Tāpat kā bioķīmija. Kā mēs jau zinām, visi dzīvie organismi sastāv no šūnām. Šūnas savukārt sastāv no ķīmiskiem elementiem. Tiek saukti ķīmiskie elementi, bez kuriem dzīvība uz Zemes nebūtu iespējama barības vielas.

Biogēnie elementi ir ķīmiskie elementi, kas ir daļa no ķermeņa šūnām, kā arī tie elementi, bez kuriem nav iespējama šūnu dzīvībai svarīgā darbība: organiskās un neorganiskās vielas, polimērs un zema molekulmasa. Katrs no mums jau no bērnības zina, ka vairāk nekā puse cilvēka sastāv no ūdens. Attiecīgi pirmā un vissvarīgākā uzturviela ir ūdens.

Organismu galvenie ķīmiskie elementi:

- ūdeņradis;

- skābeklis;

- fosfors;

- sērs;

- slāpeklis;

- ogleklis.

Neorganiskie savienojumi dzīvos organismos:

- karbonāti;

- fosfāti;

- amonija sāļi;

- sulfāti.

Kā biogēnos elementus var klasificēt arī: nemetāli:

1) Jods un joda savienojumi ir ļoti svarīgi ķermenim, tiem ir liela nozīme vielmaiņas procesi. Jods ir daļa no tiroksīna, vairogdziedzera hormona.

2) Hlors. Šī elementa anjoni uztur ķermeņa sāls vidi tādā līmenī, kas nepieciešams pareizai darbībai. Iekļauts arī dažos organiskajos savienojumos.

3) Silīcijs. Daļa no saitēm un skrimšļiem (ortosilicskābe), tā kalpo kā saistviela dažās polisaharīdu ķēdēs.

4) Selēns un tā atvasinājumi. Satur dažus fermentus (selenocestein).

Citas organiskas vielas, kas veido dzīvu organismu:

• acetaldehīds;
• Etiķskābe;
• Etanols ir bioķīmisko reakciju produkts un substrāts.

Tikpat svarīgi ir šādi savienojumi:

HEM ir dzelzs savienojums ar parafīna molekulu;

Kobalamīns ir kobalta savienojums (vitamīns B12).

Kalcijs un magnijs- parastie metāli, kas kopā ar dzelzs visbiežāk sastopamas bioloģiskajās sistēmās. Magnijam un tā joniem ir liela nozīme šūnas funkcionēšanā, precīzāk, ribosomu un olbaltumvielu sintēzē šūnā. Magnijs ir arī daļa hlorofils. Kalcijs dzīvā ķermenī var būt nešķīstošu sāļu veidā:

- kalcija karbonāts- viela, no kuras izgatavotas gliemju čaulas;

- kalcija fosfāts- piedalās skeleta būvniecībā.

Fermenti satur daudz metālu no periodiskās tabulas 4. perioda:

1) Dzelzs ir iesaistīts šūnu piesātināšanas procesā ar skābekli, kas ir daļa no hemoglobīna.

2) Cinka joni atrodams gandrīz visos fermentos.

3) Mangāns ir arī daļa no dažiem fermentiem, taču tam ir svarīgāka loma normālas ārējās biosfēras uzturēšanā: nodrošina skābekļa izdalīšanos atmosfērā, kā arī piedalās ūdens fotoķīmiskajā reducēšanā.

4) Molibdēns ir neatņemama nitrodināzes sastāvdaļa, slāpekli fiksējošo baktēriju enzīms, kas veicina ārējā slāpekļa reducēšanos par amonjaku.

5) Kobalts- kā jau teicām, ir daļa kobalamīns vai B12 vitamīns.

Zemas molekulmasas savienojumi, kas ir daļa no dzīviem organismiem:

• Aminoskābes- No tiem ir izgatavoti olbaltumvielas.
• Mono un oligosaharīdi- Tie veido organismu strukturālos audus.
• Nukleamīdi- No tiem sastāv nukleīnskābes.
• Lipīdi- šūnu membrānu sastāvdaļas.

Ir arī daudzas citas vielas, kas aktīvi piedalās dzīvo organismu dzīvē: koenzīmi, terpēni un daudzas citas.

Šūna sastāv no aptuveni 70 pamatelementi , ko var atrast periodiskajā tabulā. Tikai no šiem 24 atrodams absolūti visās šūnās.

Galvenie elementi ir ūdeņradis, ogleklis, skābeklis un slāpeklis. Tie ir galvenie šūnu elementi, taču vienlīdz svarīga loma ir arī tādiem elementiem kā kālijs, jods, magnijs, hlors, dzelzs, kalcijs un sērs. Tie ir makroelementi, kuru šūnās ir salīdzinoši neliels daudzums (līdz procenta desmitdaļām).

Šūnās mikroelementu ir vēl mazāk (mazāk par 0,01% no šūnu masas). Tajos ietilpst varš, molibdēns, bors, fluors, hroms, cinks, silīcijs un kobalts.

Elementu nozīme un saturs organismu šūnās norādīts tabulā.

Elements	Simbols	Saturs %	Svarība šūnām un organismiem
Skābeklis	PAR	62	Daļa no ūdens un organiskās vielas; piedalās šūnu elpošanā
Ogleklis	AR	20	Satur visas organiskās vielas
Ūdeņradis	N	10	Daļa no ūdens un organiskās vielas; piedalās enerģijas pārveidošanas procesos
Slāpeklis	N	3	Satur aminoskābes, olbaltumvielas, nukleīnskābes, ATP, hlorofilu, vitamīnus
Kalcijs	Sa	2,5	Daļa no augu šūnu sienas, kauli un zobi, palielina asins recēšanu un muskuļu šķiedru kontraktilitāti
Fosfors	R	1,0	Daļa no kaulaudiem un zobu emaljas, nukleīnskābes, ATP un daži fermenti
Sērs	S	0,25	Daļa aminoskābju (cisteīns, cistīns un metionīns), daži vitamīni, piedalās disulfīdu saišu veidošanā proteīnu terciārās struktūras veidošanā.
Kālijs	UZ	0,25	Šūnā atrodas tikai jonu veidā, aktivizē proteīnu sintēzes enzīmus, nosaka normālu sirdsdarbības ritmu, piedalās fotosintēzes procesos un bioelektrisko potenciālu veidošanā.
Hlors	Cl	0,2	Dzīvnieku ķermenī dominē negatīvais jons. Kuņģa sulas sālsskābes sastāvdaļa
Nātrijs	Na	0,10	Atrodoties šūnā tikai jonu veidā, tas nosaka normālu sirdsdarbības ritmu un ietekmē hormonu sintēzi
Magnijs	Mg	0,07	Daļa no hlorofila molekulām, kā arī kauli un zobi aktivizē enerģijas metabolismu un DNS sintēzi
Jods	1	0,01	Satur vairogdziedzera hormonus
Dzelzs	Fe	0,01	Tas ir daļa no daudziem fermentiem, hemoglobīna un mioglobīna, piedalās hlorofila biosintēzē, elektronu transportā, elpošanas un fotosintēzes procesos.
Varš	Cu	Pēdu nospiedumi	Tā ir daļa no hemocianīniem bezmugurkaulniekiem, daļa no dažiem enzīmiem un ir iesaistīta hematopoēzes, fotosintēzes un hemoglobīna sintēzes procesos.
Mangāns	Mn	Pēdu nospiedumi	Daļa vai paaugstina noteiktu enzīmu aktivitāti, piedalās kaulu attīstībā, slāpekļa asimilācijā un fotosintēzes procesā
Molibdēns	Mo	Pēdu nospiedumi	Daļa no dažiem enzīmiem (nitrātu reduktāze) piedalās atmosfēras slāpekļa fiksācijas procesos ar mezgliņu baktērijām.
Kobalts	Co	Pēdu nospiedumi	Daļa no B12 vitamīna, piedalās atmosfēras slāpekļa fiksācijā ar mezgliņu baktērijām
Bor	IN	Pēdu nospiedumi	Ietekmē augu augšanas procesus, aktivizē reduktīvos elpošanas enzīmus
Cinks	Zn	Pēdu nospiedumi	Daļa no dažiem fermentiem, kas sadala polipeptīdus, piedalās augu hormonu (auksīnu) sintēzē un glikolīzē
Fluors	F	Pēdu nospiedumi	Satur zobu un kaulu emalju

Bioloģija- dzīves zinātne. Bioloģijas svarīgākais uzdevums ir pētīt dzīvo organismu daudzveidību, uzbūvi, dzīvības aktivitāti, individuālo attīstību un evolūciju, to attiecības ar vidi.

Dzīvi organismi ir vairākas pazīmes, kas tos atšķir no nedzīvās dabas. Atsevišķi katra no atšķirībām ir diezgan patvaļīga, tāpēc tās jāapsver kopā.

Pazīmes, kas atšķir dzīvo vielu no nedzīvas:

1. spēja reproducēt un nodot iedzimto informāciju nākamajai paaudzei;
2. vielmaiņa un enerģija;
3. uzbudināmība;
4. spēja pielāgoties konkrētiem dzīves apstākļiem;
5. būvmateriāls - biopolimēri (nozīmīgākie no tiem ir olbaltumvielas un nukleīnskābes);
6. specializācija no molekulām līdz orgāniem un augsta to organizētības pakāpe;
7. augstums;
8. novecošana;
9. nāvi.

Dzīvās vielas organizācijas līmeņi:

1. molekulārā,
2. šūnu,
3. audums,
4. orgāns,
5. organisms,
6. populācijas sugas,
7. biogeocenotisks,
8. biosfēra.

Dzīves daudzveidība

Šūnas bez kodola bija pirmās, kas parādījās uz mūsu planētas. Lielākā daļa zinātnieku atzīst, ka kodolorganismi parādījās seno arhebaktēriju simbiozes rezultātā ar zilaļģēm un oksidējošām baktērijām (simbioģenēzes teorija).

Citoloģija

Citoloģija- zinātne par būris. Pēta vienšūnu un daudzšūnu organismu šūnu uzbūvi un funkcijas. Šūna ir visu dzīvo būtņu struktūras, funkcionēšanas, augšanas un attīstības elementāra vienība. Tāpēc citoloģijai raksturīgie procesi un modeļi ir daudzu citu zinātņu (anatomija, ģenētika, embrioloģija, bioķīmija uc) pētīto procesu pamatā.

Šūnas ķīmiskie elementi

Ķīmiskais elements- noteikta veida atoms ar tādu pašu pozitīvu kodollādiņu. Šūnās ir atrasti aptuveni 80 ķīmiskie elementi. Tos var iedalīt četrās grupās:
1. grupa - ogleklis, ūdeņradis, skābeklis, slāpeklis (98% no šūnu satura),
2. grupa - kālijs, nātrijs, kalcijs, magnijs, sērs, fosfors, hlors, dzelzs (1,9%),
3. grupa - cinks, varš, fluors, jods, kobalts, molibdēns uc (mazāk par 0,01%),
4. grupa - zelts, urāns, rādijs utt. (mazāk par 0,00001%).

Pirmās un otrās grupas elementi lielākajā daļā rokasgrāmatu tiek saukti makroelementi, trešās grupas elementi - mikroelementi, ceturtās grupas elementi - ultramikroelementi. Makro- un mikroelementiem ir precizēti procesi un funkcijas, kurās tie piedalās. Lielākajai daļai ultramikroelementu bioloģiskā loma nav noteikta.

Ķīmiskais elements	Vielas, kas satur ķīmisko elementu	Procesi, kuros ir iesaistīts ķīmiskais elements
Ogleklis, ūdeņradis, skābeklis, slāpeklis	Olbaltumvielas, nukleīnskābes, lipīdi, ogļhidrāti un citas organiskas vielas	Organisko vielu sintēze un viss šo organisko vielu veikto funkciju komplekss
Kālijs, nātrijs	Na+ un K+	Membrānas darbības nodrošināšana, jo īpaši šūnas membrānas elektriskā potenciāla uzturēšana, Na + /Ka + sūkņa darbība, nervu impulsu vadīšana, anjonu, katjonu un osmotisko līdzsvaru
Kalcijs	Sa +2	Dalība asins recēšanas procesā
	Kalcija fosfāts, kalcija karbonāts	Kaulu audi, zobu emalja, gliemju čaumalas
	Kalcija pektāts	Vidējās plāksnes un šūnu sienas veidošanās augos
Magnijs	Hlorofils	Fotosintēze
Sērs	Vāveres	Telpiskās proteīna struktūras veidošanās disulfīdu tiltu veidošanās dēļ
Fosfors	Nukleīnskābes, ATP	Nukleīnskābju sintēze
Hlors	Cl-	Šūnas membrānas elektriskā potenciāla uzturēšana, Na + /Ka + sūkņa darbība, nervu impulsu vadīšana, anjonu, katjonu un osmotiskais līdzsvars
	HCl	Gremošanas enzīmu aktivizēšana kuņģa sulā
Dzelzs	Hemoglobīns	Skābekļa transportēšana
	Citohromi	Elektronu pārnešana fotosintēzes un elpošanas laikā
Mangāns	Dekarboksilāzes, dehidrogenāzes	Taukskābju oksidēšana, līdzdalība elpošanas un fotosintēzes procesos
Varš	Hemocianīns	Skābekļa transports dažiem bezmugurkaulniekiem
	Tirozināze	Melanīna veidošanās
Kobalts	B vitamīns 12	Sarkano asins šūnu veidošanās
Cinks	Alkohola dehidrogenāze	Anaerobā elpošana augos
	Oglekļa anhidrāze	CO 2 transportēšana mugurkaulniekiem
Fluors	Kalcija fluorīds	Kaulu audi, zobu emalja
Jods	Tiroksīns	Bazālā metabolisma regulēšana
Molibdēns	Nitrogenāze	Slāpekļa fiksācija

Dzīvos organismos veidojas ķīmisko elementu atomi neorganisks(ūdens, sāļi) un organiskie savienojumi(olbaltumvielas, nukleīnskābes, lipīdi, ogļhidrāti). Atomu līmenī nav atšķirību starp dzīvo un nedzīvo vielu, atšķirības parādīsies nākamajos, augstākajos dzīvās matērijas organizācijas līmeņos.

Ūdens

Ūdens- visizplatītākais neorganiskais savienojums. Ūdens saturs svārstās no 10% (zobu emalja) līdz 90% no šūnu masas (attīstošais embrijs). Bez ūdens dzīvība nav iespējama, ūdens bioloģisko nozīmi nosaka tā ķīmiskās un fizikālās īpašības.

Ūdens molekulai ir leņķa forma: ūdeņraža atomi veido 104,5° leņķi attiecībā pret skābekli. Molekulas daļa, kurā atrodas ūdeņradis, ir pozitīvi uzlādēta, daļa, kurā atrodas skābeklis, ir negatīvi uzlādēta, un tāpēc ūdens molekula ir dipols. Starp ūdens dipoliem veidojas ūdeņraža saites. Ūdens fizikālās īpašības: caurspīdīgs, maksimālais blīvums pie 4 °C, augsta siltumietilpība, praktiski nesaspiež; Tīrs ūdens slikti vada siltumu un elektrību, sasalst 0 °C, vārās 100 °C utt. Ūdens ķīmiskās īpašības: labs šķīdinātājs, veido hidrātus, iziet hidrolītiskās sadalīšanās reakcijas, mijiedarbojas ar daudziem oksīdiem utt. Saistībā ar spēju izšķīst ūdenī tos izšķir: hidrofilās vielas- ļoti šķīstošs, hidrofobās vielas- praktiski nešķīst ūdenī.

Ūdens bioloģiskā nozīme:

1. ir iekšējās un intracelulārās vides pamats,
2. nodrošina telpiskās struktūras uzturēšanu,
3. nodrošina vielu transportēšanu
4. hidratē polārās molekulas,
5. kalpo kā šķīdinātājs un vide difūzijai,
6. piedalās fotosintēzes un hidrolīzes reakcijās,
7. palīdz atdzesēt ķermeni,
8. ir dzīvotne daudziem organismiem,
9. veicina sēklu, augļu, kāpuru stadiju migrāciju un izplatīšanos,
10. ir vide, kurā notiek apaugļošanās,
11. augos nodrošina transpirāciju un sēklu dīgšanu,
12. veicina vienmērīgu siltuma sadali organismā un daudz ko citu. utt.

Citi šūnas neorganiskie savienojumi

Pārējos neorganiskos savienojumus galvenokārt attēlo sāļi, kurus var atrast vai nu izšķīdinātā veidā (disociēti katjonos un anjonos), vai cietā veidā. Katjoni K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ (skat. tabulu augstāk) un anjoni HPO 4 2 - , Cl - , HCO 3 - ir svarīgi šūnas dzīvībai, nodrošinot šūnas buferīpašības. . Buferizācija- spēja uzturēt pH noteiktā līmenī (pH ir ūdeņraža jonu koncentrācijas apgrieztā skaitļa decimāllogaritms). pH vērtība 7,0 atbilst neitrālam šķīdumam, zem 7,0 skābam šķīdumam un virs 7,0 sārmainam šķīdumam. Šūnām un audiem raksturīga nedaudz sārmaina vide. Fosfāta (1) un bikarbonāta (2) bufersistēmas ir atbildīgas par šīs nedaudz sārmainas reakcijas uzturēšanu.

Augu un dzīvnieku šūnas satur neorganiskas un organiskas vielas. Neorganiskās vielas ietver ūdeni un minerālvielas. Organiskās vielas ir olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti un nukleīnskābes.

Neorganiskās vielas

Ūdensir savienojums, ko dzīvā šūna satur vislielākajā daudzumā. Ūdens veido apmēram 70% no šūnas masas. Lielākā daļa intracelulāro reakciju notiek ūdens vidē. Ūdens šūnā ir brīvā un saistītā stāvoklī.

Ūdens nozīmi šūnas dzīvē nosaka tā struktūra un īpašības. Ūdens saturs šūnās var atšķirties. 95% ūdens šūnā ir brīvi. Tas ir nepieciešams kā organisko un neorganisko vielu šķīdinātājs. Visas bioķīmiskās reakcijas šūnā notiek ar ūdens līdzdalību. Ūdens tiek izmantots dažādu vielu izvadīšanai no šūnas. Ūdenim ir augsta siltumvadītspēja un tas novērš pēkšņas temperatūras svārstības. 5% ūdens ir saistītā stāvoklī, veidojot vājus savienojumus ar olbaltumvielām.

Minerālvielas šūnā tie var būt disociētā stāvoklī vai kombinācijā ar organiskām vielām.

Ķīmiskie elementi, kuras piedalās vielmaiņas procesos un kurām ir bioloģiskā aktivitāte, sauc par biogēnām.

Citoplazmasatur ap 70% skābekļa, 18% oglekļa, 10% ūdeņraža, kalcija, slāpekļa, kālija, fosfora, magnija, sēra, hlora, nātrija, alumīnija, dzelzs. Šie elementi veido 99,99% no šūnas sastāva un tiek saukti makroelementi. Piemēram, kalcijs un fosfors ir daļa no kauliem. Dzelzs ir hemoglobīna sastāvdaļa.

Mangāns, bors, varš, cinks, jods, kobalts - mikroelementi. Tie veido tūkstošdaļas no šūnu masas. Mikroelementi ir nepieciešami hormonu, enzīmu un vitamīnu veidošanai. Tie ietekmē vielmaiņas procesus organismā. Piemēram, jods ir daļa no vairogdziedzera hormona, kobalts ir daļa no B 12 vitamīna.

Zelts, dzīvsudrabs, rādijs utt. - ultramikroelementi- veido miljonās daļas no šūnas sastāva.

Minerālsāļu trūkums vai pārpalikums traucē organisma dzīvībai svarīgās funkcijas.

Organiskās vielas

Skābeklis, ūdeņradis, ogleklis, slāpeklis ir organisko vielu sastāvdaļa. Organiskie savienojumi ir lielas molekulas, ko sauc par polimēriem. Polimēri sastāv no daudzām atkārtotām vienībām (monomēriem). Organiskie polimēru savienojumi ietver ogļhidrātus, taukus, olbaltumvielas, nukleīnskābes un ATP.

Ogļhidrāti

Ogļhidrātisastāv no oglekļa, ūdeņraža, skābekļa.

Monomēriogļhidrāti ir monosaharīdi. Ogļhidrātus iedala monosaharīdos, disaharīdos un polisaharīdos.

Monosaharīdi- vienkāršie cukuri ar formulu (CH 2 O) n, kur n ir jebkurš vesels skaitlis no trīs līdz septiņiem. Atkarībā no oglekļa atomu skaita molekulā izšķir triozes (3C), tetrozes (4C), pentozes (5C), heksozes (6C) un heptozes (7C).

TriosesC 3 H 6 O 3 - piemēram, gliceraldehīds un dihidroksiacetons - spēlē starpproduktu lomu elpošanas procesā un ir iesaistīti fotosintēzē. Tetrozes C 4 H 8 O 4 ir atrodamas baktērijās. Pentozes C 5 H 10 O 5 - piemēram, riboze - ir daļa no RNS, dezoksiriboze ir daļa no DNS. Heksozes - C 6 H 12 O 6 - piemēram, glikoze, fruktoze, galaktoze. Glikoze ir šūnas enerģijas avots. Kopā ar fruktozi un galaktozi glikoze var piedalīties disaharīdu veidošanā.

Disaharīdiveidojas kondensācijas reakcijas rezultātā starp diviem monosaharīdiem (heksozēm), zaudējot ūdens molekulu.

Disaharīdu formula ir C 12 H 22 O 11 No disaharīdiem visizplatītākie ir maltoze, laktoze un saharoze.

Saharoze jeb niedru cukurs tiek sintezēts augos. Maltoze veidojas no cietes tās gremošanas laikā dzīvniekiem. Laktoze jeb piena cukurs ir atrodams tikai pienā.

Polisaharīdi (vienkārši) veidojas liela skaita monosaharīdu kondensācijas reakcijas rezultātā. Pie vienkāršiem polisaharīdiem pieder ciete (sintezēta augos), glikogēns (atrodams dzīvnieku un cilvēku aknu šūnās un muskuļos), celuloze (veido šūnu sieniņu augos).

Kompleksie polisaharīdi veidojas ogļhidrātu mijiedarbības rezultātā ar lipīdiem. Piemēram, glikolipīdi ir daļa no membrānām. Kompleksie polisaharīdi ietver arī ogļhidrātu savienojumus ar olbaltumvielām (glikoproteīniem). Piemēram, glikoproteīni ir daļa no gļotām, ko izdala kuņģa-zarnu trakta dziedzeri.

Ogļhidrātu funkcijas:

1. Enerģija:Ķermenis saņem 60% enerģijas no ogļhidrātu sadalīšanās. Sadalot 1 g ogļhidrātu, atbrīvojas 17,6 kJ enerģijas.

2. Strukturāls un atbalsts: ogļhidrāti ir daļa no plazmas membrānas, augu un baktēriju šūnu membrānas.

3. Uzglabāšana: barības vielas (glikogēns, ciete) uzkrājas šūnās.

4. Aizsardzība: dažādu dziedzeru izdalītie izdalījumi (gļotas) aizsargā dobu orgānu, bronhu, kuņģa un zarnu sienas no mehāniskiem bojājumiem, kaitīgām baktērijām un vīrusiem.

5. Piedalīties fotosintēze.

Tauki un taukiem līdzīgas vielas

Taukisastāv no oglekļa, ūdeņraža, skābekļa. Monomēri tauki ir taukskābju Un glicerīns. Tauku īpašības nosaka taukskābju kvalitatīvais sastāvs un to kvantitatīvā attiecība. Augu tauki ir šķidri (eļļas), dzīvnieku tauki ir cieti (piemēram, speķis). Tauki nešķīst ūdenī – tie ir hidrofobi savienojumi. Tauki savienojas ar olbaltumvielām, veidojot lipoproteīnus, un savienojoties ar ogļhidrātiem, veidojot glikolipīdus. Glikolipīdi un lipoproteīni ir taukiem līdzīgas vielas.

Taukiem līdzīgas vielas ir daļa no šūnu membrānām, membrānas organellām un nervu audiem. Tauki var apvienoties ar glikozi un veidot glikozīdus. Piemēram, digitoksīna glikozīds ir viela, ko izmanto sirds slimību ārstēšanā.

Tauku funkcijas:

1. Enerģija: pilnībā sadaloties 1 g tauku oglekļa dioksīdā un ūdenī, atbrīvojas 38,9 kJ enerģijas.

2. Strukturāli: ir daļa no šūnu membrānas.

3. Aizsardzība: tauku slānis pasargā organismu no hipotermijas, mehāniskiem triecieniem un triecieniem.

4. Normatīvie akti: Steroīdie hormoni regulē vielmaiņas procesus un reprodukciju.

5. Tauki- avots endogēns ūdens. Kad 100 g tauku oksidējas, izdalās 107 ml ūdens.

Vāveres

Olbaltumvielas satur oglekli, skābekli, ūdeņradi un slāpekli. Monomēri vāveres ir aminoskābes. Olbaltumvielas ir veidotas no divdesmit dažādām aminoskābēm. Aminoskābju formula:

Aminoskābju sastāvā ietilpst: NH 2 - aminogrupa ar bāziskām īpašībām; COOH ir karboksilgrupa, un tai piemīt skābas īpašības. Aminoskābes viena no otras atšķiras ar to radikāļiem – R. Aminoskābes ir amfotēri savienojumi. Tie ir savienoti viens ar otru proteīna molekulā, izmantojot peptīdu saites.

Aminoskābju kondensācijas shēma (peptīdu saites veidošanās)

Ir primārās, sekundārās, terciārās un kvartārās olbaltumvielu struktūras. Aminoskābju secība, daudzums un kvalitāte, kas veido proteīna molekulu, nosaka tās primāro struktūru. Olbaltumvielas ar primāro struktūru var pievienoties spirālei, izmantojot ūdeņraža saites, un veidot sekundāru struktūru. Polipeptīdu ķēdes noteiktā veidā tiek savītas kompaktā struktūrā, veidojot lodīšu (bumbiņu) - tā ir proteīna terciārā struktūra. Lielākajai daļai olbaltumvielu ir terciārā struktūra. Aminoskābes ir aktīvas tikai uz lodītes virsmas. Olbaltumvielas, kurām ir lodveida struktūra, apvienojas kopā, veidojot ceturtdaļu struktūru. Vienas aminoskābes aizstāšana noved pie proteīna īpašību izmaiņām (30. att.).

Augstas temperatūras, skābju un citu faktoru ietekmē var notikt proteīna molekulas iznīcināšana. Šo parādību sauc par denaturāciju (31. att.). Dažreiz denaturēts

Rīsi. trīsdesmit.Dažādas olbaltumvielu molekulu struktūras.

1 - primārais; 2 - sekundārais; 3 - terciārais; 4 - kvartārs (izmantojot asins hemoglobīna piemēru).

Rīsi. 31.Olbaltumvielu denaturācija.

1 - proteīna molekula pirms denaturācijas;

2 - denaturēts proteīns;

3 - sākotnējās proteīna molekulas atjaunošana.

Mainoties apstākļiem, izmazgātais proteīns var atkal atjaunot savu struktūru. Šo procesu sauc par renaturāciju, un tas ir iespējams tikai tad, ja proteīna primārā struktūra nav iznīcināta.

Olbaltumvielas var būt vienkāršas vai sarežģītas. Vienkāršās olbaltumvielas sastāv tikai no aminoskābēm: piemēram, albumīniem, globulīniem, fibrinogēnam, miozīnam.

Kompleksie proteīni sastāv no aminoskābēm un citiem organiskiem savienojumiem: piemēram, lipoproteīniem, glikoproteīniem, nukleoproteīniem.

Olbaltumvielu funkcijas:

1. Enerģija. 1 g proteīna sadalīšanās atbrīvo 17,6 kJ enerģijas.

2. Katalītiskais. Kalpo kā bioķīmisko reakciju katalizatori. Katalizatori ir fermenti. Fermenti paātrina bioķīmiskās reakcijas, bet nav daļa no galaproduktiem. Fermenti ir stingri specifiski. Katram substrātam ir savs enzīms. Fermenta nosaukums ietver substrāta nosaukumu un galotni “ase”: maltāze, ribonukleāze. Fermenti ir aktīvi noteiktā temperatūrā (35 - 45 O C).

3. Strukturāls. Olbaltumvielas ir daļa no membrānām.

4. Transports. Piemēram, hemoglobīns pārnēsā skābekli un CO 2 mugurkaulnieku asinīs.

5. Aizsargājošs.Ķermeņa aizsardzība pret kaitīgām ietekmēm: antivielu ražošana.

6. Saraušanās. Sakarā ar aktīna un miozīna proteīnu klātbūtni muskuļu šķiedrās notiek muskuļu kontrakcija.

Nukleīnskābes

Ir divu veidu nukleīnskābes: DNS(dezoksiribonukleīnskābe) un RNS(ribonukleīnskābe). Monomēri nukleīnskābes ir nukleotīdi.

DNS (dezoksiribonukleīnskābe). DNS nukleotīds satur vienu no slāpekļa bāzēm: adenīnu (A), guanīnu (G), timīnu (T) vai citozīnu (C) (32. att.), ogļhidrātu dezoksiribozi un fosforskābes atlikumu. DNS molekula ir dubultā spirāle, kas veidota saskaņā ar komplementaritātes principu. DNS molekulā ir komplementāras šādas slāpekļa bāzes: A = T; G = C. Divas DNS spirāles ir savienotas ar ūdeņraža saitēm (33. att.).

Rīsi. 32.Nukleotīdu struktūra.

Rīsi. 33.DNS molekulas sadaļa. Dažādu ķēžu nukleotīdu komplementārs savienojums.

DNS spēj pašdublēt (replicēties) (34. att.). Replikācija sākas ar divu komplementāru virzienu atdalīšanu. Katra virkne tiek izmantota kā veidne jaunas DNS molekulas veidošanai. Fermenti ir iesaistīti DNS sintēzes procesā. Katrā no divām meitas molekulām obligāti ir viena veca spirāle un viena jauna. Jaunā DNS molekula nukleotīdu secības ziņā ir absolūti identiska vecajai. Šī replikācijas metode nodrošina precīzu tās informācijas reproducēšanu meitas molekulās, kas tika ierakstīta mātes DNS molekulā.

Rīsi. 34.DNS molekulas dublēšanās.

1 - šablona DNS;

2 - divu jaunu ķēžu veidošana, pamatojoties uz matricu;

3 - meitas DNS molekulas.

DNS funkcijas:

1. Iedzimtas informācijas glabāšana.

2. Ģenētiskās informācijas nodošanas nodrošināšana.

3. Klātbūtne hromosomā kā strukturāls komponents.

DNS ir atrodama šūnas kodolā, kā arī šūnu organellās, piemēram, mitohondrijās un hloroplastos.

RNS (ribonukleīnskābe). Ir 3 veidu ribonukleīnskābes: ribosomāls, transports Un informatīvs RNS. RNS nukleotīds sastāv no vienas no slāpekļa bāzēm: adenīna (A), guanīna (G), citozīna (C), uracila (U), ogļhidrātu ribozes un fosforskābes atlikuma.

Ribosomu RNS (rRNS) kombinācijā ar proteīnu ir daļa no ribosomām. rRNS veido 80% no visas RNS šūnā. Olbaltumvielu sintēze notiek uz ribosomām.

Messenger RNS (mRNS) veido no 1 līdz 10% no visas šūnā esošās RNS. MRNS struktūra papildina DNS molekulas sadaļu, kas satur informāciju par konkrēta proteīna sintēzi. MRNS garums ir atkarīgs no tās DNS sekcijas garuma, no kuras tika nolasīta informācija. mRNS nes informāciju par olbaltumvielu sintēzi no kodola uz citoplazmu līdz ribosomām.

Pārnest RNS (tRNS) veido apmēram 10% no visas RNS. Tam ir īsa nukleotīdu ķēde trefoil formā, un tā atrodas citoplazmā. Vienā trefoil galā ir nukleotīdu triplets (antikodons), kas kodē noteiktu aminoskābi. Otrā galā ir nukleotīdu triplets, kuram pievienota aminoskābe. Katrai aminoskābei ir sava tRNS. tRNS transportē aminoskābes uz olbaltumvielu sintēzes vietu, t.i. uz ribosomām (35. att.).

RNS atrodas kodolā, citoplazmā, ribosomās, mitohondrijās un plastidos.

ATP - Adenazīna trifosforskābe. Adenazīna trifosforskābe (ATP) sastāv no slāpekļa bāzes, adenīns, cukurs - riboze, Un trīs fosforskābes atlikumi(36. att.). ATP molekula uzkrāj lielu enerģijas daudzumu, kas nepieciešams šūnā notiekošajiem bioķīmiskiem procesiem. ATP sintēze notiek mitohondrijās. ATP molekula ir ļoti nestabila

aktīvs un spējīgs atdalīt vienu vai divas fosfāta molekulas, atbrīvojot lielu enerģijas daudzumu. Saites ATP molekulā sauc makroerģisks.

ATP → ADP + P + 40 kJ ADP → AMP + P + 40 kJ

Rīsi. 35. tRNS struktūra.

A, B, C un D - komplementārā savienojuma zonas vienas RNS ķēdes ietvaros; D - savienojuma vieta (aktīvais centrs) ar aminoskābi; E - komplementāra savienojuma vieta ar molekulu.

Rīsi. 36.ATP struktūra un pārvēršana ADP.

Jautājumi paškontrolei

1. Kādas vielas šūnā klasificē kā neorganiskas?

2. Kādas vielas šūnā tiek klasificētas kā organiskas?

3. Kas ir ogļhidrātu monomērs?

4. Kāda struktūra ir ogļhidrātiem?

5. Kādas funkcijas veic ogļhidrāti?

6. Kas ir tauku monomērs?

7. Kāda struktūra ir taukiem?

8. Kādas funkcijas veic tauki?

9. Kas ir proteīna monomērs? 10.Kāda struktūra ir proteīniem? 11.Kādas struktūras ir proteīniem?

12.Kas notiek, kad proteīna molekula denaturējas?

13.Kādas funkcijas veic proteīni?

14.Kādas nukleīnskābes ir zināmas?

15.Kas ir nukleīnskābju monomērs?

16.Kas ir iekļauts DNS nukleotīdā?

17.Kāda ir RNS nukleotīda struktūra?

18.Kāda ir DNS molekulas uzbūve?

19.Kādas funkcijas veic DNS molekula?

20. Kāda ir rRNS struktūra?

21.Kāda ir mRNS struktūra?

22.Kāda ir tRNS struktūra?

23.Kādas funkcijas veic ribonukleīnskābes?

24.Kāda ir ATP struktūra?

25.Kādas funkcijas šūnā veic ATP?

Tēmas “Šūnu ķīmiskais sastāvs” atslēgvārdi

slāpekļa bāzes albumīns

aminoskābju grupa aminoskābe

amfoteriskie savienojumi

antikodons

baktērijas

vāveres

bioloģiskās aktivitātes bioloģiskais katalizators

bioķīmiskās reakcijas

slimība

vielas

sugas specifika

vitamīni

ūdens

ūdeņraža saites sekundārā struktūra antivielu ražošana augstas temperatūras galaktoze heksozes hemoglobīns heparīns

hidrofobi savienojumi

glikogēns

glikozīdi

glikoproteīni

glicerīns

globule

globulīni

glikoze

hormoni

guanīns

dubultspirāles dezoksiribozes denaturācijas disaharīds

disociēts stāvoklis

DNS

informācijas vienība dzīvs organisms dzīvnieka dzīvībai svarīgā darbība taukskābes taukaudi taukiem līdzīgas vielas tauki

barības vielu pārpalikums

individuālā specifika

enerģijas avots

pilieni

karboksilgrupa

kvalitatīva skābe

šūnu sienas kodons

temperatūras svārstības

daudzums

komplementaritāte

gala produkti

kauli

ciete

laktoze

ārstēšana

lipoproteīni

makroelementi

makroerģiskie savienojumi

maltoze

svars

šūnu membrānu

mikroelementi

minerālsāļi

miozīns

mitohondriji

molekula

piena cukurs

monomērs

monosaharīds

mukopolisaharīdi

mukoproteīni

iedzimts informācijas trūkums

neorganiskās vielas nervu audi nukleīnskābes nukleoproteīni nukleotīdu metabolisms vielmaiņas procesi organiskās vielas pentozes

peptīdu saites primārā struktūra skābekļa pārneses augļi

zemādas audi

polimēru polisaharīds

daļēji caurlaidīga membrāna

pasūtījums

zaudējums

ūdens iekļūšana

procentiem

radikāls

iznīcināšana

sabrukšana

šķīdinātājs

augu

sadalīt

kondensācijas reakcija

renaturācija

riboze

ribonukleāze

ribosoma

RNS

cukurs

asins sarecēšana

brīvvalsts

saistošais stāvoklis

sēklas

sirds

proteīnu sintēze

slānis

siekalas

kontraktilie proteīni

struktūra

substrāts

siltumvadītspēja

tetrozes timīns

audu specifika

terciārā struktūra

sēklis

trioses

trijnieks

niedru cukura ogļhidrāti

ultramikroelementi

uracils

sižetu

fermenti

fibrinogēns

formula

fosforskābes fotosintēzes fruktozes funkcija

ķīmiskie elementi

hloroplasti

hromosoma

celuloze

ķēde

citozīns

citoplazma

kvartāra struktūras bumba

vairogdziedzeris

elementi

kodols

Atkarībā no ķīmisko elementu satura šūnā tos iedala grupās: makroelementi, mikroelementi un ultramikroelementi.

Atsevišķa grupa starp makroelementiem sastāv no organogēnie elementi(O, C, H, N), kas veido visu organisko vielu molekulas.

Makroelementi, to loma šūnā.Organogēnie elementi - skābeklis, ogleklis, ūdeņradis un slāpeklis veido ≈98% no šūnas ķīmiskā satura. Tie viegli veido kovalentās saites, koplietojot divus elektronus (vienu no katra atoma), un tādējādi šūnā veido dažādas organiskās vielas.

Dzīvībai svarīgi ir arī citi makroelementi dzīvnieku un cilvēku šūnās (kālijs, nātrijs, magnijs, kalcijs, hlors, dzelzs), kas veido aptuveni 1,9%.

Tādējādi kālija un nātrija joni regulē osmotisko spiedienu šūnā, nosaka normālu sirdsdarbības ritmu, nervu impulsa rašanos un vadīšanu. Kalcija joni piedalās asins sarecēšanā un muskuļu šķiedru kontrakcijā. Nešķīstošie kalcija sāļi piedalās kaulu un zobu veidošanā.

Magnija joniem ir svarīga loma ribosomu un mitohondriju darbībā. Dzelzs ir daļa no hemoglobīna.

Mikroelementi, to loma šūnā. Mikro- un ultramikroelementu bioloģisko lomu nosaka nevis to procentuālais daudzums, bet gan tas, ka tie ir daļa no fermentiem, vitamīniem un hormoniem. Piemēram, kobalts ir daļa no B12 vitamīna, jods ir daļa no hormona tiroksīna, varš ir daļa no fermentiem, kas katalizē redoksprocesus.

Ultramikroelementi, to loma šūnā. To koncentrācija nepārsniedz 0,000001%. Tie ir šādi elementi: zelts, sudrabs, svins, urāns, selēns, cēzijs, berilijs, rādijs uc Daudzu ķīmisko elementu fizioloģiskā loma vēl nav noskaidrota, taču tie ir nepieciešami normālai organisma darbībai. Piemēram, ultramikroelementa Selēna trūkums izraisa vēža attīstību.

Apkopota informācija par dzīvo organismu šūnās esošo galveno ķīmisko elementu bioloģisko nozīmi ir sniegta 4.1. tabulā.

Ja kāda reģiona augsnē trūkst kāda svarīga ķīmiskā elementa, kas izraisa tā deficītu vietējo iedzīvotāju organismā, t.s. endēmiskas slimības.

Visi ķīmiskie elementi šūnā atrodas jonu veidā vai ir daļa no ķīmiskām vielām.

Tabula 4.1. Šūnas ķīmiskie pamatelementi un to nozīme organismu dzīvē un darbībā

Elements	Simbols	Saturs	Svarība šūnām un organismiem
Ogleklis	o	15-18
Skābeklis	N	65-75 1,5-3,0	Visu šūnas organisko savienojumu galvenā strukturālā sastāvdaļa
Slāpeklis	H	8-10	Būtiska aminoskābju sastāvdaļa
Ūdeņradis	K	0.0001	Visu šūnas organisko savienojumu galvenā strukturālā sastāvdaļa
Fosfors	S	0,15-0,4	Daļa no kaulaudu un zobu emaljas, nukleīnskābes, ATP un daži fermenti
Kālijs	Cl	0,15-0,20	Šūnā atrodas tikai jonu veidā, aktivizē proteīnu sintēzes enzīmus, nosaka sirdsdarbības ritmu un piedalās fotosintēzes procesos.
Sērs	Ca	0,05-0,10	Daļa no dažām aminoskābēm, fermentiem, B vitamīna
Hlors	Mg	0,04-2,00	Svarīgākais negatīvais jons dzīvnieku organismā, HC1 sastāvdaļa kuņģa sulā
Kalcijs	Na	0,02-0,03	Daļa no augu, kaulu un zobu šūnu sienas, aktivizē asins recēšanu un muskuļu šķiedru kontrakciju
Magnijs	Fe	0,02-0,03	Daļa no hlorofila molekulām, kā arī kauli un zobi aktivizē enerģijas metabolismu un DNS sintēzi
Nātrijs	es	0,010-0,015	Atrodoties šūnā tikai jonu veidā, tas nosaka normālu sirdsdarbības ritmu un ietekmē hormonu sintēzi
Dzelzs	Cu	0,0001	Daļa no daudziem fermentiem, hemoglobīns un mioglobīns, piedalās hlorofila biosintēzē, elpošanas un fotosintēzes procesos
Jods	Mn	0,0002	Satur vairogdziedzera hormonus
Varš	Mo	0.0001	Tas ir daļa no dažiem enzīmiem un piedalās asins veidošanās, fotosintēzes un hemoglobīna sintēzes procesos.
Mangāns	Co	0,0001	Tas ir daļa no dažiem fermentiem vai palielina to aktivitāti, piedalās kaulu attīstībā, slāpekļa asimilācijā un fotosintēzes procesā
Molibdēns	Zn	0.0001	Tas ir daļa no dažiem fermentiem un piedalās atmosfēras slāpekļa fiksācijas procesos ar augiem.
Kobalts	o	0,0003	Daļa no B12 vitamīna, piedalās atmosfēras slāpekļa fiksācijā ar augiem un sarkano asins šūnu veidošanā
Cinks	N	15-18	Daļa no dažiem fermentiem, piedalās augu hormonu (fuksīna) sintēzē un alkoholiskajā fermentācijā

Šūnu ķīmiskās vielas