المياه والمعادن

تحتوي الخلية الحية على حوالي 70% من وزنها H2O. يأتي H2O في شكلين:

1) مجاني (95٪) - في الفضاء بين الخلايا والأوعية والفجوات وتجويف الأعضاء.

2) مرتبط (5%) – بمواد عضوية عالية الجزيئات.

ملكية:

8) المذيب العالمي. بناءً على قابليتها للذوبان في الماء، تنقسم المواد إلى محبة للماء - قابلة للذوبان ومسعورة - غير قابلة للذوبان (الدهون والأحماض النووية وبعض البروتينات).

9) يشارك في الكيمياء الحيوية. التفاعلات (التحلل المائي، الأكسدة والاختزال، التمثيل الضوئي)

10) يشارك في ظاهرة التناضح - مرور المذيب عبر غلاف شبه نفاذ باتجاه المادة القابلة للذوبان بفعل قوة الضغط الاسموزي. الضغط الاسموزي في الثدييات يساوي 0.9% محلول كلوريد الصوديوم.

11) النقل - يتم نقل المواد القابلة للذوبان في الماء إلى داخل الخلية أو خارجها عن طريق الانتشار.

12) الماء لا يضغط عمليا، وبالتالي تحديد التورم.

13) لها قوة التوتر السطحي – هذه القوة تقوم بتدفق الدم الشعري إلى الأعلى والأسفل في النباتات.

14) يتمتع بقدرة حرارية عالية وموصلية حرارية عالية مما يحافظ على التوازن الحراري.

مع نقص H2O، تتعطل عمليات التمثيل الغذائي، وفقدان 20٪ من H2O يؤدي إلى الوفاة.

المعادن.

المعادن الموجودة في الخلية تكون على شكل أملاح. وفقا لتفاعلها، يمكن أن تكون المحاليل حمضية، أو قاعدية، أو متعادلة. يتم التعبير عن هذا التركيز باستخدام الرقم الهيدروجيني.

الرقم الهيدروجيني = 7 تفاعل سائل محايد

الرقم الهيدروجيني< 7 кислая

الرقم الهيدروجيني > 7 أساسي

التغيير في الرقم الهيدروجيني بمقدار 1-2 وحدة يضر بالخلية.

وظيفة الأملاح المعدنية :

1) الحفاظ على تورم الخلايا.

2) تنظيم الكيمياء الحيوية. العمليات.

3) الحفاظ على تكوين ثابت للبيئة الداخلية.

1) تعمل أيونات الكالسيوم على تحفيز انقباض العضلات. انخفاض تركيز الدم يسبب النوبات.

2) أملاح البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم. نسبة هذه الأيونات تضمن الانكماش الطبيعي لنظام القلب.

3) اليود هو أحد مكونات الغدة الدرقية.

9) المركبات العضوية للخلية: الكربوهيدرات، الدهون، البروتينات، الأحماض الأمينية، الإنزيمات.

أولا: الكربوهيدرات

وهي جزء من خلايا جميع الكائنات الحية. يوجد في الخلايا الحيوانية 1-5% كربوهيدرات، وفي الخلايا النباتية تصل إلى 90% (عملية التمثيل الضوئي).

الكيمياء. التركيب: C، H، O. مونومر – الجلوكوز.

مجموعات الكربوهيدرات:

1) السكريات الأحادية – عديمة اللون، حلوة، شديدة الذوبان في الماء (الجلوكوز، الفركتوز، الجالاكتوز، الريبوز، ديوكسي ريبوز).

2) السكريات قليلة التعدد (ثنائية) – حلوة، قابلة للذوبان (السكروز، المالتوز، اللاكتوز).

3) السكريات - غير محلى، ضعيف الذوبان في الماء (النشا، السليلوز - في الخلايا النباتية، الكيتين في الفطريات والمفصليات، الجليكوجين في الحيوانات والبشر). يتم تخزين الجليكوجين في العضلات والكبد. عندما ينهار، يتم تحرير الجلوكوز.

وظائف الكربوهيدرات:

1) الهيكلية - جزء من أغشية الخلايا النباتية.

2) وقائية - تحتوي الإفرازات التي تفرزها الغدد على الكربوهيدرات التي تحمي الأعضاء المجوفة (القصبات الهوائية والمعدة والأمعاء) من الفراء. الأضرار والنباتات من اختراق البكتيريا المسببة للأمراض

3) التخزين. يتم تخزين العناصر الغذائية (النشا والجليكوجين) في الخلايا كاحتياطيات.

4) البناء. تعمل السكريات الأحادية كمواد أولية لبناء المواد العضوية.

5) الطاقة. يتلقى الجسم 60% من طاقته من تحلل الكربوهيدرات. عندما يتم تكسير 1 جرام من الكربوهيدرات، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول من الطاقة.

ثانيا. الدهون (الدهون، المركبات الشبيهة بالدهون).

الكيمياء. مُجَمَّع

C، O، H. مونومر – الجلسرين والأحماض الدهنية عالية الجزيئية.

ملكيات:غير قابلة للذوبان في الماء، قابل للذوبان في المذيبات العضوية (البنزين، الكلوروفورم، الأثير، الأسيتون).

حسب الكيمياء وفقًا للهيكل ، تنقسم الدهون إلى المجموعات التالية:

1) محايدة. وهي مقسمة إلى صلبة (عند 20 درجة تظل صلبة) ولينة (الزبدة ودهون جسم الإنسان) وسائلة (زيوت نباتية).

2) الشمع. الأغطية: الجلد، الصوف، ريش الحيوانات، السيقان، الأوراق، ثمار النبات.

استرات تتكون من الأحماض الدهنية والكحول متعدد الهيدريك.

3) الفوسفوليبيدات. يتم استبدال واحد أو اثنين من بقايا الأحماض الدهنية ببقايا حمض الفوسفوريك. المكون الرئيسي لغشاء الخلية.

4) الستيرويدات هي دهون لا تحتوي على أحماض دهنية. وتشمل المنشطات الهرمونات (الكورتيزون، الهرمونات الجنسية)، والفيتامينات (أ، د، ه).

الكوليسترول الستيرويدي: مكون مهم في غشاء الخلية. يمكن أن يؤدي الكوليسترول الزائد إلى أمراض القلب والأوعية الدموية وتكوين حصوات المرارة.

وظائف الدهون:

1) الهيكلية (البناء) – جزء من أغشية الخلايا.

2) التخزين - يخزن في النباتات في الفواكه والبذور وفي الحيوانات في الأنسجة الدهنية تحت الجلد. عند أكسدة 1 جرام من الدهون، يتم إنتاج أكثر من 1 جرام من الماء.

3) وقائي – يعمل على العزل الحراري للكائنات الحية، لأنه لديه الموصلية الحرارية السيئة.

4) تنظيمية - تنظم الهرمونات (الكورتيكوستيرون والأندروجينات والإستروجين وما إلى ذلك) عمليات التمثيل الغذائي في الجسم.

5) الطاقة: أثناء أكسدة 1 جرام من الدهون، يتم إطلاق 38.9 كيلوجول.

ثالثا. السناجب.

المركبات العضوية البوليمرية ذات الوزن الجزيئي العالي. يتراوح محتوى البروتين في الخلايا المختلفة من 50 إلى 80٪. كل شخص على الأرض مجموعتها الفريدة من البروتينات الفريدة (باستثناء التوائم المتماثلة). خصوصية مجموعات البروتين تضمن الحالة المناعية لكل شخص.

الكيمياء. مُجَمَّع:ج، يا، ن، ح، ق، ف، الحديد.

المونومرات. هناك 20 منهم في المجموع، 9 منهم لا يمكن تعويضهم. يدخلون الجسم بالطعام في شكل جاهز.

ملكيات:

1) تمسخ الطبيعة - تدمير جزيئات البروتين تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة والأحماض والمواد الكيميائية. المواد والجفاف والتشعيع.

2) إعادة الطبيعة - استعادة الهيكل السابق عند عودة الظروف البيئية الطبيعية (باستثناء الحالة الأساسية).

البنية (مستويات تنظيم جزيء البروتين):

1) الهيكل الأساسي.

هذه سلسلة بولي ببتيد تتكون من سلسلة من الأحماض الأمينية.

2) الهيكل الثانوي.

سلسلة بولي ببتيد حلزونية ملتوية.

3) الهيكل الثالث.

يأخذ اللولب تكوينًا غريبًا - كروي.

4) الهيكل الرباعي.

يتم دمج عدة كريات في مجمع معقد.

وظائف البروتينات:

1) محفز (إنزيمي) - تعمل البروتينات كمحفزات (مسرعات التفاعلات الكيميائية الحيوية).

2) الهيكلية - وهي جزء من الأغشية وعضيات الخلايا والعظام والشعر والأوتار وما إلى ذلك.

3) المستقبل - تستقبل بروتينات المستقبل الإشارات من البيئة الخارجية وتنقلها إلى الخلية.

4) النقل - تقوم البروتينات الحاملة بنقل المواد عبر أغشية الخلايا (يحمل بروتين الهيموجلوبين الأكسجين من الرئتين إلى خلايا الأنسجة الأخرى).

5) الحماية - تحمي البروتينات الجسم من التلف وغزو الكائنات الغريبة (بروتينات الغلوبولين المناعي تحيد البروتينات الأجنبية. ويمنع الإنترفيرون تطور الفيروسات).

6) المحرك - يشارك بروتينات الأكتين والليسين في تقلص ألياف العضلات.

7) تنظيمية - تنظم البروتينات الهرمونية العمليات الفسيولوجية. على سبيل المثال، ينظم الأنسولين والجلوكاجون مستويات الجلوكوز في الدم.

8) الطاقة – عندما يتم تكسير 1 جرام من البروتين، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول من الطاقة.

رابعا. أحماض أمينية.

وهو مونومر البروتين.

معادلة:

يحتوي الحمض الأميني على المجموعات الأمينية H2N ومجموعة الكربوكسيل COOH. تختلف الأحماض الأمينية عن بعضها البعض من خلال جذورها R.

ترتبط الأحماض الأمينية بروابط ببتيدية لتكوين سلاسل متعددة الببتيد.

NH-CO ---NH-CO ---NH-CO

رابطة عديد الببتيد.

ترتبط مجموعة الكربوكسيل لأحد الأحماض الأمينية بالمجموعة الأمينية للحمض الأميني المجاور.

خامسا الانزيمات.

هذه جزيئات بروتينية قادرة على التحفيز (تسريع التفاعلات الكيميائية الحيوية في الخلية ملايين المرات).

وظائف وخصائص:

الإنزيمات محددة، أي أنها تحفز مادة كيميائية معينة فقط. رد فعل أو ما شابه ذلك.

يتصرفون في تسلسل محدد بدقة.

يعتمد نشاط الإنزيمات على درجة الحرارة، ورد فعل البيئة، ووجود الإنزيمات المساعدة - مركبات غير بروتينية، يمكن أن تكون فيتامينات، أيونات، مختلفة. درجة الحرارة المثلى لعمل الإنزيم هي 37-40 درجة.

يتم تنظيم نشاط الإنزيم عن طريق:

ومع ارتفاع درجات الحرارة تشتد حدة تحت تأثير المخدرات والسموم ويتم قمعها.

يؤدي غياب أو نقص الإنزيمات إلى أمراض خطيرة (الهيموفيليا ناتجة عن نقص الإنزيم المسؤول عن تخثر الدم).

تستخدم الإنزيمات في الطب لإنتاج اللقاحات. في صناعة إنتاج السكر من النشا والكحول من السكر ومواد أخرى.

بناء:

في الموقع النشط، تتفاعل الركيزة مع الإنزيم، الذي يتناسب معًا مثل "مفتاح القفل".

10) الأحماض النووية: DNA، RNA، ATP.

تم عزل الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) لأول مرة من نواة الخلايا في عام 1869 من قبل العالم السويسري ميشر. الأحماض النووية عبارة عن بوليمرات مونومرها عبارة عن نيوكليوتيدات تتكون من قاعدتين نوويتين الأدينين والجوانين و 3 بيريميدينات السيتوزين واليوراسيل والثايمين.

ط) الحمض النووي (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين).

تم فك شفرتها في عام 1953 بواسطة واتسون وكريك. 2 خيوط تلتف بشكل حلزوني حول بعضها البعض. تم العثور على الحمض النووي في النواة.

يتكون النوكليوتيدات من 3 بقايا:

1) الكربوهيدرات – ديوكسيريبوز.

2) حمض الفوسفوريك.

3) القواعد النيتروجينية.

تختلف النيوكليوتيدات عن بعضها البعض فقط في قواعدها النيتروجينية.

C - سيتيديل، G - جوانين، T - ثيميديل، A - الأدينين.

تجميع جزيئات الحمض النووي.

يحدث انضمام النيوكليوتيدات في شريط DNA من خلال روابط تساهمية من خلال الكربوهيدرات في أحد النيوكليوتيدات وبقايا حمض الفوسفوريك في النيوكليوتيدات المجاورة.

اتصال اثنين من المواضيع.

ويرتبط الخطان ببعضهما البعض بواسطة روابط هيدروجينية بين القواعد النيتروجينية. تتحد القواعد النيتروجينية وفق مبدأ التكامل A-T,G-C. التكامل (الملحق) هو المراسلات الصارمة للنيوكليوتيدات الموجودة في خيوط الحمض النووي المقترنة. تحتوي القواعد النيتروجينية على الشفرة الوراثية.

خصائص ووظائف الحمض النووي:

ط) النسخ المتماثل (التكرار) – مضاعفة نفسها. يحدث خلال الفترة الاصطناعية من الطور البيني.

1) يكسر الإنزيم الروابط الهيدروجينية ويتفكك الحلزون.

2) يتم فصل شريط واحد عن جزء آخر من جزيء DNA (يتم استخدام كل شريط كقالب).

3) تتأثر جزيئات الحمض النووي بإنزيم البوليميراز.

4) ربط كل شريط DNA بالنيوكليوتيدات التكميلية.

5) تكوين جزيئين من الحمض النووي.

II) تخزين المعلومات الوراثية على شكل تسلسل من النيوكليوتيدات.

III) نقل إلى الجين. الوقود النووي المشع.

IV) الحمض النووي الهيكلي موجود في الكروموسوم كمكون هيكلي.

II) الحمض النووي الريبي (حمض الريبونوكلييك).

بوليمر يتكون من سلسلة واحدة. هم:في النواة، السيتوبلازم، الريبوسومات، الميتوكوندريا، البلاستيدات.

المونومر هو نيوكليوتيد يتكون من 3 بقايا:

1) الكربوهيدرات - الريبوز.

2) بقايا حمض الفوسفوريك.

3) القاعدة النيتروجينية (غير المقترنة) (A، G، C، U - بدلاً من الثيمين).

وظائف الحمض النووي الريبي:نقل وتنفيذ المعلومات الوراثية من خلال تخليق البروتين.

أنواع الحمض النووي الريبي:

1) المعلومات (mRNA) أو المصفوفة (mRNA) 5% من إجمالي الحمض النووي الريبي (RNA).

يتم تصنيعه أثناء النسخ في قسم معين من جزيء الحمض النووي - الجين. mRNA يحمل المعلومات. حول بنية البروتين (تسلسل النوكليوتيدات) من النواة إلى السيتوبلازم إلى الريبوسومات ويصبح المصفوفة لتخليق البروتين.

2) الريبوسوم (الريبوسوم rRNA) 85٪ من جميع الحمض النووي الريبي (RNA)، الذي يتم تصنيعه في النواة، هي جزء من الكروموسومات، وتشكل المركز النشط للريبوسوم حيث يحدث التخليق الحيوي للبروتين.

3) النقل (tRNA) 10% من كل الحمض النووي الريبي (RNA)، يتشكل في النواة ويمر إلى السيتوبلازم وينقل الأحماض الأمينية إلى موقع تخليق البروتين، أي إلى الريبوسومات. لذلك فهي تأخذ شكل ورقة البرسيم:

III) ATP (حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك).

نيوكليوتيد يتكون من 3 بقايا:

1) القاعدة النيتروجينية هي الأدينين .

2) بقايا الكربوهيدرات هي الريبوز.

3) ثلاثة بقايا حمض الفوسفوريك.

الروابط بين بقايا حمض الفوسفوريك غنية بالطاقة وتسمى العناصر الكبيرة. عند إزالة جزيء واحد من حمض الفوسفوريك، يتم تحويل ATP إلى ADP، ويتم تحويل جزيئين إلى AMP. هذا يطلق طاقة قدرها 40 كيلوجول.

ATP (ثلاثي) > ADP (di) > AMP (أحادي).

يتم تصنيع ATP في الميتوكوندريا نتيجة لتفاعل الفسفرة.

تتم إضافة بقايا حمض الفوسفوريك إلى ADP. وهي موجودة دائمًا في الخلية، كناتج لنشاطها الحيوي.

وظائف اعبي التنس المحترفين:حارس عالمي وناقل للمعلومات.

أي خلية لا تحتوي على مواد عضوية فقط. أنه يحتوي على 70 عنصرا من الجدول الدوري. ويوجد 24 منها في خلايا من أي نوع. يتم تمثيل المواد غير العضوية للخلية أيضًا بالماء والأيونات.

يمكن تقسيم جميع العناصر إلى ثلاث مجموعات حسب محتواها:

• العناصر الكبيرة – N، C، H، O، Mg، Na، K، Ca، Fe، P، Cl، S؛
• العناصر الدقيقة - B، Ni، Cu، Zn، Mb، Co؛
• العناصر الدقيقة للغاية - U، Ra، Hg، Au، Pb، Se.

وفقا لطريقة تصنيف أخرى، يتم فصل العضيات عن هذه المجموعات - المواد اللازمة لتوليف المواد العضوية: الماء والكربون والأكسجين والنيتروجين.

معنى الماء

يعتبر الماء من أهم المواد غير العضوية الموجودة في الخلية. من الصعب المبالغة في تقدير ضرورتها لأي كائن حي، لكن قلة من الناس يعرفون جميع وظائفها في الخلية. دعونا نفكر فيها بإيجاز فيما يتعلق بخصائص المياه التي تسمح لها بأداء دورها.

1. النتح والتعرق – سعة حرارية عالية وموصلية حرارية جيدة.
2. الحفاظ على شكله - يكاد يكون من المستحيل ضغط الماء بحيث يغير حجمه.
3. خصائص التشحيم - اللزوجة.
4. التناضح هو حركة الجزيئات بسبب هشاشة الروابط الهيدروجينية داخل الجزيء.
5. يمكن لللمف والدم وعصارة المعدة وسوائل الجسم الأخرى استخدام الأكسجين المذاب في الماء - جزيئات الماء قطبية، وهي مذيب جيد.
6. يتم الحفاظ على وسط التشتت في السيتوبلازم (الوجود المتزامن في محلول من مرحلتين أو أكثر لا تختلط مع بعضها البعض) - تكوين قذائف ترطيب حول جزيئات كبيرة، مرة أخرى بسبب قطبية جزيئات الماء.

العناصر الكبرى والصغرى ودورها في الخلية

فلننظر إلى بعض وظائف العناصر لنفهم مدى أهميتها للخلية، رغم أن محتواها فيها صغير.

المغنيسيوم - يساعد العديد من الإنزيمات على المشاركة في تخليق الحمض النووي واستقلاب الطاقة.

الكالسيوم - ينظم نفاذية أغشية الخلايا.

البوتاسيوم - يشارك في تخليق البروتين وتحلل السكر، ويحافظ على الإمكانات الكهربائية الحيوية اللازمة على الغشاء (انظر كيف تعمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم).

الكبريت جزء من بعض الأحماض الأمينية، ويساعدها على إنشاء جسور ثاني كبريتيد (لتكوين البنية الثلاثية للبروتين)، ويشارك في عملية البناء الكيميائي والتمثيل الضوئي البكتيري.

الحديد هو جزء من إنزيمات نقل الإلكترون في نظام التمثيل الضوئي وهو مركز جزيء الهيموجلوبين.

الكلور - تساعد أيوناته الخلية على البقاء محايدة كهربائيًا.

البروم جزء من فيتامين ب1.

النحاس جزء من الإنزيمات التي تشارك في تركيب السيتوكروم.

الزنك – يوجد في الإنزيمات الضرورية للتخمر الكحولي.

وهذه ليست كل المواد غير العضوية في الخلية. من المهم جدًا الحفاظ على تركيز كل مادة عند المستوى المطلوب. بعد كل شيء، فإن نقصها يمكن أن يعطل عمل الخلية بشكل كبير. ومع ذلك، فإن فائضهم كذلك.

إن بنية الخلية وجميع العمليات التي تحدث فيها عبارة عن نظام كبير ومعقد للغاية. لقد تطورت جميع العمليات والأساليب الخاصة بتنظيمها على مدى قرون من التطور، وكل شيء فيها أصبح مثاليًا، ويعمل بثبات وبدون أخطاء في ظل الظروف المناسبة.

المواد غير العضوية التي تتكون منها الخلية - فيديو

التركيب الكيميائي للخلية

العناصر الكيميائية للخلية.

جميع الخلايا، بغض النظر عن مستوى التنظيم، متشابهة في التركيب الكيميائي. تحتوي الخلية على عدة آلاف من المواد التي تشارك في التفاعلات الكيميائية المختلفة. تم اكتشاف حوالي 80 عنصرًا كيميائيًا من الجدول الدوري لـ D. I. Mendeleev في الكائنات الحية. بالنسبة للـ 24 عنصرًا، فإن الوظائف التي تؤديها في الجسم معروفة، وهي حيوي عناصر. وتنقسم العناصر بناءً على محتواها الكمي في المادة الحية إلى ثلاث فئات:

المغذيات الكبيرة:

أو، ج، ح، ن- حوالي 98% من كتلة المادة الحية، عناصر المجموعة الأولى؛

K، Na، Ca، Mg، S، P، Cl، Fهـ - عناصر المجموعة الثانية. (1.9% من كتلة المادة الحية).

العناصر الدقيقة (Zn، Mn، Cu، Co، Mo وغيرها الكثير)،والتي تتراوح حصتها من 0.001% إلى 0.000001. العناصر الدقيقة هي جزء من المواد النشطة بيولوجيا - الإنزيمات والفيتامينات والهرمونات.

العناصر الدقيقة للغاية (الاتحاد الأفريقي، U، را، وما إلى ذلك)،والتي لا يتجاوز تركيزها 0.000001%. ولم يتم بعد توضيح دور معظم عناصر هذه المجموعة.

العناصر الكبرى والصغرى موجودة في المادة الحية في أشكال مختلفة مركبات كيميائية،والتي تنقسم إلى مواد غير عضوية وعضوية .

المركبات غير العضوية للخلية.

المواد غير العضوية تشمل: ماء،تشكل حوالي 70-80% من وزن الجسم؛ المعادن - 1-1,5%.

ماء. المركب غير العضوي الأكثر شيوعاً في الكائنات الحية. يختلف محتواه بشكل كبير: في خلايا مينا الأسنان، يشكل الماء حوالي 10٪ من الوزن، وفي خلايا الجنين النامي - أكثر من 90٪.

بدون الماء الحياة مستحيلة. إنه ليس مكونًا أساسيًا للخلايا الحية فحسب، بل إنه أيضًا موطن للكائنات الحية. تعتمد الأهمية البيولوجية للمياه على خصائصها الكيميائية والفيزيائية.

يتم تفسير الخواص الكيميائية والفيزيائية للمياه، في المقام الأول، من خلال صغر حجم جزيئات الماء، وقطبيتها وقدرتها على التواصل مع بعضها البعض من خلال روابط هيدروجينية. في جزيء الماء، ترتبط ذرة أكسجين واحدة تساهميًا بذرتين هيدروجين. الجزيء قطبي: تحمل ذرة الأكسجين شحنة سالبة صغيرة، وتحمل ذرتي الهيدروجين شحنة موجبة صغيرة. وهذا يجعل جزيء الماء ثنائي القطب. ولذلك، عندما تتفاعل جزيئات الماء مع بعضها البعض، تنشأ روابط هيدروجينية بينها. وهي أضعف بمقدار 15-20 مرة من الروابط التساهمية، ولكن بما أن كل جزيء ماء قادر على تكوين 4 روابط هيدروجينية، فإنها تؤثر بشكل كبير على الخواص الفيزيائية للماء. يتم تفسير السعة الحرارية الكبيرة وحرارة الانصهار وحرارة التبخر بحقيقة أن معظم الحرارة التي يمتصها الماء تنفق على كسر الروابط الهيدروجينية بين جزيئاته. الماء لديه الموصلية الحرارية العالية. الماء غير قابل للضغط عمليا وشفاف في الجزء المرئي من الطيف. أخيرًا، الماء مادة تكون كثافتها في الحالة السائلة أكبر منها في الحالة الصلبة؛ عند درجة حرارة 4 درجات مئوية يكون له كثافة قصوى، والجليد له كثافة أقل، ويرتفع إلى السطح ويحمي الخزان من التجمد.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية تجعله سائلاً فريدًا وتحدد أهميته البيولوجية. يعتبر الماء مذيباً جيداً للمركبات الأيونية (القطبية)، وكذلك بعض المركبات غير الأيونية التي تحتوي جزيئاتها على مجموعات (قطبية) مشحونة. أي مركبات قطبية في الماء رطب(محاطة بجزيئات الماء)، بينما تشارك جزيئات الماء في تكوين بنية جزيئات المواد العضوية. إذا كانت طاقة جذب جزيئات الماء لجزيئات المادة أكبر من طاقة الجذب بين جزيئات المادة فإن المادة تذوب. وفيما يتعلق بالمياه هناك: مواد محبة للماء -المواد شديدة الذوبان في الماء؛ مواد مسعور- مواد غير قابلة للذوبان عمليا في الماء. يمكن أن تحدث معظم التفاعلات الكيميائية الحيوية فقط في محلول مائي؛ تدخل العديد من المواد إلى الخلية وتخرج منها في محلول مائي. تساهم السعة الحرارية العالية والتوصيل الحراري للمياه في التوزيع الموحد للحرارة في الخلية.

بسبب فقدان الحرارة الكبير أثناء تبخر الماء، يبرد الجسم. وبفضل قوى الالتصاق والتماسك يستطيع الماء أن يرتفع عبر الشعيرات الدموية (أحد العوامل التي تضمن حركة الماء في أوعية النباتات). يشارك الماء بشكل مباشر في العديد من التفاعلات الكيميائية (التحلل المائي للبروتينات والكربوهيدرات والدهون وما إلى ذلك). يحدد الحالة المجهدة لجدران الخلايا (تورم)، ويقوم أيضًا بوظيفة داعمة (الهيكل العظمي الهيدروستاتيكي، على سبيل المثال، في الديدان المستديرة).

معادن الخلية.يتم تمثيلها بشكل أساسي بالأملاح التي تنفصل إلى الأنيونات والكاتيونات. بالنسبة للعمليات الحيوية في الخلية، فإن الكاتيونات الأكثر أهمية هي K +، Na +، Ca 2+، Mg 2+، والأنيونات HPO 4 2-، Cl -، HCO 3 -. تختلف تركيزات الأيونات في الخلية وبيئتها. على سبيل المثال، في البيئة الخارجية (بلازما الدم، مياه البحر) يكون K + دائمًا أقل، ويكون Na + دائمًا أكثر مما هو عليه في الخلية. هناك عدد من الآليات التي تسمح للخلية بالحفاظ على نسبة معينة من الأيونات في البروتوبلاست والبيئة الخارجية.

تشارك الأيونات المختلفة في العديد من عمليات حياة الخلية: الكاتيونات K +، Na +، Cl - توفر استثارة الكائنات الحية؛ الكاتيونات Mg 2+، Mn 2+، Zn 2+، Ca 2+، وما إلى ذلك ضرورية للعمل الطبيعي للعديد من الإنزيمات؛ تكوين الكربوهيدرات أثناء عملية التمثيل الضوئي مستحيل بدون Mg 2+ (أحد مكونات الكلوروفيل) ؛ يتم دعم الخصائص العازلة للخلية (الحفاظ على التفاعل القلوي قليلاً لمحتويات الخلية) بواسطة أنيونات الأحماض الضعيفة (HCO 3 -، HPO 4 -) والأحماض الضعيفة (H 2 CO 3) ؛

نظام عازلة الفوسفات:

درجة حموضة منخفضة درجة حموضة عالية

نبو 4 2- + ح + ←―――――――→ح 2 ص 4 -

فوسفات الهيدروجين - أيون فوسفات ثنائي الهيدروجين - أيون

نظام البيكربونات العازلة:

درجة حموضة منخفضة درجة حموضة عالية

HCO 3 - + H + ←―――――――→ H 2 CO 3

بيكربونات - أيون حمض الكربونيك

توجد بعض المواد غير العضوية في الخلية ليس فقط في حالة مذابة، ولكن أيضًا في حالة صلبة. على سبيل المثال، يوجد Ca وP في الأنسجة العظمية وفي أصداف الرخويات على شكل ثاني أكسيد الكربون المزدوج وأملاح الفوسفات.

علم الأحياء [كتاب مرجعي كامل للتحضير لامتحان الدولة الموحدة] ليرنر جورجي إسحاقوفيتش

2.3.1. المواد غير العضوية للخلية

تحتوي الخلية على حوالي 70 عنصرا من عناصر الجدول الدوري لمندليف، منها 24 عنصرا موجودة في جميع أنواع الخلايا. يتم تقسيم جميع العناصر الموجودة في الخلية، حسب محتواها في الخلية، إلى مجموعات:

المغذيات الكبيرة– ح، يا، ن، ج،. ملغ، نا، الكالسيوم، الحديد، ك، ف، الكلورين، S؛

العناصر الدقيقة– B، Ni، Cu، Co، Zn، Mb، وما إلى ذلك؛

عناصر فائقة الصغر- U، Ra، Au، Pb، Hg، Se، إلخ.

الجزيئات التي تشكل الخلية غير عضوي و عضوي روابط.

المركبات غير العضوية للخلية - ماءو غير عضويالأيونات.

الماء هو المادة غير العضوية الأكثر أهمية في الخلية. تحدث جميع التفاعلات الكيميائية الحيوية في المحاليل المائية. يحتوي جزيء الماء على بنية مكانية غير خطية وله قطبية. تتشكل الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء الفردية، والتي تحدد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمياه.

الخصائص الفيزيائية للمياه: بما أن جزيئات الماء قطبية فإن الماء له خاصية إذابة الجزيئات القطبية للمواد الأخرى. تسمى المواد التي تذوب في الماء محبة للماء. تسمى المواد التي لا تذوب في الماء نافرة من الماء.

الماء لديه قدرة حرارية نوعية عالية. لكسر الروابط الهيدروجينية العديدة الموجودة بين جزيئات الماء، يجب امتصاص كمية كبيرة من الطاقة. تذكر المدة التي تستغرقها الغلاية حتى تسخن حتى الغليان. تضمن خاصية الماء الحفاظ على التوازن الحراري في الجسم.

لتبخير الماء، هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة. درجة غليان الماء أعلى من درجة غليان العديد من المواد الأخرى. خاصية الماء هذه تحمي الجسم من ارتفاع درجة الحرارة.

يمكن أن يكون الماء في ثلاث حالات متجمعة - سائلة وصلبة وغازية.

تحدد الروابط الهيدروجينية لزوجة الماء والتصاق جزيئاته بجزيئات المواد الأخرى. بفضل قوى الالتصاق للجزيئات، يتم إنشاء فيلم على سطح الماء بالخصائص التالية: التوتر السطحي.

عندما يبرد، تتباطأ حركة جزيئات الماء. يصبح عدد الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات هو الحد الأقصى. يصل الماء إلى أقصى كثافة له عند درجة حرارة 4 مئوية. عندما يتجمد الماء، فإنه يتمدد (يحتاج إلى مساحة لتكوين الروابط الهيدروجينية) وتقل كثافته. ولهذا السبب يطفو الجليد.

الوظائف البيولوجية للمياه. يضمن الماء حركة المواد في الخلية والجسم، وامتصاص المواد وإزالة المنتجات الأيضية. في الطبيعة، يحمل الماء النفايات إلى التربة والمسطحات المائية.

الماء مشارك نشط في التفاعلات الأيضية.

ويشارك الماء في تكوين السوائل المرطبة والمخاط والإفرازات والعصائر في الجسم. توجد هذه السوائل في مفاصل الفقاريات، وفي التجويف الجنبي، وفي كيس التامور.

الماء جزء من المخاط الذي يسهل حركة المواد عبر الأمعاء ويخلق بيئة رطبة على الأغشية المخاطية في الجهاز التنفسي. كما أن الإفرازات التي تفرزها بعض الغدد والأعضاء تكون ذات أساس مائي: اللعاب والدموع والصفراء والحيوانات المنوية وغيرها.

الأيونات غير العضوية. تشمل الأيونات غير العضوية للخلية: الكاتيونات K +، Na +، Ca 2+، Mg 2+، NH 3 + والأنيونات Cl –، NO 3 -، H 2 PO 4 -، NCO 3 -، HPO 4 2-.

الفرق بين عدد الكاتيونات والأنيونات (N + ، كا + ، Cl -) على السطح وداخل الخلية يضمن حدوث إمكانات الفعل التي تكمن وراء الإثارة العصبية والعضلية.

الأنيونات الفوسفورتخلق الأحماض نظام عازلة الفوسفات، الحفاظ على الرقم الهيدروجيني للبيئة داخل الخلايا في الجسم عند مستوى 6-9.

يقوم حمض الكربونيك وأنيوناته بإنشاء نظام عازل للبيكربونات ويحافظ على الرقم الهيدروجيني للبيئة خارج الخلية (بلازما الدم) عند مستوى 7-4.

تعمل مركبات النيتروجين كمصدر للتغذية المعدنية وتخليق البروتينات والأحماض النووية. ذرات الفوسفور هي جزء من الأحماض النووية والدهون الفوسفاتية وكذلك عظام الفقاريات والغطاء الكيتيني للمفصليات. أيونات الكالسيوم هي جزء من مادة العظام؛ كما أنها ضرورية لتقلص العضلات وتخثر الدم.

أمثلة على المهام

أ1. قطبية الماء تحدد قدرته

1) توصيل الحرارة 3) إذابة كلوريد الصوديوم

2) امتصاص الحرارة 4) إذابة الجلسرين

أ2. يجب إعطاء الأطفال المصابين بالكساح أدوية تحتوي على

1) الحديد 2) البوتاسيوم 3) الكالسيوم 4) الزنك

أ3. يتم توصيل النبض العصبي بواسطة الأيونات:

1) البوتاسيوم والصوديوم 3) الحديد والنحاس

2) الفوسفور والنيتروجين. 4) الأكسجين والكلور

A4. تسمى الروابط الضعيفة بين جزيئات الماء في حالته السائلة:

1) تساهمي. 3) الهيدروجين

2) كارهة للماء. 4) محبة للماء

أ5. يحتوي على الهيموجلوبين

1) الفوسفور 2) الحديد 3) الكبريت 4) المغنيسيوم

أ6. حدد مجموعة من العناصر الكيميائية التي تدخل بالضرورة في البروتينات

أ7. يتم إعطاء المرضى الذين يعانون من قصور الغدة الدرقية أدوية تحتوي على

الجزء ب

في 1. حدد وظائف الماء في القفص

1) الطاقة 4) البناء

2) الأنزيمية 5) التشحيم

3) النقل 6) التنظيم الحراري

في 2. حدد فقط الخصائص الفيزيائية للمياه

1) القدرة على الانفصال

2) التحلل المائي للأملاح

3) الكثافة

4) التوصيل الحراري

5) الموصلية الكهربائية

6) التبرع بالإلكترون

جزءمع

ج1. ما هي الخصائص الفيزيائية للمياه التي تحدد أهميتها البيولوجية؟

من كتاب الموسوعة السوفيتية الكبرى (VK) للمؤلف مكتب تقييس الاتصالات

من كتاب الموسوعة السوفيتية الكبرى (IN) للمؤلف مكتب تقييس الاتصالات

من كتاب الموسوعة السوفيتية الكبرى (KA) للمؤلف مكتب تقييس الاتصالات

من كتاب الموسوعة السوفيتية الكبرى (ليس) للمؤلف مكتب تقييس الاتصالات

من كتاب الموسوعة السوفيتية الكبرى (PL) للمؤلف مكتب تقييس الاتصالات

من كتاب الموسوعة السوفيتية الكبرى (PO) للمؤلف مكتب تقييس الاتصالات

من كتاب الموسوعة السوفيتية الكبرى (ST) للمؤلف مكتب تقييس الاتصالات

من كتاب تاريخ موجز لكل شيء في العالم تقريبًا بواسطة برايسون بيل

من كتاب علم الأحياء [كتاب مرجعي كامل للتحضير لامتحان الدولة الموحدة] مؤلف ليرنر جورجي إسحاقوفيتش

من كتاب دليل الجيب للفحوصات الطبية مؤلف رودنيتسكي ليونيد فيتاليفيتش

24 خلية يبدأ هذا بخلية واحدة. تنقسم الخلية الأولى لتصبح خليتين، والخلية الثانية تصبح أربعة، وهكذا. بعد 47 مضاعفة فقط، سيكون لديك حوالي 10 آلاف تريليون (10,000,000,000,000,000) خلية جاهزة للحياة كشخص*.322 وكل خلية من هذه الخلايا تعرف بالضبط ما هو

من الكتاب كتاب مرجعي كامل للتحليلات والأبحاث في الطب مؤلف إنجرليب ميخائيل بوريسوفيتش

2.3. التنظيم الكيميائي للخلية. العلاقة بين بنية ووظائف المواد غير العضوية والعضوية (البروتينات، الأحماض النووية، الكربوهيدرات، الدهون، ATP) التي تتكون منها الخلية. تبرير العلاقة بين الكائنات الحية بناءً على تحليل تركيبها الكيميائي

من كتاب كيف تعتني بنفسك إذا كان عمرك فوق الأربعين. الصحة والجمال والنحافة والطاقة مؤلف كاربوخينا فيكتوريا فلاديميروفنا

2.3.2. المواد العضوية للخلية. الكربوهيدرات، الدهون الكربوهيدرات. الصيغة العامة Сn (H2O)n. وبالتالي فإن الكربوهيدرات تحتوي على ثلاثة عناصر كيميائية فقط وهي الكربوهيدرات القابلة للذوبان في الماء وظائف الكربوهيدرات القابلة للذوبان: النقل، الحماية، الإشارة،

من كتاب موسوعة الدكتور مياسنيكوف عن أهم الأمور مؤلف مياسنيكوف ألكسندر ليونيدوفيتش

4.6. المواد غير العضوية تحدد المواد غير العضوية الموجودة في بلازما الدم والمصل (البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم والفوسفور والمغنيسيوم والحديد والكلور وغيرها) الخواص الفيزيائية والكيميائية للدم، وتبلغ كمية المواد غير العضوية في البلازما حوالي 1%. توجد في أنسجة الجسم

من كتاب المؤلف

من كتاب المؤلف

من كتاب المؤلف

6.9. الخلايا الجذعية أصبح من المألوف الآن الحديث عن الخلايا الجذعية. عندما يسألني الناس عن رأيي في هذا الأمر، أجيب على السؤال بسؤال: "أين؟" في روسيا أم في العالم؟" إن الأوضاع في هذا المجال مختلفة تماماً في روسيا وفي العالم. تجري أبحاث مكثفة في جميع أنحاء العالم و

الخلية كنظام بيولوجي

أساسيات علم الخلايا

مفاهيم أساسية:

نظرية الخلية، علم الخلايا، الخلية - وحدة البناء، النشاط الحيوي، نمو وتطور الكائن الحي، تصنيف الكائنات الحية، بدائيات النوى وحقيقيات النوى، التنظيم الكيميائي للخلية، بنية الخلايا المؤيدة وحقيقية النواة، العلاقة بين البنية و وظائف عضيات الخلية، الخصائص المقارنة للخلايا النباتية والحيوانية والفطرية والبكتيريا

تعتبر بداية دراسة الخلايا عام 1665: رأى عالم الطبيعة الإنجليزي روبرت هوك، وهو يفحص مقطعًا من شجرة البلسا عبر المجهر، خلايا أطلق عليها اسم "الخلايا".حدث تكوين الأفكار حول الخلية في عملية تطور العلوم البيولوجية.

من تاريخ تطور الأفكار حول الخلية:

نشأة وتطور مفهوم الخلية	1665 - قدم ر. هوك مفهوم "الخلية". 1680 - اكتشف أ. ليفينهوك كائنات حية وحيدة الخلية؛ 1833 - اكتشف ر. براون تكوينات كثيفة داخل الخلايا النباتية أطلق عليها اسم "نوى"؛ 1838 - توصل م. شلايدن إلى استنتاج مفاده أن جميع الخلايا النباتية لها نواة، واكتشف ت. شوان النوى في الخلايا الحيوانية.
ظهور نظرية الخلية	1838 - قام ت. شوان وم. شليدن بتلخيص المعرفة حول الخلية وصياغة المبادئ الأساسية لنظرية الخلية: جميع الكائنات الحية النباتية والحيوانية تتكون من خلايا متشابهة في البنية.
تطوير نظرية الخلية	1858 - جادل ر. فيرشو بأن كل خلية جديدة تأتي فقط من خلية نتيجة لانقسامها؛ 1858 - أثبت ك. باير أن جميع الكائنات الحية تبدأ تطورها من خلية واحدة (يتطور جنين الثدييات من خلية واحدة - بويضة مخصبة).

علم الخلية(من اليونانية كيتوس) – علم الخلية. ترتبط نجاحات علم الخلايا ارتباطًا وثيقًا بتطور طرق البحث: تحسين المجهر الضوئي وظهور المجهر الإلكتروني، واستخدام الأصباغ الخاصة التي تجعل من الممكن تحديد الهياكل الخلوية بشكل انتقائي.

المبادئ الأساسية لنظرية الخليةفي المرحلة الحالية يمكن صياغتها على النحو التالي:

الأحكام الأساسية	صفة مميزة
1. الخلية هي الوحدة الهيكلية الأساسية للبنية والتطور والنشاط الحياتي	جميع الكائنات الحية تتكون من خلايا. تتطور الكائنات متعددة الخلايا من بويضة واحدة مخصبة. تتكون العمليات الحيوية في الجسم من النشاط الحيوي للخلايا الفردية
2. خلايا جميع الكائنات الحية متشابهة في التركيب الكيميائي والبنية والوظائف	تحتوي جميع الخلايا على مركبات عضوية: الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية والمواد غير العضوية: الماء والأملاح. تحتوي جميع الخلايا على غشاء وسيتوبلازم ونواة وهياكل خلوية أخرى - عضيات، وجميع الخلايا لديها القدرة على النمو والتكاثر والتنفس والفرز واستقلاب المواد والطاقة، كما أنها سريعة التهيج.
3. تتكون جميع الخلايا الجديدة من انقسام الخلايا الأصلية	يحدث نمو الجسم نتيجة انقسام الخلايا، ولا تتشكل خلايا جديدة إلا عندما تنقسم الخلايا الأم الأصلية. في الكائنات متعددة الخلايا، تتخصص الخلايا في الوظيفة وتكوين الأنسجة

الخلاصة: جميع الكائنات الحية، باستثناء الفيروسات، لها بنية خلوية، وتركيب كيميائي مماثل للخلايا، ويحدث تكوين الخلايا بطريقة مماثلة، مما يدل على وحدة أصل جميع الكائنات الحية.

أصبح إنشاء نظرية الخلية أهم حدث في علم الأحياء، وأحد الأدلة الحاسمة على وحدة الطبيعة الحية. كان لنظرية الخلية تأثير كبير على تطور علم الأحياء كعلم وكانت بمثابة الأساس لتطوير تخصصات مثل علم الأجنة وعلم الأنسجة وعلم وظائف الأعضاء. لقد جعل من الممكن إنشاء الأساس لفهم الحياة والتطور الفردي للكائنات الحية وشرح العلاقة التطورية بينهما. احتفظت المبادئ الأساسية لنظرية الخلية بأهميتها اليوم، على الرغم من أنه تم الحصول على معلومات جديدة على مدار أكثر من مائة وخمسين عامًا حول بنية الخلية ونشاطها الحيوي وتطورها. هناك خلايا بدائية النواة وحقيقية النواة. تسمى الكائنات الحية التي تتكون من خلايا بدائية النواة بدائيات النوىوالكائنات الحية التي تتكون من خلايا حقيقية النواة - حقيقيات النواة.

تصنيف الكائنات الحية

وأساس هذا التقسيم للكائنات الحية إلى ممالك هو طرق تغذية هذه الكائنات وبنية الخلايا.

التركيب الكيميائي للخلية.يتضمن تكوين الكائنات الحية معظم العناصر الكيميائية في الجدول الدوري D.I. مندليف.

العناصر الكبرى - الهيدروجين والأكسجين والكربون والنيتروجين. وتشمل هذه المجموعة أيضًا البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم والكبريت والفوسفور والمغنيسيوم والحديد والكلور (محتوى هذه العناصر في الخلية هو أعشار ومئات من المئة). في المجموع، تشكل المغذيات الكبيرة حوالي 98٪.

العناصر الدقيقة - الزنك والنحاس واليود والفلور والموليبدينوم والبورون والمنغنيز والكوبالت (محتوى هذه العناصر في الخلية هو أجزاء من المئات والألف من النسبة المئوية).

العناصر الدقيقة للغاية - الذهب والبلاتين والزئبق والسيزيوم (محتوى هذه العناصر في الخلية لا يتجاوز أجزاء من الألف من النسبة المئوية).

تلعب العناصر الدقيقة والعناصر الدقيقة جدًا دورًا مهمًا في الجسم: الحديد جزء من الهيموجلوبين، واليود أحد مكونات هرمون الغدة الدرقية، ونقص السيلينيوم يؤدي إلى السرطان.

العناصر الكيميائية

تشكل العناصر الكيميائية مواد عضوية وغير عضوية:

المواد العضوية المواد غير العضوية

الكربوهيدرات البروتينات الدهون ATP المعادن النووية المياه

المواد الحمضية

المواد غير العضوية للخلية

ماء- أحد المكونات الأساسية للخلية الحية، ويشكل في المتوسط ​​70-80% من كتلة الخلية. يوجد الماء في الخلية في صورة حرة (95%) ومقيدة (5%). بالإضافة إلى حقيقة أنه جزء من تكوينها، بالنسبة للعديد من الكائنات الحية، فهو أيضا موطن.

يتم تحديد دور الماء في الخلية من خلال خصائصه الكيميائية والفيزيائية الفريدة، والتي ترتبط بشكل رئيسي بصغر حجم جزيئاته، وقطبية جزيئاته وقدرتها على تكوين روابط هيدروجينية مع بعضها البعض. يؤدي الماء باعتباره أحد مكونات النظم البيولوجية الوظائف الأساسية التالية:

1. الماء مذيب عالمي للمواد القطبية، مثل الأملاح والسكريات والكحوليات والأحماض وما إلى ذلك. وتسمى المواد شديدة الذوبان في الماء بأنها محبة للماء.

2. تدخل جزيئات الماء في العديد من التفاعلات الكيميائية، على سبيل المثال في التحلل المائي للبوليمرات.

3. في عملية التمثيل الضوئي، يعتبر الماء مانحًا للإلكترون، ومصدرًا لأيونات الهيدروجين والأكسجين الحر.

4. الماء لا يذيب المواد غير القطبية ولا يختلط بها، إذ لا يستطيع تكوين روابط هيدروجينية معها. المواد التي لا تذوب في الماء تسمى مسعور.

5. يتمتع الماء بقدرة حرارية نوعية عالية. يتطلب كسر الروابط الهيدروجينية التي تربط جزيئات الماء معًا امتصاص كمية كبيرة من الطاقة. تضمن هذه الخاصية الحفاظ على التوازن الحراري للجسم أثناء التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة في البيئة.

6. يتمتع الماء بموصلية حرارية عالية، مما يسمح للجسم بالحفاظ على نفس درجة الحرارة طوال حجمه بالكامل.

7. يتميز الماء بحرارة تبخر عالية، أي قدرة الجزيئات على حمل كمية كبيرة من الحرارة مع تبريد الجسم في نفس الوقت. بفضل خاصية الماء هذه، التي تتجلى أثناء التعرق في الثدييات، وضيق التنفس الحراري في التماسيح والحيوانات الأخرى، والنتح في النباتات، يتم منع ارتفاع درجة الحرارة.

8. يتميز الماء بتوتر سطحي مرتفع للغاية. ولهذه الخاصية أهمية كبيرة في حركة المحاليل عبر الأنسجة (الدورة الدموية والتيارات الصاعدة والهابطة في النباتات). بالنسبة للعديد من الكائنات الحية الصغيرة، يسمح لها التوتر السطحي بالطفو على الماء أو الانزلاق عبر سطحه.

9. يضمن الماء حركة المواد في الخلية والجسم وامتصاص المواد وإزالة المنتجات الأيضية.

10. في النباتات، يحدد الماء تورم الخلايا، وفي بعض الحيوانات يؤدي وظائف داعمة، كونه هيكل عظمي هيدروستاتيكي (مستديرة وحلقية، شوكيات الجلد).

11. الماء جزء لا يتجزأ من سوائل التشحيم (الزليلي - في مفاصل الفقاريات، الجنبي - في التجويف الجنبي، التامور - في كيس التامور) والمخاط (يسهل حركة المواد عبر الأمعاء، ويخلق بيئة رطبة على الأغشية المخاطية في الجهاز التنفسي). وهو جزء من اللعاب والصفراء والدموع وغيرها.

خصائص ووظائف ومعنى الماء

املاح معدنية. تتحلل جزيئات الملح في المحلول المائي إلى كاتيونات وأنيونات. وأهمها الكاتيونات (K+، Na+، Ca2+، Mg2+، NH4+) والأنيونات (Cl-، H2P04-، HP042-، HC03-، NO3 2-، SO4 2-) وتشارك بعض الأيونات في تنشيط الإنزيمات و خلق الضغط الأسموزي في الخلية، في عمليات تقلص العضلات، تخثر الدم، وما إلى ذلك. هناك عدد من الكاتيونات والأنيونات ضرورية لتخليق المواد العضوية المهمة (على سبيل المثال، الفسفوليبيدات، ATP، النيوكليوتيدات، الهيموجلوبين، الكلوروفيل، الخ)، وكذلك الأحماض الأمينية، كونها مصادر لذرات النيتروجين والكبريت. حمض الهيدروكلوريك جزء من عصير المعدة. توجد أملاح الكالسيوم والفوسفور في الأنسجة العظمية للحيوانات والبشر.

مواد عضوية.أساس جميع المركبات العضوية هو الكربون (C)، الذي يشكل روابط مع الذرات الأخرى ومجموعاتها. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل مركبات كيميائية معقدة، مختلفة في البنية والوظيفة - الجزيئات الكبيرة (من وحدات الماكرو اليونانية - كبيرة).

تتكون الجزيئات الكبيرة من مركبات متكررة ذات وزن جزيئي منخفض - المونومرات(من مونوس اليونانية - واحد).

البوليمر(من بولي اليوناني – كثير) – جزيء كبير يتكون من المونومرات.

في جزيئات البوليمر، يمكن أن تكون المونومرات هي نفسها أو مختلفة. اعتمادًا على المونومرات الموجودة في البوليمرات، يتم تقسيم البوليمرات إلى المجموعات التالية:

البوليمرات

منتظم غير منتظم

أ-أ-أ-أ-أ- - أ-ب-أ-ج- ب-أ-د- ج- أ-

أ-س-د-أ-س-د-أ-س-د-

تسمى البوليمرات التي تشكل الكائنات الحية البوليمرات الحيوية,والتي تعتمد خصائصها على بنية جزيئاتها وعدد وتنوع المونومرات. البوليمرات الحيوية عالمية، لأنها مبنية وفقًا لخطة واحدة في جميع الكائنات الحية. يرجع تنوع خصائص البوليمرات الحيوية إلى مجموعات مختلفة من المونومرات التي تشكل أشكالًا مختلفة. تظهر خصائص البوليمرات الحيوية فقط في الخلية الحية.

الكربوهيدرات أو السكريات- المركبات العضوية والتي تشمل الكربون والهيدروجين والأكسجين. وقد حصلت على اسم "الكربوهيدرات" بسبب تركيبها الكيميائي: الصيغة العامة لمعظمها هي Cn(H2O)n.

تكوين وهيكل الكربوهيدرات

السكريات الأحادية– سكريات بسيطة لها الصيغة العامة (CH2O)n حيث n=3-9. من بين السكريات الأحادية هناك ثلاثي (3C)، رباعي (4C)، بنتوس (5C) - الريبوز، ديوكسيريبوز، سداسي (6C) - الجلوكوز، الجالاكتوز. السكريات الأحادية شديدة الذوبان في الماء ولها طعم حلو. الفركتوز هو جزء من العسل ويوجد في الفواكه والأجزاء الخضراء من النباتات. يوجد الجلوكوز في الفواكه والدم والليمف، وهو المصدر الرئيسي للطاقة، وهو جزء من السكريات الثنائية والسكريات.

السكريات الثنائية– مواد تتكون نتيجة تكثيف جزيئين من السكريات الأحادية مع فقدان جزيء واحد من الماء. في النباتات هو السكروز (C12H22O11) والمالتوز، في الحيوانات هو اللاكتوز. السكروز هو وسيلة النقل الرئيسية للكربوهيدرات في النباتات. يتشكل اللاكتوز في الغدة الثديية ويوجد في الحليب.

جلوكوز + جلوكوز = مالتوز؛
الجلوكوز + الجالاكتوز = اللاكتوز؛
جلوكوز + فركتوز = سكروز.

في خصائصها، فإن السكريات الثنائية قريبة من السكريات الأحادية. تذوب جيدًا في الماء ولها طعم حلو.

السكريات- هذه هي الكربوهيدرات عالية الجزيئية التي تتكون من الجمع بين عدد كبير من جزيئات السكريات الأحادية في النباتات - النشا، السليلوز (الألياف)، الصيغة (C6H10O5)ن؛ في الحيوانات - الجليكوجين، الكيتين. السليلوز هو العنصر الداعم الرئيسي لجدار الخلية في النباتات. النشا هو الكربوهيدرات الاحتياطية الرئيسية للنباتات. الجليكوجين هو عديد السكاريد الاحتياطي للحيوانات (يتراكم في الكبد والعضلات. الكيتين هو جزء من غلاف المفصليات ويضمن قوة الهياكل الغشائية للفطريات.

التوطين في الخلية والجسم: جدار الخلية، الادراج الخلوية، عصارة الخلايا النباتية، تكامل المفصليات.

وظائف الكربوهيدرات:

1) الطاقة. الكربوهيدرات هي المصدر الرئيسي للطاقة للكائنات الحية. أثناء عملية الأكسدة، يطلق 1 جم من الكربوهيدرات 17.6 كيلوجول.

2) الهيكلية. تتكون جدران الخلايا النباتية من السليلوز. تتكون أغطية جسم المفصليات وجدران خلايا الفطريات من الكيتين. الكربوهيدرات هي جزء من العضيات وجزيئات DNA و RNA.

3) التخزين. يتم تنفيذ هذه الوظيفة عن طريق النشا في النباتات والجليكوجين في الحيوانات. لديهم القدرة على التراكم في الخلايا واستهلاكها مع ظهور الحاجة إلى الطاقة.

4) واقية. تفرز الغدد إفرازات تحتوي على الكربوهيدرات. تحمي الإفرازات جدران الأعضاء المجوفة (المعدة والأمعاء) من الأضرار الميكانيكية واختراق البكتيريا المسببة للأمراض.

الدهون- هذه مواد شبيهة بالدهون، يتكون معظمها من الأحماض الدهنية والكحول الثلاثي الهيدريك؛ هذه هي استرات الأحماض الدهنية العالية والكحول الثلاثي الجلسرين.

الدهون هي أبسط أنواع الدهون وأكثرها انتشارًا. الدهون السائلة تسمى الزيوت. في الحيوانات، توجد الزيوت في الحليب، ولكنها توجد في كثير من الأحيان في النباتات في البذور والفواكه.

تكوين وهيكل الدهون

مكان التوليف في الخلية: على أغشية الشبكة الإندوبلازمية الملساء.

التوطين في الخلية والجسم: غشاء الخلية، الادراج الخلوية، الأنسجة الدهنية تحت الجلد والثرب.

وظائف الدهون:

1) الطاقة. الدهون هي "مستودع للطاقة". عند أكسدة 1 جم من الدهون إلى ثاني أكسيد الكربون وH2O، يتم إطلاق 38.9 كيلوجول، وهو ضعف كمية الكربوهيدرات والبروتينات.

2) الهيكلية. تشارك الدهون في بناء أغشية الخلايا وتكوين المركبات البيولوجية المهمة، مثل الهرمونات والفيتامينات.

3) التخزين. تميل النباتات إلى تراكم الزيوت بدلاً من الدهون. فول الصويا وبذور عباد الشمس غنية بالزيوت.

4) العزل الوقائي والحراري. الدهون لا توصل الحرارة بشكل جيد. يتم ترسبها تحت جلد الحيوانات، في بعض هذه التراكمات تصل إلى سمك يصل إلى 1 متر، على سبيل المثال، في الحيتان. الطبقة الدهنية تحمي الحيوانات من انخفاض حرارة الجسم. تعمل الأنسجة الدهنية بمثابة منظم الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يلعب دورًا آخر في الحيتان - فهو يعزز الطفو. بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة، تساعد طبقة الدهون تحت الجلد على الاحتفاظ بالحرارة، مما يسمح، على سبيل المثال، للعديد من الحيوانات بالعيش في المناخات الباردة.

5) التشحيم وطارد المياه. يغطي الشمع الجلد والصوف والريش ويجعلها أكثر مرونة ويحميها من الرطوبة. أوراق وثمار العديد من النباتات لها طبقة شمعية. تحمي هذه الطبقة الأوراق من التبلل أثناء هطول الأمطار الغزيرة.

6) التنظيمية. العديد من المواد النشطة بيولوجيا (الهرمونات الجنسية - هرمون التستوستيرون

الرجال والبروجستيرون عند النساء)، والفيتامينات (أ، د، هـ) هي مركبات دهنية

7) مصدر للمياه الأيضية. أحد منتجات أكسدة الدهون هو الماء، وهو

مهم جدًا لبعض سكان عالم الحيوانات الصحراوية، على سبيل المثال، الإبل.

تعتبر الدهون التي تخزنها هذه الحيوانات في حدباتها مصدرًا للمياه. الأكسدة 100 جم

الدهون تنتج حوالي 105 غرام من الماء. الدببة والغرير و

الحيوانات الأخرى تدخل في حالة سبات نتيجة أكسدة الدهون.

8) في أغلفة المايلين لمحاور الخلايا العصبية، تعتبر الدهون عوازل أثناء توصيل النبضات العصبية.

9) يستخدم النحل الشمع في بناء أقراص العسل.

يمكن للدهون أن تشكل مجمعات مع جزيئات بيولوجية أخرى - البروتينات والسكريات.

البروتينات أو البروتينات (من البروتوس اليوناني - أولاً) - المركبات العضوية الأكثر عددًا وتنوعًا والأكثر أهمية. البروتينات هي جزيئات كبيرة لأنها كبيرة الحجم.

التركيب الكيميائيجزيئات البروتين: الكربون والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين والكبريت، وقد يكون هناك أيضًا الفوسفور والحديد والزنك والنحاس.

البروتينات عبارة عن بوليمرات تتكون من مونومرات متكررة ذات وزن جزيئي منخفض. الأحماض الأمينية هي مونومرات جزيئات البروتين. يوجد حوالي 200 حمض أميني معروف في الكائنات الحية، لكن 20 منها فقط توجد في البروتينات. هذه هي ما يسمى بالأحماض الأمينية الأساسية أو المكونة للبروتين. 20 من الأحماض الأمينية توفر تنوع البروتين. في النباتات، يتم تصنيع جميع الأحماض الأمينية الأساسية من المنتجات الأولية لعملية التمثيل الضوئي. البشر والحيوانات غير قادرين على تصنيع عدد من الأحماض الأمينية ويجب أن يحصلوا عليها في شكلها النهائي مع الطعام. تسمى هذه الأحماض الأمينية أساسية. وتشمل هذه ليسين، فالين، ليوسين، آيزوليوسين، ثريونين، فينيل ألانين، تريبتوفان، ميثيونين، أرجينين وهستيدين (10 في المجموع).

هيكل الأحماض الأمينية:

تتكون رابطة تساهمية بين المجموعة الأمينية لحمض أميني واحد ومجموعة الكربوكسيل لحمض أميني آخر تسمى السندات الببتيد،وجزيء البروتين هو متعدد الببتيد.

في المحلول، يمكن للأحماض الأمينية أن تعمل كأحماض وقواعد، أي أنها مركبات مذبذبة. مجموعة الكربوكسيل -COOH قادرة على التبرع بالبروتون، وتعمل كحمض، والمجموعة الأمينية -NH2 - يمكنها قبول بروتون، وبالتالي تظهر خصائص القاعدة.

هيكل البروتينات.يتميز كل بروتين في بيئة معينة ببنية مكانية خاصة. عند توصيف البنية المكانية (ثلاثية الأبعاد)، يتم تمييز أربعة مستويات لتنظيم جزيئات البروتين.

مستويات التنظيم الهيكلي للبروتين: أ - الهيكل الأساسي - تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين؛ ب - الهيكل الثانوي - سلسلة البولي ببتيد ملتوية على شكل حلزوني. ج - البنية الثلاثية للبروتين. د - التركيب الرباعي للهيموجلوبين.

مكان تخليق البروتين في الخلية: على الريبوسومات.

توطين البروتينات في الخلية والجسم: موجود في جميع العضيات والمصفوفة السيتوبلازمية.

التركيب المكاني للبروتين:

الهيكل الأساسيالبروتين - سلسلة من الأحماض الأمينية المرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط الببتيد لتكوين سلسلة متعددة الببتيد. جميع خصائص ووظائف البروتينات تعتمد على البنية الأساسية. إن استبدال حمض أميني واحد في تركيب جزيئات البروتين أو تعطيل ترتيبها يستلزم عادةً تغييرًا في وظيفة البروتين.

الهيكل الثانوييتم تحقيق جزيء البروتين من خلال تصاعده: سلسلة البولي ببتيد، التي تتكون من أحماض أمينية متصلة تسلسليًا، ملتوية في دوامة، وتتشكل روابط هيدروجينية ضعيفة بين مجموعات - CO - و - NH.

أثناء التعليم هيكل التعليم العالييطوي جزيء البروتين الحلزوني عدة مرات أكثر ليشكل كرة - كروية. يتم تحديد قوة البنية الثلاثية من خلال روابط مختلفة، على سبيل المثال، روابط ثاني كبريتيد (-S-S-)، والتفاعلات الأيونية، والهيدروجين، والكارهة للماء.

هيكل رباعيهو مركب يتكون من عدة جزيئات بروتينية ذات بنية ثلاثية. الروابط الكيميائية - التفاعل الأيوني والهيدروجيني والكاره للماء.

وهكذا، فإن البنية الأولية هي بنية خطية، على شكل سلسلة متعددة الببتيد؛ ثانوي – حلزوني بسبب الروابط الهيدروجينية. التعليم العالي – كروي. رباعي - مزيج من عدة جزيئات بروتينية ذات بنية ثلاثية.

خاصية البروتين - تمسخ- انتهاك البنية الطبيعية للبروتين، وهو قابل للعكس إذا لم يتم تدمير البنية الأساسية، ولا رجعة فيه إذا تم تدمير البنية الأساسية.

تأثير العوامل البيئية

(درجة الحرارة، المواد الكيميائية، الإشعاع، الخ)

تمسخ البروتين (تدمير الهياكل)

إعادة التطبيع– استعادة كاملة لبنية البروتين.

تحت تأثير العوامل الكيميائية والفيزيائية المختلفة (المعالجة بالكحول والأسيتون والأحماض والقلويات وارتفاع درجة الحرارة والإشعاع والضغط العالي وما إلى ذلك)، يحدث تغيير في الهياكل الثانوية والثالثية والرباعية للبروتين بسبب التمزق. من الروابط الهيدروجينية والأيونية. تسمى عملية تعطيل البنية الطبيعية للبروتين بالتمسخ. في هذه الحالة، هناك انخفاض في ذوبان البروتين، وتغيير في شكل وحجم الجزيئات، وفقدان النشاط الأنزيمي، وما إلى ذلك. يمكن أن تكون عملية تمسخ الطبيعة كاملة أو جزئية. في بعض الحالات، يكون الانتقال إلى الظروف البيئية الطبيعية مصحوبًا باستعادة تلقائية للبنية الطبيعية للبروتين. هذه العملية تسمى إعادة التطبيع.

البروتينات البسيطة والمعقدة. بناءً على تركيبها الكيميائي، تنقسم البروتينات إلى بسيطة ومعقدة. تشمل البروتينات البسيطة البروتينات التي تتكون من الأحماض الأمينية فقط، والبروتينات المعقدة تشمل البروتينات التي تحتوي على جزء بروتيني وجزء غير بروتيني - أيونات معدنية وبقايا حمض الفوسفوريك والكربوهيدرات والدهون وما إلى ذلك.

وظائف البروتينات:

1) إنزيمي، أو المحفز.المحفزات هي مواد تعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية. الانزيمات- هذه محفزات للتفاعلات الكيميائية الحيوية. تعمل الإنزيمات على تسريع ردود الفعل في الجسم عشرات ومئات الآلاف من المرات. وهي محددة للغاية لأن كل إنزيم يحفز تفاعلًا محددًا فقط.

الإنزيمات = المحفزات الحيوية (مسرعات التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلايا)

2) الهيكلي.البروتينات هي جزء من جميع أغشية الخلايا والعضيات (على سبيل المثال، بالاشتراك مع الحمض النووي الريبي (RNA)، يشكل البروتين الريبوسومات).

3) طاقة. عندما يتحلل 1 جرام من البروتينات إلى المنتجات النهائية (CO2 وH2O والمواد المحتوية على النيتروجين)، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول.

4) تخزين.وتقوم بهذه الوظيفة البروتينات – المصادر الغذائية (بياض البيض – الألبومين،

بروتين الحليب - الكازين والسويداء وخلايا البيض).

5) محمي.جميع الخلايا والكائنات الحية لديها أنظمة دفاعية. في البشر والحيوانات، هذا هو الدفاع المناعي. تتشكل الأجسام المضادة في الخلايا الليمفاوية - وهي بروتينات وقائية تعمل على تحييد الأجسام الغريبة. مثال آخر على وظيفة الحماية هو تخثر بروتين الفيبرينوجين في الدم، مما يؤدي إلى تكوين جلطة دموية - خثرة تسد الوعاء وتوقف النزيف. يتم توفير الحماية الميكانيكية من خلال التكوينات القرنية - الشعر والقرون والحوافر. تكوين هذه التشكيلات يشمل البروتينات. تشكل النباتات أيضًا بروتينات وقائية، على سبيل المثال القلويدات، والتي بفضلها تصبح أغطية النباتات أقوى وأكثر مرونة.

6) تنظيمية.العديد من البروتينات الهرموناتتنظيم العمليات الفسيولوجية (الأنسولين والجلوكاجون ذات طبيعة بروتينية). تنتج خلايا البنكرياس هرمون الأنسولين الذي ينظم مستويات السكر في الدم.

البنكرياس

هرمون الأنسولين

الجلوكوز (في الدم) والجليكوجين (في خلايا الكبد)

7) ينقل.وظيفة بروتينات النقل هي ربط العناصر الكيميائية أو المواد النشطة بيولوجيا ونقلها إلى الأنسجة والأعضاء.

الهيموجلوبين (الموجود في خلايا الدم الحمراء)

الهيموجلوبين + الهيموجلوبين الأكسجين + ثاني أكسيد الكربون

8) محرك.تشارك البروتينات المقلصة في جميع أنواع الحركة التي تستطيع الخلايا والكائنات الحية القيام بها. أمثلة: حركة الأسواط والأهداب في أبسط الحيوانات وحيدة الخلية، وتقلص العضلات في الحيوانات متعددة الخلايا (بروتينات الميوسين والأكتين تضمن تقلص الخلايا العضلية)، وحركة الأوراق في النباتات.

9) الإشارة.تتلقى البروتينات الموجودة في غشاء الخلية إشارات منها

البيئة الخارجية ونقل المعلومات إلى الخلية. جزيئات البروتين هذه قادرة

تغيير هيكلها الثالث استجابة لتصرفات العوامل البيئية.

10) سامة(السموم التي توفر الحماية من الأعداء وقتل الفريسة).

وظائف البروتين	صفة مميزة
1. الهيكلية	البروتينات هي جزء من أغشية الخلايا والعضيات
2. الطاقة	عند أكسدة 1 جم من البروتينات، يتم تحرير 17.6 كيلوجول
3. التخزين	البروتينات – احتياطي المواد الغذائية والطاقة
4. محفز، إنزيمي	البروتينات هي إنزيمات تعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية
5. التنظيمية	العديد من البروتينات عبارة عن هرمونات تنظم العمليات الفسيولوجية.
6. النقل	نقل المواد المختلفة (الهيموجلوبين + الأكسجين)
7. المحرك	توفر البروتينات المقلصة الحركة (الكروموسومات إلى أقطاب الخلية)
8. واقية	حماية الجسم من الأجسام الغريبة
9. الإشارة	استقبال الإشارات من البيئة الخارجية ونقل المعلومات إلى الخلية
10. سامة	توفر السموم الحماية من الأعداء وقتل الفريسة

نادرا ما تستخدم البروتينات كمصدر للطاقة لأنها تؤدي عددا من الوظائف الهامة الأخرى. تُستخدم البروتينات عادةً عند استنفاد مصادر مثل الكربوهيدرات والدهون. يتم تخزين الكربوهيدرات والدهون؛ عندما يفتقر الطعام إلى أي مركب عضوي، فمن الممكن أن يقوم الجسم بتحويل بعض المركبات العضوية إلى أخرى: البروتينات إلى دهون وكربوهيدرات، والكربوهيدرات والدهون إلى بعضها البعض. لكن الكربوهيدرات والدهون لا يمكن تحويلها إلى بروتينات.

الآراء