Organisasi kimia sel: zat organik, makro dan mikro

Pada akhir abad ke-19 itu membentuk cabang biologi yang disebut biokimia. Dia mempelajari komposisi kimia dari sel-sel hidup. Tugas utama dari ilmu - pengetahuan tentang keanehan metabolisme dan energi, mengatur fungsi vital dari sel tumbuhan dan hewan.

Konsep komposisi kimia dari sel

Sebagai hasil dari penelitian yang luas oleh para ilmuwan organisasi kimia sel telah dipelajari dan ditemukan bahwa makhluk hidup terdiri dari lebih dari 85 unsur kimia. Dan beberapa dari mereka yang diperlukan untuk hampir semua organisme, sementara yang lain spesifik dan terjadi pada spesies tertentu. Kelompok ketiga unsur kimia hadir dalam sel mikroorganisme, tumbuhan dan hewan dalam jumlah cukup kecil. unsur kimia dari sel sering dalam bentuk kation dan anion dari mana garam mineral dan air terbentuk, dan senyawa karbon organik disintesis: karbohidrat, protein, lipid.

elemen Organogenic

Dalam biokimia, ini termasuk Karbon, Hidrogen, Oksigen dan Nitrogen. set mereka dalam sel 88-97% dari unsur-unsur kimia lainnya yang ada di dalamnya. Terutama penting adalah karbon. Semua zat organik dalam komposisi sel terdiri dari molekul yang mengandung karbon dalam atom komposisinya. Mereka dapat saling berhubungan untuk membentuk rantai (bercabang dan tidak bercabang), serta siklus. atom karbon kemampuan ini mendasari keragaman mencolok dari zat organik termasuk dalam sitoplasma sel dan organel.

Sebagai contoh, isi internal sel terdiri dari oligosakarida larut, protein hidrofilik, lipid, berbagai jenis RNA: RNA transfer, RNA ribosom dan RNA messenger, serta monomer bebas - nukleotida. komposisi kimia tersebut memiliki inti sel. Hal ini juga mengandung molekul asam deoksiribonukleat, bagian dari kromosom. Semua senyawa di atas adalah dalam atom komposisi Nitrogen, karbon dengan oksigen, Hidrogen. Ini adalah bukti pentingnya khusus mereka, karena sebuah organisasi kimia sel tergantung pada isi elemen biogenik yang membentuk struktur selular: hyaloplasm dan organel.

Macronutrients dan artinya

unsur kimia, yang juga sangat umum di sel berbagai jenis organisme, biokimia disebut macronutrients. konten mereka di sel adalah 1,2% - 1,9%. Dengan macroelements sel meliputi: fosfor, kalium, klor, belerang, magnesium, kalsium, besi dan sodium. Semua dari mereka memiliki fungsi penting dan merupakan bagian dari berbagai organel sel. Dengan demikian, ion besi hadir dalam protein darah - hemoglobin, yang membawa oksigen (dalam hal ini disebut oksihemoglobin), karbon dioksida (karbogemoglobin) atau karbon dioksida (carboxyhaemoglobin).

ion natrium memberikan bentuk penting dari transportasi antar: yang disebut pompa natrium-kalium. Mereka juga merupakan bagian dari interstitial cairan dan darah plasma. ion magnesium hadir dalam molekul klorofil (photopigment tanaman yang lebih tinggi) dan terlibat dalam proses fotosintesis, serta pusat-pusat reaksi bentuk yang menjebak foton energi cahaya.

ion kalsium memberikan konduksi pulsa saraf di sepanjang serat dan merupakan komponen utama dari osteosit - sel-sel tulang. senyawa kalsium tersebar luas di dunia hewan invertebrata yang kerang terdiri dari kalsium karbonat.

ion klorida yang terlibat dalam pengisian membran sel dan memberikan penampilan pulsa elektrik dari stimulasi saraf yang mendasari.

Atom belerang merupakan bagian dari protein asli dan menyebabkan tersier struktur "jahitan" rantai polipeptida mereka, sehingga membentuk molekul protein globular.

ion kalium yang terlibat dalam transportasi zat melalui membran sel. atom fosfor adalah bagian dari ini zat-intensif energi penting seperti adenosine triphosphate, dan merupakan komponen penting dari molekul asam deoksiribonukleat dan ribonukleat, yang utama faktor keturunan zat sel.

Fungsi jejak dalam metabolisme sel

Sekitar 50 unsur kimia merupakan kurang dari 0,1% di sel, yang disebut microcell. Ini termasuk seng, molibdenum, yodium, tembaga, kobalt, fluor. Dengan perawatan yang rendah mereka melakukan fungsi yang sangat penting, sebagai bagian dari banyak zat aktif biologis.

Sebagai contoh, atom seng dalam molekul insulin (hormon pankreas mengatur kadar glukosa darah), yodium merupakan konstituen dari hormon tiroid - tiroksin dan triiodothyronine mengendalikan tingkat metabolisme dalam tubuh. Tembaga, bersama dengan ion besi yang terlibat dalam hematopoiesis (pembentukan sel darah merah, trombosit dan sel darah putih dalam sumsum tulang vertebrata). ion tembaga termasuk dalam hemocyanin pigmen hadir dalam darah invertebrata, kerang tersebut. Oleh karena itu, warna biru hemolymph mereka.

Lebih konten kurang dalam sel unsur-unsur kimia seperti seperti timbal, emas, brom, perak. Mereka disebut ultromikroelementami dan bagian dari sel tumbuhan dan hewan. Misalnya, dalam analisis kimia ion emas jagung kumbang yang terdeteksi. atom bromin di sejumlah besar sel termasuk dalam thalli ganggang coklat dan merah, seperti Sargassum, Laminaria, fucus.

Semua sebelumnya contoh-contoh ini dan fakta menjelaskan komposisi kimia bagaimana saling terkait, fungsi dan struktur sel. Tabel di bawah menunjukkan isi dari berbagai unsur kimia dalam sel organisme hidup.

Karakteristik umum dari senyawa organik

Sifat kimia dari sel-sel kelompok yang berbeda dari organisme dengan cara tertentu tergantung pada atom karbon, yang mencakup lebih dari 50% dari massa sel. Hampir semua materi sel kering diwakili karbohidrat, protein, asam nukleat dan lipid, yang memiliki struktur yang kompleks dan berat molekul tinggi. molekul tersebut disebut makromolekul (polimer) dan terdiri dari unsur-unsur sederhana - monomer. zat protein memainkan peran yang sangat penting dan melakukan berbagai fungsi, yang dibahas di bawah.

Peran protein dalam sel

analisis biokimia senyawa memasuki sel hidup, menegaskan tingginya kandungan zat organik seperti protein. Fakta ini memiliki penjelasan logis: protein melakukan berbagai fungsi dan terlibat dalam semua aspek kehidupan sel.

Misalnya, fungsi pelindung dari protein adalah pembentukan antibodi - antibodi yang diproduksi oleh limfosit. protein pelindung seperti seperti trombin, fibrin dan tromboblastin memberikan pembekuan darah dan mencegah kerugian dalam trauma dan cedera. Komposisi kompleks sel termasuk protein membran sel memiliki kemampuan untuk mengenali senyawa asing - antigen. Mereka mengubah konfigurasi dan sel laporan dari potensi bahaya (fungsi alarm).

Beberapa protein memiliki fungsi pengaturan dan hormon, seperti oxytocin yang diproduksi oleh hipotalamus, hipofisis dilindungi. Melanjutkan dari itu ke dalam darah, oksitosin bertindak pada dinding otot rahim, menyebabkan pengurangan. protein vasopressin juga melayani fungsi regulasi dengan mengendalikan tekanan darah.

Sel-sel otot aktin dan myosin, mampu menyusut, yang menyebabkan fungsi motorik dari jaringan otot. Untuk protein, fungsi yang khas dan trofik, misalnya, albumin embrio digunakan sebagai nutrisi untuk pembangunan. protein darah dari berbagai organisme, seperti hemoglobin dan hemocyanin, molekul oksigen ditransfer - beroperasi fungsi transportasi. Jika lebih memakan energi zat seperti karbohidrat dan lipid, sepenuhnya digunakan, sel mulai memecah protein. Satu gram bahan ini 17 memberikan 2 kJ energi. Salah satu fungsi yang paling penting dari protein adalah katalitik (protein, enzim mempercepat reaksi kimia dalam kompartemen sitoplasma). Berdasarkan uraian di atas, kita telah melihat bahwa protein memiliki sejumlah fungsi yang sangat penting dan bagian penting dari sel hewan.

sintesis protein

Pertimbangkan proses sintesis protein dalam sel, yang terjadi dalam sitoplasma melalui organel seperti ribosom. Berkat aktivitas enzim tertentu, dengan partisipasi dari ion kalsium ribosom menggabungkan untuk polysomes. Fungsi utama dari ribosom dalam sel - sintesis molekul protein, memulai proses transkripsi. Sebagai hasil dari itu disintesis molekul mRNA, yang melekat polysomes. Kemudian mulai sidang kedua - siaran. Transportasi RNA mengikat dua puluh jenis asam amino dan membawa mereka ke polysomes, dan karena fungsi ribosom dalam sel - sintesis polipeptida, organel ini membentuk kompleks dengan tRNA, dan molekul asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida untuk membentuk makromolekul protein.

Peran air dalam metabolisme

Studi sitologi telah mengkonfirmasi fakta bahwa struktur sel dan komposisi yang kita mempelajari, rata-rata 70% air, dan dalam banyak hewan, memimpin cara air kehidupan (misalnya, coelenterates) isinya mencapai 97-98%. Dalam pandangan ini organisasi kimia sel termasuk hidrofilik (mampu melarutkan) dan hidrofobik (menolak air) material. Sebagai pelarut polar universal, air memainkan peran penting dan memiliki dampak langsung tidak hanya pada fungsi, tetapi juga dalam sangat struktur sel. Tabel di bawah menunjukkan kadar air dalam berbagai jenis sel dari organisme hidup.

Fungsi karbohidrat dalam sel

Seperti yang kita dijelaskan sebelumnya, untuk penting organik kimia - polimer - juga karbohidrat. Ini termasuk polisakarida, oligosakarida dan monosakarida. Karbohidrat adalah bagian dari sistem yang kompleks lebih - glikolipid dan glikoprotein, yang terbuat dari membran sel dan struktur nadmembrannye, misalnya glikokaliks.

Selanjutnya karbon dalam karbohidrat termasuk atom Hidrogen dan oksigenasi, dan beberapa polisakarida mengandung lebih nitrogen, sulfur dan fosfor. Sel-sel dari banyak tanaman karbohidrat: umbi kentang mengandung hingga 90% pati dalam biji dan konten buah karbohidrat hingga 70%, dan sel-sel hewan yang ditemukan dalam bentuk senyawa seperti glikogen, kitin dan trehalosa.

gula sederhana (monosakarida) memiliki rumus umum CnH2nOn dan dibagi menjadi tetroses, triose, pentosa dan heksosa. Dua yang terakhir adalah yang paling umum dalam sel organisme hidup, misalnya, ribose dan deoksiribosa merupakan bagian dari asam nukleat, dan glukosa dan fruktosa yang terlibat dalam reaksi asimilasi dan disimilasi. Oligosakarida sering ditemukan dalam sel-sel tanaman: sukrosa disimpan dalam sel-sel gula bit dan tebu, maltosa terkandung dalam caryopses berkecambah rye dan barley.

Disakarida memiliki rasa manis dan mudah larut dalam air. Polisakarida, menjadi biopolimer terutama terdiri dari pati, selulosa, glikogen dan laminarin. Bentuk struktural termasuk polisakarida kitin. Fungsi utama karbohidrat dalam sel - energi. Sebagai hasil dari reaksi hidrolisis dan metabolisme energi dibelah polisakarida menjadi glukosa, dan kemudian dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air. Akibatnya, satu gram rilis glukosa 17,6 kJ energi, dan cadangan pati dan glikogen, pada dasarnya waduk energi sel.

Glikogen disimpan terutama dalam otot dan hati sel, pati sayuran - di umbi, umbi, akar, biji dan arthropoda, seperti laba-laba, serangga dan krustasea, peran utama dalam penyediaan energi memainkan trehalosa oligosakarida.

Karbohidrat berbeda dari lipid dan protein, kemampuan untuk degradasi anoxic. Hal ini sangat penting bagi organisme yang hidup dalam kondisi kekurangan atau tidak adanya oksigen, seperti bakteri anaerob, dan cacing - parasit manusia dan hewan.

Ada fungsi lain dari karbohidrat dalam sel - konstruksi (struktural). Ini terletak pada kenyataan bahwa zat ini mendukung struktur sel. Sebagai contoh, selulosa adalah bagian dari dinding sel tanaman, kitin membentuk kerangka luar dan banyak invertebrata terjadi pada sel jamur, olisaharidy bersama-sama dengan lipid dan molekul protein membentuk Glikokaliks - nadmembranny kompleks. Ini menyediakan adhesi - antara sel menggumpal hewan, yang mengarah pada pembentukan jaringan.

Lipid: struktur dan fungsi

Zat-zat ini organik, yang hidrofobik (larut air) dapat dihapus, yaitu diekstraksi dari sel dengan pelarut nonpolar, seperti aseton atau kloroform. fungsi lipid dalam sel tergantung pada mana dari tiga kelompok mereka milik: untuk lemak, lilin atau steroid. Lemak adalah yang paling umum di semua jenis sel.

Hewan mengumpulkan mereka dalam jaringan adiposa subkutan, jaringan saraf mengandung lemak dalam bentuk selubung myelin saraf. Hal ini juga terakumulasi dalam ginjal, hati, serangga - di lemak tubuh. lemak cair - minyak - ditemukan dalam biji banyak tanaman: pinus, kacang tanah, bunga matahari, zaitun. Kandungan lipid dalam sel berkisar 5-90% (dalam jaringan adiposa).

Steroid dan lilin berbeda dari lemak dalam bahwa mereka tidak memiliki dalam molekul residu asam lemak. Jadi, steroid - itu hormon korteks adrenal, yang mempengaruhi pubertas tubuh dan merupakan komponen testosteron. Mereka juga bagian dari vitamin (misalnya, vitamin D).

Fungsi utama dari lipid dalam sel - adalah energi, konstruksi dan perlindungan. Yang pertama adalah karena fakta bahwa 1 gram lemak di belahan dada memberikan 38,9 kJ energi - lebih dari zat organik lainnya - protein dan karbohidrat. Selanjutnya, dalam oksidasi 1d lemak itu berdiri hampir 1,1 c. air. Itulah mengapa beberapa hewan memiliki saham lemak dalam tubuh Anda dapat menjadi waktu yang lama tanpa air. Misalnya, gophers bisa aktif selama lebih dari dua bulan, tanpa perlu air, dan tidak minum unta air pada transisi melalui padang gurun selama 10-12 hari.

Pembangunan fungsi lipid terletak pada kenyataan bahwa mereka adalah bagian integral dari membran sel, serta bagian dari saraf. Fungsi pelindung dari lipid terdiri dalam kenyataan bahwa lapisan lemak di bawah kulit di sekitar ginjal dan organ internal lainnya melindungi mereka dari cedera mekanik. Fungsi isolasi termal tertentu yang melekat pada hewan untuk waktu yang lama berada di air: ikan paus, anjing laut, anjing laut. Tebal subkutan adiposa lapisan, misalnya, paus biru adalah 0,5 m, melindungi hewan dari hipotermia.

Nilai Oksigen dalam metabolisme sel

organisme aerobik, yang meliputi mayoritas hewan, tumbuhan dan manusia, menggunakan oksigen atmosfer untuk reaksi pertukaran energi terkemuka dengan pembelahan zat organik dan alokasi sejumlah energi yang terakumulasi dalam bentuk molekul adenosin trifosfat.

Dengan demikian, oksidasi lengkap satu mol glukosa yang terjadi di krista mitokondria, 2800 kJ energi dialokasikan, yang 1596 kJ (55%) disimpan dalam bentuk molekul ATP mengandung koneksi macroergic. Dengan demikian, fungsi utama dari oksigen dalam sel - pelaksanaan respirasi aerobik, yang didasarkan pada sekelompok reaksi enzimatik yang disebut- rantai pernapasan terjadi di organel - mitokondria. Dalam organisme prokariotik - bakteri phototrophic dan cyanobacteria - oksidasi nutrisi terjadi di bawah pengaruh oksigen menyebar ke sel-sel di tonjolan internal membran plasma.

Kami memiliki organisasi kimia sel-sel telah dipelajari, serta proses sintesis protein dan fungsi oksigen dalam metabolisme energi sel.