Biologisch wichtige Elemente der Zelle. Aus welchen chemischen Elementen besteht die Zelle? Kohlenstoff ist als Element in der Zusammensetzung enthalten

86 Elemente, die im menschlichen Körper vorkommen Periodensystem Mendeleev, die ständig anwesend sind, von denen 25 für das normale Leben notwendig sind, 18 davon absolut und 7 nützlich sind. Professor V.R. Williams nannte sie die Elemente des Lebens.

Die Zusammensetzung der an Reaktionen im Zusammenhang mit dem Zellleben beteiligten Substanzen umfasst alle bekannten chemischen Elemente, die meisten davon sind Sauerstoff (65 – 75 %), Kohlenstoff (15 – 18 %), Wasserstoff (8 – 10 %) und Stickstoff (1). 5 - 3,0 %). Die übrigen Elemente werden in 2 Gruppen eingeteilt: Makroelemente (ca. 1,9 %) und Mikroelemente (ca. 0,1 %). Makroelemente sind Schwefel, Phosphor, Chlor, Kalium, Natrium, Magnesium, Kalzium und Eisen, und Mikroelemente umfassen Zink, Kupfer, Jod, Fluor, Mangan, Selen, Kobalt, Molybdän, Strontium, Nickel, Chrom, Vanadium usw. Mikroelemente sind bei am wenigsten und es gibt nur wenige, aber sie spielen wichtige Rolle- den Stoffwechsel beeinflussen. Ohne sie ist das normale Funktionieren jeder Zelle einzeln und des Organismus als Ganzes unmöglich.

Tabelle der chemischen Elemente im menschlichen Körper und ihrer Rolle

		Anteil an der Gesamtmasse %	Rolle oder Funktion von Elementen im menschlichen Körper
Grundelemente des menschlichen Körpers
Sauerstoff			Wird für Oxidationsreaktionen benötigt, vor allem für den Atmungsprozess. In den meisten organischen Stoffen und im Wasser vorhanden.
			Bildet ein Gerüst aus Molekülen organischer Substanzen.
			In den meisten Fällen vorhanden organische Verbindungen und im Wasser.
			Bestandteil aller Proteine Nukleinsäuren und viele andere organische Substanzen.
			Strukturbestandteil von Knochen und Zähnen. Wichtig für die Weiterleitung von Nervenimpulsen durch Synapsen, Blutgerinnungsprozesse, Muskelkontraktion und Befruchtung.
			Bestandteil von Nukleinsäuren, Phospholipiden, Nukleotiden, die an der Energieübertragung beteiligt sind. Strukturbestandteil von Knochen.
			Das wichtigste intrazelluläre Kation. Notwendig für die Weiterleitung von Nervenimpulsen. Bestandteil der meisten Proteine.
			Es handelt sich um den Energietransport der Zelle, da es Sauerstoffelektronen und Methylgruppen transportieren kann. Schützt Gewebe und Zellen vor oxidativen Prozessen.
			Das wichtigste extrazelluläre Kation. Beteiligt sich an der Regulierung der Flüssigkeitsbewegung zwischen Körperteilen sowie an der Weiterleitung von Nervenimpulsen.
Mikroelemente des Körpers
			Cofaktor für Enzyme (Kinasen).
			Das wichtigste Anion der interstitiellen Flüssigkeit. Auch wichtig für die Aufrechterhaltung des osmotischen Gleichgewichts. Beteiligt sich am Sauerstofftransport im Blut (Chloridverdrängung).
		Spurenmengen	Bestandteil von Hämoglobin und Myoglobin. Elektronenträger. Cofaktor für Enzyme (Katalasen).
		Spurenmengen	Bestandteil der Schilddrüsenhormone.
		Spurenmengen	Vitamin B 12-Komponente
Weitere in Spuren vorkommende Elemente sind Mangan (Mn), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Fluor (F), Molybdän (Mo) und Selen (Se).

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Informationsquelle: Humanbiologie in Diagrammen / V.R. Pickering – 2003.

Ungefähr 70 Elemente des Periodensystems von D. I. Mendelejew wurden in den Zellen verschiedener Organismen gefunden, aber nur 24 von ihnen haben eine nachgewiesene Bedeutung und kommen ständig in allen Zelltypen vor.

Den größten Anteil an der elementaren Zusammensetzung der Zelle haben Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Dies sind die sogenannten Basic oder biogen Elemente. Diese Elemente machen mehr als 95 % der Zellmasse aus und ihr relativer Gehalt in lebender Materie ist viel höher als in Erdkruste. Außerdem sind Kalzium, Phosphor, Schwefel, Kalium, Chlor, Natrium, Magnesium, Jod und Eisen lebenswichtig. Ihr Gehalt in der Zelle wird in Zehntel- und Hundertstelprozent berechnet. Die aufgelisteten Elemente bilden eine Gruppe Makronährstoffe.

Andere chemische Elemente: Kupfer, Mangan, Molybdän, Kobalt, Zink, Bor, Fluor, Chrom, Selen, Aluminium, Jod, Eisen, Silizium – sind in äußerst geringen Mengen enthalten (weniger als 0,01 % der Zellmasse). Sie gehören zur Gruppe Mikroelemente.

Der prozentuale Gehalt eines bestimmten Elements im Körper charakterisiert in keiner Weise den Grad seiner Bedeutung und Notwendigkeit im Körper. Viele Mikroelemente sind beispielsweise Bestandteil verschiedener biologisch aktiver Substanzen – Enzyme, Vitamine (Kobalt ist Teil von Vitamin B12), Hormone (Jod ist Teil von Thyroxin); sie beeinflussen das Wachstum und die Entwicklung von Organismen (Zink, Mangan, Kupfer), Hämatopoese (Eisen, Kupfer), Zellatmungsprozesse (Kupfer, Zink) usw. Der Inhalt und die Bedeutung für das Leben der Zellen und des Körpers als Ganzes sind vielfältig chemische Elemente in der Tabelle dargestellt:

Die wichtigsten chemischen Elemente der Zelle

Element	Symbol	Ungefährer Inhalt, %	Bedeutung für Zellen und Organismen
Sauerstoff	Ö	62	Teil von Wasser und organischer Substanz; ist an der Zellatmung beteiligt
Kohlenstoff	C	20	Enthält alle organischen Substanzen
Wasserstoff	H	10	Teil von Wasser und organischer Substanz; ist an Energieumwandlungsprozessen beteiligt
Stickstoff	N	3	Enthält Aminosäuren, Proteine, Nukleinsäuren, ATP, Chlorophyll, Vitamine
Kalzium	Ca	2,5	Teil der Zellwand von Pflanzen, Knochen und Zähnen, erhöht die Blutgerinnung und Kontraktilität der Muskelfasern
Phosphor	P	1,0	Bestandteil von Knochengewebe und Zahnschmelz, Nukleinsäuren, ATP und einigen Enzymen
Schwefel	S	0,25	Ein Teil der Aminosäuren (Cystein, Cystin und Methionin) und einige Vitamine sind an der Bildung von Disulfidbindungen bei der Bildung der Tertiärstruktur von Proteinen beteiligt
Kalium	K	0,25	In der Zelle nur in Form von Ionen enthalten, aktiviert Enzyme der Proteinsynthese, bestimmt den normalen Rhythmus der Herzaktivität, beteiligt sich an den Prozessen der Photosynthese und der Erzeugung bioelektrischer Potentiale
Chlor	Cl	0,2	Im Körper von Tieren überwiegt das negative Ion. Salzsäurebestandteil des Magensaftes
Natrium	N / A	0,1	In der Zelle nur in Form von Ionen enthalten, bestimmt es den normalen Rhythmus der Herztätigkeit und beeinflusst die Hormonsynthese
Magnesium	Mg	0,07	Ein Teil der Chlorophyllmoleküle sowie Knochen und Zähne aktiviert den Energiestoffwechsel und die DNA-Synthese
Jod	ICH	0,01	Teil von Hormonen Schilddrüse
Eisen	Fe	Fußabdrücke	Es ist Teil vieler Enzyme, Hämoglobin und Myoglobin, beteiligt sich an der Biosynthese von Chlorophyll, am Elektronentransport, an Atmungsprozessen und Photosynthese
Kupfer	Cu	Fußabdrücke	Es ist Teil der Hämocyanine in Wirbellosen, Teil einiger Enzyme und an den Prozessen der Hämatopoese, Photosynthese und Hämoglobinsynthese beteiligt.
Mangan	Mn	Fußabdrücke	Ein Teil davon oder erhöht die Aktivität bestimmter Enzyme, ist an der Knochenentwicklung, der Stickstoffassimilation und dem Prozess der Photosynthese beteiligt
Molybdän	Mo	Fußabdrücke	Ein Teil einiger Enzyme (Nitratreduktase) ist an den Prozessen der Fixierung von Luftstickstoff durch Knöllchenbakterien beteiligt
Kobalt	Co	Fußabdrücke	Ein Teil von Vitamin B12, beteiligt sich an der Fixierung von Luftstickstoff durch Knötchenbakterien
Bor	B	Fußabdrücke	Beeinflusst Pflanzenwachstumsprozesse, aktiviert reduktive Atmungsenzyme
Zink	Zn	Fußabdrücke	Ein Teil einiger Enzyme, die Polypeptide abbauen, ist an der Synthese von Pflanzenhormonen (Auxinen) und der Glykolyse beteiligt
Fluor	F	Fußabdrücke	Enthält den Zahn- und Knochenschmelz

>> Chemie: Chemische Elemente in den Zellen lebender Organismen

In den Stoffen, aus denen die Zellen aller lebenden Organismen (Menschen, Tiere, Pflanzen) bestehen, wurden mehr als 70 Elemente entdeckt. Diese Elemente werden normalerweise in zwei Gruppen unterteilt: Makroelemente und Mikroelemente.

Makroelemente sind in großen Mengen in Zellen enthalten. Dies sind zunächst einmal Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff. Zusammen machen sie fast 98 % des gesamten Zellinhalts aus. Zu den Makroelementen zählen neben diesen Elementen auch Magnesium, Kalium, Kalzium, Natrium, Phosphor, Schwefel und Chlor. Ihr Gesamtgehalt beträgt 1,9 %. Somit beträgt der Anteil anderer chemischer Elemente etwa 0,1 %. Das sind Mikroelemente. Dazu gehören Eisen, Zink, Mangan, Bor, Kupfer, Jod, Kobalt, Brom, Fluor, Aluminium usw.

In der Milch von Säugetieren wurden 23 Spurenelemente gefunden: Lithium, Rubidium, Kupfer, Silber, Barium, Strontium, Titan, Arsen, Vanadium, Chrom, Molybdän, Jod, Fluor, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel usw.

Das Blut von Säugetieren enthält 24 Spurenelemente und das menschliche Gehirn enthält 18 Spurenelemente.

Wie Sie sehen, gibt es in der Zelle keine besonderen Elemente, die nur für die belebte Natur charakteristisch sind, das heißt, auf atomarer Ebene gibt es keine Unterschiede zwischen belebter und unbelebter Natur. Diese Unterschiede finden sich nur auf der Ebene komplexer Stoffe – auf molekularer Ebene. So enthalten die Zellen lebender Organismen neben anorganischen Stoffen (Wasser und Mineralsalze) nur für sie charakteristische Stoffe – organische Stoffe (Proteine, Fette, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren, Vitamine, Hormone usw.). Diese Stoffe sind hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff aufgebaut, also aus Makroelementen. Mikroelemente sind in diesen Substanzen in geringen Mengen enthalten, ihre Rolle für das normale Funktionieren von Organismen ist jedoch enorm. Beispielsweise steigern Verbindungen aus Bor, Mangan, Zink und Kobalt den Ertrag einzelner landwirtschaftlicher Pflanzen dramatisch und erhöhen ihre Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Krankheiten.

Menschen und Tiere erhalten über die Pflanzen, die sie essen, die Mikroelemente, die sie für ein normales Leben benötigen. Wenn in der Nahrung nicht genügend Mangan vorhanden ist, sind Wachstumsverzögerungen, eine verzögerte Pubertät und Stoffwechselstörungen beim Aufbau des Skeletts möglich. Zugabe von Bruchteilen eines Milligramms Mangansalze zu Tagesration Tiere beseitigen diese Krankheiten.

Kobalt ist Bestandteil von Vitamin B12, das für die Funktion der blutbildenden Organe verantwortlich ist. Ein Mangel an Kobalt in der Nahrung führt häufig zu schweren Erkrankungen, die zur Erschöpfung des Körpers und sogar zum Tod führen.

Die Bedeutung von Mikroelementen für den Menschen wurde erstmals bei der Untersuchung einer Krankheit wie dem endemischen Kropf entdeckt, der durch einen Mangel an Jod in Nahrung und Wasser verursacht wurde. Die Einnahme von jodhaltigem Salz führt zur Genesung und die Zugabe in kleinen Mengen zur Nahrung beugt Krankheiten vor. Hierzu wird Speisesalz jodiert, dem 0,001-0,01 % Kaliumjodid zugesetzt wird.

Die meisten biologischen Enzymkatalysatoren enthalten Zink, Molybdän und einige andere Metalle. Diese Elemente, die in sehr geringen Mengen in den Zellen lebender Organismen enthalten sind, gewährleisten das normale Funktionieren der feinsten biochemischen Mechanismen und sind wahre Regulatoren lebenswichtiger Prozesse.

Viele Mikroelemente sind in Vitaminen enthalten – organischen Substanzen unterschiedlicher chemischer Natur, die in geringen Dosen mit der Nahrung in den Körper gelangen und einen großen Einfluss auf den Stoffwechsel und die Gesamtfunktion des Körpers haben. In ihrer biologischen Wirkung ähneln sie Enzymen, Enzyme werden jedoch von den Körperzellen gebildet und Vitamine stammen normalerweise aus der Nahrung. Vitaminquellen sind Pflanzen: Zitrusfrüchte, Hagebutten, Petersilie, Zwiebeln, Knoblauch und viele andere. Einige Vitamine – A, B1, B2, K – werden synthetisch gewonnen. Vitamine haben ihren Namen von zwei Wörtern: Vita – Leben und Amin – stickstoffhaltig.

Mikroelemente sind auch Bestandteil von Hormonen – biologisch aktiven Substanzen, die die Funktion von Organen und Organsystemen bei Mensch und Tier regulieren. Sie haben ihren Namen vom griechischen Wort harmao – ich erobere. Hormone werden von den endokrinen Drüsen produziert und gelangen ins Blut, das sie durch den Körper transportiert. Einige Hormone werden synthetisch gewonnen.

1. Makroelemente und Mikroelemente.

2. Die Rolle von Mikroelementen im Leben von Pflanzen, Tieren und Menschen.

3. Organische Substanzen: Proteine, Fette, Kohlenhydrate.

4. Enzyme.

5. Vitamine.

6. Hormone.

Auf welcher Ebene der Existenzformen eines chemischen Elements beginnt der Unterschied zwischen belebter und unbelebter Natur?

Warum werden einzelne Makroelemente auch als biogen bezeichnet? Listen Sie sie auf.

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Anweisungen

Die Hauptelemente in Zellen sind Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Diese chemischen Elemente werden biogen genannt, da sie eine entscheidende Rolle im Leben der Zellen spielen. Sie machen 95 Prozent der gesamten Zellmasse aus. Ergänzt werden diese Elemente durch Stoffe wie Schwefel und Phosphor, die zusammen mit biogenen Elementen die Moleküle der wichtigsten organischen Verbindungen in Zellen bilden.

Ebenso wichtig für die Funktion ist das Vorhandensein von Makroelementen. Ihre Zahl ist gering, weniger als ein Prozent der Gesamtmasse, aber von unschätzbarem Wert. Zu den Makroelementen zählen Stoffe wie Natrium, Kalium, Chlor, Magnesium und Kalzium.

Alle Makroelemente kommen in Zellen in Form von Ionen vor und sind direkt an einer Reihe zellulärer Prozesse beteiligt, an denen beispielsweise Calciumionen beteiligt sind Muskelkontraktionen, motorische Funktionen und Blutgerinnung, und Ionen sind für die Funktion der Ribosomen verantwortlich. Auch Pflanzenzellen kommen ohne Magnesium nicht aus – es ist Teil des Chlorophylls und sorgt für die Funktion der Mitochondrien. Natrium und Kalium, Elemente, die in menschlichen Zellen vorkommen, sind wiederum für die Übertragung von Nervenimpulsen und die Herzfrequenz verantwortlich.

Eine ebenso wichtige funktionelle Bedeutung haben Mikroelemente – Substanzen, deren Gehalt ein Hundertstel Prozent der Gesamtmasse der Zellen nicht überschreitet. Dies sind Eisen, Zink, Mangan, Kupfer, Kobalt, Zink und für einen bestimmten Zelltyp auch Bor, Aluminium, Chrom, Fluor, Selen, Molybdän, Jod und Silizium.

Die Bedeutung der Elemente, aus denen die Zellen bestehen, spiegelt sich nicht in Prozentsätzen wider. Ohne Kupfer wäre beispielsweise das Funktionieren von Redoxprozessen in großer Frage; darüber hinaus ist dieses Element trotz seines geringen Gehalts in Zellen vorhanden sehr wichtig im Leben der Mollusken, verantwortlich für den Sauerstofftransport durch den Körper.

Eisen ist wie Kupfer ein Mikroelement und sein Gehalt in den Zellen ist gering. Aber ohne diese Substanz gesunde Person Es ist einfach unvorstellbar. Hämoglobin-Häm und viele Enzyme kommen ohne dieses Element nicht aus. Eisen ist auch ein Elektronenträger.

Zellen von Algen, Schwämmen, Schachtelhalmen und Weichtieren benötigen ein Element wie Silizium. Seine Rolle bei Wirbeltieren ist nicht weniger ausgeprägt – sein größter Gehalt liegt in Bändern und Knorpeln. Fluor kommt in großen Mengen in den Schmelzzellen von Zähnen und Knochen vor und Bor ist für das Wachstum pflanzlicher Organismen verantwortlich. Selbst der kleinste Gehalt an Mikroelementen in Zellen hat seine Bedeutung und spielt seine unauffällige, aber wichtige Rolle.

Zelle: chemische Zusammensetzung, Struktur, Funktionen von Organellen.

Chemische Zusammensetzung der Zelle. Makro- und Mikroelemente. Die Beziehung zwischen der Struktur und den Funktionen anorganischer und organischer Substanzen (Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Lipide, ATP), aus denen die Zelle besteht. Rolle Chemikalien in der menschlichen Zelle und im menschlichen Körper.

Organismen bestehen aus Zellen. Zellen verschiedener Organismen haben ähnliche Eigenschaften chemische Zusammensetzung. Tabelle 1 stellt die wichtigsten chemischen Elemente dar, die in den Zellen lebender Organismen vorkommen.

Tabelle 1. Gehalt an chemischen Elementen in der Zelle

Element	Menge, %	Element	Menge, %
Sauerstoff	65-75	Kalzium	0,04-2,00
Kohlenstoff	15-18	Magnesium	0,02-0,03
Wasserstoff	8-10	Natrium	0,02-0,03
Stickstoff	1,5-3,0	Eisen	0,01-0,015
Phosphor	0,2-1,0	Zink	0,0003
Kalium	0,15-0,4	Kupfer	0,0002
Schwefel	0,15-0,2	Jod	0,0001
Chlor	0,05-0,10	Fluor	0,0001

Zur ersten Gruppe gehören Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Sie machen fast 98 % der Gesamtzusammensetzung der Zelle aus.

Die zweite Gruppe umfasst Kalium, Natrium, Kalzium, Schwefel, Phosphor, Magnesium, Eisen, Chlor. Ihr Gehalt in der Zelle beträgt Zehntel und Hundertstel Prozent. Elemente dieser beiden Gruppen werden klassifiziert als Makronährstoffe(aus dem Griechischen Makro- groß).

Die übrigen Elemente, die in der Zelle durch Hundertstel und Tausendstel Prozent dargestellt werden, sind in der dritten Gruppe enthalten. Das Mikroelemente(aus dem Griechischen Mikro- klein).

In der Zelle wurden keine Elemente gefunden, die nur in der belebten Natur vorkommen. Alle aufgeführten chemischen Elemente sind in der Zusammensetzung enthalten unbelebte Natur. Dies weist auf die Einheit von belebter und unbelebter Natur hin.

Ein Mangel an irgendeinem Element kann zu Krankheiten und sogar zum Tod des Körpers führen, da jedes Element eine bestimmte Rolle spielt. Makroelemente der ersten Gruppe bilden die Grundlage für Biopolymere – Proteine, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren sowie Lipide, ohne die Leben nicht möglich ist. Schwefel ist Teil einiger Proteine, Phosphor ist Teil von Nukleinsäuren, Eisen ist Teil von Hämoglobin und Magnesium ist Teil von Chlorophyll. Calcium spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel.

Einige der in der Zelle enthaltenen chemischen Elemente sind Bestandteil anorganischer Substanzen – Mineralsalze und Wasser.

Mineralsalze kommen in der Zelle in der Regel in Form von Kationen (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) und Anionen (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO) vor 3), deren Verhältnis den Säuregehalt der Umgebung bestimmt, der für das Leben der Zellen wichtig ist.

(In vielen Zellen ist die Umgebung leicht alkalisch und ihr pH-Wert ändert sich fast nicht, da darin ständig ein bestimmtes Verhältnis von Kationen und Anionen eingehalten wird.)

Von den anorganischen Substanzen in der belebten Natur spielt es eine große Rolle Wasser.

Ohne Wasser ist Leben unmöglich. Es macht einen erheblichen Teil der meisten Zellen aus. In den Zellen des Gehirns und menschlicher Embryonen ist viel Wasser enthalten: mehr als 80 % Wasser; in Fettgewebezellen - nur 40 % Mit zunehmendem Alter nimmt der Wassergehalt in den Zellen ab. Ein Mensch, der 20 % seines Wassers verloren hat, stirbt.

Die einzigartigen Eigenschaften des Wassers bestimmen seine Rolle im Körper. Es ist an der Thermoregulation beteiligt, die durch die hohe Wärmekapazität des Wassers verursacht wird – Verbrauch große Menge Energie beim Erhitzen. Was bestimmt die hohe Wärmekapazität von Wasser?

In einem Wassermolekül ist ein Sauerstoffatom kovalent an zwei Wasserstoffatome gebunden. Das Wassermolekül ist polar, weil das Sauerstoffatom und jedes der beiden Wasserstoffatome teilweise negativ geladen sind

Teilweise positive Ladung. Zwischen dem Sauerstoffatom eines Wassermoleküls und dem Wasserstoffatom eines anderen Moleküls entsteht eine Wasserstoffbrücke. Wasserstoffbrückenbindungen sorgen für die Verbindung große Zahl Wassermoleküle. Beim Erhitzen von Wasser wird ein erheblicher Teil der Energie für das Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen aufgewendet, was seine hohe Wärmekapazität bestimmt.

Wasser - gutes Lösungsmittel. Aufgrund ihrer Polarität interagieren seine Moleküle mit positiv und negativ geladenen Ionen und fördern so die Auflösung des Stoffes. Bezogen auf Wasser werden alle Zellstoffe in hydrophile und hydrophobe unterteilt.

Hydrophil(aus dem Griechischen Wasserkraft- Wasser und filleo- Liebe) nennt man Stoffe, die sich in Wasser auflösen. Dazu gehören ionische Verbindungen (z. B. Salze) und einige nichtionische Verbindungen (z. B. Zucker).

Hydrophob(aus dem Griechischen Wasserkraft- Wasser und Phobos- Angst) sind wasserunlösliche Stoffe. Hierzu zählen beispielsweise Lipide.

Wasser spielt eine wichtige Rolle bei den chemischen Reaktionen, die in wässrigen Lösungen in der Zelle ablaufen. Es löst Stoffwechselprodukte auf, die der Körper nicht benötigt, und fördert dadurch deren Abtransport aus dem Körper. Der hohe Wassergehalt in der Zelle sorgt dafür Elastizität. Wasser erleichtert die Bewegung verschiedener Substanzen innerhalb einer Zelle oder von Zelle zu Zelle.

Körper der belebten und unbelebten Natur bestehen aus den gleichen chemischen Elementen. Lebende Organismen enthalten anorganische Substanzen – Wasser und Mineralsalze. Die lebenswichtigen zahlreichen Funktionen von Wasser in einer Zelle werden durch die Eigenschaften seiner Moleküle bestimmt: ihre Polarität, die Fähigkeit, Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden.

ANORGANISCHE KOMPONENTEN DER ZELLE

Eine andere Art der Klassifizierung von Elementen in einer Zelle:

Zu den Makroelementen gehören Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff, Phosphor, Kalium, Schwefel, Chlor, Kalzium, Magnesium, Natrium und Eisen.
Zu den Mikroelementen gehören Mangan, Kupfer, Zink, Jod und Fluor.
Zu den Ultramikroelementen gehören Silber, Gold, Brom und Selen.

ELEMENTE	INHALT IM KÖRPER (%)	BIOLOGISCHE BEDEUTUNG
Makronährstoffe:
O.C.H.N.	O – 62 %, C – 20 %, H – 10 %, N – 3 %	Enthält alle organischen Stoffe in Zellen, Wasser
Phosphor R	1,0	Sie sind Bestandteil von Nukleinsäuren, ATP (bildet hochenergetische Bindungen), Enzymen, Knochengewebe und Zahnschmelz
Kalzium Ca +2	2,5	Bei Pflanzen ist es Teil der Zellmembran, bei Tieren aktiviert es in der Zusammensetzung von Knochen und Zähnen die Blutgerinnung
Mikroelemente:	1-0,01
Schwefel S	0,25	Enthält Proteine, Vitamine und Enzyme
Kalium K+	0,25	Verursacht die Weiterleitung von Nervenimpulsen; Aktivator von Proteinsyntheseenzymen, Photosyntheseprozessen, Pflanzenwachstum
Chlor CI -	0,2	Es ist Bestandteil des Magensaftes in Form von Salzsäure und aktiviert Enzyme
Natrium Na+	0,1	Sorgt für die Weiterleitung von Nervenimpulsen, hält den osmotischen Druck in der Zelle aufrecht und stimuliert die Hormonsynthese
Magnesium Mg +2	0,07	Ein Teil des Chlorophyllmoleküls, das in Knochen und Zähnen vorkommt, aktiviert die DNA-Synthese und den Energiestoffwechsel
Jod I -	0,1	Ein Teil des Schilddrüsenhormons – Thyroxin – beeinflusst den Stoffwechsel
Eisen Fe+3	0,01	Es ist Teil von Hämoglobin, Myoglobin, der Linse und Hornhaut des Auges, ein Enzymaktivator und an der Synthese von Chlorophyll beteiligt. Sorgt für den Sauerstofftransport zu Geweben und Organen
Ultramikroelemente:	weniger als 0,01, Spurenmengen
Kupfer Si +2		Beteiligt sich an den Prozessen der Hämatopoese, der Photosynthese und katalysiert intrazelluläre oxidative Prozesse
Mangan Mn		Erhöht die Pflanzenproduktivität, aktiviert den Prozess der Photosynthese und beeinflusst hämatopoetische Prozesse
Bor V		Beeinflusst Pflanzenwachstumsprozesse
Fluor F		Es ist Teil des Zahnschmelzes; bei einem Mangel entsteht Karies, bei einem Überschuss entsteht Fluorose.
Substanzen:
N 2 0	60-98	Es bildet die innere Umgebung des Körpers, ist an Hydrolyseprozessen beteiligt und strukturiert die Zelle. Universelles Lösungsmittel, Katalysator, Teilnehmer chemische Reaktionen

ORGANISCHE BESTANDTEILE VON ZELLEN

SUBSTANZEN	STRUKTUR UND EIGENSCHAFTEN	FUNKTIONEN
Lipide
	Höhere Ester Fettsäuren und Glycerin. Zu den Phospholipiden gehört zusätzlich der Rest H 3 PO4. Sie haben hydrophobe oder hydrophil-hydrophobe Eigenschaften und eine hohe Energieintensität	Konstruktion- bildet die Bilipidschicht aller Membranen. Energie. Thermoregulatorisch. Schützend. Hormonell(Kortikosteroide, Sexualhormone). Komponenten Vitamine D, E. Wasserquelle im Körper. Ersatz Nährstoff
Kohlenhydrate
Monosaccharide: Glucose, Fruktose, Ribose, Desoxyribose	Sehr gut wasserlöslich	Energie
Disaccharide: Saccharose, Maltose (Malzzucker)	In Wasser löslich	Komponenten DNA, RNA, ATP
Polysaccharide: Stärke, Glykogen, Zellulose	In Wasser schlecht oder unlöslich	Ersatznährstoff. Konstruktion – die Hülle einer Pflanzenzelle
Eichhörnchen	Polymere. Monomere – 20 Aminosäuren.	Enzyme sind Biokatalysatoren.
	I-Struktur ist die Abfolge von Aminosäuren in der Polypeptidkette. Bindung - Peptid - CO-NH-	Konstruktion - sind Teil von Membranstrukturen, Ribosomen.
	II-Struktur - A-Helix, Bindung - Wasserstoff	Motorisch (kontraktile Muskelproteine).
	III Struktur – räumliche Konfiguration A-Spiralen (Kugel). Bindungen – ionisch, kovalent, hydrophob, Wasserstoff	Transport (Hämoglobin). Schützend (Antikörper) Regulatorisch (Hormone, Insulin)
	Die IV-Struktur ist nicht für alle Proteine ​​charakteristisch. Verbindung mehrerer Polypeptidketten zu einer einzigen Überstruktur. In Wasser schlecht löslich. Aktion hohe Temperaturen, konzentrierte Säuren und Laugen, Salze von Schwermetallen verursachen Denaturierung
Nukleinsäuren:	Biopolymere. Besteht aus Nukleotiden
DNA ist Desoxyribonukleinsäure.	Zusammensetzung des Nukleotids: Desoxyribose, stickstoffhaltige Basen – Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin, Phosphorsäurerest – H 3 PO 4. Komplementarität stickstoffhaltiger Basen A = T, G = C. Doppelhelix. Kann sich selbst verdoppeln	Sie bilden Chromosomen. Speicherung und Übertragung von Erbinformationen, genetischem Code. Biosynthese von RNA und Proteinen. Kodiert die Primärstruktur eines Proteins. Enthalten im Zellkern, Mitochondrien, Plastiden
RNA ist Ribonukleinsäure.	Nukleotidzusammensetzung: Ribose, stickstoffhaltige Basen – Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil, H 3 PO 4-Rest. Komplementarität der stickstoffhaltigen Basen A = U, G = C. Eine Kette
Messenger-RNA		Die Übertragung von Informationen über die Primärstruktur des Proteins ist an der Proteinbiosynthese beteiligt
Ribosomale RNA		Baut den Ribosomenkörper auf
RNA übertragen		Kodiert und transportiert Aminosäuren zum Ort der Proteinsynthese – den Ribosomen
Virale RNA und DNA		Genetischer Apparat von Viren

Proteinstruktur

Enzyme.

Die wichtigste Funktion von Proteinen ist die katalytische. Proteinmoleküle, die Erhöhung der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen in einer Zelle um mehrere Größenordnungen Enzyme. Niemand biochemischer Prozess kommt im Körper nicht ohne die Beteiligung von Enzymen vor.

Derzeit wurden über 2000 Enzyme entdeckt. Ihre Effizienz ist um ein Vielfaches höher als die Effizienz anorganischer Katalysatoren, die in der Produktion eingesetzt werden. Somit ersetzt 1 mg Eisen im Katalase-Enzym 10 Tonnen anorganisches Eisen. Katalase erhöht die Zersetzungsgeschwindigkeit von Wasserstoffperoxid (H 2 O 2) um das 10- bis 11-fache. Das Enzym, das die Reaktion der Kohlensäurebildung (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) katalysiert, beschleunigt die Reaktion um das 10-fache.

Eine wichtige Eigenschaft von Enzymen ist die Spezifität ihrer Wirkung; jedes Enzym katalysiert nur eine oder eine kleine Gruppe ähnlicher Reaktionen.

Der Stoff, auf den das Enzym einwirkt, wird genannt Substrat. Die Strukturen der Enzym- und Substratmoleküle müssen exakt zueinander passen. Dies erklärt die Spezifität der Wirkung von Enzymen. Wenn ein Substrat mit einem Enzym kombiniert wird, verändert sich die räumliche Struktur des Enzyms.

Der Ablauf der Wechselwirkung zwischen Enzym und Substrat lässt sich schematisch darstellen:

Substrat+Enzym - Enzym-Substrat-Komplex - Enzym+Produkt.

Das Diagramm zeigt, dass sich das Substrat mit dem Enzym zu einem Enzym-Substrat-Komplex verbindet. In diesem Fall wird das Substrat in einen neuen Stoff – ein Produkt – umgewandelt. Im Endstadium wird das Enzym aus dem Produkt freigesetzt und interagiert erneut mit einem anderen Substratmolekül.

Enzyme funktionieren nur bei einer bestimmten Temperatur, Stoffkonzentration und Säuregehalt der Umgebung. Veränderte Bedingungen führen zu Veränderungen in der Tertiär- und Quartärstruktur des Proteinmoleküls und damit zur Unterdrückung der Enzymaktivität. Wie kommt es dazu? Nur ein bestimmter Teil des Enzymmoleküls, genannt aktives Zentrum. Das aktive Zentrum enthält 3 bis 12 Aminosäurereste und entsteht durch Biegung der Polypeptidkette.

Unter dem Einfluss verschiedener Faktoren verändert sich die Struktur des Enzymmoleküls. In diesem Fall wird die räumliche Konfiguration des aktiven Zentrums gestört und das Enzym verliert seine Aktivität.

Enzyme sind Proteine, die als biologische Katalysatoren wirken. Dank Enzymen erhöht sich die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen in Zellen um mehrere Größenordnungen. Wichtiges Eigentum Enzyme – Spezifität der Wirkung unter bestimmten Bedingungen.

Nukleinsäuren.

Nukleinsäuren wurden in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts entdeckt. Der Schweizer Biochemiker F. Miescher, der aus Zellkernen eine Substanz mit hohem Stickstoff- und Phosphorgehalt isolierte und sie „Nuclein“ nannte (von lat. Kern- Kern).

Nukleinsäuren speichern Erbinformationen über die Struktur und Funktion jeder Zelle und aller Lebewesen auf der Erde. Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren – DNA (Desoxyribonukleinsäure) und RNA (Ribonukleinsäure). Nukleinsäuren sind wie Proteine ​​artspezifisch, das heißt, Organismen jeder Art haben ihren eigenen DNA-Typ. Um die Gründe für die Speziesspezifität herauszufinden, betrachten Sie die Struktur von Nukleinsäuren.

Nukleinsäuremoleküle sind sehr lange Ketten, die aus vielen Hunderten oder sogar Millionen von Nukleotiden bestehen. Jede Nukleinsäure enthält nur vier Arten von Nukleotiden. Die Funktionen von Nukleinsäuremolekülen hängen von ihrer Struktur, den darin enthaltenen Nukleotiden, ihrer Anzahl in der Kette und der Reihenfolge der Verbindung im Molekül ab.

Jedes Nukleotid besteht aus drei Komponenten: einer stickstoffhaltigen Base, einem Kohlenhydrat und einer Phosphorsäure. Jedes DNA-Nukleotid enthält eine von vier Arten stickstoffhaltiger Basen (Adenin – A, Thymin – T, Guanin – G oder Cytosin – C) sowie das Kohlenhydrat Desoxyribose und einen Phosphorsäurerest.

Daher unterscheiden sich DNA-Nukleotide nur in der Art der stickstoffhaltigen Base.

Das DNA-Molekül besteht aus einer großen Anzahl von Nukleotiden, die in einer bestimmten Reihenfolge zu einer Kette verbunden sind. Jeder DNA-Molekültyp hat seine eigene Anzahl und Sequenz von Nukleotiden.

DNA-Moleküle sind sehr lang. Um beispielsweise die Nukleotidsequenz in DNA-Molekülen einer menschlichen Zelle (46 Chromosomen) in Buchstaben aufzuschreiben, wäre ein Buch mit etwa 820.000 Seiten erforderlich. Der Wechsel von vier Arten von Nukleotiden kann eine unendliche Anzahl von Varianten von DNA-Molekülen bilden. Diese Strukturmerkmale von DNA-Molekülen ermöglichen es ihnen, eine große Menge an Informationen über alle Eigenschaften von Organismen zu speichern.

1953 erstellten der amerikanische Biologe J. Watson und der englische Physiker F. Crick ein Modell der Struktur des DNA-Moleküls. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass jedes DNA-Molekül aus zwei miteinander verbundenen und spiralförmig verdrehten Ketten besteht. Es sieht aus wie eine Doppelhelix. In jeder Kette wechseln sich vier Arten von Nukleotiden in einer bestimmten Reihenfolge ab.

Die Nukleotidzusammensetzung der DNA variiert zwischen verschiedene Typen Bakterien, Pilze, Pflanzen, Tiere. Aber es ändert sich nicht mit dem Alter, es hängt kaum von Veränderungen ab Umfeld. Nukleotide sind gepaart, das heißt, die Anzahl der Adeninnukleotide in jedem DNA-Molekül entspricht der Anzahl der Thymidinnukleotide (A-T) und die Anzahl der Cytosinnukleotide entspricht der Anzahl der Guaninnukleotide (C-G). Dies liegt daran, dass die Verbindung zweier Ketten in einem DNA-Molekül einer bestimmten Regel unterliegt, nämlich: Adenin einer Kette ist immer nur durch zwei Wasserstoffbrückenbindungen mit Thymin der anderen Kette verbunden, und Guanin – durch drei Wasserstoffbrückenbindungen mit Cytosin, das heißt, die Nukleotidketten eines DNA-Moleküls sind komplementär und ergänzen sich.

Nukleinsäuremoleküle – DNA und RNA – bestehen aus Nukleotiden. DNA-Nukleotide umfassen eine stickstoffhaltige Base (A, T, G, C), das Kohlenhydrat Desoxyribose und einen Phosphorsäuremolekülrest. Das DNA-Molekül ist eine Doppelhelix, die aus zwei Ketten besteht, die nach dem Komplementaritätsprinzip durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind. Die Funktion der DNA besteht darin, Erbinformationen zu speichern.

Die Zellen aller Organismen enthalten ATP-Moleküle – Adenosintriphosphorsäure. ATP ist ein universeller Zellstoff, dessen Molekül über energiereiche Bindungen verfügt. Das ATP-Molekül ist ein einzigartiges Nukleotid, das wie andere Nukleotide aus drei Komponenten besteht: einer stickstoffhaltigen Base – Adenin, einem Kohlenhydrat – Ribose, aber anstelle eines enthält es drei Reste von Phosphorsäuremolekülen (Abb. 12). Die in der Abbildung mit einem Symbol gekennzeichneten Verbindungen sind energiereich und werden aufgerufen makroergisch. Jedes ATP-Molekül enthält zwei hochenergetische Bindungen.

Beim Aufbrechen einer hochenergetischen Bindung und der Entfernung eines Moleküls Phosphorsäure mit Hilfe von Enzymen werden 40 kJ/mol Energie freigesetzt und ATP in ADP – Adenosindiphosphorsäure – umgewandelt. Wenn ein weiteres Molekül Phosphorsäure entfernt wird, werden weitere 40 kJ/mol freigesetzt; Es entsteht AMP – Adenosinmonophosphorsäure. Diese Reaktionen sind reversibel, das heißt, AMP kann in ADP, ADP in ATP umgewandelt werden.

ATP-Moleküle werden nicht nur abgebaut, sondern auch synthetisiert, sodass ihr Gehalt in der Zelle relativ konstant ist. Die Bedeutung von ATP im Leben einer Zelle ist enorm. Diese Moleküle spielen eine führende Rolle im Energiestoffwechsel, der notwendig ist, um das Leben der Zelle und des gesamten Organismus sicherzustellen.

Reis. Schema der Struktur von ATP.

Adenin –

Ein RNA-Molekül ist normalerweise eine einzelne Kette, die aus vier Arten von Nukleotiden besteht – A, U, G, C. Es sind drei Haupttypen von RNA bekannt: mRNA, rRNA, tRNA. Der Gehalt an RNA-Molekülen in einer Zelle ist nicht konstant; sie sind an der Proteinbiosynthese beteiligt. ATP ist ein universeller Energiestoff der Zelle, der energiereiche Bindungen enthält. ATP spielt eine zentrale Rolle im zellulären Energiestoffwechsel. RNA und ATP kommen sowohl im Zellkern als auch im Zytoplasma der Zelle vor.