épül fel. A szerkezet a nukleotidok az RNS hasonló a DNS önmagában, de az alábbi különbségek: ahelyett, dezoxiribóz RNS nukleotidok közé tartozik öt szénatomos cukor - ribóz és timin helyett nitrogéntartalmú bázis - uracil. A másik három nitrogénbázis azonos: adenin, guanin és citozin. A DNS-hez képest az RNS kevesebb nukleotidot tartalmaz, és ennek következtében molekulasúlya kisebb.
Két- és egyszálú RNS ismert. A kettős szálú RNS-ek bizonyos vírusokban találhatók meg, amelyek az örökletes információ tárolójának és adóként játszanak (például a DNS-t). Más organizmusok sejtjeiben egyszálú RNS-ek találhatók, amelyek a DNS megfelelő szakaszainak másolatai.
A sejtekben háromféle RNS található: információ, szállítás és riboszomális.
Az információs RNS (i-RNS) 300-300 000 nukleotidból áll, és a sejtben található összes RNS körülbelül 5% -a. Ez a DNS (gén) egy meghatározott szakaszának egy példánya. Az I-RNS molekulák a DNS-ből hordoznak genetikai információ hordozókat a fehérjeszintézis helyére (riboszómákká), és közvetlenül részt vesznek molekulái összeszerelésében.
A közlekedési RNS (t-RNS) a sejt teljes RNS-je 10% -át teszi ki, és 75-85 nukleotidból áll. A T-RNS molekulák aminosavakat szállítanak a citoplazmából a riboszómák közé.
A citoplazma RNS legfontosabb része (körülbelül 85%) a riboszomális RNS (r-RNS). Ez a riboszómák része. A p-RNS molekulái 3-500 nukleotidot tartalmaznak. Úgy véljük, hogy az r-RNS bizonyos térbeli összefüggést biztosít az i-RNS és a t-RNS között.