A sejt nemcsak minden élőlény szerkezeti egysége, az élet egyfajta építőköve, hanem egy kis biokémiai gyár is, amelyben a másodperc törtrészénként különböző átalakulások és reakciók mennek végbe. Így keletkeznek a szervezet életéhez és növekedéséhez szükséges szerkezeti összetevők: sejtásványi anyagok, víz és szerves vegyületek. Ezért nagyon fontos tudni, hogy mi történik, ha az egyik nem elég. Milyen szerepet játszanak a különféle vegyületek az élő rendszerek ezen apró, szabad szemmel láthatatlan szerkezeti részecskéinek életében? Próbáljuk megérteni ezt a kérdést.

A sejtanyagok osztályozása

A sejt tömegét alkotó, szerkezeti részeit alkotó, fejlődéséért, táplálkozásáért, légzéséért, képlékeny és normális fejlődéséért felelős összes vegyület három nagy csoportra osztható. Ezek olyan kategóriák, mint például:

• szerves;
• sejtek (ásványi sók);
• víz.

Ez utóbbit gyakran a szervetlen komponensek második csoportjába sorolják. Ezeken a kategóriákon kívül azonosíthatjuk azokat, amelyek ezek kombinációjából állnak össze. Ezek olyan fémek, amelyek a szerves vegyületek molekulájának részét képezik (például a vasiont tartalmazó hemoglobin molekula fehérje természetű).

Sejt ásványi anyagok

Ha konkrétan az egyes élőlényeket alkotó ásványi vagy szervetlen vegyületekről beszélünk, akkor ezek természetükben és mennyiségi tartalmukban is eltérőek. Ezért saját besorolásuk van.

Minden szervetlen vegyület három csoportra osztható.

1. Makroelemek. Azok, amelyeknek a sejten belüli tartalma meghaladja a szervetlen anyagok össztömegének 0,02%-át. Példák: szén, oxigén, hidrogén, nitrogén, magnézium, kalcium, kálium, klór, kén, foszfor, nátrium.
2. Mikroelemek - kevesebb, mint 0,02%. Ezek közé tartozik: cink, réz, króm, szelén, kobalt, mangán, fluor, nikkel, vanádium, jód, germánium.
3. Ultramikroelemek - tartalom kevesebb, mint 0,0000001%. Példák: arany, cézium, platina, ezüst, higany és néhány más.

Külön kiemelhet több olyan elemet is, amelyek organogén, azaz szerves vegyületek alapját képezik, amelyekből az élő szervezet teste felépül. Ezek olyan elemek, mint például:

• hidrogén;
• nitrogén;
• szén;
• oxigén.

Fehérjék (az élet alapja), szénhidrátok, lipidek és egyéb anyagok molekuláit építik fel. Az ásványi anyagok azonban felelősek a szervezet normális működéséért is. Egy sejt kémiai összetétele több tucat elemből áll a periódusos rendszerből, amelyek a sikeres élet kulcsa. Az összes atom közül csak körülbelül 12 egyáltalán nem játszik szerepet, vagy elhanyagolható és nem vizsgálták.

Különösen fontosak egyes sók, amelyeket minden nap elegendő mennyiségben kell táplálékkal ellátni a szervezetbe, hogy ne alakuljanak ki különféle betegségek. Növényeknél ez például a nátrium Embereknél és állatoknál ez kalcium-sók, konyhasó, mint nátrium- és klórforrás, stb.

Víz

A sejt ásványi anyagai a vízzel egyesülnek egy közös csoportba, ezért nem lehet nem mondani fontosságáról. Milyen szerepet játszik az élőlények testében? Hatalmas. A cikk elején egy sejtet egy biokémiai gyárhoz hasonlítottunk. Tehát az anyagok minden másodpercben előforduló átalakulása a vízi környezetben történik. Univerzális oldószer és közeg kémiai kölcsönhatásokhoz, szintézisekhez és bomlási folyamatokhoz.

Ezenkívül a víz a belső környezet része:

• citoplazma;
• sejtnedv a növényekben;
• vér állatokban és emberekben;
• vizelet;
• nyál és más biológiai folyadékok.

A kiszáradás kivétel nélkül minden élőlény halálát jelenti. A víz élő környezet a növény- és állatvilág számos változatos képviselőjének. Ezért nehéz túlbecsülni ennek a szervetlen anyagnak a jelentőségét, valóban végtelenül nagy.

A makrotápanyagok és fontosságuk

A sejtben található ásványi anyagok nagy jelentőséggel bírnak a normális működéséhez. Először is ez a makroelemekre vonatkozik. Mindegyikük szerepét részletesen tanulmányozták és régóta megállapították. A fentiekben már felsoroltuk, hogy mely atomok alkotják a makroelemek csoportját, ezért nem ismételjük magunkat. Röviden vázoljuk a főbbek szerepét.

1. Kalcium. Sói a szervezet Ca 2+ -ionokkal való ellátásához szükségesek. Maguk az ionok részt vesznek a vér leállításának és koagulációjának folyamataiban, biztosítva a sejtexocitózist, valamint az izomösszehúzódásokat, beleértve a szívösszehúzódásokat is. Az oldhatatlan sók az állatok és az emberek erős csontjai és fogai alapját képezik.
2. Kálium és nátrium. Fenntartják a sejt állapotát, és nátrium-kálium pumpát képeznek a szív számára.
3. Klór - részt vesz a sejt elektromos semlegességének biztosításában.
4. A foszfor, a kén, a nitrogén számos szerves vegyület alkotóeleme, és részt vesz az izomműködésben és a csontok összetételében is.

Természetesen, ha részletesebben megvizsgáljuk az egyes elemeket, akkor sok mindent elmondhatunk a szervezetben való feleslegéről és hiányáról. Végül is mindkettő káros és különféle betegségekhez vezet.

Mikroelemek

Szintén nagy a mikroelemek csoportjába tartozó ásványi anyagok szerepe a sejtben. Annak ellenére, hogy tartalmuk nagyon kicsi a cellában, nélkülük sokáig nem tud normálisan működni. A fent felsorolt ​​atomok közül a legfontosabbak ebben a kategóriában:

• cink;
• réz;
• szelén;
• fluor;
• kobalt.

A normál jódszint szükséges a pajzsmirigyműködés fenntartásához és a hormontermeléshez. A szervezetnek fluorra van szüksége a fogzománc erősítéséhez, a növényeknek pedig a levelek rugalmasságának és gazdag színének megőrzéséhez.

A cink és a réz számos enzimben és vitaminban megtalálhatók. Fontos résztvevői a szintézis és a képlékeny csere folyamatainak.

A szelén a szabályozási folyamatok aktív résztvevője, és az endokrin rendszer működéséhez szükséges elem. A kobaltnak egy másik neve is van - B 12-vitamin, és ebben a csoportban minden vegyület rendkívül fontos az immunrendszer számára.

Ezért a sejtben a mikroelemekből kialakított ásványi anyagok funkciói nem kisebbek, mint a makrostruktúrák. Ezért fontos, hogy mindkettőt elegendő mennyiségben fogyasszuk.

Ultramikroelemek

A sejt ásványi anyagai, amelyeket ultramikroelemek képeznek, nem játszanak akkora szerepet, mint a fentiek. Hosszú távú hiányuk azonban nagyon kellemetlen és esetenként nagyon veszélyes egészségügyi következmények kialakulásához vezethet.

Például a szelén is ebbe a csoportba tartozik. Hosszú távú hiánya rákos daganatok kialakulásához vezet. Ezért ezt nélkülözhetetlennek tekintik. De az arany és az ezüst olyan fémek, amelyek negatív hatással vannak a baktériumokra, elpusztítva azokat. Ezért a sejtek belsejében baktericid szerepet játszanak.

Általánosságban azonban elmondható, hogy az ultramikroelemek funkcióit a tudósok még nem tárták fel teljesen, és jelentőségük továbbra is tisztázatlan.

Fémek és szerves anyagok

Sok fém található a szerves molekulákban. Például a magnézium a klorofill koenzimje, szükséges a növények fotoszintéziséhez. A vas a hemoglobin molekula része, amely nélkül lehetetlen lélegezni. A réz, a cink, a mangán és mások az enzimek, vitaminok és hormonok molekuláinak részei.

Nyilvánvaló, hogy ezek a vegyületek fontosak a szervezet számára. Lehetetlen teljesen ásványi anyagok közé sorolni, de részben mégis meg kell tenni.

Sejtásványok és jelentőségük: 5. évfolyam, táblázat

A cikkben elmondottak összegzéséhez egy általános táblázatot készítünk, amelyben tükrözzük, hogy milyen ásványi vegyületek vannak és miért van szükség rájuk. Használható, amikor ezt a témát magyarázzák az iskolásoknak, például az ötödik osztályban.

Így a sejt ásványi anyagait és azok jelentőségét az iskolások a nevelés fő szakasza során sajátítják el.

Az ásványi vegyületek hiányának következményei

Amikor az ásványi anyagok sejtben betöltött szerepének fontosságáról beszélünk, példákat kell hoznunk, amelyek ezt bizonyítják.

Soroljunk fel néhány olyan betegséget, amelyek a cikkben azonosított vegyületek valamelyikének hiányával vagy feleslegével alakulnak ki.

1. Magas vérnyomás.
2. Ischaemia, szívelégtelenség.
3. Golyva és a pajzsmirigy egyéb betegségei (Graves-kór és mások).
4. Anémia.
5. Nem megfelelő növekedés és fejlődés.
6. Rákos daganatok.
7. Fluorózis és fogszuvasodás.
8. Vérbetegségek.
9. Az izom- és idegrendszer zavara.
10. Emésztési zavar.

Természetesen ez nem egy teljes lista. Ezért gondosan ügyelni kell arra, hogy a napi étrend helyes és kiegyensúlyozott legyen.

A növényi és állati sejtek kémiai összetétele nagyon hasonló, ami eredetük egységét jelzi. Több mint 80 kémiai elemet találtak a sejtekben.

A sejtben jelenlévő kémiai elemek fel vannak osztva 3 nagy csoport: makrotápanyagok, mezoelemek, mikroelemek.

A makroelemek közé tartozik a szén, az oxigén, a hidrogén és a nitrogén. Mezoelemek- ez a kén, foszfor, kálium, kalcium, vas. Mikroelemek - cink, jód, réz, mangán és mások.

A sejt biológiailag fontos kémiai elemei:

Nitrogén - a fehérjék és az NK szerkezeti összetevője.

Hidrogén- a víz és az összes biológiai vegyület része.

Magnézium- aktiválja számos enzim munkáját; a klorofill szerkezeti összetevője.

Kalcium- a csontok és a fogak fő alkotóeleme.

Vas- benne van a hemoglobinban.

Jód- a pajzsmirigyhormon része.

A sejtanyagokat szerves anyagokra osztják(fehérjék, nukleinsavak, lipidek, szénhidrátok, ATP) és szervetlen(víz és ásványi sók).

Víz a sejttömeg 80%-át teszi ki, játszik fontos szerepet:

a cellában lévő víz oldószer

· szállítja a tápanyagokat;

· a víz eltávolítja a káros anyagokat a szervezetből;

· a víz nagy hőkapacitása;

· A víz elpárolgása segít lehűteni az állatokat és a növényeket.

· rugalmasságot ad a sejtnek.

Ásványi anyagok:

· részt vesz a homeosztázis fenntartásában a sejtbe jutó víz áramlásának szabályozásával;

· a kálium és a nátrium biztosítja az anyagok átjutását a membránon, részt vesznek az idegimpulzusok kialakulásában és vezetésében.

· ásványi sók, elsősorban kalcium-foszfátok és -karbonátok, keménységet adnak a csontszövetnek.

Oldja meg az emberi vér genetikai problémáját

A fehérjék, szerepük a szervezetben

Fehérje- minden sejtben megtalálható szerves anyagok, amelyek monomerekből állnak.

Fehérje- nagy molekulatömegű, nem periodikus polimer.

Monomer van aminosav (20).

Az aminosavak aminocsoportot, karboxilcsoportot és gyököt tartalmaznak. Az aminosavak egymáshoz kapcsolva peptidkötést képeznek. A fehérjék rendkívül változatosak, például több mint 10 millió van belőlük az emberi szervezetben.

A fehérje sokfélesége a következőktől függ:

1. az AK-k különböző sorrendje

2. mérettől függően

3. a kompozícióból

Fehérje szerkezetek

A fehérje elsődleges szerkezete - peptidkötéssel összekapcsolt aminosavak sorozata (lineáris szerkezet).

A fehérje másodlagos szerkezete - spirális szerkezet.

A fehérje harmadlagos szerkezete- gömbölyű (glomeruláris szerkezet).

Kvaterner fehérjeszerkezet- több golyócskából áll. A hemoglobinra és a klorofilra jellemző.

A fehérjék tulajdonságai

1. Komplementaritás: egy fehérje azon képessége, hogy valamilyen más anyagot olyan formában illesszen, mint egy kulcs a zárhoz.

2. Denaturáció: a fehérje természetes szerkezetének megsértése (hőmérséklet, savasság, sótartalom, egyéb anyagok hozzáadása stb.). Példák a denaturációra: a fehérje tulajdonságainak megváltozása tojásfőzéskor, a fehérje folyékonyból szilárd állapotba való átmenete.

3. Renaturáció - a fehérje szerkezetének helyreállítása, ha az elsődleges szerkezet nem sérült.

A fehérje funkciók

1. Konstrukció: az összes sejtmembrán kialakulása

2. Katalitikus: a fehérjék katalizátorok; felgyorsítja a kémiai reakciókat

3. Motor: az aktin és a miozin az izomrostok része.

4. Szállítás: anyagok átvitele a test különböző szöveteibe és szerveibe (a hemoglobin egy fehérje, amely a vörösvértestek része)

5. Védő: antitestek, fibrinogén, trombin - az immunitás és a véralvadás kialakulásában részt vevő fehérjék;

6. Energia: vegyen részt a képlékeny cserereakciókban, hogy új fehérjéket építsen fel.

7. Szabályozó: az inzulin hormon szerepe a vércukorszint szabályozásában.

8. Tárolás: fehérjék felhalmozódása a szervezetben tartalék tápanyagként, például tojásban, tejben, növényi magvakban.

Az élő sejt összetétele ugyanazokat a kémiai elemeket tartalmazza, amelyek az élettelen természet részét képezik. D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének 104 eleméből 60-at a sejtekben találtak.

Három csoportra oszthatók:

1. a fő elemek az oxigén, a szén, a hidrogén és a nitrogén (a sejtösszetétel 98%-a);
2. tized és század százalékot alkotó elemek - kálium, foszfor, kén, magnézium, vas, klór, kalcium, nátrium (összesen 1,9%);
3. minden más, még kisebb mennyiségben jelenlévő elem mikroelem.

A sejt molekuláris összetétele összetett és heterogén. Egyedi vegyületek - víz és ásványi sók - az élettelen természetben is megtalálhatók; mások - szerves vegyületek: szénhidrátok, zsírok, fehérjék, nukleinsavak stb. - csak az élő szervezetekre jellemzőek.

SZERVETLEN ANYAGOK

A víz a sejt tömegének körülbelül 80%-át teszi ki; fiatal gyorsan növekvő sejtekben - akár 95%, öreg sejtekben - 60%.

A víz szerepe a sejtben nagy.

Fő közeg és oldószer, részt vesz a legtöbb kémiai reakcióban, az anyagok mozgásában, a hőszabályozásban, a sejtszerkezetek kialakításában, meghatározza a sejt térfogatát és rugalmasságát. A legtöbb anyag vizes oldatban lép be és távozik a szervezetből. A víz biológiai szerepét szerkezetének sajátossága határozza meg: molekuláinak polaritása és hidrogénkötések kialakításának képessége, aminek következtében több vízmolekulából álló komplexek keletkeznek. Ha a vízmolekulák közötti vonzási energia kisebb, mint a víz és egy anyag molekulái között, akkor az feloldódik a vízben. Az ilyen anyagokat hidrofilnek nevezik (a görög „hydro” szóból - víz, „filé” - szerelem). Ezek sok ásványi só, fehérje, szénhidrát stb. Ha a vízmolekulák közötti vonzás energiája nagyobb, mint a vízmolekulák és egy anyag vonzási energiája, az ilyen anyagok oldhatatlanok (vagy gyengén oldódnak), hidrofóbnak nevezik őket. a görög „phobos” szóból - félelem) - zsírok, lipidek stb.

A vizes sejtoldatokban lévő ásványi sók kationokká és anionokká disszociálnak, így biztosítva a szükséges kémiai elemek stabil mennyiségét és az ozmotikus nyomást. A kationok közül a legfontosabbak a K +, Na +, Ca 2+, Mg +. Az egyes kationok koncentrációja a sejtben és az extracelluláris környezetben nem azonos. Élő sejtben a K koncentrációja magas, a Na + alacsony, a vérplazmában pedig éppen ellenkezőleg, a Na + koncentrációja magas, a K + pedig alacsony. Ez a membránok szelektív permeabilitásának köszönhető. Az ionok koncentrációjának különbsége a sejtben és a környezetben biztosítja a víznek a környezetből a sejtbe való áramlását, illetve a növények gyökerei általi vízfelvételt. Az egyes elemek - Fe, P, Mg, Co, Zn - hiánya gátolja a nukleinsavak, hemoglobin, fehérjék és más létfontosságú anyagok képződését, és súlyos betegségekhez vezet. Az anionok meghatározzák a pH-sejtkörnyezet állandóságát (semleges és enyhén lúgos). Az anionok közül a legfontosabbak a HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -

SZERVES ANYAGOK

A komplexben lévő szerves anyagok a sejtösszetétel körülbelül 20-30%-át teszik ki.

Szénhidrát- szénből, hidrogénből és oxigénből álló szerves vegyületek. Egyszerű - monoszacharidokra (a görög "monos" - egy) és összetett - poliszacharidokra (a görög "poly" - sok) oszthatók.

Monoszacharidok(általános képletük C n H 2n O n) - színtelen, kellemes édes ízű, vízben jól oldódó anyagok. A szénatomok számában különböznek egymástól. A monoszacharidok közül a legelterjedtebbek a hexózok (6 szénatomos): glükóz, fruktóz (gyümölcsökben, mézben, vérben) és galaktóz (tejben található). A pentózok közül (5 szénatomos) a leggyakoribb a ribóz és a dezoxiribóz, amelyek a nukleinsavak és az ATP részét képezik.

Poliszacharidok polimerekre vonatkozik - olyan vegyületekre, amelyekben ugyanaz a monomer többször megismétlődik. A poliszacharidok monomerei monoszacharidok. A poliszacharidok vízben oldódnak, és sok édes ízű. Ezek közül a legegyszerűbbek a diszacharidok, amelyek két monoszacharidból állnak. Például a szacharóz glükózból és fruktózból áll; tejcukor - glükózból és galaktózból. A monomerek számának növekedésével a poliszacharidok oldhatósága csökken. A nagy molekulatömegű poliszacharidok közül az állatokban a glikogén, a növényekben a keményítő és a rost (cellulóz) a leggyakoribb. Ez utóbbi 150-200 glükózmolekulából áll.

Szénhidrát- a fő energiaforrás a sejttevékenység minden formájához (mozgás, bioszintézis, szekréció stb.). A legegyszerűbb termékekre CO 2 és H 2 O lebontva 1 g szénhidrát 17,6 kJ energiát szabadít fel. A szénhidrátok építő funkciót töltenek be a növényekben (héjuk cellulózból áll), és raktározó anyagokat (növényekben - keményítő, állatokban - glikogén) töltenek be.

Lipidek- Ezek vízben oldhatatlan zsírszerű anyagok és zsírok, amelyek glicerinből és nagy molekulatömegű zsírsavakból állnak. Az állati zsírok a tejben, a húsban és a bőr alatti szövetekben találhatók. Szobahőmérsékleten szilárd halmazállapotúak. A növényekben a zsírok a magvakban, gyümölcsökben és más szervekben találhatók. Szobahőmérsékleten folyékonyak. A zsírszerű anyagok kémiai szerkezetükben hasonlóak a zsírokhoz. Sok belőlük van a tojássárgájában, az agysejtekben és más szövetekben.

A lipidek szerepét szerkezeti funkciójuk határozza meg. Sejtmembránokat alkotnak, amelyek hidrofóbságuk miatt megakadályozzák a sejttartalomnak a környezettel való keveredését. A lipidek energiafunkciót töltenek be. CO 2 -ra és H 2 O-ra lebontva 1 g zsír 38,9 kJ energiát szabadít fel. Gyengén vezetik a hőt, felhalmozódnak a bőr alatti szövetben (és más szervekben és szövetekben), védő funkciót látnak el és tartalék anyagokként szolgálnak.

Mókusok- a szervezet számára legspecifikusabb és legfontosabb. Nem periodikus polimerekhez tartoznak. Más polimerekkel ellentétben molekuláik hasonló, de nem azonos monomerekből állnak - 20 különböző aminosavból.

Minden aminosavnak megvan a maga neve, különleges szerkezete és tulajdonságai. Általános képletüket a következőképpen ábrázolhatjuk

Az aminosavmolekula egy meghatározott részből (R gyök) és egy minden aminosavra azonos részből áll, beleértve a bázikus tulajdonságokkal rendelkező aminocsoportot (-NH 2) és a savas tulajdonságokkal rendelkező karboxilcsoportot (COOH). A savas és bázikus csoportok jelenléte egy molekulában meghatározza azok nagy reaktivitását. Ezeken a csoportokon keresztül az aminosavak polimer-fehérjét képeznek. Ebben az esetben egy vízmolekula szabadul fel az egyik aminosav aminocsoportjából és egy másik karboxilcsoportjából, és a felszabaduló elektronok egyesülnek, így peptidkötés jön létre. Ezért a fehérjéket polipeptideknek nevezik.

A fehérjemolekula több tíz vagy száz aminosavból álló lánc.

A fehérjemolekulák óriási méretűek, ezért nevezik őket makromolekuláknak. A fehérjék, mint az aminosavak, nagyon reaktívak, és reagálhatnak savakkal és lúgokkal. Az aminosavak összetételében, mennyiségében és sorrendjében különböznek (a 20 aminosavból álló kombinációk száma szinte végtelen). Ez magyarázza a fehérjék sokféleségét.

A fehérjemolekulák szerkezetében négy szerveződési szint van (59)

• Elsődleges szerkezet- egy bizonyos szekvenciában kovalens (erős) peptidkötésekkel összekapcsolt aminosavak polipeptidlánca.
• Másodlagos szerkezet- szoros spirálba csavart polipeptidlánc. Ebben kis erősségű hidrogénkötések keletkeznek a szomszédos menetek (és más atomok) peptidkötései között. Együtt meglehetősen erős szerkezetet biztosítanak.
• Harmadlagos szerkezet egy bizarr, de specifikus konfigurációt képvisel minden egyes fehérje számára - egy gömböcskét. Kis erősségű hidrofób kötések vagy kohéziós erők tartják a nem poláris gyökök között, amelyek számos aminosavban megtalálhatók. Bőségüknek köszönhetően megfelelő stabilitást biztosítanak a fehérje makromolekulának és mobilitásának. A fehérjék harmadlagos szerkezetét a kovalens S-S (es-es) kötések is fenntartják, amelyek a kéntartalmú aminosav cisztein gyökök között keletkeznek, amelyek egymástól távol vannak.
• Negyedidős szerkezet nem minden fehérjére jellemző. Ez akkor fordul elő, amikor több fehérje makromolekula egyesül komplexekké. Például az emberi vér hemoglobinja ennek a fehérjének négy makromolekulájának komplexe.

A fehérjemolekulák szerkezetének ilyen összetettsége az ezekben a biopolimerekben rejlő funkciók sokféleségével függ össze. A fehérjemolekulák szerkezete azonban a környezet tulajdonságaitól függ.

A fehérje természetes szerkezetének megsértését ún denaturáció.

Előfordulhat hő, vegyszerek, sugárzó energia és egyéb tényezők hatására. Gyenge hatás esetén csak a kvaterner szerkezet bomlik fel, erősebb hatás esetén a harmadlagos, majd a másodlagos, és a fehérje primer szerkezet - polipeptid lánc - formájában marad Ez a folyamat részben reverzibilis, és a denaturált fehérje képes helyreállítani szerkezetét.

A fehérjék szerepe a sejt életében óriási.- Ez a test építőanyaga. Részt vesznek a sejt és az egyes szövetek (haj, erek stb.) héjának, organellumainak és membránjainak felépítésében. Számos fehérje katalizátorként működik a sejtben – olyan enzimek, amelyek tíz- vagy százmilliószorosára gyorsítják fel a sejtreakciókat. Körülbelül ezer enzim ismert. Összetételükben a fehérjén kívül fémek Mg, Fe, Mn, vitaminok stb.

Minden reakciót a saját specifikus enzime katalizál. Ebben az esetben nem a teljes enzim hat, hanem egy bizonyos régió - az aktív központ. Úgy illeszkedik az aljzatba, mint a kulcs a zárba. Az enzimek a környezet bizonyos hőmérsékletén és pH-értékén működnek. Speciális kontraktilis fehérjék biztosítják a sejtek motoros funkcióit (a flagellák, csillószálak mozgása, izomösszehúzódás stb.). Az egyes fehérjék (vér hemoglobin) szállító funkciót látnak el, oxigént szállítanak a test minden szervébe és szövetébe. A specifikus fehérjék - antitestek - védő funkciót látnak el, semlegesítik az idegen anyagokat. Egyes fehérjék energiafunkciót töltenek be. Aminosavakra, majd még egyszerűbb anyagokra lebontva 1 g fehérje 17,6 kJ energiát szabadít fel.

Nukleinsavak(a latin „nucleus” - mag szóból) először a sejtmagban fedezték fel. Két típusuk van - dezoxiribonukleinsavak(DNS) és ribonukleinsavak(RNS). Biológiai szerepük nagy, meghatározzák a fehérjék szintézisét és az öröklődő információk egyik generációról a másikra történő átadását.

A DNS-molekula összetett szerkezetű. Két spirálisan csavart láncból áll. A kettős hélix szélessége 2 nm 1, hossza több tíz, sőt több száz mikromikron (több száz vagy ezerszer nagyobb, mint a legnagyobb fehérjemolekula). A DNS egy polimer, amelynek monomerjei nukleotidok - foszforsav molekulából, szénhidrátból - dezoxiribózból és nitrogéntartalmú bázisból álló vegyületek. Általános képletük a következő:

A foszforsav és a szénhidrát minden nukleotidban azonos, a nitrogénbázisok pedig négy típusba sorolhatók: adenin, guanin, citozin és timin. Meghatározzák a megfelelő nukleotidok nevét:

• adenil (A),
• guanil (G),
• citozil (C),
• timidil (T).

Mindegyik DNS-szál több tízezer nukleotidból álló polinukleotid. Ebben a szomszédos nukleotidokat erős kovalens kötéssel kötik össze a foszforsav és a dezoxiribóz között.

Tekintettel a DNS-molekulák óriási méretére, a bennük lévő négy nukleotid kombinációja végtelenül nagy lehet.

Amikor a DNS kettős hélix képződik, az egyik lánc nitrogénbázisai szigorúan meghatározott sorrendben helyezkednek el, szemben a másik nitrogénbázisaival. Ebben az esetben T mindig A ellen, és csak C ellen G. Ez azzal magyarázható, hogy A és T, valamint G és C szigorúan megfelelnek egymásnak, mint két fél törött üveg, és kiegészítő ill kiegészítő(a görög „kiegészítés” szóból - kiegészítés) egymáshoz. Ha az egyik DNS-lánc nukleotidsorrendje ismert, akkor a komplementaritás elvét alkalmazva lehetőség nyílik egy másik lánc nukleotidjainak meghatározására is (lásd Függelék 1. feladat). A komplementer nukleotidokat hidrogénkötésekkel kapcsolják össze.

Két kapcsolat van A és T között, három pedig G és C között.

A DNS-molekula megkettőződése egyedülálló tulajdonsága, amely biztosítja az örökletes információ átvitelét az anyasejtből a leánysejtekbe. A DNS megkettőződésének folyamatát ún DNS reduplikáció. Ezt a következőképpen hajtjuk végre. Röviddel a sejtosztódás előtt a DNS-molekula feltekercselődik, és kettős szála egy enzim hatására az egyik végén két független láncra hasad. A sejt szabad nukleotidjainak mindkét felére a komplementaritás elve szerint egy második lánc épül. Ennek eredményeként egy DNS-molekula helyett két teljesen azonos molekula jelenik meg.

RNS- egy DNS-szálhoz hasonló szerkezetű, de sokkal kisebb méretű polimer. Az RNS monomerek foszforsavból, szénhidrátból (ribóz) és nitrogéntartalmú bázisból álló nukleotidok. Az RNS három nitrogéntartalmú bázisa - adenin, guanin és citozin - megfelel a DNS-nek, de a negyedik más. Az RNS timin helyett uracilt tartalmaz. Az RNS polimer képződése a szomszédos nukleotidok ribóz és foszforsav közötti kovalens kötéseken keresztül megy végbe. Az RNS-nek három típusa ismert: hírvivő RNS(i-RNS) a fehérje szerkezetére vonatkozó információkat továbbítja a DNS-molekulából; transzfer RNS-t(tRNS) aminosavakat szállít a fehérjeszintézis helyére; A riboszómális RNS-t (r-RNS) a riboszómák tartalmazzák, és részt vesz a fehérjeszintézisben.

ATP- Az adenozin-trifoszforsav fontos szerves vegyület. Szerkezete nukleotid. A nitrogéntartalmú adenin bázisból, a szénhidrát-ribózból és három foszforsavmolekulából áll. Az ATP instabil szerkezet, az enzim hatására a „P” és az „O” közötti kötés felbomlik, egy foszforsav molekula leszakad, és az ATP

A kémiai anyagokat először Abu Bakr al-Razi arab tudós osztályozta a 9. század végén. Az anyagok eredete alapján három csoportba sorolta őket. Az első csoportban az ásványi anyagoknak, a másodikban a növényi, a harmadikban az állati anyagoknak jelölt ki helyet.

Ezt a besorolást csaknem egy évezreden át kellett tartani. Csak a 19. században alakult ki két ilyen csoport - szerves és szervetlen anyagok. Mindkét típusú vegyi anyag a D. I. Mengyelejev táblázatában szereplő kilencven elemnek köszönhetően épül fel.

Szervetlen anyagok csoportja

A szervetlen vegyületek között egyszerű és összetett anyagokat különböztetünk meg. Az egyszerű anyagok csoportjába tartoznak a fémek, a nemfémek és a nemesgázok. Az összetett anyagokat oxidok, hidroxidok, savak és sók képviselik. Minden szervetlen anyag bármilyen kémiai elemből felépíthető.

Szerves anyagok csoportja

Az összes szerves vegyület összetétele szükségszerűen tartalmaz szenet és hidrogént (ez alapvető különbségük az ásványi anyagoktól). A C és H által alkotott anyagokat szénhidrogéneknek nevezzük - a legegyszerűbb szerves vegyületeknek. A szénhidrogén származékok nitrogént és oxigént tartalmaznak. Ezeket viszont oxigén- és nitrogéntartalmú vegyületekre osztják.

Az oxigéntartalmú anyagok csoportját alkoholok és éterek, aldehidek és ketonok, karbonsavak, zsírok, viaszok és szénhidrátok képviselik. A nitrogéntartalmú vegyületek közé tartoznak az aminok, aminosavak, nitrovegyületek és fehérjék. A heterociklusos anyagok esetében kettős a helyzet - szerkezetüktől függően mindkét típusú szénhidrogénhez tartozhatnak.

Sejt vegyszerek

A sejtek létezése akkor lehetséges, ha szerves és szervetlen anyagokat tartalmaznak. Víz és ásványi sók hiányában meghalnak. A sejtek elpusztulnak, ha súlyosan kimerítik a nukleinsavak, zsírok, szénhidrátok és fehérjék mennyiségét.

Normális életre akkor képesek, ha több ezer szerves és szervetlen természetű vegyületet tartalmaznak, amelyek sokféle kémiai reakcióba képesek. A sejtben lezajló biokémiai folyamatok képezik élettevékenységének, normális fejlődésének és működésének alapját.

A sejtet telítő kémiai elemek

Az élő rendszerek sejtjei kémiai elemek csoportjait tartalmazzák. Makro-, mikro- és ultra-mikroelemekkel gazdagítják.

• A makroelemeket elsősorban a szén, a hidrogén, az oxigén és a nitrogén képviseli. A sejtnek ezek a szervetlen anyagai alkotják szinte az összes szerves vegyületet. Ezek létfontosságú elemeket is tartalmaznak. Egy sejt nem tud élni és fejlődni kalcium, foszfor, kén, kálium, klór, nátrium, magnézium és vas nélkül.
• A mikroelemek csoportját a cink, a króm, a kobalt és a réz alkotja.
• Az ultramikroelemek egy másik csoport, amelyek a sejt legfontosabb szervetlen anyagait képviselik. A csoportot a baktériumölő hatású arany és ezüst, valamint a higany alkotja, amely megakadályozza a vesetubulusokat kitöltő, enzimekre ható víz visszaszívását. Platinát és céziumot is tartalmaz. Bizonyos szerepet játszik benne a szelén, melynek hiánya különböző típusú rák kialakulásához vezet.

Víz a cellában

A víz, a Földön a sejtek életében gyakori anyag, jelentősége tagadhatatlan. Sok szerves és szervetlen anyag oldódik benne. A víz termékeny környezet, ahol hihetetlen számú kémiai reakció megy végbe. Képes a bomlási és anyagcseretermékek feloldására. Ennek köszönhetően a salakanyagok és a méreganyagok távoznak a sejtből.

Ez a folyadék magas hővezető képességgel rendelkezik. Ez lehetővé teszi a hő egyenletes eloszlását a test szöveteiben. Jelentős hőkapacitással rendelkezik (hőfelvétel képessége, ha saját hőmérséklete minimálisan változik). Ez a képesség megakadályozza, hogy a cellában hirtelen hőmérséklet-változások következzenek be.

A víz rendkívül nagy felületi feszültséggel rendelkezik. Ennek köszönhetően az oldott szervetlen anyagok, mint a szerves anyagok, könnyen áthaladnak a szöveteken. Sok apró élőlény a felületi feszültség tulajdonságát kihasználva a víz felszínén marad és szabadon csúszik rajta.

A növényi sejtek turgora a víztől függ. Egyes állatfajoknál a víz az, amelyik megbirkózik a támasztó funkcióval, nem pedig más szervetlen anyagok. A biológia azonosította és tanulmányozta a hidrosztatikus csontvázzal rendelkező állatokat. Ezek közé tartoznak a tüskésbőrűek, a kerek és az anellák, a medúzák és a tengeri kökörcsin képviselői.

A sejtek telítettsége vízzel

A munkacellákat teljes térfogatuk 80%-a tölti fel vízzel. A folyadék szabad és kötött formában létezik bennük. A fehérjemolekulák szorosan kötődnek a kötött vízhez. Egy vízhéjjal körülvéve el vannak szigetelve egymástól.

A vízmolekulák polárisak. Hidrogénkötéseket képeznek. A hidrogén hidaknak köszönhetően a víz magas hővezető képességgel rendelkezik. A megkötött víz lehetővé teszi a sejtek számára, hogy ellenálljanak a hideg hőmérsékletnek. Az ingyenes víz 95%-át teszi ki. Elősegíti a sejtanyagcserében részt vevő anyagok feloldódását.

Az agyszövet rendkívül aktív sejtjei akár 85% vizet tartalmaznak. Az izomsejtek 70%-ban vízzel telítettek. A zsírszövetet alkotó kevésbé aktív sejteknek 40% vízre van szükségük. Nem csak a szervetlen vegyi anyagokat oldja fel az élő sejtekben, hanem kulcsszerepet játszik a szerves vegyületek hidrolízisében. Hatása alatt a szerves anyagok lebomlanak közbenső és végső anyagokká.

Az ásványi sók jelentősége a sejt számára

Az ásványi sókat a sejtekben a kálium, nátrium, kalcium, magnézium kationjai és a HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 - anionok képviselik. Az anionok és kationok megfelelő aránya hozza létre a sejtélethez szükséges savasságot. Sok sejt enyhén lúgos környezetet tart fenn, amely gyakorlatilag változatlan marad, és biztosítja stabil működésüket.

A sejtekben a kationok és anionok koncentrációja eltér az intercelluláris térben fennálló arányuktól. Ennek oka a kémiai vegyületek szállítását célzó aktív szabályozás. Ez a folyamatsor határozza meg a kémiai összetétel állandóságát az élő sejtekben. A sejthalál után a kémiai vegyületek koncentrációja az intercelluláris térben és a citoplazmában egyensúlyba kerül.

Szervetlen anyagok a sejt kémiai szerveződésében

Az élő sejtek kémiai összetétele nem tartalmaz semmilyen speciális, csak rájuk jellemző elemet. Ez határozza meg az élő és élettelen tárgyak kémiai összetételének egységét. A szervetlen anyagok a sejt összetételében óriási szerepet játszanak.

A kén és a nitrogén segíti a fehérjék képződését. A foszfor részt vesz a DNS és az RNS szintézisében. A magnézium az enzimek és a klorofillmolekulák fontos összetevője. A réz szükséges az oxidatív enzimekhez. A vas a hemoglobinmolekula központja, a cink a hasnyálmirigy által termelt hormonok része.

A szervetlen vegyületek jelentősége a sejtek számára

A nitrogénvegyületek fehérjéket, aminosavakat, DNS-t, RNS-t és ATP-t alakítanak át. A növényi sejtekben az ammóniumionok és nitrátok a redox reakciók során NH 2 -dá alakulnak, és részt vesznek az aminosavak szintézisében. Az élő szervezetek aminosavakat használnak fel saját fehérjék előállítására, amelyek a testük felépítéséhez szükségesek. Az élőlények halála után a fehérjék az anyagok körforgásába kerülnek bomlásuk során, a nitrogén szabad formában szabadul fel.

A káliumot tartalmazó szervetlen anyagok a „szivattyú” szerepét töltik be. A „káliumpumpának” köszönhetően azok az anyagok, amelyekre sürgősen szükségük van, a membránon keresztül behatolnak a sejtekbe. A káliumvegyületek a sejtaktivitás aktiválásához vezetnek, aminek köszönhetően gerjesztés és impulzusok jönnek létre. A káliumionok koncentrációja a sejtekben nagyon magas, ellentétben a környezettel. Az élő szervezetek halála után a káliumionok könnyen átjutnak a természetes környezetbe.

A foszfort tartalmazó anyagok hozzájárulnak a membránszerkezetek és szövetek kialakulásához. Jelenlétükben enzimek és nukleinsavak képződnek. A talaj különböző rétegei különböző mértékben telítettek foszforsókkal. A növények gyökérváladéka, feloldja a foszfátokat, felszívja azokat. Az élőlények halálát követően a fennmaradó foszfátok mineralizálódnak, és sókká alakulnak.

A kalciumot tartalmazó szervetlen anyagok hozzájárulnak az intercelluláris anyagok és kristályok képződéséhez a növényi sejtekben. A belőlük származó kalcium behatol a vérbe, szabályozza a véralvadás folyamatát. Ennek köszönhetően az élő szervezetekben csontok, héjak, meszes vázak, korallpolipok képződnek. A sejtek kalciumionokat és sóik kristályait tartalmazzák.

Az élőlények sejtekből állnak. A különböző szervezetek sejtjei hasonló kémiai összetételűek. Az 1. táblázat az élő szervezetek sejtjeiben található főbb kémiai elemeket mutatja be.

1. táblázat Kémiai elemek tartalma a sejtben

A cellában lévő tartalom alapján három elemcsoport különíthető el. Az első csoportba tartozik az oxigén, a szén, a hidrogén és a nitrogén. A sejt teljes összetételének csaknem 98%-át teszik ki. A második csoportba tartozik a kálium, nátrium, kalcium, kén, foszfor, magnézium, vas, klór. Tartalmuk a cellában tized és század százalék. E két csoport elemei a következőképpen vannak besorolva makrotápanyagok(görögből makró- nagy).

A fennmaradó elemek, amelyeket a cellában század- és ezredszázalékkal képviselnek, a harmadik csoportba tartoznak. Ez mikroelemek(görögből mikro- kicsi).

A cellában nem találtak egyedi, az élő természetre jellemző elemeket. A felsorolt ​​kémiai elemek mindegyike az élettelen természet része. Ez az élő és az élettelen természet egységét jelzi.

Bármely elem hiánya betegségekhez, sőt a szervezet halálához is vezethet, mivel minden elem sajátos szerepet játszik. Az első csoport makroelemei a biopolimerek alapját képezik - fehérjék, szénhidrátok, nukleinsavak, valamint lipidek, amelyek nélkül az élet lehetetlen. A kén egyes fehérjék, a foszfor a nukleinsavak, a vas a hemoglobin, a magnézium pedig a klorofill része. A kalcium fontos szerepet játszik az anyagcserében.

A sejtben található kémiai elemek egy része szervetlen anyagok - ásványi sók és víz - része.

Ásványi sók a sejtben általában kationok (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) és anionok (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO) formájában találhatók meg. 3), amelyek aránya határozza meg a környezet savasságát, ami fontos a sejtek életéhez.

(Sok sejtben a környezet enyhén lúgos, pH-ja szinte nem változik, mivel a kationok és anionok bizonyos aránya folyamatosan megmarad benne.)

Az élő természetben található szervetlen anyagok közül óriási szerepet játszik víz.

Víz nélkül az élet lehetetlen. A legtöbb sejt jelentős tömegét alkotja. Sok vizet tartalmaznak az agy sejtjei és az emberi embriók: több mint 80% víz; zsírszövet sejtjeiben - csak 40,% Idős korra a sejtek víztartalma csökken. Az a személy, aki elvesztette a víz 20%-át, meghal.

A víz egyedi tulajdonságai meghatározzák a szervezetben betöltött szerepét. Részt vesz a hőszabályozásban, ami a víz nagy hőkapacitásának köszönhető - nagy mennyiségű energia fogyasztása fűtéskor. Mi határozza meg a víz nagy hőkapacitását?

Egy vízmolekulában egy oxigénatom kovalens kötéssel kapcsolódik két hidrogénatomhoz. A vízmolekula poláris, mert az oxigénatom részben negatív töltésű, és mind a két hidrogénatom

Részben pozitív töltés. Egy vízmolekula oxigénatomja és egy másik molekula hidrogénatomja között hidrogénkötés jön létre. A hidrogénkötések nagyszámú vízmolekula összekapcsolását biztosítják. A víz melegítése során az energia jelentős része a hidrogénkötések felszakítására fordítódik, ami meghatározza annak nagy hőkapacitását.

víz - jó oldószer. Molekulái polaritásuk miatt kölcsönhatásba lépnek a pozitív és negatív töltésű ionokkal, elősegítve ezzel az anyag oldódását. A vízzel kapcsolatban minden sejtanyag hidrofil és hidrofób csoportra oszlik.

Hidrofil(görögből víz- víz és filleo- szerelem) olyan anyagoknak nevezzük, amelyek vízben oldódnak. Ide tartoznak az ionos vegyületek (például sók) és egyes nemionos vegyületek (például cukrok).

Hidrofób(görögből víz- víz és Phobos- félelem) olyan anyagok, amelyek vízben nem oldódnak. Ilyenek például a lipidek.

A víz fontos szerepet játszik a sejtben vizes oldatokban végbemenő kémiai reakciókban. Feloldja az anyagcseretermékeket, amelyekre a szervezetnek nincs szüksége, és ezáltal elősegíti azok eltávolítását a szervezetből. A sejt magas víztartalma adja azt rugalmasság. A víz megkönnyíti a különféle anyagok mozgását egy sejten belül vagy sejtről sejtre.

Az élő és az élettelen természet testei ugyanazokból a kémiai elemekből állnak. Az élő szervezetek szervetlen anyagokat - vizet és ásványi sókat - tartalmaznak. A víz számos, életbevágóan fontos funkcióját egy sejtben molekuláinak jellemzői határozzák meg: polaritásuk, hidrogénkötések kialakításának képessége.

A SEJT SZERVETLEN ÖSSZETEVŐI

Körülbelül 90 elem található az élő szervezetek sejtjeiben, és ebből körülbelül 25 szinte minden sejtben megtalálható. A kémiai elemeket sejttartalmuk alapján három nagy csoportra osztják: makroelemek (99%), mikroelemek (1%), ultramikroelemek (0,001%-nál kevesebb).

A makroelemek közé tartozik az oxigén, szén, hidrogén, foszfor, kálium, kén, klór, kalcium, magnézium, nátrium, vas.
A mikroelemek közé tartozik a mangán, réz, cink, jód, fluor.
Az ultramikroelemek közé tartozik az ezüst, az arany, a bróm és a szelén.

A SEJTEK SZERVES KOMPONENSEI

Enzimek.

A fehérjék legfontosabb funkciója a katalitikus. A sejtben a kémiai reakciók sebességét több nagyságrenddel növelő fehérjemolekulákat nevezzük enzimek. A szervezetben egyetlen biokémiai folyamat sem megy végbe enzimek részvétele nélkül.

Jelenleg több mint 2000 enzimet fedeztek fel. Hatékonyságuk sokszorosa a gyártásban használt szervetlen katalizátorokénak. Így a kataláz enzimben 1 mg vas 10 tonna szervetlen vasat helyettesít. A kataláz 10 11-szeresére növeli a hidrogén-peroxid (H 2 O 2) bomlási sebességét. A szénsavképződés reakcióját katalizáló enzim (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) 10 7-szeresére gyorsítja a reakciót.

Az enzimek fontos tulajdonsága a hatásuk specifikussága, mindegyik enzim csak egy vagy egy kis csoport hasonló reakciót katalizál.

Azt az anyagot, amelyre az enzim hat, ún szubsztrát. Az enzim és a szubsztrát molekulák szerkezetének pontosan meg kell egyeznie egymással. Ez magyarázza az enzimek működésének sajátosságát. Ha egy szubsztrátot enzimmel kombinálunk, az enzim térbeli szerkezete megváltozik.

Az enzim és a szubsztrát közötti kölcsönhatás sorrendje sematikusan ábrázolható:

Szubsztrát+Enzim - Enzim-szubsztrát komplex - Enzim+Termék.

A diagram azt mutatja, hogy a szubsztrát az enzimmel egyesülve enzim-szubsztrát komplexet képez. Ebben az esetben a szubsztrát új anyaggá - termékké - alakul. A végső szakaszban az enzim felszabadul a termékből, és ismét kölcsönhatásba lép egy másik szubsztrát molekulával.

Az enzimek csak bizonyos hőmérsékleten, anyagkoncentráción és a környezet savasságán működnek. A körülmények megváltozása a fehérjemolekula harmadlagos és kvaterner szerkezetének megváltozásához, következésképpen az enzimaktivitás elnyomásához vezet. Hogyan történik ez? Az enzimmolekulának csak egy bizonyos része, az ún aktív központ. Az aktív centrum 3-12 aminosavból áll, és a polipeptidlánc meggörbülése következtében jön létre.

Különböző tényezők hatására megváltozik az enzimmolekula szerkezete. Ebben az esetben az aktív központ térbeli konfigurációja felborul, és az enzim elveszíti aktivitását.

Az enzimek olyan fehérjék, amelyek biológiai katalizátorként működnek. Az enzimeknek köszönhetően a sejtekben a kémiai reakciók sebessége több nagyságrenddel megnő. Az enzimek fontos tulajdonsága, hogy bizonyos körülmények között specifikusak.

Nukleinsavak.

A nukleinsavakat a 19. század második felében fedezték fel. F. Miescher svájci biokémikus, aki magas nitrogén- és foszfortartalmú anyagot izolált a sejtmagokból, és „nukleinnek” nevezte (lat. mag- mag).

A nukleinsavak örökletes információkat tárolnak minden sejt és minden élőlény felépítéséről és működéséről a Földön. Kétféle nukleinsav létezik: DNS (dezoxiribonukleinsav) és RNS (ribonukleinsav). A nukleinsavak, akárcsak a fehérjék, fajspecifikusak, vagyis az egyes fajok szervezeteinek saját DNS-típusa van. A fajspecifitás okainak megismeréséhez vegyük figyelembe a nukleinsavak szerkezetét.

A nukleinsavmolekulák nagyon hosszú láncok, amelyek sok száz, sőt millió nukleotidból állnak. Bármely nukleinsav csak négyféle nukleotidot tartalmaz. A nukleinsavmolekulák funkciói a szerkezetüktől, a bennük lévő nukleotidoktól, a láncban lévő számuktól és a molekulában lévő vegyület szekvenciájától függenek.

Mindegyik nukleotid három komponensből áll: egy nitrogéntartalmú bázisból, egy szénhidrátból és egy foszforsavból. Mindegyik DNS-nukleotid négyféle nitrogénbázis egyikét tartalmazza (adenin - A, timin - T, guanin - G vagy citozin - C), valamint dezoxiribóz szenet és egy foszforsav maradékot.

Így a DNS-nukleotidok csak a nitrogénbázis típusában különböznek.

A DNS-molekula hatalmas számú nukleotidból áll, amelyek egy bizonyos szekvenciában láncba kapcsolódnak. Minden DNS-molekulatípusnak megvan a maga nukleotidszáma és szekvenciája.

A DNS-molekulák nagyon hosszúak. Például egy emberi sejtből (46 kromoszómából) származó DNS-molekulák nukleotidszekvenciájának betűkkel történő felírásához körülbelül 820 000 oldalas könyvre lenne szükség. Négy típusú nukleotid váltakozása végtelen számú DNS-molekula-változatot képezhet. A DNS-molekulák ezen szerkezeti jellemzői lehetővé teszik számukra, hogy hatalmas mennyiségű információt tároljanak az élőlények összes jellemzőjéről.

1953-ban J. Watson amerikai biológus és F. Crick angol fizikus megalkotta a DNS-molekula szerkezetének modelljét. A tudósok azt találták, hogy minden DNS-molekula két láncból áll, amelyek összekapcsolódnak és spirálisan csavarodnak. Úgy néz ki, mint egy kettős spirál. Mindegyik láncban négyféle nukleotid váltakozik egy meghatározott szekvenciában.

A DNS nukleotid-összetétele különböző baktérium-, gomba-, növény- és állatfajok között változik. De ez nem változik az életkorral, és kevéssé függ a környezeti változásoktól. A nukleotidok párosodnak, azaz bármely DNS-molekulában az adenin nukleotidok száma megegyezik a timidin nukleotidok számával (A-T), a citozin nukleotidok száma pedig a guanin nukleotidok számával (C-G). Ez annak a ténynek köszönhető, hogy egy DNS-molekulában két lánc egymáshoz kapcsolására egy bizonyos szabály vonatkozik, nevezetesen: az egyik lánc adeninje mindig csak két hidrogénkötéssel kapcsolódik csak a másik lánc timinjéhez, és a guaninhoz - három hidrogénkötéssel citozinnal, vagyis egy molekula DNS nukleotidláncai komplementerek, kiegészítik egymást.

A nukleinsavmolekulák - a DNS és az RNS - nukleotidokból állnak. A DNS-nukleotidok közé tartozik egy nitrogéntartalmú bázis (A, T, G, C), a szénhidrát dezoxiribóz és egy foszforsav molekula-maradék. A DNS-molekula egy kettős hélix, amely két láncból áll, amelyeket hidrogénkötések kapcsolnak össze a komplementaritás elve szerint. A DNS funkciója az örökletes információk tárolása.

Minden élőlény sejtje ATP - adenozin-trifoszforsav molekulákat tartalmaz. Az ATP egy univerzális sejtanyag, amelynek molekulája energiagazdag kötésekkel rendelkezik. Az ATP-molekula egyetlen egyedi nukleotid, amely más nukleotidokhoz hasonlóan három komponensből áll: egy nitrogéntartalmú bázisból - adeninből, egy szénhidrátból - ribózból, de egy helyett három foszforsav-molekulamaradékot tartalmaz (12. ábra). Az ábrán ikonnal jelzett kapcsolatok energiában gazdagok és ún makroergikus. Minden ATP-molekula két nagy energiájú kötést tartalmaz.

Ha egy nagy energiájú kötés felszakad, és egy molekula foszforsav enzimek segítségével eltávolítjuk, 40 kJ/mol energia szabadul fel, és az ATP ADP - adenozin-difoszforsavvá alakul. Ha egy másik foszforsavmolekulát eltávolítanak, további 40 kJ/mol szabadul fel; AMP képződik - adenozin-monofoszforsav. Ezek a reakciók reverzibilisek, vagyis az AMP ADP-vé, az ADP ATP-vé alakítható.

Az ATP-molekulák nemcsak lebomlanak, hanem szintetizálódnak is, így tartalmuk a sejtben viszonylag állandó. Az ATP jelentősége a sejt életében óriási. Ezek a molekulák vezető szerepet játszanak a sejt és az egész szervezet életének biztosításához szükséges energia-anyagcserében.

Az RNS-molekula általában egyláncú, négyféle nukleotidból áll – A, U, G, C. Az RNS-nek három fő típusa ismert: mRNS, rRNS, tRNS. Az RNS-molekulák tartalma a sejtben nem állandó, részt vesznek a fehérje bioszintézisében. Az ATP a sejt univerzális energiaanyaga, amely energiában gazdag kötéseket tartalmaz. Az ATP központi szerepet játszik a sejtek energia-anyagcseréjében. Az RNS és az ATP mind a sejtmagban, mind a citoplazmában megtalálható.

Feladatok és tesztek a "4. témakör "A sejt kémiai összetétele" témakörben.

• polimer, monomer;
• szénhidrát, monoszacharid, diszacharid, poliszacharid;
• lipid, zsírsav, glicerin;
• aminosav, peptidkötés, fehérje;
• katalizátor, enzim, aktív hely;
• nukleinsav, nukleotid.

Algoritmus a problémák megoldására.

1. típus: DNS önmásolása.

Az egyik DNS-lánc a következő nukleotidszekvenciával rendelkezik:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Milyen nukleotidszekvenciát tartalmaz ugyanannak a molekulának a második lánca?

A DNS-molekula második szálának nukleotidszekvenciájának felírásához, ha az első szál szekvenciája ismert, elegendő a timint adeninnel, az adenint timinnel, a guanint citozinnal, a citozint guaninnal helyettesíteni. A csere elvégzése után a következő sorrendet kapjuk:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

2. típus. Fehérje kódolás.

A ribonukleáz fehérje aminosavláncának kezdete a következő: lizin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lizin...
Milyen nukleotidszekvenciával kezdődik az ennek a fehérjének megfelelő gén?

Ehhez használja a genetikai kódtáblázatot. Minden aminosavhoz megtaláljuk a kódot a megfelelő nukleotidhármas formájában, és felírjuk. Ezeket a hármasokat egymás után a megfelelő aminosavak sorrendjében rendezve megkapjuk a hírvivő RNS egy szakaszának szerkezetét. Általában több ilyen hármas van, a választás az Ön döntése szerint történik (de csak az egyik hármast veszik figyelembe). Ennek megfelelően több megoldás is lehet.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG

Milyen aminosavszekvenciával kezdődik egy fehérje, ha a következő nukleotidszekvencia kódolja:
ACGGCCATGGCCGGT...

A komplementaritás elvét alkalmazva megtaláljuk a DNS-molekula adott szegmensén kialakult hírvivő RNS szakaszának szerkezetét:
UGCGGGGUACCGGCCCA...

Ezután rátérünk a genetikai kód táblázatára, és minden egyes nukleotidhármashoz, az elsőtől kezdve, megtaláljuk és kiírjuk a megfelelő aminosavat:
Cisztein-glicin-tirozin-arginin-prolin-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Általános biológia". Moszkva, "Felvilágosodás", 2000

• 4. témakör "A sejt kémiai összetétele." 2. §-7. o., 7-21
• 5. téma "Fotószintézis". 16-17. § 44-48
• 6. téma "Sejtlégzés". 12-13. § 34-38
• 7. témakör "Genetikai információ". 14-15. § 39-44