Raku keemilised komponendid. Keemilised elemendid elusorganismide rakkudes. Põhilised ülevaateküsimused

Elusorganismide rakud nende keemilise koostise järgi erinevad oluliselt ümbritsevast elutust keskkonnast nii keemiliste ühendite struktuuri kui ka keemiliste elementide komplekti ja sisalduse poolest. Kokku on elusorganismides (tänaseks avastatud) umbes 90 keemilist elementi, mis sõltuvalt nende sisaldusest jagunevad kolme põhirühma: makrotoitained , mikroelemendid Ja ultramikroelemendid .

Makroelemendid.

Makrotoitained esinevad elusorganismides märkimisväärses koguses, ulatudes sajandikutest kuni kümnete protsendini. Kui mõne keemilise aine sisaldus organismis ületab 0,005% kehamassist, klassifitseeritakse selline aine makrotoitaineteks. Need on osa peamistest kudedest: veri, luud ja lihased. Nende hulka kuuluvad näiteks järgmised keemilised elemendid: vesinik, hapnik, süsinik, lämmastik, fosfor, väävel, naatrium, kaltsium, kaalium, kloor. Makroelemendid moodustavad kokku umbes 99% elusrakkude massist, kusjuures enamuse (98%) moodustavad vesinik, hapnik, süsinik ja lämmastik.

Allolevas tabelis on toodud peamised makrotoitained kehas:

Kõiki nelja elusorganismides levinumat elementi (vesinik, hapnik, süsinik, lämmastik, nagu varem mainitud) iseloomustab üks ühine omadus. Nendel elementidel puudub välisorbiidil üks või mitu elektroni, et moodustada stabiilseid elektroonilisi sidemeid. Seega puudub vesinikuaatomil oma välisorbiidil üks elektron, et moodustada stabiilne elektronside, hapniku-, lämmastiku- ja süsinikuaatomid vajavad vastavalt kahte, kolme ja nelja elektroni. Sellega seoses moodustavad need keemilised elemendid elektronide sidumise tõttu kergesti kovalentseid sidemeid ja võivad üksteisega hõlpsasti suhelda, täites nende välise elektronkihi. Lisaks võivad hapnik, süsinik ja lämmastik moodustada mitte ainult üksik-, vaid ka kaksiksidemeid. Selle tulemusena suureneb oluliselt nendest elementidest moodustuvate keemiliste ühendite arv.

Lisaks on süsinik, vesinik ja hapnik kovalentseid sidemeid moodustavate elementide seas kõige kergemad. Seetõttu osutusid need kõige sobivamaks elusainet moodustavate ühendite moodustamiseks. Eraldi on vaja märkida veel üks oluline süsinikuaatomite omadus - võime moodustada kovalentseid sidemeid nelja teise süsinikuaatomiga korraga. Tänu sellele võimele luuakse raamistikke tohutul hulgal erinevatest orgaanilistest molekulidest.

Mikroelemendid.

Kuigi sisu mikroelemendid ei ületa 0,005% iga üksiku elemendi kohta ja kokku moodustavad nad vaid umbes 1% raku massist; mikroelemendid on organismide elutegevuseks vajalikud. Nende puudumisel või ebapiisava sisu korral võivad tekkida mitmesugused haigused. Paljud mikroelemendid kuuluvad ensüümide mittevalgulistesse rühmadesse ja on vajalikud nende katalüütiliseks funktsiooniks.
Näiteks raud on heemi komponent, mis on osa tsütokroomidest, mis on elektronide transpordiahela komponendid, ja hemoglobiin, valk, mis transpordib hapnikku kopsudest kudedesse. Rauapuudus inimkehas põhjustab aneemia arengut. Ja kilpnäärmehormooni - türoksiini - osa joodi puudus põhjustab selle hormooni puudulikkusega seotud haigusi, nagu endeemiline struuma või kretinism.

Mikroelementide näited on toodud allolevas tabelis:

Ultramikroelemendid.

Grupi juurde ultramikroelemendid sisaldab elemente, mille sisaldus organismis on äärmiselt madal (alla 10-12%). Nende hulka kuuluvad broom, kuld, seleen, hõbe, vanaadium ja paljud teised elemendid. Enamik neist on vajalikud ka elusorganismide normaalseks funktsioneerimiseks. Näiteks seleenipuudus võib põhjustada vähki ja boori puudus on mõnede taimede haiguste põhjuseks. Paljud selle rühma elemendid, aga ka mikroelemendid, on osa ensüümidest.

Rohkem, teised - vähem.

Aatomitasandil ei ole eluslooduse orgaanilise ja anorgaanilise maailma vahel erinevusi: elusorganismid koosnevad samadest aatomitest kui eluta looduse kehad. Erinevate keemiliste elementide vahekord elusorganismides ja maakoores on aga väga erinev. Lisaks võivad elusorganismid oma keskkonnast erineda keemiliste elementide isotoopse koostise poolest.

Tavapäraselt võib kõik raku elemendid jagada kolme rühma.

Makrotoitained

Tsink- on osa ensüümidest, mis osalevad alkohoolses kääritamises ja insuliinis

Vask- on osa oksüdatiivsetest ensüümidest, mis osalevad tsütokroomide sünteesis.

Seleen- osaleb keha regulatsiooniprotsessides.

Ultramikroelemendid

Ultramikroelemente on elusolendite organismides alla 0,0000001%, sealhulgas kuld, hõbe omab bakteritsiidset toimet, pärsib vee tagasiimendumist neerutuubulites, mõjutades ensüüme. Ultramikroelementide hulka kuuluvad ka plaatina ja tseesium. Mõned inimesed kuuluvad sellesse rühma ka seleeni, selle puudusel areneb vähk. Ultramikroelementide funktsioonid on siiani halvasti mõistetavad.

Raku molekulaarne koostis

Vaata ka

Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.

Vaadake, mis on "Raku keemiline koostis" teistes sõnaraamatutes:

Cells – hankige Akademika Gallery Cosmeticsist töötav sooduskupong või ostke tasuta kohaletoomisega kasumlikud rakud kauplusest Gallery Cosmetics.

Bakteriraku üldine struktuur on näidatud joonisel 2. Bakteriraku sisemine struktuur on keeruline. Igal süstemaatilisel mikroorganismide rühmal on oma spetsiifilised struktuuriomadused. Raku sein... ... Bioloogiline entsüklopeedia

Punavetikate intratsellulaarse struktuuri ainulaadsus seisneb nii tavaliste rakukomponentide omadustes kui ka spetsiifiliste rakusiseste lisandite olemasolus. Rakumembraanid. Punaste vereliblede membraanides...... Bioloogiline entsüklopeedia

- (Argentum, argent, Silber), keemia. Ag märk. S. on üks metallidest, mis on inimestele teada iidsetest aegadest. Looduses leidub seda nii looduslikus olekus kui ka ühendite kujul teiste kehadega (väävliga, näiteks Ag 2S... ...

- (Argentum, argent, Silber), keemia. Ag märk. S. on üks metallidest, mis on inimestele teada iidsetest aegadest. Looduses leidub seda nii looduslikus olekus kui ka ühendite kujul teiste kehadega (väävliga, näiteks Ag2S hõbedaga ... Entsüklopeediline sõnaraamat F.A. Brockhaus ja I.A. Efron

Sellel terminil on ka teisi tähendusi, vt Cell (tähendused). Inimese vererakud (HBC) ... Wikipedia

Mõiste bioloogia pakkus välja silmapaistev prantsuse loodusteadlane ja evolutsionist Jean Baptiste Lamarck aastal 1802, et nimetada eluteadust kui loodusnähtust. Tänapäeval on bioloogia teaduste kompleks, mis uurib... ... Vikipeediat

Rakk on kõigi elusorganismide (v.a viirused, mida sageli nimetatakse mitterakulisteks eluvormideks) struktuuri ja elutegevuse elementaarne üksus, millel on oma ainevahetus ja mis on võimeline iseseisvalt eksisteerima,... ... Vikipeedia

- (tsüto + keemia) tsütoloogia osa, mis uurib raku ja selle komponentide keemilist koostist, samuti ainevahetusprotsesse ja keemilisi reaktsioone, mis on raku elutegevuse aluseks... Suur meditsiiniline sõnastik

Rakk on elusolendi elementaarüksus, millel on kõik organismi omadused: võime paljuneda, kasvada, keskkonnaga aineid ja energiat vahetada, ärrituvus ja keemilise väljundi püsivus.
Makroelemendid on elemendid, mille kogus rakus on kuni 0,001% kehamassist. Näiteks hapnik, süsinik, lämmastik, fosfor, vesinik, väävel, raud, naatrium, kaltsium jne.
Mikroelemendid on elemendid, mille kogus rakus on vahemikus 0,001% kuni 0,000001% kehamassist. Näiteks boor, vask, koobalt, tsink, jood jne.
Ultramikroelemendid on elemendid, mille sisaldus rakus ei ületa 0,000001% kehamassist. Näiteks kuld, elavhõbe, tseesium, seleen jne.

2. Koostage "Rakuainete" skeem.

3. Millele viitab teaduslik fakt elusa ja eluta looduse elementaarse keemilise koostise sarnasusest?
See näitab elava ja eluta looduse ühisust.

Anorgaanilised ained. Vee ja mineraalide roll raku elus.
1. Andke mõistete definitsioonid.
Anorgaanilised ained on vesi, mineraalsoolad, happed, anioonid ja katioonid, mida leidub nii elus- kui ka eluta organismides.
Vesi on looduses üks levinumaid anorgaanilisi aineid, mille molekul koosneb kahest vesinikuaatomist ja ühest hapnikuaatomist.

2. Joonistage "Vee struktuuri" skeem.

3. Millised veemolekulide ehituslikud omadused annavad sellele ainulaadsed omadused, ilma milleta pole elu võimatu?
Veemolekuli struktuuri moodustavad kaks vesinikuaatomit ja üks hapnikuaatom, mis moodustavad dipooli, see tähendab, et vees on kaks polaarsust “+” ja “-”, mis aitab kaasa vee läbilaskvusele läbi membraani seinte, võime lahustada kemikaale. Lisaks on veedipoolid omavahel ühendatud vesiniksidemetega, mis tagab selle võime olla erinevates agregatsiooniseisundites, samuti lahustada või mitte lahustada erinevaid aineid.

4. Täitke tabel “Vee ja mineraalide roll rakus”.

5. Mis tähtsust omab raku sisekeskkonna suhteline püsivus selle elutähtsate protsesside tagamisel?
Raku sisekeskkonna püsivust nimetatakse homöostaasiks. Homöostaasi rikkumine toob kaasa raku kahjustuse või selle surma, rakus toimub pidevalt plastiline ainevahetus ja energiavahetus, need on kaks ainevahetuse komponenti ning selle protsessi katkemine toob kaasa kogu organismi kahjustuse või surma.

6. Mis on elusorganismide puhversüsteemide eesmärk ja milline on nende toimimise põhimõte?
Puhversüsteemid säilitavad bioloogilistes vedelikes keskkonna teatud pH väärtuse (happesuse näitaja). Tööpõhimõte seisneb selles, et keskkonna pH sõltub prootonite kontsentratsioonist selles keskkonnas (H+). Puhversüsteem on võimeline neelama või loovutama prootoneid sõltuvalt nende sisenemisest keskkonda väljastpoolt või, vastupidi, keskkonnast eemaldamisest, samal ajal kui pH ei muutu. Puhversüsteemide olemasolu on elusorganismis vajalik, kuna keskkonnatingimuste muutumise tõttu võib pH väga suurel määral varieeruda ning enamik ensüüme töötab vaid teatud pH väärtusel.
Puhversüsteemide näited:
karbonaat-vesinikkarbonaat (Na2СО3 ja NaHCO3 segu)
fosfaat (K2HPO4 ja KH2PO4 segu).

Orgaanilised ained. Süsivesikute, lipiidide ja valkude roll raku elus.
1. Andke mõistete definitsioonid.
Orgaanilised ained on ained, mis sisaldavad tingimata süsinikku; nad on osa elusorganismidest ja tekivad ainult nende osalusel.
Valgud on suure molekulmassiga orgaanilised ained, mis koosnevad peptiidsidemega ahelasse ühendatud alfa-aminohapetest.
Lipiidid on suur rühm looduslikke orgaanilisi ühendeid, sealhulgas rasvu ja rasvataolisi aineid. Lihtlipiidide molekulid koosnevad alkoholist ja rasvhapetest, komplekssete - alkoholist, kõrgmolekulaarsetest rasvhapetest ja muudest komponentidest.
Süsivesikud on orgaanilised ained, mis sisaldavad karbonüül- ja mitut hüdroksüülrühma ning neid nimetatakse ka suhkruteks.

2. Täitke tabel puuduva teabega "Raku orgaaniliste ainete struktuur ja funktsioonid."

3. Mida mõeldakse valgu denaturatsiooni all?
Valgu denaturatsioon on valgu loomuliku struktuuri kadumine.

Nukleiinhapped, ATP ja muud raku orgaanilised ühendid.
1. Andke mõistete definitsioonid.
Nukleiinhapped on biopolümeerid, mis koosnevad monomeeridest – nukleotiididest.
ATP on ühend, mis koosneb lämmastikalusest adeniinist, süsivesikute riboosist ja kolmest fosforhappe jäägist.
Nukleotiid on nukleiinhappe monomeer, mis koosneb fosfaatrühmast, viie süsinikusisaldusega suhkrust (pentoos) ja lämmastiku alusest.
Makroergiline side on side ATP-s olevate fosforhappejääkide vahel.
Komplementaarsus on nukleotiidide ruumiline vastastikune vastavus.

2. Tõesta, et nukleiinhapped on biopolümeerid.
Nukleiinhapped koosnevad suurest hulgast korduvatest nukleotiididest ja nende mass on 10 000 kuni mitu miljonit süsinikuühikut.

3. Kirjeldage nukleotiidi molekuli struktuurilisi iseärasusi.
Nukleotiid on ühend, mis koosneb kolmest komponendist: fosforhappe jääk, viie süsinikusisaldusega suhkur (riboos) ja üks lämmastikuühenditest (adeniin, guaniin, tsütosiin, tümiin või uratsiil).

4. Milline on DNA molekuli ehitus?
DNA on kaksikheeliks, mis koosneb paljudest nukleotiididest, mis on üksteisega järjestikku ühendatud tänu kovalentsetele sidemetele ühe nukleotiidi desoksüriboosi ja teise nukleotiidi fosforhappejäägi vahel. Lämmastikalused, mis asuvad ühe ahela selgroo ühel küljel, on komplementaarsuse põhimõttel ühendatud H-sidemetega teise ahela lämmastikualustega.

5. Rakendades komplementaarsuse põhimõtet, konstrueerida DNA teine ​​ahel.
T-A-T-C-A-G-A-C-C-T-A-C
A-T-A-G-T-C-T-G-G-A-T-G.

6. Millised on DNA peamised ülesanded rakus?
Nelja tüüpi nukleotiidide abil salvestab DNA rakus kogu olulise info organismi kohta, mis kandub edasi järgmistele põlvkondadele.

7. Mille poolest erineb RNA molekul DNA molekulist?
RNA on üks ahel, mis on väiksem kui DNA. Nukleotiidid sisaldavad suhkruriboosi, mitte desoksüriboosi, nagu DNA-s. Lämmastikaluseks tümiini asemel on uratsiil.

8. Mis on ühist DNA ja RNA molekulide struktuuridel?
Nii RNA kui ka DNA on nukleotiididest koosnevad biopolümeerid. Nukleotiidide struktuur on ühine fosforhappejäägi ja adeniini, guaniini ja tsütosiini aluste olemasolu.

9. Täitke tabel “RNA tüübid ja nende funktsioonid rakus”.

10. Mis on ATP? Mis on selle roll rakus?
ATP – adenosiintrifosfaat, suure energiaga ühend. Selle funktsioonid on universaalne energia salvestaja ja kandja rakus.

11. Milline on ATP molekuli struktuur?
ATP koosneb kolmest fosforhappe jäägist, riboosist ja adeniinist.

12. Mis on vitamiinid? Millisesse kahte suurde rühma nad jagunevad?
Vitamiinid on bioloogiliselt aktiivsed orgaanilised ühendid, millel on oluline roll ainevahetusprotsessides. Need jagunevad vees lahustuvateks (C, B1, B2 jne) ja rasvlahustuvateks (A, E jne).

13. Täitke tabel “Vitamiinid ja nende roll inimorganismis”.

Eraldi rühm makroelementide hulgas koosneb orgaanilised elemendid(O, C, H, N), mis moodustavad kõigi orgaaniliste ainete molekulid.

Makroelemendid, nende roll rakus.Orgaanilised elemendid - hapnik, süsinik, vesinik ja lämmastik moodustavad ≈98% raku keemilisest sisaldusest. Nad moodustavad kergesti kovalentseid sidemeid, jagades kahte elektroni (üks igast aatomist) ja moodustavad seeläbi rakus mitmesuguseid orgaanilisi aineid.

Elutähtsad on ka teised looma- ja inimese rakkudes leiduvad makroelemendid (kaalium, naatrium, magneesium, kaltsium, kloor, raud), mis moodustavad umbes 1,9%.

Seega reguleerivad kaaliumi- ja naatriumioonid osmootset rõhku rakus, määravad südametegevuse normaalse rütmi, närviimpulsi esinemise ja juhtivuse. Kaltsiumiioonid osalevad vere hüübimises ja lihaskiudude kokkutõmbumises. Lahustumatud kaltsiumisoolad osalevad luude ja hammaste moodustumisel.

Magneesiumioonid mängivad olulist rolli ribosoomide ja mitokondrite toimimises. Raud on osa hemoglobiinist.

Mikroelemendid, nende roll rakus. Mikro- ja ultramikroelementide bioloogilist rolli ei määra mitte nende protsent, vaid asjaolu, et need on osa ensüümidest, vitamiinidest ja hormoonidest. Näiteks koobalt on osa vitamiinist B12, jood hormoon türoksiinist, vask ensüümide osa, mis katalüüsivad redoksprotsesse.

Ultramikroelemendid, nende roll rakus. Nende kontsentratsioon ei ületa 0,000001%. Need on järgmised elemendid: kuld, hõbe, plii, uraan, seleen, tseesium, berüllium, raadium jne. Paljude keemiliste elementide füsioloogiline roll pole veel kindlaks tehtud, kuid need on vajalikud keha normaalseks toimimiseks. Näiteks ultramikroelemendi seleeni puudus põhjustab vähi arengut.

Kokkuvõtlik teave elusorganismide rakkudes sisalduvate peamiste keemiliste elementide bioloogilise tähtsuse kohta on esitatud tabelis 4.1.

Kui teatud piirkonna mullas on puudu mõnest olulisest keemilisest elemendist, mis põhjustab selle defitsiidi kohalike elanike organismis, nn. endeemilised haigused.

Kõik keemilised elemendid sisalduvad rakus ioonide kujul või on osa keemilistest ainetest.

Tabel 4.1.Raku põhilised keemilised elemendid ja nende tähtsus organismide eluks ja elutegevuseks

Rakukemikaalid

>> Keemia: Keemilised elemendid elusorganismide rakkudes

Kõigi elusorganismide (inimeste, loomade, taimede) rakke moodustavates ainetes on avastatud üle 70 elemendi. Need elemendid jagunevad tavaliselt kahte rühma: makroelemendid ja mikroelemendid.

Makroelemendid sisalduvad rakkudes suurtes kogustes. Esiteks on need süsinik, hapnik, lämmastik ja vesinik. Koos moodustavad nad peaaegu 98% raku kogusisaldusest. Lisaks nendele elementidele kuuluvad makroelementide hulka ka magneesium, kaalium, kaltsium, naatrium, fosfor, väävel ja kloor. Nende kogusisaldus on 1,9%. Seega moodustab teiste keemiliste elementide osakaal umbes 0,1%. Need on mikroelemendid. Nende hulka kuuluvad raud, tsink, mangaan, boor, vask, jood, koobalt, broom, fluor, alumiinium jne.

Imetajate piimast leiti 23 mikroelementi: liitium, rubiidium, vask, hõbe, baarium, strontsium, titaan, arseen, vanaadium, kroom, molübdeen, jood, fluor, mangaan, raud, koobalt, nikkel jne.

Imetajate veri sisaldab 24 mikroelementi ja inimese aju 18 mikroelementi.

Nagu näha, ei ole rakus mingeid erilisi elemente, mis oleksid iseloomulikud ainult elusloodusele, ehk siis aatomitasandil pole elus- ja eluta looduse vahel erinevusi. Neid erinevusi leidub ainult komplekssete ainete tasemel – molekulaarsel tasandil. Seega sisaldavad elusorganismide rakud koos anorgaaniliste ainetega (vesi ja mineraalsoolad) ainult neile iseloomulikke aineid - orgaanilisi aineid (valgud, rasvad, süsivesikud, nukleiinhapped, vitamiinid, hormoonid jne). Need ained on üles ehitatud peamiselt süsinikust, vesinikust, hapnikust ja lämmastikust ehk makroelementidest. Mikroelemente sisaldavad need ained väikestes kogustes, kuid nende roll organismide normaalses talitluses on tohutu. Näiteks boori, mangaani, tsingi ja koobalti ühendid suurendavad järsult üksikute põllumajandustaimede saagikust ja suurendavad nende vastupanuvõimet erinevatele haigustele.

Inimesed ja loomad saavad normaalseks eluks vajalikke mikroelemente taimede kaudu, mida nad söövad. Kui toidus ei ole piisavalt mangaani, on võimalik kasvupeetus, puberteedi hilinemine ja ainevahetushäired luustiku moodustumisel. Milligrammi mangaanisoolade fraktsioonide lisamine loomade igapäevasesse dieeti kõrvaldab need haigused.

Koobalt on osa vitamiinist B12, mis vastutab vereloomeorganite töö eest. Koobalti puudumine toidus põhjustab sageli tõsiseid haigusi, mis põhjustavad keha kurnatust ja isegi surma.

Mikroelementide tähtsus inimesele ilmnes esmakordselt sellise haiguse nagu endeemilise struuma uurimisel, mille põhjuseks oli joodipuudus toidus ja vees. Joodi sisaldava soola võtmine viib taastumiseni ja selle lisamine toidule väikestes kogustes hoiab ära haigused. Selleks jooditakse lauasool, millele lisatakse 0,001-0,01% kaaliumjodiidi.

Enamik bioloogilisi ensüümi katalüsaatoreid sisaldab tsinki, molübdeeni ja mõningaid teisi metalle. Need elemendid, mis sisalduvad elusorganismide rakkudes väga väikestes kogustes, tagavad parimate biokeemiliste mehhanismide normaalse toimimise ja on elutähtsate protsesside tõelised regulaatorid.

Paljud mikroelemendid sisalduvad vitamiinides – erineva keemilise olemusega orgaanilistes ainetes, mis satuvad kehasse väikestes annustes koos toiduga ja millel on suur mõju ainevahetusele ja organismi üldisele talitlusele. Oma bioloogiliselt on nad lähedased ensüümidele, kuid ensüüme moodustavad keharakud ning vitamiinid tulevad enamasti toidust. Vitamiinide allikad on taimed: tsitrusviljad, kibuvitsamarjad, petersell, sibul, küüslauk ja paljud teised. Osa vitamiine – A, B1, B2, K – saadakse sünteetiliselt. Vitamiinid on saanud oma nime kahest sõnast: vita – elu ja amiin – lämmastikku sisaldav.

Mikroelemendid on ka osa hormoonidest – bioloogiliselt aktiivsetest ainetest, mis reguleerivad inimeste ja loomade elundite ja organsüsteemide talitlust. Nad on oma nime saanud kreekakeelsest sõnast harmao – ma vallutan. Hormoone toodavad endokriinsed näärmed ja need sisenevad verre, mis kannab neid kogu kehas. Mõned hormoonid saadakse sünteetiliselt.

1. Makroelemendid ja mikroelemendid.

2. Mikroelementide osa taimede, loomade ja inimeste elus.

3. Orgaanilised ained: valgud, rasvad, süsivesikud.

4. Ensüümid.

5. Vitamiinid.

6. Hormoonid.

Millise keemilise elemendi olemasoluvormide tasandil saab alguse elusa ja eluta looduse erinevus?

Miks nimetatakse üksikuid makroelemente ka biogeenseteks? Loetlege need.