היסודות הכימיים הבסיסיים של התא הם. אלמנטים כימיים בתאים של אורגניזמים חיים

מדריך וידאו 2:   מבנה, תכונות ותפקודים של תרכובות אורגניות הרעיון של biopolymers

הרצאה:   הרכב כימי של התא. מאקרו ואת יסודות קורט. הקשר בין המבנה והפונקציות של האורגני חומרים אורגניים

הרכב כימי של התא

נמצא כי בתאים של אורגניזמים חיים על 80 יסודות כימיים כלולים כל הזמן בצורה של תרכובות מסיסים יונים. כולם מחולקים לשתי קבוצות גדולות לפי ריכוז:

(macronutrients) שתכולתם אינה עולה על 0.01%;

microelements - ריכוז, אשר פחות מ 0.01%.

בכל תא, התוכן של microelements הוא פחות מ 1%, ואת מאקרו אלמנטים, בהתאמה, הם יותר מ 99%.

Microelements:

נתרן, אשלגן וכלור - לספק תהליכים ביולוגיים רבים - turgor (לחץ נייד פנימי), את המראה של דחפים חשמליים עצביים.

חנקן, חמצן, מימן, פחמן. אלה הם המרכיבים העיקריים של התא.

זרחן וגופרית הם מרכיבים חשובים של פפטידים (חלבונים) וחומצות גרעין.

סידן הוא הבסיס של כל תצורות השלד - שיניים, עצמות, פגזים, קירות התא. כמו כן, הוא מעורב התכווצות שרירים קרישת הדם.

מגנזיום הוא מרכיב של כלורופיל. משתתף בסינתזה של חלבונים.

ברזל הוא מרכיב של המוגלובין, משתתף פוטוסינתזה, קובע את operability של אנזימים.

יסודות קורט   כלולים בריכוזים נמוכים מאוד, חשובים לתהליכים פיזיולוגיים:

אבץ הוא מרכיב של אינסולין;

נחושת - משתתפת בפוטוסינתזה ובנשימה;

קובלט הוא מרכיב של ויטמין B12;

יוד - מעורב בהסדרת חילוף החומרים. זהו מרכיב חשוב של הורמוני בלוטת התריס;

פלואוריד הוא מרכיב של אמייל השן.

הפרת האיזון של מיקרו macroelements מוביל הפרעות מטבוליות, התפתחות של מחלות כרוניות. חוסר סידן - הגורם של רככת, ברזל - אנמיה, חוסר חנקן של חלבונים, יוד - ירידה בעוצמת תהליכים מטבוליים.

תן לנו לשקול את הקשר בין אורגני ו חומרים אנאורגניים   בתא, במבנה ובפונקציות שלהם.

התאים מכילים מספר עצום של מיקרו מקרומולקולות השייכים לשיעורים כימיים שונים.

החומר האורגני של התא

מים. מתוך המסה הכוללת של אורגניזם חי, הוא האחוז הגדול ביותר - 50-90% ונוטל חלק כמעט בכל תהליכי החיים:

thermoregulation;

נימי תהליכים, שכן הוא ממס קוטבי אוניברסלי, משפיע על המאפיינים של נוזל interstitial, קצב חילוף החומרים. לגבי המים, כל התרכובות הכימיות מחולקות הידרופיליות (מסיסים) ו lipophilic (מסיסים בשומנים).

עוצמת המטבוליזם תלויה בריכוז שלו בתא - ככל שיותר מים, כך התהליכים מתרחשים מהר יותר. אובדן של 12% מים על ידי גוף האדם - דורש שיקום תחת פיקוחו של רופא, עם הפסד של 20% - מוות מתרחש.

מלחים מינרליים. נכלל במערכות חיות בצורה מומסת (ניתוק ליונים) ובלתי פתורות. מלחי מומס משתתפים ב:

העברת חומרים דרך הממברנה. קטיוני מתכת מספקים "משאבת אשלגן-נתרן", ומשנים את הלחץ האוסמוטי של התא. בגלל זה, מים עם חומרים מומסים בו רץ לתוך התא או עוזב אותו, לוקח משם אלה מיותרים;

היווצרות דחפים עצביים בעלי אופי אלקטרוכימי;

התכווצות שרירים;

קרישת דם;

הם חלק מחלבונים;

יון פוספט - רכיב של חומצות גרעין ו- ATP;

פחמן יון - תומך Ph ב הציטופלזמה.

מלחים מסיסים בצורת מולקולות שלמות יוצרים מבנים של קונכיות, קונכיות, עצמות, שיניים.

חומר אורגני של התא

תכונה נפוצה של חומרים אורגניים   - נוכחות של שרשרת שלד פחמן. אלה הם biopolymers ומולקולות קטנות של מבנה פשוט.

המעמדות העיקריים הקיימים באורגניזמים חיים:

פחמימות. ישנם סוגים שונים של תאים בתאים שלהם - סוכרים פשוטים פולימרים מסיסים (תאית). כאחוז, חלקם בחומר היבש של הצמחים הוא עד 80%, בעלי חיים - 20%. הם ממלאים תפקיד חשוב בתמיכת החיים בתאים:

פרוקטוז וגלוקוז (מונוסוגר) - נספגים במהירות על ידי הגוף, הכלולים בחילוף החומרים, הם מקור אנרגיה.

Ribose ו deoxyribose (monosugar) הוא אחד משלושת המרכיבים העיקריים של הרכב DNA ו- RNA.

לקטוז (מתייחס disacchar) - הוא מסונתז על ידי גוף החי, הוא חלק של חלב של יונקים.

סוכרוז (disaccharide) - מקור אנרגיה, נוצר בצמחים.

מלטוז (disaccharide) - מספק נביטה של ​​זרעים.

כמו כן, סוכרים פשוטים לבצע פונקציות אחרות: אות, מגן, תחבורה.
פחמימות פולימריות הן גליקוגן מסיס במים, כמו גם תאית בלתי מסיס, כיטין ועמילן. הן ממלאות תפקיד חשוב בחילוף החומרים, מבצעות פונקציות מבניות, אחסון, הגנה.

שומנים או שומנים.הם אינם מסיסים במים אבל הוא גם מעורב אחד עם השני הם מסיסי נוזלים פולריים (שאין לו חמצן בהרכב, למשל - או פחמימנים פרפין מחזוריים הן ממסים פולריים). ליפידים נדרשים בגוף כדי לספק את זה עם אנרגיה - כאשר הם מחומצנים, אנרגיה ומים נוצרים. שומנים מאוד אנרגיה יעיל - באמצעות שוחרר במהלך חמצון של 39 kJ לגרם יכול להרים משקל של 4 טונות לגובה של 1 מ 'הוא גם, שומן מספק פונקציה מגן ובידוד -. בשומן מן החי שכבה תורמת לשמירה על חום במהלך העונה הקרה. חומרים דמויים שומן להגן מפני נוצות רטובות של עופות מים, לספק מראה מבריק ובריא ואלסטיות של השיער של חיות, מבצע פונקציה של ציפוי מן העלים של צמחים. כמה ההורמונים יש מבנה השומנים. שומנים הם הבסיס למבנה של ממברנות.

חלבונים או חלבונים הם heteropolymers של המבנה הביוגני. הם מורכבים מחומצות אמינו, היחידות המבניות מהן: קבוצת אמינו, רדיקלית וקארבוקסיל. המאפיינים של חומצות אמינו וההבדלים ביניהם קובעים את הרדיקלים. בשל תכונות amphoteric - הם יכולים ליצור קשר בינם לבין עצמם. החלבון יכול להכיל כמה או מאות חומצות אמינו. בסך הכל, המבנה של חלבונים כולל 20 חומצות אמינו, שילובים שלהם לקבוע את מגוון צורות ומאפיינים של חלבונים. כתריסר חומצות אמינו אינן ניתנות להחלפה - הן אינן מסונתזות בגוף החיה ואספקתן מסופקת על ידי מזון צמחי. ב GIT, חלבונים מחולקים מונומרים בודדים המשמשים לסנתז חלבונים שלהם.

תכונות מבניות של חלבונים:

מבנה ראשוני - חומצת אמינו שרשרת;

משנית - מעוותת לתוך שרשרת ספירלית, שבה נוצרים קשרי מימן בין סיבובים;

שלישוני - ספירלה או כמה מהם, מקופלים לתוך כדורית ומחוברים על ידי קשרים חלשים;

quaternary אינו קיים עבור כל החלבונים. אלה הם כמה כדורים מחוברים על ידי קשרים שאינם קוולנטיים.

כוח המבנים יכול להיות משבש, ולאחר מכן משוחזר, בעוד החלבון מאבד באופן זמני מאפיינים אופייניים שלה פעילות ביולוגית. רק חורבן המבנה הראשוני הוא בלתי הפיך.

חלבונים לבצע הרבה פונקציות בתא:

תאוצה של תגובות כימיות   (פונקציה אנזימטית או קטליטית, שכל אחד מהם אחראי לתגובה יחידה מסוימת);
הובלה - העברת יונים, חמצן, חומצות שומן דרך קרום התא;

מגן - כגון חלבונים בדם כמו פיברין ופיברינוגן נמצאים פלסמה בדם בצורה לא פעילה, קרישי דם טופס תחת השפעת החמצן באתר של פצעים. נוגדנים - מספקים חסינות.

מבני   - פפטידים נכנסים באופן חלקי או הם הבסיס של ממברנות תאים, גידים ורקמות חיבור אחרות, שיער, צמר, פרסות ומסמרים, כנפיים וכיסויים חיצוניים. אקטין ו myosin לספק פעילות שרירים התכווצות;

רגולציה   - חלבונים - הורמונים מספקים רגולטור הומוראלי;
אנרגיה - בזמן היעדרות חומרים מזינים   הגוף מתחיל לשבור את החלבונים שלו, לשבש את תהליך הפעילות החיונית שלו. לכן, לאחר תקופה ארוכה של רעב, הגוף לא תמיד יכול להתאושש ללא סיוע רפואי.

חומצות גרעין. יש 2 - DNA ו- RNA. RNA הוא מספר סוגים - מידע, תחבורה, ribosomal. התגלה על ידי שוויצרי F. Fischer בסוף המאה ה -19.

DNA - חומצה deoxyribonucleic. כלול בגרעין, פלסטידים ומיטוכונדריה. מבחינה מבנית הוא פולימר ליניארי היוצר סליל כפול משלימות נוקליאוטידים משלימים. הרעיון של המבנה המרחבי שלה נוצר בשנת 1953 על ידי האמריקאים ד. ווטסון ופ 'קריק.

יחידות monomeric שלה הם נוקלאוטידים שיש מבנה כללי ביסודו של:

קבוצות פוספט;

deoxyribose;

בסיס ניטרוגני (השייכים לקבוצה של purine - adenine, guanine, pyrimidine - thymine ו- cytosine).

במבנה של נוקליאוטידים מולקולה פולימר משולבים בזוגות ומשלימים, אשר נובע מספר שונה של קשרים מימן: adenine + thymine - שני, גואנין + ציטוזין - קשרים מימן שלושה.

רצף של נוקליאוטידים מקודד את רצפים מבניים של חומצות אמינו של מולקולות חלבון. מוטציות נקראות שינויים בסדר של נוקליאוטידים, שכן מולקולות חלבון של מבנה אחר יהיה מקודד.

RNA הוא חומצה ribonucleic.   המאפיינים המבניים של ההבדל בין הדנ"א הם:

במקום טימין נוקליאוטיד - אוראציל;

ribose במקום deoxyribose.

תחבורה RNA   היא שרשרת פולימר, אשר מקופל בצורת עלה תלתן, תפקידה העיקרי הוא משלוח של חומצת אמינו הריבוזומים.

מטריקס (מידע) RNA   נוצר כל הזמן בגרעין, משלים לכל חלק של הדנ"א. זוהי מטריצה ​​מבנית, על בסיס המבנה שלה על הריבוזום מולקולת חלבון יהיה להרכיב. מתוך התוכן הכולל של מולקולות RNA סוג זה הוא 5%.

ריבוזומלית- אחראי על התהליך של הפיכת מולקולת חלבון. הוא מסונתז על נוקלאולוס. שלה בתא הוא 85%.

ATP - חומצה טריפוספורית אדנוזין. זהו נוקליאוטידים המכילים:

3 שאריות של חומצה זרחתית;

כתוצאה של מדורגים תהליכים כימיים   הנשימה מסונתזת במיטוכונדריה. הפונקציה העיקרית היא אנרגיה, קשר כימי אחד בתוכו מכיל כמות אנרגיה רבה ככל האפשר על ידי חמצון של 1 גרם שומן.

1. תן הגדרות מושגים.
אלמנט    - קבוצה של אטומים עם אותו מטען של הגרעין ומספר הפרוטונים, במקביל למספר הסדורי (האטומי) בטבלה המחזורית.
מיקרואלמנט   - אלמנט שבגוף נמצא בריכוז נמוך מאוד.
אלמנט מאקרו   - אלמנט שנמצא בגוף בריכוז גבוה.
ביו-אלמנט   - היסוד הכימי המעורב בפעילות החיונית של התא מהווה את הבסיס של ביומולקולות.
הרכיב היסודי של התא   - אחוז של יסודות כימיים בתא.

2. מהי אחת ההוכחות לקהילת הנפש והדומם?
אחדות הרכב כימי. אף אחד מהאלמנטים, המאפיינים רק את הטבע הדומם, אינו קיים.

3. מלא את הטבלה.

אלמנט הרכב של התא

4. תן דוגמאות של חומרים אורגניים, מולקולות אשר מורכב של שלושה, ארבעה וחמישה macroelements.
3 אלמנטים: פחמימות ושומנים.
4 אלמנטים: חלבונים.
5 אלמנטים: חומצות גרעין, חלבונים.

5. השלם את הטבלה.

התפקיד הביולוגי של היסודות

6. ללמוד בסעיף 2.2 את "תפקידם של גורמים חיצוניים בהרכב ההרכב הכימי של הטבע החי" ולענות על השאלה: "מה הם אנדמיים ביוכימי, ומה הם הגורמים למוצא שלהם?"
ביוכימיים אנדמיים הם מחלות של צמחים, בעלי חיים ובני אדם, שנגרמו על ידי מחסור חמור או עודף של אלמנט מסוים באזור.

7. מה מחלות ידועות לך קשור חוסר קורט אלמנטים?
מחסור ביוד - זפקן אנדמי. ירידה בסינתזה של תירוקסין ואת התפשטות של רקמת בלוטת התריס כתוצאה מכך.
חוסר ברזל - חוסר ברזל אנמיה.

8. זכור, על ידי אילו תכונות כימיות תכונה מופצים מאקרו, מיקרו ultramicroelements. הצעה משלך, סיווג חלופי של אלמנטים כימיים (למשל, פונקציות בתא חי).
מיקרו, מאקרו ו- ultramicroelements מחולקים על פי הבסיס על פי אחוז שלהם בתא. בנוסף, ניתן לסווג את האלמנטים על פי התפקודים המסדירים את הפעילות של מערכות מסוימות של איברים: העצבים, השרירים, הדם וכלי הדם, העיכול וכו '.

9. בחר את התשובה הנכונה.
מבחן 1.
מה הם היסודות הכימיים של רוב החומרים האורגניים?
2) C, O, H, N;

מבחן 2.
האמור להלן אינו חל על מקרו-חומרי:
4) מנגן.

מבחן 3.
אורגניזמים חיים זקוקים לחנקן, שכן הוא משמש:
1) מרכיב מכונן של חלבונים וחומצות גרעין; 10. קבע את המאפיין שבו כל האלמנטים הבאים, למעט אחד, מקובצים יחד. דגש על אלמנט "נוסף" זה.
חמצן, מימן, גופרית, ברזל, פחמן, זרחן, חנקן. זה חלק רק DNA. והשאר כולם בחלבונים.

11. הסבר את המקור ואת המשמעות הכללית של המילה (מונח), תוך הסתמכות על משמעות השורשים המרכיבים אותו.

12. בחר מונח והסבר עד כמה הערך הנוכחי שלו מתאים לערך המקורי של שורשיו.
מונח נבחר   - אורגנוגן.
התאמה:   המונח, באופן עקרוני, מתאים לערכו המקורי, אך כיום יש הגדרה מדויקת יותר. מוקדם יותר הערך היה כזה האלמנטים להשתתף רק בבניית רקמות תאים של איברים. עכשיו ברור כי אלמנטים חשובים ביולוגית לא רק ליצור מולקולות כימיות בתאים, וכו ', אלא גם לווסת את כל התהליכים בתאים, רקמות ואיברים. הם חלק ההורמונים, ויטמינים, אנזימים וביומולקולות אחרות.

13. לנסח ולכתוב את הרעיונות העיקריים של סעיף 2.2.
הרכיב היסודי של התא הוא אחוז האלמנטים הכימיים בתא. אלמנטים של התא מסווגים בדרך כלל, בהתאם לאחוז שלהם, על מיקרו, מאקרו ו ultramicroelements. אלה המרכיבים את החיים של התא, הוא הבסיס של biomolecules, שנקרא bioelements.
את macronutrients הם: C N H O. הם המרכיבים העיקריים של כל תרכובות אורגניות בתא. בנוסף, P S K Ca Na Fe Cl Mg - הם חלק מכל biomolecules חשוב. בלעדיהם, תפקוד הגוף אינו אפשרי. העדרם מוביל למוות.
כדי microelements: אל Cu Mn Zn מו Co אני Ni I Se Br B, וכו 'הם גם הכרחי לתפקוד תקין של הגוף, אבל לא כל כך קריטי. המחסור בהם גורם למחלה. הם חלק מהתרכובות הפעילות ביולוגית, משפיעים על חילוף החומרים.
ישנם ultramicroelements: Au Ag להיות, וכו 'תפקיד פיזיולוגי אינו מוגדר באופן סופי. אבל הם חשובים לתא.
יש את המושג של "ביוכימיים אנדמיים" - מחלות של צמחים, חיות ובני אדם, הנגרמות על ידי החוסר הפתאומי של או העודפת של כל אלמנט באזור מסוים. לדוגמה, בלוטת יונק אנדמי (חסר יוד).
אם האלמנט הוא חסר, מחלה או חולשה עלולה להתרחש גם בגלל דפוס האכילה. לדוגמה, עם חוסר ברזל - אנמיה. עם חוסר סידן - שברים תכופים, נשירת שיער, שיניים, כאבים בשרירים.

הוראות

המרכיבים העיקריים המתרחשים בתאים הם מימן, פחמן, חמצן וחנקן. יסודות כימיים אלה נקראים ביוגניים, שכן הם ממלאים תפקיד מכריע בפעילות החיונית של התאים. הם מהווים תשעים וחמישה אחוזים מכלל המסה התא. השלמה של אלמנטים אלה הם חומרים כגון גופרית וזרחן, אשר יחד עם אלמנטים ביוגניים יוצרים מולקולות של תרכובות אורגניות בסיסיות בתאים.

לא פחות חשוב לתפקוד תאים בעלי חיים   היא נוכחות של macroelements. מספרם קטן, פחות מאחוז מכלל המסה, אך - תועלת   היא לא יסולא בפז. המקרו-חומרים כוללים חומרים כגון נתרן, אשלגן, כלור, מגנזיום וסידן.

כל מצא macronutrients בתאים בצורת יונים ומעורבים ישירות מספר תהליכים תאיים, למשל, יוני סידן מעורב התכווצות שרירים, תפקוד מוטורי ועל קרישת דם, ויונים מגנזיום   אחראים על פעולת הריבוזומים. תאים הצמח גם לא יכול לעשות בלי מגנזיום - זה חלק של כלורופיל ומבטיח את תפקוד המיטוכונדריה. נתרן ואשלגן, המרכיבים בתאים אנושיים, בתורם, אחראים על העברת הדחפים העצביים וקצב הלב.

ערך פונקציונלי חשוב לא פחות ובעל מיקרו-מרכיבים - חומרים שאינם עולים על התוכן שלהם במאה אחוז מכלל המסה של התאים. זה ברזל, אבץ, מנגן, נחושת, קובלט, אבץ, ובמשך סוג תא מסוים גם בורון, אלומיניום, כרום, פלואוריד, סלניום, מוליבדן, יוד, סיליקון.

חשיבות האלמנטים המרכיבים את התאים אינה משתקפת באחוז. לדוגמה, ללא נחושת, התפקוד של תהליכי הפחתת חמצון יהיה שאלה גדולה, מלבד אלמנט זה, למרות התוכן הנמוך בתאים, הוא בעל חשיבות רבה בחיים של רכיכות, אחראי על הובלת החמצן דרך הגוף.

ברזל - אותו יסוד עקבות כמו נחושת, התוכן שלה בתאים הוא קטן. אבל בלי החומר הזה אדם בריא לא יכול לדמיין. Hem Hemoglobin ואנזימים רבים לא יכול לעשות בלי זה אלמנט. הברזל הוא גם נושאת אלקטרונים.

תאים של אצות, ספוגים, horsetails ו רכיכות צריך אלמנט כגון סיליקון. תפקידה בבעלי חיים בעלי חוליות הוא לא פחות בולט - שלה מאוד תוכן נהדר   ברצועות ובסחוסים. פלואוריד נמצא במספרים גדולים בתאי אמייל של השיניים והעצמות, והבורון אחראי לצמיחת אורגניזמים צמחיים. אפילו התוכן הקטן ביותר של microelements בתאים יש משמעות משלו וממלא תפקיד בלתי נראה שלה אבל חשוב.

אורגניזמים שונים גילו כ -70 מרכיבים של מערכת המרכיבים התקופתיים של די מנדלייב, אבל רק ל -24 מהם יש משמעות מלאה, והם נמצאים כל הזמן בכל סוגי הקלגוקים.

המשקל הספציפי ביותר בהרכב היסודי של התא הוא חמצן, פחמן, מימן וחנקן. זה מה שנקרא בסיסי,   או ביוגני,   אלמנטים. האטומים של אלמנטים אלה יוצרים את המולקולות של כל החומרים האורגניים של התאים; הם מהווים יותר מ -95% ממסת התאים, והתוכן היחסי של אלמנטים בחומר החי גבוה הרבה יותר מאשר בקרום כדור הארץ. המרכיבים העיקריים של מולקולות אורגניות הם גם זרחן וגופרית.

בנוסף, סידן, מגנזיום, אשלגן, נתרן וכלור (בתאי בעלי חיים), שהם חלק מהתא בצורת יונים, הם חיוניים. התוכן שלהם בתא מחושב בעשיריות ומאות של אחוז. האלמנטים המפורטים הם קבוצת מקרו.

יונים סידן להשתתף רגולציה של מספר תהליכים סלולריים, כולל התכווצות שרירים פונקציות מוטוריות אחרות, כמו גם קרישת הדם. מלחי סידן מסיסים להשתתף בהיווצרות של עצמות ושיניים, סידן פחמתי - בהיווצרות של פגזים של רכיכות, חיזוק קרום התא של מיני צמחים מסוימים. ריכוז יון המגנזיום חשוב לשמירה על שלמות ותפקוד הריבוזומים. בנוסף, מגנזיום הוא חלק כלורופיל ותומך הפעולה הרגילה של המיטוכונדריה.

יונים של אשלגן ונתרן משתתפים בשמירה על כוח יוני מסוים ועל יצירת מדיום חיץ, מווסתים את הלחץ האוסמוטי בתא, גורמים לקצב נורמלי של הפעילות הלבבית, עצבני תנופה. כלור בצורה של אניוני מעורב ביצירת אורגניזמים חיה בינונית מלח (כלורו צמח הוא אלמנט זכר), ובנוסף, לפעמים חלק התרכובות האורגניות.

Microelements, תפקידם בתא. יסודות כימיים אחרים - נחושת, מנגן, ברזל, קובלט, אבץ, וגם (עבור אורגניזמים מסוימים) בורון, פלואור, כרום, סלניום, אלומיניום, סיליקון, מוליבדן יוד - מוכלים כמויות קטנות (לא יותר מ 0.01% לפי משקל תאים). הם שייכים לקבוצה מיקרואלמנטים.

אחוז הגוף של אלמנט לא לאפיין ומידתה של החשיבות ואת הצורך בגוף. קובלט, למשל, חלק ויטמין B 12, יוד - של הורמונים תירוקסין thyronine ונחושת - ב אנזימים אלה מאיצים תהליכי חיזור; בנוסף, הנחושת היא מעורבת להובלת חמצן ברקמות של רכיכות. הברזל הוא חלק בלתי נפרד של קומפלקסים המבצעים מספר פונקציות חיוניות. אלה כוללים, למשל, heme