Da sostanze inorganiche di gabbie acqua costituisce circa il 65% della sua massa: nelle cellule giovani a crescita rapida fino al 95%, nelle cellule vecchie - circa il 60%. Il ruolo dell'acqua nelle cellule è molto ampio, è un mezzo e un solvente, partecipa alla maggior parte delle reazioni chimiche, al movimento delle sostanze, alla termoregolazione, alla formazione di strutture cellulari e determina il volume e l'elasticità della cellula. La maggior parte delle sostanze entrano ed escono dal corpo in una soluzione acquosa.

Materia organica- costituiscono il 20-30% della composizione cellulare. Possono essere semplice(aminoacidi, glucosio, acidi grassi) e complesso(proteine, polisaccaridi, acidi nucleici, lipidi). I più importanti sono proteine, grassi, carboidrati e acidi nucleici.

Le proteine ​​sono le sostanze principali e più complesse di ogni cellula. La dimensione di una molecola proteica è centinaia e migliaia di volte più grande delle molecole dei composti inorganici. Le molecole proteiche sono formate da composti semplici: aminoacidi (le proteine ​​naturali contengono 20 aminoacidi). Combinandosi in sequenze e quantità diverse, formano un'ampia varietà (fino a 1000) di proteine. Il loro ruolo nella vita di una cellula è enorme: il materiale da costruzione del corpo, i catalizzatori (le proteine ​​enzimatiche accelerano le reazioni chimiche), il trasporto (l'emoglobina del sangue fornisce ossigeno e sostanze nutritive alle cellule e porta via l'anidride carbonica e i prodotti di decomposizione). Le proteine ​​svolgono una funzione protettiva ed energetica. I carboidrati sono sostanze organiche costituite da carbonio, idrogeno e ossigeno. I più semplici sono i monosaccaridi - esoso, fruttosio, glucosio (presente nella frutta, nel miele), galattosio (nel latte) e polisaccaridi - costituiti da diversi carboidrati semplici. Questi includono amido e glicogeno. I carboidrati sono la principale fonte di energia per tutte le forme di attività cellulare (movimento, biosintesi, secrezione, ecc.) e svolgono il ruolo di sostanze di riserva. I lipidi sono grassi insolubili in acqua e sostanze simili ai grassi. Sono il principale componente strutturale delle membrane biologiche. I lipidi svolgono una funzione energetica e contengono vitamine liposolubili. Gli acidi nucleici - (dalla parola latina "nucleus" - nucleo) - si formano nel nucleo della cellula. Sono disponibili in due tipi: acidi desossiribonucleici (DNA) e acidi ribonucleici (RNA). Il loro ruolo biologico è molto grande. Determinano la sintesi delle proteine ​​e la trasmissione delle informazioni ereditarie.

Gli organismi sono costituiti da cellule. Cellule di organismi diversi hanno composizioni chimiche simili. La tabella 1 presenta i principali elementi chimici presenti nelle cellule degli organismi viventi.

Tabella 1. Contenuto di elementi chimici nella cellula

In base al contenuto della cella si possono distinguere tre gruppi di elementi. Il primo gruppo comprende ossigeno, carbonio, idrogeno e azoto. Costituiscono quasi il 98% della composizione totale della cellula. Il secondo gruppo comprende potassio, sodio, calcio, zolfo, fosforo, magnesio, ferro, cloro. Il loro contenuto nella cella è di decimi e centesimi di percentuale. Gli elementi di questi due gruppi sono classificati come macronutrienti(dal greco macro- grande).

Nel terzo gruppo sono compresi i restanti elementi, rappresentati nella cella in centesimi e millesimi di percentuale. Questo microelementi(dal greco micro- piccolo).

Nella cellula non sono stati trovati elementi tipici della natura vivente. Anche tutti gli elementi chimici elencati fanno parte della natura inanimata. Ciò indica l'unità della natura vivente e inanimata.

Una carenza di qualsiasi elemento può portare alla malattia e persino alla morte del corpo, poiché ogni elemento svolge un ruolo specifico. I macroelementi del primo gruppo costituiscono la base dei biopolimeri: proteine, carboidrati, acidi nucleici e lipidi, senza i quali la vita è impossibile. Lo zolfo fa parte di alcune proteine, il fosforo fa parte degli acidi nucleici, il ferro fa parte dell'emoglobina e il magnesio fa parte della clorofilla. Il calcio svolge un ruolo importante nel metabolismo.

Alcuni degli elementi chimici contenuti nella cellula fanno parte di sostanze inorganiche: sali minerali e acqua.

Sali minerali si trovano nella cellula, di regola, sotto forma di cationi (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) e anioni (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3), il cui rapporto determina l'acidità dell'ambiente, importante per la vita delle cellule.

(In molte cellule, l'ambiente è leggermente alcalino e il suo pH quasi non cambia, poiché al suo interno viene costantemente mantenuto un certo rapporto tra cationi e anioni.)

Tra le sostanze inorganiche nella natura vivente, gioca un ruolo enorme acqua.

Senza acqua la vita è impossibile. Costituisce una massa significativa della maggior parte delle cellule. Nelle cellule del cervello e degli embrioni umani è contenuta molta acqua: più dell'80% di acqua; nelle cellule del tessuto adiposo - solo il 40,% Con l'età, il contenuto di acqua nelle cellule diminuisce. Muore una persona che ha perso il 20% dell’acqua.

Le proprietà uniche dell'acqua determinano il suo ruolo nel corpo. È coinvolto nella termoregolazione, dovuta all'elevata capacità termica dell'acqua: il consumo di una grande quantità di energia durante il riscaldamento. Cosa determina l’elevata capacità termica dell’acqua?

In una molecola d'acqua, un atomo di ossigeno è legato covalentemente a due atomi di idrogeno. La molecola d'acqua è polare perché l'atomo di ossigeno ha una carica parzialmente negativa, e ciascuno dei due atomi di idrogeno ce l'ha

Carica parzialmente positiva. Un legame idrogeno si forma tra l'atomo di ossigeno di una molecola d'acqua e l'atomo di idrogeno di un'altra molecola. I legami idrogeno forniscono la connessione di un gran numero di molecole d'acqua. Quando l'acqua viene riscaldata, una parte significativa dell'energia viene spesa per rompere i legami idrogeno, che ne determina l'elevata capacità termica.

Acqua - buon solvente. A causa della loro polarità, le sue molecole interagiscono con ioni caricati positivamente e negativamente, favorendo così la dissoluzione della sostanza. In relazione all'acqua, tutte le sostanze cellulari sono divise in idrofile e idrofobe.

Idrofilo(dal greco idro- acqua e filleo- amore) sono chiamate sostanze che si dissolvono nell'acqua. Questi includono composti ionici (ad esempio sali) e alcuni composti non ionici (ad esempio zuccheri).

Idrofobo(dal greco idro- acqua e Phobos- paura) sono sostanze insolubili in acqua. Questi includono, ad esempio, i lipidi.

L'acqua svolge un ruolo importante nelle reazioni chimiche che si verificano nella cellula in soluzioni acquose. Dissolve i prodotti metabolici di cui il corpo non ha bisogno e quindi favorisce la loro eliminazione dal corpo. L'elevato contenuto di acqua nella cella lo fornisce elasticità. L'acqua facilita il movimento di varie sostanze all'interno di una cellula o da una cellula all'altra.

I corpi della natura vivente e inanimata sono costituiti dagli stessi elementi chimici. Gli organismi viventi contengono sostanze inorganiche: acqua e sali minerali. Le numerose funzioni di vitale importanza dell'acqua in una cellula sono determinate dalle caratteristiche delle sue molecole: la loro polarità, la capacità di formare legami idrogeno.

COMPONENTI INORGANICI DELLA CELLULA

Nelle cellule degli organismi viventi si trovano circa 90 elementi e circa 25 di essi si trovano in quasi tutte le cellule. In base al loro contenuto nella cellula, gli elementi chimici sono divisi in tre grandi gruppi: macroelementi (99%), microelementi (1%), ultramicroelementi (meno dello 0,001%).

I macroelementi includono ossigeno, carbonio, idrogeno, fosforo, potassio, zolfo, cloro, calcio, magnesio, sodio, ferro.
I microelementi includono manganese, rame, zinco, iodio, fluoro.
Gli ultramicroelementi includono argento, oro, bromo e selenio.

COMPONENTI ORGANICI DELLE CELLULE

Enzimi.

La funzione più importante delle proteine ​​è catalitica. Vengono chiamate molecole proteiche che aumentano la velocità delle reazioni chimiche in una cellula di diversi ordini di grandezza enzimi. Nessun singolo processo biochimico nel corpo avviene senza la partecipazione di enzimi.

Attualmente sono stati scoperti oltre 2000 enzimi. La loro efficienza è molte volte superiore all'efficienza dei catalizzatori inorganici utilizzati nella produzione. Pertanto, 1 mg di ferro nell'enzima catalasi sostituisce 10 tonnellate di ferro inorganico. La catalasi aumenta la velocità di decomposizione del perossido di idrogeno (H 2 O 2) di 10 11 volte. L'enzima che catalizza la reazione di formazione dell'acido carbonico (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) accelera la reazione di 10 7 volte.

Una proprietà importante degli enzimi è la specificità della loro azione; ciascun enzima catalizza solo una o un piccolo gruppo di reazioni simili.

Viene chiamata la sostanza su cui agisce l'enzima substrato. Le strutture delle molecole dell'enzima e del substrato devono corrispondere esattamente tra loro. Questo spiega la specificità dell'azione degli enzimi. Quando un substrato viene combinato con un enzima, la struttura spaziale dell'enzima cambia.

La sequenza di interazione tra enzima e substrato può essere rappresentata schematicamente:

Substrato+Enzima - Complesso enzima-substrato - Enzima+Prodotto.

Il diagramma mostra che il substrato si combina con l'enzima per formare un complesso enzima-substrato. In questo caso, il substrato si trasforma in una nuova sostanza: un prodotto. Nella fase finale, l'enzima viene rilasciato dal prodotto e interagisce nuovamente con un'altra molecola di substrato.

Gli enzimi funzionano solo a una certa temperatura, concentrazione di sostanze e acidità dell'ambiente. Il cambiamento delle condizioni porta a cambiamenti nella struttura terziaria e quaternaria della molecola proteica e, di conseguenza, alla soppressione dell'attività enzimatica. Come avviene questo? Solo una certa parte della molecola dell'enzima, chiamata centro attivo. Il centro attivo contiene da 3 a 12 residui aminoacidici e si forma a seguito della piegatura della catena polipeptidica.

Sotto l'influenza di vari fattori, la struttura della molecola enzimatica cambia. In questo caso, la configurazione spaziale del centro attivo viene interrotta e l'enzima perde la sua attività.

Gli enzimi sono proteine ​​che agiscono come catalizzatori biologici. Grazie agli enzimi, la velocità delle reazioni chimiche nelle cellule aumenta di diversi ordini di grandezza. Una proprietà importante degli enzimi è la loro specificità d'azione in determinate condizioni.

Acidi nucleici.

Gli acidi nucleici furono scoperti nella seconda metà del XIX secolo. Il biochimico svizzero F. Miescher, che isolò dai nuclei cellulari una sostanza ad alto contenuto di azoto e fosforo e la chiamò “nucleina” (dal lat. nucleo- nucleo).

Gli acidi nucleici immagazzinano informazioni ereditarie sulla struttura e sul funzionamento di ogni cellula e di tutti gli esseri viventi sulla Terra. Esistono due tipi di acidi nucleici: DNA (acido desossiribonucleico) e RNA (acido ribonucleico). Gli acidi nucleici, come le proteine, sono specie-specifici, cioè gli organismi di ciascuna specie hanno il proprio tipo di DNA. Per scoprire le ragioni della specificità della specie, considerare la struttura degli acidi nucleici.

Le molecole di acido nucleico sono catene molto lunghe costituite da molte centinaia e persino milioni di nucleotidi. Qualsiasi acido nucleico contiene solo quattro tipi di nucleotidi. Le funzioni delle molecole di acido nucleico dipendono dalla loro struttura, dai nucleotidi che contengono, dal loro numero nella catena e dalla sequenza del composto nella molecola.

Ogni nucleotide è costituito da tre componenti: una base azotata, un carboidrato e un acido fosforico. Ogni nucleotide del DNA contiene uno dei quattro tipi di basi azotate (adenina - A, timina - T, guanina - G o citosina - C), nonché carbonio desossiribosio e un residuo di acido fosforico.

Pertanto, i nucleotidi del DNA differiscono solo per il tipo di base azotata.

La molecola del DNA è costituita da un numero enorme di nucleotidi collegati in una catena in una determinata sequenza. Ogni tipo di molecola di DNA ha il proprio numero e sequenza di nucleotidi.

Le molecole di DNA sono molto lunghe. Ad esempio, per scrivere in lettere la sequenza dei nucleotidi nelle molecole di DNA di una cellula umana (46 cromosomi) occorrerebbe un libro di circa 820.000 pagine. L'alternanza di quattro tipi di nucleotidi può formare un numero infinito di varianti di molecole di DNA. Queste caratteristiche strutturali delle molecole di DNA consentono loro di immagazzinare un'enorme quantità di informazioni su tutte le caratteristiche degli organismi.

Nel 1953, il biologo americano J. Watson e il fisico inglese F. Crick crearono un modello della struttura della molecola del DNA. Gli scienziati hanno scoperto che ogni molecola di DNA è costituita da due catene interconnesse e attorcigliate a spirale. Sembra una doppia elica. In ciascuna catena si alternano quattro tipi di nucleotidi in una sequenza specifica.

La composizione nucleotidica del DNA varia tra le diverse specie di batteri, funghi, piante e animali. Ma non cambia con l’età e dipende poco dai cambiamenti ambientali. I nucleotidi sono accoppiati, cioè il numero di nucleotidi di adenina in qualsiasi molecola di DNA è uguale al numero di nucleotidi di timidina (A-T) e il numero di nucleotidi di citosina è uguale al numero di nucleotidi di guanina (C-G). Ciò è dovuto al fatto che la connessione di due catene tra loro in una molecola di DNA è soggetta a una certa regola, vale a dire: l'adenina di una catena è sempre collegata da due legami idrogeno solo con la timina dell'altra catena e la guanina - da tre legami idrogeno con citosina, cioè le catene nucleotidiche di una molecola di DNA sono complementari, completandosi a vicenda.

Le molecole di acido nucleico - DNA e RNA - sono costituite da nucleotidi. I nucleotidi del DNA includono una base azotata (A, T, G, C), il carboidrato desossiribosio e un residuo molecolare di acido fosforico. La molecola del DNA è una doppia elica, costituita da due catene collegate da legami idrogeno secondo il principio di complementarità. La funzione del DNA è quella di immagazzinare informazioni ereditarie.

Le cellule di tutti gli organismi contengono molecole di ATP - acido adenosina trifosforico. L'ATP è una sostanza cellulare universale, la cui molecola ha legami ricchi di energia. La molecola di ATP è un nucleotide unico che, come altri nucleotidi, è costituito da tre componenti: una base azotata - adenina, un carboidrato - ribosio, ma invece di uno contiene tre residui di molecole di acido fosforico (Fig. 12). Le connessioni indicate in figura con un'icona sono ricche di energia e si chiamano macroergico. Ciascuna molecola di ATP contiene due legami ad alta energia.

Quando un legame ad alta energia viene rotto e una molecola di acido fosforico viene rimossa con l'aiuto di enzimi, vengono rilasciati 40 kJ/mol di energia e l'ATP viene convertito in ADP - acido adenosina difosforico. Quando un'altra molecola di acido fosforico viene rimossa, vengono rilasciati altri 40 kJ/mol; Si forma l'AMP: acido adenosina monofosforico. Queste reazioni sono reversibili, cioè l'AMP può essere convertito in ADP, l'ADP in ATP.

Le molecole di ATP non vengono solo scomposte, ma anche sintetizzate, quindi il loro contenuto nella cellula è relativamente costante. L'importanza dell'ATP nella vita di una cellula è enorme. Queste molecole svolgono un ruolo di primo piano nel metabolismo energetico necessario ad assicurare la vita della cellula e dell'organismo nel suo insieme.

Una molecola di RNA è solitamente una singola catena, composta da quattro tipi di nucleotidi: A, U, G, C. Sono noti tre tipi principali di RNA: mRNA, rRNA, tRNA. Il contenuto di molecole di RNA in una cellula non è costante; partecipano alla biosintesi delle proteine. L'ATP è una sostanza energetica universale della cellula, che contiene legami ricchi di energia. L’ATP svolge un ruolo centrale nel metabolismo energetico cellulare. RNA e ATP si trovano sia nel nucleo che nel citoplasma della cellula.

Compiti e test sull'argomento "Argomento 4. "Composizione chimica della cellula".

• polimero, monomero;
• carboidrato, monosaccaride, disaccaride, polisaccaride;
• lipidi, acidi grassi, glicerolo;
• amminoacido, legame peptidico, proteina;
• catalizzatore, enzima, sito attivo;
• acido nucleico, nucleotide.

Algoritmo per la risoluzione dei problemi.

Tipo 1. Autocopiatura del DNA.

Una delle catene del DNA ha la seguente sequenza nucleotidica:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Quale sequenza nucleotidica ha la seconda catena della stessa molecola?

Per scrivere la sequenza nucleotidica del secondo filamento di una molecola di DNA, quando si conosce la sequenza del primo filamento, è sufficiente sostituire la timina con adenina, l'adenina con timina, la guanina con citosina e la citosina con guanina. Effettuata questa sostituzione otteniamo la sequenza:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

Tipo 2. Codifica proteica.

La catena di aminoacidi della proteina ribonucleasi ha il seguente inizio: lisina-glutammina-treonina-alanina-alanina-alanina-lisina...
Con quale sequenza nucleotidica inizia il gene corrispondente a questa proteina?

Per fare ciò, utilizzare la tabella dei codici genetici. Per ogni amminoacido troviamo la sua designazione in codice sotto forma della corrispondente tripla di nucleotidi e la annotiamo. Disponendo una dopo l'altra queste triplette nello stesso ordine dei corrispondenti amminoacidi, si ottiene la formula per la struttura di una sezione di RNA messaggero. Di norma, esistono diverse terzine di questo tipo, la scelta viene fatta in base alla tua decisione (ma viene presa solo una delle terzine). Di conseguenza, potrebbero esserci diverse soluzioni.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG

Con quale sequenza di aminoacidi inizia una proteina se è codificata dalla seguente sequenza di nucleotidi:
ACGGCCATGGCCGGT...

Utilizzando il principio di complementarità, troviamo la struttura di un tratto di RNA messaggero formato su un dato segmento di una molecola di DNA:
UGGGGGUACGGGGCA...

Passiamo poi alla tabella del codice genetico e per ogni tripla di nucleotidi, partendo dal primo, troviamo e scriviamo l'amminoacido corrispondente:
Cisteina-glicina-tirosina-arginina-prolina-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Biologia generale". Mosca, "Illuminismo", 2000

• Argomento 4. "Composizione chimica della cellula". §2-§7 pp. 7-21
• Argomento 5. "Fotosintesi". §16-17 pp. 44-48
• Argomento 6. "Respirazione cellulare". §12-13 pp. 34-38
• Argomento 7. "Informazioni genetiche". §14-15 pp. 39-44

Cellula

Dal punto di vista del concetto di sistemi viventi secondo A. Lehninger.

Una cellula vivente è un sistema isotermico di molecole organiche capace di autoregolarsi e autoriprodursi, estraendo energia e risorse dall'ambiente.

In una cellula hanno luogo un gran numero di reazioni sequenziali, la cui velocità è regolata dalla cellula stessa.

La cellula si mantiene in uno stato dinamico stazionario, lontano dall'equilibrio con l'ambiente.

Le celle funzionano secondo il principio del consumo minimo di componenti e processi.

Quello. Una cellula è un sistema aperto vivente elementare capace di esistenza, riproduzione e sviluppo indipendenti. È l'unità strutturale e funzionale elementare di tutti gli organismi viventi.

Composizione chimica delle cellule.

Dei 110 elementi della tavola periodica di Mendeleev, 86 sono costantemente presenti nel corpo umano. 25 di essi sono necessari per la vita normale, 18 sono assolutamente necessari e 7 sono utili. In base al contenuto percentuale nella cella, gli elementi chimici sono divisi in tre gruppi:

Macroelementi Gli elementi principali (organogeni) sono idrogeno, carbonio, ossigeno, azoto. La loro concentrazione: 98 – 99,9%. Sono componenti universali dei composti cellulari organici.

Microelementi: sodio, magnesio, fosforo, zolfo, cloro, potassio, calcio, ferro. La loro concentrazione è dello 0,1%.

Ultramicroelementi: boro, silicio, vanadio, manganese, cobalto, rame, zinco, molibdeno, selenio, iodio, bromo, fluoro. Influenzano il metabolismo. La loro assenza è causa di malattie (zinco - diabete mellito, iodio - gozzo endemico, ferro - anemia perniciosa, ecc.).

La medicina moderna conosce i fatti delle interazioni negative tra vitamine e minerali:

Lo zinco riduce l'assorbimento del rame e compete con ferro e calcio per l'assorbimento; (e la carenza di zinco provoca un indebolimento del sistema immunitario e una serie di condizioni patologiche da parte delle ghiandole endocrine).

Calcio e ferro riducono l'assorbimento del manganese;

La vitamina E non si combina bene con il ferro e la vitamina C non si combina bene con le vitamine del gruppo B.

Interazione positiva:

La vitamina E e il selenio, così come il calcio e la vitamina K, agiscono in sinergia;

La vitamina D è necessaria per l'assorbimento del calcio;

Il rame favorisce l'assorbimento e aumenta l'efficienza dell'utilizzo del ferro da parte dell'organismo.

Componenti inorganici della cellula.

Acqua– il componente più importante della cellula, il mezzo di dispersione universale della materia vivente. Le cellule attive degli organismi terrestri sono costituite dal 60 al 95% di acqua. Nelle cellule e nei tessuti a riposo (semi, spore) è presente il 10-20% di acqua. L'acqua nella cellula è in due forme: libera e legata ai colloidi cellulari. L'acqua libera è il solvente e il mezzo di dispersione del sistema colloidale del protoplasma. È il 95%. L’acqua legata (4–5%) di tutta l’acqua cellulare forma deboli legami idrogeno e ossidrile con le proteine.

Proprietà dell'acqua:

L'acqua è un solvente naturale per ioni minerali e altre sostanze.

L'acqua è la fase dispersiva del sistema colloidale del protoplasma.

L'acqua è il mezzo per le reazioni metaboliche cellulari, perché i processi fisiologici si verificano in un ambiente esclusivamente acquatico. Fornisce reazioni di idrolisi, idratazione, gonfiore.

Partecipa a molte reazioni enzimatiche della cellula e si forma durante il metabolismo.

L'acqua è una fonte di ioni idrogeno durante la fotosintesi nelle piante.

Significato biologico dell'acqua:

La maggior parte delle reazioni biochimiche avviene solo in soluzione acquosa; molte sostanze entrano ed escono dalle cellule in forma disciolta. Ciò caratterizza la funzione di trasporto dell'acqua.

L'acqua fornisce reazioni di idrolisi: la scomposizione di proteine, grassi, carboidrati sotto l'influenza dell'acqua.

A causa dell'elevato calore di evaporazione, il corpo viene raffreddato. Ad esempio, la sudorazione negli esseri umani o la traspirazione nelle piante.

L'elevata capacità termica e conduttività termica dell'acqua contribuisce alla distribuzione uniforme del calore nella cella.

A causa delle forze di adesione (acqua - suolo) e di coesione (acqua - acqua), l'acqua ha la proprietà della capillarità.

L'incomprimibilità dell'acqua determina lo stato di stress delle pareti cellulari (turgore) e dello scheletro idrostatico nei nematodi.

Tutti gli organismi sul nostro pianeta sono costituiti da cellule simili nella composizione chimica. In questo articolo parleremo brevemente della composizione chimica della cellula, del suo ruolo nella vita dell'intero organismo e scopriremo quale scienza studia questo problema.

Gruppi di elementi della composizione chimica della cellula

La scienza che studia i componenti e la struttura di una cellula vivente è chiamata citologia.

Tutti gli elementi inclusi nella struttura chimica del corpo possono essere divisi in tre gruppi:

• macroelementi;
• microelementi;
• ultramicroelementi.

I macroelementi includono idrogeno, carbonio, ossigeno e azoto. Costituiscono quasi il 98% di tutti gli elementi costitutivi.

I microelementi sono presenti in decimi e centesimi di percentuale. E un contenuto molto basso di ultramicroelementi: centesimi e millesimi di percentuale.

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Tradotto dal greco, “macro” significa grande e “micro” significa piccolo.

Gli scienziati hanno scoperto che non esistono elementi speciali esclusivi degli organismi viventi. Pertanto, sia la natura vivente che quella inanimata sono costituite dagli stessi elementi. Ciò dimostra la loro relazione.

Nonostante il contenuto quantitativo di un elemento chimico, l'assenza o la riduzione di almeno uno di essi porta alla morte dell'intero organismo. Dopotutto, ognuno di essi ha il suo significato.

Il ruolo della composizione chimica della cellula

I macroelementi sono la base dei biopolimeri, vale a dire proteine, carboidrati, acidi nucleici e lipidi.

I microelementi fanno parte delle sostanze organiche vitali e partecipano ai processi metabolici. Sono componenti costitutivi dei sali minerali, che si presentano sotto forma di cationi e anioni, il loro rapporto determina l'ambiente alcalino. Molto spesso è leggermente alcalino, perché il rapporto tra i sali minerali non cambia.

L'emoglobina contiene ferro, clorofilla - magnesio, proteine ​​- zolfo, acidi nucleici - fosforo, il metabolismo avviene con una quantità sufficiente di calcio.

Riso. 2. Composizione cellulare

Alcuni elementi chimici sono componenti di sostanze inorganiche, come l'acqua. Svolge un ruolo importante nella vita delle cellule sia vegetali che animali. L'acqua è un buon solvente, per questo tutte le sostanze all'interno del corpo sono divise in:

• Idrofilo - si dissolve in acqua;
• Idrofobo - non sciogliersi in acqua.

Grazie alla presenza dell'acqua la cellula diventa elastica e favorisce la circolazione delle sostanze organiche nel citoplasma.

Riso. 3. Sostanze cellulari.

Tabella “Proprietà della composizione chimica della cellula”

Per capire chiaramente quali elementi chimici fanno parte della cellula, li abbiamo inseriti nella seguente tabella:

Cosa abbiamo imparato?

Ogni cellula della natura vivente ha il proprio insieme di elementi chimici. In termini di composizione, gli oggetti della natura vivente e inanimata hanno somiglianze, questo dimostra la loro stretta relazione. Ogni cellula è composta da macroelementi, microelementi e ultramicroelementi, ognuno dei quali ha il proprio ruolo. L'assenza di almeno uno di essi porta alla malattia e persino alla morte dell'intero organismo.

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Una cellula è un'unità elementare di un essere vivente, che possiede tutte le caratteristiche di un organismo: la capacità di riprodursi, crescere, scambiare sostanze ed energia con l'ambiente, irritabilità e costanza della produzione chimica.
I macroelementi sono elementi la cui quantità in una cellula arriva fino allo 0,001% del peso corporeo. Esempi sono ossigeno, carbonio, azoto, fosforo, idrogeno, zolfo, ferro, sodio, calcio, ecc.
I microelementi sono elementi la cui quantità in una cellula varia dallo 0,001% allo 0,000001% del peso corporeo. Esempi sono boro, rame, cobalto, zinco, iodio, ecc.
Gli ultramicroelementi sono elementi il ​​cui contenuto in una cellula non supera lo 0,000001% del peso corporeo. Esempi sono oro, mercurio, cesio, selenio, ecc.

2. Realizzare un diagramma delle “Sostanze cellulari”.

3. Cosa indica il fatto scientifico della somiglianza della composizione chimica elementare della natura vivente e inanimata?
Ciò indica la comunanza della natura vivente e inanimata.

Sostanze inorganiche. Il ruolo dell'acqua e dei minerali nella vita cellulare.
1. Fornire definizioni di concetti.
Le sostanze inorganiche sono acqua, sali minerali, acidi, anioni e cationi presenti sia negli organismi viventi che non viventi.
L'acqua è una delle sostanze inorganiche più comuni in natura, la cui molecola è costituita da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno.

2. Disegna un diagramma della “Struttura dell'Acqua”.

3. Quali caratteristiche strutturali delle molecole d'acqua le conferiscono proprietà uniche, senza le quali la vita è impossibile?
La struttura della molecola d'acqua è formata da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno, che formano un dipolo, cioè l'acqua ha due polarità “+” e “-”. sciogliere le sostanze chimiche. Inoltre, i dipoli d'acqua sono collegati tra loro da legami idrogeno, il che garantisce la sua capacità di trovarsi in diversi stati di aggregazione, nonché di dissolvere o non dissolvere varie sostanze.

4. Compila la tabella "Il ruolo dell'acqua e dei minerali nella cellula".

5. Qual è il significato della relativa costanza dell'ambiente interno di una cellula nel garantire i suoi processi vitali?
La costanza dell'ambiente interno della cellula è chiamata omeostasi. La violazione dell'omeostasi porta al danneggiamento della cellula o alla sua morte, il metabolismo plastico e lo scambio energetico si verificano costantemente nella cellula, questi sono due componenti del metabolismo e l'interruzione di questo processo porta al danno o alla morte dell'intero organismo.

6. Qual è lo scopo dei sistemi tampone degli organismi viventi e qual è il principio del loro funzionamento?
I sistemi tampone mantengono un certo valore di pH (un indicatore di acidità) dell'ambiente nei fluidi biologici. Il principio di funzionamento è che il pH del mezzo dipende dalla concentrazione di protoni in questo mezzo (H+). Il sistema tampone è in grado di assorbire o donare protoni a seconda del loro ingresso nell'ambiente dall'esterno o, al contrario, della loro rimozione dall'ambiente, mentre il pH non cambierà. La presenza di sistemi tampone è necessaria in un organismo vivente poiché, a causa dei cambiamenti delle condizioni ambientali, il pH può variare notevolmente e la maggior parte degli enzimi funziona solo a un determinato valore di pH.
Esempi di sistemi buffer:
carbonato-idrocarbonato (miscela di Na2СО3 e NaHCO3)
fosfato (miscela di K2HPO4 e KH2PO4).

Sostanze organiche. Il ruolo dei carboidrati, dei lipidi e delle proteine ​​nella vita cellulare.
1. Fornire definizioni di concetti.
Le sostanze organiche sono sostanze che contengono necessariamente carbonio; fanno parte degli organismi viventi e si formano solo con la loro partecipazione.
Le proteine ​​sono sostanze organiche ad alto peso molecolare costituite da alfa aminoacidi legati in una catena da un legame peptidico.
I lipidi sono un ampio gruppo di composti organici naturali, inclusi grassi e sostanze simili ai grassi. Le molecole dei lipidi semplici sono costituite da alcol e acidi grassi, quelle complesse da alcol, acidi grassi ad alto peso molecolare e altri componenti.
I carboidrati sono sostanze organiche contenenti gruppi carbonilici e diversi gruppi idrossilici e sono altrimenti chiamati zuccheri.

2. Compila la tabella con le informazioni mancanti "Struttura e funzioni delle sostanze organiche della cellula".

3. Cosa si intende per denaturazione delle proteine?
La denaturazione delle proteine ​​è la perdita della struttura naturale di una proteina.

Acidi nucleici, ATP e altri composti organici della cellula.
1. Fornire definizioni di concetti.
Gli acidi nucleici sono biopolimeri costituiti da monomeri - nucleotidi.
L'ATP è un composto costituito dalla base azotata adenina, dal carboidrato ribosio e da tre residui di acido fosforico.
Un nucleotide è un monomero di acido nucleico costituito da un gruppo fosfato, uno zucchero a cinque atomi di carbonio (pentoso) e una base azotata.
Un legame macroergico è un legame tra residui di acido fosforico nell'ATP.
La complementarità è la corrispondenza reciproca spaziale dei nucleotidi.

2. Dimostrare che gli acidi nucleici sono biopolimeri.
Gli acidi nucleici sono costituiti da un gran numero di nucleotidi ripetuti e hanno una massa compresa tra 10.000 e diversi milioni di unità di carbonio.

3. Descrivere le caratteristiche strutturali della molecola nucleotidica.
Un nucleotide è un composto di tre componenti: un residuo di acido fosforico, uno zucchero a cinque atomi di carbonio (ribosio) e uno dei composti azotati (adenina, guanina, citosina, timina o uracile).

4. Qual è la struttura di una molecola di DNA?
Il DNA è una doppia elica costituita da molti nucleotidi collegati in sequenza tra loro a causa di legami covalenti tra il desossiribosio di uno e il residuo di acido fosforico di un altro nucleotide. Le basi azotate, che si trovano su un lato della spina dorsale di una catena, sono collegate tramite legami H alle basi azotate della seconda catena secondo il principio di complementarità.

5. Applicando il principio di complementarità, costruisci il secondo filamento di DNA.
T-A-T-C-A-G-A-C-C-T-A-C
A-T-A-G-T-C-T-G-G-A-T-G.

6. Quali sono le principali funzioni del DNA in una cellula?
Con l'aiuto di quattro tipi di nucleotidi, il DNA registra nella cellula tutte le informazioni importanti sull'organismo, che vengono trasmesse alle generazioni successive.

7. In cosa differisce una molecola di RNA da una molecola di DNA?
L'RNA è un singolo filamento più piccolo del DNA. I nucleotidi contengono lo zucchero ribosio, non desossiribosio, come nel DNA. La base azotata, invece della timina, è l'uracile.

8. Cosa hanno in comune le strutture delle molecole di DNA e RNA?
Sia l'RNA che il DNA sono biopolimeri costituiti da nucleotidi. Ciò che i nucleotidi hanno in comune nella struttura è la presenza di un residuo di acido fosforico e delle basi adenina, guanina e citosina.

9. Completa la tabella "Tipi di RNA e loro funzioni nella cellula".

10. Cos'è l'ATP? Qual è il suo ruolo nella cellula?
ATP – adenosina trifosfato, un composto ad alto contenuto energetico. Le sue funzioni sono quella di immagazzinatore e trasportatore universale di energia nella cellula.

11. Qual è la struttura della molecola di ATP?
L'ATP è costituito da tre residui di acido fosforico, ribosio e adenina.

12. Cosa sono le vitamine? In quali due grandi gruppi sono divisi?
Le vitamine sono composti organici biologicamente attivi che svolgono un ruolo importante nei processi metabolici. Si dividono in idrosolubili (C, B1, B2, ecc.) e liposolubili (A, E, ecc.).

13. Compila la tabella "Le vitamine e il loro ruolo nel corpo umano".