Nagu me juba teame, koosneb rakk orgaanilistest ja anorgaanilistest kemikaalidest. Peamised anorgaanilised ained, millest rakk koosneb, on soolad ja vesi.
Vesi kui elu komponent
Vesi on kõigi organismide domineeriv komponent. Vee olulised bioloogilised funktsioonid täidetakse tänu selle molekulide ainulaadsetele omadustele, eriti dipoolide olemasolule, mis võimaldavad rakkude vahel tekkida vesiniksidemeid.
Tänu elusolendite kehas olevatele veemolekulidele toimuvad termilise stabiliseerimise ja termoregulatsiooni protsessid. Termoregulatsiooni protsess toimub veemolekulide suure soojusmahtuvuse tõttu: välistemperatuuri muutused ei mõjuta temperatuurimuutusi keha sees.
Tänu veele säilitavad inimkeha organid oma elastsuse. Vesi on selgroogsete liigeste või perikardi kotti jaoks vajalike määrdevedelike üks põhikomponente.
See sisaldub lima koostises, mis hõlbustab ainete liikumist läbi soolte. Vesi on sapi, pisarate ja sülje komponent.
Soolad ja muud anorgaanilised ained
Elusorganismi rakud sisaldavad lisaks veele ka selliseid anorgaanilisi aineid nagu happed, alused ja soolad. Mg2+, H2PO4, K, CA2, Na, C1- on organismi elus tähtsaimad. Nõrgad happed tagavad stabiilse rakusisese keskkonna (kergelt aluseline).
Ioonide kontsentratsioon rakkudevahelises aines ja rakus võib olla erinev. Näiteks Na + ioonid kontsentreeritakse ainult rakkudevahelises vedelikus, samas kui K + leidub ainult rakus.
Teatud ioonide arvu järsk vähenemine või suurenemine raku koostises ei põhjusta mitte ainult selle talitlushäireid, vaid ka surma. Näiteks Ca + koguse vähenemine rakus põhjustab rakusiseseid krampe ja selle edasist surma.
Mõned anorgaanilised ained interakteeruvad sageli rasvade, valkude ja süsivesikutega. Nii et silmatorkav näide on orgaanilised ühendid fosfori ja väävliga.
Valgumolekulide hulka kuuluv väävel vastutab molekulaarsete sidemete moodustumise eest organismis. Tänu fosfori ja orgaaniliste ainete sünteesile vabaneb valgu molekulidest energia.
Kaltsiumi soolad
Kaltsiumisoolad aitavad kaasa luukoe normaalsele arengule, samuti aju- ja seljaaju talitlusele. Kaltsiumi metabolism organismis toimub tänu D-vitamiinile. Kaltsiumisoolade liig või puudumine põhjustab organismi talitlushäireid.
Õpik 10-11 klassile
Jaotis I. Rakk – eluühik
Peatükk I. Raku keemiline koostis
Elusorganismid sisaldavad suurt hulka keemilisi elemente. Need moodustavad kahte ühendite klassi - orgaanilised ja anorgaanilised. Elusolendite tunnuseks on keemilised ühendid, mille struktuuri aluseks on süsinikuaatomid. Neid ühendeid nimetatakse orgaanilisteks. Orgaanilised ühendid on äärmiselt mitmekesised, kuid üldbioloogilise tähtsusega on ainult neli nende klassi: valgud, nukleiinhapped, süsivesikud ja lipiidid.
§ 1. Anorgaanilised ühendid
Bioloogiliselt olulised keemilised elemendid. Meile teadaolevast enam kui 100 keemilisest elemendist sisaldavad elusorganismid umbes 80 ja ainult 24 suhtes on teada, milliseid funktsioone nad rakus täidavad. Nende elementide komplekt ei ole juhuslik. Elu sai alguse Maailma ookeani vetest ja elusorganismid koosnevad peamiselt nendest elementidest, mis moodustavad vees kergesti lahustuvaid ühendeid. Enamik neist elementidest on valguse hulgas, nende omaduseks on võime sõlmida tugevaid (kovalentseid) sidemeid ja moodustada palju erinevaid kompleksmolekule.
Inimkeha rakkude koostises on ülekaalus hapnik (üle 60%), süsinik (umbes 20%) ja vesinik (umbes 10%). Lämmastik, kaltsium, fosfor, kloor, kaalium, väävel, naatrium, magneesium koos moodustavad umbes 5%. Ülejäänud 13 elementi moodustavad mitte rohkem kui 0,1%. Enamiku loomade rakkudel on sarnane elementaarne koostis; erinevad ainult taimede ja mikroorganismide rakud. Isegi neid elemente, mis sisalduvad rakkudes tühistes kogustes, ei saa millegagi asendada ja need on eluks hädavajalikud. Seega ei ületa joodi sisaldus rakkudes 0,01%. Kuid selle puudumisega pinnases (selle tõttu ja toiduainetes) on laste kasv ja areng aeglustunud. Vase sisaldus loomarakkudes ei ületa 0,0002%. Kuid vase puudumisega pinnases (seega taimedes) tekivad põllumajandusloomade massilised haigused.
Põhielementide lahtri väärtus on antud selle lõigu lõpus.
Anorgaanilised (mineraalsed) ühendid. Elusrakkude koostis sisaldab mitmeid suhteliselt lihtsaid ühendeid, mida leidub ka elutus looduses – mineraalides, looduslikes vetes. Need on anorgaanilised ühendid.
Vesi on üks levinumaid aineid maa peal. See katab suurema osa maakera pinnast. Peaaegu kõik elusolendid koosnevad peamiselt veest. Inimestel varieerub veesisaldus elundites ja kudedes 20%-st (luukoes) kuni 85%-ni (ajus). Umbes 2/3 inimese massist on vesi, meduusi kehas kuni 95% veest, isegi kuivades taimeseemnetes on vett 10-12%.
Vesi on ainulaadsete omadustega. Need omadused on elusorganismide jaoks nii olulised, et ilma selle vesiniku ja hapniku kombinatsioonita on elu võimatu ette kujutada.
Vee ainulaadsed omadused on määratud selle molekulide struktuuriga. Veemolekulis on üks hapnikuaatom kovalentselt seotud kahe vesinikuaatomiga (joonis 1). Vee molekul on polaarne (dipool). Positiivsed laengud on koondunud vesinikuaatomitele, kuna hapnik on elektronegatiivsem kui vesinik.
Riis. 1. Vesiniksidemete teke vees
Ühe veemolekuli negatiivselt laetud hapnikuaatom tõmmatakse teise molekuli positiivselt laetud vesinikuaatomi poole, et moodustada vesinikside (joonis 1).
Tugevuse poolest on vesinikside umbes 15–20 korda nõrgem kui kovalentne side. Seetõttu katkeb vesinikside kergesti, mida täheldatakse näiteks vee aurustumisel. Molekulide soojusliikumise tõttu vees osad vesiniksidemed katkevad, teised tekivad.
Seega on vedelas vees olevad molekulid liikuvad, mis on oluline ainevahetusprotsesside jaoks. Veemolekulid tungivad kergesti läbi rakumembraanide.
Molekulide suure polaarsuse tõttu on vesi teiste polaarsete ühendite lahustiks. Vees lahustub rohkem aineid kui üheski teises vedelikus. Seetõttu toimub raku veekeskkonnas palju keemilisi reaktsioone. Vesi lahustab ainevahetusprodukte ja eemaldab need rakust ja kehast tervikuna.
Vesi on suure soojusmahtuvusega, st võime absorbeerida soojust minimaalse temperatuurimuutusega. Tänu sellele kaitseb see rakku äkiliste temperatuurimuutuste eest. Kuna vee aurutamisele kulub palju soojust, siis vett aurustades saavad organismid end kaitsta ülekuumenemise eest (näiteks higistamise ajal).
Vesi on kõrge soojusjuhtivusega. See omadus loob võimaluse soojuse ühtlaseks jaotumiseks keha kudede vahel.
Vesi toimib hõõrduvate pindade (näiteks vuukide) jaoks vajalike "määrdeainete" lahustina.
Vee maksimaalne tihedus on 4 °C juures. Seetõttu on väiksema tihedusega jää veest kergem ja hõljub selle pinnal, mis kaitseb reservuaari külmumise eest.
Veega seoses jagunevad kõik rakuained kahte rühma: hüdrofiilsed - "armastav vett" ja hüdrofoobsed - "kardavad vett" (kreeka keelest "hydro" - vesi, "phileo" - armastus ja "phobos" - hirm) .
Hüdrofiilsed ained on vees hästi lahustuvad ained. Need on soolad, suhkrud, aminohapped. Hüdrofoobsed ained seevastu on vees praktiliselt lahustumatud. Nende hulka kuuluvad näiteks rasvad.
Rakku väliskeskkonnast eraldavad rakupinnad ja mõned muud struktuurid koosnevad vees mittelahustuvatest (hüdrofoobsetest) ühenditest. See säilitab raku struktuurse terviklikkuse. Piltlikult võib rakku kujutada kui anumat veega, kus toimuvad biokeemilised reaktsioonid, mis tagavad elu. Selle anuma seinad on vees lahustumatud. Siiski on nad võimelised vees lahustuvaid ühendeid selektiivselt läbima.
Raku anorgaanilistest ainetest tuleb lisaks veele nimetada sooli, mis on ioonsed ühendid. Neid moodustavad kaaliumi, naatriumi, magneesiumi ja teiste metallide katioonid ning vesinikkloriid-, süsi-, väävel- ja fosforhappe anioonid. Selliste soolade dissotsiatsiooni käigus tekivad katioonid lahustes (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ jne) ja anioonides (CI -, HCO 3 -, HS0 4 - jne). Ioonide kontsentratsioon raku välispinnal erineb nende kontsentratsioonist sisepinnal. Erinev arv kaaliumi- ja naatriumioone raku sise- ja välispinnal tekitab membraanil laengu erinevuse. Rakumembraani välispinnal on väga kõrge naatriumiioonide kontsentratsioon ja sisepinnal väga kõrge kaaliumiioonide kontsentratsioon ja madal naatriumi kontsentratsioon. Selle tulemusena tekib rakumembraani sise- ja välispinna vahel potentsiaalide erinevus, mis põhjustab ergastuse edasikandumise piki närvi või lihast.
Kaltsiumi- ja magneesiumiioonid on paljude ensüümide aktivaatorid ja nende defitsiidi korral on rakkudes elutähtsad protsessid häiritud. Anorgaanilised happed ja nende soolad täidavad elusorganismides mitmeid olulisi funktsioone. Vesinikkloriidhape loob happelise keskkonna loomade ja inimeste maos ning putuktoiduliste taimede eriorganites, kiirendades toiduvalkude seedimist. Fosforhappe jäägid (H 3 P0 4), ühinedes mitmete ensümaatiliste ja teiste rakuvalkudega, muudavad nende füsioloogilist aktiivsust. Väävelhappe jäägid, mis ühendavad vees lahustumatuid võõrkehi, annavad neile lahustuvuse ja aitavad seega kaasa nende eemaldamisele rakkudest ja organismidest. Taimede mineraalse toitumise olulised komponendid on dilämmastik- ja fosforhappe naatrium- ja kaaliumisoolad, väävelhappe kaltsiumisool, neid kantakse mulda taimede toitmise väetisena. Täpsemalt on allpool toodud keemiliste elementide raku väärtus.
Raku bioloogiliselt olulised keemilised elemendid
- Milline on vee bioloogiline roll rakus?
- Milliseid ioone rakus leidub? Mis on nende bioloogiline roll?
- Millist rolli mängivad rakus sisalduvad katioonid?
Kõik meie planeedi organismid koosnevad rakkudest, mis on keemilise koostise poolest sarnased. Selles artiklis räägime lühidalt raku keemilisest koostisest, selle rollist kogu organismi elus ja uurime, milline teadus seda küsimust uurib.
Raku keemilise koostise elementide rühmad
Teadust, mis uurib elusraku koostisosi ja struktuuri, nimetatakse tsütoloogiaks.
Kõik keha keemilises struktuuris sisalduvad elemendid võib jagada kolme rühma:
- makrotoitained;
- mikroelemendid;
- ultramikroelemendid.
Makrotoitainete hulka kuuluvad vesinik, süsinik, hapnik ja lämmastik. Peaaegu 98% kõigist koostisosadest langeb nende osakaalule.
Mikroelemendid on saadaval kümnendiku ja sajandikku protsentides. Ja väga väike ultramikroelementide sisaldus - sajandik- ja tuhandikud protsenti.
TOP 4 artiklitkes sellega kaasa lugesid
Kreeka keelest tõlgituna tähendab “makro” suurt ja “mikro” väikest.
Teadlased on leidnud, et pole olemas spetsiaalseid elemente, mis oleksid omased ainult elusorganismidele. Seetõttu koosneb see elav, see elutu loodus samadest elementidest. See tõestab nende suhet.
Vaatamata keemilise elemendi kvantitatiivsele sisaldusele põhjustab vähemalt ühe neist puudumine või vähenemine kogu organismi surma. Lõppude lõpuks on igal neist oma tähendus.
Raku keemilise koostise roll
Makrotoitained on biopolümeeride aluseks, nimelt valgud, süsivesikud, nukleiinhapped ja lipiidid.
Mikroelemendid on osa ainevahetusprotsessides osalevatest elutähtsatest orgaanilistest ainetest. Need on mineraalsoolade koostisosad, mis on katioonide ja anioonide kujul, nende suhe määrab leeliselise keskkonna. Enamasti on see kergelt leeliseline, kuna mineraalsoolade suhe ei muutu.
Hemoglobiin sisaldab rauda, klorofülli - magneesiumi, valke - väävlit, nukleiinhappeid - fosforit, ainevahetus toimub piisava koguse kaltsiumiga.
Riis. 2. Raku koostis
Mõned keemilised elemendid on anorgaaniliste ainete, näiteks vee, koostisosad. See mängib olulist rolli nii taime- kui ka loomarakkude elus. Vesi on hea lahusti, seetõttu jagunevad kõik kehas olevad ained järgmisteks osadeks:
- hüdrofiilne - lahustada vees;
- Hüdrofoobne - mitte lahustada vees.
Vee olemasolu tõttu muutub rakk elastseks, see aitab kaasa orgaaniliste ainete liikumisele tsütoplasmas.
Riis. 3. Raku ained.
Tabel "Raku keemilise koostise omadused"
Et selgelt mõista, millised keemilised elemendid on raku osa, lisasime need järgmisesse tabelisse:
|
Elemendid |
Tähendus |
|
|
Makrotoitained |
||
|
Hapnik, süsinik, vesinik, lämmastik |
||
|
Taimede kesta lahutamatu osa, loomakehas on luude ja hammaste koostises, osaleb aktiivselt vere hüübimises. |
||
|
Sisaldub nukleiinhapetes, ensüümides, luukoes ja hambaemailis. |
||
|
mikroelemendid |
||
|
See on valkude, ensüümide ja vitamiinide alus. |
||
|
Tagab närviimpulsside edastamise, aktiveerib valgusünteesi, fotosünteesi ja kasvuprotsesse. |
||
|
Üks maomahla komponente, ensüümi provokaator. |
||
|
Osaleb aktiivselt ainevahetusprotsessides, kilpnäärmehormooni komponent. |
||
|
Tagab impulsside edastamise närvisüsteemis, hoiab rakus püsivat rõhku, provotseerib hormoonide sünteesi. |
||
|
Klorofülli, luukoe ja hammaste komponent provotseerib DNA sünteesi ja soojusülekande protsesse. |
||
|
Hemoglobiini, läätse, sarvkesta lahutamatu osa sünteesib klorofülli. Transpordib hapnikku kogu kehas. |
||
|
Ultramikroelemendid |
||
|
Vereloome protsesside, fotosünteesi lahutamatu osa kiirendab rakusiseseid oksüdatsiooniprotsesse. |
||
|
Mangaan |
See aktiveerib fotosünteesi, osaleb vereloomes, annab suure saagise. |
|
|
Hambaemaili komponent. |
||
|
Reguleerib taimede kasvu. |
||
Mida me õppisime?
Igal eluslooduse rakul on oma keemiliste elementide komplekt. Oma koostise järgi on elava ja eluta looduse objektidel sarnasusi, mis tõestab nende lähedast seost. Iga rakk koosneb makro-, mikro- ja ultramikrotoitainetest, millest igaühel on oma roll. Vähemalt ühe puudumine põhjustab haigusi ja isegi kogu organismi surma.
Teemaviktoriin
Aruande hindamine
Keskmine hinne: 4.5. Saadud hinnanguid kokku: 819.
Anorgaanilised ained, mis moodustavad raku
Tunni eesmärk: uurida raku keemilist koostist, selgitada välja anorgaaniliste ainete roll.
Tunni eesmärgid:
hariv: näidata elusorganisme moodustavate keemiliste elementide ja ühendite mitmekesisust, nende tähtsust eluprotsessis;
arendamine: jätkab õpikuga iseseisva töö oskuste ja vilumuste kujundamist, oskust esile tõsta põhilist, sõnastada järeldusi;
hariv: kasvatada vastutustundlikku suhtumist määratud ülesannete elluviimisse.
Varustus: multimeediaprojektor, esitlus, jaotusmaterjal.
Tunniplaan
I. Organisatsioonimoment.
Tervitused; - publiku ettevalmistamine tööks; - õpilaste olemasolu.
II. Õppetegevuse motiveerimine.
- Siin on sõnade komplekt: vask, valgud, raud, süsivesikud, rasvad, vitamiinid, magneesium, kuld, väävel, kaltsium, fosfor.
Millisesse kahte rühma saab need sõnad jagada? Selgitage vastust. (Orgaanilised ja anorgaanilised; kemikaalid ja keemilised elemendid).
- Kes teist oskab nimetada teatud ainete, elementide rolli elusorganismide elus?
- Seadke endale meie tunni eesmärk ja eesmärgid, lähtudes teema pealkirjast.
III. Uue materjali esitlus.
Esitlus. Esitlus sisaldab korraga 3 õppetundi sellel teemal. Alustame tööd võtme teise slaidiga: soovitud õppetundi minemiseks järgige hüperlinki.
3. slaid: vestlus skeemi "Keemiliste elementide sisaldus inimkehas" järgi:
- Rakk sisaldab umbes 80 erinevat keemilist elementi, mida leidub elutu looduse objektides. Mida see võib öelda? (elu ja elutu looduse ühisuse kohta). 27 elementi täidavad teatud funktsioone, ülejäänud sisenevad kehasse toidu, vee, õhuga.
- Millised on keemilised elemendid ja millises koguses neid inimkeha sisaldab?
- Kõik elusorganismides leiduvad keemilised ühendid on jagatud rühmadesse.
- Koostage tabeli abil diagramm “Keemiliste elementide põhirühmad looduses” (vt tabel “Elusorganismide rakke moodustavad elemendid”, vt. Tabel 1 ). Hapnik, vesinik, süsinik, lämmastik, väävel ja fosfor on bioloogiliste polümeeri molekulide (valgud, nukleiinhapped) olulised komponendid, neid nimetatakse sageli bioelementideks.
Skeem
Slaid 5: Alustage tabeli täitmist - viitekokkuvõte märkmikus (seda tabelit täiendatakse järgmistes tundides, vaata tabelit 2 ).
- Kõikidest elusorganismides sisalduvatest keemilistest ühenditest moodustab vesi 75–85% kehamassist.
Milleks seda kogust vett vaja on? Mis on vee funktsioon elusorganismis?
– Te juba teate, et struktuur ja funktsioonid on omavahel seotud. Vaatame lähemalt veemolekuli struktuuri, et teada saada, miks veel sellised omadused on. Selgitamise käigus täidad oma vihikusse toetavad märkmed (vt slaid 5).
Slaidid 6–7 demonstreerida veemolekuli struktuurseid iseärasusi, selle omadusi.
- Organisme moodustavatest anorgaanilistest ühenditest on suurima tähtsusega mineraalhapete soolad ning vastavad katioonid ja anioonid. Kuigi inimeste ja loomade vajadus mineraalainete järele väljendub kümnendites ja isegi tuhandikutes grammides, viib mõne bioloogiliselt olulise elemendi puudumine toidus tõsiste haigusteni.
- Täida tabel veerg “Mineraalsoolad”, kasutades õpiku materjali lk.104 - 107. ( slaid 8, tehtud töö kontrollimiseks klõpsake hüperlingil).
- Too näiteid, mis tõestavad mineraalsoolade rolli elusorganismide elus.
IV. Uue materjali kinnitamine:
mitu õpilast (mitu arvutit klassis) sooritavad interaktiivse testi 1 “Raku anorgaanilised ained”;
ülejäänud esinevad ülesanded mõtlemise ja järelduste tegemise oskuse treenimiseks(jaotusmaterjal) :
Kahe esimese termini vahel on teatav seos. Neljanda ja ühe järgmistest mõistetest on sama seos. Leia see:
1. Jood: kilpnääre = fluor: _______________________
a) pankreas b) hambaemail c) nukleiinhape d) neerupealised
2. Raud: hemoglobiin = __________: klorofüll:
a) koobalt b) vask c) jood d) magneesium
3. Esita digitaalne diktaat "Molekulid". 1. Vesiniksidemed on molekuli nõrgimad sidemed (1). 2. Struktuur ja koostis on üks ja seesama (0). 3. Kompositsioon määrab alati struktuuri (0). 4. Molekuli koostis ja struktuur määravad selle omadused (1). 5. Veemolekulide polaarsus seletab nende võimet aeglaselt soojeneda ja jahtuda (0). 6. Veemolekulis olev hapnikuaatom kannab positiivset laengut. (0)
V. Tunni kokkuvõte.
Kas saavutasite tunni eesmärgid ja eesmärgid? Mida uut te selles õppetükis avastasite?
Kirjandus:
Bioloogia. 9. klass: tunniplaanid S. G. Mamontovi, V. B. Zakharova, N. I. Sonina õpiku järgi / toim. - komp. M. M. Gumenyuk. Volgograd: Õpetaja, 2006.
Lerner G.I. Üldine bioloogia. Tunni testid ja ülesanded. 10-11 klass. / - M .: Akvaarium, 1998.
Mamontov S.G., Zahharov V.B., Sonin N.I. Bioloogia. Üldised mustrid. 9. klass: Proc. üldhariduse jaoks õpik asutused. – M.: Bustard, 2000.
CD Digitaalsete õppematerjalide komplekt õpikule Teremov A.V., Petrosova R.A., Nikishov A.I. Bioloogia. Üldised elumustrid: 9 rakku. humanite toim. VLADOS Center, 2003. Physicon LLC, 2007.
Organismid koosnevad rakkudest. Erinevate organismide rakkudel on sarnane keemiline koostis. Tabelis 1 on toodud peamised elusorganismide rakkudes leiduvad keemilised elemendid.
Tabel 1. Keemiliste elementide sisaldus rakus
Lahtri sisu järgi saab eristada kolme elementide rühma. Esimesse rühma kuuluvad hapnik, süsinik, vesinik ja lämmastik. Need moodustavad peaaegu 98% raku kogukoostisest. Teise rühma kuuluvad kaalium, naatrium, kaltsium, väävel, fosfor, magneesium, raud, kloor. Nende sisaldus lahtris on kümnendikku ja sajandikku protsenti. Nende kahe rühma elemendid kuuluvad makrotoitained(kreeka keelest. makro- suur).
Ülejäänud elemendid, mis on lahtris esindatud protsendi sajandikute ja tuhandikutega, kuuluvad kolmandasse rühma. seda mikroelemendid(kreeka keelest. mikro- väike).
Ainult elusloodusele omaseid elemente rakust ei leitud. Kõik need keemilised elemendid on samuti osa elutust loodusest. See näitab elava ja eluta looduse ühtsust.
Mis tahes elemendi puudumine võib põhjustada haigusi ja isegi keha surma, kuna igal elemendil on kindel roll. Esimese rühma makrotoitained moodustavad biopolümeeride aluse - valgud, süsivesikud, nukleiinhapped ja lipiidid, ilma milleta pole elu võimatu. Väävel on osa mõnedest valkudest, fosfor on osa nukleiinhapetest, raud on osa hemoglobiinist ja magneesium on osa klorofüllist. Kaltsium mängib ainevahetuses olulist rolli.
Osa rakus sisalduvatest keemilistest elementidest on osa anorgaanilistest ainetest – mineraalsooladest ja veest.
mineraalsoolad on rakus reeglina katioonide (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) ja anioonide (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3) kujul. ), mille suhe määrab söötme happesuse, mis on oluline rakkude elutegevuseks.
(Paljudes rakkudes on sööde kergelt aluseline ja selle pH peaaegu ei muutu, kuna selles säilib pidevalt teatud katioonide ja anioonide suhe.)
Looduses leiduvatest anorgaanilistest ainetest mängib tohutut rolli vesi.
Elu on võimatu ilma veeta. See moodustab enamiku rakkude märkimisväärse massi. Ajurakkudes ja inimembrüodes sisaldub palju vett: üle 80% veest; rasvkoe rakkudes - ainult 40%.Vanaduseks veesisaldus rakkudes väheneb. Inimene, kes kaotab 20% veest, sureb.
Vee ainulaadsed omadused määravad selle rolli organismis. Ta osaleb termoregulatsioonis, mis on tingitud vee suurest soojusmahtuvusest – kuumutamisel kulub suurel hulgal energiat. Millest sõltub vee kõrge soojusmahtuvus?
Veemolekulis on hapnikuaatom kovalentselt seotud kahe vesinikuaatomiga. Veemolekul on polaarne, kuna hapnikuaatomil on osaliselt negatiivne laeng ja mõlemal kahel vesinikuaatomil on
Osaliselt positiivne laeng. Ühe veemolekuli hapnikuaatomi ja teise molekuli vesinikuaatomi vahel moodustub vesinikside. Vesiniksidemed võimaldavad ühendada suure hulga veemolekule. Vee soojendamisel kulub märkimisväärne osa energiast vesiniksidemete lõhkumisele, mis määrab selle kõrge soojusmahtuvuse.
Vesi - hea lahusti. Polaarsuse tõttu interakteeruvad selle molekulid positiivselt ja negatiivselt laetud ioonidega, aidates seeläbi kaasa aine lahustumisele. Vee suhtes jagunevad kõik raku ained hüdrofiilseteks ja hüdrofoobseteks.
hüdrofiilne(kreeka keelest. hüdro- vesi ja fileo- armastus) nimetatakse aineteks, mis lahustuvad vees. Nende hulka kuuluvad ioonsed ühendid (nt soolad) ja mõned mitteioonsed ühendid (nt suhkrud).
hüdrofoobne(kreeka keelest. hüdro- vesi ja fobos- hirm) nimetatakse aineteks, mis on vees lahustumatud. Nende hulka kuuluvad näiteks lipiidid.
Vesi mängib olulist rolli rakus vesilahustes toimuvates keemilistes reaktsioonides. See lahustab organismile mittevajalikud ainevahetusproduktid ja aitab seeläbi kaasa nende väljutamisele organismist. Kõrge veesisaldus rakus annab selle elastsus. Vesi hõlbustab erinevate ainete liikumist rakus või rakust rakku.
Elus ja elutu looduse kehad koosnevad samadest keemilistest elementidest. Elusorganismide koostis sisaldab anorgaanilisi aineid - vett ja mineraalsooli. Vee arvukad elutähtsad funktsioonid rakus tulenevad selle molekulide iseärasustest: nende polaarsusest, võimest moodustada vesiniksidemeid.
RAKU ANORGAANILISED KOMPONENDID
Elusorganismide rakkudes leidub umbes 90 elementi ja ligikaudu 25 neist leidub peaaegu kõigis rakkudes. Vastavalt sisaldusele rakus jagunevad keemilised elemendid kolme suurde rühma: makroelemendid (99%), mikroelemendid (1%), ultramikroelemendid (alla 0,001%).
Makrotoitainete hulka kuuluvad hapnik, süsinik, vesinik, fosfor, kaalium, väävel, kloor, kaltsium, magneesium, naatrium ja raud.
Mikroelementide hulka kuuluvad mangaan, vask, tsink, jood, fluor.
Ultramikroelementide hulka kuuluvad hõbe, kuld, broom, seleen.
| ELEMENDID | SISU KEHAS (%) | BIOLOOGILINE TÄHENDUS |
| Makrotoitained: | ||
| O.C.H.N | 62-3 | Need on osa kõigist raku orgaanilistest ainetest, veest |
| Fosfor R | 1,0 | Need on osa nukleiinhapetest, ATP-st (moodustab makroergilised sidemed), ensüümidest, luukoest ja hambaemailist |
| Kaltsium Ca +2 | 2,5 | Taimedel on see osa rakumembraanist, loomadel luudest ja hammastest, aktiveerib vere hüübimist |
| Mikroelemendid: | 1-0,01 | |
| Väävel S | 0,25 | Sisaldab valke, vitamiine ja ensüüme |
| Kaalium K+ | 0,25 | Põhjustab närviimpulsside juhtivust; valkude sünteesi ensüümide, fotosünteesi protsesside, taimekasvu aktivaator |
| Kloor CI - | 0,2 | On maomahla komponent vesinikkloriidhappe kujul, aktiveerib ensüüme |
| Naatrium Na+ | 0,1 | Tagab närviimpulsside juhtivuse, säilitab rakus osmootse rõhu, stimuleerib hormoonide sünteesi |
| Magneesium Mg +2 | 0,07 | Sisaldub klorofülli molekulis, leidub luudes ja hammastes, aktiveerib DNA sünteesi, energia metabolismi |
| Jood I - | 0,1 | See on osa kilpnäärme hormoonist - türoksiinist, mõjutab ainevahetust |
| Raud Fe+3 | 0,01 | See on osa hemoglobiinist, müoglobiinist, silmaläätsest ja sarvkestast, ensüümi aktivaatorist ja osaleb klorofülli sünteesis. Tagab hapniku transpordi kudedesse ja organitesse |
| Ultramikroelemendid: | vähem kui 0,01, jäljed | |
| Vask Si +2 | Osaleb hematopoeesi, fotosünteesi protsessides, katalüüsib rakusiseseid oksüdatiivseid protsesse | |
| Mangaan Mn | Suurendab taimede saagikust, aktiveerib fotosünteesi protsessi, mõjutab hematopoeesi protsesse | |
| Bor V | Mõjutab taimede kasvuprotsesse | |
| Fluor F | See on osa hambaemailist, vaeguse korral areneb kaaries, ülejäägiga - fluoroos | |
| Ained: | ||
| H 2 0 | 60-98 | See moodustab keha sisekeskkonna, osaleb hüdrolüüsiprotsessides, struktureerib rakku. Universaalne lahusti, katalüsaator, keemilistes reaktsioonides osaleja |
RAKU ORGAANILISED KOMPONENDID
| AINED | STRUKTUUR JA OMADUSED | FUNKTSIOONID |
| Lipiidid | ||
| Kõrgemate rasvhapete ja glütserooli estrid. Fosfolipiidid sisaldavad ka H 3 PO4 jääki.Neil on hüdrofoobsed või hüdrofiilsed-hüdrofoobsed omadused, kõrge energiaintensiivsus | Ehitus- moodustab kõigist membraanidest bilipiidkihi. Energia. Termoreguleeriv. Kaitsev. Hormonaalne(kortikosteroidid, suguhormoonid). Vitamiinide D, E komponendid. Vee allikas kehas Varu toitaine |
|
| Süsivesikud | ||
| Monosahhariidid: glükoos, fruktoos, riboos, desoksüriboos |
Vees hästi lahustuv | Energia |
| Disahhariidid: sahharoos, maltoos (linnasesuhkur) |
Vees lahustuv | DNA, RNA, ATP komponendid |
| Polüsahhariidid: tärklis, glükogeen, tselluloos |
Vees halvasti lahustuv või lahustumatu | Varu toitaine. Ehitus – taimeraku kest |
| Oravad | Polümeerid. Monomeerid - 20 aminohapet. | Ensüümid on biokatalüsaatorid. |
| I struktuur - aminohapete järjestus polüpeptiidahelas. Side – peptiid – CO- NH- | Ehitus – on osa membraanistruktuuridest, ribosoomidest. | |
| II struktuur - a-heeliks, side - vesinik | Motoorne (kokkutõmbuvad lihasvalgud). | |
| III struktuur – ruumiline konfiguratsioon a- spiraalid (gloobul). Sidemed - ioonsed, kovalentsed, hüdrofoobsed, vesinikud | Transport (hemoglobiin). Kaitsev (antikehad). Reguleeriv (hormoonid, insuliin) | |
| Struktuur IV ei ole iseloomulik kõigile valkudele. Mitme polüpeptiidahela ühendamine üheks pealisehitiseks.Need lahustuvad vees halvasti. Kõrgete temperatuuride, kontsentreeritud hapete ja leeliste, raskmetallide soolade toime põhjustab denaturatsiooni | ||
| Nukleiinhapped: | Biopolümeerid. Koosneb nukleotiididest | |
| DNA - desoksüribonukleiinhape. | Nukleotiidide koostis: desoksüriboos, lämmastiku alused - adeniin, guaniin, tsütosiin, tümiin, H 3 PO 4 jääk. Lämmastikaluste komplementaarsus A \u003d T, G \u003d C. Topeltheeliks. Võimalus ennast kahekordistada | Nad moodustavad kromosoome. Päriliku teabe, geneetilise koodi säilitamine ja edastamine. RNA, valkude biosüntees. Kodeerib valgu primaarset struktuuri. Sisaldub tuumas, mitokondrites, plastiidides |
| RNA - ribonukleiinhape. | Nukleotiidide koostis: riboos, lämmastiku alused - adeniin, guaniin, tsütosiin, uratsiil, H 3 PO 4 jääk Lämmastiku aluste komplementaarsus A \u003d U, G \u003d C. Üks ahel | |
| Messenger RNA | Valkude biosünteesis osaleva valgu primaarstruktuuri kohta teabe edastamine | |
| Ribosomaalne RNA | Ehitab üles ribosoomi keha | |
| RNA ülekandmine | Kodeerib ja transpordib aminohappeid valgusünteesi kohta – ribosoomi | |
| Viiruse RNA ja DNA | Viiruste geneetiline aparaat | |
Ensüümid.
Valkude kõige olulisem funktsioon on katalüütiline. Nimetatakse valgumolekule, mis suurendavad keemiliste reaktsioonide kiirust rakus mitme suurusjärgu võrra ensüümid. Ükski biokeemiline protsess kehas ei toimu ilma ensüümide osaluseta.
Praeguseks on avastatud üle 2000 ensüümi. Nende efektiivsus on kordades suurem kui tootmises kasutatavate anorgaaniliste katalüsaatorite efektiivsus. Niisiis, 1 mg rauda katalaasi ensüümi koostises asendab 10 tonni anorgaanilist rauda. Katalaas suurendab vesinikperoksiidi (H 2 O 2) lagunemise kiirust 10 11 korda. Süsihappe moodustumist katalüüsiv ensüüm (CO 2 + H 2 O \u003d H 2 CO 3) kiirendab reaktsiooni 10 7 korda.
Ensüümide oluline omadus on nende toime spetsiifilisus, iga ensüüm katalüüsib ainult ühte või väikest rühma sarnaseid reaktsioone.
Aine, millele ensüüm toimib, nimetatakse substraat. Ensüümmolekuli ja substraadi struktuurid peavad üksteisega täpselt ühtima. See seletab ensüümide toime spetsiifilisust. Substraadi kombineerimisel ensüümiga muutub ensüümi ruumiline struktuur.
Ensüümi ja substraadi interaktsiooni järjestust saab skemaatiliselt kujutada:
Substraat+Ensüüm – Ensüüm-substraadi kompleks – Ensüüm+toode.
Diagrammilt on näha, et substraat ühineb ensüümiga, moodustades ensüümi-substraadi kompleksi. Sel juhul muudetakse substraat uueks aineks - tooteks. Viimases etapis vabaneb ensüüm tootest ja interakteerub uuesti järgmise substraadi molekuliga.
Ensüümid toimivad ainult teatud temperatuuril, ainete kontsentratsioonil, keskkonna happesusel. Tingimuste muutumine põhjustab valgu molekuli tertsiaarse ja kvaternaarse struktuuri muutumist ning sellest tulenevalt ensüümi aktiivsuse pärssimist. Kuidas see juhtub? Ainult teatud osa ensüümi molekulist omab katalüütilist aktiivsust, nn aktiivne keskus. Aktiivne keskus sisaldab 3 kuni 12 aminohappejääki ja moodustub polüpeptiidahela painutamise tulemusena.
Erinevate tegurite mõjul muutub ensüümi molekuli struktuur. Sel juhul on aktiivse keskuse ruumiline konfiguratsioon häiritud ja ensüüm kaotab oma aktiivsuse.
Ensüümid on valgud, mis toimivad bioloogiliste katalüsaatoritena. Tänu ensüümidele suureneb keemiliste reaktsioonide kiirus rakkudes mitme suurusjärgu võrra. Ensüümide oluline omadus on toime spetsiifilisus teatud tingimustel.
Nukleiinhapped.
Nukleiinhapped avastati 19. sajandi teisel poolel. Šveitsi biokeemik F. Miescher, kes eraldas rakkude tuumadest suure lämmastiku- ja fosforisisaldusega aine ning nimetas seda "nukleiiniks" (lat. tuum- tuum).
Nukleiinhapped salvestavad pärilikku teavet iga raku ja kõigi Maa elusolendite ehituse ja toimimise kohta. Nukleiinhappeid on kahte tüüpi – DNA (desoksüribonukleiinhape) ja RNA (ribonukleiinhape). Nukleiinhapped, nagu ka valgud, on liigispetsiifilised, see tähendab, et iga liigi organismidel on oma DNA tüüp. Liigispetsiifilisuse põhjuste väljaselgitamiseks kaaluge nukleiinhapete struktuuri.
Nukleiinhappemolekulid on väga pikad ahelad, mis koosnevad paljudest sadadest ja isegi miljonitest nukleotiididest. Iga nukleiinhape sisaldab ainult nelja tüüpi nukleotiide. Nukleiinhappemolekulide funktsioonid sõltuvad nende struktuurist, nende koostises olevatest nukleotiididest, nende arvust ahelas ja ühendi järjestusest molekulis.
Iga nukleotiid koosneb kolmest komponendist: lämmastiku alusest, süsivesikutest ja fosforhappest. Iga DNA nukleotiid sisaldab ühte neljast lämmastiku aluse tüübist (adeniin - A, tümiin - T, guaniin - G või tsütosiin - C), samuti desoksüriboosi süsivesikuid ja fosforhappe jääki.
Seega erinevad DNA nukleotiidid ainult lämmastikaluse tüübi poolest.
DNA molekul koosneb tohutust hulgast nukleotiididest, mis on ahelas teatud järjestuses ühendatud. Igal DNA molekuli tüübil on oma nukleotiidide arv ja järjestus.
DNA molekulid on väga pikad. Näiteks ühe inimese raku (46 kromosoomi) DNA molekulide nukleotiidide järjestuse üleskirjutamiseks oleks vaja umbes 820 000-leheküljelist raamatut. Nelja tüüpi nukleotiidide vaheldumine võib moodustada lõpmatu arvu DNA molekulide variante. Need DNA molekulide struktuuri omadused võimaldavad neil salvestada tohutul hulgal teavet kõigi organismide märkide kohta.
1953. aastal lõid Ameerika bioloog J. Watson ja inglise füüsik F. Crick DNA molekuli struktuuri mudeli. Teadlased on leidnud, et iga DNA molekul koosneb kahest omavahel ühendatud ja spiraalselt keerdunud ahelast. See näeb välja nagu topeltspiraal. Igas ahelas vahelduvad nelja tüüpi nukleotiidid kindlas järjestuses.
DNA nukleotiidide koostis on erinevat tüüpi bakterite, seente, taimede ja loomade puhul erinev. Kuid see ei muutu vanusega, see sõltub vähe keskkonna muutustest. Nukleotiidid on seotud, see tähendab, et adeniini nukleotiidide arv mis tahes DNA molekulis võrdub tümidiini nukleotiidide (A-T) arvuga ja tsütosiini nukleotiidide arv on võrdne guaniini nukleotiidide (C-G) arvuga. Selle põhjuseks on asjaolu, et kahe ahela ühendamine DNA molekulis järgib teatud reeglit, nimelt: ühe ahela adeniin on alati ühendatud kahe vesiniksidemega ainult teise ahela tümiiniga ja guaniin kolme vesinikuga. sidemed tsütosiiniga, see tähendab, et ühe molekuli DNA nukleotiidahelad on komplementaarsed, täiendavad üksteist.
Nukleiinhappemolekulid – DNA ja RNA koosnevad nukleotiididest. DNA nukleotiidide koostis sisaldab lämmastikku sisaldavat alust (A, T, G, C), desoksüriboosi süsivesikuid ja fosforhappemolekuli jääki. DNA molekul on kaksikheeliks, mis koosneb kahest ahelast, mis on komplementaarsuse põhimõttel ühendatud vesiniksidemetega. DNA ülesanne on talletada pärilikku teavet.
Kõigi organismide rakkudes on ATP - adenosiintrifosforhappe molekulid. ATP on universaalne rakuaine, mille molekulis on energiarikkad sidemed. ATP molekul on ühte tüüpi nukleotiid, mis, nagu ka teised nukleotiidid, koosneb kolmest komponendist: lämmastiku alus - adeniin, süsivesik - riboos, kuid ühe asemel sisaldab see kolme fosforhappemolekuli jääki (joonis 12). Joonisel ikooniga tähistatud sidemed on energiarikkad ja neid nimetatakse makroergiline. Iga ATP molekul sisaldab kahte makroergilist sidet.
Makroergilise sideme katkemisel ja ühe fosforhappe molekuli lõhustamisel ensüümide abil vabaneb 40 kJ / mol energiat ja ATP muundatakse ADP-ks - adenosiindifosforhappeks. Veel ühe fosforhappemolekuli elimineerimisel vabaneb veel 40 kJ / mol; Moodustub AMP - adenosiinmonofosforhape. Need reaktsioonid on pöörduvad, see tähendab, et AMP võib muutuda ADP-ks, ADP - ATP-ks.
ATP molekule mitte ainult ei lagundata, vaid ka sünteesitakse, mistõttu on nende sisaldus rakus suhteliselt konstantne. ATP tähtsus raku elus on tohutu. Need molekulid mängivad juhtivat rolli raku ja organismi kui terviku elutegevuse tagamiseks vajalikus energiavahetuses.
Riis. 12. ATP struktuuri skeem.| adeniin - |
RNA molekul on reeglina üks ahel, mis koosneb nelja tüüpi nukleotiididest - A, U, G, C. Tuntud on kolm peamist RNA tüüpi: mRNA, rRNA, tRNA. RNA molekulide sisaldus rakus ei ole konstantne, nad osalevad valkude biosünteesis. ATP on raku universaalne energiaaine, milles on energiarikkad sidemed. ATP mängib keskset rolli rakus toimuvas energiavahetuses. RNA ja ATP leidub nii raku tuumas kui ka tsütoplasmas.
Ülesanded ja testid teemal "Teema 4. "Raku keemiline koostis."
- polümeer, monomeer;
- süsivesikud, monosahhariid, disahhariid, polüsahhariid;
- lipiid, rasvhape, glütserool;
- aminohape, peptiidside, valk;
- katalüsaator, ensüüm, aktiivne sait;
- nukleiinhape, nukleotiid.
Algoritm probleemide lahendamiseks.
Tüüp 1. DNA isekopeeruv.
Ühel DNA ahelal on järgmine nukleotiidjärjestus:
AGTACCGATACCGATTTCG...
Milline nukleotiidide järjestus on sama molekuli teisel ahelal?
DNA molekuli teise ahela nukleotiidjärjestuse kirjutamiseks, kui esimese ahela järjestus on teada, piisab tümiini asendamisest adeniiniga, adeniini tümiiniga, guaniini tsütosiiniga ja tsütosiin guaniiniga. Selle asendusega saame järgmise jada:
TACTGGCTATGAGCTAAATG...
Tüüp 2. Valkude kodeerimine.
Ribonukleaasi valgu aminohappeahelal on järgmine algus: lüsiin-glutamiin-treoniin-alaniin-alaniin-alaniin-lüsiin ...
Milline nukleotiidide järjestus käivitab sellele valgule vastava geeni?
Selleks kasutage geneetilise koodi tabelit. Iga aminohappe jaoks leiame selle koodnimetuse vastava nukleotiidide trio kujul ja kirjutame selle välja. Järjestades need kolmikud üksteise järel samas järjekorras, nagu vastavad aminohapped lähevad, saame sõnumi RNA sektsiooni struktuuri valemi. Reeglina on selliseid kolmikuid mitu, valik tehakse teie otsuse järgi (kuid võetakse ainult üks kolmikutest). Lahendusi võib olla vastavalt mitu.
AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG
Millise aminohappejärjestusega valk algab, kui seda kodeerib selline nukleotiidide järjestus:
ACGCCATGGCCGGT...
Komplementaarsuse põhimõtte kohaselt leiame DNA molekuli antud segmendil moodustatud informatsioonilise RNA sektsiooni struktuuri:
UGCGGGUACCCGCCCA...
Seejärel pöördume geneetilise koodi tabeli poole ja iga nukleotiidide trio jaoks, alustades esimesest, leiame ja kirjutame välja sellele vastava aminohappe:
Tsüsteiin-glütsiin-türosiin-arginiin-proliin-...
Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Üldbioloogia". Moskva, "Valgustus", 2000
- Teema 4. "Raku keemiline koostis." §2-§7 lk 7-21
- Teema 5. "Fotosüntees." §16-17 lk 44-48
- Teema 6. "Rakuhingamine". §12-13 lk 34-38
- Teema 7. "Geneetiline teave". §14-15 lk 39-44