19-кылымдын аягында биологиянын биохимия деген тармагы калыптанган. Ал тирүү клетканын химиялык курамын изилдейт. Илимдин негизги милдети – өсүмдүк жана жаныбар клеткаларынын тиричилик активдүүлүгүн жөнгө салуучу зат алмашуунун жана энергиянын өзгөчөлүктөрүн билүү.
Клетканын химиялык курамы жөнүндө түшүнүк
Окумуштуулар кылдат изилдөөлөрдүн натыйжасында клеткалардын химиялык түзүлүшүн изилдеп, тирүү жандыктардын курамында 85тен ашык химиялык элементтер бар экенин аныкташты. Анын үстүнө, алардын кээ бирлери дээрлик бардык организмдер үчүн милдеттүү болсо, башкалары спецификалык жана конкреттүү биологиялык түрлөрдө кездешет. Ал эми химиялык элементтердин үчүнчү тобу микроорганизмдердин, өсүмдүктөрдүн жана жаныбарлардын клеткаларында өтө аз санда болот. Клеткалардын курамында көбүнчө катиондор жана аниондор түрүндөгү химиялык элементтер бар, алардан минералдык туздар жана суу түзүлөт жана көмүртектүү органикалык бирикмелер: углеводдор, белоктор, липиддер синтезделет.
Органогендик элементтер
Биохимияда буларга көмүртек, суутек,кычкылтек жана азот. Алардын клеткадагы жалпы саны андагы башка химиялык элементтердин 88ден 97%ке чейин. Көмүртек өзгөчө маанилүү. Клетканын курамындагы бардык органикалык заттар курамында көмүртек атомдорун камтыган молекулалардан турат. Алар бири-бири менен байланышып, чынжырларды (тармактуу жана бутаксыз), ошондой эле циклдерди түзүүгө жөндөмдүү. Көмүртек атомдорунун мындай жөндөмү цитоплазманы жана клеткалык органеллдерди түзгөн кереметтүү түрдүү органикалык заттардын негизинде жатат.
Мисалы, клетканын ички курамы эрүүчү олигосахариддерден, гидрофилдик белоктордон, липиддерден, рибонуклеиндик кислотанын ар кандай түрлөрүнөн: трансфер РНКсы, рибосомалык РНК жана кабарчылык РНК, ошондой эле эркин мономерлер – нуклеотиддерден турат. Клетка ядросунун химиялык курамы окшош. Ал ошондой эле хромосомалардын бир бөлүгү болгон дезоксирибонуклеиндик кислотанын молекулаларын камтыйт. Жогорудагы кошулмалардын бардыгында азот, көмүртек, кычкылтек, суутек атомдору бар. Бул алардын өзгөчө маанилүү маанисинин далили, анткени клеткалардын химиялык түзүлүшү клеткалык структураларды түзгөн органогендик элементтердин: гиалоплазманын жана органеллдердин мазмунуна көз каранды.
Макро элементтер жана алардын маанилери
Ар кандай типтеги организмдердин клеткаларында да көп кездешүүчү химиялык элементтер биохимияда макронутриенттер деп аталат. Алардын клеткадагы болушу 1,2% - 1,9%. Клетканын макроэлементтерине: фосфор, калий, хлор, күкүрт, магний, кальций, темир жана натрий кирет. Алардын баары маанилүү милдеттерди аткарат жана ар кандай бөлүгү болуп саналатклетка органеллдери. Демек, темир ион кандын белогунда - гемоглобиндин курамында болот, ал кычкылтекти (бул учурда ал оксигемоглобин деп аталат), көмүр кычкыл газын (карбогемоглобин) же көмүртек кычкыл газын (карбоксигемоглобин) ташыйт.
Натрий иондору клеткалар аралык транспорттун эң маанилүү түрүн камсыз кылат: натрий-калий насосу. Алар ошондой эле интерстициалдык суюктуктун жана кан плазмасынын бир бөлүгү болуп саналат. Магний иондору хлорофилл молекулаларында (жогорку өсүмдүктөрдүн фотопигменти) болот жана фотосинтез процессине катышат, анткени алар жарык энергиясынын фотондорун кармаган реакция борборлорун түзүшөт.
Кальций иондору нерв импульстарын жипчелер боюнча өткөрүүнү камсыз кылат, ошондой эле остеоциттердин – сөөк клеткаларынын негизги компоненти болуп саналат. Кальцийдин кошулмалары омурткасыз жаныбарлар дүйнөсүндө кеңири таралган, алардын кабыгы кальций карбонатынан турат.
Хлор иондору клетка мембраналарын кайра заряддоого катышат жана нервдик дүүлүктүрүүнүн негизинде турган электрдик импульстардын пайда болушун камсыз кылат.
Күкүрт атомдору жергиликтүү белоктордун бир бөлүгү болуп саналат жана полипептиддик чынжырды "кайчылаш" аркылуу алардын үчүнчү структурасын аныктайт, натыйжада глобулярдык белок молекуласы пайда болот.
Калий иондору клетка мембраналары аркылуу заттарды ташууга катышат. Фосфор атомдору аденозин-трифосфор кислотасы сыяктуу энергияны көп талап кылган маанилүү заттын бир бөлүгү жана ошондой эле клеткалык тукум куучулуктун негизги заттары болгон дезоксирибонуклеиндик жана рибонуклеиндик кислота молекулаларынын маанилүү компоненти болуп саналат.
Клеткадагы микроэлементтердин функцияларыметаболизм
Клеткаларда 0,1% дан азын түзгөн 50гө жакын химиялык элементтер микроэлементтер деп аталат. Аларга цинк, молибден, йод, жез, кобальт, фтор кирет. Болбогон мазмуну менен алар өтө маанилүү функцияларды аткарышат, анткени алар көптөгөн биологиялык активдүү заттардын курамына кирет.
Мисалы, цинк атомдору инсулиндин молекулаларында (кандагы глюкозанын деңгээлин жөнгө салуучу уйку безинин гормону) кездешет, йод калкан безинин гормондорунун – тироксин жана трийодтирониндин ажырагыс бөлүгү болуп саналат, алар организмдеги зат алмашуунун деңгээлин көзөмөлдөйт. дене. Жез темир иондору менен бирге кан түзүүгө (омурткалуулардын кызыл жилик чучугунда эритроциттердин, тромбоциттердин жана лейкоциттердин пайда болушуна) катышат. Жез иондору омурткасыз жаныбарлардын, мисалы, моллюскалардын канында бар гемоцианин пигментинин бир бөлүгү. Демек, алардын гемолимфасынын түсү көк.
Клетканын курамында коргошун, алтын, бром, күмүш сыяктуу химиялык элементтер дагы азыраак. Алар ультрамикроэлементтер деп аталат жана өсүмдүктөр менен жаныбарлардын клеткаларынын бир бөлүгү болуп саналат. Мисалы, жүгөрү данында алтын иондору химиялык анализ аркылуу аныкталган. Көп сандагы бром атомдору саргассум, ламинария, фукус сыяктуу күрөң жана кызыл балырлардын талломунун клеткаларынын бир бөлүгү болуп саналат.
Жогорудагы бардык мисалдар жана фактылар клетканын химиялык курамынын, функцияларынын жана түзүлүшүнүн бири-бири менен кандай байланышта экенин түшүндүрүүдө. Төмөнкү таблица тирүү организмдердин клеткаларындагы ар кандай химиялык элементтердин мазмунун көрсөтөт.
Органикалык заттардын жалпы мүнөздөмөсү
Организмдердин ар кандай топторунун клеткаларынын химиялык касиеттери белгилүү түрдө көмүртек атомдоруна көз каранды, алардын үлүшү клетканын массасынын 50%тен ашыгы. Клетканын дээрлик бардык кургак заттары татаал түзүлүшкө жана чоң молекулалык массага ээ болгон углеводдор, белоктор, нуклеиндик кислоталар жана липиддерден турат. Мындай молекулалар макромолекулалар (полимерлер) деп аталып, жөнөкөй элементтерден – мономерлерден турат. Белок заттары өтө маанилүү ролду ойнойт жана төмөндө талкуулана турган көптөгөн функцияларды аткарат.
Клеткадагы белоктордун ролу
Тирүү клетканы түзгөн кошулмалардын биохимиялык анализи андагы белоктор сыяктуу органикалык заттардын көп экенин ырастайт. Бул чындыктын логикалык түшүндүрмөсү бар: белоктор ар кандай функцияларды аткарышат жана клеткалык жашоонун бардык көрүнүштөрүнө катышышат.
Мисалы, белоктордун коргоочу функциясы антителолордун – лимфоциттер тарабынан өндүрүлгөн иммуноглобулиндердин пайда болушу. Тромбин, фибрин жана тромбобластин сыяктуу коргоочу протеиндер кандын уюшун камсыздап, жаракат жана жараат учурунда анын жоголушун алдын алат. Клетканын курамына бөтөн кошулмаларды – антигендерди таануу жөндөмүнө ээ болгон клетка мембранасынын татаал белоктору кирет. Алар конфигурациясын өзгөртүп, клеткага потенциалдуу коркунуч тууралуу кабар беришет (сигнал берүү функциясы).
Кээ бир белоктор жөнгө салуучу функцияга ээ жана гормондор, мисалы, гипоталамус чыгарган окситоцин гипофиз безинде сакталат. Анданкан, окситоцин жатындын булчуң дубалдарына таасир этип, анын жыйрылышын шарттайт. Вазопрессин белок кан басымын жөнгө салуучу функцияга ээ.
Булчуң клеткаларында жыйрылышы мүмкүн болгон актин жана миозин бар, булчуң тканынын кыймылдаткыч функциясын аныктайт. Белоктордун трофикалык функциясы да бар, мисалы, альбумин эмбрион тарабынан анын өнүгүшү үчүн азык зат катары колдонулат. Гемоглобин жана гемоцианин сыяктуу ар кандай организмдердин кан белоктору кычкылтек молекулаларын алып жүрүшөт - алар транспорттук функцияны аткарышат. Эгер углеводдор жана липиддер сыяктуу энергияны көп талап кылган заттар толугу менен колдонулса, клетка белокторду ыдыратат. Бул заттын бир граммы 17,2 кДж энергия берет. Белоктордун эң маанилүү кызматтарынын бири каталитикалык (фермент белоктору цитоплазманын бөлүмдөрүндө болгон химиялык реакцияларды тездетет). Жогоруда айтылгандардын негизинде биз белоктордун абдан маанилүү кызматтарды аткарарына жана сөзсүз түрдө жаныбардын клеткасынын бир бөлүгү экенине ынандык.
Белок биосинтези
Клеткадагы белок синтези процессин карап көрөлү, ал цитоплазмада рибосома сыяктуу органеллдердин жардамы менен пайда болот. Атайын ферменттердин активдүүлүгүнүн аркасында кальций иондорунун катышуусу менен рибосомалар полисомаларга биригишет. Клеткадагы рибосомалардын негизги функциялары белок молекулаларынын синтези болуп саналат, ал транскрипция процессинен башталат. Натыйжада мРНК молекулалары синтезделип, аларга полисомалар кошулат. Андан кийин экинчи процесс башталат - которуу. Трансфер РНКларжыйырма түрдүү аминокислота менен биригип, аларды полисомаларга алып келет жана клеткадагы рибосомалардын функциялары полипептиддердин синтези болгондуктан, бул органеллдер тРНК менен комплекстерди түзүшөт жана аминокислота молекулалары бири-бири менен пептиддик байланыштар аркылуу биригип, белок макромолекуласы.
Суунун зат алмашуу процесстериндеги ролу
Цитологиялык изилдөөлөр биз изилдеп жаткан клетканын түзүлүшү жана курамы орто эсеп менен 70% суу экенин, ал эми сууда жашоо образын жүргүзгөн көптөгөн жаныбарларда (мисалы, целентераттар) анын мазмуну 97-98% жетет. Ушуну эске алып, клеткалардын химиялык түзүлүшүнө гидрофильдүү (эриген) жана гидрофобдук (суу өткөрүүчү) заттар кирет. Суу универсалдуу полярдык эриткич катары өзгөчө роль ойнойт жана клетканын функцияларына гана эмес, түзүлүшүнө да түздөн-түз таасирин тийгизет. Төмөнкү таблица ар кандай типтеги тирүү организмдердин клеткаларындагы суунун көлөмүн көрсөтөт.
Клеткадагы углеводдордун кызматы
Мурда билгенибиздей, углеводдор да маанилүү органикалык заттар – полимерлер. Аларга полисахариддер, олигосахариддер жана моносахариддер кирет. Углеводдор татаалыраак комплекстердин – гликолипиддердин жана гликопротеиддердин бир бөлүгү болуп саналат, алардан клетка мембраналары жана гликокаликс сыяктуу үстүнкү мембраналар түзүлөт.
Углеводдордо көмүртектен тышкары кычкылтек жана суутек атомдору, кээ бир полисахариддерде азот, күкүрт жана фосфор да бар. Өсүмдүк клеткаларында углеводдор көп: картөшкө түйүндөрү90%ке чейин крахмал, уруктар менен мөмөлөр 70%ке чейин углеводдорду камтыйт, ал эми жаныбарлардын клеткаларында алар гликоген, хитин жана трегалоза сыяктуу кошулмалар түрүндө кездешет.
Жөнөкөй канттар (моносахариддер) CnH2nOn жалпы формуласына ээ жана тетроза, триоза, пентоз жана гексоза болуп бөлүнөт. Акыркы экөө тирүү организмдердин клеткаларында кеңири таралган, мисалы, рибоза жана дезоксирибоза нуклеиндик кислоталардын курамына кирет, ал эми глюкоза менен фруктоза ассимиляция жана диссимиляция реакцияларына катышат. Олигосахариддер көбүнчө өсүмдүк клеткаларында кездешет: сахароза кант кызылчасынын жана кант тростнигинин клеткаларында, мальтоза кара буудай менен арпанын өнүп чыккан дандарында болот.
Дисахариддер таттуу даамы бар жана сууда жакшы эрийт. Полисахариддер биополимерлер болуп, негизинен крахмал, целлюлоза, гликоген жана ламинаринден турат. Хитин полисахариддердин структуралык формаларына кирет. Клеткадагы углеводдордун негизги милдети – энергия. Гидролиз жана энергия алмашуу реакцияларынын натыйжасында полисахариддер глюкозага чейин ажырайт, андан кийин көмүр кычкыл газына жана сууга чейин кычкылданат. Натыйжада, бир грамм глюкоза 17,6 кДж энергия бөлүп чыгарат, ал эми крахмал жана гликоген кампалары, чындыгында, клеткалык энергиянын резервуары болуп саналат.
Гликоген негизинен булчуң тканында жана боор клеткаларында, өсүмдүк крахмалы түйүндөрдө, пиязда, тамырларда, уруктарда, ал эми жөргөмүштөр, курт-кумурскалар жана рак сымалдуулар сыяктуу муунак буттууларда сакталат, трегалоза олигосахариди энергия менен камсыздоодо чоң роль ойнойт.
Углеводдорлипиддерден жана белоктордон кычкылтексиз бөлүнүү жөндөмдүүлүгү менен айырмаланат. Бул анаэробдук бактериялар жана гельминттер - адамдардын жана жаныбарлардын мителери сыяктуу кычкылтектин жетишсиздигинен же жок болгон шартта жашаган организмдер үчүн өтө маанилүү.
Клеткадагы углеводдордун дагы бир кызматы бар – куруу (структуралык). Бул бул заттардын клеткалардын колдоочу структуралары экендигинде. Мисалы, целлюлоза өсүмдүктөрдүн клетка дубалынын бир бөлүгү, хитин көптөгөн омурткасыздардын сырткы скелетин түзөт жана грибок клеткаларында болот, олисахариддер липид жана белок молекулалары менен бирге гликокаликс - эпимембраналык комплексти түзөт. Ал адгезияны камсыз кылат - жаныбарлардын клеткаларынын бири-бирине жабышып, ткандардын пайда болушуна алып келет.
Липиддер: түзүлүшү жана функциялары
Гидрофобдук (сууда эрибеген) бул органикалык заттарды, башкача айтканда, ацетон же хлороформ сыяктуу полярдуу эмес эриткичтерди колдонуу менен клеткалардан бөлүп алууга болот. Клеткадагы липиддердин функциялары алар үч топтун кайсынысына кирээрине жараша болот: майлар, момдор же стероиддер. Майлар клетканын бардык түрлөрүндө эң көп.
Жаныбарларда аларды тери астындагы май тканында топтойт, нерв тканында нервдердин миелин кабыкчалары түрүндөгү май бар. Ошондой эле бөйрөктө, боордо, курт-кумурскаларда – майлуу денеде топтолот. Суюк майлар – майлар – көптөгөн өсүмдүктөрдүн уруктарында кездешет: кедр, жержаңгак, күн карама, зайтун. Клеткалардагы липиддердин мазмуну 5тен 90%ке чейин (майлуу ткандарда).
Стероиддер жана момдормайлардан айырмаланат, алардын молекулаларында май кислотасынын калдыктары жок. Ошентип, стероиддер дененин жыныстык жетилүүсүнө таасир этүүчү бөйрөк үстүндөгү бездин кортексиндеги гормондор жана тестостерондун компоненттери болуп саналат. Алар ошондой эле витаминдерде (мисалы, D витамининде) бар.
Клеткадагы липиддердин негизги функциялары энергия, куруу жана коргоочу. Биринчиси, бөлүү учурунда 1 грамм май 38,9 кДж энергия берет - башка органикалык заттарга - белокторго жана углеводдорго караганда алда канча көп. Мындан тышкары, 1 г майды кычкылдандыруу учурунда дээрлик 1,1 г бөлүнүп чыгат. суу. Мына ошондуктан кээ бир жаныбарлардын денесинде майдын запасы бар болгондуктан, көпкө чейин суусуз калышы мүмкүн. Мисалы, гоферлер сууга муктаж болбостон эки айдан ашык кышкы уйкуга жата алышат, ал эми төө чөлдө 10–12 күн өткөндө суу ичпейт.
Липиддердин курулуш функциясы – алар клетка мембраналарынын ажырагыс бөлүгү, ошондой эле нервдердин бир бөлүгү. Липиддердин коргоочу функциясы – бөйрөктүн жана башка ички органдардын айланасындагы теринин астындагы май катмары аларды механикалык жаракаттан коргойт. Белгилүү бир жылуулук изоляциялоо функциясы узак убакыт бою сууда болгон жаныбарларга мүнөздүү: киттер, тюлдер, мөөрлөр. Калың тери астындагы май катмары, мисалы, көк китте 0,5 м, ал жаныбарды гипотермиядан коргойт.
Клеткадагы метаболизмдеги кычкылтектин мааниси
Жаныбарлардын, өсүмдүктөрдүн жана адамдардын басымдуу көпчүлүгүн камтыган аэробдук организмдер энергия алмашуу реакциялары үчүн атмосферадагы кычкылтекти колдонушат,органикалык заттардын бузулушуна жана аденозин-трифосфор кислотасынын молекулалары түрүндө топтолгон белгилүү бир сандагы энергиянын бөлүнүп чыгышына алып келет.
Ошентип, митохондриялардын кристалдарында пайда болгон бир моль глюкозанын толук кычкылданышы менен 2800 кДж энергия бөлүнүп чыгат, анын 1596 кДж (55%) макроэргиялык АТФ молекулалары түрүндө сакталат. облигациялар. Ошентип, кычкылтектин клеткадагы негизги функциясы клетка органеллдеринде - митохондрияда пайда болгон дем алуу чынжырынын ферменттик реакцияларынын тобуна негизделген аэробдук дем алууну ишке ашыруу болуп саналат. Прокариоттук организмдерде – фототрофтук бактерияларда жана цианобактерияларда – аш болумдуу заттардын кычкылдануусу плазма мембраналарынын ички өскөнчөлөрүндөгү клеткаларга диффузияланган кычкылтектин таасири астында жүрөт.
Биз клеткалардын химиялык түзүлүшүн, ошондой эле белок биосинтезинин процесстерин жана клетканын энергия алмашуусунда кычкылтектин функциясын изилдедик.
