Живата клетка, като носител на всички жизнени процеси, се състои от различни химични съединения, чиято основа са химическите елементи, присъстващи в неживата природа. По този начин качествената разлика в химичния състав на една клетка и зърно пясък не се крие в наличието на уникални "живи" атоми, а в сложността на химичните съединения, базирани на уникални свойства. въглерод, които дават възможност да се образуват дълги и достатъчно стабилни вериги със себе си. По този начин въглеродът е основен елемент на органичните вещества, включително протеини, въглехидрати, липиди и нуклеинови киселини. Органичната химия се занимава с изследване на химичните свойства на въглеродните съединения. Химичните процеси в живите организми се изучават чрез биохимия.

химичен

Въглерод принадлежи към т.нар основно, или първични биогенни елементи (биогенно = образува жива материя) заедно с други химични елементи, от които са съставени споменатите органични вещества. Тези биогенни елементи също се наричат макроелементи:

  • въглерод (C) - всички органични вещества + CO2
  • водород (Н) - компонент на клетъчната вода и органични нискомолекулни и макромолекулни компоненти на клетката
  • кислород (O) - компонент на клетъчната вода и органични вещества, O2 е електронен акцептор при аеробно дишане
  • азот (N) - компонент на аминокиселини, пептиди и протеини, нуклеотиди, нуклеинови киселини, кофактори и някои вторични метаболити
  • фосфор (P) - фосфатен скелет на полинуклеотидни вериги, мембранни фосфолипиди, ATP, коензими, междинни въглехидратни метаболити
  • сяра (S) - част от много протеини, аминокиселини метионин и цистеин, някои кофактори (ацетилкоензим А)

Тези шест основни биогенни елемента включват няколко други химични елемента, без които не можем да си представим живота, и наличието на които е абсолютно необходимо за оцеляването на клетката. Що се отнася до появата, те все още са макроелементи, но те не формират пряко част от основните органични вещества, така че понякога се наричат ​​вторични или вторични биогенни елементи. В допълнение към горните макроелементи това са:

  • калий (К) - основен неорганичен катион на клетката, активатор на някои ензими, осмотична регулация, мускулна активност
  • калций (Ca) - регулиране на отделянето на вода, протеазен компонент, междуклетъчна комуникация, мускулна активност, основа на поддържащата система
  • магнезий (Mg) - важен компонент на метаболизма на нуклеиновата киселина, компонент на хлорофила
  • натрий (Na) - задържане на вода в клетката, регулиране на осмотичното налягане, предаване на нервно възбуждане (не е от съществено значение за повечето микроорганизми)
  • хлор (Cl) - регулиране на рН на клетъчната среда

В допълнение към макроелементите живата материя съдържа разнообразие микроелементи, или микроелементи (бор - Б., цинк - Zn, кобалт - Какво, манган - Mn, желязо - Fe, мед - Cu, молибден - Mo и други), чийто дефицит води до нарушаване на физиологичните процеси (тяхното забавяне или пълно спиране) и причинява различни заболявания на растенията и животните.

Неорганични вещества са по-прости съединения на биогенни елементи (в преносен смисъл те са и самите химични елементи), в които въглеродът обикновено не се появява. Те могат да бъдат свързани в клетката под формата на соли (хлориди, флуориди, карбонати, фосфати и др.), Част от ензими (желязо в хемоглобина) или като свободни йони (Na +, Ca 2+).

Представянето на веществата зависи от много критерии, като възраст, тип клетки, външна среда, специфичен тип организъм.

Най-важното неорганично съединение на всяка клетка е Вода, което е 60-90% (

65%) клетъчно тегло. Неговата роля е незаменима в много процеси:

  • разтворител за неорганични и някои органични вещества
  • създава среда за протичане на химични реакции
  • разпределя разтворените вещества в клетки, тъкани и тъкани
  • обуславя физически процеси (дифузия, осмоза)
  • терморегулаторна функция
  • фотолиза на вода като част от фотосинтетичния процес в растенията

Протеинова връзка

Протеините (протеини, гр. Protos = първи, първични) са биомакромолекули, съставени от линейно подредени аминокиселини, които те създават полипептидна верига. В полипептидната верига аминокиселините са свързани пептидна връзка. Има 20 стандартни (т.нар. протеиногенен) аминокиселини, чието включване в полипептидната верига е „записано“ в генетичната информация. Взаимодействието на аминокиселините създава сложна, но строго определена триизмерна структура на протеин със специфична функция. Ако средният протеин се състои от 50 аминокиселини, тяхната комбинация може да доведе до 20 50 = 1,13,10 65 възможни комбинации, което представлява изключително голяма функционална вариабилност на тези структури.

Функцията на протеините в клетката може да бъде обобщена в няколко категории:

  • механични протеини - микрофиламенти
  • транспортни протеини - функцията на транспортерите в биомембраните
  • структурни протеини - изграждаща функция
  • метаболитни протеини - ензими
  • информационни протеини - регулиране на клетъчните процеси

Протеините са от съществено значение за живота и не могат да бъдат заменени с други вещества. Растителните клетки съдържат по-малко протеини, но повече полизахариди. Те правят протеини от прости неорганични вещества. В животинските клетки протеинът представлява до 80% от органичните вещества. Животинското тяло получава протеини в диетата си, разгражда ги до отделни аминокиселини и изгражда специфичните си протеини от тях.

Липиди връзка

От липидите (гр. Lipos = мазнини) те са най-важни мазнини, какво са те естери на висши мастни киселини и глицерол. Съдържанието и видът на мазнините зависи от вида, храненето, физиологичното състояние, възрастта. Мазнините имат няколко важни функции в клетката:

  • енергиен източник (1g = 38 kJ)
  • изграждаща функция - фосфолипиден слой от биомембрани
  • метаболитна функция
  • изолационен, респ. терморегулаторна функция
  • функция за съхранение (мастна тъкан при животни, ендосперм при растения)
  • защитна функция - около важни органи (восъци в растенията)
  • са разтворител за витамини A, D, E, K (мастноразтворими витамини)

Типичните мембранни липиди се състоят от глицерол, полярна група (олигозахариден остатък) и по-висока мастна киселина, която е неполярна. Следователно, цялата молекула глицерол фосфолипид има полюсен характер, който определя ориентацията му във водната среда. Такава структура е от голямо значение при създаването биомембрана.

Въглехидратна връзка

Въглехидратите (лат. Saccharum = захар) са съществен компонент на всички живи организми и в същото време най-обширният клас биологично активни молекули. Те възникват от неорганични (неорганични) вещества в зелените растения в процеса на фотосинтеза, по време на която слънчевата енергия се превръща в енергията на химическите връзки на атомите във въглехидратната молекула. Животните усвояват въглехидратите в диетата си и чрез дишане, което се основава на биологично окисление, тази енергия се освобождава за други метаболитни процеси.

Монозахаридите, образувани чрез фотосинтеза, са най-простите захари и в същото време най-малките компоненти на по-сложните въглехидрати, в които отделните монозахариди са свързани помежду си. гликозидна връзка.

Въглехидратите се разделят според броя на монозахаридните единици на:

  • монозахариди
  • дизахариди - 2 единици
  • олигозахариди - няколко единици, компоненти на гликопротеини и гликолипиди
  • полизахариди - голям брой единици; поради своя размер, няколко 100 хиляди далтона и повече принадлежат заедно с протеини и нуклеинови киселини към биомакромолекулите

монозахаридидизахаридиполизахариди
глюкоза (гроздова захар)
фруктоза (плодова захар)
галактоза (мозъчна захар)
дезоксирибоза (ДНК компонент)
рибоза (РНК компонент)		захароза (цвекло захар)
малтоза (малцова захар)
лактоза (млечна захар)		нишесте (функция за съхранение в растенията)
целулоза (растителна клетъчна стена)
хитин (клетъчна стена на гъбички)

Връзка на нуклеинова киселина

Нуклеиновите киселини са макромолекулни съединения, които се намират в клетъчното ядро ​​и някои органели (митохондрии, хлоропласти). Основните им градивни елементи са нуклеотидите, които се свързват в линейна полинуклеотидна верига чрез фосфодиестерна връзка. Всеки нуклеотид се състои от 3 компонента:

  1. азотна основа - аденин (маркиран А), гуанин (G), цитозин (° С), мащерка (Т), урацил (U)
  2. 5-въглеродна захар - рибоза (РНК) или дезоксирибоза (ДНК)
  3. останалата киселина. трихидрогенфосфор (H3PO4) - образува външния скелет на полинуклеотидната верига

ДНК в повечето живи организми се състои от две спираловидно усукани полинуклеотидни нишки, които лежат една срещу друга. Съгласно основното правило за сдвояване A се намира срещу T, а C - срещу G. Сдвояването се осигурява от водородни мостове.

Нуклеиновите киселини съхраняват генетична информация, която определя (i.) В кой момент, (ii.) При какви условия и (iii.) Кои протеини и свързаните с тях метаболитни продукти ще съдържа клетката. За по-голямата част от клетките (с изключение на някои високоспециализирани видове - червени кръвни клетки на бозайници, кръвоносни съдове и растителни съдове), непокътната генетична информация е жизненоважна. Нуклеиновите киселини представляват материалната основа на наследствеността и изменчивостта на живите организми.