Elementi chimici della cellula.

• Prevenzione

Le cellule degli organismi viventi nella loro composizione chimica sono significativamente diverse dall'ambiente circostante inanimato e dalla struttura dei composti chimici, e dall'insieme e dal contenuto degli elementi chimici. In totale, circa 90 elementi chimici sono presenti (trovati oggi) negli organismi viventi, che, a seconda del loro contenuto, sono suddivisi in 3 gruppi principali: macronutrienti, microelementi e ultramicroelementi.

Macronutrienti.

I macroelementi in quantità significative sono rappresentati negli organismi viventi, che vanno dal centesimo al percento al dieci percento. Se il contenuto di una qualsiasi sostanza chimica nell'organismo supera lo 0,005% del peso corporeo, questa sostanza viene indicata come macroelementi. Fanno parte dei tessuti principali: sangue, ossa e muscoli. Questi includono, ad esempio, i seguenti elementi chimici: idrogeno, ossigeno, carbonio, azoto, fosforo, zolfo, sodio, calcio, potassio, cloro. I macroelementi totalizzano circa il 99% della massa delle cellule viventi, con la maggioranza (98%) di idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto.

La tabella seguente mostra i principali macronutrienti nel corpo:

Per tutti e quattro gli elementi più comuni negli organismi viventi (idrogeno, ossigeno, carbonio, azoto, come detto prima), una proprietà comune è caratteristica. Questi elementi mancano di uno o più elettroni nell'orbita esterna per formare legami elettronici stabili. Pertanto, l'atomo di idrogeno per la formazione di un legame di elettroni stabile non ha un elettrone nell'orbita esterna, gli atomi di ossigeno, l'azoto e il carbonio - due, tre e quattro elettroni, rispettivamente. A questo proposito, questi elementi chimici formano facilmente legami covalenti a causa dell'accoppiamento di elettroni e possono facilmente interagire tra loro, riempiendo i loro gusci di elettroni esterni. Inoltre, ossigeno, carbonio e azoto possono formare non solo singoli legami, ma anche doppi legami. Di conseguenza, il numero di composti chimici che possono essere formati da questi elementi aumenta in modo significativo.

Inoltre, carbonio, idrogeno e ossigeno: il più leggero tra gli elementi in grado di formare legami covalenti. Pertanto, hanno dimostrato di essere il più adatto per la formazione di composti che costituiscono materia vivente. Va notato separatamente un'altra importante proprietà degli atomi di carbonio: la capacità di formare legami covalenti con altri quattro atomi di carbonio contemporaneamente. Grazie a questa abilità, gli scheletri sono creati da un'enorme varietà di molecole organiche.

Elementi traccia

Sebbene il contenuto degli oligoelementi non superi lo 0,005% per ogni singolo elemento, e in totale costituiscano solo circa l'1% della massa delle cellule, gli oligoelementi sono necessari per l'attività vitale degli organismi. In assenza o mancanza di contenuti, possono verificarsi varie malattie. Molti oligoelementi fanno parte di gruppi di enzimi non proteici e sono necessari per l'attuazione della loro funzione catalitica.
Ad esempio, il ferro è parte integrante dell'eme, che fa parte dei citocromi, che sono componenti della catena di trasferimento degli elettroni, e l'emoglobina, una proteina che trasporta l'ossigeno dai polmoni ai tessuti. La carenza di ferro nel corpo umano provoca lo sviluppo di anemia. La mancanza di iodio, che fa parte dell'ormone tiroideo tiroxina, porta al verificarsi di malattie associate all'insufficienza di questo ormone, come il gozzo endemico o il cretinismo.

Esempi di elementi traccia sono presentati nella tabella seguente:

2.3 Composizione chimica cellulare. Macro e oligoelementi

Video Tutorial 2: Struttura, proprietà e funzioni dei composti organici Il concetto di biopolimeri

Conferenza: composizione chimica cellulare. Macro e oligoelementi. La relazione della struttura e delle funzioni delle sostanze inorganiche e organiche

macronutrienti il ​​cui contenuto non è inferiore allo 0,01%;

oligoelementi - la cui concentrazione è inferiore allo 0,01%.

In ogni cella, il contenuto degli elementi traccia è inferiore all'1%, macro-elementi, rispettivamente - oltre il 99%.

Il sodio, il potassio e il cloro forniscono molti processi biologici: il turgore (pressione cellulare interna), la comparsa di impulsi elettrici nervosi.

Azoto, ossigeno, idrogeno, carbonio. Questi sono i componenti principali della cellula.

Il fosforo e lo zolfo sono componenti importanti dei peptidi (proteine) e degli acidi nucleici.

Il calcio è la base di tutte le formazioni scheletriche: denti, ossa, conchiglie, pareti cellulari. Partecipa anche alla contrazione muscolare e alla coagulazione del sangue.

Il magnesio è un componente della clorofilla. Partecipa alla sintesi delle proteine.

Il ferro è un componente dell'emoglobina, è coinvolto nella fotosintesi, determina l'efficienza degli enzimi.

Elementi traccia contenuto in concentrazioni molto basse, importante per i processi fisiologici:

Lo zinco è un componente dell'insulina;

Rame - partecipa alla fotosintesi e alla respirazione;

Cobalto - un componente della vitamina B12;

Iodio - è coinvolto nella regolazione del metabolismo. È un componente importante degli ormoni tiroidei;

Il fluoro è un componente dello smalto dei denti.

Lo squilibrio nella concentrazione di micro e macronutrienti porta a disturbi metabolici, lo sviluppo di malattie croniche. Carenza di calcio - causa del rachitismo, ferro - anemia, carenza di azoto - proteine, iodio - diminuzione dell'intensità dei processi metabolici.

Considerare la relazione tra sostanze organiche e inorganiche nella cellula, la loro struttura e funzione.

Le cellule contengono un'enorme quantità di micro e macromolecole appartenenti a diverse classi chimiche.

Materia cellulare inorganica

Acqua. Della massa totale di un organismo vivente, costituisce la percentuale più elevata - 50-90% e prende parte a quasi tutti i processi vitali:

i processi capillari, poiché è un solvente polare universale, influiscono sulle proprietà del fluido interstiziale e del tasso metabolico. In relazione all'acqua, tutti i composti chimici sono suddivisi in idrofili (solubili) e lipofili (solubili nei grassi).

L'intensità del metabolismo dipende dalla sua concentrazione nella cellula: più acqua, più velocemente i processi hanno luogo. La perdita del 12% di acqua da parte del corpo umano - richiede il restauro sotto la supervisione di un medico, con una perdita del 20% - si verifica la morte.

Sali minerali Contenuto in sistemi viventi in forma dissolta (dissociati in ioni) e non disciolto. I sali disciolti sono coinvolti in:

trasferimento di sostanza attraverso la membrana. I cationi metallici forniscono una "pompa di sodio-potassio", che modifica la pressione osmotica della cellula. Per questo motivo, l'acqua con sostanze dissolte si precipita nella cellula o la lascia, portando via inutili;

la formazione di impulsi nervosi di natura elettrochimica;

fanno parte delle proteine;

ione fosfato - un componente di acidi nucleici e ATP;

lo ione carbonato - supporta Ph nel citoplasma.

I sali insolubili sotto forma di molecole intere formano strutture di gusci, conchiglie, ossa, denti.

Materiale organico cellulare

Una caratteristica comune della materia organica è la presenza della catena dello scheletro di carbonio. Questi sono biopolimeri e piccole molecole di struttura semplice.

Le principali classi disponibili negli organismi viventi:

I carboidrati. Le cellule contengono vari tipi di loro - zuccheri semplici e polimeri insolubili (cellulosa). In percentuale, la loro quota nella sostanza secca vegetale arriva all'80%, gli animali al 20%. Svolgono un ruolo importante nel supporto vitale delle cellule:

Fruttosio e glucosio (monosaccaridi) vengono rapidamente assorbiti dall'organismo, sono inclusi nel metabolismo, sono una fonte di energia.

Il ribosio e il desossiribosio (monosaccaridi) sono uno dei tre componenti principali del DNA e dell'RNA.

Il lattosio (riferito al disaharam) - sintetizzato dal corpo animale, fa parte del latte dei mammiferi.

Il saccarosio (disaccaride) - una fonte di energia, si forma nelle piante.

Maltosio (disaccaride): fornisce la germinazione dei semi.

Inoltre, gli zuccheri semplici svolgono altre funzioni: segnale, protezione, trasporto.
I carboidrati polimerici sono glicogeno idrosolubile, così come cellulosa insolubile, chitina, amido. Svolgono un ruolo importante nel metabolismo, svolgono funzioni strutturali, di conservazione e protettive.

Lipidi o grassi Sono insolubili in acqua, ma si mescolano bene tra loro e si dissolvono in liquidi non polari (non contenenti ossigeno, per esempio, il cherosene o gli idrocarburi ciclici sono solventi non polari). I lipidi sono necessari nel corpo per fornirgli energia - durante la loro ossidazione si formano energia e acqua. I grassi sono molto efficienti dal punto di vista energetico: con l'aiuto di 39 kJ per grammo rilasciato durante l'ossidazione, è possibile sollevare un carico di 4 tonnellate ad un'altezza di 1 m. Il grasso fornisce anche una funzione protettiva e isolante: negli animali, il suo spesso strato aiuta a conservare il calore nella stagione fredda. Le sostanze grasse proteggono le piume degli uccelli acquatici dal bagnarsi, donano un aspetto lucido e l'elasticità dei peli degli animali, svolgono una funzione coprente sulle foglie delle piante. Alcuni ormoni hanno una struttura lipidica. I grassi costituiscono la base della struttura della membrana.

Proteine ​​o proteine ​​sono eteropolimeri di una struttura biogenica. Sono costituiti da amminoacidi, le cui unità strutturali sono: gruppo amminico, gruppo radicale e carbossile. Le proprietà degli aminoacidi e le loro differenze l'una dall'altra determinano i radicali. A causa delle proprietà anfotere, possono formare legami tra loro. Le proteine ​​possono contenere diverse o centinaia di amminoacidi. In totale, la struttura delle proteine ​​comprende 20 aminoacidi, le loro combinazioni determinano la varietà di forme e proprietà delle proteine. Circa una dozzina di aminoacidi sono indispensabili - non sono sintetizzati nel corpo animale e il loro apporto è fornito da alimenti vegetali. Nel tratto digestivo le proteine ​​sono suddivise in singoli monomeri utilizzati per sintetizzare le proprie proteine.

Caratteristiche strutturali delle proteine:

struttura primaria - catena di aminoacidi;

secondario - una catena ritorta in una spirale in cui si formano legami idrogeno tra le bobine;

terziario: una spirale o molti di essi, arrotolati in un globulo e collegati da legami deboli;

Il quaternario non esiste in tutte le proteine. Questi sono diversi globuli collegati da legami non covalenti.

La forza delle strutture può essere spezzata e quindi ripristinata, mentre la proteina perde temporaneamente le sue proprietà caratteristiche e l'attività biologica. Solo la distruzione della struttura primaria è irreversibile.

Le proteine ​​svolgono molte funzioni in una cella:

accelerazione delle reazioni chimiche (funzione enzimatica o catalitica, ciascuna delle quali è responsabile di una singola reazione specifica);
trasporto - trasferimento di ioni, ossigeno, acidi grassi attraverso le membrane cellulari;

protettivo - le proteine ​​del sangue come la fibrina e il fibrinogeno, sono presenti nel plasma sanguigno in una forma inattiva, formano coaguli di sangue nel sito di lesione a causa di ossigeno. Anticorpi: forniscono immunità.

i peptidi strutturali sono in parte o sono la base delle membrane cellulari, dei tendini e di altri tessuti connettivi, capelli, lana, zoccoli e unghie, ali e tegumenti esterni. L'actina e la miosina forniscono attività muscolare contrattile;

regolatori - le proteine ​​dell'ormone forniscono una regolazione umorale;
energia - durante la mancanza di nutrienti il ​​corpo inizia a distruggere le proprie proteine, interrompendo il processo della propria attività vitale. Ecco perché, dopo una lunga carestia, il corpo non può sempre riprendersi senza un aiuto medico.

Acidi nucleici Esistono 2 - DNA e RNA. L'RNA è di diversi tipi: informativo, di trasporto e ribosomale. Scoperto dallo svizzero svizzero F. Fisher alla fine del 19 ° secolo.

Il DNA è acido desossiribonucleico. Contenuto nel nucleo, plastidi e mitocondri. Strutturalmente, è un polimero lineare che forma una doppia elica di catene nucleotidiche complementari. Il concetto della sua struttura spaziale fu creato nel 1953 dagli americani D. Watson e F. Crick.

Le sue unità monomeriche sono nucleotidi che hanno una struttura fondamentalmente comune da:

base azotata (appartenente al gruppo delle purine - adenina, guanina, pirimidina - timina e citosina).

Nella struttura di una molecola di polimero, i nucleotidi sono combinati a coppie e in modo complementare, che è dovuto al diverso numero di legami idrogeno: adenina + timina - due, guanina + citosina - tre legami idrogeno.

L'ordine dei nucleotidi codifica le sequenze di amminoacidi strutturali delle molecole proteiche. Una mutazione è un cambiamento nell'ordine dei nucleotidi, poiché le molecole proteiche di una diversa struttura saranno codificate.

RNA - acido ribonucleico. Le caratteristiche strutturali della sua differenza dal DNA sono:

invece di nucleotide di timina - uracile;

ribosio invece di desossiribosio.

Trasporto L'RNA è una catena polimerica piegata sotto forma di una foglia di trifoglio nel piano, la cui funzione principale è la somministrazione di un amminoacido ai ribosomi.

L'RNA matrice (messaggero) è costantemente formato nel nucleo, complementare a qualsiasi parte del DNA. Questa è una matrice strutturale, sulla base della sua struttura una molecola proteica sarà assemblata sul ribosoma. Del contenuto totale di molecole di RNA, questo tipo è del 5%.

Ribosomale - è responsabile per il processo di produzione di molecole proteiche. È sintetizzato sul nucleolo. È in una gabbia dell'85%.

ATP - acido adenosintrifosfato. Questo è un nucleotide contenente:

Per tracciare gli elementi includono

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Composizione chimica cellulare

Gruppi di elementi della composizione chimica della cellula

La scienza che studia le parti costitutive e la struttura di una cellula vivente è chiamata citologia.

Tutti gli elementi inclusi nella struttura chimica del corpo possono essere suddivisi in tre gruppi:

• macronutrienti;
• oligoelementi;
• elementi ultramicro.

Gli elementi macro comprendono idrogeno, carbonio, ossigeno e azoto. Quasi il 98% di tutti gli elementi costitutivi cade nella sua quota.

Gli elementi di traccia sono nel numero di decimi e centesimi di una percentuale. E un contenuto molto basso di elementi ultramicroelementi: centesimi e millesimi di punto percentuale.

Tradotto dal greco, "macro" è grande e "micro" è piccolo.

Fig. 1 Contenuto di elementi chimici nella cella

Gli scienziati hanno scoperto che non ci sono elementi particolari che sono unici per gli organismi viventi. Quindi, quel vivere, quella natura inanimata consiste degli stessi elementi. Questo prova la loro relazione.

Nonostante il contenuto quantitativo dell'elemento chimico, l'assenza o la riduzione di almeno uno di essi porta alla morte dell'intero organismo. Dopo tutto, ognuno di loro ha il suo significato.

Il ruolo della composizione chimica della cellula

I macroelementi sono la base dei biopolimeri, cioè proteine, carboidrati, acidi nucleici e lipidi.

Gli oligoelementi fanno parte delle sostanze organiche vitali coinvolte nei processi metabolici. Sono componenti costitutivi dei sali minerali, che sono sotto forma di cationi e anioni, il loro rapporto determina l'ambiente alcalino. Il più delle volte è leggermente alcalino, perché il rapporto dei sali minerali non cambia.

L'emoglobina contiene ferro, clorofilla - magnesio, proteine ​​- zolfo, acidi nucleici - fosforo, il metabolismo si verifica con una quantità sufficiente di calcio.

Fig. 2. Composizione cellulare

Alcuni elementi chimici sono componenti di sostanze inorganiche, ad esempio l'acqua. Svolge un ruolo importante nell'attività vitale delle cellule sia vegetali che animali. L'acqua è un buon solvente, per questo tutte le sostanze all'interno del corpo sono suddivise in:

• Idrofilo solubile in acqua;
• Idrofobo: non sciogliere in acqua.

A causa della presenza di acqua, la cellula diventa elastica, promuove il movimento di sostanze organiche nel citoplasma.

Fig. 3. Sostanze cellulari.

Tabella "Proprietà della composizione chimica della cellula"

Per comprendere chiaramente quali elementi chimici fanno parte della cella, li abbiamo elencati nella seguente tabella:

Quali elementi chimici sono correlati a macro e micronutrienti della cellula?

Quali elementi chimici sono correlati a macro e micronutrienti della cellula?

Le macroelementi (una grande percentuale del corpo secondo il suo contenuto) includono i seguenti elementi chimici:

• ossigeno (70%), carbonio (15%), idrogeno (10%), azoto (2%), potassio (0,3%), zolfo (0, 2%), fosforo (1%), cloro (0, 1%), il resto - magnesio, calcio, sodio.

Tracciare gli elementi (una piccola percentuale del contenuto corporeo) include tali elementi chimici:

• cobalto, zinco, vanadio, fluoro, selenio, rame, cromo, nichel, germanio, iodio, rutenio.

Composizione chimica cellulare

Una cellula è un'unità elementare della vita sulla Terra. Ha tutte le caratteristiche di un organismo vivente: cresce, moltiplica, scambia sostanze ed energia con l'ambiente, reagisce agli stimoli esterni. L'inizio dell'evoluzione biologica è associato alla comparsa di forme di vita cellulare sulla Terra. Gli organismi unicellulari sono cellule che esistono separatamente l'una dall'altra. Il corpo di tutti gli animali e le piante multicellulari - è costituito da un numero maggiore o minore di cellule, che sono una specie di blocco che costituisce un organismo complesso. Indipendentemente dal fatto che una cellula sia un sistema vivente completo - un organismo separato o solo una parte di essa, è dotata di un insieme di caratteristiche e proprietà comuni a tutte le cellule.

Composizione chimica cellulare

Circa 60 elementi della tavola periodica di Mendeleev sono stati trovati nelle cellule, che si trovano anche nella natura inanimata. Questa è una delle prove della comunanza della natura animata e inanimata. Negli organismi viventi, l'idrogeno, l'ossigeno, il carbonio e l'azoto sono i più comuni e rappresentano circa il 98% della massa cellulare. Ciò è dovuto alle peculiarità delle proprietà chimiche dell'idrogeno, dell'ossigeno, del carbonio e dell'azoto, in conseguenza delle quali si sono rivelate le più idonee per la formazione di molecole che svolgono funzioni biologiche. Questi quattro elementi sono in grado di formare legami covalenti molto forti attraverso l'accoppiamento di elettroni appartenenti a due atomi. Gli atomi di carbonio legati covalentemente possono formare scaffolds di innumerevoli diverse molecole organiche. Poiché gli atomi di carbonio formano facilmente legami covalenti con ossigeno, idrogeno, azoto e anche zolfo, le molecole organiche raggiungono un'eccezionale complessità e diversità strutturale.

Oltre ai quattro elementi principali nella cellula, quantità notevoli (decima e centesima frazione di una percentuale) contengono ferro, potassio, sodio, calcio, magnesio, cloro, fosforo e zolfo. Tutti gli altri elementi (zinco, rame, iodio, fluoro, cobalto, manganese, ecc.) Si trovano nella cellula in quantità molto piccole e sono quindi chiamati microelementi.

Gli elementi chimici fanno parte di composti inorganici e organici. I composti inorganici comprendono acqua, sali minerali, anidride carbonica, acidi e basi. I composti organici sono proteine, acidi nucleici, carboidrati, grassi (lipidi) e lipidi. Oltre a ossigeno, idrogeno, carbonio e azoto, possono essere inclusi altri elementi. Alcune proteine ​​contengono zolfo. Il costituente degli acidi nucleici è il fosforo. La molecola dell'emoglobina include ferro, il magnesio è coinvolto nella costruzione della molecola della clorofilla. Gli oligoelementi, nonostante il contenuto estremamente basso negli organismi viventi, svolgono un ruolo importante nei processi dell'attività vitale. Lo iodio fa parte dell'ormone tiroideo - tiroxina, cobalto - nella composizione della vitamina B₁₂ L'insulina, un ormone dell'isolotto pancreatico, contiene zinco. In alcuni pesci, il rame occupa il posto del ferro nelle molecole dei pigmenti che trasportano ossigeno.

acqua

H₂O - il composto più comune negli organismi viventi. Il suo contenuto in diverse cellule varia entro limiti abbastanza ampi: dal 10% nello smalto dei denti al 98% nel corpo di una medusa, ma in media è circa l'80% del peso corporeo. Il ruolo estremamente importante dell'acqua nell'assicurare i processi dell'attività vitale è dovuto alle sue proprietà fisico-chimiche. La polarità delle molecole e la capacità di formare legami idrogeno rendono l'acqua un buon solvente per un numero enorme di sostanze. La maggior parte delle reazioni chimiche che avvengono in una cellula può avvenire solo in una soluzione acquosa. L'acqua è coinvolta in molte trasformazioni chimiche.

Il numero totale di legami idrogeno tra le molecole d'acqua varia al t °. A t °, lo scioglimento dei ghiacci distrugge circa il 15% dei legami idrogeno, al t ° 40 ° ½ metà. Durante la transizione allo stato gassoso, tutti i legami dell'idrogeno vengono distrutti. Questo spiega l'alto calore specifico dell'acqua. Con una variazione di t ° dell'ambiente esterno, l'acqua assorbe o rilascia calore a causa della rottura o della riformazione dei legami a idrogeno. In questo modo, le oscillazioni di t ° all'interno della cella sono inferiori rispetto all'ambiente. Il calore elevato dell'evaporazione è alla base dell'effettivo meccanismo di trasferimento del calore nelle piante e negli animali.

L'acqua come solvente prende parte ai fenomeni di osmosi, che svolge un ruolo importante nell'attività vitale di una cellula di un organismo. L'osmosi si riferisce alla penetrazione di molecole di solvente attraverso una membrana semi-permeabile in una soluzione di una sostanza. Le membrane semi-permeabili sono chiamate membrane che passano attraverso molecole di solventi, ma non passano molecole (o ioni) di un soluto. Pertanto, l'osmosi è la diffusione unilaterale delle molecole d'acqua nella direzione della soluzione.

Sali minerali

La maggior parte delle in-cellule inorganiche è sotto forma di sali dissociati o allo stato solido. La concentrazione di cationi e anioni nella cellula e nel suo ambiente varia. La cella contiene un bel po 'di K e un sacco di Na. Nell'ambiente extracellulare, ad esempio, nel plasma sanguigno, nell'acqua di mare, al contrario, c'è molto sodio e non abbastanza potassio. L'irritabilità della cellula dipende dal rapporto delle concentrazioni di ioni Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+. Nei tessuti degli animali multicellulari, K è incluso nella composizione di una sostanza multicellulare che assicura la coesione delle cellule e la loro disposizione ordinata. La pressione osmotica nella cellula e le sue proprietà tampone dipendono in gran parte dalla concentrazione di sale. Il buffering è la capacità di una cellula di mantenere una reazione debolmente alcalina dei suoi contenuti a un livello costante. Il tamponamento all'interno della cellula viene fornito principalmente da ioni H₂RO₄ e NRA₄ 2-. Nei fluidi extracellulari e nel sangue, H svolge il ruolo di tampone.₂CO₃ e NSO₃ -. Gli anioni legano gli ioni H e gli ioni idrossido (OH -), grazie ai quali la reazione all'interno della cellula dei fluidi extracellulari rimane pressoché invariata. Sali minerali insolubili (ad esempio fosfato di calcio) forniscono la resistenza del tessuto osseo di vertebrati e gusci di molluschi.

Materiale organico cellulare

proteine

Tra le sostanze organiche, le cellule sono in primo luogo proteine, sia in quantità (10-12% della massa cellulare totale) sia in valore. Le proteine ​​sono polimeri ad alto peso molecolare (con un peso molecolare da 6.000 a 1 milione e oltre), i cui monomeri sono aminoacidi. Gli organismi viventi usano 20 aminoacidi, sebbene esistano molto di più. La composizione di qualsiasi amminoacido comprende un gruppo amminico (-NH₂), avente proprietà basiche e un gruppo carbossilico (-COOH), avente proprietà acide. Due amminoacidi sono combinati in una molecola stabilendo il legame HN-CO con il rilascio di una molecola d'acqua. Il legame tra il gruppo amminico di un amminoacido e il carbossile dell'altro si chiama peptide. Le proteine ​​sono polipeptidi contenenti decine e centinaia di amminoacidi. Molecole di diverse proteine ​​differiscono l'una dall'altra in peso molecolare, numero, composizione di amminoacidi e sequenza della loro disposizione nella catena polipeptidica. È chiaro, quindi, che le proteine ​​differiscono in un'enorme diversità, il loro numero in tutte le specie di organismi viventi è stimato tra 10 10 e 10 12.

Una catena di unità di amminoacidi collegate da legami peptidici covalenti in una sequenza specifica è chiamata la struttura primaria della proteina. Nelle cellule, le proteine ​​hanno la forma di fibre o sfere a spirale (globuli). Ciò è spiegato dal fatto che in una proteina naturale la catena polipeptidica è posta in un modo rigorosamente definito, a seconda della struttura chimica dei suoi amminoacidi costituenti.

Inizialmente, la catena polipeptidica è arrotolata. L'attrazione sorge tra gli atomi delle bobine vicine e i legami idrogeno sono formati, in particolare, tra i gruppi NH e CO situati sulle bobine vicine. Una catena di amminoacidi, intrecciati in una spirale, forma la struttura secondaria della proteina. Come risultato dell'ulteriore piegamento dell'elica, si verifica uno specifico per ogni configurazione proteica, chiamata struttura terziaria. La struttura terziaria è dovuta all'azione delle forze di adesione tra i radicali idrofobi presenti in alcuni aminoacidi e i legami covalenti tra i gruppi SH dell'amminoacido cisteina (legami S-S). La quantità di amminoacidi da parte dei radicali idrofobi e della cisteina, nonché l'ordine della loro posizione nella catena polipeptidica, sono specifici per ciascuna proteina. Pertanto, le caratteristiche della struttura terziaria di una proteina sono determinate dalla sua struttura primaria. La proteina esibisce attività biologica solo nella forma di una struttura terziaria. Pertanto, la sostituzione di anche un solo amminoacido nella catena polipeptidica può portare a un cambiamento nella configurazione della proteina e ad una diminuzione o perdita della sua attività biologica.

In alcuni casi, le molecole proteiche si combinano tra loro e possono svolgere la loro funzione solo sotto forma di complessi. Quindi, l'emoglobina è un complesso di quattro molecole e solo in questa forma è in grado di attaccare e trasportare O. tali aggregati rappresentano la struttura quaternaria della proteina. Nella composizione, le proteine ​​sono divise in due classi principali: semplici e complesse. Le proteine ​​semplici sono costituite solo da aminoacidi, acidi nucleici (nucleotidi), lipidi (lipoproteine), Me (metalloproteidi), P (fosfoproteine).

Le funzioni delle proteine ​​nella cellula sono estremamente diverse. Uno dei più importanti è la funzione di costruzione: le proteine ​​partecipano alla formazione di tutte le membrane cellulari e degli organoidi delle cellule, nonché delle strutture intracellulari. Il ruolo enzimatico (catalitico) delle proteine ​​è estremamente importante. Gli enzimi accelerano le reazioni chimiche che avvengono nella cellula, 10 ki e 100 milioni di volte. La funzione motoria è fornita da speciali proteine ​​contrattili. Queste proteine ​​sono coinvolte in tutti i tipi di movimenti che le cellule e gli organismi sono in grado di: cilia sfarfallio e flagelli battenti nei protozoi, contrazione muscolare negli animali, movimento delle foglie nelle piante, ecc. La funzione di trasporto delle proteine ​​è di attaccare elementi chimici (ad esempio, l'emoglobina attacca O) o sostanze biologicamente attive (ormoni) e trasferirle ai tessuti e agli organi del corpo. La funzione protettiva è espressa nella forma della produzione di specifiche proteine, chiamate anticorpi, in risposta alla penetrazione di proteine ​​o cellule estranee nel corpo. Gli anticorpi legano e neutralizzano le sostanze estranee. Le proteine ​​svolgono un ruolo importante come fonti di energia. Con la divisione completa 1g. la proteina è allocata 17,6 kJ (

carboidrati

Carboidrati o saccaridi - sostanze organiche con la formula generale (СН₂O)_n. Per la maggior parte dei carboidrati, il numero di atomi di H è il doppio del numero di atomi di O, come nelle molecole di acqua. Pertanto, queste sostanze sono state chiamate carboidrati. In una cellula vivente, i carboidrati sono in quantità che non superano l'1-2, a volte il 5% (nel fegato, nei muscoli). Le cellule vegetali sono più ricche di carboidrati, dove il loro contenuto raggiunge in alcuni casi il 90% del peso della sostanza secca (semi, tuberi di patata, ecc.).

I carboidrati sono semplici e complessi. I carboidrati semplici sono chiamati monosaccaridi. A seconda del numero di atomi di carboidrati in una molecola, i monosaccaridi sono chiamati triosi, tetrosi, pentosi o esosi. Dei sei monosaccaridi di carbonio - esosi - il glucosio, il fruttosio e il galattosio sono i più importanti. Il glucosio è contenuto nel sangue (0,1-0,12%). Pentosi di ribosio e desossiribosio fanno parte di acidi nucleici e ATP. Se due monosaccaridi sono combinati in una molecola, questo composto è chiamato disaccaride. Lo zucchero alimentare, ottenuto da canna o barbabietola da zucchero, è costituito da una molecola di glucosio e una molecola di fruttosio, zucchero del latte - da glucosio e galattosio.

I carboidrati complessi formati da molti monosaccaridi sono chiamati polisaccaridi. Il monomero di tali polisaccaridi come amido, glicogeno, cellulosa, è glucosio. I carboidrati svolgono due funzioni principali: la costruzione e l'energia. La cellulosa forma le pareti delle cellule vegetali. La chitina polisaccaride complessa è il principale componente strutturale dello scheletro esterno degli artropodi. La chitina ha anche una funzione di costruzione nei funghi. I carboidrati svolgono il ruolo della principale fonte di energia nella cellula. Nel processo di ossidazione di 1 g di carboidrati viene rilasciato 17,6 kJ (

4,2 kcal). L'amido nelle piante e il glicogeno negli animali sono depositati nelle cellule e servono come riserva di energia.

Acidi nucleici

Il valore degli acidi nucleici nella cellula è molto grande. Le peculiarità della loro struttura chimica rendono possibile memorizzare, trasferire e trasferire per eredità alle cellule figlie informazioni sulla struttura delle molecole proteiche che sono sintetizzate in ciascun tessuto in una determinata fase dello sviluppo individuale. Poiché la maggior parte delle proprietà e dei segni delle cellule sono dovuti alle proteine, è chiaro che la stabilità degli acidi nucleici è la condizione più importante per il normale funzionamento delle cellule e di tutti gli organismi. Qualsiasi cambiamento nella struttura delle cellule o l'attività dei processi fisiologici in essi, influenzando così l'attività vitale. Lo studio della struttura degli acidi nucleici è estremamente importante per comprendere l'ereditarietà dei caratteri negli organismi e le leggi che governano il funzionamento sia delle singole cellule sia dei sistemi cellulari - tessuti e organi.

Esistono 2 tipi di acidi nucleici: DNA e RNA. Il DNA è un polimero costituito da due eliche nucleotidiche, racchiuse in modo tale da formare una doppia elica. I monomeri delle molecole di DNA sono nucleotidi costituiti da una base azotata (adenina, timina, guanina o citosina), un carboidrato (desossiribosio) e un residuo di acido fosforico. Le basi azotate nella molecola del DNA sono interconnesse da un numero disuguale di legami H e sono disposte in coppie: l'adenina (A) è sempre contro la timina (T), la guanina (G) contro la citosina (C).

I nucleotidi non sono collegati l'un l'altro per caso, ma in modo selettivo. La capacità di interagire in modo selettivo con adenina, timina e guanina con citosina si chiama complementarità. L'interazione complementare di alcuni nucleotidi è spiegata dalle peculiarità della disposizione spaziale degli atomi nelle loro molecole, che consente loro di convergere e formare legami H. Nella catena polinucleotidica, i nucleotidi adiacenti sono collegati tra loro tramite zucchero (desossiribosio) e un residuo di acido fosforico. L'RNA e il DNA sono un polimero i cui monomeri sono nucleotidi. Le basi azotate dei tre nucleotidi sono le stesse di quelle che fanno parte del DNA (A, G, C); il quarto, l'uracile (V), è presente nella molecola di RNA invece che nella timina. I nucleotidi di RNA differiscono dai nucleotidi del DNA e dalla struttura dei loro carboidrati (ribosio invece del desossiribosio).

In una catena di RNA, i nucleotidi sono collegati formando legami covalenti tra il ribosio di un nucleotide e il residuo di acido fosforico di un altro. Nella struttura, si distinguono gli RNA a due filamenti. Gli RNA a due filamenti sono i custodi delle informazioni genetiche per un numero di virus, ad es. svolgono le funzioni dei cromosomi. Gli RNA a filamento singolo trasferiscono le informazioni sulla struttura delle proteine ​​dal cromosoma al luogo della loro sintesi e partecipano alla sintesi delle proteine.

Esistono diversi tipi di RNA a filamento singolo. I loro nomi sono dovuti alla funzione o alla posizione nella cella. La maggior parte dell'RNA citoplasmatico (fino all'80-90%) è l'RNA ribosomiale (rRNA) contenuto nei ribosomi. Le molecole di RRNA sono relativamente piccole e consistono in media di 10 nucleotidi. Un altro tipo di RNA (mRNA) che trasporta informazioni sulla sequenza di aminoacidi in proteine ​​che devono essere sintetizzate ai ribosomi. La dimensione di questi RNA dipende dalla lunghezza della regione del DNA su cui sono stati sintetizzati. Trasporto L'RNA svolge diverse funzioni. Forniscono aminoacidi al posto della sintesi proteica, "riconoscono" (secondo il principio di complementarità) una tripletta e un RNA corrispondente all'amminoacido trasferito, svolgono l'esatto orientamento dell'amminoacido sul ribosoma.

Grassi e lipidi

I grassi sono composti di acidi grassi ad alto peso molecolare e alcool triatomico alla glicerina. I grassi non si sciolgono nell'acqua - sono idrofobi. Nella cellula ci sono sempre altre sostanze idrofobiche complesse simili al grasso chiamate lipidi. Una delle principali funzioni del grasso è l'energia. Durante la divisione di 1 g di grassi in WITH₂ e H₂Viene rilasciata una grande quantità di energia - 38,9 kJ (

9,3 kcal). Il contenuto di grasso nella cella varia dal 5-15% in peso di sostanza secca. Nelle cellule dei tessuti viventi, la quantità di grasso aumenta al 90%. La funzione principale dei grassi nel mondo animale (e in parte - la pianta) - la conservazione.

Con la piena ossidazione di 1 g di grasso (a diossido di carbonio e acqua), vengono rilasciate circa 9 kcal di energia. (1 kcal = 1000 cal, caloria (cal, cal) è un'unità non di sistema di lavoro ed energia pari alla quantità di calore richiesta per riscaldare 1 ml di acqua a 1 ° C con una pressione atmosferica standard di 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ). Quando si ossida (nel corpo) 1 g di proteine ​​o carboidrati, vengono rilasciati solo circa 4 kcal / g. In una varietà di organismi acquatici - dalle diatomee monocellulari agli squali giganti - il grasso galleggia, riducendo la densità media del corpo. La densità dei grassi animali è di circa 0,91-0,95 g / cm³. La densità ossea dei vertebrati è vicina a 1,7-1,8 g / cm³ e la densità media della maggior parte degli altri tessuti è vicina a 1 g / cm³. È chiaro che il grasso è necessario parecchio per "bilanciare" lo scheletro pesante.

I grassi e i lipidi svolgono una funzione di costruzione: fanno parte della membrana cellulare. A causa della sua scarsa conducibilità termica, il grasso è in grado di svolgere funzioni protettive. In alcuni animali (foche, balene), si deposita nel tessuto adiposo sottocutaneo, formando uno strato fino a 1 m di spessore.La formazione di alcuni lipoidi precede la sintesi di un certo numero di ormoni. Di conseguenza, queste sostanze sono inerenti alla funzione di regolazione dei processi metabolici.

Macro e oligoelementi

Circa 80 elementi chimici si trovano negli organismi viventi, ma solo per 27 di questi elementi sono stabilite le loro funzioni nella cellula e nell'organismo. Gli elementi rimanenti sono presenti in piccole quantità e, apparentemente, entrano nel corpo con cibo, acqua e aria.

A seconda della loro concentrazione, sono suddivisi in macronutrienti e microelementi.

La concentrazione di ciascuno degli elementi macro nel corpo supera lo 0,01% e il loro contenuto totale è del 99%. Gli elementi macro comprendono ossigeno, carbonio, idrogeno, azoto, fosforo, zolfo, potassio, calcio, sodio, cloro, magnesio e ferro. I primi quattro elementi elencati (ossigeno, carbonio, idrogeno e azoto) sono anche detti organogeni, poiché fanno parte dei principali composti organici. Il fosforo e lo zolfo sono anche componenti di un certo numero di sostanze organiche, come le proteine ​​e gli acidi nucleici. Il fosforo è necessario per la formazione di ossa e denti.

Senza i rimanenti macronutrienti è impossibile il normale funzionamento del corpo.

Quindi, il potassio, il sodio e il cloro sono coinvolti nei processi di eccitazione cellulare. Il calcio fa parte delle pareti cellulari delle piante, delle ossa, dei denti e dei gusci dei molluschi, è necessario per la contrazione delle cellule muscolari e per la coagulazione del sangue. Il magnesio è un componente della clorofilla, il pigmento che assicura il flusso della fotosintesi. Prende anche parte alla biosintesi delle proteine ​​e degli acidi nucleici. Il ferro fa parte dell'emoglobina ed è necessario per il funzionamento di molti enzimi.

Gli elementi di traccia sono contenuti nel corpo in concentrazioni inferiori allo 0,01% e la loro concentrazione totale nella cella non raggiunge lo 0,1%. I microelementi comprendono zinco, rame, manganese, cobalto, iodio, fluoro, ecc.

Lo zinco fa parte della molecola dell'ormone pancreatico, l'insulina, il rame è necessario per la fotosintesi e la respirazione. Il cobalto è un componente della vitamina B12, la cui assenza porta all'anemia. Lo iodio è necessario per la sintesi degli ormoni tiroidei, garantendo un normale flusso del metabolismo e il fluoro è associato alla formazione dello smalto dei denti.

Sia la carenza sia il metabolismo eccessivo o alterato di macro e microelementi portano allo sviluppo di varie malattie.

In particolare, carenza di calcio e fosforo causano rachitismo, carenza di azoto - grave carenza proteica, carenza di ferro - anemia, carenza di iodio - alterazione della formazione dell'ormone tiroideo e ridotto metabolismo, diminuzione dell'apporto di fluoro - carie. Il piombo è tossico per quasi tutti gli organismi.

La mancanza di macro e microelementi può essere compensata aumentando il loro contenuto in cibo e acqua potabile, nonché prendendo farmaci.

Gli elementi chimici della cellula formano vari composti - inorganici e organici.

La composizione chimica della cellula. Micro e macro elementi

La composizione chimica della cellula. Micro e macro elementi.

Ogni cellula contiene molti elementi chimici coinvolti in varie reazioni chimiche. Processi chimici, che scorre in una gabbia - una delle condizioni fondamentali della sua vita, sviluppo e funzionamento. Alcuni elementi chimici nella cella più, altri - meno.

Convenzionalmente, tutti gli elementi della cella possono essere divisi in tre gruppi:

• 
  Macronutrienti (> 0,01%)
  
• 
  Elementi traccia (dallo 0,001% allo 0,000001%)
  
• 
  Elementi ultramicro (meno dello 0,0000001%)
  

macronutrienti

Macronutrienti - elementi chimici che costituiscono la carne di organismi viventi.

Questi includono: (Biogenic): carbonio, ossigeno, idrogeno, azoto, zolfo, fosforo, magnesio, calcio, sodio, potassio.

Caratteristiche:

• 
  Contenuto in organismi viventi comp. più dello 0,01%
  
• 
  La maggior parte dei macronutrienti entra nel corpo umano con il cibo
  
• 
  Tariffa giornaliera richiesta -> 200 mg. (Potassio, calcio, magnesio, sodio, zolfo, cloro)
  
• 
  Situato nel muscolo, nell'osso, nei tessuti connettivi e nel sangue.
  
• 
  Responsabile del normale sviluppo acido-base.
  
• 
  Mantenere la pressione osmotica.
  

La mancanza di macronutrienti può portare a un deterioramento della salute umana.

La ragione potrebbe essere: malnutrizione, scarsa ecologia, perdita massiccia di elementi minerali, a causa di malattie o farmaci.

Oligoelementi - elementi chimici coinvolti nei processi biochimici.

Questi includono: vanadio, iodio, cobalto, manganese, nichel, selenio, fluoro, rame, cromo, zinco.

^ Elementi di traccia di base - ossigeno, azoto, carbonio, idrogeno - sono materiali da costruzione e abbiamo la più grande quota. I restanti oligoelementi sono contenuti in piccole quantità, ma il loro effetto sulla salute umana non è da meno.

Caratteristiche:

• 
  Partecipare ai processi di formazione dell'osso, formazione del sangue, contrazione muscolare.
  
• 
  Tariffa giornaliera richiesta -

Argomento 2.2. Composizione cellulare chimico - Classe 10-11, Syvozlazov (cartella di lavoro parte 1)

1. Fornisci le definizioni dei concetti.
Un elemento è un insieme di atomi con la stessa carica nucleare e il numero di protoni che coincide con il numero ordinale (atomico) nella tavola periodica.
Trace element - un elemento che si trova nel corpo in concentrazioni molto basse.
Macroelemento: un elemento che si trova nel corpo in alte concentrazioni.
Il bioelemento, un elemento chimico coinvolto nell'attività cellulare, costituisce la base delle biomolecole.
La composizione elementare cellulare è la percentuale di elementi chimici in una cella.

2. Qual è una delle prove della comunità di natura animata e inanimata?
L'unità della composizione chimica. Non ci sono elementi caratteristici solo della natura inanimata.

3. Compila il tavolo.

COMPOSIZIONE ELEMENTALE DELLE CELLULE

4. Fornire esempi di sostanze organiche le cui molecole sono costituite da tre, quattro e cinque macronutrienti.
3 elementi: carboidrati e lipidi.
4 elementi: scoiattoli.
5 elementi: acidi nucleici, proteine.

5. Compila il tavolo.

RUOLO BIOLOGICO DEGLI ELEMENTI

6. Studia nel § 2.2 la sezione "Il ruolo dei fattori esterni nella formazione della composizione chimica della natura vivente" e rispondi alla domanda: "Quali sono gli endemismi biochimici e quali sono le ragioni della loro origine?"
Le endemie biochimiche sono malattie di piante, animali e umani, causate da una carenza acuta o eccesso di un elemento in una determinata area.

7. Quali sono le malattie conosciute legate alla mancanza di micronutrienti?
Carenza di iodio - gozzo endemico. Ridotta sintesi della tiroxina e conseguente proliferazione del tessuto tiroideo.
Carenza di ferro - anemia da carenza di ferro.

8. Ricorda, su quale base gli elementi chimici sono distribuiti su macro, micro e ultramicroelementi. Offrire la propria classificazione alternativa di elementi chimici (ad esempio, per funzioni in una cellula vivente).
Micro, macro e ultra micronutrienti sono suddivisi in base a un segno in base alla percentuale in una cella. Inoltre, è possibile classificare gli elementi in base alle funzioni che regolano l'attività di alcuni sistemi di organi: nervoso, muscolare, circolatorio e cardiovascolare, digestivo, ecc.

9. Scegli la risposta corretta.
Test 1.
Quali elementi chimici costituiscono la maggior parte delle sostanze organiche?
2) C, O, H, N;

Test 2.
Gli elementi macro non si applicano:
4) manganese.

Test 3.
Gli organismi viventi hanno bisogno di azoto, poiché serve:
1) un componente di proteine ​​e acidi nucleici; 10. Determina il sintomo con il quale tutti gli elementi elencati di seguito, tranne uno, sono combinati in un unico gruppo. Sottolinea questo oggetto "extra".
Ossigeno, idrogeno, zolfo, ferro, carbonio, fosforo, azoto. Incluso solo nel DNA. E il resto è tutto nelle proteine.

11. Spiega l'origine e il significato generale della parola (termine), in base al significato delle radici che la compongono.

12. Seleziona un termine e spiega come il suo valore corrente corrisponde al valore originale delle sue radici.
Il termine scelto è l'organogeno.
Conformità: il termine, in linea di principio, corrisponde al suo significato originale, ma oggi esiste una definizione più precisa. In precedenza, il valore era tale che gli elementi sono coinvolti solo nella costruzione di tessuti e cellule di organi. Ora è stato scoperto che elementi biologicamente importanti non solo formano molecole chimiche nelle cellule, ecc., Ma regolano anche tutti i processi nelle cellule, nei tessuti e negli organi. Fanno parte di ormoni, vitamine, enzimi e altre biomolecole.

13. Formulare e scrivere le idee di base del § 2.2.
La composizione elementare della cellula è la percentuale di elementi chimici nella cellula. Gli elementi cellulari sono solitamente classificati, in base alla loro percentuale, su micro, macro e ultramicroelementi. Gli elementi che sono coinvolti nell'attività vitale delle cellule costituiscono la base delle biomolecole, chiamate bioelementi.
Gli elementi macro comprendono: C N H O. Sono i componenti principali di tutti i composti organici nella cellula. Inoltre, P S K Ca Na Fe Cl Mg - sono inclusi in tutte le principali biomolecole. Senza di loro, il funzionamento del corpo è impossibile. La mancanza di loro porta alla morte.
Tracciare gli elementi: Al Cu Mn Zn Mo Co Ni I Se Br F B, ecc. Sono anche necessari per il normale funzionamento del corpo, ma non così critici. La mancanza di loro causa la malattia. Fanno parte di composti biologicamente attivi, influenzano il metabolismo.
Vi sono ultramicroelementi: Au Ag Be e altri: il ruolo fisiologico non è pienamente stabilito. Ma sono importanti per la cellula.
Esiste il concetto di "endemia biochimica" - malattie di piante, animali ed esseri umani, causate da una carenza acuta o eccesso di qualsiasi elemento in una determinata area. Ad esempio, gozzo endemico (carenza di iodio).
Con la mancanza di un elemento a causa del modo di alimentazione, possono anche verificarsi malattie o disturbi. Ad esempio, con una mancanza di ferro - anemia. Con una carenza di calcio - frequenti fratture, perdita di capelli, denti, dolori muscolari.

I.2. La composizione chimica della cellula. Micro e macro elementi

Tipicamente, il 70-80% della massa cellulare è acqua, in cui vengono sciolti vari sali e composti organici a basso peso molecolare. I componenti più caratteristici della cellula sono le proteine ​​e gli acidi nucleici. Alcune proteine ​​sono componenti strutturali della cellula, altre sono enzimi, cioè catalizzatori che determinano la velocità e la direzione delle reazioni chimiche che si verificano nelle cellule. Gli acidi nucleici servono come vettori di informazioni ereditarie, che vengono implementate nel processo di sintesi proteica intracellulare. Spesso le cellule contengono una certa quantità di sostanze di riserva che servono come riserva di cibo. Le cellule vegetali conservano principalmente l'amido, una forma polimerica di carboidrati. Nelle cellule del fegato e dei muscoli viene immagazzinato un altro polimero contenente carboidrati: il glicogeno. Anche i prodotti grassi vengono spesso conservati, sebbene alcuni grassi svolgano una funzione diversa, ovvero sono i componenti strutturali più importanti. Le proteine ​​nelle cellule (ad eccezione delle cellule seme) di solito non vengono conservate. Non è possibile descrivere la composizione tipica di una cellula, principalmente perché ci sono grandi differenze nella quantità di cibo e acqua immagazzinati. Le cellule epatiche contengono, per esempio, il 70% di acqua, il 17% di proteine, il 5% di grassi, il 2% di carboidrati e lo 0,1% di acidi nucleici; il restante 6% sono sali e composti organici a basso peso molecolare, in particolare amminoacidi. Le cellule vegetali di solito contengono meno proteine, significativamente più carboidrati e un po 'più di acqua; le eccezioni sono cellule che sono a riposo. La cellula di riposo del chicco di grano, che è la fonte di nutrienti per l'embrione, contiene circa il 12% di proteine ​​(principalmente proteine ​​immagazzinate), il 2% di grassi e il 72% di carboidrati. La quantità di acqua raggiunge il livello normale (70-80%) solo all'inizio della germinazione del grano. Ogni cellula contiene molti elementi chimici coinvolti in varie reazioni chimiche. I processi chimici che avvengono in una cellula sono una delle condizioni di base per la sua vita, lo sviluppo e il funzionamento. Alcuni elementi chimici nella cella più, altri - meno. A livello atomico, non ci sono differenze tra il mondo organico e inorganico della natura vivente: gli organismi viventi sono costituiti dagli stessi atomi dei corpi di natura inanimata. Tuttavia, il rapporto tra diversi elementi chimici negli organismi viventi e nella crosta terrestre varia notevolmente. Inoltre, gli organismi viventi possono differire dal loro ambiente nella composizione isotopica degli elementi chimici. Convenzionalmente, tutti gli elementi della cella possono essere divisi in tre gruppi:

Macronutrienti. I macroelementi includono ossigeno (65-75%), carbonio (15-18%), idrogeno (8-10%), azoto (2.0-3.0%), potassio (0.15-0.4%), zolfo (0,15-0,2%), fosforo (0,2-1,0%), cloro (0,05-0,1%), magnesio (0,02-0,03%), sodio (0,02-0,03%), calcio (0,04-2,00%), ferro (0,01-0,015%). Elementi come C, O, H, N, S, P fanno parte di composti organici. Il carbonio - fa parte di tutte le sostanze organiche; lo scheletro degli atomi di carbonio è la loro base. Inoltre, sotto forma di CO2 viene fissato nel processo di fotosintesi e rilasciato durante la respirazione, sotto forma di CO (a basse concentrazioni) partecipa alla regolazione delle funzioni cellulari, sotto forma di CaCO3 è parte degli scheletri minerali. L'ossigeno - fa parte di quasi tutte le sostanze organiche nella cellula. Si forma nel corso della fotosintesi durante la fotolisi dell'acqua. Per gli organismi aerobici, funge da agente ossidante durante la respirazione cellulare, fornendo alle cellule energia. Nella maggiore quantità di cellule viventi è contenuto nella composizione dell'acqua. L'idrogeno - fa parte di tutte le sostanze organiche nella cellula. Nelle maggiori quantità contenute nella composizione dell'acqua. Alcuni batteri ossidano l'idrogeno molecolare per produrre energia. Azoto - fa parte delle proteine, degli acidi nucleici e dei loro monomeri - amminoacidi e nucleotidi. Dal corpo degli animali è derivata la composizione di ammoniaca, urea, guanina o acido urico come prodotto finale del metabolismo dell'azoto. Sotto forma di ossido di azoto NO (a basse concentrazioni) è coinvolto nella regolazione della pressione sanguigna. Zolfo - una parte degli amminoacidi contenenti zolfo, quindi, si trova nella maggior parte delle proteine. In piccole quantità, è presente come ione solfato nel citoplasma delle cellule e nei fluidi extracellulari. Fosforo - fa parte dell'ATP, altri nucleotidi e acidi nucleici (sotto forma di residui di acido fosforico), nella composizione del tessuto osseo e dello smalto dei denti (sotto forma di sali minerali), e anche nel citoplasma e nei fluidi intercellulari (sotto forma di ioni fosfato). Il magnesio è un cofattore di molti enzimi coinvolti nel metabolismo energetico e nella sintesi del DNA; mantiene l'integrità di ribosomi e mitocondri, è parte della clorofilla. Nelle cellule animali, è necessario per il funzionamento dei sistemi muscolari e ossei. Il calcio è coinvolto nella coagulazione del sangue e funge anche da mediatore secondario universale, che regola i più importanti processi intracellulari (inclusa la partecipazione al mantenimento del potenziale di membrana, necessario per la contrazione muscolare e l'esocitosi). Sali di calcio insolubili sono coinvolti nella formazione di ossa e denti di scheletri di invertebrati vertebrati e minerali. Il sodio è coinvolto nel mantenimento del potenziale di membrana, nella generazione di impulsi nervosi, nei processi di osmoregolazione (compreso il lavoro dei reni nell'uomo) e nella creazione di un sistema di sangue tampone. Il potassio è coinvolto nel mantenimento del potenziale di membrana, nella generazione di impulsi nervosi, nella regolazione della contrazione del muscolo cardiaco. Contenuto in sostanze extracellulari. Cloro - mantiene l'elettroneutralita 'della cellula.

Oligoelementi: gli elementi di tracciatura che vanno dallo 0,001% allo 0,000001% del peso corporeo degli esseri viventi includono vanadio, germanio, iodio (parte della tiroxina, ormone tiroideo), cobalto (vitamina B12), manganese, nichel, rutenio, selenio, fluoro (smalto dei denti), rame, cromo, zinco Lo zinco - fa parte degli enzimi coinvolti nella fermentazione alcolica, fa parte dell'insulina. Rame - fa parte degli enzimi ossidativi coinvolti nella sintesi dei citocromi. Il selenio - è coinvolto nei processi regolatori del corpo.

Elementi ultra-micro. Gli ultramicroelementi costituiscono meno dello 0,0000001% negli organismi degli esseri viventi, includono l'oro, l'argento ha un effetto battericida, il mercurio inibisce il riassorbimento dell'acqua nei tubuli renali, interessando gli enzimi. Anche il platino e il cesio appartengono a ultramicroelementi. Alcuni di questo gruppo includono anche il selenio, con la sua carenza di cancro in via di sviluppo. Le funzioni degli ultramicroelementi sono ancora poco conosciute. Composizione molecolare della cellula (tab №1)