Жива клітина, як носій усіх процесів життєдіяльності, складається з різних хімічних сполук, основою яких є хімічні елементи, присутні в неживій природі. Таким чином, якісна різниця в хімічному складі однієї клітини та піщинки полягає не в наявності унікальних «живих» атомів, а в складності хімічних сполук, заснованих на унікальних властивостях. вуглець, які дають змогу формувати довгі і досить стійкі ланцюги з собою. Таким чином, вуглець є важливим елементом органічної речовини, включаючи білки, вуглеводи, ліпіди та нуклеїнові кислоти. Органічна хімія займається вивченням хімічних властивостей сполук вуглецю. Хімічні процеси в живих організмах вивчаються біохімією.

склад

Вуглець належить до т. зв основний, або первинні біогенні елементи (біогенний = утворює живу речовину) разом з іншими хімічними елементами, з яких складаються зазначені органічні речовини. Ці біогенні елементи також називаються макроелементи:

  • вуглець (C) - усі органічні речовини + CO2
  • водень (H) - компонент клітинної води та органічні низькомолекулярні та високомолекулярні компоненти клітини
  • кисень (O) - компонент клітинної води та органічних речовин, O2 є акцептором електронів в аеробному диханні
  • азоту (N) - компонент амінокислот, пептидів та білків, нуклеотидів, нуклеїнових кислот, кофакторів та деяких вторинних метаболітів
  • фосфор (P) - фосфатний кістяк полінуклеотидних ланцюгів, мембранні фосфоліпіди, АТФ, коферменти, проміжні вуглеводні метаболіти
  • сірка (S) - частина багатьох білків, амінокислот метіоніну та цистеїну, деяких кофакторів (ацетилкофермент А)

Ці шість основних біогенних елементів включають кілька інших хімічних елементів, без яких ми не уявляємо життя, і наявність яких є абсолютно необхідною для виживання клітини. Що стосується зустрічальності, вони все ще є макроелементами, але вони безпосередньо не входять до складу основних органічних речовин, тому їх іноді називають вторинними, або вторинні біогенні елементи. На додаток до вищезазначених макроелементів, це:

  • калію (K) - основний неорганічний катіон клітини, активатор деяких ферментів, осмотична регуляція, м’язова активність
  • кальцію (Ca) - регулювання виведення води, протеазного компонента, міжклітинного зв'язку, м'язової діяльності, основи опорної системи
  • магнію (Mg) - важливий компонент метаболізму нуклеїнових кислот, компонент хлорофілу
  • натрію (Na) - затримка води в клітині, регулювання осмотичного тиску, передача нервового збудження (не є важливим для більшості мікроорганізмів)
  • хлор (Cl) - регулювання рН клітинного середовища

Крім макроелементів, жива речовина містить різноманітність розсіяні елементи, або мікроелементи (бор - B, цинку - Zn, кобальт - Що, марганець - Мн, залізо - Fe, мідь - Cu, молібден - Мо та інші), дефіцит яких призводить до порушення фізіологічних процесів (їх уповільнення або повне припинення) і викликає різні захворювання рослин і тварин.

Неорганічні речовини - простіші сполуки біогенних елементів (у переносному значенні це також самі хімічні елементи), у яких вуглець зазвичай не з’являється. Вони можуть зв’язуватися в клітині у вигляді солей (хлоридів, фторидів, карбонатів, фосфатів тощо), частини ферментів (залізо в гемоглобіні) або у вигляді вільних іонів (Na +, Ca 2+).

Представництво речовин залежить від багатьох критеріїв, таких як вік, тип клітин, зовнішнє середовище, конкретний тип організму.

Найважливішою неорганічною сполукою будь-якої клітини є Вода, що становить 60-90% (

65%) ваги клітин. Його роль незамінна в багатьох процесах:

  • розчинник для неорганічних та деяких органічних речовин
  • створює середовище для перебігу хімічних реакцій
  • розподіляє розчинені речовини в клітинах, тканинах і тканинах
  • обумовлює фізичні процеси (дифузія, осмос)
  • функція терморегуляції
  • фотоліз води як частина процесу фотосинтезу у рослин

Білкова ланка

Білки (білки, гр. Protos = перший, первинний) - це біомакромолекули, що складаються з лінійно розташованих амінокислоти, яку вони створюють поліпептидний ланцюг. У поліпептидному ланцюзі амінокислоти пов'язані пептидний зв’язок. Існує 20 стандартних (т. Зв. протеїногенний) амінокислоти, включення яких у поліпептидний ланцюг «записано» в генетичній інформації. Взаємодія амінокислот створює складну, але суворо визначену тривимірну структуру білка з певною функцією. Якщо середній білок складається з 50 амінокислот, їх поєднання може призвести до 20 50 = 1,13,10 65 можливих комбінацій, що представляє надзвичайно велику функціональну мінливість цих структур.

Функцію білків у клітині можна звести до кількох категорій:

  • механічні білки - мікрофіламенти
  • транспортні білки - функція транспортерів у біомембранах
  • структурні білки - будівельна функція
  • метаболічні білки - ферменти
  • інформаційні білки - регуляція клітинних процесів

Білки необхідні для життя і не можуть бути замінені будь-якими іншими речовинами. Рослинні клітини містять менше білка, але більше полісахаридів. Вони виробляють білки з простих неорганічних речовин. У клітинах тварин на білок припадає до 80% органічної речовини. Тваринний організм отримує в раціоні білки, розщеплює їх на окремі амінокислоти і будує з них свої специфічні білки.

Ліпіди посилання

З ліпідів (гр. Lipos = жир) вони є найбільш важливими жири, якими вони є ефіри вищих жирних кислот і гліцерин. Вміст і вид жиру залежить від виду, харчування, фізіологічного стану, віку. Жири виконують кілька важливих функцій у клітині:

  • джерело енергії (1g = 38 кДж)
  • будівельна функція - фосфоліпідний шар біомембран
  • метаболічна функція
  • ізолюючий, відп. функція терморегуляції
  • функція зберігання (жирова тканина у тварин, ендосперм у рослин)
  • захисна функція - навколо важливих органів (віск у рослинах)
  • є розчинником для вітамінів A, D, E, K (жиророзчинні вітаміни)

Типові мембранні ліпіди складаються з гліцерину, полярної групи (залишок олігосахариду) та неполярної жирної кислоти вищого рівня. Отже, вся молекула гліцерину фосфоліпідів має полярний характер, що визначає її орієнтацію у водному середовищі. Така структура має велике значення у створенні біомембрана.

Вуглеводна ланка

Вуглеводи (лат. Saccharum = цукор) є важливим компонентом усіх живих організмів і водночас найширшим класом біологічно активних молекул. Вони виникають із неорганічних (неорганічних) речовин зелених рослин у процесі фотосинтезу, під час якого сонячна енергія перетворюється в енергію хімічних зв’язків атомів у молекулі вуглеводів. Тварини поглинають вуглеводи у своєму раціоні, а за допомогою дихання, яке базується на біологічному окисленні, ця енергія виділяється для інших обмінних процесів.

Моносахариди, що утворюються в результаті фотосинтезу, є найпростішими цукрами і одночасно найдрібнішими компонентами складніших вуглеводів, в яких окремі моносахариди пов'язані між собою глікозидний зв’язок.

Вуглеводи поділяються за кількістю одиниць моносахаридів на:

  • моносахариди
  • дисахариди - 2 одиниці
  • олігосахариди - кілька одиниць, компоненти глікопротеїдів та гліколіпідів
  • полісахариди - велика кількість одиниць; завдяки своїм розмірам кілька 100 тисяч дальтон і більше належать разом з білками та нуклеїновими кислотами до біомакромолекул

моносахаридидисахаридиполісахариди
глюкоза (виноградний цукор)
фруктоза (фруктовий цукор)
галактоза (цукор у мозку)
дезоксирибоза (компонент ДНК)
рибоза (РНК-компонент)		сахароза (буряковий цукор)
мальтоза (солодовий цукор)
лактоза (молочний цукор)		крохмаль (функція зберігання у рослин)
целюлоза (клітинна стінка рослини)
хітин (клітинна стінка грибів)

Зв'язок нуклеїнової кислоти

Нуклеїнові кислоти - це високомолекулярні сполуки, які знаходяться в клітинному ядрі та деяких органелах (мітохондрії, хлоропласти). Їх основними будівельними блоками є нуклеотиди, які з’єднуються в лінійний полінуклеотидний ланцюг фосфодіефірний зв’язок. Кожен нуклеотид складається з 3 компонентів:

  1. азотна основа - аденін (з позначкою А), гуанін (G), цитозин (C), чебрець (Т), урацил (U)
  2. 5-вуглецевий цукор - рибоза (РНК) або дезоксирибоза (ДНК)
  3. решта кислоти. тригідрогенфосфор (H3PO4) - утворює зовнішній скелет полінуклеотидного ланцюга

ДНК більшості живих організмів складається з двох спірально скручених полінуклеотидних ланцюгів, які лежать навпроти один одного. Згідно з базовим правилом сполучення, A лежить навпроти T, а C - навпроти G. Спарювання забезпечується водневими містками.

Нуклеїнові кислоти зберігають генетичну інформацію, яка визначає (i.) У який час, (ii.) За яких умов та (iii.) Які білки та пов'язані з ними продукти метаболічного шляху буде міститися клітиною. Для переважної більшості клітин (за винятком деяких вузькоспеціалізованих типів - еритроцитів ссавців, кровоносних судин та судин рослин) життєво необхідна незмінна генетична інформація. Нуклеїнові кислоти представляють матеріальну основу спадковості та мінливості живих організмів.