Anorgaaniliste ainete funktsioonid lahtritabelis. Raku peamised keemilised elemendid ja nende tähtsus organismide elutegevusele

Rakus leidub umbes 70 D. I. Mendelejevi perioodilise tabeli keemilist elementi, kuid nende elementide sisaldus erineb oluliselt nende kontsentratsioonist keskkonnas, mis tõestab orgaanilise maailma ühtsust.

Rakus esinevad keemilised elemendid jagunevad kolme suurde rühma: makroelemendid, mesoelemendid (oligoelemendid) ja mikroelemendid.

Makrotoitainete sisaldus moodustab umbes 98% raku massist. Nende hulka kuuluvad süsinik, hapnik, vesinik ja lämmastik, mis on osa peamistest orgaanilistest ainetest. Mesoelemendid on väävel, fosfor, kaalium, kaltsium, naatrium, raud, magneesium, kloor, mis kokku moodustavad umbes 1,9% raku massist. Väävel ja fosfor on kõige olulisemate orgaaniliste ühendite komponendid. Keemilised elemendid, mille kontsentratsioon rakus on umbes 0,1%, on mikroelemendid. Need on tsink, jood, vask, mangaan, fluor, koobalt jne.

Raku ained jagunevad anorgaanilisteks ja orgaanilisteks. Anorgaaniliste ainete hulka kuuluvad vesi ja mineraalsoolad.

Oma füüsikalis-keemiliste omaduste tõttu on rakus olev vesi lahusti, reaktsioonide keskkond, lähteaine ja keemiliste reaktsioonide produkt, täidab transpordi- ja termoregulatsioonifunktsioone, annab rakule elastsuse ja annab selle tugiaine taimerakule.

Mineraalsoolad rakus võivad olla lahustunud või lahustumata olekus. Lahustuvad soolad dissotsieeruvad ioonideks. Olulisemad katioonid on kaalium ja naatrium, mis hõlbustavad ainete ülekandumist läbi membraani ning osalevad närviimpulsi tekkimises ja juhtimises; kaltsium, mis osaleb lihaskiudude kokkutõmbumise ja vere hüübimise protsessides, magneesium, mis on osa klorofüllist, ja raud, mis on osa paljudest valkudest, sealhulgas hemoglobiinist. Tsink on osa pankrease hormooni - insuliini molekulist, vask on vajalik fotosünteesi ja hingamise protsesside jaoks. Olulisemad anioonid on fosfaatanioon, mis on osa ATP-st ja nukleiinhapetest, ning süsihappejääk, mis pehmendab söötme pH kõikumisi. Kaltsiumi ja fosfori puudus põhjustab rahhiidi, rauapuudus - aneemiat.

Raku orgaanilisi aineid esindavad süsivesikud, lipiidid, valgud, nukleiinhapped, ATP, vitamiinid ja hormoonid.

Süsivesikud koosnevad peamiselt kolmest keemilisest elemendist: süsinikust, hapnikust ja vesinikust. Nende üldvalem on Cm(H20)n. Eristage lihtsaid ja keerulisi süsivesikuid. Lihtsad süsivesikud (monosahhariidid) sisaldavad ühte suhkrumolekuli. Neid klassifitseeritakse süsinikuaatomite arvu järgi, näiteks pentoosid (C5) ja heksoosid (C6). Pentooside hulka kuuluvad riboos ja desoksüriboos. Riboos on RNA ja ATP koostisosa. Deoksüriboos on DNA komponent. Heksoosideks on glükoos, fruktoos, galaktoos jne. Nad osalevad aktiivselt rakus toimuvas ainevahetuses ja on osa keerulistest süsivesikutest – oligosahhariididest ja polüsahhariididest. Oligosahhariidide (disahhariidide) hulka kuuluvad sahharoos (glükoos + fruktoos), laktoos või piimasuhkur (glükoos + galaktoos) jne.

Polüsahhariidid on näiteks tärklis, glükogeen, tselluloos ja kitiin. Süsivesikud täidavad rakus plastikust (ehitus), energiat (1 g süsivesikute lagunemise energiaväärtus on 17,6 kJ), hoiu- ja tugifunktsioone. Süsivesikud võivad olla ka osa komplekssetest lipiididest ja valkudest.

Lipiidid on hüdrofoobsete ainete rühm. Nende hulka kuuluvad rasvad, vahasteroidid, fosfolipiidid jne.

Rasvamolekuli struktuur

Rasv on kolmehüdroksüülse alkoholi glütserooli ja kõrgemate orgaaniliste (rasv)hapete ester. Rasvamolekulis saab eristada hüdrofiilset osa - "pea" (glütseroolijääk) ja hüdrofoobset osa - "sabad" (rasvhappejäägid), seetõttu on rasvamolekul vees rangelt määratletud: hüdrofiilne osa on suunatud vee poole ja hüdrofoobne osa on sellest eemal.

Lipiidid täidavad rakus plastilist (ehitus), energeetilist (1 g rasva lõhustamise energiaväärtus – 38,9 kJ), säilitavat, kaitsvat (amortisatsiooni) ja regulatsiooni (steroidhormoonid).

Valgud on biopolümeerid, mille monomeerideks on aminohapped. Aminohapped sisaldavad aminorühma, karboksüülrühma ja radikaali. Aminohapped erinevad ainult radikaalide poolest. Valgud sisaldavad 20 asendamatut aminohapet. Aminohapped on omavahel seotud, moodustades peptiidsideme. Rohkem kui 20 aminohappest koosnevat ahelat nimetatakse polüpeptiidiks või valguks. Valgud moodustavad neli põhistruktuuri: primaarne, sekundaarne, tertsiaarne ja kvaternaarne.

Esmane struktuur on aminohapete järjestus, mis on ühendatud peptiidsidemega.

Sekundaarstruktuur on spiraal ehk volditud struktuur, mida hoiavad koos vesiniksidemed spiraali või voltide erinevate pöörete peptiidrühmade hapniku- ja vesinikuaatomite vahel. Tertsiaarset struktuuri (gloobulit) hoiavad hüdrofoobsed, vesinik-, disulfiid- ja muud sidemed.

Valgu tertsiaarne struktuur

Tertsiaarne struktuur on iseloomulik enamikule kehavalkudele, näiteks lihase müoglobiinile.

Valgu kvaternaarne struktuur.

Kvaternaarne struktuur on kõige keerulisem, moodustatud mitmest polüpeptiidahelast, mis on ühendatud peamiselt samade sidemetega nagu tertsiaarses. Kvaternaarne struktuur on iseloomulik hemoglobiinile, klorofüllile jne.

Valgud võivad olla lihtsad või keerulised. Lihtvalgud koosnevad ainult aminohapetest, kompleksvalgud (lipoproteiinid, kromoproteiinid, glükoproteiinid, nukleoproteiinid jne) aga valgulisi ja mittevalgulisi osi. Näiteks sisaldab hemoglobiin lisaks globiinivalgu neljale polüpeptiidahelale ka mittevalgulist osa – heemi, mille keskel on raua ioon, mis annab hemoglobiinile punase värvuse.

Valkude funktsionaalne aktiivsus sõltub keskkonnatingimustest. Valgu molekuli oma struktuuri kadumist kuni primaarseni nimetatakse denaturatsiooniks. Sekundaarsete ja kõrgemate struktuuride taastamise vastupidine protsess on renaturatsioon. Valgu molekuli täielikku hävimist nimetatakse hävitamiseks.

Valgud täidavad rakus mitmeid funktsioone: plastiline (ehitus), katalüütiline (ensümaatiline), energia (1 g valgu lõhustamise energiaväärtus on 17,6 kJ), signaal (retseptor), kontraktiilne (mootor), transport, kaitsev, reguleeriv, ladustamine.

Nukleiinhapped on biopolümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid. Nukleotiid koosneb lämmastikku sisaldavast alusest, pentoossuhkru jäägist ja fosforhappe jäägist. Nukleiinhappeid on kahte tüüpi: ribonukleiinhapped (RNA) ja desoksüribonukleiinhapped (DNA).

DNA sisaldab nelja tüüpi nukleotiide: adeniin (A), tümiin (T), guaniin (G) ja tsütosiin (C). Need nukleotiidid sisaldavad suhkru desoksüriboosi. DNA jaoks on Chargaffi reeglid paika pandud:

1) adenüülnukleotiidide arv DNA-s on võrdne tümidüüli arvuga (A = T);

2) guanüülnukleotiidide arv DNA-s on võrdne tsütidüüli arvuga (G = C);

3) adenüül- ja guanüülnukleotiidide summa võrdub tümidüüli ja tsütidüüli summaga (A + G = T + C).

DNA struktuuri avastasid F. Crick ja D. Watson (1962. aastal Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhind). DNA molekul on kaheahelaline spiraal. Nukleotiidid on omavahel seotud fosforhappejääkide kaudu, moodustades fosfodiestersideme, samal ajal kui lämmastiku alused on suunatud sissepoole. Nukleotiidide vaheline kaugus ahelas on 0,34 nm.

Erinevate ahelate nukleotiidid on omavahel ühendatud vesiniksidemetega vastavalt komplementaarsuse põhimõttele: adeniin on tümiiniga ühendatud kahe vesiniksidemega (A \u003d T) ja guaniin tsütosiiniga kolmega (G \u003d C).

Nukleotiidi struktuur

DNA kõige olulisem omadus on võime replitseerida (ise kahekordistada). DNA põhiülesanne on päriliku teabe talletamine ja edastamine.

See on kontsentreeritud tuumas, mitokondrites ja plastiidides.

RNA koostis sisaldab ka nelja nukleotiidi: adeniin (A), ura-cil (U), guaniin (G) ja tsütosiin (C). Selles sisalduvat suhkru-pentoosi jääki esindab riboos. RNA on enamasti üheahelalised molekulid. RNA-d on kolme tüüpi: messenger (i-RNA), transport (t-RNA) ja ribosomaalne (r-RNA).

tRNA struktuur

Kõik nad osalevad aktiivselt päriliku teabe juurutamise protsessis, mis kirjutatakse ümber DNA-st mRNA-ks ja viimasel toimub valgusüntees, tRNA toob aminohapped ribosoomidesse valgusünteesi protsessis, rRNA on osa ribosoomid ise.

>> Keemia: Keemilised elemendid elusorganismide rakkudes

Kõigi elusorganismide (inimesed, loomad, taimed) rakke moodustavate ainete koostises on leitud üle 70 elemendi. Need elemendid jagunevad tavaliselt kahte rühma: makroelemendid ja mikroelemendid.

Makrotoitaineid leidub rakkudes suurtes kogustes. Esiteks on need süsinik, hapnik, lämmastik ja vesinik. Kokku moodustavad need peaaegu 98% raku kogusisaldusest. Lisaks nendele elementidele on makrotoitaineteks 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 vere koostis sisaldab 24 mikroelementi ja inimese aju koostis - 18 mikroelementi.

Nagu näete, ei ole rakus mingeid erilisi elemente, mis on iseloomulikud ainult elusloodusele, st aatomitasandil pole elus ja eluta looduse vahel erinevusi. Neid erinevusi leidub ainult komplekssete ainete tasemel – molekulaarsel tasandil. Niisiis 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 elus on tohutu. Näiteks boori, mangaani, tsingi, koobalti ühendid suurendavad järsult üksikute põllumajandustaimede saagikust ja suurendavad nende vastupanuvõimet erinevatele haigustele.

Inimene ja loomad saavad normaalseks eluks vajalikke mikroelemente taimede kaudu, millest nad toituvad. Kui toidus ei ole piisavalt mangaani, siis on võimalik kasvupeetus, puberteediea aeglustumine ja ainevahetushäired luustiku moodustumisel. Milligrammi mangaanisoolade fraktsioonide lisamine loomade igapäevasesse dieeti kõrvaldab need haigused.

Koobalt on osa vitamiinist B12, mis vastutab hematopoeetiliste organite töö eest. Koobalti puudumine toidus põhjustab sageli tõsise haiguse, mis viib keha kurnatuse ja isegi surmani.

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

Enamiku bioloogiliste ensüümkatalüsaatorite koostis sisaldab tsinki, molübdeeni ja mõnda muud metalli. Need elemendid, mis sisalduvad elusorganismide rakkudes väga väikestes kogustes, tagavad parimate biokeemiliste mehhanismide normaalse toimimise ja on elutähtsate protsesside tõelised regulaatorid.

Vitamiinides on palju mikroelemente - erineva keemilise olemusega orgaanilisi aineid, mis sisenevad kehasse väikestes annustes koos toiduga ja millel on suur mõju ainevahetusele ja organismi üldisele elutegevusele. Oma bioloogiliselt on nad lähedased ensüümidele, kuid ensüüme moodustavad keharakud ning vitamiinid tulevad enamasti toidust. Taimed on vitamiiniallikad: 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 organite ja süsteemide tööd. Nad on oma nime saanud kreekakeelsest sõnast harmao – ma võidan. Hormoone toodavad endokriinsed näärmed ja need sisenevad verre, mis kannab neid kogu kehas. Mõned hormoonid saadakse sünteetiliselt.

1. Makroelemendid ja mikroelemendid.

2. Mikroelementide roll taimede, loomade ja inimeste elus.

3. Orgaanilised ained: valgud, rasvad, süsivesikud.

4. Ensüümid.

5. Vitamiinid.

6. Hormoonid.

Millise keemilise elemendi eksistentsivormide tasandil algab erinevus elusa ja eluta looduse vahel?

Miks nimetatakse üksikuid makrotoitaineid ka biogeenseteks? Loetlege need.

Kõik elusorganismid koosnevad rakud. Ka inimkehal on rakuline struktuur, tänu millele on võimalik tema kasv, paljunemine ja areng.

Inimkeha koosneb tohutust hulgast erineva kuju ja suurusega rakkudest, mis sõltuvad täidetavast funktsioonist. Õppides rakkude struktuur ja funktsioon on kihlatud tsütoloogia.

Iga rakk on kaetud mitmest molekulikihist koosneva membraaniga, mis tagab ainete selektiivse läbilaskvuse. Rakus oleva membraani all on viskoosne poolvedel aine - tsütoplasma koos organellidega.

Mitokondrid- raku energiajaamad, ribosoomid - valgu moodustumise koht, endoplasmaatiline retikulum, mis täidab ainete transportimise funktsiooni, tuum - päriliku teabe säilitamise koht, tuuma sees - tuum. See toodab ribonukleiinhapet. Tuuma lähedal asub rakkude jagunemiseks vajalik rakukeskus.

inimese rakud koosneb orgaanilistest ja anorgaanilistest ainetest.

Anorgaanilised ained:
Vesi - moodustab 80% raku massist, lahustab aineid, osaleb keemilistes reaktsioonides;
Ioonide kujul olevad mineraalsoolad osalevad vee jaotumises rakkude ja rakkudevahelise aine vahel. Need on vajalikud elutähtsate orgaaniliste ainete sünteesiks.
orgaaniline aine:
Valgud on raku põhiained, kõige keerulisemad looduses leiduvad ained. Valgud on osa membraanidest, tuumadest, organellidest, täidavad rakus struktuurset funktsiooni. Ensüümid - valgud, reaktsiooni kiirendajad;
Rasvad - täidavad energiafunktsiooni, need on osa membraanidest;
Süsivesikud - ka lõhenemisel moodustavad nad suure energiahulga, lahustuvad vees hästi ja seetõttu tekib nende lõhestamisel energia väga kiiresti.
Nukleiinhapped – DNA ja RNA, need määravad, salvestavad ja edastavad vanematelt järglastele pärilikku teavet rakuvalkude koostise kohta.
Inimkeha rakkudel on mitmeid olulisi omadusi ja nad täidavad teatud funktsioone:

AT rakud metaboliseeruvad, millega kaasneb orgaaniliste ühendite süntees ja lagunemine; ainevahetusega kaasneb energia muundumine;
Kui rakus moodustuvad ained, siis see kasvab, rakkude kasv on seotud nende arvu suurenemisega, see on seotud paljunemisega jagunemise teel;
Elusrakud on erutuvad;
Üks raku iseloomulikke tunnuseid on liikumine.
Inimkeha rakk on omased järgmised elutähtsad omadused: ainevahetus, kasv, paljunemine ja erutuvus. Nendest funktsioonidest lähtuvalt viiakse läbi kogu organismi toimimine.

Raku keemiline koostis.

Eluslooduse põhiomadused ja organiseerituse tasemed

Elussüsteemide organiseerituse tasemed peegeldavad elu struktuurse korralduse alluvust, hierarhiat:

Molekulaargeneetilised - üksikud biopolümeerid (DNA, RNA, valgud);

Rakuline - elementaarne isepaljunev eluüksus (prokarüootid, üherakulised eukarüootid), kuded, elundid;

Organism - eraldiseisva indiviidi iseseisev olemasolu;

Populatsioon-liik - elementaarne arenev üksus - populatsioon;

Biogeotsenootilised - erinevatest populatsioonidest ja nende elupaigast koosnevad ökosüsteemid;

Biosfääriline - kogu Maa eluspopulatsioon, mis tagab ainete ringluse looduses.

Loodus on kogu olemasolev materiaalne maailm selle vormide mitmekesisuses.

Looduse ühtsus avaldub selle olemasolu objektiivsuses, ühises elementaarkoosseisus, alluvuses samadele füüsikaseadustele, organisatsiooni süsteemsuses.

Erinevad looduslikud süsteemid, nii elavad kui ka elutud, on omavahel seotud ja suhtlevad üksteisega. Süsteemse interaktsiooni näide on biosfäär.

Bioloogia on teaduste kompleks, mis uurib elussüsteemide arengu- ja elumustreid, nende mitmekesisuse ja keskkonnaga kohanemise põhjuseid, seoseid teiste elusüsteemide ja elutu looduse objektidega.

Bioloogia uurimise objektiks on elusloodus.

Bioloogia uurimise teemad on:

Organisatsiooni, arengu, ainevahetuse, päriliku teabe edastamise üldised ja konkreetsed mustrid;

Eluvormide ja organismide endi mitmekesisus, samuti nende suhe keskkonnaga.

Kogu elu mitmekesisus Maal on seletatav evolutsiooniprotsessi ja keskkonna mõjuga organismidele.

Elu olemuse määrab M.V.

Volkenstein kui "eluskehade olemasolu Maal, mis on avatud isereguleeruvad ja ise taastootvad süsteemid, mis on üles ehitatud biopolümeeridest – valkudest ja nukleiinhapetest".

Elussüsteemide peamised omadused:

Ainevahetus;

Eneseregulatsioon;

Ärrituvus;

varieeruvus;

Pärilikkus;

paljundamine;

Raku keemiline koostis.

Raku anorgaanilised ained

Tsütoloogia on teadus, mis uurib rakkude struktuuri ja funktsioone. Rakk on elusorganismide elementaarne struktuurne ja funktsionaalne üksus. Üherakuliste organismide rakkudel on kõik elussüsteemide omadused ja funktsioonid.

Mitmerakuliste organismide rakud on ehituselt ja funktsioonilt diferentseeritud.

Aatomi koostis: rakk sisaldab umbes 70 Mendelejevi elementide perioodilise tabeli elementi ja 24 neist on igat tüüpi rakkudes.

Makrotoitained - H, O, N, C, mikroelemendid - Mg, Na, Ca, Fe, K, P, CI, S, ultramikroelemendid - Zn, Cu, I, F, Mn, Co, Si jne.

Molekulaarne koostis: raku koostis sisaldab anorgaaniliste ja orgaaniliste ühendite molekule.

Raku anorgaanilised ained

Veemolekulil on mittelineaarne ruumiline struktuur ja polaarsus. Üksikute molekulide vahel tekivad vesiniksidemed, mis määravad vee füüsikalised ja keemilised omadused.

1. Vee molekul 2. Vesiniksidemed veemolekulide vahel

Vee füüsikalised omadused:

Vesi võib olla kolmes olekus – vedel, tahke ja gaasiline;

Vesi on lahusti. Polaarsed veemolekulid lahustavad teiste ainete polaarseid molekule. Vees lahustuvaid aineid nimetatakse hüdrofiilseteks. Vees lahustumatud ained on hüdrofoobsed;

Kõrge erisoojusvõimsus. Veemolekule koos hoidvate vesiniksidemete lõhkumiseks kulub palju energiat.

See vee omadus tagab kehas soojustasakaalu säilimise;

Kõrge aurustumissoojus. Vee aurustamiseks kulub palju energiat. Vee keemistemperatuur on kõrgem kui paljudel teistel ainetel. See vee omadus kaitseb keha ülekuumenemise eest;

Veemolekulid on pidevas liikumises, põrkuvad omavahel vedelas faasis, mis on oluline ainevahetusprotsesside jaoks;

adhesioon ja pindpinevus.

Vesiniksidemed määravad vee viskoossuse ja selle molekulide adhesiooni teiste ainete molekulidega (kohesioon).

Molekulide adhesioonijõudude toimel tekib vee pinnale kile, mida iseloomustab pindpinevus;

Tihedus. Jahtumisel veemolekulide liikumine aeglustub. Molekulidevaheliste vesiniksidemete arv muutub maksimaalseks. Vee suurim tihedus on 4 °C juures. Külmumisel vesi paisub (vaja on kohta vesiniksidemete tekkeks) ja selle tihedus väheneb, mistõttu veepinnal hõljub jää, mis kaitseb reservuaari külmumise eest;

Võimalus moodustada kolloidseid struktuure.

Veemolekulid moodustavad osade ainete lahustumatute molekulide ümber kesta, takistades suurte osakeste teket. Nende molekulide sellist olekut nimetatakse hajutatud (hajutatud). Veemolekulidega ümbritsetud ainete väikseimad osakesed moodustavad kolloidseid lahuseid (tsütoplasma, rakkudevahelised vedelikud).

Vee bioloogilised funktsioonid:

Transport – vesi tagab ainete liikumise rakus ja kehas, ainete omastamise ja ainevahetusproduktide väljutamise.

Looduses kannab vesi jääkaineid pinnasesse ja veekogudesse;

Metaboolne - vesi on kõigi biokeemiliste reaktsioonide keskkond ja elektronidoonor fotosünteesi ajal, see on vajalik makromolekulide hüdrolüüsiks nende monomeerideks;

Hariduses osaleb:

1) määrdevedelikud, mis vähendavad hõõrdumist (sünoviaalne - selgroogsete liigestes, pleura, pleuraõõnes, perikardi - perikardi kotis);

2) lima, mis hõlbustab ainete liikumist läbi soolte, loob niiske keskkonna hingamisteede limaskestadele;

3) saladused (sülg, pisarad, sapp, sperma jne) ja mahlad kehas.

anorgaanilised ioonid.

Anorgaanilisi rakuoone esindavad: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3 katioonid ja Cl-, NOi2-, H2PO4-, HCO3-, HPO42- anioonid.

Erinevus katioonide ja anioonide arvu vahel raku pinnal ja sees annab aktsioonipotentsiaali, mis on närvi- ja lihaste erutuse aluseks.

Fosforhappe anioonid loovad fosfaatpuhvri süsteemi, mis hoiab organismi rakusisese keskkonna pH tasemel 6-9.

Süsinikhape ja selle anioonid loovad vesinikkarbonaadi puhversüsteemi ja hoiavad rakuvälise keskkonna (vereplasma) pH tasemel 4-7.

Lämmastikuühendid toimivad mineraalse toitumise, valkude, nukleiinhapete sünteesi allikana.

Fosfori aatomid on osa nukleiinhapetest, fosfolipiididest, aga ka selgroogsete luudest, lülijalgsete kitiinsest kattekihist. Kaltsiumiioonid on osa luuainest, need on vajalikud ka lihaste kokkutõmbumiseks, vere hüübimiseks.

Raku keemiline koostis. anorgaanilised ained

Raku aatom- ja molekulaarne koostis. Mikroskoopiline rakk sisaldab mitu tuhat ainet, mis osalevad mitmesugustes keemilistes reaktsioonides. Rakus toimuvad keemilised protsessid on selle elu, arengu ja toimimise üks peamisi tingimusi.

Kõik loomsete ja taimsete organismide, aga ka mikroorganismide rakud on keemilise koostise poolest sarnased, mis näitab orgaanilise maailma ühtsust.

Tabelis on andmed rakkude aatomikoostise kohta.

Mendelejevi perioodilise süsteemi 109 elemendist leiti märkimisväärne enamus neist rakkudest. Mõned elemendid sisalduvad rakkudes suhteliselt suures koguses, teised väikeses koguses. Eriti kõrge on nelja elemendi – hapniku, süsiniku, lämmastiku ja vesiniku – sisaldus rakus. Kokku moodustavad need peaaegu 98% raku kogusisaldusest. Järgmine rühm koosneb kaheksast elemendist, mille sisaldus lahtris arvutatakse kümnendikku ja sajandikku protsentides. Need on väävel, fosfor, kloor, kaalium, magneesium, naatrium, kaltsium, raud.

Kokku moodustavad need 1,9%. Kõik muud elemendid sisalduvad rakus äärmiselt väikestes kogustes (alla 0,01%).

Seega pole rakus erilisi ainult elusloodusele iseloomulikke elemente. See näitab elava ja elutu looduse seost ja ühtsust.

Aatomitasandil ei ole orgaanilise ja anorgaanilise maailma keemilise koostise vahel erinevusi. Erinevused ilmnevad organisatsiooni kõrgemal tasemel – molekulaarsel.

Nagu tabelist näha, on elusorganismides koos elutus looduses levinud ainetega palju aineid, mis on iseloomulikud ainult elusorganismidele.

Vesi. Raku ainete hulgas on esikohal vesi. See moodustab peaaegu 80% raku massist. Vesi on raku kõige olulisem komponent, mitte ainult koguseliselt. Tal on raku elus oluline ja mitmekesine roll.

Vesi määrab raku füüsikalised omadused – selle mahu, elastsuse.

Vee tähtsus orgaaniliste ainete molekulide struktuuri, eelkõige valkude struktuuri kujunemisel, mis on vajalik nende funktsioonide täitmiseks. Vee tähtsus lahustina on suur: väliskeskkonnast satuvad rakku paljud ained vesilahuses, vesilahuses eemaldatakse rakust jääkained.

Lõpuks on vesi paljudes keemilistes reaktsioonides (valkude, süsivesikute, rasvade jne lagunemine) otsene osaline.

Raku kohanemisvõime veekeskkonnas toimimiseks on argument selle kasuks, et elu Maal tekkis veest.

Vee bioloogilise rolli määrab selle molekulaarstruktuuri eripära: selle molekulide polaarsus.

Süsivesikud.

Süsivesikud on keerulised orgaanilised ühendid, mis sisaldavad süsiniku, hapniku ja vesiniku aatomeid.

Eristage lihtsaid ja keerulisi süsivesikuid.

Lihtsaid süsivesikuid nimetatakse monosahhariidideks. Komplekssed süsivesikud on polümeerid, milles monosahhariidid täidavad monomeeride rolli.

Kaks monosahhariidi moodustavad disahhariidi, kolm trisahhariidi ja paljud polüsahhariidid.

Kõik monosahhariidid on värvitud ained, mis lahustuvad vees hästi. Peaaegu kõigil neil on meeldiv magus maitse. Kõige tavalisemad monosahhariidid on glükoos, fruktoos, riboos ja desoksüriboos.

2.3 Raku keemiline koostis. Makro- ja mikroelemendid

Puuviljade ja marjade, aga ka mee magus maitse sõltub glükoosi ja fruktoosi sisaldusest neis. Riboos ja desoksüriboos on nukleiinhapete (lk 158) ja ATP (lk 158) komponendid.

Di- ja trisahhariidid, nagu monosahhariidid, lahustuvad vees hästi ja on magusa maitsega. Monomeeriühikute arvu suurenemisega väheneb polüsahhariidide lahustuvus ja magus maitse kaob.

Disahhariididest on olulised peet (või roo) ja piimasuhkur, polüsahhariididest on laialt levinud tärklis (taimedes), glükogeen (loomadel) ja kiudained (tselluloos).

Puit on peaaegu puhas tselluloos. Nende polüsahhariidide monomeerid on glükoos.

Süsivesikute bioloogiline roll. Süsivesikud mängivad energiaallika rolli, mis on vajalik raku jaoks erinevate tegevusvormide läbiviimiseks. Raku tegevuseks – liikumiseks, sekretsiooniks, biosünteesiks, luminestsentsiks jne – on vaja energiat. Keerulise struktuuriga, energiarikkad süsivesikud lõhustuvad rakus sügavalt ja muutuvad selle tulemusena lihtsateks energiavaesteks ühenditeks - süsinikmonooksiidiks (IV) ja veeks (CO2 JA H20).

Selle protsessi käigus vabaneb energia. 1 g süsivesiku jagamisel vabaneb 17,6 kJ.

Lisaks energiale täidavad süsivesikud ka ehitusfunktsiooni. Näiteks taimerakkude seinad on valmistatud tselluloosist.

Lipiidid. Lipiide leidub kõigis loomade ja taimede rakkudes. Nad on osa paljudest rakustruktuuridest.

Lipiidid on orgaanilised ained, mis ei lahustu vees, kuid lahustuvad bensiinis, eetris ja atsetoonis.

Lipiididest on levinumad ja tuntumad rasvad.

Siiski on rakke, milles umbes 90% rasva. Loomadel leidub selliseid rakke naha all, piimanäärmetes ja omentumis. Rasva leidub kõigi imetajate piimas. Osades taimedes on suur hulk rasva koondunud seemnetesse ja puuviljadesse, nagu päevalill, kanep, kreeka pähkel.

Lisaks rasvadele on rakkudes ka teisi lipiide, näiteks letsitiin, kolesterool. Lipiidide hulka kuuluvad mõned vitamiinid (A, O) ja hormoonid (näiteks suguhormoonid).

Lipiidide bioloogiline tähtsus on suur ja mitmekesine.

Märgime kõigepealt nende ehitusfunktsiooni. Lipiidid on hüdrofoobsed. Nende ainete kõige õhem kiht on osa rakumembraanidest. Suurepärane on kõige levinumate lipiidide – rasva – tähtsus energiaallikana. Rasvad on võimelised rakus oksüdeeruma süsinikmonooksiidiks (IV) ja veeks. Rasva lagunemisel vabaneb kaks korda rohkem energiat kui süsivesikute lagundamisel. Loomad ja taimed koguvad rasva varuks ja tarbivad seda elu jooksul.

On vaja märkida järgmine väärtus. rasv veeallikana. 1 kg rasvast moodustub selle oksüdeerumisel peaaegu 1,1 kg vett. See seletab, kuidas mõned loomad suudavad üsna kaua ilma veeta olla. Näiteks kaameliinimesed, kes liiguvad läbi veevaba kõrbe-nu, ei pruugi juua 10-12 päeva.

Karud, marmotid ja muud talveunes loomad ei joo rohkem kui kaks kuud. Need loomad saavad eluks vajalikku vett rasvade oksüdatsiooni tulemusena. Lisaks struktuuri- ja energiafunktsioonidele täidavad lipiidid kaitsefunktsioone: rasval on madal soojusjuhtivus. See ladestub naha alla, moodustades mõnedel loomadel märkimisväärseid kogunemisi. Niisiis ulatub vaalal nahaaluse rasvakihi paksus 1 meetrini, mis võimaldab sellel loomal elada polaarmere külmas vees.

Biopolümeerid: valgud, nukleiinhapped.

Kõigist orgaanilistest ainetest on rakus põhiosa (50-70%) valgud. Rakumembraan ja kõik selle sisemised struktuurid on ehitatud valgumolekulide osalusel. Valgu molekulid on väga suured, kuna koosnevad paljudest sadadest erinevatest monomeeridest, mis moodustavad kõikvõimalikke kombinatsioone. Seetõttu on valgutüüpide ja nende omaduste mitmekesisus tõeliselt lõputu.

Valgud on osa juustest, sulgedest, sarvedest, lihaskiududest, toitumisest

munade ja seemnete ning paljude teiste kehaosade nye.

Valgu molekul on polümeer. Valgumolekulide monomeerid on aminohapped.

Looduses on teada rohkem kui 150 erinevat aminohapet, kuid elusorganismide valkude ehituses osaleb tavaliselt vaid 20. Pikk järjestikku seotud aminohapete niit tähistab esmane struktuur valgu molekul (see näitab selle keemilist valemit).

Tavaliselt on see pikk niit tihedalt keerdunud spiraaliks, mille mähised on omavahel kindlalt vesiniksidemetega ühendatud.

Molekuli spiraalselt keerdunud ahel on sekundaarne struktuur, molekulid orav. Sellist valku on juba raske venitada. Keritud valgu molekul keeratakse seejärel tihedamasse konfiguratsiooni - tertsiaarne struktuur. Mõnel valgul on veelgi keerulisem vorm - kvaternaarne struktuur, näiteks hemoglobiin. Sellise korduva keerdumise tulemusena muutub valgumolekuli pikk ja õhuke niit lühemaks, paksemaks ja koguneb kompaktseks tükiks - kerake Ainult globulaarne valk täidab rakus oma bioloogilisi funktsioone.

Kui valgu struktuur on häiritud näiteks kuumutamise või keemilise toime tõttu, kaotab see oma omadused ja rullub lahti.

Seda protsessi nimetatakse denatureerimiseks. Kui denaturatsioon on mõjutanud ainult tertsiaarset või sekundaarset struktuuri, siis on see pöörduv: see võib jälle keerduda spiraaliks ja sobituda tertsiaarsesse struktuuri (denaturatsiooninähtus). Samal ajal taastatakse selle valgu funktsioonid. See valkude kõige olulisem omadus on elussüsteemide ärrituvuse aluseks, s.t.

elusrakkude võime reageerida välistele või sisemistele stiimulitele.

Paljud valgud mängivad rolli katalüsaatorid keemilistes reaktsioonides

rakku läbides.

Neid nimetatakse ensüümid. Ensüümid osalevad aatomite ja molekulide ülekandes, valkude, rasvade, süsivesikute ja kõigi teiste ühendite lagundamisel ja ehitamisel (s.t. rakkude ainevahetuses). Ükski keemiline reaktsioon elusrakkudes ja kudedes ei toimu ilma ensüümide osaluseta.

Kõigil ensüümidel on spetsiifiline toime – need muudavad protsesside kulgu sujuvamaks või kiirendavad reaktsioone rakus.

Valgud rakus täidavad paljusid funktsioone: osalevad selle struktuuris, kasvus ja kõigis eluprotsessides. Rakkude elu on võimatu ilma valkudeta.

Nukleiinhapped avastati esmakordselt rakkude tuumades, mistõttu nad said oma nime (lat.

pusleus – tuum). Nukleiinhappeid on kahte tüüpi: desoksüribonukleiinhape (lühidalt DIC) ja ribonukleiinhape (RIC). Nukleiinhappemolekulid

on väga pikad polümeeriahelad (ahelad), monomeerid

millised on nukleotiidid.

Iga nukleotiid sisaldab ühte molekuli fosforhapet ja suhkrut (desoksüriboos või riboos), samuti üht neljast lämmastiku alusest. DNA lämmastikualused on adeniin guaniin ja tsümosiin, ja mi.min,.

Desoksüribonukleiinhape (DNA)- elusraku kõige olulisem aine. DNA molekul on raku ja organismi kui terviku päriliku informatsiooni kandja. DNA molekulist moodustub kromosoom.

Iga bioloogilise liigi organismidel on teatud arv DNA molekule raku kohta. Nukleotiidide järjestus DNA molekulis on samuti alati rangelt individuaalne ja. ainulaadne mitte ainult iga bioloogilise liigi, vaid ka üksikute isendite jaoks.

See DNA molekulide spetsiifilisus on aluseks organismide suguluse kindlakstegemisel.

Kõigi eukarüootide DNA molekulid asuvad raku tuumas. Prokarüootidel ei ole tuuma, mistõttu nende DNA asub tsütoplasmas.

kõigis elusolendites on DNA makromolekulid üles ehitatud sama tüübi järgi. Need koosnevad kahest polünukleotiidahelast (ahelast), mida hoiavad koos nukleotiidide lämmastikualuste vesiniksidemed (nagu tõmblukk).

Kahekordse (paaritud) heeliksi kujul keerleb DNA molekul vasakult paremale.

Järjestus nukleotiidide paigutuses munnimolekulis määrab raku päriliku teabe.

DNA molekuli struktuuri paljastas 1953. aastal Ameerika biokeemik

James Watson ja inglise füüsik Francis Crick.

Selle avastuse eest said teadlased 1962. aastal Nobeli preemia. Nad tõestasid, et molekul

DNA koosneb kahest polünukleotiidahelast.

Sel juhul on nukleotiidid (monomeerid) omavahel seotud mitte juhuslikult, vaid selektiivselt ja paarikaupa lämmastikuühendite abil. Adeniin (A) ühendub alati tümiiniga (T) ja guaniin (g) tsütosiiniga (C). See kahekordne kett on tihedalt keritud spiraaliks. Nukleotiidide võimet selektiivselt paarituda nimetatakse täiendavus(lat. komplementus – liitmine).

Replikatsioon toimub järgmiselt.

Spetsiaalsete rakuliste mehhanismide (ensüümide) osalusel rullub DNA kaksikheeliks lahti, ahelad lahknevad (nagu tõmblukk avatakse lahti) ja järk-järgult valmib mõlemale ahelale vastav pool vastavatest nukleotiididest.

Selle tulemusena moodustub ühe DNA molekuli asemel kaks uut identset molekuli. Veelgi enam, iga äsja moodustunud kaheahelaline DNA molekul koosneb ühest "vanast" nukleotiidide ahelast ja ühest "uuest".

Kuna DNA on peamine teabekandja, võimaldab selle dubleerimisvõime rakkude jagunemise ajal seda pärilikku teavet äsja moodustunud tütarrakkudesse üle kanda.

Eelmine12345678Järgmine

VAATA VEEL:

puhverdamine ja osmoos.
Elusorganismide soolad on lahustunud olekus ioonide kujul - positiivselt laetud katioonid ja negatiivselt laetud anioonid.

Katioonide ja anioonide kontsentratsioon rakus ja selle keskkonnas ei ole sama. Rakk sisaldab üsna palju kaaliumi ja väga vähe naatriumi. Rakuvälises keskkonnas, näiteks vereplasmas, merevees, vastupidi, on palju naatriumi ja vähe kaaliumi. Rakkude ärrituvus sõltub Na+, K+, Ca2+, Mg2+ ioonide kontsentratsioonide suhtest.

Ioonide kontsentratsioonide erinevus membraani vastaskülgedel tagab ainete aktiivse transpordi läbi membraani.

Mitmerakuliste loomade kudedes on Ca2+ osa rakkudevahelisest ainest, mis tagab rakkude sidususe ja nende korrastatud paigutuse.

Raku keemiline koostis

Osmootne rõhk rakus ja selle puhveromadused sõltuvad soolade kontsentratsioonist.

puhverdamine nimetatakse raku võimeks säilitada konstantsel tasemel oma sisu kergelt aluselist reaktsiooni.

Puhversüsteeme on kaks:

1) fosfaatpuhversüsteem – fosforhappe anioonid hoiavad rakusisese keskkonna pH 6,9 juures

2) vesinikkarbonaatpuhversüsteem - süsihappe anioonid hoiavad rakuvälise keskkonna pH-d tasemel 7,4.

Vaatleme puhverlahustes toimuvate reaktsioonide võrrandeid.

Kui kontsentratsioon rakus suureneb H+ , siis lisatakse vesiniku katioon karbonaadi anioonile:

Hüdroksiidi anioonide kontsentratsiooni suurenemisega toimub nende seondumine:

H + OH– + H2O.

Seega suudab karbonaadi anioon säilitada püsiva keskkonna.

osmootne nimetatakse nähtusi, mis toimuvad kahest poolläbilaskva membraaniga eraldatud lahusest koosnevas süsteemis.

Taimerakus täidavad poolläbilaskvate kilede rolli tsütoplasma piirkihid: plasmalemma ja tonoplast.

Plasmalemma on rakuseinaga külgnev tsütoplasma välimine membraan. Tonoplast on tsütoplasma sisemine membraan, mis ümbritseb vakuooli. Vakuoolid on rakumahlaga täidetud õõnsused tsütoplasmas – süsivesikute, orgaaniliste hapete, soolade, madala molekulmassiga valkude, pigmentide vesilahus.

Ainete kontsentratsioon rakumahlas ja väliskeskkonnas (pinnases, veekogudes) ei ole enamasti sama. Kui ainete rakusisene kontsentratsioon on suurem kui väliskeskkonnas, siseneb vesi keskkonnast rakku, täpsemalt vakuooli, kiiremini kui vastupidises suunas. Rakumahla mahu suurenemisega, mis on tingitud vee sisenemisest rakku, suureneb selle rõhk membraaniga tihedalt külgnevale tsütoplasmale. Kui rakk on veega täielikult küllastunud, on sellel maksimaalne maht.

Raku sisepinge seisundit, mis on tingitud suurest veesisaldusest ja raku sisu arenevast rõhust selle membraanile, nimetatakse turgoriks. Turgor tagab elundite kuju säilitamise (näiteks lehed, lignifitseerimata varred). ) ja asendit ruumis, samuti nende vastupidavust mehaaniliste tegurite toimele. Veekaotusega kaasneb turgori vähenemine ja närbumine.

Kui rakk on hüpertoonilises lahuses, mille kontsentratsioon on suurem kui rakumahla kontsentratsioon, siis vee difusioonikiirus rakumahlast ületab vee difusioonikiirust ümbritsevast lahusest rakku.

Vee vabanemise tõttu rakust väheneb rakumahla maht, väheneb turgor. Raku vakuooli mahu vähenemisega kaasneb tsütoplasma eraldumine membraanist - toimub plasmolüüs.

Plasmolüüsi käigus muutub plasmolüüsitud protoplasti kuju. Esialgu jääb protoplast rakuseina taha ainult eraldi kohtades, kõige sagedamini nurkades. Selle vormi plasmolüüsi nimetatakse nurgeliseks.

Seejärel jääb protoplast jätkuvalt rakuseintest maha, hoides nendega kontakti eraldi kohtades; nende punktide vaheline protoplasti pind on nõgusa kujuga.

Selles etapis nimetatakse plasmolüüsi nõgusaks.Tasapisi murdub protoplast rakuseintest kogu pinna ulatuses lahti ja omandab ümara kuju. Sellist plasmolüüsi nimetatakse kumeraks

Kui plasmolüüsitud rakk asetada hüpotoonilisse lahusesse, mille kontsentratsioon on väiksem kui rakumahla kontsentratsioon, satub vesi ümbritsevast lahusest vakuooli. Vakuooli mahu suurenemise tagajärjel suureneb rakumahla rõhk tsütoplasmas, mis hakkab lähenema rakuseintele, kuni võtab oma algse positsiooni - deplasmolüüs

Ülesanne number 3

Pärast teksti lugemist vastake järgmistele küsimustele.

1) puhverdamise definitsioon

2) milline anioonide kontsentratsioon määrab raku puhveromadused

3) puhverdamise roll rakus

4) vesinikkarbonaatpuhversüsteemis toimuvate reaktsioonide võrrand (magnettahvlil)

5) osmoosi määramine (too näiteid)

6) Plasmolüüsi ja deplasmolüüsi objektiklaaside määramine

Rakus leidub umbes 70 D. I. Mendelejevi perioodilise tabeli keemilist elementi, kuid nende elementide sisaldus erineb oluliselt nende kontsentratsioonist keskkonnas, mis tõestab orgaanilise maailma ühtsust.

Rakus esinevad keemilised elemendid jagunevad kolme suurde rühma: makroelemendid, mesoelemendid (oligoelemendid) ja mikroelemendid.

Nende hulka kuuluvad süsinik, hapnik, vesinik ja lämmastik, mis on osa peamistest orgaanilistest ainetest. Mesoelemendid on väävel, fosfor, kaalium, kaltsium, naatrium, raud, magneesium, kloor, mis kokku moodustavad umbes 1,9% raku massist.

Väävel ja fosfor on kõige olulisemate orgaaniliste ühendite komponendid. Keemilised elemendid, mille kontsentratsioon rakus on umbes 0,1%, on mikroelemendid. Need on tsink, jood, vask, mangaan, fluor, koobalt jne.

Raku ained jagunevad anorgaanilisteks ja orgaanilisteks.

Anorgaaniliste ainete hulka kuuluvad vesi ja mineraalsoolad.

Oma füüsikalis-keemiliste omaduste tõttu on rakus olev vesi lahusti, reaktsioonide keskkond, lähteaine ja keemiliste reaktsioonide produkt, täidab transpordi- ja termoregulatsioonifunktsioone, annab rakule elastsuse ja annab selle tugiaine taimerakule.

Mineraalsoolad rakus võivad olla lahustunud või lahustumata olekus.

Lahustuvad soolad dissotsieeruvad ioonideks. Olulisemad katioonid on kaalium ja naatrium, mis hõlbustavad ainete ülekandumist läbi membraani ning osalevad närviimpulsi tekkimises ja juhtimises; kaltsium, mis osaleb lihaskiudude kokkutõmbumise ja vere hüübimise protsessides, magneesium, mis on osa klorofüllist, ja raud, mis on osa paljudest valkudest, sealhulgas hemoglobiinist. Tsink on osa pankrease hormooni - insuliini molekulist, vask on vajalik fotosünteesi ja hingamise protsesside jaoks.

Olulisemad anioonid on fosfaatanioon, mis on osa ATP-st ja nukleiinhapetest, ning süsihappejääk, mis pehmendab söötme pH kõikumisi.

Kaltsiumi ja fosfori puudus põhjustab rahhiidi, rauapuudus - aneemiat.

Raku orgaanilisi aineid esindavad süsivesikud, lipiidid, valgud, nukleiinhapped, ATP, vitamiinid ja hormoonid.

Süsivesikud koosnevad peamiselt kolmest keemilisest elemendist: süsinikust, hapnikust ja vesinikust.

Nende üldvalem on Cm(H20)n. Eristage lihtsaid ja keerulisi süsivesikuid. Lihtsad süsivesikud (monosahhariidid) sisaldavad ühte suhkrumolekuli. Neid klassifitseeritakse süsinikuaatomite arvu järgi, näiteks pentoosid (C5) ja heksoosid (C6). Pentooside hulka kuuluvad riboos ja desoksüriboos. Riboos on RNA ja ATP koostisosa. Deoksüriboos on DNA komponent. Heksoosid on glükoos, fruktoos, galaktoos jne.

Nad osalevad aktiivselt raku ainevahetuses ja on osa keerulistest süsivesikutest - oligosahhariididest ja polüsahhariididest. Oligosahhariidide (disahhariidide) hulka kuuluvad sahharoos (glükoos + fruktoos), laktoos või piimasuhkur (glükoos + galaktoos) jne.

Polüsahhariidid on näiteks tärklis, glükogeen, tselluloos ja kitiin.

Süsivesikud täidavad rakus plastikust (ehitus), energiat (1 g süsivesikute lagunemise energiaväärtus on 17,6 kJ), hoiu- ja tugifunktsioone. Süsivesikud võivad olla ka osa komplekssetest lipiididest ja valkudest.

Lipiidid on hüdrofoobsete ainete rühm.

Nende hulka kuuluvad rasvad, vahasteroidid, fosfolipiidid jne.

Rasvamolekuli struktuur

Rasv on kolmehüdroksüülse alkoholi glütserooli ja kõrgemate orgaaniliste (rasv)hapete ester. Rasvamolekulis saab eristada hüdrofiilset osa - "pea" (glütseroolijääk) ja hüdrofoobset osa - "sabad" (rasvhappejäägid), seetõttu on rasvamolekul vees rangelt määratletud: hüdrofiilne osa on suunatud vee poole ja hüdrofoobne osa on sellest eemal.

Lipiidid täidavad rakus plastilist (ehitus), energeetilist (1 g rasva lõhustamise energiaväärtus – 38,9 kJ), säilitavat, kaitsvat (amortisatsiooni) ja regulatsiooni (steroidhormoonid).

Valgud on biopolümeerid, mille monomeerideks on aminohapped.

Aminohapped sisaldavad aminorühma, karboksüülrühma ja radikaali. Aminohapped erinevad ainult radikaalide poolest. Valgud sisaldavad 20 asendamatut aminohapet. Aminohapped on omavahel seotud, moodustades peptiidsideme.

Rohkem kui 20 aminohappest koosnevat ahelat nimetatakse polüpeptiidiks või valguks. Valgud moodustavad neli põhistruktuuri: primaarne, sekundaarne, tertsiaarne ja kvaternaarne.

Esmane struktuur on aminohapete järjestus, mis on ühendatud peptiidsidemega.

Sekundaarstruktuur on spiraal ehk volditud struktuur, mida hoiavad koos vesiniksidemed spiraali või voltide erinevate pöörete peptiidrühmade hapniku- ja vesinikuaatomite vahel.

Tertsiaarset struktuuri (gloobulit) hoiavad hüdrofoobsed, vesinik-, disulfiid- ja muud sidemed.

Valgu tertsiaarne struktuur

Tertsiaarne struktuur on iseloomulik enamikule kehavalkudele, näiteks lihase müoglobiinile.

Valgu kvaternaarne struktuur.

Kvaternaarne struktuur on kõige keerulisem, moodustatud mitmest polüpeptiidahelast, mis on ühendatud peamiselt samade sidemetega nagu tertsiaarses.

Kvaternaarne struktuur on iseloomulik hemoglobiinile, klorofüllile jne.

Valgud võivad olla lihtsad või keerulised. Lihtvalgud koosnevad ainult aminohapetest, kompleksvalgud (lipoproteiinid, kromoproteiinid, glükoproteiinid, nukleoproteiinid jne) aga valgulisi ja mittevalgulisi osi.

Näiteks sisaldab hemoglobiin lisaks globiinivalgu neljale polüpeptiidahelale ka mittevalgulist osa – heemi, mille keskel on raua ioon, mis annab hemoglobiinile punase värvuse.

Valkude funktsionaalne aktiivsus sõltub keskkonnatingimustest.

Valgu molekuli oma struktuuri kadumist kuni primaarseni nimetatakse denaturatsiooniks. Sekundaarsete ja kõrgemate struktuuride taastamise vastupidine protsess on renaturatsioon. Valgu molekuli täielikku hävimist nimetatakse hävitamiseks.

Valgud täidavad rakus mitmeid funktsioone: plastiline (ehitus), katalüütiline (ensümaatiline), energia (1 g valgu lõhustamise energiaväärtus on 17,6 kJ), signaal (retseptor), kontraktiilne (mootor), transport, kaitsev, reguleeriv, ladustamine.

Nukleiinhapped on biopolümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid.

Nukleotiid koosneb lämmastikku sisaldavast alusest, pentoossuhkru jäägist ja fosforhappe jäägist. Nukleiinhappeid on kahte tüüpi: ribonukleiinhapped (RNA) ja desoksüribonukleiinhapped (DNA).

DNA sisaldab nelja tüüpi nukleotiide: adeniin (A), tümiin (T), guaniin (G) ja tsütosiin (C). Need nukleotiidid sisaldavad suhkru desoksüriboosi. DNA jaoks on Chargaffi reeglid paika pandud:

1) adenüülnukleotiidide arv DNA-s on võrdne tümidüüli arvuga (A = T);

2) guanüülnukleotiidide arv DNA-s on võrdne tsütidüüli arvuga (G = C);

3) adenüül- ja guanüülnukleotiidide summa võrdub tümidüüli ja tsütidüüli summaga (A + G = T + C).

DNA struktuuri avastas F.

Crick ja D. Watson (Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhind 1962). DNA molekul on kaheahelaline spiraal.

Rakk ja selle keemiline koostis

Nukleotiidid on omavahel seotud fosforhappejääkide kaudu, moodustades fosfodiestersideme, samal ajal kui lämmastiku alused on suunatud sissepoole. Nukleotiidide vaheline kaugus ahelas on 0,34 nm.

Erinevate ahelate nukleotiidid on omavahel ühendatud vesiniksidemetega vastavalt komplementaarsuse põhimõttele: adeniin on tümiiniga ühendatud kahe vesiniksidemega (A \u003d T) ja guaniin tsütosiiniga kolmega (G \u003d C).

Nukleotiidi struktuur

DNA kõige olulisem omadus on võime replitseerida (ise kahekordistada).

DNA põhiülesanne on päriliku teabe talletamine ja edastamine.

See on kontsentreeritud tuumas, mitokondrites ja plastiidides.

RNA koostis sisaldab ka nelja nukleotiidi: adeniin (A), ura-cil (U), guaniin (G) ja tsütosiin (C). Selles sisalduvat suhkru-pentoosi jääki esindab riboos.

RNA on enamasti üheahelalised molekulid. RNA-d on kolme tüüpi: messenger (i-RNA), transport (t-RNA) ja ribosomaalne (r-RNA).

tRNA struktuur

Kõik nad osalevad aktiivselt päriliku teabe juurutamise protsessis, mis kirjutatakse ümber DNA-st mRNA-ks ja viimasel toimub valgusüntees, tRNA toob aminohapped ribosoomidesse valgusünteesi protsessis, rRNA on osa ribosoomid ise.

Elusraku keemiline koostis

Rakud sisaldavad erinevaid keemilisi ühendeid. Osa neist – anorgaanilisi – leidub ka elutus looduses. Orgaanilised ühendid on aga kõige iseloomulikumad rakkudele, mille molekulid on väga keerulise ehitusega.

Raku anorgaanilised ühendid. Vesi ja soolad on anorgaanilised ühendid. Kõige rohkem vee rakkudes. See on vajalik kõigi eluprotsesside jaoks.

Vesi on hea lahusti. Vesilahuses tekivad erinevate ainete keemilised vastasmõjud. Rakkudevahelisest ainest pärinevad lahustunud olekus toitained tungivad rakku läbi membraani. Vesi aitab kaasa ka selles toimuvate reaktsioonide tulemusena tekkivate ainete eemaldamisele rakust.

Rakkude eluprotsesside jaoks on kõige olulisemad soolad K, Na, Ca, Mg jne.

Raku orgaanilised ühendid. Peamine roll rakufunktsiooni elluviimisel kuulub orgaanilistele ühenditele. Nende hulgas on kõige olulisemad valgud, rasvad, süsivesikud ja nukleiinhapped.

Valgud on kõigi elusrakkude põhilised ja kõige keerukamad ained.

Valgu molekuli suurus on sadu ja tuhandeid kordi suurem kui anorgaaniliste ühendite molekulidel. Ilma valkudeta pole elu. Mõned valgud kiirendavad keemilisi reaktsioone, toimides katalüsaatoritena. Selliseid valke nimetatakse ensüümideks.

Rasvadel ja süsivesikutel on vähem keeruline struktuur.

Need on raku ehitusmaterjalid ja toimivad keha elutähtsate protsesside energiaallikana.

Nukleiinhapped toodetakse raku tuumas. Sellest tulenes nende nimi (lat. Tuum – tuum). Kromosoomide osana osalevad nukleiinhapped raku pärilike omaduste säilitamises ja edastamises. Nukleiinhapped tagavad valkude moodustumise.

Raku elutähtsad omadused. Raku peamine elutähtis omadus on ainevahetus.

Rakkudevahelisest ainest satuvad rakkudesse pidevalt toitained ja hapnik ning eralduvad lagunemissaadused. Rakku sisenevad ained osalevad biosünteesi protsessides. Biosüntees on valkude, rasvade, süsivesikute ja nende ühendite moodustumine lihtsamatest ainetest. Biosünteesi käigus moodustuvad teatud keharakkudele iseloomulikud ained.

Näiteks sünteesitakse lihasrakkudes valke, mis tagavad nende kokkutõmbumise.

Samaaegselt biosünteesiga rakkudes toimub orgaaniliste ühendite lagunemine. Lagunemise tulemusena tekivad lihtsama ehitusega ained. Suurem osa lagunemisreaktsioonist toimub hapniku osalusel ja energia vabanemisel.

Raku keemiline korraldus

See energia kulub rakus toimuvatele eluprotsessidele. Biosünteesi ja lagunemise protsessid moodustavad ainevahetuse, millega kaasnevad energia muundumised.

Rakud on võimelised kasvama ja paljunema. Inimkeha rakud paljunevad pooleks jagunedes. Iga saadud tütarrakk kasvab ja jõuab ema suuruseni. Uued rakud täidavad emaraku funktsiooni.

Rakkude eluiga varieerub mõnest tunnist kümnete aastateni.

Elusrakud on võimelised reageerima füüsikalistele ja keemilistele muutustele oma keskkonnas. Seda rakkude omadust nimetatakse erutuvuseks. Samal ajal lähevad rakud puhkeseisundist tööolekusse – erutusse. Rakkudes erutudes muutuvad ainete biosünteesi ja lagunemise kiirus, hapnikutarbimine ja temperatuur. Erutatud olekus täidavad erinevad rakud oma funktsioone.

Näärerakud moodustavad ja eritavad aineid, lihasrakud tõmbuvad kokku, närvirakkudes tekib nõrk elektrisignaal - närviimpulss, mis võib levida mööda rakumembraane.

Keha sisekeskkond.

Enamik keharakke ei ole väliskeskkonnaga seotud. Nende elutegevuse tagab sisekeskkond, mis koosneb 3 tüüpi vedelikest: rakkudevaheline (kudede) vedelik, millega rakud on otseses kontaktis, veri ja lümf. Sisekeskkond varustab rakke nende elutegevuseks vajalike ainetega ning selle kaudu eemaldatakse lagunemissaadused.

Keha sisekeskkonnal on suhteline koostis ja füüsikalis-keemilised omadused. Ainult sellistel tingimustel saavad rakud normaalselt toimida.

Ainevahetus, biosüntees ja orgaaniliste ühendite lagunemine, kasv, paljunemine, erutuvus on rakkude peamised elutähtsad omadused.

Rakkude elutähtsad omadused tagab keha sisekeskkonna koostise suhteline püsivus.

Lahter sisaldab umbes 70 Mendelejevi elementide perioodilise tabeli elementi ja 24 neist on igat tüüpi rakkudes. Kõik lahtris olevad elemendid jagunevad olenevalt nende sisust lahtris rühmad:

• makrotoitained– H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
• mikroelemendid– B, Ni, Cu, Co, Zn, Mb jne;
• ultramikroelemendid– U, Ra, Au, Pb, Hg, Se jne.

• organogeenid(hapnik, vesinik, süsinik, lämmastik),
• makrotoitained,
• mikroelemendid.

Rakk sisaldab molekule anorgaaniline ja orgaaniline ühendused.

Anorgaanilised rakuühendid – vesi ja anorgaaniline ioonid.
Vesi- raku kõige olulisem anorgaaniline aine. Kõik biokeemilised reaktsioonid toimuvad vesilahustes. Veemolekulil on mittelineaarne ruumiline struktuur ja polaarsus. Üksikute veemolekulide vahel tekivad vesiniksidemed, mis määravad vee füüsikalised ja keemilised omadused.

anorgaanilised ioonid:
katioonid K+, Na+, Ca2+, Mg2+ ja anioonid Cl–, NO3-, PO4 2-, CO32-, HPO42-.

Erinevus katioonide ja anioonide arvu vahel (Na + , TO + , Cl-) raku pinnal ja sees tagab aktsioonipotentsiaali tekkimise, mis on selle aluseks närviline ja lihaste erutus.
Fosforhappe anioonid tekitavad fosfaatpuhvri süsteem, hoides keha rakusisese keskkonna pH tasemel 6-9.
Süsinikhape ja selle anioonid loovad vesinikkarbonaadi puhversüsteem ja hoida ekstratsellulaarse keskkonna (vereplasma) pH tasemel 7-4.
Lämmastikuühendid teenivad allikas mineraalne toitumine, valkude süntees, nukleiinhapped.
Fosfori aatomid on osa nukleiinhapetest, fosfolipiididest, aga ka selgroogsete luudest, lülijalgsete kitiinsest kattekihist.
Kaltsiumiioonid on osa luuainest; need on vajalikud ka lihaste kokkutõmbumise, vere hüübimise läbiviimiseks.

Tabel. Makroelementide roll raku- ja organismitasandil.

Tabel.

Temaatilised ülesanded

A osa

A1. Vee polaarsus määrab selle võime
1) juhivad soojust
3) lahustage naatriumkloriid
2) neelavad soojust
4) lahustada glütseriin

A2. Rahhiidiga lastele tuleb anda ravimeid, mis sisaldavad
1) raud
2) kaalium
3) kaltsium
4) tsink

A3. Närviimpulsi juhtivust tagavad ioonid:
1) kaalium ja naatrium
2) fosfor ja lämmastik
3) raud ja vask
4) hapnik ja kloor

A4. Vedelfaasis olevate veemolekulide vahelisi nõrku sidemeid nimetatakse:
1) kovalentne
2) hüdrofoobne
3) vesinik
4) hüdrofiilne

A5. Hemoglobiin sisaldab
1) fosfor
2) raud
3) väävel
4) magneesium

A6. Valige keemiliste elementide rühm, mis peab olema valkude osa
1) Na, K, O, S
2) N, P, C, Cl
3) C, S, Fe, O
4) C, H, O, N

A7. Hüpotüreoidismiga patsientidele antakse ravimeid, mis sisaldavad
1) jood
2) raud
3) fosfor
4) naatrium

B osa

IN 1. Valige puuris oleva vee funktsioonid
1) energia
2) ensümaatiline
3) transport
4) hoone
5) määrimine
6) termoregulatsioon

2. Valige ainult vee füüsikalised omadused
1) dissotsieerumisvõime
2) soolade hüdrolüüs
3) tihedus
4) soojusjuhtivus
5) elektrijuhtivus
6) elektronide annetamine

C osa

C1. Millised vee füüsikalised omadused määravad selle bioloogilise tähtsuse?

Rakk koosneb ligikaudu 70 põhielementi , mille leiate perioodilisuse tabelist. Nendest ainult 24 leidub kõigis rakkudes.

Peamised elemendid on vesinik, süsinik, hapnik ja lämmastik. Need on peamised rakuelemendid, kuid samaväärset rolli mängivad sellised elemendid nagu kaalium, jood, magneesium, kloor, raud, kaltsium ja väävel. Need on makrotoitained, mida rakkudes leidub suhteliselt väikeses koguses (kuni kümnendiku protsendi ulatuses).

Rakkudes on mikroelemente veelgi vähem (alla 0,01% raku massist). Nende hulka kuuluvad vask, molübdeen, boor, fluor, kroom, tsink, räni ja koobalt.

Elementide väärtus ja sisaldus organismide rakkudes on toodud tabelis.