AKÉ JE CHEMICKÉ ZLOŽENIE ŽIVÝCH VECÍ? - BIOLÓGIE

Chemické zloženie živých bytostí vychádza z organických molekúl a niektorých anorganických prvkov, viac alebo menej v rovnakých pomeroch a ktoré vykonávajú podobné funkcie vo všetkých z nich.

Živé organizmy sú tvorené bunkami a tieto bunky majú v organizácii rôzne stupne zložitosti. Niektoré sú relatívne jednoduché, napríklad baktérie, a iné sa vyznačujú zložitejšími organizačnými schémami, s oveľa viac prvkami ich vnútornej organizácie, ako je tomu vo väčšine eukaryotických buniek.

Fotografia «oblako3011» na www.pixabay.com

Štrukturálne prvky živej hmoty sú tvorené biomolekulami a hlavnými zložkami väčšiny týchto biomolekúl sú v prípade ľudí napríklad uhlík (50%), kyslík (20%), vodík (10%). ), dusík (8,5%), vápnik (4%) a fosfor (2,5%) (všetky hodnoty vztiahnuté na sušinu).

Týchto šesť prvkov predstavuje približne 95% celkového zloženia organických látok, zvyšných 5% zodpovedá iným prvkom, ako sú: draslík, síra, sodík, chlór, horčík, železo, mangán a jód.

Je potrebné poznamenať, že väčšina zloženia organizmov (viac ako 60% telesnej hmotnosti) je voda v tekutom stave, čo je základným prvkom života, pretože do nej sú ponorené intracelulárne štruktúry aj samotné bunky. ,

Toto tekuté médium poskytuje bunkám najdôležitejšie nevyhnutné podmienky a v ňom prebiehajú všetky relevantné biochemické reakcie na prežitie.

chemické zloženie živej bytosti

- Zložité biomolekuly

Niektoré z hlavných prvkov, ktoré vstupujú do zloženia živej hmoty, sa kombinujú v rôznych pomeroch a vytvárajú rôzne súbory malých organických molekúl, ktoré zase slúžia ako štruktúrne prvky na tvorbu komplexnejších biomolekúl.

Vzťah medzi týmito štruktúrnymi prvkami a hlavnými komplexnými biomolekulami organizmov je nasledujúci:

- deoxyribonukleotidy a kyselina deoxyribonukleová (DNA)

- Ribonukleotidy a kyselina ribonukleová (RNA)

- Aminokyseliny a proteíny

- Monosacharidy a polysacharidy

- Mastné kyseliny a lipidy

Deoxyribonukleotidy a kyselina deoxyribonukleová

Kyselina deoxyribonukleová alebo DNA obsahuje dedičné informácie o všetkých živých veciach, prokaryotoch a eukaryotoch. Táto dôležitá biomolekula tiež určuje hlavné charakteristiky bunky z morfologického, metabolického, štrukturálneho a vývojového hľadiska.

DNA kóduje informácie potrebné na syntézu proteínov, ako aj informácie potrebné na syntézu RNA, čo je ďalšia dôležitá organická molekula potrebná na syntézu a kontrolu mnohých bunkových procesov.

Je to polymér zložený z dvoch reťazcov podjednotiek nazývaných nukleotidy, ktorých štruktúry tvoria molekula deoxyribózy (monosacharid s 5 atómami uhlíka), jedna alebo viac fosfátových skupín a dusíkatá báza s jedným alebo dvoma kruhmi (purín alebo pyrimidín, v tomto poradí).

Purické bázy DNA sú adenín (A) a guanín (G), zatiaľ čo pyrimidínové bázy sú tymín (T) a cytozín (C).

Lineárne sú nukleotidy rovnakého vlákna DNA navzájom spojené prostredníctvom fosfodiesterových väzieb, ktoré pozostávajú z fosfátových skupín a cukrov, na ktoré sú kovalentne naviazané.

Bázy prítomné v jednom z prameňov sú komplementárne s bázami, ktoré sú oproti týmto v druhom prameňe, pomocou vodíkových väzieb, vždy rovnakým spôsobom: adenín s tymínom (AT) a guanín s cytozínom (GC) ).

Rôzne dusíkaté bázy v DNA a RNA.
Zdrojový užívateľ: Sponzorovanie: Používateľ: Jcfidy

Ribonukleotidy a kyselina ribonukleová

Podobne ako DNA, aj ribonukleová kyselina je biomolekula a je zodpovedná za väzbový proces aminokyselín, ktoré tvoria proteíny, ako aj za ďalšie zložitejšie procesy regulácie a kontroly génovej expresie.

Je to tiež biopolymér, ale nukleotidy, ktoré ho tvoria, sa nazývajú ribonukleotidy, pretože monosacharid, ktorý ich štruktúruje, nie je deoxyribóza, ako v DNA, ale ribóza. Majú tiež jednu alebo viac fosfátových skupín a ich dusíkaté bázy sa líšia od bázických molekúl DNA tým, že guanín nie je prítomný, ale uracil (U).

Aminokyseliny a proteíny

Proteíny sú biomolekuly, ktoré môžu dosiahnuť rôzne stupne zložitosti a sú významne univerzálne, pokiaľ ide o štruktúru a funkciu. Dávajú bunkám nielen štruktúru a tvar, ale môžu mať aj aktivity, ktoré umožňujú rýchly vývoj základných biochemických reakcií (enzýmov).

Bez ohľadu na typ daného proteínu sú všetky tvorené základnými „stavebnými blokmi“ nazývanými aminokyseliny , čo sú molekuly, ktoré majú „asymetrický“ atóm uhlíka pripojený k aminoskupine (-NH2), ku karboxylovej skupine (-COOH), atóm vodíka (-H) a skupina R, ktorá ich odlišuje.

Grafické znázornenie štruktúry ribozomálneho proteínu (Zdroj: Zamestnanci Jawahara Swaminathana a MSD v Európskom inštitúte pre bioinformatiku prostredníctvom Wikimedia Commons)

Najbežnejšie aminokyseliny v prírode sú 20 a sú klasifikované podľa identity skupiny R; sú to tieto:

- asparagín, glutamín, tyrozín, serín, treonín (polárne)

- kyselina asparágová, kyselina glutámová, arginín, lyzín, histidín (osoby s nábojom) a

- glycín, alanín, valín, leucín, izoleucín, tryptofán, prolín, cysteín, metionín a fenylalanín (nepolárne).

Akonáhle je DNA translatovaná do molekuly RNA, každý nukleotidový triplet predstavuje kód, ktorý hovorí štruktúre, ktorá syntetizuje proteíny (ribozómy), aký typ aminokyseliny sa má začleniť do rastúceho peptidového reťazca.

Polypeptidy, ktoré tvoria proteíny, sa produkujú potom vďaka spojeniu medzi ich aminokyselinami, ktoré spočíva v vytvorení peptidovej väzby medzi uhlíkom karboxylovej skupiny aminokyseliny a dusíkom aminoskupiny susednej aminokyseliny.

Monosacharidy a polysacharidy

Sacharidy sú jedným z najhojnejších biomolekúl v živých bytostiach. Plnia základné funkcie, ako sú štrukturálne, výživové, signalizačné prvky atď. Sú tvorené chemickými komplexmi uhlíka, vodíka a kyslíka v rôznych pomeroch.

Rastliny sú jedným z hlavných prírodných producentov uhľohydrátov živých bytostí a väčšina zvierat na nich závisí od ich živobytia, pretože z nich získavajú energiu, vodu a uhlík.

Celulóza, štrukturálny biopolymér (Zdroj: Vicente Neto prostredníctvom Wikimedia Commons)

Štrukturálne uhľohydráty zeleniny (celulóza, lignín atď.), Ako aj rezervné uhľohydráty rastlín (škrob) a mnohých zvierat (glykogén), sú viac-menej komplexné polysacharidy, ktoré pozostávajú z polymérov jednoduchých alebo cukrových jednotiek. monosacharidy (hlavne glukóza).

Mastné kyseliny a lipidy

Lipidy sú vo vode nerozpustné zlúčeniny, ktoré tvoria základnú látku biologických membrán, elementárne z funkčného a štrukturálneho hľadiska všetkých živých buniek.

Sú to amfipatické molekuly, to znamená molekuly, ktoré majú hydrofilný a hydrofóbny koniec. Pozostávajú z reťazcov mastných kyselín pripojených k uhlíkovému skeletu, zvyčajne k glycerolu, ktorého tretí „voľný“ atóm uhlíka je pripojený k určitému substituentu, ktorý dáva každej molekule svoju identitu.

Niektoré z najbežnejších lipidov (Zdroj: Pôvodným používateľom nahrávania bol Lmaps na anglickej Wikipédii. Via Wikimedia Commons)

Mastné kyseliny sú uhľovodíky, to znamená, že sú zložené výlučne z atómov uhlíka a vodíka viazaných spolu.

Spojenie viacerých lipidov vo forme dvojvrstvy je to, čo umožňuje vytvorenie membrány a hydrofóbne vlastnosti tejto štruktúry, ako aj prítomnosť integrálnych a periférnych proteínov z nej robia polopriepustnú štruktúru.

- Voda

Fotografia José Manuela Suáreza, prostredníctvom Wikimedia Commons

Voda (H2O) je jedným z najdôležitejších chemických prvkov pre živé bytosti a bunky, ktoré ich tvoria. Veľká časť telesnej hmotnosti zvierat a rastlín je tvorená touto bezfarebnou tekutinou.

Fotosyntézou rastlín je voda hlavným zdrojom kyslíka, ktorý zvieratá dýchajú, a tiež atómov vodíka, ktoré sú súčasťou organických zlúčenín.

Považuje sa za univerzálne rozpúšťadlo a jeho vlastnosti ho robia obzvlášť dôležitým pre vývoj prakticky všetkých biochemických reakcií, ktoré charakterizujú živé organizmy.

Pri pohľade z celulárneho hľadiska sa voda delí na „kompartmenty“:

Vnútrobunkový priestor, v ktorom je cytosol tvorený vodou s inými zmiešanými látkami, tekutina, v ktorej sú suspendované organely eukaryotických buniek.
Extracelulárny priestor, ktorý pozostáva z prostredia, ktoré obklopuje bunky, buď v tkanive alebo v prírodnom prostredí (jednobunkové organizmy).

- Ióny

Väčšina chemických prvkov v bunkách sa nachádza vo forme vyššie uvedených biomolekúl a mnoho ďalších z tohto textu vynecháva. Ostatné dôležité chemické prvky sú však vo forme iónov.

Bunkové membrány sú všeobecne nepriepustné pre ióny rozpustené vo vnútornom alebo vonkajšom prostredí buniek, takže ich môžu vstupovať alebo opúšťať prostredníctvom transportérov alebo špeciálnych kanálov.

Iónová koncentrácia extracelulárneho média alebo cytosolu ovplyvňuje osmotické a elektrické vlastnosti buniek, ako aj rôzne bunkové signalizačné procesy, ktoré od nich závisia.

Medzi najdôležitejšie ióny živočíšnych a rastlinných tkanív patria vápnik, draslík a sodík, chlór a horčík.

Referencie

Alberts B, Johnson A, Lewis J, a kol. Molekulárna biológia bunky. 4. vydanie. New York: Garland Science; 2002. Chemické komponenty bunky. K dispozícii od: ncbi.nlm.nih.gov
Gladyshev, GP, Kitaeva, DK a Ovcharenko, EN (1996). Prečo sa chemické zloženie živých vecí prispôsobuje životnému prostrediu? Journal of Biological Systems, 4 (04), 555-564.
Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA a Rodwell, VW (2014). Harperova ilustrovaná biochémia. McGraw-Hill.
Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerove princípy biochémie. Macmillan.
Prescher, JA, & Bertozzi, CR (2005). Chémia v živých systémoch. Prírodná chemická biológia, 1 (1), 13-21.
Solomon, EP, Berg, LR a Martin, DW (2011). Biológia (9. vydanie). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.

AKÉ JE CHEMICKÉ ZLOŽENIE ŽIVÝCH VECÍ? - BIOLÓGIE - 2026