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La organización química de las células: sustancias orgánicas, macro- y microelementos

En el siglo 19 se formó una rama de la biología llama bioquímica. Ella está estudiando la composición química de las células vivas. La principal tarea de la ciencia – el conocimiento de las peculiaridades del metabolismo y la energía, la regulación de las funciones vitales de las células vegetales y animales.


El concepto de la composición química de las células

Como resultado de una extensa investigación realizada por científicos organización química de las células se ha estudiado y encontrado que los seres vivos están compuestos por más de 85 elementos químicos. Y algunos de ellos son necesarios para casi todos los organismos, mientras que otros son específicos y se producen en determinadas especies. Un tercer grupo de elementos químicos presentes en las células de microorganismos, plantas y animales en cantidades suficientemente pequeñas. Los elementos químicos de la célula son a menudo en forma de cationes y aniones de los cuales se forman sal mineral y agua, y compuestos orgánicos de carbono se sintetizan: carbohidratos, proteínas, lípidos.

elementos organógenas

En bioquímica, estos incluyen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Su conjunto está en una celda del 88 al 97% de los otros elementos químicos presentes en ella. Especialmente importante es carbono. Todas las sustancias orgánicas en la composición de células consisten en moléculas que contienen carbono en sus átomos de composición. Ellos se pueden interconectar para formar una cadena (ramificado y no ramificado), así como ciclos. Esta aptitud átomos de carbono subyace asombrosa diversidad de sustancias orgánicas incluidas en el citoplasma de la célula y los orgánulos.

Por ejemplo, el contenido interno de la célula consiste en un oligosacárido soluble, proteínas hidrófilas, lípidos, diversos tipos de ARN: ARN de transferencia, ARN ribosomal y ARN mensajero, así como monómeros libres – nucleótidos. Tal composición química tiene un núcleo celular. También contiene una molécula de ácido desoxirribonucleico, una parte de los cromosomas. Todos los compuestos anteriores son en sus átomos de composición de nitrógeno, carbono con el oxígeno, hidrógeno. Esta es una prueba de su importancia particular, ya que una organización química de la célula depende del contenido de elementos biogénicos que conforman las estructuras celulares: hyaloplasm y orgánulos.

Macronutrientes y sus significados

Los elementos químicos, que también son muy común en células de varios tipos de organismos, la bioquímica se llaman macronutrientes. Su contenido en la célula es de 1,2% – 1,9%. Por macroelementos células incluyen: fósforo, potasio, cloro, azufre, magnesio, calcio, hierro y sodio. Todos ellos tienen funciones importantes y forman parte de los diversos orgánulos celulares. Por lo tanto, el ion ferroso está presente en la proteína de la sangre – hemoglobina, que transporta el oxígeno (en cuyo caso se llama oxihemoglobina), dióxido de carbono (karbogemoglobin) o dióxido de carbono (carboxihemoglobina).

Los iones de sodio proporcionan importante forma de transporte intercelular: la bomba de llamada de sodio-potasio. También son parte de la plasma líquido y sangre intersticial. Los iones de magnesio presentes en las moléculas de clorofila (fotopigmento plantas superiores) y están involucrados en el proceso de fotosíntesis, así como centros de reacción de forma que atrapan los fotones de la energía de la luz.

Los iones de calcio proporcionan la conducción de impulsos nerviosos a lo largo de las fibras y son el principal componente de los osteocitos – células óseas. compuestos de calcio son muy extendida en los animales invertebrados mundo cuyas conchas están compuestas de carbonato de calcio.

Los iones cloruro están implicados en la recarga de la membrana celular y proporcionar el aspecto de impulsos eléctricos de la estimulación neural subyacente.

Los átomos de azufre son parte de la proteína nativa y causan su estructura de cadena de polipéptido "costura" terciaria, formando de este modo molécula de proteína globular.

Los iones de potasio están implicados en el transporte de sustancias a través de las membranas celulares. átomos de fósforo son una parte de este importante sustancias de elevado consumo energético, tales como el trifosfato de adenosina, y es un componente importante de las moléculas de ácidos desoxirribonucleicos y ribonucleicos, que son la principal herencia celular sustancias.

función de rastreo en el metabolismo celular

Cerca de 50 elementos químicos que constituyen menos del 0,1% en las células, llamados microcélulas. Estos incluyen zinc, molibdeno, yodo, cobre, cobalto, flúor. Con un bajo mantenimiento que realizan una función muy importante, como parte de muchas sustancias biológicamente activas.

Por ejemplo, los átomos de zinc están en la molécula de insulina (hormona nivel de glucosa en sangre de regulación de páncreas), el yodo es un constituyente de las hormonas tiroideas – tiroxina y triyodotironina controlar el nivel de metabolismo en el cuerpo. El cobre, junto con iones de hierro involucradas en la hematopoyesis (la formación de glóbulos rojos, plaquetas y células blancas de la sangre en la médula ósea de los vertebrados). Los iones de cobre se incluyen en pigmento hemocianina presente en la sangre de invertebrados, tales mariscos. Por lo tanto, el color azul de su hemolinfa.

menos contenido Más en la célula elementos químicos tales como el plomo, el oro, bromo, plata. Se llaman ultromikroelementami y parte de las células vegetales y animales. Por ejemplo, en el análisis químico se detectaron iones de oro gorgojo del maíz. átomos de bromo en un gran número de células incluidas en los talos de algas pardas y rojas, como Sargassum, Laminaria, Fucus.

Todo lo anteriormente estos ejemplos y hechos explican cómo composición química relacionados entre sí, la función y la estructura de las células. La siguiente tabla muestra el contenido de varios elementos químicos en las células de los organismos vivos.

Características generales de compuestos orgánicos

Propiedades químicas de células de diferentes grupos de organismos en una cierta manera dependiendo de los átomos de carbono, que representan más del 50% de la masa celular. Prácticamente toda la materia de células secas se representa hidratos de carbono, proteínas, ácidos nucleicos y lípidos, que tienen una estructura compleja y de alto peso molecular. Tales moléculas se llaman macromoléculas (polímeros) y se componen de elementos más simples – monómeros. sustancias proteicas juegan un papel muy importante y realizan una variedad de funciones, que se discuten a continuación.

El papel de las proteínas en la célula

El análisis bioquímico de compuestos de entrar en una célula viva, confirma alto contenido de sustancias orgánicas tales como proteínas. Este hecho tiene una explicación lógica: las proteínas realizan una variedad de funciones y están involucrados en todos los aspectos de la vida celular.

Por ejemplo, la función protectora de las proteínas es la formación de anticuerpos – Los anticuerpos producidos por los linfocitos. Tales proteínas de protección, tales como trombina, fibrina y tromboblastin proporcionan coagulación de la sangre y prevenir su pérdida en el trauma y lesión. La compleja composición de la célula incluye las proteínas de la membrana celular que tiene la capacidad de reconocer compuestos extraños – antígenos. Cambian su configuración y celda de informe de los riesgos potenciales (función de alarma).

Algunas proteínas tienen una función reguladora y son hormonas, como la oxitocina, producida por el hipotálamo, hipófisis reservada. En vista de esto en la sangre, la oxitocina actúa sobre la pared muscular del útero, provocando su reducción. proteína vasopresina también sirve una función reguladora mediante el control de la presión arterial.

Las células musculares son la actina y la miosina, son capaces de reducir el tamaño, lo que hace que la función de motor de tejido muscular. Para las proteínas, función típica y trófico, por ejemplo, embrión de albúmina usada como un nutriente para el desarrollo. Proteínas de la sangre de diversos organismos, tales como la hemoglobina y la hemocianina, las moléculas de oxígeno se transfieren – operar función de transporte. Si más sustancias que consumen energía, tales como hidratos de carbono y lípidos, utilizan completamente, la célula comienza a descomponer las proteínas. Un gramo de este material 17 da 2 kJ de energía. Una de las funciones más importantes de las proteínas es catalítica (proteínas, enzimas aceleran las reacciones químicas en los compartimentos citoplásmicos). Basado en lo anterior, hemos visto que las proteínas tienen una serie de funciones muy importantes y parte necesaria de la célula animal.

la biosíntesis de proteínas

Considere el proceso de síntesis de proteínas en una célula, que se produce en el citoplasma a través de orgánulos tales como ribosomas. Gracias a la actividad de enzimas específicas, con la participación de los iones de calcio de ribosomas se combinan para polisomas. Las principales funciones de los ribosomas en la célula – la síntesis de moléculas de proteína, comenzando el proceso de transcripción. Como resultado de ello se sintetizan moléculas de ARNm, al que están unidos polisomas. Entonces comienza el segundo juicio – difusión. Transporte de ARN se unen a veinte diferentes tipos de aminoácidos y los lleva a los polisomas, y puesto que la función de los ribosomas de la célula – una síntesis de polipéptidos, estos orgánulos formar complejos con tRNA, y moléculas de ácido amino están unidos entre sí por enlaces peptídicos para formar una macromolécula proteína.

El papel del agua en el metabolismo

Estudios citológicos han confirmado el hecho de que la estructura y composición de las células de las que estudian, un promedio de 70% de agua, y en muchos animales, lo que lleva una forma agua de la vida (por ejemplo, celentéreos) su contenido llega a 97-98%. En vista de esta organización química de las células incluye hidrófilo (capaz de disolver) y material hidrófobo (repelente al agua). Como disolvente polar universales, el agua juega un papel crucial y tiene un impacto directo no sólo en la función, sino también en la propia estructura de las células. La siguiente tabla muestra el contenido de agua en varios tipos de células de los organismos vivos.

La función de los carbohidratos en la célula

Como explicamos anteriormente, a importantes orgánicos químicos – polímeros – también son carbohidratos. Estos incluyen polisacáridos, oligosacáridos y monosacáridos. Los hidratos de carbono son parte de los sistemas complejos más – glicolípidos y glicoproteínas, que se construyen de las membranas celulares y la estructura nadmembrannye, por ejemplo glicocalix.

Además de carbono en el hidrato de carbono incluye átomos de hidrógeno y la oxigenación, y algunos polisacáridos contiene más nitrógeno, azufre y fósforo. Las células de muchos carbohidratos de la planta: Los tubérculos de patata contienen hasta un 90% de almidón en semillas y contenido de carbohidratos de la fruta hasta el 70%, y las células animales se encuentran en la forma de compuestos tales como el glucógeno, la quitina y trehalosa.

Los azúcares simples (monosacáridos) tienen la fórmula general CnH2nOn y dividido en tetrosas, triosa, pentosa y hexosa. Los dos últimos son los más comunes en las células de organismos vivos, por ejemplo, ribosa y desoxirribosa son parte de los ácidos nucleicos, y la glucosa y la fructosa están implicados en las reacciones de la asimilación y disimilación. Los oligosacáridos se encuentran a menudo en las células vegetales: sacarosa se almacena en las células de remolacha azucarera y caña de azúcar, maltosa contenida en cariópsides centeno y cebada germinada.

Disacáridos tienen un sabor dulce y son fácilmente solubles en agua. Polisacáridos, siendo los biopolímeros consisten principalmente en almidón, celulosa, glucógeno y laminarina. Las formas estructurales incluyen polisacáridos quitina. La función primaria de hidratos de carbono en la célula – la energía. Como resultado de las reacciones de hidrólisis y metabolismo de la energía escinde polisacáridos a la glucosa, y se oxida a dióxido de carbono y agua. Como resultado, un gramo de comunicados de glucosa 17,6 kJ de energía y las reservas de almidón y glucógeno, son esencialmente depósito de energía celular.

El glucógeno se deposita principalmente en las células del músculo y del hígado, almidón vegetal – en los tubérculos, bulbos, raíces, semillas y artrópodos, tales como arañas, insectos y crustáceos, el papel principal en el suministro de energía desempeña un trehalosa oligosacárido.

Los hidratos de carbono son diferentes de lípidos y proteínas, la capacidad de degradación anóxica. Esto es extremadamente importante para los organismos que viven en condiciones de deficiencia o ausencia de oxígeno, tales como bacterias anaerobias, y helmintos – parásitos de seres humanos y animales.

Hay otra función de hidratos de carbono en la célula – la construcción (estructural). Se encuentra en el hecho de que estas sustancias están apoyando las estructuras de las células. Por ejemplo, la celulosa es una parte de las paredes celulares de las plantas, la quitina forma un esqueleto externo y muchos invertebrados se produce en células de hongos, olisaharidy junto con lípidos y moléculas de proteínas forman glicocalix – complejo nadmembranny. Se proporciona una adhesión – entre unas células animales aglutinación, que conduce a la formación de tejido.

Lípidos: estructura y función

Estas sustancias orgánicas, que son hidrófobas (insolubles en agua) se pueden eliminar, es decir, extraídos de las células mediante disolventes no polares, tales como acetona o cloroformo. función de los lípidos en la célula depende de cuál de los tres grupos a los que pertenecen: a las grasas, ceras o esteroides. Las grasas son los más comunes en todos los tipos de células.

Animales ellos se acumulan en el tejido adiposo subcutáneo, tejido neural contiene grasa en la forma de la vaina de mielina de los nervios. También se acumula en los riñones, el hígado, los insectos – en la grasa corporal. grasas líquidas – aceites – que se encuentran en las semillas de muchas plantas pino, de cacahuete, de girasol, de oliva. El contenido de lípidos en las células varía de 5 a 90% (en el tejido adiposo).

Los esteroides y ceras difieren de grasas en que no tienen en las moléculas de residuos de ácidos grasos. Así, los esteroides – Es hormonas corteza suprarrenal, que afecta a la pubertad el cuerpo y que son componentes de la testosterona. Son también parte de vitaminas (por ejemplo, la vitamina D).

La función principal de los lípidos en la célula – es la energía, construcción y protección. El primero es debido al hecho de que 1 gramo de grasa en la escisión da 38,9 kJ de energía – mucho más que otras sustancias orgánicas – proteínas e hidratos de carbono. Por otra parte, en la oxidación de la grasa 1d mide unos 1,1 c. agua. Es por ello que algunos animales tienen una reserva de grasa en su cuerpo puede ser un largo tiempo sin agua. Por ejemplo, los topos pueden ser en estado latente durante más de dos meses, sin la necesidad de agua, y no bebe camello agua a transiciones a través del desierto durante 10-12 días.

Construcción de función lípidos radica en el hecho de que son una parte integral de las membranas celulares, así como parte del nervio. La función protectora de los lípidos consiste en el hecho de que la capa de grasa debajo de la piel alrededor de los riñones y otros órganos internos los protege de daños mecánicos. función de aislamiento térmico específico es inherente a los animales durante mucho tiempo estar en el agua: ballenas, focas, sellos de piel. Gruesa capa adiposa subcutánea, por ejemplo, ballena azul es 0,5 m, que protege al animal de la hipotermia.

Oxygen Valor en el metabolismo celular

Los organismos aeróbicos, que incluyen la gran mayoría de animales, plantas y el hombre, usando oxígeno atmosférico para las reacciones de intercambio de energía que conducen a la disociación de las sustancias orgánicas y la asignación de una cierta cantidad de energía acumulada en forma de moléculas de trifosfato de adenosina.

Por lo tanto, la oxidación completa de un mol de glucosa que se produce en las crestas mitocondriales, 2800 kJ de energía se asigna, de los cuales 1.596 kJ (55%) se almacena en forma de moléculas de ATP que contienen conexión macroergic. Por lo tanto, la función primaria de oxígeno en la célula – la aplicación de la respiración aeróbica, que se basa en un grupo de reacciones enzimáticas llamada cadena respiratoria que ocurre en orgánulos – mitocondrias. En los organismos procarióticos – bacterias fototróficas y cianobacterias – oxidación de los nutrientes se produce bajo la influencia de oxígeno se difunde en las células en las protuberancias internas de las membranas plasmáticas.

Tenemos organización química de las células se ha estudiado, así como los procesos de síntesis de proteínas y la función oxígeno en el metabolismo de la energía celular.