Tabela neorganskih supstanci živih. Voda i anorganska jedinjenja, njihova uloga u ćeliji

ćelija: hemijski sastav, struktura, funkcije organela.

Hemijski sastav ćelije. Makro- i mikroelementi. Odnos strukture i funkcija anorganskih i organska materija(proteini, nukleinske kiseline, ugljikohidrati, lipidi, ATP) koji čine ćeliju. Uloga hemijske supstance u ćeliji i ljudskom tijelu.

Organizmi se sastoje od ćelija. Ćelije različitih organizama imaju sličan hemijski sastav. Tabela 1 predstavlja glavne hemijski elementi nalaze u ćelijama živih organizama.

Tabela 1. Sadržaj hemijskih elemenata u ćeliji

U prvu grupu spadaju kiseonik, ugljenik, vodonik i azot. Oni čine skoro 98% ukupnog sastava ćelije.

U drugu grupu spadaju kalijum, natrijum, kalcijum, sumpor, fosfor, magnezijum, gvožđe, hlor. Njihov sadržaj u ćeliji je desetinki i stoti dio procenta. Elementi ove dvije grupe pripadaju makronutrijenti(iz grčkog. makro- veliko).

Preostali elementi, predstavljeni u ćeliji sa stotim i hiljaditim dijelovima procenta, uključeni su u treću grupu. Ovo je elementi u tragovima(iz grčkog. mikro- mali).

U ćeliji nisu pronađeni elementi koji su svojstveni samo živoj prirodi. Svi ovi hemijski elementi su takođe deo nežive prirode. Ovo ukazuje na jedinstvo žive i nežive prirode.

Nedostatak bilo kojeg elementa može dovesti do bolesti, pa čak i smrti tijela, jer svaki element igra specifičnu ulogu. Makronutrijenti prve grupe čine osnovu biopolimera - proteina, ugljikohidrata, nukleinskih kiselina i lipida, bez kojih je život nemoguć. Sumpor je deo nekih proteina, fosfor je deo nukleinskih kiselina, gvožđe je deo hemoglobina, a magnezijum deo hlorofila. Kalcijum igra važnu ulogu u metabolizmu.

Deo hemijskih elemenata sadržanih u ćeliji je deo neorganskih supstanci - mineralnih soli i vode.

mineralne soli nalaze se u ćeliji, po pravilu, u obliku kationa (K+, Na+, Ca 2+, Mg 2+) i anjona (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3 ), čiji odnos određuje kiselost medijuma, koja je važna za život ćelija.

(U mnogim ćelijama medij je blago alkalan i njegov pH se gotovo ne mijenja, jer se u njemu stalno održava određeni omjer kationa i anjona.)

Od neorganskih supstanci u divljini, ogromnu ulogu igraju vode.

Život je nemoguć bez vode. Čini značajnu masu većine ćelija. Mnogo vode sadrži ćelije mozga i ljudski embrioni: više od 80% vode; u ćelijama masnog tkiva - samo 40%.Do starosti se sadržaj vode u ćelijama smanjuje. Osoba koja izgubi 20% vode umire.

Jedinstvena svojstva vode određuju njenu ulogu u tijelu. Uključen je u termoregulaciju, što je zbog velikog toplotnog kapaciteta vode - potrošnje veliki broj energije pri zagrevanju. Šta određuje visok toplotni kapacitet vode?

U molekuli vode, atom kiseonika je kovalentno vezan za dva atoma vodika. Molekula vode je polarna jer atom kisika ima djelomično negativan naboj, a svaki od dva atoma vodika ima

Djelomično pozitivno naelektrisanje. Vodikova veza nastaje između atoma kisika jedne molekule vode i atoma vodika druge molekule. Vodikove veze obezbeđuju vezu velikog broja molekula vode. Kada se voda zagrije, značajan dio energije se troši na razbijanje vodoničnih veza, što određuje njen veliki toplinski kapacitet.

voda - dobar rastvarač. Zbog polariteta, njegovi molekuli stupaju u interakciju s pozitivno i negativno nabijenim ionima, čime doprinose rastvaranju tvari. U odnosu na vodu, sve supstance ćelije se dijele na hidrofilne i hidrofobne.

hidrofilna(iz grčkog. hidro- vodu i fileo- ljubav) nazivaju se tvari koje se otapaju u vodi. To uključuje jonska jedinjenja (npr. soli) i neka nejonska jedinjenja (npr. šećeri).

hidrofobna(iz grčkog. hidro- vodu i phobos- strah) nazivaju se supstance koje su nerastvorljive u vodi. To uključuje, na primjer, lipide.

Voda igra važnu ulogu u hemijskim reakcijama koje se odvijaju u ćeliji u vodenim rastvorima. Rastvara metaboličke produkte koji su organizmu nepotrebni i na taj način doprinosi njihovom uklanjanju iz organizma. To daje visok sadržaj vode u ćeliji elastičnost. Voda podstiče kretanje razne supstance unutar ćelije ili od ćelije do ćelije.

Tijela žive i nežive prirode sastoje se od istih kemijskih elemenata. Sastav živih organizama uključuje anorganske tvari - vodu i mineralne soli. Brojne vitalne funkcije vode u ćeliji su posljedica posebnosti njenih molekula: njihovog polariteta, sposobnosti stvaranja vodikovih veza.

NEORGANSKE KOMPONENTE ĆELIJE

Druga vrsta klasifikacije elemenata u ćeliji:

Makronutrijenti uključuju kiseonik, ugljenik, vodonik, fosfor, kalijum, sumpor, hlor, kalcijum, magnezijum, natrijum i gvožđe.
Mikroelementi uključuju mangan, bakar, cink, jod, fluor.
Ultramikroelementi uključuju srebro, zlato, brom, selen.

ORGANSKI KOMPONENTE ĆELIJE

Struktura proteina

Enzimi.

Najvažnija funkcija proteina je katalitička. Proteinski molekuli koji povećavaju brzinu hemijskih reakcija u ćeliji za nekoliko redova veličine nazivaju se enzimi. Niti jedan biohemijski proces u tijelu ne nastaje bez sudjelovanja enzima.

Do sada je otkriveno preko 2000 enzima. Njihova efikasnost je višestruko veća od efikasnosti neorganskih katalizatora koji se koriste u proizvodnji. Dakle, 1 mg željeza u sastavu enzima katalaze zamjenjuje 10 tona neorganskog željeza. Katalaza povećava brzinu razgradnje vodikovog peroksida (H 2 O 2) za 10 11 puta. Enzim koji katalizuje reakciju formiranja ugljična kiselina(CO 2 + H 2 O \u003d H 2 CO 3), ubrzava reakciju za 10 7 puta.

Važno svojstvo enzima je specifičnost njihovog djelovanja; svaki enzim katalizira samo jednu ili malu grupu sličnih reakcija.

Supstanca na koju enzim djeluje naziva se supstrat. Strukture molekula enzima i supstrata moraju se međusobno točno podudarati. Ovo objašnjava specifičnost djelovanja enzima. Kada se supstrat kombinuje sa enzimom, prostorna struktura enzima se menja.

Redoslijed interakcije između enzima i supstrata može se shematski prikazati:

Supstrat+Enzim - Kompleks enzim-supstrat - Enzim+Proizvod.

Iz dijagrama se može vidjeti da se supstrat kombinuje sa enzimom i formira kompleks enzim-supstrat. U tom slučaju, supstrat se pretvara u novu tvar - proizvod. U završnoj fazi, enzim se oslobađa iz proizvoda i ponovo stupa u interakciju sa sljedećim molekulom supstrata.

Enzimi funkcioniraju samo pri određenoj temperaturi, koncentraciji tvari, kiselosti okoline. Promjena uslova dovodi do promjene tercijarne i kvartarne strukture proteinskog molekula, a samim tim i do supresije aktivnosti enzima. Kako se to dešava? Samo određeni dio molekule enzima ima katalitičku aktivnost, tzv aktivni centar. Aktivni centar sadrži od 3 do 12 aminokiselinskih ostataka i nastaje kao rezultat savijanja polipeptidnog lanca.

Pod uticajem različitih faktora, struktura molekula enzima se menja. U tom slučaju se poremeti prostorna konfiguracija aktivnog centra, a enzim gubi svoju aktivnost.

Enzimi su proteini koji djeluju kao biološki katalizatori. Zahvaljujući enzimima, brzina hemijskih reakcija u ćelijama raste za nekoliko redova veličine. Važna nekretnina enzimi - specifičnost djelovanja pod određenim uvjetima.

Nukleinske kiseline.

Nukleinske kiseline su otkrivene u drugoj polovini 19. veka. Švicarski biohemičar F. Miescher, koji je izolovao supstancu s visokim sadržajem dušika i fosfora iz jezgara stanica i nazvao je "nuklein" (od lat. jezgro- jezgro).

Nukleinske kiseline pohranjuju nasljedne informacije o strukturi i funkcioniranju svake ćelije i svih živih bića na Zemlji. Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina - DNK (deoksiribonukleinska kiselina) i RNA (ribonukleinska kiselina). Nukleinske kiseline, kao i proteini, su specifične za vrstu, odnosno organizmi svake vrste imaju svoj tip DNK. Da biste saznali razloge specifičnosti vrste, razmotrite strukturu nukleinskih kiselina.

Molekuli nukleinske kiseline su veoma dugi lanci koji se sastoje od stotina, pa čak i miliona nukleotida. Svaka nukleinska kiselina sadrži samo četiri vrste nukleotida. Funkcije molekula nukleinske kiseline zavise od njihove strukture, sastavnih nukleotida, njihovog broja u lancu i sekvence spoja u molekulu.

Svaki nukleotid se sastoji od tri komponente: azotne baze, ugljikohidrata i fosforne kiseline. Svaki nukleotid DNK sadrži jednu od četiri vrste azotnih baza (adenin - A, timin - T, gvanin - G ili citozin - C), kao i dezoksiribozu ugljikohidrata i ostatak fosforne kiseline.

Dakle, DNK nukleotidi se razlikuju samo po tipu azotne baze.

Molekul DNK se sastoji od ogromnog broja nukleotida povezanih u lanac u određenom nizu. Svaka vrsta molekula DNK ima svoj broj i sekvencu nukleotida.

Molekuli DNK su veoma dugački. Na primjer, da bismo zapisali sekvencu nukleotida u molekulima DNK iz jedne ljudske ćelije (46 hromozoma), bila bi potrebna knjiga od oko 820.000 stranica. Može se formirati izmjena četiri tipa nukleotida beskonačan skup varijante molekula DNK. Ove karakteristike strukture DNK molekula omogućavaju im da pohrane ogromnu količinu informacija o svim znakovima organizama.

Godine 1953. američki biolog J. Watson i engleski fizičar F. Crick stvorili su model za strukturu molekula DNK. Naučnici su otkrili da se svaki molekul DNK sastoji od dva lanca međusobno povezana i spiralno uvijena. Ona izgleda kao dvostruka spirala. U svakom lancu se izmjenjuju četiri tipa nukleotida u određenom nizu.

Nukleotidni sastav DNK je različit različite vrste bakterije, gljive, biljke, životinje. Ali to se ne mijenja s godinama, malo ovisi o promjenama u okruženju. Nukleotidi su upareni, odnosno broj nukleotida adenina u bilo kojoj molekuli DNK jednak je broju nukleotida timidina (A-T), a broj nukleotida citozina jednak je broju nukleotida guanina (C-G). To je zbog činjenice da se veza dva lanca jedan s drugim u molekuli DNK povinuje određenom pravilu, naime: adenin jednog lanca je uvijek povezan s dvije vodikove veze samo s timinom drugog lanca, a gvanin sa tri vodonika. veze sa citozinom, odnosno nukleotidni lanci jednog molekula DNK su komplementarni, međusobno se nadopunjuju.

Molekuli nukleinske kiseline - DNK i RNK se sastoje od nukleotida. Sastav DNK nukleotida uključuje azotnu bazu (A, T, G, C), dezoksiribozni ugljikohidrat i ostatak molekula fosforne kiseline. Molekul DNK je dvostruka spirala, koja se sastoji od dva lanca povezana vodoničnim vezama prema principu komplementarnosti. Funkcija DNK je pohranjivanje nasljednih informacija.

U ćelijama svih organizama nalaze se molekuli ATP-a – adenozin trifosforna kiselina. ATP - univerzalna supstancaćelija, čija molekula ima veze bogate energijom. Molekul ATP je jedna vrsta nukleotida, koji se, kao i drugi nukleotidi, sastoji od tri komponente: azotne baze - adenina, ugljikohidrata - riboze, ali umjesto jednog sadrži tri ostatka molekula fosforne kiseline (Sl. 12). Veze označene ikonom na slici su bogate energijom i nazivaju se makroergijski. Svaki ATP molekul sadrži dvije makroergijske veze.

Kada se visokoenergetska veza prekine i uz pomoć enzima odcijepi jedan molekul fosforne kiseline, oslobađa se 40 kJ/mol energije, a ATP se pretvara u ADP – adenozin difosfornu kiselinu. Uz eliminaciju još jednog molekula fosforne kiseline, oslobađa se još 40 kJ/mol; Nastaje AMP - adenozin monofosforna kiselina. Ove reakcije su reverzibilne, odnosno AMP se može pretvoriti u ADP, ADP - u ATP.

Molekuli ATP-a se ne samo razgrađuju, već se i sintetiziraju, pa je njihov sadržaj u ćeliji relativno konstantan. Značaj ATP-a u životu ćelije je ogroman. Ove molekule imaju vodeću ulogu u energetskom metabolizmu neophodnom za obezbeđivanje vitalne aktivnosti ćelije i organizma u celini.

Molekul RNK je po pravilu jedan lanac koji se sastoji od četiri tipa nukleotida - A, U, G, C. Poznata su tri glavna tipa RNK: mRNA, rRNA, tRNA. Sadržaj RNK molekula u ćeliji nije konstantan, oni su uključeni u biosintezu proteina. ATP je univerzalna energetska supstanca ćelije, u kojoj postoje energetski bogate veze. ATP igra centralnu ulogu u razmjeni energije u ćeliji. RNK i ATP se nalaze i u jezgru i u citoplazmi ćelije.

To uključuje vodu i mineralne soli.

Voda neophodna za sprovođenje životnih procesa u ćeliji. Njegov sadržaj je 70-80% mase ćelije. Glavne funkcije vode:

je univerzalni rastvarač;

je okruženje u kojem se odvijaju biohemijske reakcije;

određuje fiziološka svojstva ćelije (elastičnost, volumen);

učestvuje u hemijskim reakcijama;

održava toplinsku ravnotežu tijela zbog visokog toplinskog kapaciteta i toplinske provodljivosti;

je glavno sredstvo za transport supstanci.

mineralne soli prisutni u ćeliji u obliku jona: kationi K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ ; anjoni - Cl -, HCO 3 -, H 2 PO 4 -.

3. Organske supstance ćelije.

Organska jedinjenja ćelije sastoje se od mnogih ponavljajućih elemenata (monomera) i predstavljaju velike molekule - polimere. To uključuje proteine, masti, ugljikohidrate i nukleinske kiseline. Njihov sadržaj u ćeliji: proteini -10-20%; masti - 1-5%; ugljeni hidrati - 0,2-2,0%; nukleinske kiseline - 1-2%; organske supstance niske molekularne težine - 0,1-0,5%.

Vjeverice - visokomolekularne (visoke molekularne) organske tvari. Strukturna jedinica njihove molekule je aminokiselina. U formiranju proteina učestvuje 20 aminokiselina. Sastav molekula svakog proteina uključuje samo određene aminokiseline po redoslijedu karakterističnom za ovaj protein. Aminokiselina ima sledeću formulu:

H 2 N - CH - COOH

Sastav aminokiselina uključuje NH 2 - amino grupu sa bazičnim svojstvima; COOH je karboksilna grupa sa kiselim svojstvima; radikali koji razlikuju aminokiseline jedne od drugih.

Postoje primarne, sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture proteina. Aminokiseline povezane peptidnim vezama određuju njegovu primarnu strukturu. Proteini primarne strukture povezani su u spiralu uz pomoć vodikovih veza i formiraju sekundarnu strukturu. Polipeptidni lanci, uvijajući se na određeni način u kompaktnu strukturu, formiraju globulu (loptu) - tercijarnu strukturu proteina. Većina proteina ima tercijarnu strukturu. Treba napomenuti da su aminokiseline aktivne samo na površini globule. Proteini s globularnom strukturom kombinuju se i formiraju kvartarnu strukturu (na primjer, hemoglobin). Kada su izloženi visoke temperature, kiseline i drugi faktori, uništavaju se složeni proteinski molekuli - denaturacija proteina. Kada se uslovi poboljšaju, denaturirani protein može obnoviti svoju strukturu ako njegova primarna struktura nije uništena. Ovaj proces se zove renaturacija.

Proteini su specifični za vrstu: svaku vrstu životinje karakterizira skup određenih proteina.

Postoje jednostavni i složeni proteini. Jednostavni se sastoje samo od aminokiselina (na primjer, albumini, globulini, fibrinogen, miozin, itd.). Sastav složenih proteina, osim aminokiselina, uključuje i druga organska jedinjenja, na primjer, masti i ugljikohidrate (lipoproteine, glikoproteine, itd.).

Proteini obavljaju sljedeće funkcije:

enzimski (na primjer, enzim amilaza razgrađuje ugljikohidrate);

strukturni (na primjer, dio su membrana i drugih ćelijskih organela);

receptor (na primjer, protein rodopsin doprinosi boljem vidu);

transport (na primjer, hemoglobin prenosi kisik ili ugljični dioksid);

zaštitni (na primjer, imunoglobulinski proteini su uključeni u formiranje imuniteta);

motorički (na primjer, aktin i miozin su uključeni u kontrakciju mišićnih vlakana);

hormonski (na primjer, inzulin pretvara glukozu u glikogen);

energije (prilikom cijepanja 1 g proteina oslobađa se 4,2 kcal energije).

masti (lipidi) - jedinjenja trihidričnog alkohola glicerola i masnih kiselina visoke molekularne težine. Hemijska formula debeo:

CH 2 -O-C(O)-R¹

CH 2 -O-C(O)-R³, gdje radikali mogu biti različiti.

Funkcije lipida u ćeliji:

strukturne (učestvuju u izgradnji ćelijske membrane);

energija (razgradnjom 1 g masti u tijelu oslobađa se 9,2 kcal energije);

zaštitni (čuvati od gubitka topline, mehaničkih oštećenja);

mast je izvor endogene vode (kada se 10 g masti oksidira, oslobađa se 11 g vode);

regulacija metabolizma.

Ugljikohidrati - njihov molekul se može predstaviti opštom formulom C n (H 2 O) n - ugljenik i voda.

Ugljikohidrati se dijele u tri grupe: monosaharidi (uključuju jedan molekul šećera - glukoza, fruktoza itd.), oligosaharidi (obuhvataju od 2 do 10 monosaharidnih ostataka: saharoza, laktoza) i polisaharidi (visokomolekularna jedinjenja, zvijezda, gliko itd.). ).

Funkcije ugljenih hidrata:

služe kao početni elementi za izgradnju različitih organskih tvari, na primjer, tokom fotosinteze - glukoze;

glavni izvor energije za tijelo, kada se razgrađuju pomoću kisika, oslobađa se više energije nego kada se masnoća oksidira;

zaštitni (na primjer, sluz koju luče različite žlijezde sadrži puno ugljikohidrata; štiti zidove šupljih organa (bronhi, želudac, crijeva) od mehaničkih oštećenja; ima antiseptička svojstva);

strukturne i potporne funkcije: dio su plazma membrane.

Nukleinske kiseline su biopolimeri koji sadrže fosfor. Ovo uključuje deoksiribonukleinska (DNK) i ribonukleinske (RNA) kiseline.

DNK - najveći biopolimeri, njihov monomer je nukleotida. Sastoji se od ostataka tri supstance: azotne baze, ugljikohidrata deoksiriboze i fosforne kiseline. Postoje 4 nukleotida uključena u formiranje DNK molekula. Dve azotne baze su derivati ​​pirimidina - timin i citozin. Adenin i gvanin su klasifikovani kao derivati ​​purina.

Prema modelu DNK koji su predložili J. Watson i F. Crick (1953), molekul DNK se sastoji od dva lanca spiralno omotana jedan oko drugog.

Dva lanca molekula drže zajedno vodonične veze koje se javljaju između njih. komplementarni azotne baze. Adenin je komplementaran timinu, a gvanin je komplementaran citozinu. DNK u ćelijama nalazi se u jezgru, gde se zajedno sa proteinima formira hromozoma. DNK se također nalazi u mitohondrijima i plastidima, gdje su njihovi molekuli raspoređeni u prsten. Main DNK funkcija- pohranjivanje nasljednih informacija sadržanih u nizu nukleotida koji formiraju njegovu molekulu, te prijenos tih informacija u ćelije kćeri.

Ribonukleinska kiselina jednolančane. RNA nukleotid se sastoji od jedne od dušičnih baza (adenin, gvanin, citozin ili uracil), riboze ugljikohidrata i ostatka fosforne kiseline.

Postoji nekoliko tipova RNK.

Ribosomalna RNA(r-RNA) u kombinaciji sa proteinom je dio ribozoma. Ribosomi vrše sintezu proteina. Messenger RNA(i-RNA) prenosi informacije o sintezi proteina od jezgra do citoplazme. Transfer RNA(t-RNA) nalazi se u citoplazmi; veže određene aminokiseline na sebe i dostavlja ih ribozomima - mjestu sinteze proteina.

RNK se nalazi u nukleolu, citoplazmi, ribosomima, mitohondrijima i plastidima. U prirodi postoji još jedna vrsta RNK - virusna. U nekim virusima obavlja funkciju pohranjivanja i prijenosa nasljednih informacija. Kod drugih virusa ovu funkciju obavlja virusna DNK.

Adenozin trifosforna kiselina (ATP) - je poseban nukleotid formiran od azotne baze adenina, ugljikohidrata riboze i tri ostatka fosforne kiseline.

ATP je univerzalni izvor energije neophodan za biološke procese koji se odvijaju u ćeliji. Molekul ATP-a je vrlo nestabilan i sposoban je odcijepiti jedan ili dva molekula fosfata uz oslobađanje velike količine energije. Ova energija se troši na osiguranje svih vitalnih funkcija ćelije – biosintezu, kretanje, stvaranje električnog impulsa itd. Veze u molekulu ATP-a nazivaju se makroergijskim. Odvajanje fosfata iz molekula ATP-a je praćeno oslobađanjem 40 kJ energije. Sinteza ATP-a odvija se u mitohondrijima.

neorganske supstance koji su deo ćelije

Svrha lekcije: proučavanje hemijskog sastava ćelije, utvrđivanje uloge neorganskih supstanci.

Ciljevi lekcije:

edukativni: pokazati raznolikost hemijskih elemenata i spojeva koji čine žive organizme, njihov značaj u procesu života;

razvijanje: nastaviti formiranje vještina i sposobnosti samostalan rad uz udžbenik, sposobnost da se istakne glavna stvar, formuliraju zaključci;

edukativni: vaspitavaju odgovoran odnos prema realizaciji postavljenih zadataka.

Oprema: multimedijalni projektor, prezentacija, Handout.

Plan lekcije

I. Organizacioni momenat.

Pozdrav; - priprema publike za rad; - dostupnost studenata.

II. Motivacija obrazovne aktivnosti.

- Evo skupa reči: bakar, proteini, gvožđe, ugljeni hidrati, masti, vitamini, magnezijum, zlato, sumpor, kalcijum, fosfor.

U koje dvije grupe se mogu podijeliti ove riječi? Objasnite odgovor. (Organski i neorganski; hemikalije i hemijski elementi).

- Ko od vas može navesti ulogu pojedinih supstanci, elemenata u životu živih organizama?

- Postavite sebi cilj i ciljeve naše lekcije, na osnovu naslova teme.

III. Prezentacija novog materijala.

Prezentacija. Prezentacija uključuje 3 lekcije na ovu temu odjednom. Počnimo s ključnim drugim slajdom: slijedite hipervezu na koju želite otići prava lekcija.

3. slajd: razgovor prema shemi "Sadržaj hemijskih elemenata u ljudskom tijelu".:

- Ćelija sadrži oko 80 različitih hemijskih elemenata koji se nalaze u objektima nežive prirode. Šta može reći? (o zajedništvu žive i nežive prirode). 27 elemenata obavlja određene funkcije, ostali ulaze u tijelo hranom, vodom, zrakom.

- Koji su hemijski elementi i u kojoj količini se nalaze u ljudskom tijelu?

- Sva hemijska jedinjenja koja se nalaze u živim organizmima podeljena su u grupe.

- Koristeći tabelu, nacrtajte dijagram „Glavne grupe hemijskih elemenata u prirodi“ (vidi tabelu „Elementi koji čine ćelije živih organizama“, v. Tabela 1 ). Kiseonik, vodonik, ugljenik, azot, sumpor i fosfor su esencijalne komponente bioloških molekula polimera (proteini, nukleinske kiseline), često se nazivaju bioelementima.

Šema

Slajd 5: Počnite popunjavati tabelu - referentni sažetak u svojoj bilježnici (ova tabela će biti dopunjena u narednim lekcijama, vidi tabelu 2 ).

- Od svega hemijska jedinjenja sadržana u živim organizmima, voda čini 75 - 85% tjelesne težine.

Zašto je potrebna ova količina vode? Koja je funkcija vode u živom organizmu?

– Već znate da su struktura i funkcije međusobno povezane. Pogledajmo pobliže strukturu molekula vode kako bismo saznali zašto voda ima takva svojstva. U toku objašnjenja popunjavate prateće napomene u svojoj svesci (pogledajte slajd 5).

Slajdovi 6 - 7 demonstrirati strukturne karakteristike molekule vode, njena svojstva.

- Od neorganskih jedinjenja koja čine organizme, najveća vrijednost imaju soli mineralnih kiselina i odgovarajućih kationa i anjona. Iako je potreba čovjeka i životinja za minerali izraženo u desetinama, pa čak i hiljaditim delovima grama, međutim, odsustvo u hrani bilo čega od biološki važnih elemenata dovodi do ozbiljne bolesti.

- Popuniti tabelu, kolonu „Mineralne soli“, koristeći udžbenički materijal str.104 - 107. ( slajd 8, kliknite na hipervezu da provjerite obavljeni posao).

- Navedite primjere koji dokazuju ulogu mineralnih soli u životu živih organizama.

IV. Popravljanje novog materijala:

nekoliko učenika (koliko računara u odeljenju) izvodi interaktivni test 1 „Neorganske supstance ćelije”;

ostali nastupaju zadaci za treniranje mišljenja i sposobnosti izvođenja zaključaka(Handout) :

Postoji određena veza između prva dva pojma. Između četvrtog i jednog od sljedećih pojmova postoji ista veza. Pronađite:

1. Jod: štitna žlijezda = fluor: ___________________

a) pankreas b) zubnu caklinu c) nukleinska kiselina d) nadbubrežne žlijezde

2. Gvožđe: hemoglobin = __________: hlorofil:

a) kobalt b) bakar c) jod d) magnezijum

3. Izvršite digitalni diktat "Molekuli". 1. Vodikove veze su najslabije veze u molekulu (1). 2. Struktura i sastav su jedno te isto (0). 3. Kompozicija uvijek određuje strukturu (0). 4. Sastav i struktura molekula određuju njegova svojstva (1). 5. Polaritet molekula vode objašnjava njenu sposobnost da se polako zagrijava i hladi (0). 6. Atom kiseonika u molekuli vode nosi pozitivan naboj. (0)

V. Sažetak lekcije.

Da li ste postigli svoje ciljeve i ciljeve lekcije? Koje ste nove stvari otkrili u ovoj lekciji?

književnost:

Biologija. 9. razred: planovi časova prema udžbeniku S.G. Mamontova, V.B. Zakharova, N.I. Sonina / ur. - komp. M.M. Gumenyuk. Volgograd: Učitelj, 2006.

Lerner G.I. Opća biologija. Testovi i zadaci lekcija. 10 - 11 razred / - M.: Akvarij, 1998.

Mamontov S.G., Zakharov V.B., Sonin N.I. Biologija. Opšti obrasci. Ocjena 9: Proc. za opšte obrazovanje udžbenik ustanove. – M.: Drfa, 2000.

CD Komplet digitalnih obrazovnih resursa za udžbenik Teremov A.V., Petrosova R.A., Nikishov A.I. Biologija. Opšti obrasci života: 9 ćelija. humanite ed. Centar VLADOS, 2003. Physicon doo, 2007.

Sastav žive ćelije uključuje iste hemijske elemente koji su deo nežive prirode. Od 104 elementa periodični sistem D. I. Mendeljejev u ćelijama pronašao 60.

Podijeljeni su u tri grupe:

1. glavni elementi su kiseonik, ugljenik, vodonik i azot (98% ćelijskog sastava);
2. elementi koji čine desetine i stoti deo procenta - kalijum, fosfor, sumpor, magnezijum, gvožđe, hlor, kalcijum, natrijum (1,9% ukupno);
3. svi ostali elementi prisutni u još manjim količinama su elementi u tragovima.

Molekularni sastav ćelije je složen i heterogen. Odvojena jedinjenja - voda i mineralne soli - se takođe nalaze u nežive prirode; drugi - organska jedinjenja: ugljeni hidrati, masti, proteini, nukleinske kiseline, itd. - karakteristični su samo za žive organizme.

NEORGANSKE SUPSTANCE

Voda čini oko 80% mase ćelije; u mladim brzorastućim ćelijama - do 95%, u starim - 60%.

Uloga vode u ćeliji je velika.

Glavni je medij i rastvarač, učestvuje u većini hemijskih reakcija, kretanju supstanci, termoregulaciji, formiranju ćelijskih struktura, određuje zapreminu i elastičnost ćelije. Većina tvari ulazi u tijelo i izlučuje se iz njega u vodenoj otopini. Biološka uloga voda je određena specifičnošću strukture: polaritetom njenih molekula i sposobnošću stvaranja vodikovih veza, zbog čega nastaju kompleksi nekoliko molekula vode. Ako je energija privlačenja između molekula vode manja nego između molekula vode i tvari, ona se otapa u vodi. Takve tvari se nazivaju hidrofilne (od grčkog "hydro" - voda, "filet" - volim). To su mnoge mineralne soli, proteini, ugljikohidrati itd. Ako je energija privlačenja između molekula vode veća od energije privlačenja između molekula vode i tvari, takve tvari su nerastvorljive (ili slabo topljive), nazivaju se hidrofobne ( od grčkog "phobos" - strah) - masti, lipidi itd.

Mineralne soli u vodenim rastvorima ćelije disociraju na katione i anione, obezbeđujući stabilnu količinu potrebnih hemijskih elemenata i osmotski pritisak. Od katjona najvažniji su K + , Na + , Ca 2+ , Mg + . Koncentracija pojedinačnih kationa u ćeliji i u vanćelijskom okruženju nije ista. U živoj ćeliji je koncentracija K visoka, Na+ niska, au krvnoj plazmi, naprotiv, visoka koncentracija Na+ i niska K+. To je zbog selektivne permeabilnosti membrana. Razlika u koncentraciji jona u ćeliji i okolini osigurava protok vode iz okoline u ćeliju i apsorpciju vode korijenjem biljaka. Mana pojedinačni elementi- Fe, P, Mg, Co, Zn - blokira stvaranje nukleinskih kiselina, hemoglobina, proteina i drugih vitalnih važne supstance i dovesti do ozbiljne bolesti. Anioni određuju postojanost pH-ćelijske sredine (neutralne i blago alkalne). Od anjona najvažniji su HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -

ORGANSKE MATERIJE

Organske supstance u kompleksu čine oko 20-30% ćelijskog sastava.

Ugljikohidrati- organska jedinjenja koja se sastoje od ugljenika, vodonika i kiseonika. Dijele se na jednostavne - monosaharide (od grčkog "monos" - jedan) i složene - polisaharide (od grčkog "poli" - puno).

Monosaharidi(njih opšta formula C n H 2n O n) - bezbojne supstance prijatnog slatkog ukusa, veoma rastvorljive u vodi. Razlikuju se po broju atoma ugljika. Od monosaharida najčešće su heksoze (sa 6 C atoma): glukoza, fruktoza (nalazi se u voću, medu, krvi) i galaktoza (nalazi se u mlijeku). Od pentoza (sa 5 C atoma) najčešće su riboza i deoksiriboza, koje su dio nukleinskih kiselina i ATP-a.

Polisaharidi odnosi se na polimere - spojeve u kojima se isti monomer ponavlja mnogo puta. Monomeri polisaharida su monosaharidi. Polisaharidi su rastvorljivi u vodi i mnogi imaju slatki ukus. Od njih su najjednostavniji disaharidi, koji se sastoje od dva monosaharida. Na primjer, saharoza se sastoji od glukoze i fruktoze; mlečni šećer - od glukoze i galaktoze. Sa povećanjem broja monomera, rastvorljivost polisaharida se smanjuje. Od polisaharida visoke molekularne težine, glikogen je najčešći kod životinja, a škrob i vlakna (celuloza) u biljkama. Potonji se sastoji od 150-200 molekula glukoze.

Ugljikohidrati- glavni izvor energije za sve oblike ćelijske aktivnosti (kretanje, biosinteza, lučenje itd.). Dijeljenjem na najjednostavnije proizvode CO 2 i H 2 O, 1 g ugljikohidrata oslobađa 17,6 kJ energije. Ugljikohidrati u biljkama obavljaju graditeljsku funkciju (ljuske im se sastoje od celuloze) i ulogu rezervnih tvari (u biljkama - škrob, kod životinja - glikogen).

Lipidi- To su u vodi netopive tvari i masti slične mastima, koje se sastoje od glicerola i masnih kiselina visoke molekularne težine. Životinjske masti se nalaze u mlijeku, mesu, potkožnom tkivu. At sobnoj temperaturi Ovo čvrste materije. U biljkama, masti se nalaze u sjemenkama, plodovima i drugim organima. Na sobnoj temperaturi su tečnosti. Supstance slične mastima su po hemijskoj strukturi slične mastima. Ima ih mnogo u žumancetu jaja, moždanim ćelijama i drugim tkivima.

Uloga lipida određena je njihovom strukturnom funkcijom. Oni čine ćelijske membrane, koje zbog svoje hidrofobnosti sprečavaju mešanje sadržaja ćelije sa okruženje. Lipidi obavljaju energetsku funkciju. Dijeljenjem na CO 2 i H 2 O, 1 g masti oslobađa 38,9 kJ energije. Ne provode dobro toplotu, akumuliraju se u potkožnom tkivu (i drugim organima i tkivima), zaštitna funkcija i uloga rezervnih supstanci.

Vjeverice- najspecifičnije i najvažnije za organizam. Spadaju u neperiodične polimere. Za razliku od drugih polimera, njihove molekule se sastoje od sličnih, ali neidentičnih monomera - 20 različitih aminokiselina.

Svaka aminokiselina ima svoje ime, posebnu strukturu i svojstva. Njihova opšta formula može se predstaviti na sledeći način

Molekul amino kiseline sastoji se od specifičnog dijela (radikal R) i dijela koji je isti za sve aminokiseline, uključujući amino grupu (-NH 2) sa bazičnim svojstvima i karboksilnu grupu (COOH) sa kiselim svojstvima. Prisustvo kiselih i baznih grupa u jednom molekulu određuje njihovu visoku reaktivnost. Preko ovih grupa dolazi do povezivanja aminokiselina u formiranju polimera – proteina. U ovom slučaju, molekul vode se oslobađa iz amino grupe jedne aminokiseline i karboksila druge, a oslobođeni elektroni se kombinuju da formiraju peptidnu vezu. Zbog toga se proteini nazivaju polipeptidi.

Molekul proteina je lanac od nekoliko desetina ili stotina aminokiselina.

Molekuli proteina su ogromni, pa se zovu makromolekuli. Proteini su, poput aminokiselina, visoko reaktivni i sposobni su reagirati s kiselinama i alkalijama. Razlikuju se po sastavu, količini i redoslijedu aminokiselina (broj takvih kombinacija od 20 aminokiselina je gotovo beskonačan). Ovo objašnjava raznolikost proteina.

Postoje četiri nivoa organizacije u strukturi proteinskih molekula (59)

• Primarna struktura- polipeptidni lanac aminokiselina povezanih u određenom nizu kovalentnim (jakim) peptidnim vezama.
• sekundarna struktura- polipeptidni lanac upleten u čvrstu spiralu. U njemu nastaju vodonične veze male čvrstoće između peptidnih veza susjednih zavoja (i drugih atoma). Zajedno daju prilično jaku strukturu.
• Tercijarna struktura je bizarna, ali specifična konfiguracija za svaki protein - globula. Drže ga zajedno slabe hidrofobne veze ili kohezivne sile između nepolarnih radikala koji se nalaze u mnogim aminokiselinama. Zbog svoje višestrukosti, obezbeđuju dovoljnu stabilnost proteinske makromolekule i njenu mobilnost. Tercijarna struktura proteina je također podržana kovalentnim S - S (es - es) vezama koje nastaju između radikala cisteina aminokiseline koja sadrži sumpor, a koji su udaljeni jedan od drugog.
• Kvartarna struktura nije tipično za sve proteine. Nastaje kada se nekoliko proteinskih makromolekula spoji u komplekse. Na primjer, hemoglobin ljudske krvi je kompleks od četiri makromolekula ovog proteina.

Ova složenost strukture proteinskih molekula povezana je s različitim funkcijama svojstvenim ovim biopolimerima. Međutim, struktura proteinskih molekula ovisi o svojstvima okoliša.

Povreda prirodne strukture proteina se naziva denaturacija. Može nastati pod uticajem visoke temperature, hemikalija, energije zračenja i drugih faktora. Pri slabom udaru dolazi do raspada samo kvartarne strukture, kod jačeg tercijarne, pa sekundarne, a protein ostaje u obliku primarne strukture - polipeptidnog lanca.Ovaj proces je djelimično reverzibilan, a denaturirani protein je u stanju da obnovi svoju strukturu.

Uloga proteina u životu ćelije je ogromna.

Vjeverice- Ovo građevinski materijal organizam. Učestvuju u izgradnji ljuske, organela i membrana ćelije i pojedinih tkiva (kosa, krvni sudovi itd.). Mnogi proteini djeluju kao katalizatori u ćeliji - enzimi koji ubrzavaju ćelijske reakcije desetine, stotine miliona puta. Poznato je oko hiljadu enzima. Osim proteina, njihov sastav uključuje metale Mg, Fe, Mn, vitamine itd.

Svaka reakcija je katalizirana vlastitim posebnim enzimom. U ovom slučaju ne djeluje cijeli enzim, već određeno područje - aktivni centar. Pristaje na podlogu kao ključ za bravu. Enzimi djeluju na određenoj temperaturi i pH okoline. Posebni kontraktilni proteini obezbeđuju motoričke funkcije ćelija (pokret flagelata, trepetljika, kontrakcija mišića, itd.). Odvojeni proteini (hemoglobin u krvi) obavljaju transportnu funkciju, isporučujući kisik svim organima i tkivima tijela. Specifični proteini - antitijela - obavljaju zaštitnu funkciju, neutralizirajući strane tvari. Neki proteini obavljaju energetsku funkciju. Razlaganje na aminokiseline, a zatim na još više jednostavne supstance 1 g proteina oslobađa 17,6 kJ energije.

Nukleinske kiseline(od latinskog "nucleus" - jezgro) prvi put su otkriveni u jezgru. Oni su dve vrste - deoksiribonukleinske kiseline(DNK) i ribonukleinske kiseline(RNA). Njihova biološka uloga je velika, određuju sintezu proteina i prijenos nasljednih informacija s jedne generacije na drugu.

Molekul DNK ima složena struktura. Sastoji se od dva spiralno uvijena lanca. Širina dvostruke spirale je 2 nm 1, dužina nekoliko desetina pa čak i stotina mikrona (stotine ili hiljade puta veća od najvećeg proteinskog molekula). DNK je polimer čiji su monomeri nukleotidi - spojevi koji se sastoje od molekula fosforne kiseline, ugljikohidrata - deoksiriboze i azotne baze. Njihova opća formula je sljedeća:

Fosforna kiselina i ugljeni hidrati su isti za sve nukleotide, a postoje četiri vrste azotnih baza: adenin, gvanin, citozin i timin. Oni određuju naziv odgovarajućih nukleotida:

• adenil (A),
• guanil (G),
• citozil (C),
• timidil (T).

Svaki lanac DNK je polinukleotid koji se sastoji od nekoliko desetina hiljada nukleotida. U njemu su susjedni nukleotidi povezani snažnom kovalentnom vezom između fosforne kiseline i deoksiriboze.

Uz ogromnu veličinu molekula DNK, kombinacija četiri nukleotida u njima može biti beskonačno velika.

Tokom formiranja dvostruke spirale DNK, azotne baze jednog lanca su raspoređene u strogo definisanom redosledu naspram azotnih baza drugog. U isto vrijeme, T se uvijek ispostavi da je protiv A, a samo je C protiv G. To se objašnjava činjenicom da A i T, kao i G i C, striktno odgovaraju jedno drugom, kao dvije polovine polomljeno staklo, a komplementarni su ili komplementarni(od grčkog "dopuna" - dodatak) jedno drugom. Ako je poznat slijed nukleotida u jednom lancu DNK, onda se nukleotidi drugog lanca mogu utvrditi po principu komplementarnosti (vidi Dodatak, zadatak 1). Komplementarni nukleotidi su povezani vodoničnim vezama.

Između A i T postoje dvije veze, između G i C - tri.

Udvostručavanje molekula DNK jedinstvena karakteristika, koji osigurava prijenos nasljednih informacija sa ćelije majke na ćerku. Proces umnožavanja DNK naziva se DNK replikacija. Izvodi se na sljedeći način. Neposredno prije diobe ćelije, molekul DNK se odmotava i njegov dvostruki lanac se dijeli na dva nezavisna lanca djelovanjem enzima s jednog kraja. Na svakoj polovini slobodnih nukleotida ćelije, po principu komplementarnosti, gradi se drugi lanac. Kao rezultat, umjesto jednog molekula DNK pojavljuju se dva potpuno identična molekula.

RNA- polimer sličan strukturi jednom lancu DNK, ali mnogo manji. RNK monomeri su nukleotidi koji se sastoje od fosforne kiseline, ugljikohidrata (riboze) i dušične baze. Tri azotne baze RNK - adenin, gvanin i citozin - odgovaraju onima u DNK, a četvrta je drugačija. Umjesto timina, RNK sadrži uracil. Formiranje RNA polimera odvija se kroz kovalentne veze između riboze i fosforne kiseline susjednih nukleotida. Poznata su tri tipa RNK: glasničku RNA(i-RNA) prenosi informacije o strukturi proteina iz molekula DNK; transfer RNK(t-RNA) prenosi aminokiseline do mjesta sinteze proteina; ribosomska RNK (rRNA) se nalazi u ribosomima i uključena je u sintezu proteina.

ATP- adenozin trifosforna kiselina je važno organsko jedinjenje. Strukturno, to je nukleotid. Sastoji se od azotne baze adenina, ugljikohidrata - riboze i tri molekula fosforne kiseline. ATP je nestabilna struktura, pod uticajem enzima dolazi do prekida veze između “P” i “O”, odvaja se molekul fosforne kiseline i ATP prelazi u

Danas otkriven i izoliran u čista forma mnogi hemijski elementi periodnog sistema, a petina ih se nalazi u svakom živom organizmu. One su, kao i cigle, glavne komponente organskih i neorganskih tvari.

Koji su hemijski elementi dio ćelije, prema biologiji kojih se tvari može suditi o njihovoj prisutnosti u tijelu - sve ćemo to razmotriti kasnije u članku.

Koja je postojanost hemijskog sastava

Da bi se održala stabilnost u tijelu, svaka ćelija mora održavati koncentraciju svake svoje komponente na konstantnom nivou. Ovaj nivo je određen vrstama, staništem, faktorima životne sredine.

Da bismo odgovorili na pitanje koji su kemijski elementi dio ćelije, potrebno je jasno razumjeti da bilo koja tvar sadrži bilo koju od komponenti periodnog sistema.

Ponekad u pitanju oko stotih i hiljaditih delova procenta sadržaja određenog elementa u ćeliji, ali u isto vreme promena imenovanog broja za najmanje hiljaditi deo već može imati ozbiljne posledice po organizam.

Od 118 hemijskih elemenata u ljudskoj ćeliji, trebalo bi da ih ima najmanje 24. Ne postoje takve komponente koje bi se nalazile u živom organizmu, ali nisu bile deo neživih objekata prirode. Ova činjenica potvrđuje blisku vezu između živog i neživog u ekosistemu.

Uloga različitih elemenata koji čine ćeliju

Dakle, koji su to hemijski elementi koji čine ćeliju? Njihova uloga u životu organizma, treba napomenuti, direktno zavisi od učestalosti pojavljivanja i njihove koncentracije u citoplazmi. Međutim, uprkos različitom sadržaju elemenata u ćeliji, značaj svakog od njih je podjednako velik. Nedostatak bilo kojeg od njih može dovesti do štetnog djelovanja na organizam, isključivši najvažnije biokemijske reakcije iz metabolizma.

Navodeći koji su hemijski elementi dio ljudske ćelije, moramo spomenuti tri glavne vrste, koje ćemo razmotriti u nastavku:

Glavni biogeni elementi ćelije

Nije iznenađujuće da su elementi O, C, H, N biogeni, jer čine sve organske i mnoge neorganske supstance. Nemoguće je zamisliti proteine, masti, ugljikohidrate ili nukleinske kiseline bez ovih bitnih komponenti za tijelo.

Funkcija ovih elemenata odredila je njihov visok sadržaj u tijelu. Zajedno čine 98% ukupne suhe tjelesne težine. Kako se drugačije može manifestovati aktivnost ovih enzima?

1. Kiseonik. Njegov sadržaj u ćeliji je oko 62% ukupne suhe mase. Funkcije: izgradnja organskih i neorganskih supstanci, učešće u respiratornom lancu;
2. Karbon. Njegov sadržaj dostiže 20%. Glavna funkcija: uključeno u sve;
3. Vodonik. Njegova koncentracija zauzima vrijednost od 10%. Osim što je sastavni dio organske tvari i vode, ovaj element također učestvuje u energetskim transformacijama;
4. Nitrogen. Iznos ne prelazi 3-5%. Njegova glavna uloga je stvaranje aminokiselina, nukleinskih kiselina, ATP-a, mnogih vitamina, hemoglobina, hemocijanina, hlorofila.

To su hemijski elementi koji čine ćeliju i čine većinu supstanci neophodnih za normalan život.

Važnost makronutrijenata

Makronutrijenti će takođe pomoći da se sugeriše koji su hemijski elementi deo ćelije. Iz kursa biologije postaje jasno da, osim glavnih, 2% suhe mase čine i druge komponente periodnog sistema. A makronutrijenti uključuju one čiji sadržaj nije manji od 0,01%. Njihove glavne funkcije predstavljene su u obliku tabele.

Nadamo se da je iz gore navedenog lako odrediti koji su hemijski elementi dio ćelije i makroelementi.

elementi u tragovima

Postoje i takve komponente ćelije, bez kojih tijelo ne može normalno funkcionirati, ali je njihov sadržaj uvijek manji od 0,01%. Odredimo koji hemijski elementi su deo ćelije i pripadaju grupi mikroelemenata.

Organske i neorganske supstance

Osim ovih, koji su još hemijski elementi uključeni u sastav ćelije? Odgovori se mogu pronaći jednostavnim proučavanjem strukture većine tvari u tijelu. Među njima se razlikuju molekuli organskog i neorganskog porijekla, a svaka od ovih grupa ima fiksni skup elemenata u svom sastavu.

Glavne klase organskih supstanci su proteini, nukleinske kiseline, masti i ugljikohidrati. Izgrađeni su u potpunosti od glavnih biogenih elemenata: kostur molekule uvijek čini ugljik, a vodik, kisik i dušik dio su radikala. Kod životinja dominantna klasa su proteini, a u biljkama polisaharidi.

Neorganske supstance su sve mineralne soli i, naravno, voda. Među svim anorganskim tvarima u ćeliji, najviše je H 2 O, u kojem su otopljene ostale tvari.

Sve navedeno pomoći će vam da odredite koji su kemijski elementi dio ćelije, a njihove funkcije u tijelu za vas više neće biti misterija.