Lehrbuch für die Klassen 10-11

Abschnitt I. Zelle – eine Einheit von Lebewesen
Kapitel I. Chemische Zusammensetzung der Zelle

Lebende Organismen enthalten große Mengen chemische Elemente. Sie bilden zwei Klassen von Verbindungen – organische und anorganische. Chemische Verbindungen, deren Struktur auf Kohlenstoffatomen basiert, bilden sich Kennzeichen lebendig. Diese Verbindungen werden als organisch bezeichnet. Organische Verbindungen sind äußerst vielfältig, aber nur vier Klassen von ihnen haben universelle biologische Bedeutung: Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate und Lipide.

§ 1. Anorganische Verbindungen

Biologisch wichtige chemische Elemente. Von den mehr als 100 uns bekannten chemischen Elementen kommen etwa 80 in lebenden Organismen vor und nur von 24 ist bekannt, welche Funktionen sie in der Zelle erfüllen. Die Menge dieser Elemente ist nicht zufällig. Das Leben hat seinen Ursprung in den Gewässern der Weltmeere, und lebende Organismen bestehen hauptsächlich aus Elementen, die Verbindungen bilden, die in Wasser leicht löslich sind. Die meisten dieser Elemente sind leicht; ihre Besonderheit ist die Fähigkeit, starke (kovalente) Bindungen zu bilden und viele verschiedene komplexe Moleküle zu bilden.

Als Teil von Zellen menschlicher Körper Es überwiegen Sauerstoff (mehr als 60 %), Kohlenstoff (ca. 20 %) und Wasserstoff (ca. 10 %). Stickstoff, Kalzium, Phosphor, Chlor, Kalium, Schwefel, Natrium, Magnesium machen zusammen etwa 5 % aus. Die restlichen 13 Elemente machen nicht mehr als 0,1 % aus. Die Zellen der meisten Tiere haben eine ähnliche elementare Zusammensetzung; Lediglich die Zellen von Pflanzen und Mikroorganismen unterscheiden sich. Selbst Elemente, die in vernachlässigbaren Mengen in Zellen enthalten sind, können durch nichts ersetzt werden und sind für das Leben unbedingt notwendig. Somit überschreitet der Jodgehalt in den Zellen nicht mehr als 0,01 %. Wenn jedoch ein Mangel im Boden vorliegt (aus diesem Grund und in Lebensmittel) ist das Wachstum und die Entwicklung von Kindern verzögert. Der Kupfergehalt in tierischen Zellen überschreitet nicht 0,0002 %. Doch bei einem Mangel an Kupfer im Boden (und damit in den Pflanzen) kommt es zu massiven Erkrankungen der Nutztiere.

Die Bedeutung für das Grundelement Zelle wird am Ende dieses Absatzes angegeben.

Anorganische (mineralische) Verbindungen. Die Zusammensetzung lebender Zellen umfasst eine Reihe relativ einfacher Verbindungen, die auch in der unbelebten Natur vorkommen – in Mineralien und natürlichen Gewässern. Dies sind anorganische Verbindungen.

Wasser ist einer der am häufigsten vorkommenden Stoffe auf der Erde. Es deckt die meisten davon ab Erdoberfläche. Fast alle Lebewesen bestehen hauptsächlich aus Wasser. Beim Menschen schwankt der Wassergehalt in Organen und Geweben zwischen 20 % (in Knochengewebe) bis zu 85 % (im Gehirn). Etwa 2/3 der Masse eines Menschen besteht aus Wasser, im Körper einer Qualle sind es bis zu 95 % Wasser, selbst in trockenen Pflanzensamen sind es 10-12 %.

Wasser hat einiges einzigartige Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind für lebende Organismen so wichtig, dass ein Leben ohne diese Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff nicht mehr vorstellbar ist.

Die einzigartigen Eigenschaften von Wasser werden durch die Struktur seiner Moleküle bestimmt. In einem Wassermolekül ist ein Sauerstoffatom kovalent an zwei Wasserstoffatome gebunden (Abb. 1). Das Wassermolekül ist polar (Dipol). Positive Ladungen konzentrieren sich auf Wasserstoffatome, da Sauerstoff elektronegativer ist als Wasserstoff.

Reis. 1. Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen in Wasser

Das negativ geladene Sauerstoffatom eines Wassermoleküls wird vom positiv geladenen Wasserstoffatom eines anderen Moleküls angezogen, um eine Wasserstoffbindung zu bilden (Abbildung 1).

Die Stärke einer Wasserstoffbindung ist etwa 15–20 Mal schwächer als die einer kovalenten Bindung. Daher wird die Wasserstoffbindung leicht aufgebrochen, was beispielsweise beim Verdampfen von Wasser beobachtet wird. Aufgrund der thermischen Bewegung von Molekülen im Wasser werden einige Wasserstoffbrückenbindungen aufgebrochen und andere gebildet.

Daher sind die Moleküle in flüssigem Wasser beweglich, was für Stoffwechselprozesse wichtig ist. Wassermoleküle dringen leicht in Zellmembranen ein.

Aufgrund der hohen Polarität seiner Moleküle ist Wasser ein Lösungsmittel für andere polare Verbindungen. In Wasser lösen sich mehr Stoffe als in jeder anderen Flüssigkeit. Deshalb gibt es in der wässrigen Umgebung der Zelle viele chemische Reaktionen. Wasser löst Stoffwechselprodukte auf und entfernt sie aus der Zelle und dem gesamten Körper.

Wasser hat eine hohe Wärmekapazität, d. h. die Fähigkeit, Wärme bei minimaler Änderung seiner Eigentemperatur aufzunehmen. Dadurch schützt es die Zelle vor plötzlichen Temperaturschwankungen. Da beim Verdunsten von Wasser viel Wärme verbraucht wird, können sich Organismen durch die Verdunstung von Wasser vor Überhitzung (zum Beispiel beim Schwitzen) schützen.

Wasser hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Diese Eigenschaft schafft die Möglichkeit einer gleichmäßigen Wärmeverteilung zwischen den Körpergeweben.

Wasser dient als Lösungsmittel für „Schmierstoffe“, die überall dort benötigt werden, wo Reibflächen vorhanden sind (z. B. in Gelenken).

Wasser hat seine maximale Dichte bei 4°C. Daher ist Eis, das eine geringere Dichte hat, leichter als Wasser und schwimmt auf seiner Oberfläche, was das Reservoir vor dem Einfrieren schützt.

In Bezug auf Wasser werden alle Zellstoffe in zwei Gruppen eingeteilt: hydrophil – „liebendes Wasser“ und hydrophob – „angst vor Wasser“ (von griechisch „hydro“ – Wasser, „phileo“ – Liebe und „phobos“ – Angst) .

Zu den hydrophilen Stoffen zählen Stoffe, die in Wasser gut löslich sind. Dies sind Salze, Zucker, Aminosäuren. Hydrophobe Substanzen hingegen sind in Wasser praktisch unlöslich. Hierzu zählen beispielsweise Fette.

Zelloberflächen, die die Zelle voneinander trennen äußere Umgebung und einige andere Strukturen bestehen aus wasserunlöslichen (hydrophoben) Verbindungen. Dadurch bleibt die strukturelle Integrität der Zelle erhalten. Im übertragenen Sinne kann eine Zelle als Gefäß mit Wasser dargestellt werden, in dem biochemische Reaktionen ablaufen, die das Leben sichern. Die Wände dieses Gefäßes sind wasserunlöslich. Sie sind jedoch in der Lage, wasserlösliche Verbindungen selektiv zu durchdringen.

Zu den anorganischen Stoffen der Zelle gehören neben Wasser auch Salze, bei denen es sich um ionische Verbindungen handelt. Sie werden durch Kationen von Kalium, Natrium, Magnesium und anderen Metallen sowie Anionen von Salz-, Kohlen-, Schwefel- und Phosphorsäure gebildet. Wenn solche Salze dissoziieren, erscheinen Kationen (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ usw.) und Anionen (CI -, HCO 3 -, HS0 4 - usw.) in Lösungen. Die Konzentration der Ionen an der Außenoberfläche der Zelle unterscheidet sich von ihrer Konzentration an der Innenoberfläche. Andere Nummer Kalium- und Natriumionen auf der Innen- und Außenoberfläche der Zelle erzeugen einen Ladungsunterschied über die Membran. Auf der Außenfläche der Zellmembran befindet sich eine sehr hohe Konzentration an Natriumionen, auf der Innenfläche eine sehr hohe Konzentration an Kaliumionen und eine geringe Konzentration an Natrium. Dadurch entsteht ein Potentialunterschied zwischen der Innen- und Außenfläche der Zellmembran, der die Erregungsübertragung entlang eines Nervs oder Muskels bewirkt.

Calcium- und Magnesiumionen sind Aktivatoren vieler Enzyme und ihr Mangel stört lebenswichtige Prozesse in Zellen. Anorganische Säuren und ihre Salze erfüllen in lebenden Organismen eine Reihe wichtiger Funktionen. Salzsäure schafft ein saures Milieu im Magen von Tieren und Menschen sowie in speziellen Organen insektenfressender Pflanzen und beschleunigt die Verdauung von Nahrungsproteinen. Phosphorsäurereste (H 3 P0 4), die eine Reihe von enzymatischen und anderen Zellproteinen verbinden, verändern deren physiologische Aktivität. Rückstände von Schwefelsäure verbinden wasserunlösliche Fremdstoffe, machen sie löslich und tragen so zu ihrer Entfernung aus Zellen und Organismen bei. Natrium und Kaliumsalze Salpeter- und Phosphorsäure sowie das Calciumsalz der Schwefelsäure dienen als wichtige Bestandteile der mineralischen Ernährung der Pflanzen; sie werden dem Boden als Düngemittel zur Pflanzenernährung zugesetzt. Die Bedeutung chemischer Elemente für eine Zelle wird im Folgenden näher erläutert.

Biologisch wichtige chemische Elemente der Zelle

Was ist biologische Rolle Wasser im Käfig?
Welche Ionen sind in der Zelle enthalten? Was ist ihre biologische Rolle?
Welche Rolle spielen die in der Zelle enthaltenen Kationen?

Heute entdeckt und zugeordnet reine Form Es gibt viele chemische Elemente im Periodensystem und ein Fünftel davon kommt in jedem lebenden Organismus vor. Sie sind wie Ziegel Hauptbestandteile organischer und anorganischer Stoffe.

Welche chemischen Elemente in der Zusammensetzung der Zelle enthalten sind, anhand der Biologie welcher Substanzen kann man ihre Anwesenheit im Körper beurteilen – all dies werden wir später in diesem Artikel betrachten.

Was ist die Konstanz der chemischen Zusammensetzung?

Um die Stabilität im Körper aufrechtzuerhalten, muss jede Zelle die Konzentration aller ihrer Bestandteile auf einem konstanten Niveau halten. Dieses Niveau wird durch Arten, Lebensraum und Umweltfaktoren bestimmt.

Um die Frage zu beantworten, welche chemischen Elemente in der Zusammensetzung einer Zelle enthalten sind, muss klar verstanden werden, dass jede Substanz eine der Komponenten des Periodensystems enthält.

Manchmal wir reden darüber Etwa Hundertstel und Tausendstel Prozent des Gehalts eines bestimmten Elements in einer Zelle, aber eine Änderung dieser Zahl um nur ein Tausendstel kann bereits schwerwiegende Folgen für den Körper haben.

Von den 118 chemischen Elementen in einer menschlichen Zelle müssen mindestens 24 vorhanden sein. Es gibt keine Bestandteile, die in einem lebenden Organismus zu finden wären, aber nicht Teil unbelebter Objekte der Natur waren. Diese Tatsache bestätigt die enge Verbindung zwischen lebenden und nichtlebenden Dingen in einem Ökosystem.

Die Rolle verschiedener Elemente, aus denen die Zelle besteht

Aus welchen chemischen Elementen besteht eine Zelle? Es ist zu beachten, dass ihre Rolle im Leben des Körpers direkt von der Häufigkeit ihres Auftretens und ihrer Konzentration im Zytoplasma abhängt. Doch trotz des unterschiedlichen Inhalts der Elemente in einer Zelle ist die Bedeutung jedes Elements gleich hoch. Ein Mangel an einem dieser Stoffe kann schädliche Auswirkungen auf den Körper haben und die wichtigsten biochemischen Reaktionen des Stoffwechsels außer Kraft setzen.

Bei der Auflistung der chemischen Elemente, aus denen die menschliche Zelle besteht, müssen wir drei Haupttypen erwähnen, die wir weiter betrachten werden:

Grundlegende biogene Elemente der Zelle

Es ist nicht überraschend, dass die Elemente O, C, H, N als biogen eingestuft werden, da sie alle organischen und viele anorganische Stoffe bilden. Diese für den Körper lebenswichtigen Bestandteile sind aus Proteinen, Fetten, Kohlenhydraten oder Nukleinsäuren nicht mehr wegzudenken.

Die Funktion dieser Elemente bestimmt ihren hohen Gehalt im Körper. Zusammen machen sie 98 % der gesamten Körpertrockenmasse aus. Worin kann sich die Aktivität dieser Enzyme sonst noch manifestieren?

Sauerstoff. Sein Inhalt in der Zelle beträgt etwa 62 % der gesamten Trockenmasse. Funktionen: Aufbau organischer und anorganischer Stoffe, Beteiligung an der Atmungskette;
Kohlenstoff. Sein Gehalt erreicht 20 %. Hauptfunktion: in allen enthalten;
Wasserstoff. Seine Konzentration beträgt 10 %. Abgesehen davon, dass dieses Element Bestandteil organischer Stoffe und Wasser ist, ist es auch an Energieumwandlungen beteiligt;
Stickstoff. Die Menge überschreitet nicht 3-5 %. Seine Hauptaufgabe ist die Bildung von Aminosäuren, Nukleinsäuren, ATP, vielen Vitaminen, Hämoglobin, Hämocyanin und Chlorophyll.

Dies sind die chemischen Elemente, aus denen die Zelle besteht und die die meisten für das normale Leben notwendigen Substanzen bilden.

Bedeutung von Makronährstoffen

Makronährstoffe helfen Ihnen auch dabei, herauszufinden, welche chemischen Elemente in der Zelle enthalten sind. Aus dem Biologiestudium wird deutlich, dass neben den Hauptbestandteilen 2 % der Trockenmasse aus weiteren Bestandteilen bestehen Periodensystem. Zu den Makroelementen zählen solche, deren Gehalt nicht weniger als 0,01 % beträgt. Ihre Hauptfunktionen werden tabellarisch dargestellt.


Kalzium (Ca)		Verantwortlich für die Kontraktion der Muskelfasern, ist Bestandteil von Pektin, Knochen und Zähnen. Verbessert die Blutgerinnung.
Phosphor (P)		Im Lieferumfang enthalten wichtigste Quelle Energie - ATP.
		Beteiligt sich an der Bildung von Disulfidbrücken während der Proteinfaltung in eine Tertiärstruktur. Bestandteil von Cystein und Methionin, einige Vitamine.
		Kaliumionen sind an Zellen beteiligt und beeinflussen auch das Membranpotential.
		Hauptanion des Körpers
Natrium (Na)		Ein Analogon von Kalium, das an denselben Prozessen beteiligt ist.
Magnesium (Mg)		Magnesiumionen regulieren den Prozess. Im Zentrum des Chlorophyllmoleküls befindet sich außerdem ein Magnesiumatom.
		Beteiligt sich am Transport von Elektronen durch den ETC der Atmung und Photosynthese und ist eine strukturelle Verbindung in Myoglobin, Hämoglobin und vielen Enzymen.

Wir hoffen, dass es nicht schwer ist, anhand des oben Gesagten zu bestimmen, welche chemischen Elemente Teil der Zelle sind und zu den Makroelementen gehören.

Mikroelemente

Es gibt auch Bestandteile der Zelle, ohne die der Körper nicht normal funktionieren kann, deren Gehalt jedoch immer unter 0,01 % liegt. Lassen Sie uns feststellen, welche chemischen Elemente Teil der Zelle sind und zur Gruppe der Mikroelemente gehören.


		Es ist Teil der Enzyme DNA- und RNA-Polymerasen sowie vieler Hormone (z. B. Insulin).
		Beteiligt sich an den Prozessen der Photosynthese, der Hämocyaninsynthese und einigen Enzymen.
		Es ist ein Strukturbestandteil der Hormone T3 und T4 Schilddrüse
Mangan (Mn)	weniger als 0,001	In Enzymen und Knochen enthalten. Beteiligt sich an der Stickstofffixierung in Bakterien
	weniger als 0,001	Beeinflusst den Prozess des Pflanzenwachstums.
		Teil von Knochen und Zahnschmelz.

Organische und anorganische Stoffe

Welche anderen chemischen Elemente sind zusätzlich zu den aufgeführten in der Zusammensetzung der Zelle enthalten? Die Antworten können durch einfaches Studium der Struktur der meisten Substanzen im Körper gefunden werden. Unter ihnen werden Moleküle organischen und anorganischen Ursprungs unterschieden, und jede dieser Gruppen enthält einen festen Satz von Elementen.

Die Hauptklassen organischer Substanzen sind Proteine, Nukleinsäuren, Fette und Kohlenhydrate. Sie sind vollständig aus biogenen Grundelementen aufgebaut: Das Gerüst des Moleküls besteht immer aus Kohlenstoff, zu den Radikalen gehören Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Bei Tieren dominieren Proteine und bei Pflanzen Polysaccharide.

Anorganische Stoffe- das sind alles Mineralsalze und natürlich Wasser. Von allen anorganischen Stoffen in der Zelle ist H 2 O am weitesten verbreitet, in dem die übrigen Stoffe gelöst sind.

All dies hilft Ihnen dabei, festzustellen, welche chemischen Elemente Teil der Zelle sind, und ihre Funktionen im Körper werden für Sie kein Rätsel mehr sein.

Wasser. Von den anorganischen Substanzen, aus denen die Zelle besteht, ist Wasser das wichtigste. Sein Anteil liegt zwischen 60 und 95 % der gesamten Zellmasse. Wasser spielt eine entscheidende Rolle im Leben von Zellen und lebenden Organismen im Allgemeinen. Neben der Tatsache, dass es Teil ihrer Zusammensetzung ist, ist es für viele Organismen auch ein Lebensraum.

Die Rolle von Wasser in einer Zelle wird durch seine einzigartige chemische Zusammensetzung bestimmt physikalische Eigenschaften, hauptsächlich mit der geringen Größe der Moleküle, mit der Polarität ihrer Moleküle und mit ihrer Fähigkeit, untereinander Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden, verbunden.

Wasser als Bestandteil biologischer Systeme erfüllt folgende wesentliche Funktionen:

Wasser- universelles Lösungsmittel für polare Stoffe, wie Salze, Zucker, Alkohole, Säuren usw. Als Stoffe werden Stoffe bezeichnet, die in Wasser gut löslich sind hydrophil. Wenn ein Stoff in Lösung geht, können sich seine Moleküle oder Ionen freier bewegen; Dementsprechend erhöht sich die Reaktivität des Stoffes. Aus diesem Grund am meisten In der Zelle finden chemische Reaktionen statt wässrige Lösungen.
Seine Moleküle sind an vielen chemischen Reaktionen beteiligt, beispielsweise an der Bildung oder Hydrolyse von Polymeren. Bei der Photosynthese ist Wasser ein Elektronendonor, eine Quelle für Wasserstoffionen und freien Sauerstoff. Wasser löst unpolare Stoffe nicht und vermischt sich nicht mit ihnen, da es mit ihnen keine Wasserstoffbrückenbindungen eingehen kann. Als wasserunlösliche Stoffe werden bezeichnet hydrophob.
Hydrophobe Moleküle oder Teile davon werden von Wasser abgestoßen und in seiner Gegenwart voneinander angezogen. Solche Wechselwirkungen spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Stabilität von Membranen sowie vieler Proteinmoleküle, Nukleinsäuren und einer Reihe subzellulärer Strukturen. Wasser hat eine hohe Spezifität Wärmekapazität. Das Aufbrechen der Wasserstoffbrückenbindungen, die die Wassermoleküle zusammenhalten, erfordert die Absorption einer großen Energiemenge. Diese Eigenschaft gewährleistet die Aufrechterhaltung des thermischen Gleichgewichts des Körpers bei erheblichen Temperaturänderungen in der Umgebung. Außerdem ist Wasser anders hohe Wärmeleitfähigkeit,
Dadurch kann der Körper in seinem gesamten Volumen die gleiche Temperatur aufrechterhalten. Wasser wird charakterisiert hohe Verdampfungswärme, d.h.
h. die Fähigkeit von Molekülen, eine erhebliche Menge Wärme abzutransportieren und gleichzeitig den Körper zu kühlen. Dank dieser Eigenschaft des Wassers, die sich beim Schwitzen bei Säugetieren, bei thermischer Atemnot bei Krokodilen und anderen Tieren sowie bei der Transpiration bei Pflanzen bemerkbar macht, wird eine Überhitzung verhindert. Es ist ausschließlich für Wasser charakteristisch Diese Eigenschaft ist für Adsorptionsprozesse, für die Bewegung von Lösungen durch Gewebe (Blutkreislauf, auf- und absteigende Strömungen in Pflanzen) sehr wichtig. Die Oberflächenspannung ermöglicht es vielen kleinen Organismen, auf dem Wasser zu schwimmen oder über die Oberfläche zu gleiten.
Wasser sorgt Bewegung von Stoffen in Zelle und Körper, Aufnahme von Stoffen und Ausscheidung von Stoffwechselprodukten.
Bei Pflanzen bestimmt Wasser turgor Zellen, und bei manchen Tieren führt es durch Unterstützungsfunktionen, ein hydrostatisches Skelett sein (Rund- und Ringelwürmer, Stachelhäuter).
Wasser - Komponente Schmierflüssigkeiten(Synovial – in den Gelenken von Wirbeltieren, Pleura – in Pleurahöhle, Perikard - im Perikardsack) und Schleim(erleichtern die Bewegung von Stoffen durch den Darm, schaffen ein feuchtes Milieu auf den Schleimhäuten Atemwege). Es ist Bestandteil von Speichel, Galle, Tränen, Sperma usw.

Mineralsalze. Anorganische Stoffe in der Zelle, außer Wasser, Precspavlev-Mineralsalze. Salzmoleküle in einer wässrigen Lösung zerfallen in Kationen und Anionen. Höchster Wert haben Kationen (K +, Na +, Ca 2+, Mg:+, NH 4 +) und Anionen (C1, H 2 P0 4 -, HP0 4 2-, HC0 3 -, NO3 2--, SO 4 2- ) Nicht nur der Gehalt, sondern auch das Verhältnis der Ionen in der Zelle ist von Bedeutung.

Der Unterschied zwischen den Mengen an Kationen und Anionen an der Oberfläche und im Inneren der Zelle sorgt für das Auftreten Aktionspotenzial, was dem Auftreten von Nerven- und Muskelerregung zugrunde liegt. Der Unterschied in der Ionenkonzentration auf verschiedenen Seiten der Membran ist für den aktiven Stofftransport durch die Membran sowie für die Energieumwandlung verantwortlich.

Zellen enthalten anorganische und organische Stoffe (Verbindungen).

Anorganische Stoffe der Zelle- das sind Wasser, verschiedene Mineralsalze, Kohlendioxid, Säuren und Basen.

Anorganische Stoffe der Zelle

Wasser

(macht 70-80 % der Zellmasse aus)

Mineralsalze
(machen 1-1,5 % der gesamten Zellmasse aus)

verleiht der Zelle Elastizität und Volumen;
universelles Lösungsmittel;
Es bilden sich wässrige Lösungen interne Umgebung Zellen;
ein Transportmittel für gelöste Stoffe in die Zelle hinein und aus ihr heraus;
dient als Medium, in dem chemische Reaktionen ablaufen;
ist ein Beschleuniger vieler chemischer Prozesse;
sorgt für Wärmekapazität;
hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit;
beteiligt sich an der Thermoregulation lebender Organismen.

in Form von Ionen oder festen unlöslichen Salzen vorhanden;
eine saure oder alkalische Reaktion in der Umwelt hervorrufen;
Ca2+ ist Bestandteil von Knochen und Zähnen, beteiligt sich an der Blutgerinnung;
K+ Und Na+ sorgen für Reizbarkeit der Zellen;
Cl- enthalten Magensaft;
Mg 2+ gefunden in Chlorophyll;
ICH - Bestandteil von Thyroxin (Schilddrüsenhormon);
Fe 2+ ist Teil von Hämoglobin;
Cu, Mn, B sind an der Hämatopoese und Photosynthese beteiligt und beeinflussen das Pflanzenwachstum.

Wasser ist ein wesentlicher Bestandteil des Inhalts einer lebenden Zelle. Wasser verleiht der Zelle Elastizität und Volumen, gewährleistet die Konsistenz der Zusammensetzung, beteiligt sich an chemischen Reaktionen und am Aufbau organischer Moleküle und ermöglicht den Ablauf aller lebenswichtigen Prozesse der Zelle. Wasser ist ein Lösungsmittel Chemikalien die die Zelle betreten und verlassen.

Wasser(Wasserstoffoxid, H 2 O) ist eine transparente Flüssigkeit, die (in kleinen Mengen) farblos, geruchlos und geschmacklos ist. IN natürliche Bedingungen enthält gelöste Stoffe (Salze, Gase). Wasser ist von zentraler Bedeutung für das Leben von Zellen und Lebewesen sowie für die Entstehung von Klima und Wetter.

Die Wassermenge in der Zelle beträgt 60 bis 95 % der Gesamtmasse. Die Rolle von Wasser in einer Zelle wird durch seine einzigartigen chemischen und physikalischen Eigenschaften bestimmt, die mit der geringen Größe der Moleküle, ihrer Polarität und der Fähigkeit zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind.

Wasser als Bestandteil biologische Systeme

Wasser ist ein universelles Lösungsmittel für polare Stoffe – Salze, Zucker, Säuren usw. Es erhöht diese Reaktivität Daher finden die meisten chemischen Reaktionen in der Zelle in wässrigen Lösungen statt.
Unpolare Stoffe sind in Wasser unlöslich (Wasserstoffbrücken bilden sich nicht). Durch die gegenseitige Anziehung bilden hydrophobe Substanzen in Gegenwart von Wasser verschiedene Komplexe (z. B. biologische Membranen).
Hohe spezifische Wärmekapazität von Wasser (d. h. Absorption). große Mengen Energie zum Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen) sorgt für die Aufrechterhaltung des thermischen Gleichgewichts des Körpers bei Temperaturänderungen Umfeld.
Die hohe Verdampfungswärme (die Fähigkeit von Molekülen, beim Abkühlen des Körpers eine erhebliche Wärmemenge abzuführen) verhindert eine Überhitzung des Körpers.
Eine hohe Oberflächenspannung gewährleistet die Bewegung von Lösungen durch Gewebe.
Wasser sorgt für den Abtransport von Stoffwechselprodukten.
Bei Pflanzen hält Wasser den Zellturgor aufrecht, bei manchen Tieren übernimmt es unterstützende Funktionen (hydrostatisches Skelett).
Wasser ist Bestandteil verschiedener biologischer Flüssigkeiten (Blut, Speichel, Schleim, Galle, Tränen, Sperma, Synovial- und Pleuraflüssigkeit usw.).

Das Wassermolekül hat eine eckige Form: Die Wasserstoffatome bilden zum Sauerstoff einen Winkel von etwa 104,5°.

Aufgrund der hohen Elektronegativität des Sauerstoffatoms ist die O-H-Bindung polar. Die Wasserstoffatome tragen eine teilweise positive Ladung und die Sauerstoffatome tragen eine teilweise negative Ladung.

Ein Dipol erzeugt um sich herum in Abständen, die im Vergleich zu seiner Größe groß sind, ein Magnetfeld.

Wenn Wasser verdunstet, erfordert das Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen viel Energie.

Wassergehalt in verschiedenen Organismen und Organen (in %)
Pflanzen oder Pflanzenteile		Tiere oder Tierorgane
Algen	bis 98	Qualle	bis 95
Höhere Pflanzen	von 70 bis 80	Traubenschnecken	80
Baumblätter	von 50 bis 97	Menschlicher Körper	60
Kartoffelknollen	75	Menschliches Blut	79
Saftige Früchte	bis 95	Menschliche Muskeln	von 77 bis 83
Holzige Pflanzenteile	von 40 bis 80	Menschliches Herz	70
Trockene Samen	von 5 bis 9

Anorganische Substanzen in der Zelle, außer Wasser, werden durch dargestellt Mineralsalze.

Mineralsalze machen nur 1–1,5 % der gesamten Zellmasse aus, spielen aber eine wichtige Rolle. In gelöster Form sind sie ein notwendiges Medium für die chemischen Prozesse, die das Leben der Zelle bestimmen.

Zellen enthalten viele verschiedene Salze. Tiere entfernen über das Ausscheidungssystem überschüssige Salze aus dem Körper, und bei Pflanzen sammeln sie sich an und kristallisieren in verschiedenen Organellen oder in Vakuolen. Häufiger sind dies Calciumsalze. Ihre Form in Pflanzenzellen kann unterschiedlich sein: Nadeln, Rauten, Kristalle – einzeln oder miteinander verwachsen (Drusen).

Salzmoleküle in einer wässrigen Lösung zerfallen in Kationen und Anionen. Die wichtigsten sind Kationen (K +, Na +, Ca 2+, Mg +, NH 4 +) und Anionen (Cl -, H 2 P0 4 -, HP0 4 2-, HC0 3 -, NO 3 -, SO 4 2 -).

Die Konzentration verschiedener Ionen ist nicht gleich verschiedene Teile Zellen sowie in der Zelle und Umgebung. Die Konzentration von Natriumionen ist außerhalb der Zelle immer höher und die Konzentration von Kalium- und Magnesiumionen ist innerhalb der Zelle immer höher. Der Unterschied zwischen der Menge an Kationen und Anionen im Inneren der Zelle und auf ihrer Oberfläche gewährleistet den aktiven Stofftransport durch die Membran.

Die Puffereigenschaften des Zytoplasmas – die Fähigkeit der Zelle, eine bestimmte Konzentration an Wasserstoffionen unter Bedingungen der ständigen Bildung saurer und alkalischer Substanzen während des Stoffwechsels aufrechtzuerhalten – hängen von der Salzkonzentration in der Zelle ab.

Phosphorsäureanionen erzeugen Phosphat Puffersystem, wodurch der pH-Wert der intrazellulären Umgebung des Körpers auf einem Wert von 6,9 gehalten wird.

Kohlensäure und ihre Anionen bilden ein Bicarbonat-Puffersystem, das den pH-Wert der extrazellulären Umgebung (Blutplasma) bei 7,4 hält.

Einige Ionen sind an der Aktivierung von Enzymen, der Erzeugung von osmotischem Druck in der Zelle, an Muskelkontraktionen, Blutgerinnung usw. beteiligt. Für die Synthese wichtiger organischer Substanzen sind eine Reihe von Kationen und Anionen erforderlich.

Organismen bestehen aus Zellen. Zellen verschiedene Organismen haben eine ähnliche chemische Zusammensetzung. Tabelle 1 stellt die wichtigsten chemischen Elemente dar, die in den Zellen lebender Organismen vorkommen.

Tabelle 1. Gehalt an chemischen Elementen in der Zelle

Anhand des Inhalts der Zelle können drei Gruppen von Elementen unterschieden werden. Zur ersten Gruppe gehören Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Sie machen fast 98 % der Gesamtzusammensetzung der Zelle aus. Die zweite Gruppe umfasst Kalium, Natrium, Kalzium, Schwefel, Phosphor, Magnesium, Eisen, Chlor. Ihr Gehalt in der Zelle beträgt Zehntel und Hundertstel Prozent. Elemente dieser beiden Gruppen werden klassifiziert als Makronährstoffe(aus dem Griechischen Makro- groß).

Die übrigen Elemente, die in der Zelle durch Hundertstel und Tausendstel Prozent dargestellt werden, sind in der dritten Gruppe enthalten. Das Mikroelemente(aus dem Griechischen Mikro- klein).

In der Zelle wurden keine Elemente gefunden, die nur in der belebten Natur vorkommen. Alle aufgeführten chemischen Elemente sind in der Zusammensetzung enthalten unbelebte Natur. Dies weist auf die Einheit von belebter und unbelebter Natur hin.

Ein Mangel an irgendeinem Element kann zu Krankheiten und sogar zum Tod des Körpers führen, da jedes Element eine bestimmte Rolle spielt. Makroelemente der ersten Gruppe bilden die Grundlage für Biopolymere – Proteine, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren sowie Lipide, ohne die Leben nicht möglich ist. Schwefel ist Teil einiger Proteine, Phosphor ist Teil von Nukleinsäuren, Eisen ist Teil von Hämoglobin und Magnesium ist Teil von Chlorophyll. Calcium spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel.

Einige der in der Zelle enthaltenen chemischen Elemente sind Bestandteil anorganischer Substanzen – Mineralsalze und Wasser.

Mineralsalze kommen in der Zelle in der Regel in Form von Kationen (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) und Anionen (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO) vor 3), deren Verhältnis den Säuregehalt der Umgebung bestimmt, der für das Leben der Zellen wichtig ist.

(In vielen Zellen ist die Umgebung leicht alkalisch und ihr pH-Wert ändert sich fast nicht, da darin ständig ein bestimmtes Verhältnis von Kationen und Anionen eingehalten wird.)

Von den anorganischen Substanzen in der belebten Natur spielt es eine große Rolle Wasser.

Ohne Wasser ist Leben unmöglich. Es macht einen erheblichen Teil der meisten Zellen aus. In den Zellen des Gehirns und menschlicher Embryonen ist viel Wasser enthalten: mehr als 80 % Wasser; in Fettgewebezellen - nur 40 % Mit zunehmendem Alter nimmt der Wassergehalt in den Zellen ab. Ein Mensch, der 20 % seines Wassers verloren hat, stirbt.

Die einzigartigen Eigenschaften des Wassers bestimmen seine Rolle im Körper. Es ist an der Thermoregulation beteiligt, was auf die hohe Wärmekapazität von Wasser zurückzuführen ist – der Verbrauch einer großen Energiemenge beim Erhitzen. Was bestimmt die hohe Wärmekapazität von Wasser?

In einem Wassermolekül ist ein Sauerstoffatom kovalent an zwei Wasserstoffatome gebunden. Das Wassermolekül ist polar, weil das Sauerstoffatom und jedes der beiden Wasserstoffatome teilweise negativ geladen sind

Teilweise positive Ladung. Zwischen dem Sauerstoffatom eines Wassermoleküls und dem Wasserstoffatom eines anderen Moleküls entsteht eine Wasserstoffbrücke. Wasserstoffbrückenbindungen sorgen für die Verbindung einer Vielzahl von Wassermolekülen. Beim Erhitzen von Wasser erheblicher Teil Es wird Energie aufgewendet, um Wasserstoffbrückenbindungen aufzubrechen, was seine hohe Wärmekapazität bestimmt.

Wasser - gutes Lösungsmittel. Aufgrund ihrer Polarität interagieren seine Moleküle mit positiv und negativ geladenen Ionen und fördern so die Auflösung des Stoffes. Bezogen auf Wasser werden alle Zellstoffe in hydrophile und hydrophobe unterteilt.

Hydrophil(aus dem Griechischen Wasserkraft- Wasser und filleo- Liebe) nennt man Stoffe, die sich in Wasser auflösen. Dazu gehören ionische Verbindungen (z. B. Salze) und einige nichtionische Verbindungen (z. B. Zucker).

Hydrophob(aus dem Griechischen Wasserkraft- Wasser und Phobos- Angst) sind wasserunlösliche Stoffe. Hierzu zählen beispielsweise Lipide.

Wasser spielt eine wichtige Rolle bei den chemischen Reaktionen, die in wässrigen Lösungen in der Zelle ablaufen. Es löst Stoffwechselprodukte auf, die der Körper nicht benötigt, und fördert dadurch deren Abtransport aus dem Körper. Toller Inhalt Wasser im Käfig gibt es Elastizität. Wasser erleichtert die Bewegung verschiedener Substanzen innerhalb einer Zelle oder von Zelle zu Zelle.

Körper der belebten und unbelebten Natur bestehen aus den gleichen chemischen Elementen. Lebende Organismen enthalten anorganische Substanzen – Wasser und Mineralsalze. Die lebenswichtigen zahlreichen Funktionen von Wasser in einer Zelle werden durch die Eigenschaften seiner Moleküle bestimmt: ihre Polarität, die Fähigkeit, Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden.

ANORGANISCHE KOMPONENTEN DER ZELLE

In den Zellen lebender Organismen kommen etwa 90 Elemente vor, davon etwa 25 in fast allen Zellen. Entsprechend ihrem Inhalt in der Zelle werden chemische Elemente in drei Teile eingeteilt große Gruppen: Makroelemente (99 %), Mikroelemente (1 %), Ultramikroelemente (weniger als 0,001 %).

Zu den Makroelementen gehören Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff, Phosphor, Kalium, Schwefel, Chlor, Kalzium, Magnesium, Natrium und Eisen.
Zu den Mikroelementen gehören Mangan, Kupfer, Zink, Jod und Fluor.
Zu den Ultramikroelementen gehören Silber, Gold, Brom und Selen.

ELEMENTE	INHALT IM KÖRPER (%)	BIOLOGISCHE BEDEUTUNG
Makronährstoffe:
O.C.H.N.	62-3	Enthält alle organischen Stoffe in den Zellen, Wasser
Phosphor R	1,0	Sie sind Bestandteil von Nukleinsäuren, ATP (bildet hochenergetische Bindungen), Enzymen, Knochengewebe und Zahnschmelz
Kalzium Ca +2	2,5	Bei Pflanzen ist es Teil der Zellmembran, bei Tieren aktiviert es in der Zusammensetzung von Knochen und Zähnen die Blutgerinnung
Mikroelemente:	1-0,01
Schwefel S	0,25	Enthält Proteine, Vitamine und Enzyme
Kalium K+	0,25	Bestimmt die Implementierung Nervenimpulse; Aktivator von Proteinsyntheseenzymen, Photosyntheseprozessen, Pflanzenwachstum
Chlor CI -	0,2	Es ist Bestandteil des Magensaftes in Form Salzsäure, aktiviert Enzyme
Natrium Na+	0,1	Sorgt für die Weiterleitung von Nervenimpulsen, unterstützt osmotischer Druck in der Zelle regt die Hormonsynthese an
Magnesium Mg +2	0,07	Ein Teil des Chlorophyllmoleküls, das in Knochen und Zähnen vorkommt, aktiviert die DNA-Synthese und den Energiestoffwechsel
Jod I -	0,1	Ein Teil des Schilddrüsenhormons – Thyroxin – beeinflusst den Stoffwechsel
Eisen Fe+3	0,01	Es ist Teil von Hämoglobin, Myoglobin, der Linse und Hornhaut des Auges, ein Enzymaktivator und an der Synthese von Chlorophyll beteiligt. Sorgt für den Sauerstofftransport zu Geweben und Organen
Ultramikroelemente:	weniger als 0,01, Spurenmengen
Kupfer Si +2		Beteiligt sich an den Prozessen der Hämatopoese, der Photosynthese und katalysiert intrazelluläre oxidative Prozesse
Mangan Mn		Erhöht die Pflanzenproduktivität, aktiviert den Prozess der Photosynthese und beeinflusst hämatopoetische Prozesse
Bor V		Beeinflusst Pflanzenwachstumsprozesse
Fluor F		Es ist Teil des Zahnschmelzes; bei einem Mangel entsteht Karies; bei einem Überschuss entsteht Fluorose.
Stoffe:
N 2 0	60-98	Es bildet die innere Umgebung des Körpers, ist an Hydrolyseprozessen beteiligt und strukturiert die Zelle. Universelles Lösungsmittel, Katalysator, Teilnehmer an chemischen Reaktionen

ORGANISCHE BESTANDTEILE VON ZELLEN

STOFFE	STRUKTUR UND EIGENSCHAFTEN	FUNKTIONEN
Lipide
	Ester höherer Fettsäuren und Glycerin. Die Zusammensetzung der Phospholipide umfasst zusätzlich den Rest H 3 PO4. Sie haben hydrophobe oder hydrophil-hydrophobe Eigenschaften und eine hohe Energieintensität	Konstruktion- bildet die Bilipidschicht aller Membranen. Energie. Thermoregulatorisch. Schützend. Hormonell(Kortikosteroide, Sexualhormone). Komponenten Vitamine D, E. Wasserquelle im Körper
Kohlenhydrate
Monosaccharide: Glucose, Fruktose, Ribose, Desoxyribose	Sehr gut wasserlöslich	Energie
Disaccharide: Saccharose, Maltose (Malzzucker)	Löslich in Wasser	Komponenten DNA, RNA, ATP
Polysaccharide: Stärke, Glykogen, Zellulose	In Wasser schlecht oder unlöslich	Ersatznährstoff. Konstruktion – die Hülle einer Pflanzenzelle
Eichhörnchen	Polymere. Monomere – 20 Aminosäuren.	Enzyme sind Biokatalysatoren.
	I-Struktur ist die Abfolge von Aminosäuren in der Polypeptidkette. Bindung - Peptid - CO-NH-	Bau – inklusive Membranstrukturen, Ribosomen.
	II-Struktur - A-Helix, Bindung - Wasserstoff	Motorisch (kontraktile Muskelproteine).
	III Struktur – räumliche Konfiguration A-Spiralen (Kugel). Bindungen – ionisch, kovalent, hydrophob, Wasserstoff	Transport (Hämoglobin). Schützend (Antikörper). Regulatorisch (Hormone, Insulin).
	Die IV-Struktur ist nicht für alle Proteine charakteristisch. Verbindung mehrerer Polypeptidketten zu einer einzigen Überstruktur. In Wasser schlecht löslich. Aktion hohe Temperaturen, konzentrierte Säuren und Laugen, Salze Schwermetalle verursacht Denaturierung
Nukleinsäuren:	Biopolymere. Besteht aus Nukleotiden
DNA ist Desoxyribonukleinsäure.	Nukleotidzusammensetzung: Desoxyribose, stickstoffhaltige Basen – Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin, H 3 PO 4-Rest. Komplementarität stickstoffhaltiger Basen A = T, G = C. Doppelhelix. Kann sich selbst verdoppeln	Sie bilden Chromosomen. Speicherung und Übermittlung von Erbinformationen, genetischer Code. Biosynthese von RNA und Proteinen. Kodiert die Primärstruktur eines Proteins. Enthalten im Zellkern, Mitochondrien, Plastiden
RNA ist Ribonukleinsäure.	Nukleotidzusammensetzung: Ribose, stickstoffhaltige Basen – Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil, H 3 PO 4-Rest Komplementarität der stickstoffhaltigen Basen A = U, G = C. Eine Kette
Messenger-RNA		Die Übertragung von Informationen über die Primärstruktur des Proteins ist an der Proteinbiosynthese beteiligt
Ribosomale RNA		Baut den Ribosomenkörper auf
RNA übertragen		Kodiert und transportiert Aminosäuren zum Ort der Proteinsynthese – den Ribosomen
Virale RNA und DNA		Genetischer Apparat von Viren

Enzyme.

Die wichtigste Funktion von Proteinen ist die katalytische. Als Proteinmoleküle werden Proteinmoleküle bezeichnet, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen in einer Zelle um mehrere Größenordnungen erhöhen Enzyme. Kein einziger biochemischer Prozess im Körper läuft ohne die Beteiligung von Enzymen ab.

Derzeit wurden über 2000 Enzyme entdeckt. Ihre Effizienz ist um ein Vielfaches höher als die Effizienz anorganischer Katalysatoren, die in der Produktion eingesetzt werden. Somit ersetzt 1 mg Eisen im Katalase-Enzym 10 Tonnen anorganisches Eisen. Katalase erhöht die Zersetzungsgeschwindigkeit von Wasserstoffperoxid (H 2 O 2) um das 10- bis 11-fache. Das Enzym, das die Reaktion der Kohlensäurebildung (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) katalysiert, beschleunigt die Reaktion um das 10-fache.

Eine wichtige Eigenschaft von Enzymen ist die Spezifität ihrer Wirkung; jedes Enzym katalysiert nur eine oder eine kleine Gruppe ähnlicher Reaktionen.

Der Stoff, auf den das Enzym einwirkt, wird genannt Substrat. Die Strukturen der Enzym- und Substratmoleküle müssen exakt zueinander passen. Dies erklärt die Spezifität der Wirkung von Enzymen. Wenn ein Substrat mit einem Enzym kombiniert wird, verändert sich die räumliche Struktur des Enzyms.

Der Ablauf der Wechselwirkung zwischen Enzym und Substrat lässt sich schematisch darstellen:

Substrat+Enzym - Enzym-Substrat-Komplex - Enzym+Produkt.

Das Diagramm zeigt, dass sich das Substrat mit dem Enzym zu einem Enzym-Substrat-Komplex verbindet. In diesem Fall wird das Substrat in einen neuen Stoff – ein Produkt – umgewandelt. Im letzten Stadium wird das Enzym aus dem Produkt freigesetzt und interagiert erneut mit einem anderen Substratmolekül.

Enzyme funktionieren nur bei einer bestimmten Temperatur, Stoffkonzentration und Säuregehalt der Umgebung. Veränderte Bedingungen führen zu Veränderungen in der Tertiär- und Quartärstruktur des Proteinmoleküls und damit zur Unterdrückung der Enzymaktivität. Wie passiert das? Nur ein bestimmter Teil des Enzymmoleküls, genannt aktives Zentrum. Das aktive Zentrum enthält 3 bis 12 Aminosäurereste und entsteht durch Biegung der Polypeptidkette.

Unter dem Einfluss verschiedener Faktoren verändert sich die Struktur des Enzymmoleküls. In diesem Fall wird die räumliche Konfiguration des aktiven Zentrums gestört und das Enzym verliert seine Aktivität.

Enzyme sind Proteine, die als biologische Katalysatoren wirken. Dank Enzymen erhöht sich die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen in Zellen um mehrere Größenordnungen. Eine wichtige Eigenschaft von Enzymen ist ihre spezifische Wirkung unter bestimmten Bedingungen.

Nukleinsäuren.

Nukleinsäuren wurden in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts entdeckt. Der Schweizer Biochemiker F. Miescher, der aus Zellkernen eine Substanz mit hohem Stickstoff- und Phosphorgehalt isolierte und sie „Nuclein“ nannte (von lat. Kern- Kern).

Nukleinsäuren speichern Erbinformationen über die Struktur und Funktion jeder Zelle und aller Lebewesen auf der Erde. Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren – DNA (Desoxyribonukleinsäure) und RNA (Ribonukleinsäure). Nukleinsäuren sind wie Proteine artspezifisch, das heißt, Organismen jeder Art haben ihren eigenen DNA-Typ. Um die Gründe herauszufinden Artenspezifität Betrachten Sie die Struktur von Nukleinsäuren.

Nukleinsäuremoleküle sind sehr lange Ketten, die aus vielen Hunderten oder sogar Millionen von Nukleotiden bestehen. Jede Nukleinsäure enthält nur vier Arten von Nukleotiden. Die Funktionen von Nukleinsäuremolekülen hängen von ihrer Struktur, den darin enthaltenen Nukleotiden, ihrer Anzahl in der Kette und der Reihenfolge der Verbindung im Molekül ab.

Jedes Nukleotid besteht aus drei Komponenten: einer stickstoffhaltigen Base, einem Kohlenhydrat und einer Phosphorsäure. Jedes DNA-Nukleotid enthält eine von vier Arten stickstoffhaltiger Basen (Adenin – A, Thymin – T, Guanin – G oder Cytosin – C) sowie Desoxyribose-Kohlenstoff und einen Phosphorsäurerest.

Daher unterscheiden sich DNA-Nukleotide nur in der Art der stickstoffhaltigen Base.

Das DNA-Molekül besteht aus einer großen Anzahl von Nukleotiden, die in einer bestimmten Reihenfolge zu einer Kette verbunden sind. Jeder DNA-Molekültyp hat seine eigene Anzahl und Sequenz von Nukleotiden.

DNA-Moleküle sind sehr lang. Um beispielsweise die Nukleotidsequenz in DNA-Molekülen einer menschlichen Zelle (46 Chromosomen) in Buchstaben aufzuschreiben, wäre ein Buch mit etwa 820.000 Seiten erforderlich. Der Wechsel von vier Arten von Nukleotiden kann eine unendliche Anzahl von Varianten von DNA-Molekülen bilden. Diese Strukturmerkmale von DNA-Molekülen ermöglichen es ihnen, eine große Menge an Informationen über alle Eigenschaften von Organismen zu speichern.

1953 erstellten der amerikanische Biologe J. Watson und der englische Physiker F. Crick ein Modell der Struktur des DNA-Moleküls. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass jedes DNA-Molekül aus zwei miteinander verbundenen und spiralförmig verdrehten Ketten besteht. Es sieht aus wie eine Doppelhelix. In jeder Kette wechseln sich vier Arten von Nukleotiden in einer bestimmten Reihenfolge ab.

Die Nukleotidzusammensetzung der DNA variiert zwischen verschiedene Typen Bakterien, Pilze, Pflanzen, Tiere. Aber es ändert sich nicht mit dem Alter und hängt kaum von Umweltveränderungen ab. Nukleotide sind gepaart, das heißt, die Anzahl der Adeninnukleotide in jedem DNA-Molekül entspricht der Anzahl der Thymidinnukleotide (A-T) und die Anzahl der Cytosinnukleotide entspricht der Anzahl der Guaninnukleotide (C-G). Dies liegt daran, dass die Verbindung zweier Ketten in einem DNA-Molekül einer bestimmten Regel unterliegt, nämlich: Adenin einer Kette ist immer nur durch zwei Wasserstoffbrückenbindungen mit Thymin der anderen Kette verbunden, und Guanin – durch drei Wasserstoffbrückenbindungen mit Cytosin, das heißt, die Nukleotidketten eines DNA-Moleküls sind komplementär und ergänzen sich.

Nukleinsäuremoleküle – DNA und RNA – bestehen aus Nukleotiden. DNA-Nukleotide umfassen eine stickstoffhaltige Base (A, T, G, C), das Kohlenhydrat Desoxyribose und einen Phosphorsäuremolekülrest. Das DNA-Molekül ist eine Doppelhelix, die aus zwei Ketten besteht, die nach dem Komplementaritätsprinzip durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind. Die Funktion der DNA besteht darin, Erbinformationen zu speichern.

Die Zellen aller Organismen enthalten ATP-Moleküle – Adenosintriphosphorsäure. ATP ist ein universeller Zellstoff, dessen Molekül über energiereiche Bindungen verfügt. Das ATP-Molekül ist ein einzigartiges Nukleotid, das wie andere Nukleotide aus drei Komponenten besteht: einer stickstoffhaltigen Base – Adenin, einem Kohlenhydrat – Ribose, aber anstelle eines enthält es drei Reste von Phosphorsäuremolekülen (Abb. 12). Die in der Abbildung mit einem Symbol gekennzeichneten Verbindungen sind energiereich und werden aufgerufen makroergisch. Jedes ATP-Molekül enthält zwei hochenergetische Bindungen.

Beim Aufbrechen einer hochenergetischen Bindung und der Entfernung eines Moleküls Phosphorsäure mit Hilfe von Enzymen werden 40 kJ/mol Energie freigesetzt und ATP in ADP – Adenosindiphosphorsäure – umgewandelt. Wenn ein weiteres Molekül Phosphorsäure entfernt wird, werden weitere 40 kJ/mol freigesetzt; Es entsteht AMP – Adenosinmonophosphorsäure. Diese Reaktionen sind reversibel, das heißt, AMP kann in ADP, ADP in ATP umgewandelt werden.

ATP-Moleküle werden nicht nur abgebaut, sondern auch synthetisiert, sodass ihr Gehalt in der Zelle relativ konstant ist. Die Bedeutung von ATP im Leben einer Zelle ist enorm. Diese Moleküle spielen eine führende Rolle dabei Energiestoffwechsel notwendig, um das Leben der Zelle und des Organismus als Ganzes zu gewährleisten.

Reis. 12. Schema der Struktur von ATP.

Adenin -

Ein RNA-Molekül ist normalerweise eine einzelne Kette, die aus vier Arten von Nukleotiden besteht – A, U, G, C. Es sind drei Haupttypen von RNA bekannt: mRNA, rRNA, tRNA. Der Gehalt an RNA-Molekülen in einer Zelle ist nicht konstant; sie sind an der Proteinbiosynthese beteiligt. ATP ist ein universeller Energiestoff der Zelle, der energiereiche Bindungen enthält. ATP spielt eine zentrale Rolle im zellulären Energiestoffwechsel. RNA und ATP kommen sowohl im Zellkern als auch im Zytoplasma der Zelle vor.

Aufgaben und Tests zum Thema „Thema 4. „Chemische Zusammensetzung der Zelle“.

Polymer, Monomer;
Kohlenhydrate, Monosaccharide, Disaccharide, Polysaccharide;
Lipid, Fettsäure, Glycerin;
Aminosäure, Peptidbindung, Protein;
Katalysator, Enzym, aktives Zentrum;
Nukleinsäure, Nukleotid.

Nennen Sie 5-6 Gründe, die Wasser zu einem so wichtigen Bestandteil lebender Systeme machen.

Nennen Sie die vier Hauptklassen organische Verbindungen in lebenden Organismen enthalten; Beschreiben Sie die Rolle jedes einzelnen von ihnen.

Erklären Sie, warum enzymkontrollierte Reaktionen von der Temperatur, dem pH-Wert und der Anwesenheit von Coenzymen abhängen.

Erklären Sie die Rolle von ATP im Energiehaushalt der Zelle.

Nennen Sie die Ausgangsstoffe, Hauptschritte und Endprodukte lichtinduzierter Reaktionen und Kohlenstofffixierungsreaktionen.

Geben kurze Beschreibung allgemeines Schema Zellatmung, aus der hervorgeht, wo die Glykolysereaktionen, der G.-Krebs-Zyklus (Zyklus), stattfinden Zitronensäure) und Elektronentransportkette.

Vergleichen Sie Atmung und Fermentation.

Beschreiben Sie die Struktur des DNA-Moleküls und erklären Sie, warum die Anzahl der Adeninreste gleich der Anzahl der Thyminreste und die Anzahl der Guaninreste gleich der Anzahl der Cytosinreste ist.

Erstellen Sie ein kurzes Diagramm der RNA-Synthese aus DNA (Transkription) in Prokaryoten.

Beschreiben Sie die Eigenschaften des genetischen Codes und erklären Sie, warum es sich um einen Triplett-Code handeln sollte.

Bestimmen Sie anhand der angegebenen DNA-Kette und Codon-Tabelle die komplementäre Sequenz der Messenger-RNA, geben Sie die Codons der Transfer-RNA und die Aminosäuresequenz an, die als Ergebnis der Translation gebildet wird.

Listen Sie die Phasen der Proteinsynthese auf Ribosomenebene auf.

Algorithmus zur Lösung von Problemen.

Typ 1. Selbstkopie der DNA.

Eine der DNA-Ketten hat die folgende Nukleotidsequenz:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Welche Nukleotidsequenz hat die zweite Kette desselben Moleküls?

Um die Nukleotidsequenz des zweiten Strangs eines DNA-Moleküls zu schreiben, reicht es aus, wenn die Sequenz des ersten Strangs bekannt ist, Thymin durch Adenin, Adenin durch Thymin, Guanin durch Cytosin und Cytosin durch Guanin zu ersetzen. Nachdem wir diese Ersetzung vorgenommen haben, erhalten wir die Reihenfolge:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

Typ 2. Proteinkodierung.

Die Aminosäurekette des Ribonuklease-Proteins hat den folgenden Anfang: Lysin-Glutamin-Threonin-Alanin-Alanin-Alanin-Lysin...
Mit welcher Nukleotidsequenz beginnt das diesem Protein entsprechende Gen?

Verwenden Sie dazu die genetische Codetabelle. Für jede Aminosäure finden wir ihre Codebezeichnung in Form des entsprechenden Nukleotidtripels und schreiben sie auf. Indem wir diese Tripletts nacheinander in der gleichen Reihenfolge wie die entsprechenden Aminosäuren anordnen, erhalten wir die Formel für die Struktur eines Abschnitts der Boten-RNA. In der Regel gibt es mehrere solcher Drillinge, die Auswahl erfolgt nach Ihrer Entscheidung (es wird jedoch nur einer der Drillinge vergeben). Dementsprechend kann es mehrere Lösungen geben.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG

Mit welcher Aminosäuresequenz beginnt ein Protein, wenn es durch die folgende Nukleotidsequenz kodiert wird:
ACCTTCCATGGCCGGT...

Mithilfe des Komplementaritätsprinzips ermitteln wir die Struktur eines Abschnitts der Boten-RNA, der auf einem bestimmten Abschnitt eines DNA-Moleküls gebildet wird:
UGCGGGGUACCGGCCCA...

Dann wenden wir uns der Tabelle des genetischen Codes zu und suchen und schreiben für jedes Nukleotidtripel, beginnend mit dem ersten, die entsprechende Aminosäure aus:
Cystein-Glycin-Tyrosin-Arginin-Prolin-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. „Allgemeine Biologie“. Moskau, „Aufklärung“, 2000