Como la bioquímica. Como ya sabemos, todos los organismos vivos están formados por células. Las células, a su vez, están formadas por elementos químicos. Los elementos químicos sin los cuales la vida en la Tierra sería imposible se llaman nutrientes.
Los elementos biogénicos son elementos químicos, que forman parte de las células del cuerpo, así como aquellos elementos sin los cuales la actividad vital de las células es imposible: sustancias orgánicas e inorgánicas, polímero y bajo peso molecular. Cada uno de nosotros sabe desde la infancia que más de la mitad de una persona se compone de agua. En consecuencia, el primer y más importante nutriente es el agua.
Elementos químicos básicos de los organismos:
- hidrógeno;
- oxígeno;
- fósforo;
- azufre;
- nitrógeno;
- carbón.
Compuestos inorgánicos en organismos vivos:
- carbonatos;
- fosfatos;
- sales de amonio;
- sulfatos.
También se pueden clasificar como elementos biogénicos los siguientes: no metales:
1) Yodo y los compuestos de yodo son muy importantes para el cuerpo, juegan un papel importante en Procesos metabólicos. El yodo es parte de la tiroxina, una hormona tiroidea.
2) Cloro. Los aniones de este elemento mantienen el ambiente salino del cuerpo al nivel necesario para su correcto funcionamiento. También incluido en algunos compuestos orgánicos.
3) Silicio. Parte de los ligamentos y cartílagos (ácido ortosilícico), sirve como aglutinante en algunas cadenas de polisacáridos.
4) Selenio y sus derivados. Contiene algunas enzimas (selenocesteína).
Otras sustancias orgánicas que forman un organismo vivo:
- Acetaldehído;
- Ácido acético;
- El etanol es un producto y sustrato de reacciones bioquímicas.
Igualmente importantes son las siguientes conexiones:
HEM es un compuesto de hierro con una molécula de parafina;
La cobalamina es un compuesto de cobalto (vitamina B12).
Calcio y magnesio- metales básicos, que, junto con hierro Se encuentra con mayor frecuencia en sistemas biológicos. El magnesio y sus iones juegan un papel importante para el funcionamiento de la célula, más precisamente, los ribosomas y la síntesis de proteínas en la célula. El magnesio también forma parte clorofila. El calcio en un cuerpo vivo puede estar presente en forma de sales insolubles:
- carbonato de calcio- la sustancia a partir de la cual se fabrican las conchas de los moluscos;
- Fosfato de calcio- participa en la construcción del esqueleto.
Las enzimas contienen muchos metales del cuarto período de la tabla periódica:
1) El hierro interviene en el proceso de saturación de células con oxígeno, formando parte de la hemoglobina.
2) Iones de zinc Se encuentra en casi todas las enzimas.
3) Manganeso También forma parte de algunas enzimas, pero juega un papel más importante en el mantenimiento de una biosfera externa normal: asegura la liberación de oxígeno a la atmósfera y también participa en la reducción fotoquímica del agua.
4) Molibdeno es una parte integral de la nitrodinasa, una enzima de las bacterias fijadoras de nitrógeno que promueve la reducción del nitrógeno externo a amoníaco.
5) Cobalto- como ya hemos dicho, es parte cobalamina o vitamina B12.
Compuestos de bajo peso molecular que forman parte de los organismos vivos:
- Aminoácidos- A partir de ellos se forman las proteínas.
- Monosacáridos y oligosacáridos- Forman los tejidos estructurales de los organismos.
- Nucleamidas- De ellos están formados los ácidos nucleicos.
- lípidos- componentes de las membranas celulares.
También existen muchas otras sustancias que participan activamente en la vida de los organismos vivos: coenzimas, terpenos y muchas otras.
La célula consta de aproximadamente 70 elementos básicos , que se puede encontrar en la tabla periódica. De estos solo 24 Se encuentra en absolutamente todas las células.
Los elementos principales son hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno. Estos son los principales elementos celulares, pero también juegan un papel igualmente importante elementos como el potasio, yodo, magnesio, cloro, hierro, calcio y azufre. Se trata de macroelementos, de los cuales las células contienen cantidades relativamente pequeñas (hasta décimas de porcentaje).
Hay incluso menos oligoelementos en las células (menos del 0,01% de la masa celular). Estos incluyen cobre, molibdeno, boro, flúor, cromo, zinc, silicio y cobalto.
El significado y contenido de los elementos en las células de los organismos se dan en la tabla.
| Elemento | Símbolo | Contenido en % | Importancia para las células y los organismos. |
| Oxígeno | ACERCA DE | 62 | Parte de agua y materia orgánica; participa en la respiración celular |
| Carbón | CON | 20 | Contiene todas las sustancias orgánicas. |
| Hidrógeno | norte | 10 | Parte de agua y materia orgánica; participa en procesos de conversión de energía |
| Nitrógeno | norte | 3 | Contiene aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, ATP, clorofila, vitaminas. |
| Calcio | sa | 2,5 | Forma parte de la pared celular de plantas, huesos y dientes, aumenta la coagulación sanguínea y la contractilidad de las fibras musculares. |
| Fósforo | R | 1,0 | Parte del tejido óseo y esmalte dental, ácidos nucleicos, ATP y algunas enzimas. |
| Azufre | S | 0,25 | Parte de los aminoácidos (cisteína, cistina y metionina), algunas vitaminas, participan en la formación de enlaces disulfuro en la formación de la estructura terciaria de las proteínas. |
| Potasio | A | 0,25 | Contenido en la célula sólo en forma de iones, activa las enzimas de la síntesis de proteínas, determina el ritmo normal de la actividad cardíaca, participa en los procesos de fotosíntesis y la generación de potenciales bioeléctricos. |
| Cloro | CL | 0,2 | El ion negativo predomina en el cuerpo de los animales. Componente del ácido clorhídrico del jugo gástrico. |
| Sodio | N / A | 0,10 | Contenido en la célula únicamente en forma de iones, determina el ritmo normal de la actividad cardíaca y afecta la síntesis de hormonas. |
| Magnesio | magnesio | 0,07 | Parte de las moléculas de clorofila, así como de los huesos y dientes, activa el metabolismo energético y la síntesis de ADN. |
| Yodo | 1 | 0,01 | Contiene hormonas tiroideas. |
| Hierro | fe | 0,01 | Parte de muchas enzimas, la hemoglobina y la mioglobina, participa en la biosíntesis de la clorofila, en el transporte de electrones, en los procesos de respiración y fotosíntesis. |
| Cobre | Cu | Huellas | Forma parte de las hemocianinas de los invertebrados, parte de algunas enzimas y participa en los procesos de hematopoyesis, fotosíntesis y síntesis de hemoglobina. |
| Manganeso | Minnesota | Huellas | Parte o aumenta la actividad de determinadas enzimas, participa en el desarrollo óseo, la asimilación de nitrógeno y el proceso de fotosíntesis. |
| Molibdeno | Mes | Huellas | Parte de algunas enzimas (nitrato reductasa), participa en los procesos de fijación del nitrógeno atmosférico por las bacterias nódulos. |
| Cobalto | Co | Huellas | Parte de la vitamina B12, participa en la fijación del nitrógeno atmosférico por las bacterias nódulos. |
| Bor | EN | Huellas | Afecta los procesos de crecimiento de las plantas, activa las enzimas respiratorias reductoras. |
| Zinc | zinc | Huellas | Parte de algunas enzimas que descomponen los polipéptidos, participa en la síntesis de hormonas vegetales (auxinas) y la glucólisis. |
| Flúor | F | Huellas | Contiene el esmalte de dientes y huesos. |
Biología- Ciencias de la vida. La tarea más importante de la biología es el estudio de la diversidad, estructura, actividad vital, desarrollo individual y evolución de los organismos vivos, sus relaciones con el medio ambiente.
Organismos vivos Tienen una serie de características que los distinguen de la naturaleza inanimada. Individualmente, cada una de las diferencias es bastante arbitraria, por lo que conviene considerarlas en combinación.
Signos que distinguen la materia viva de la inanimada:
- la capacidad de reproducir y transmitir información hereditaria a la próxima generación;
- metabolismo y energía;
- excitabilidad;
- adaptabilidad a condiciones de vida específicas;
- material de construcción: biopolímeros (los más importantes son las proteínas y los ácidos nucleicos);
- especialización desde moléculas hasta órganos y un alto grado de su organización;
- altura;
- envejecimiento;
- muerte.
Niveles de organización de la materia viva:
- molecular,
- celular,
- tela,
- Organo,
- organicista,
- especies de población,
- biogeocenótico,
- biosfera.
Diversidad de vida
Las células libres de armas nucleares fueron las primeras en aparecer en nuestro planeta. La mayoría de los científicos aceptan que los organismos nucleares aparecieron como resultado de la simbiosis de antiguas arqueobacterias con algas verdiazules y bacterias oxidantes (la teoría de la simbiogénesis).
Citología
Citología- la ciencia de jaula. Estudia la estructura y funciones de las células de organismos unicelulares y multicelulares. La célula es la unidad elemental de estructura, funcionamiento, crecimiento y desarrollo de todos los seres vivos. Por tanto, los procesos y patrones característicos de la citología subyacen a los procesos estudiados por muchas otras ciencias (anatomía, genética, embriología, bioquímica, etc.).
Elementos químicos de la célula.
Elemento químico- cierto tipo de átomo con la misma carga nuclear positiva. En las células se han encontrado alrededor de 80 elementos químicos. Se pueden dividir en cuatro grupos:
Grupo 1: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno (98% del contenido de la celda),
Grupo 2: potasio, sodio, calcio, magnesio, azufre, fósforo, cloro, hierro (1,9%),
Grupo 3: zinc, cobre, flúor, yodo, cobalto, molibdeno, etc. (menos del 0,01%),
Grupo 4: oro, uranio, radio, etc. (menos del 0,00001%).
Los elementos del primer y segundo grupo en la mayoría de los manuales se denominan macronutrientes, elementos del tercer grupo - microelementos, elementos del cuarto grupo - ultramicroelementos. Para los macro y microelementos se han aclarado los procesos y funciones en los que participan. Para la mayoría de los ultramicroelementos no se ha identificado un papel biológico.
| Elemento químico | Sustancias que contienen un elemento químico. | Procesos en los que interviene un elemento químico. |
|---|---|---|
| Carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno. | Proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, carbohidratos y otras sustancias orgánicas. | Síntesis de sustancias orgánicas y todo el complejo de funciones que realizan estas sustancias orgánicas. |
| potasio, sodio | Na+ y K+ | Asegurar el funcionamiento de la membrana, en particular, mantener el potencial eléctrico de la membrana celular, el funcionamiento de la bomba Na + /Ka +, la conducción de los impulsos nerviosos, los equilibrios aniónicos, catiónicos y osmóticos. |
| Calcio | Sa +2 | Participación en el proceso de coagulación sanguínea. |
| Fosfato de calcio, carbonato de calcio. | Tejido óseo, esmalte dental, conchas de moluscos. | |
| pectato de calcio | Formación de la placa mediana y la pared celular en plantas. | |
| Magnesio | Clorofila | Fotosíntesis |
| Azufre | Ardillas | Formación de estructura proteica espacial debido a la formación de puentes disulfuro. |
| Fósforo | Ácidos nucleicos, ATP | Síntesis de ácidos nucleicos |
| Cloro | Cl- | Mantener el potencial eléctrico de la membrana celular, el funcionamiento de la bomba Na+/Ka+, la conducción de los impulsos nerviosos, los equilibrios aniónicos, catiónicos y osmóticos. |
| HCl | Activación de enzimas digestivas en el jugo gástrico. | |
| Hierro | Hemoglobina | Transporte de oxígeno |
| Citocromos | Transferencia de electrones durante la fotosíntesis y la respiración. | |
| Manganeso | Descarboxilasas, deshidrogenasas | Oxidación de ácidos grasos, participación en los procesos de respiración y fotosíntesis. |
| Cobre | hemocianina | Transporte de oxígeno en algunos invertebrados. |
| tirosinasa | formación de melanina | |
| Cobalto | Vitamina B12 | Formación de glóbulos rojos. |
| Zinc | alcohol deshidrogenasa | Respiración anaeróbica en plantas. |
| Anhídrido carbónico | Transporte de CO 2 en vertebrados | |
| Flúor | Fluoruro de calcio | Tejido óseo, esmalte dental. |
| Yodo | tiroxina | Regulación del metabolismo basal. |
| Molibdeno | Nitrogenasa | Fijación de nitrogeno |
Se forman átomos de elementos químicos en los organismos vivos. inorgánico(agua, sales) y compuestos orgánicos(proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, carbohidratos). En el nivel atómico, no hay diferencias entre la materia viva y la no viva; las diferencias aparecerán en los niveles siguientes, superiores, de organización de la materia viva.
Agua
Agua- el compuesto inorgánico más común. El contenido de agua oscila entre el 10% (esmalte dental) y el 90% de la masa celular (embrión en desarrollo). Sin agua, la vida es imposible; la importancia biológica del agua está determinada por sus propiedades químicas y físicas.
La molécula de agua tiene forma angular: los átomos de hidrógeno forman un ángulo de 104,5° con respecto al oxígeno. La parte de la molécula donde se encuentra el hidrógeno está cargada positivamente, la parte donde se encuentra el oxígeno está cargada negativamente y por tanto la molécula de agua es un dipolo. Los enlaces de hidrógeno se forman entre dipolos de agua. Propiedades físicas del agua: transparente, densidad máxima a 4 °C, alta capacidad calorífica, prácticamente no se comprime; El agua pura es mal conductora del calor y de la electricidad, se congela a 0 °C, hierve a 100 °C, etc. Propiedades químicas del agua: un buen disolvente, forma hidratos, sufre reacciones de descomposición hidrolítica, interactúa con muchos óxidos, etc. En relación a la capacidad de disolverse en agua, se distinguen: sustancias hidrófilas- altamente soluble, sustancias hidrófobas- prácticamente insoluble en agua.
Importancia biológica del agua:
- es la base del ambiente interno e intracelular,
- asegura el mantenimiento de la estructura espacial,
- Proporciona transporte de sustancias.
- hidrata las moléculas polares,
- sirve como disolvente y medio de difusión,
- Participa en las reacciones de fotosíntesis e hidrólisis.
- ayuda a enfriar el cuerpo,
- es un hábitat para muchos organismos,
- Promueve la migración y distribución de semillas, frutos, estadios larvarios,
- es el ambiente en el que ocurre la fertilización,
- en las plantas, asegura la transpiración y la germinación de las semillas,
- promueve la distribución uniforme del calor en el cuerpo y mucho más. etc.
Otros compuestos inorgánicos de la célula.
Otros compuestos inorgánicos están representados principalmente por sales, que pueden encontrarse en forma disuelta (disociadas en cationes y aniones) o sólidas. Los cationes K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ (ver tabla arriba) y los aniones HPO 4 2 - , Cl - , HCO 3 - son importantes para la vida de la célula, ya que proporcionan las propiedades amortiguadoras de la célula. . Almacenamiento en búfer- la capacidad de mantener el pH a un cierto nivel (el pH es el logaritmo decimal del recíproco de la concentración de iones de hidrógeno). Un valor de pH de 7,0 corresponde a una solución neutra, por debajo de 7,0 a una solución ácida y por encima de 7,0 a una solución alcalina. Las células y los tejidos se caracterizan por un ambiente ligeramente alcalino. Los sistemas tampón de fosfato (1) y bicarbonato (2) son los encargados de mantener esta reacción ligeramente alcalina.
Las células vegetales y animales contienen sustancias orgánicas e inorgánicas. Las sustancias inorgánicas incluyen agua y minerales. Las sustancias orgánicas incluyen proteínas, grasas, carbohidratos y ácidos nucleicos.
Sustancias inorgánicas
Aguaes el compuesto que contiene una célula viva en mayor cantidad. El agua constituye aproximadamente el 70% de la masa de la célula. La mayoría de las reacciones intracelulares ocurren en un ambiente acuoso. El agua en la célula se encuentra en estado libre y ligado.
La importancia del agua para la vida de una célula está determinada por su estructura y propiedades. El contenido de agua en las células puede variar. El 95% del agua está libre en la célula. Es necesario como disolvente de sustancias orgánicas e inorgánicas. Todas las reacciones bioquímicas en una célula ocurren con la participación de agua. El agua se utiliza para eliminar diversas sustancias de la célula. El agua tiene una alta conductividad térmica y evita fluctuaciones bruscas de temperatura. El 5% del agua está ligada, formando compuestos débiles con las proteínas.
Minerales en la célula pueden estar en estado disociado o en combinación con sustancias orgánicas.
Elementos químicos, que participan en procesos metabólicos y tienen actividad biológica se denominan biogénicos.
Citoplasmacontiene aproximadamente un 70% de oxígeno, un 18% de carbono, un 10% de hidrógeno, calcio, nitrógeno, potasio, fósforo, magnesio, azufre, cloro, sodio, aluminio y hierro. Estos elementos constituyen el 99,99% de la composición de la célula y se denominan macroelementos. Por ejemplo, el calcio y el fósforo forman parte de los huesos. El hierro es un componente de la hemoglobina.
Manganeso, boro, cobre, zinc, yodo, cobalto - microelementos. Constituyen milésimas de porcentaje de la masa celular. Los microelementos son necesarios para la formación de hormonas, enzimas y vitaminas. Afectan los procesos metabólicos en el cuerpo. Por ejemplo, el yodo es parte de la hormona tiroidea, el cobalto es parte de la vitamina B 12.
Oro, mercurio, radio, etc. - ultramicroelementos- constituyen millonésimas de porcentaje de la composición de la célula.
La falta o exceso de sales minerales altera las funciones vitales del organismo.
Materia orgánica
El oxígeno, el hidrógeno, el carbono y el nitrógeno forman parte de las sustancias orgánicas. Los compuestos orgánicos son moléculas grandes llamadas polímeros. Los polímeros están formados por muchas unidades repetidas (monómeros). Los compuestos poliméricos orgánicos incluyen carbohidratos, grasas, proteínas, ácidos nucleicos y ATP.
carbohidratos
carbohidratosconsisten en carbono, hidrógeno, oxígeno.
monómeroslos carbohidratos son monosacáridos. Los carbohidratos se dividen en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.
monosacáridos- azúcares simples de fórmula (CH 2 O) n, donde n es cualquier número entero de tres a siete. Dependiendo del número de átomos de carbono en la molécula, se distinguen triosas (3C), tetrosas (4C), pentosas (5C), hexosas (6C) y heptosas (7C).
triosisC 3 H 6 O 3, por ejemplo, gliceraldehído y dihidroxiacetona, desempeñan el papel de productos intermedios en el proceso de respiración y participan en la fotosíntesis. Las tetrosas C 4 H 8 O 4 se encuentran en las bacterias. Las pentosas C 5 H 10 O 5, por ejemplo, ribosa, son parte del ARN, la desoxirribosa es parte del ADN. Hexosas - C 6 H 12 O 6 - por ejemplo glucosa, fructosa, galactosa. La glucosa es la fuente de energía de la célula. Junto con la fructosa y la galactosa, la glucosa puede participar en la formación de disacáridos.
disacáridosSe forman como resultado de una reacción de condensación entre dos monosacáridos (hexosas) con la pérdida de una molécula de agua.
La fórmula de los disacáridos es C 12 H 22 O 11. Entre los disacáridos, los más extendidos son la maltosa, la lactosa y la sacarosa.
La sacarosa o azúcar de caña se sintetiza en las plantas. La maltosa se forma a partir del almidón durante su digestión en los animales. La lactosa, o azúcar de la leche, se encuentra únicamente en la leche.
Polisacáridos (simples) Se forman como resultado de la reacción de condensación de una gran cantidad de monosacáridos. Los polisacáridos simples incluyen almidón (sintetizado en plantas), glucógeno (que se encuentra en las células del hígado y músculos de animales y humanos), celulosa (que forma la pared celular en las plantas).
Polisacáridos complejos se forman como resultado de la interacción de los carbohidratos con los lípidos. Por ejemplo, los glicolípidos forman parte de las membranas. Los polisacáridos complejos también incluyen compuestos de carbohidratos con proteínas (glicoproteínas). Por ejemplo, las glicoproteínas forman parte del moco secretado por las glándulas del tracto gastrointestinal.
Funciones de los carbohidratos:
1. Energía: El cuerpo recibe el 60% de su energía de la descomposición de los carbohidratos. Cuando se descompone 1 g de carbohidratos, se liberan 17,6 kJ de energía.
2. Estructurales y de soporte: Los carbohidratos forman parte de la membrana plasmática, la membrana de las células vegetales y bacterianas.
3. Almacenamiento: Los nutrientes (glucógeno, almidón) se almacenan en las células.
4. Protector: Las secreciones (mocos) secretadas por varias glándulas protegen las paredes de los órganos huecos, los bronquios, el estómago y los intestinos de daños mecánicos, bacterias y virus dañinos.
5. Participa en fotosíntesis.
Grasas y sustancias similares a las grasas.
Grasasconsisten en carbono, hidrógeno, oxígeno. monómeros las grasas son ácido graso Y glicerol. Las propiedades de las grasas están determinadas por la composición cualitativa de los ácidos grasos y su proporción cuantitativa. Las grasas vegetales son líquidas (aceites), las grasas animales son sólidas (por ejemplo, manteca de cerdo). Las grasas son insolubles en agua: son compuestos hidrofóbicos. Las grasas se combinan con las proteínas para formar lipoproteínas y con los carbohidratos para formar glicolípidos. Los glicolípidos y las lipoproteínas son sustancias similares a las grasas.
Las sustancias parecidas a las grasas forman parte de las membranas celulares, los orgánulos de membrana y el tejido nervioso. Las grasas pueden combinarse con la glucosa y formar glucósidos. Por ejemplo, el glucósido de digitoxina es una sustancia utilizada en el tratamiento de enfermedades cardíacas.
Funciones de las grasas:
1. Energía: con la descomposición completa de 1 g de grasa en dióxido de carbono y agua, se liberan 38,9 kJ de energía.
2. Estructural: son parte de la membrana celular.
3. Protector: una capa de grasa protege al cuerpo de la hipotermia, los golpes mecánicos y los golpes.
4. Regulador: Las hormonas esteroides regulan los procesos metabólicos y la reproducción.
5. Gordo- fuente agua endógena. Cuando se oxidan 100 g de grasa se liberan 107 ml de agua.
Ardillas
Las proteínas contienen carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. monómeros las ardillas son aminoácidos. Las proteínas se construyen a partir de veinte aminoácidos diferentes. Fórmula de aminoácidos:
La composición de los aminoácidos incluye: NH 2: un grupo amino con propiedades básicas; COOH es un grupo carboxilo y tiene propiedades ácidas. Los aminoácidos se diferencian entre sí por sus radicales: R. Los aminoácidos son compuestos anfóteros. Están conectados entre sí en la molécula de proteína mediante enlaces peptídicos.
Esquema de condensación de aminoácidos (formación de enlace peptídico)
Hay estructuras proteicas primarias, secundarias, terciarias y cuaternarias. El orden, cantidad y calidad de los aminoácidos que forman una molécula de proteína determinan su estructura primaria. Las proteínas con una estructura primaria pueden unirse en una hélice mediante enlaces de hidrógeno y formar una estructura secundaria. Las cadenas polipeptídicas se retuercen de cierta manera en una estructura compacta, formando un glóbulo (bola); esta es la estructura terciaria de la proteína. La mayoría de las proteínas tienen una estructura terciaria. Los aminoácidos son activos sólo en la superficie del glóbulo. Las proteínas que tienen una estructura globular se combinan para formar una estructura cuaternaria. La sustitución de un aminoácido provoca un cambio en las propiedades de la proteína (Fig. 30).
Cuando se expone a altas temperaturas, ácidos y otros factores, puede ocurrir la destrucción de la molécula de proteína. Este fenómeno se llama desnaturalización (Fig. 31). A veces desnaturalizado
Arroz. treinta.Varias estructuras de moléculas de proteínas.
1 - primario; 2 - secundario; 3 - terciario; 4 - cuaternario (usando el ejemplo de la hemoglobina sanguínea).
Arroz. 31.Desnaturalización de proteínas.
1 - molécula de proteína antes de la desnaturalización;
2 - proteína desnaturalizada;
3 - restauración de la molécula de proteína original.
Cuando las condiciones cambian, la proteína bañada puede restaurar nuevamente su estructura. Este proceso se llama renaturalización y sólo es posible cuando no se destruye la estructura primaria de la proteína.
Las proteínas pueden ser simples o complejas. Las proteínas simples se componen únicamente de aminoácidos: por ejemplo, albúminas, globulinas, fibrinógeno, miosina.
Las proteínas complejas están formadas por aminoácidos y otros compuestos orgánicos: por ejemplo, lipoproteínas, glicoproteínas, nucleoproteínas.
Funciones de las proteínas:
1. Energía. La degradación de 1 g de proteína libera 17,6 kJ de energía.
2. Catalítico. Servir como catalizadores de reacciones bioquímicas. Los catalizadores son enzimas. Las enzimas aceleran las reacciones bioquímicas, pero no forman parte de los productos finales. Las enzimas son estrictamente específicas. Cada sustrato tiene su propia enzima. El nombre de la enzima incluye el nombre del sustrato y la terminación “asa”: maltasa, ribonucleasa. Las enzimas están activas a una determinada temperatura (35 - 45 O C).
3. Estructural. Las proteínas son parte de las membranas.
4. Transporte. Por ejemplo, la hemoglobina transporta oxígeno y CO 2 en la sangre de los vertebrados.
5. Protector. Proteger el organismo de influencias nocivas: producción de anticuerpos.
6. Contractible. Debido a la presencia de proteínas actina y miosina en las fibras musculares, se produce la contracción muscular.
Ácidos nucleicos
Hay dos tipos de ácidos nucleicos: ADN(ácido desoxirribonucleico) y ARN(ácido ribonucleico). monómeros Los ácidos nucleicos son nucleótidos.
ADN (ácido desoxirribonucleico). El nucleótido del ADN contiene una de las bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), timina (T) o citosina (C) (Fig. 32), el carbohidrato desoxirribosa y un residuo de ácido fosfórico. La molécula de ADN es una doble hélice construida según el principio de complementariedad. Las siguientes bases nitrogenadas son complementarias en una molécula de ADN: A = T; G = C. Dos hélices de ADN están conectadas por enlaces de hidrógeno (Fig. 33).
Arroz. 32.Estructura de nucleótidos.
Arroz. 33.Sección de una molécula de ADN. Conexión complementaria de nucleótidos de diferentes cadenas.
El ADN es capaz de autoduplicarse (replicación) (Fig. 34). La replicación comienza con la separación de dos hebras complementarias. Cada hebra se utiliza como plantilla para formar una nueva molécula de ADN. Las enzimas participan en el proceso de síntesis de ADN. Cada una de las dos moléculas hijas incluye necesariamente una hélice antigua y una nueva. La nueva molécula de ADN es absolutamente idéntica a la anterior en cuanto a la secuencia de nucleótidos. Este método de replicación garantiza una reproducción precisa en las moléculas hijas de la información que se registró en la molécula de ADN madre.
Arroz. 34.Duplicación de una molécula de ADN.
1 - ADN molde;
2 - formación de dos nuevas cadenas basadas en la matriz;
3 - moléculas hijas de ADN.
Funciones del ADN:
1. Almacenamiento de información hereditaria.
2. Asegurar la transferencia de información genética.
3. Presencia en el cromosoma como componente estructural.
El ADN se encuentra en el núcleo celular, así como en orgánulos celulares como las mitocondrias y los cloroplastos.
ARN (ácido ribonucleico). Hay 3 tipos de ácidos ribonucleicos: ribosomal, transporte Y informativo ARN. Un nucleótido de ARN consta de una de las bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C), uracilo (U), el carbohidrato ribosa y un residuo de ácido fosfórico.
ARN ribosómico (ARNr) en combinación con proteínas forma parte de los ribosomas. El ARNr constituye el 80% de todo el ARN de una célula. La síntesis de proteínas se produce en los ribosomas.
ARN mensajero (ARNm) Constituye del 1 al 10% de todo el ARN de la célula. La estructura del ARNm es complementaria a la sección de la molécula de ADN que transporta información sobre la síntesis de una proteína específica. La longitud del ARNm depende de la longitud de la sección de ADN de la que se leyó la información. El ARNm transporta información sobre la síntesis de proteínas desde el núcleo al citoplasma y al ribosoma.
Transferencia de ARN (ARNt) constituye alrededor del 10% de todo el ARN. Tiene una cadena corta de nucleótidos en forma de trébol y se encuentra en el citoplasma. En un extremo del trébol hay un triplete de nucleótidos (un anticodón) que codifica un aminoácido específico. En el otro extremo hay un triplete de nucleótidos al que está unido un aminoácido. Cada aminoácido tiene su propio ARNt. El ARNt transporta aminoácidos al sitio de síntesis de proteínas, es decir. a los ribosomas (Fig. 35).
El ARN se encuentra en el nucleolo, citoplasma, ribosomas, mitocondrias y plastidios.
ATP - Ácido trifosfórico de adenazina. El ácido adenazina trifosfórico (ATP) consta de una base nitrogenada: adenina, azúcar - ribosa, Y tres residuos de ácido fosfórico(Figura 36). La molécula de ATP acumula una gran cantidad de energía necesaria para los procesos bioquímicos que ocurren en la célula. La síntesis de ATP ocurre en las mitocondrias. La molécula de ATP es muy inestable.
activo y capaz de escindir una o dos moléculas de fosfato, liberando una gran cantidad de energía. Los enlaces en una molécula de ATP se llaman macroérgico.
ATP → ADP + P + 40 kJ ADP → AMP + P + 40 kJ
Arroz. 35. Estructura del ARNt.
A, B, C y D: áreas de conexión complementaria dentro de una cadena de ARN; D - sitio (centro activo) de conexión con un aminoácido; E - sitio de conexión complementaria con la molécula.
Arroz. 36.La estructura del ATP y su conversión en ADP.
Preguntas para el autocontrol
1. ¿Qué sustancias de una célula se clasifican como inorgánicas?
2. ¿Qué sustancias de una célula se clasifican como orgánicas?
3. ¿Cuál es el monómero de los carbohidratos?
4. ¿Qué estructura tienen los carbohidratos?
5. ¿Qué funciones realizan los carbohidratos?
6. ¿Cuál es el monómero de las grasas?
7. ¿Qué estructura tienen las grasas?
8. ¿Qué funciones realizan las grasas?
9. ¿Qué es un monómero proteico? 10.¿Qué estructura tienen las proteínas? 11.¿Qué estructuras tienen las proteínas?
12. ¿Qué sucede cuando una molécula de proteína se desnaturaliza?
13. ¿Qué funciones realizan las proteínas?
14.¿Qué ácidos nucleicos se conocen?
15. ¿Qué es un monómero de ácidos nucleicos?
16.¿Qué está incluido en el nucleótido del ADN?
17. ¿Cuál es la estructura de un nucleótido de ARN?
18. ¿Cuál es la estructura de una molécula de ADN?
19.¿Qué funciones realiza la molécula de ADN?
20. ¿Cuál es la estructura del ARNr?
21. ¿Cuál es la estructura del ARNm?
22. ¿Cuál es la estructura del ARNt?
23.¿Qué funciones realizan los ácidos ribonucleicos?
24. ¿Cuál es la estructura del ATP?
25. ¿Qué funciones realiza el ATP en una célula?
Palabras clave del tema “Composición química de las células”
albúmina base nitrogenada
grupo de aminoácidos
compuestos anfóteros
anticodón
bacterias
ardillas
actividad biológica catalizador biológico
reacciones bioquímicas
enfermedad
sustancias
especificidad de especie
vitaminas
agua
enlaces de hidrógeno estructura secundaria producción de anticuerpos alta temperatura galactosa hexosas hemoglobina heparina
compuestos hidrófobos
glucógeno
glucósidos
glicoproteínas
glicerol
glóbulo
globulinas
glucosa
hormonas
guanina
disacárido de desnaturalización de desoxirribosa de doble hélice
estado disociado
ADN
unidad de información organismo vivo animal actividad vital ácidos grasos tejido adiposo sustancias grasas grasas
exceso de suministro de nutrientes
especificidad individual
fuente de energía
gotas
grupo carboxilo
ácido de calidad
codón de la pared celular
fluctuación de temperatura
cantidad
complementariedad
productos finales
huesos
almidón
lactosa
tratamiento
lipoproteínas
macronutrientes
conexiones macroérgicas
maltosa
peso
membrana celular
microelementos
sales minerales
miosina
mitocondrias
molécula
azúcar de leche
monómero
monosacárido
mucopolisacáridos
mucoproteínas
deficiencia de información hereditaria
sustancias inorgánicas tejido nervioso ácidos nucleicos nucleoproteínas metabolismo de nucleótidos procesos metabólicos sustancias orgánicas pentosas
enlaces peptídicos estructura primaria transferencia de oxígeno frutos
tejido subcutáneo
polisacárido polímero
membrana semipermeable
orden
una pérdida
la penetración del agua
por ciento
radical
destrucción
decadencia
solvente
planta
dividir
reacción de condensación
renaturalización
ribosa
ribonucleasa
ribosoma
ARN
azúcar
coagulación de la sangre
Estado libre
estado ligado
semillas
corazón
síntesis de proteínas
capa
saliva
Proteinas contractiles
estructura
sustrato
conductividad térmica
tetrosa timina
especificidad del tejido
estructura terciaria
trébol
triosis
trillizo
carbohidratos de azúcar de caña
ultramicroelementos
uracilo
trama
enzimas
fibrinógeno
fórmula
fotosíntesis del ácido fosfórico función de la fructosa
elementos químicos
cloroplastos
cromosoma
celulosa
cadena
citosina
citoplasma
bola de estructura cuaternaria
tiroides
elementos
centro
Según el contenido de elementos químicos en la célula, se dividen en grupos: macroelementos, microelementos y ultramicroelementos.Un grupo separado entre los macroelementos consiste en elementos organogénicos(O, C, H, N), que forman las moléculas de todas las sustancias orgánicas.
Macroelementos, su papel en la célula.Elementos organogénicos - el oxígeno, el carbono, el hidrógeno y el nitrógeno constituyen ≈98% del contenido químico de la célula. Forman fácilmente enlaces covalentes al compartir dos electrones (uno de cada átomo) y así forman una amplia variedad de sustancias orgánicas en la célula.
También son vitales otros macroelementos presentes en las células animales y humanas (potasio, sodio, magnesio, calcio, cloro, hierro), que representan alrededor del 1,9%.
Así, los iones de potasio y sodio regulan la presión osmótica en la célula, determinan el ritmo normal de la actividad cardíaca, la aparición y conducción del impulso nervioso. Los iones de calcio participan en la coagulación sanguínea y la contracción de las fibras musculares. Las sales de calcio insolubles participan en la formación de huesos y dientes.
Los iones de magnesio juegan un papel importante en el funcionamiento de los ribosomas y las mitocondrias. El hierro es parte de la hemoglobina.
Microelementos, su papel en la célula. El papel biológico de los micro y ultramicroelementos no está determinado por su porcentaje, sino por el hecho de que forman parte de enzimas, vitaminas y hormonas. Por ejemplo, el cobalto forma parte de la vitamina B12, el yodo forma parte de la hormona tiroxina y el cobre forma parte de las enzimas que catalizan los procesos redox.
Ultramicroelementos, su papel en la célula. Su concentración no supera el 0,000001%. Se trata de los siguientes elementos: oro, plata, plomo, uranio, selenio, cesio, berilio, radio, etc. Aún no se ha establecido el papel fisiológico de muchos elementos químicos, pero son necesarios para el funcionamiento normal del organismo. Por ejemplo, la deficiencia del ultramicroelemento selenio conduce al desarrollo de cáncer.
En la Tabla 4.1 se presenta información resumida sobre el significado biológico de los principales elementos químicos contenidos en las células de los organismos vivos.
Cuando hay escasez de un elemento químico importante en el suelo de una determinada región, lo que provoca su deficiencia en el organismo de los residentes locales, el llamado enfermedades endémicas.
Todos los elementos químicos están contenidos en la célula en forma de iones o forman parte de sustancias químicas.
Mesa 4.1. Elementos químicos básicos de la célula y su importancia para la vida y actividad de los organismos.
| Elemento | Símbolo | Contenido | Importancia para las células y los organismos. |
| Carbón | oh | 15-18 | |
| Oxígeno | norte | 65-75 1,5-3,0 | El principal componente estructural de todos los compuestos orgánicos de la célula. |
| Nitrógeno | h | 8-10 | Componente esencial de los aminoácidos. |
| Hidrógeno | k | 0.0001 | El principal componente estructural de todos los compuestos orgánicos de la célula. |
| Fósforo | S | 0,15-0,4 | Parte del tejido óseo y esmalte dental, ácidos nucleicos, ATP y algunas enzimas. |
| Potasio | CL | 0,15-0,20 | Contenido en la célula solo en forma de iones, activa las enzimas de la síntesis de proteínas, determina el ritmo de la actividad cardíaca y participa en los procesos de fotosíntesis. |
| Azufre | California | 0,05-0,10 | Parte de algunos aminoácidos, enzimas, vitamina B. |
| Cloro | magnesio | 0,04-2,00 | El ion negativo más importante del cuerpo animal, un componente del HC1 en el jugo gástrico. |
| Calcio | N / A | 0,02-0,03 | Parte de la pared celular de plantas, huesos y dientes, activa la coagulación sanguínea y la contracción de las fibras musculares. |
| Magnesio | fe | 0,02-0,03 | Parte de las moléculas de clorofila, así como de los huesos y dientes, activa el metabolismo energético y la síntesis de ADN. |
| Sodio | I | 0,010-0,015 | Contenido en la célula únicamente en forma de iones, determina el ritmo normal de la actividad cardíaca y afecta la síntesis de hormonas. |
| Hierro | Cu | 0,0001 | Parte de muchas enzimas, la hemoglobina y la mioglobina, participa en la biosíntesis de la clorofila, en los procesos de respiración y fotosíntesis. |
| Yodo | Minnesota | 0,0002 | Contiene hormonas tiroideas. |
| Cobre | Mes | 0.0001 | Forma parte de algunas enzimas y participa en los procesos de hematopoyesis, fotosíntesis y síntesis de hemoglobina. |
| Manganeso | Co | 0,0001 | Forma parte de algunas enzimas o aumenta su actividad, participa en el desarrollo óseo, la asimilación de nitrógeno y el proceso de fotosíntesis. |
| Molibdeno | zinc | 0.0001 | Forma parte de algunas enzimas y participa en los procesos de fijación del nitrógeno atmosférico por parte de las plantas. |
| Cobalto | oh | 0,0003 | Parte de la vitamina B12, participa en la fijación del nitrógeno atmosférico por las plantas y en el desarrollo de los glóbulos rojos. |
| Zinc | norte | 15-18 | Forma parte de algunas enzimas, participa en la síntesis de hormonas vegetales (fucsina) y en la fermentación alcohólica. |
químicos celulares