KÜSIMUSED JA ÜLESANDED ÜLEVAATAMISEKS
Küsimus 1. Milliseid keemilisi elemente rakk sisaldab?
Lahtris on umbes 70 elementi. perioodiline süsteem D. I. Mendelejev. Neist põhiosa (98 "%) langeb makroelementidele - süsinik, vesinik, hapnik, lämmastik, mis koos väävli ja fosforiga moodustavad bioelementide rühma.
Selliste elementide nagu väävel, fosfor, kaalium, naatrium, raud, kaltsium ja magneesium osakaal moodustab ainult 1,8% rakku moodustavatest ainetest.
Lisaks on raku koostises mikroelemendid jood (I), fluor (F), tsink (Zn), vask (Cu), mis moodustavad 0,18% kogumassist, ja ultramikroelemendid - kuld (Au), hõbe ( An), plaatina (P), mis sisaldub rakkudes koguses kuni 0,02%.
2. küsimus. Tooge näiteid bioloogilisest rollist keemilised elemendid.
Bioelemendid – hapnik, vesinik, süsinik, lämmastik, fosfor ja väävel – on bioloogiliste polümeeride – valkude, polüsahhariidide ja nukleiinhapete – molekulide olulised komponendid.
Naatrium, kaalium ja kloor tagavad rakumembraanide läbilaskvuse, kaalium-naatrium (K / Na-) pumba töö ja närviimpulsi juhtivuse.
Kaltsium ja fosfor on rakkudevahelise aine struktuurikomponendid luukoe. Lisaks on kaltsium üks vere hüübimisfaktoritest.
Raud on osa erütrotsüütide valgust - hemoglobiinist ja vask on osa sellega sarnasest valgust, mis on ühtlasi hapniku kandja - hemotsüaniin (näiteks molluskite erütrotsüütides).
Magneesium on taimerakkude klorofülli oluline osa. Ja mod ja tsink on osa vastavalt kilpnäärme ja kõhunäärme hormoonidest.
Küsimus 3. Mis on mikroelemendid? Too näiteid ja kirjelda neid bioloogiline tähtsus.
Mikroelemendid - ained, mis moodustavad raku väikestes kogustes (0,18–0,02%). Mikroelementide hulka kuuluvad tsink, vask, jood, fluor, koobalt.
Olles raku koostises ioonide ja muude ühendite kujul, osalevad nad aktiivselt elusorganismi ehituses ja toimimises. Niisiis, tsink on osa insuliini molekulist - kõhunäärme hormoonist. Jood on türoksiini, hormooni, oluline komponent kilpnääre. Fluor osaleb luude ja hambaemaili moodustamises. Vask on osa mõnede valkude, näiteks hemotsüaniini molekulidest. Koobalt on vitamiini B12 molekuli komponent, organismile vajalik vereloome jaoks.
Küsimus 4. Millised anorgaanilised ained on raku osa?
Alates mitte orgaaniline aine, mis on osa rakust, on kõige levinum vesi. Keskmiselt moodustab vesi mitmerakulises organismis kuni 80% kehamassist. Lisaks sisaldab rakk erinevaid anorgaanilisi sooli, mis on dissotsieerunud ioonideks. Need on peamiselt naatriumi-, kaaliumi-, kaltsiumisoolad, fosfaadid, karbonaadid, kloriidid.
Küsimus 5. Mis on bioloogiline roll vesi; mineraalsoolad?
Vesi on elusorganismides kõige levinum anorgaaniline ühend. Selle funktsioonid määravad suuresti selle molekulide struktuuri dipoolne iseloom.
1. Vesi on universaalne polaarne lahusti: palju keemilised ained vee juuresolekul dissotsieeruvad ioonideks – katioonideks ja anioonideks.
2. Vesi on keskkond, kus rakus olevate ainete vahel toimuvad erinevad keemilised reaktsioonid.
3. Vesi täidab transpordifunktsioon. Enamik aineid on võimelised rakumembraanist läbi tungima ainult lahustunud ja vee kujul.
4. Vesi on hüdratatsioonireaktsioonide oluline reagent ja paljude bioainete lõpp-produkt keemilised reaktsioonid, sealhulgas oksüdatsioon.
5. Vesi toimib temperatuuri regulaatorina, mille tagab selle hea soojusjuhtivus ja soojusmahtuvus ning võimaldab hoida rakusisest temperatuuri koos temperatuuri ja keskkonna kõikumisega.
6. Vesi on paljude elusorganismide elukeskkonnaks.
Elu ilma veeta on võimatu.
Mineraalid on olulised ka elusorganismides toimuvate protsesside jaoks. Raku puhveromadused sõltuvad soolade kontsentratsioonist rakus – raku võimest säilitada konstantsel tasemel oma sisu kergelt aluselist reaktsiooni.
Küsimus 6. Millised ained määravad raku puhveromadused?
Raku sees pakuvad puhverdamist peamiselt anioonid H2PO, HPO4-. Rakuvälises vedelikus ja veres mängivad puhvri rolli karbonaadi ioon CO ja vesinikkarbonaadi ioon HCO. Nõrkade hapete ja leeliste anioonid seovad vesinikioone H ja hüdroksiidioone OH, mille tõttu keskkonna reaktsioon peaaegu ei muutu, hoolimata väljastpoolt sissevõtmisest või happelise ja hüdroksiidioonide moodustumisest ainevahetuse käigus. aluselised toidud.
KÜSIMUSED JA ÜLESANDED ARUTELUKS
Küsimus 1. Millised on erinevused erinevate elementide panuses elava ja eluta looduse organiseerimisse?
Elus ja elutu looduse kehad koosnevad samadest keemilistest elementidest, mis selgitavad nende päritolu ühtsust. Keemiliste elementide panus on nii elus kui ka eluta looduse jaoks sama.
2. küsimus. Selgitage, kuidas füüsikalised keemilised omadused veed avalduvad raku ja kogu organismi elutähtsate protsesside tagamises.
Vesi on vedelik, millel on ainulaadne kombinatsioon mitmetest olulistest füüsikalistest ja keemilistest omadustest.
Veemolekulid on väga polaarsed ja moodustavad üksteisega vesiniksidemeid. Vedelas vees on iga molekul vesinikuga seotud 3 või 4 naabermolekuliga. Vesiniksidemete tohutu hulga tõttu on veel teiste vedelikega võrreldes suurem soojusmahtuvus ja aurustumissoojus, kõrge keemis- ja sulamistemperatuur, kõrge soojusjuhtivus. Selliste omaduste olemasolu võimaldab veel aktiivselt termoregulatsioonis osaleda.
Vesi on madala viskoossusega ja liikuv vedelik. Vee suure liikuvuse põhjuseks on vesiniksidemete väga lühike eluiga. Seetõttu toimub vees pidevalt suure hulga vesiniksidemete moodustumine ja hävimine, mis põhjustab antud vara. Tänu oma suurele voolavusele ringleb vesi kergesti läbi mitmesugused õõnsused organism (vereringe ja lümfisooned, rakkudevahelised ruumid jne).
Osalemisega vesi ja mineraalsoolad kehas toimuvad olulisemad füüsikalised ja keemilised protsessid. Seega määrab vees lahustunud mineraalsoolade kontsentratsioon vere ja koevedeliku osmootse rõhu suuruse, mille konstantsel tasemel säilimine on normaalseks eluks vajalik tingimus. Anorgaanilised ained on olulised ka happe-aluse tasakaalu säilitamisel ja suhtelise püsivuse säilitamisel aktiivne reaktsioon veri ja kuded. Lisaks osalevad difusiooni ja osmoosi nähtustes mineraalsoolad ja vesi, mis mängivad rolli imendumise ja eritumise protsessides.
mineraalsoolad ja vesi, lisaks aitavad kaasa elava protoplasma kolloidse oleku säilimisele. Vee hulga muutumine organismis ning nihked kehavedelike soolade koostises ja koestruktuurides toovad kaasa kolloidide stabiilsuse rikkumise, mille tagajärjeks võivad olla üksikute rakkude või organismi kui terviku pöördumatud kahjustused ja surm.
Vee ja mineraalsoolade puudumine põhjustab tõsiseid tervisekahjustusi ja surma. Inimestel võib veepuudus lõppeda surmaga vaid mõne päevaga. Seda asjaolu tuleks võrrelda tõsiasjaga, et täieliku nälgimise ja piiramatu veevaru korral on võimalik inimese elu päästa isegi 40-45 päeva. Täieliku nälgimise korral võib kaalulangus ulatuda 40%-ni, samas kui veest ilmajäämisel kaasnevad isegi 10%-lise kehakaalu langusega rasked häired ning 20-22%-line kehakaalu langus viib surma.
Mineraalsoolade oluline roll on kindlaks tehtud otseste vaatlustega. Niisiis, loomadelt mineraalsoolade täieliku äravõtmisega, see tähendab mineraalse nälgimisega, hoolimata kõigi teiste toitainete ja vee piisavast tarbimisest kehasse, täheldati isukaotust, söömisest keeldumist, kõhnumist ja surma.
Mineraalsoolade ja vee pideva varustatuse vajadus on seletatav sellega, et keha kaotab pidevalt osa nende kogustest uriini, higi ja väljaheitega.
Füsioloogiline roll erinevad elektrolüüdid on erinevad ja mitmekesised. Seega on kaltsiumi- ja fosforiioonid vajalikud luukoe ehitamiseks. Kaltsiumiioonid on olulised ergastuse ja lihaskontraktsiooni ühendamiseks; naatriumi- ja kaaliumiioonid on vajalikud bioelektriliste potentsiaalide tekkeks. Fosforiioonid jäägina fosforhappe on osa energiarikastest ühenditest (adenosiintrifosforhape, kreatiinfosforhape jt), samuti fosfatiidide ja fosfoproteiinide koostises, mis on funktsioonides olulised. närvikude ja ainevahetuses.
Mõned keemilised elemendid, mis on keha osad väga väikestes kogustes (seetõttu nimetatakse neid mikroelementideks), nagu jood, tsink, raud, koobalt, osalevad suure funktsionaalse tähtsusega keeruliste orgaaniliste ühendite sünteesis.
Jood ( üldine sisu seda on täiskasvanu kehas ligikaudu 0,03 g) on vajalik kilpnäärmehormooni - türoksiini sünteesiks. Äärmiselt oluline roll on raual, mille kogus organismis ei ületa 3-5 g Raud osaleb oksüdatiivsetes protsessides ja hapniku transportimisel verega. Tsink on osa ensüümist ja mängib rolli hormooninsuliini moodustumisel. Koobalt on osa vitamiinist B12, mis on vajalik vereloome jaoks.
Mineraalsoolad on toidus vajalike komponentide hulgas ja nende puudumine võib põhjustada elusorganismi surma. Nad osalevad väga aktiivselt kõigi kehaelementide tegevuses, samuti selle süsteemide toimimise normaliseerimises. Mineraalid on vajalikud hematopoeesiks, erinevate kudede moodustumiseks. Näiteks kaltsium ja fosfor on luukoe peamised struktuurielemendid. Arvatakse, et inimene vajab vähemalt kahtkümmet erinevat mineraalsoola. Meie kehas võivad need tulla koos vee ja toiduga.
Teatud tüüpi toodete puhul kõrge kontsentratsioon teatud mineraalid, sealhulgas haruldased. Teravili sisaldab palju räni ja meretaimed- jood.
Meie keha jaoks on teatud happe-vahe tasakaal normaalne. Selle hooldamine on tõhusa elutegevuse aluseks. Selline tasakaal peaks olema püsiv, kuid toitumise mõningate nihketega võib see ühes või teises suunas kõikuda.
Inimese toitumise jaoks peetakse iseloomulikuks nihet happelise iseloomu poole. See on täis arengut mitmesugused haigused sealhulgas ateroskleroos.
Happeliste mineraalide hulka kuuluvad kloor, fosfor ja väävel. Neid leidub kalas, lihas, leivas, munas, teraviljas jne. Kaalium, naatrium, magneesium ja kaltsium on leeliselised elemendid.
Need on rikkad selliste toodete poolest nagu puu- ja juurviljad, marjad, piim ja selle derivaadid.
Mida vanemaks inimene saab, seda rohkem peaks tema dieedis leiduma aluselisi toite.
Meie keha jaoks kõige olulisemad mineraalsoolad on kaalium, kaltsium, fosfor, magneesium ja raud.
Kaalium kuulub leelismetallide hulka. Meie keha vajab seda lihaste, aga ka põrna ja maksa jaoks. Kaalium aitab kaasa seedimisprotsesside normaliseerimisele ning stimuleerib eriti aktiivselt tärklise ja rasvade töötlemist.
See selgitab selle elemendi eeliseid kõhukinnisuse korral. Lisaks on see asendamatu vereringehäirete korral, põletikulised protsessid nahale, nõrgenenud südametöö ja verepunetus.
Ilmub kiiresti lihasmassi samuti rikkumisi vaimne tegevus. See element sisaldub hapud puuviljad, toored köögiviljad, jõhvikad ja lodjamarjad, aga ka pähklid, kliid ja mandlid.
Kaltsium on võrdselt vajalik igas vanuses. Selle soolad on osa verest, samuti interstitsiaalne ja rakuline vedelik. Arvatakse, et need on vajalikud tugevdamiseks kaitsesüsteemid kehale, samuti neuromuskulaarse erutuvuse rakendamiseks ja säilitamiseks.
Kaltsiumisoolade roll nende tähtsuses vere hüübimisel ja nende puudumine mõjutab kiiresti südamelihase aktiivsust. See mineraal on eriti vajalik luustiku luude jaoks.
Kaltsium sisaldub paljudes toiduainetes. Kuid samal ajal on seda kehal üsna raske omastada. Kõige parem on seda tarbida koos piimatoodetega, näiteks pool liitrit piima sisaldab selle päevanormi.
Dieedi koostamisel tuleks arvestada asjaoluga, et kaltsiumi kaotab organism aktiivselt erinevatel stressirohked olukorrad ja haiguse ajal. See mõjutab väga kiiresti kogu organismi seisundit. Seega, kui kaltsium kaob, tuleks selle tarbimist suurendada.
Fosfor on oluline keha kasvu ja aktiivsuse stimuleerimiseks. See mõjutab luude arengut ja on ka aju jaoks väga oluline. Selle elemendi stabiilne tarbimine on vajalik aktiivseks vaimseks tööks. Kuid tuleb meeles pidada, et pidev fosfori liig võib põhjustada kasvajate teket.
Seda mineraali leidub sellistes toiduainetes nagu kalamaks, juust, munakollane, kliid, kurk, salat, redis, mandlid, pähklid, läätsed.
Magneesium on oluline hammaste ja luude kõvaduse jaoks. Seda elementi leidub ka lihastes, närvides, kopsudes, ajus, andes neile tiheduse ja elastsuse. Magneesiumi puudus toidus avaldab väga kiiret mõju. närvipinge.
Just magneesiumisoolad võivad meie keha kaitsta negatiivsed mõjud mitmesugused pinged, toetades närvisüsteemi rakumembraanide tööd. Sisaldub tomatites, spinatis, pähklites, selleris, veinimarjades, kliides.
Raud on vere oksüdatsiooni peamine element. Ilma selleta on hemoglobiini - punaste pallide - moodustumine võimatu. Selle mikroelemendi puudumisega täheldatakse aneemiat, apaatsust, vähenenud elujõudu ja kahvatut nõrkust. Kehas ladestub raud maksas.
Leitud salatis, spinatis, sparglis, maasikas, kõrvitsas, sibulas ja arbuusis.
Mineraalsoolad on anorgaanilised elemendid. See tähendab et Inimkeha ei suuda neid iseseisvalt sünteesida. Inimese ülesanne on pädev lähenemine oma dieedi ülesehitamisele.
Sel juhul tuleks arvestada mineraalsoolade vahekorra range tasakaalu vajadusega. Nende vale kombinatsioon või liig võib olla kahjulik ja omada Negatiivsed tagajärjed.
Näiteks liigne kaltsiumisisaldus toidus võib viia kaltsiumi sisaldavate neerukivide tekkeni. Samuti tuleb see element õigesti kombineerida fosfori ja kaaliumiga. Lauasoola liigse kasutamise korral võivad ilmneda tursed ja probleemid südame-veresoonkonna süsteemiga. Seda seetõttu, et sool hoiab kehas vedelikku.
Mineraalsoolade bioloogiline roll organismis on suur. Nende tasakaalustatud tarbimiseks on vaja pädevalt läheneda dieedi ettevalmistamisele. Sel juhul ei ole toitumisspetsialistidega konsulteerimine üleliigne.
Kõik ainete muundumised kehas toimuvad veekeskkond. Vesi lahustub toitaineid mis on kehasse sattunud. Koos mineraalidega osaleb see rakkude ehituses ja paljudes metaboolsetes reaktsioonides.
Vesi osaleb kehatemperatuuri reguleerimises; aurustub, jahutab keha, kaitstes seda ülekuumenemise eest; transpordib lahustunud aineid.
Vesi ja mineraalsoolad loovad peamiselt organismi sisekeskkonna, olles peamised lahutamatu osa vereplasma, lümf ja koevedelik. Nad osalevad osmootse rõhu säilitamises ning vereplasma ja koevedeliku reaktsioonis. Mõned vere vedelas osas lahustunud soolad osalevad gaaside transpordis verega.
Vesi ja mineraalsoolad on osa seedemahladest, mis määrab suuresti nende tähtsuse seedeprotsessis. Ja kuigi vesi ega mineraalsoolad ei ole kehas energiaallikad, on nende sisenemine kehasse ja sealt väljumine eelduseks tema tavaline tegevus.
Keha veekaotus toob kaasa väga tõsised rikkumised. Näiteks väikelaste seedehäirete puhul on kõige ohtlikum keha dehüdratsioon, mis toob kaasa krampe, teadvusekaotust jne. Just vedelikukaotusest tingitud keha järsk dehüdratsioon põhjustab selliseid. raske kurss selline nakkushaigus nagu koolera. Mitmepäevane veepuudus on inimestele saatuslik.
Veevahetus
Keha täiendamine veega toimub pidevalt selle imendumise tõttu seedetrakt. Inimene vajab tavatoiduga 2-2,5 liitrit vett päevas ja normaalne temperatuur keskkond. See kogus vett pärineb järgmistest allikatest: a) joogivesi (umbes 1 liiter); b) toidus sisalduv vesi (umbes 1 liiter); c) vesi, mis tekib organismis valkude, rasvade ja süsivesikute ainevahetuse käigus (300-350 ml).
Peamised elundid, mis organismist vett välja viivad, on neerud, higinäärmed, kopsud ja sooled. Neerud viivad kehast uriini osana välja 1,2-1,5 liitrit vett päevas. Higinäärmed eemaldavad naha kaudu higi kujul 500-700 ml vett päevas. Normaalsel temperatuuril ja õhuniiskusel 1 cm2 kohta nahka iga 10 minuti järel vabaneb umbes 1 mg vett. Araabia poolsaare kõrbetes kaotab inimene aga päevas higiga umbes 10 liitrit vett. Intensiivse töö käigus eraldub palju vedelikku ka higi kujul: näiteks kahel pingelisel jalgpallimatšil poolajal kaotab jalgpallur umbes 4 liitrit vett.
Kopsud veeauru kujul eemaldavad 350 ml vett. See kogus suureneb järsult koos hingamise süvenemise ja kiirenemisega ning siis võib päevas vabaneda 700-800 ml vett.
Soolestiku kaudu koos väljaheitega eritub päevas 100-150 ml vett. Soolestiku aktiivsuse häirega koos väljaheitega võib see erituda suur hulk vesi (koos kõhulahtisusega), mis võib viia veekogu ammendumiseni. Organismi normaalseks toimimiseks on oluline, et vee tarbimine kataks täielikult selle tarbimise.
Tarbitud vee ja eraldatud koguse suhe on vee tasakaal.
Kui kehast väljub vett rohkem kui sisse jõuab, siis tekib tunne janu. Janu tagajärjel joob inimene vett kuni normaalse veetasakaalu taastumiseni.
Soolavahetus
Kui see on välja arvatud dieeti loomsed mineraalid põhjustavad tõsiseid kehahäireid ja isegi surma. Mineraalide olemasolu on seotud erutuvuse nähtusega - elusolendite ühe peamise omadusega. Luude, närvielementide, lihaste kasv ja areng sõltub mineraalide sisaldusest; need määravad vere reaktsiooni (pH), aitavad kaasa südame normaalsele talitlusele ja närvisüsteem kasutatakse hemoglobiini (raud) moodustamiseks, vesinikkloriidhappest maomahl(kloor).
Mineraalsoolad loovad teatud osmootse rõhu, mis on rakkude eluks nii vajalik.
Kell segatoitumine täiskasvanu saab kõik, mida ta vajab mineraalid piisavas koguses. Ainult lauasool lisatakse inimeste toidule kokkamine. Kasvav laste keha eriti paljude mineraalide täiendavat tarbimist.
Keha kaotab uriini, higi ja väljaheitega pidevalt teatud koguse mineraalsooli. Seetõttu peavad mineraalsoolad, nagu vesi, pidevalt kehasse sisenema. Sisu üksikud elemendid inimkehas ei ole sama (tabel 13).
Vee-soola ainevahetuse reguleerimine
Keha sisekeskkonna osmootse rõhu püsivust, mis on määratud vee ja soolade sisaldusega, reguleerib organism.
Veepuuduse korral kehas suureneb koevedeliku osmootne rõhk. See põhjustab kudedes asuvate spetsiaalsete retseptorite ärritust - osmoretseptorid. Nende impulsid saadetakse spetsiaalsete närvide kaudu ajju vee-soola ainevahetuse reguleerimise keskusesse. Sealt suunatakse erutus sisesekretsiooninäärmesse – hüpofüüsi, mis vabastab vereringesse spetsiaalse hormooni, mis põhjustab uriinipeetust. Vee eritumise vähendamine uriiniga taastab häiritud tasakaalu.
See näide näitab selgelt närviliste ja humoraalsete regulatsioonimehhanismide koostoimet füsioloogilised funktsioonid. Refleks hakkab tööle närviliselt osmoretseptoritest ja seejärel aktiveeritakse humoraalne mehhanism - spetsiaalse hormooni sisenemine verre.
Vee-soola ainevahetuse reguleerimise keskus kontrollib kõiki vee transportimise viise kehas: selle eritumist uriiniga, higiga ja kopsude kaudu, ümberjaotumist kehaorganite vahel, imendumist seedetraktist, sekretsiooni ja veetarbimist. Sellega seoses on eriti olulised vahelihase teatud osad. Kui loom viiakse nendesse piirkondadesse elektroodidega ja hakkab nende kaudu aju ärritama elektri-šokk, siis hakkavad loomad innukalt vett jooma. Sel juhul võib joodud vee kogus ületada 40% kehakaalust. Selle tulemusena ilmnevad veemürgistuse nähud, mis on seotud vereplasma ja koevedeliku osmootse rõhu langusega. IN vivo need vaheaju keskpunktid on ajukoore kontrolliva mõju all poolkerad aju.
Veetasakaalu reguleerimise mehhanism on väga oluline praktiline elu. Juhtudel, kui vett tuleb kokku hoida, ei tohi seda mitte mingil juhul juua ühe sõõmuga, vaid alati väga väikeste lonksudena. Te tunnete, et olete purjus, kuigi olete joonud veidi vett. Vee-soola ainevahetuse regulatsiooni iseärasuste tundmine on oluline veel ühel juhul. Palava ilmaga on tavaliselt suur janu ja olenemata sellest, kui palju vett joote, on teil ikkagi janu. Aga tasub janutundest hoolimata teadlikult veidi vastu pidada ja see läheb üle. Seetõttu ei tohiks kuumaga, matkal jne palju juua. Õige taktika siin on nii: teades, et ees on raske matk või pikk päikese käes viibimine, on parem juua vett "varuks" ette, ajal, mil juua ikka ei taha. Sellisel juhul ei teki ka sellist tugevat janutunnet, nagu oleks kuumaga jooma hakanud.
Kaks veel praktilisi nõuandeid. Enne matkale asumist tuleks juua mineraal- või soolavett või süüa mõõdukalt soolast toitu - fetajuustu, soolajuustu vms - ning juua see veega korralikult ära. Fakt on see, et higiga kaob palju sooli ja see põhjustab väsimuse suurenemist, lihaste nõrkus jne. Samuti peate teadma, et palavuse ajal on sageli "vale janu": te ei taha juua mitte sellepärast, et kehas on vähe vedelikku, vaid suu limaskesta kuivamise tõttu. Sel juhul loputage lihtsalt suud veega.
Taime- ja loomarakkude keemiline koostis on väga sarnane, mis viitab nende päritolu ühtsusele. Rakkudest on leitud üle 80 keemilise elemendi, kuid ainult 27-l neist on teadaolev füsioloogiline roll.
Kõik elemendid on jagatud kolme rühma:
- makrotoitaineid, mille sisaldus rakus on kuni 10 - 3%. Need on hapnik, süsinik, vesinik, lämmastik, fosfor, väävel, kaltsium, naatrium ja magneesium, mis kokku moodustavad üle 99% rakkude massist;
- mikroelemendid, mille sisaldus jääb vahemikku 10-3% kuni 10-12%. Need on mangaan, vask, tsink, koobalt, nikkel, jood, broom, fluor; need moodustavad vähem kui 1,0% rakkude massist;
- multimikroelemendid, mis moodustavad alla 10–12%. Need on kuld, hõbe, uraan, seleen ja teised – kokku vähem kui 0,01% raku massist. Enamiku nende elementide füsioloogiline roll ei ole kindlaks tehtud.
Kõik need elemendid on osa elusorganismide anorgaanilistest ja orgaanilistest ainetest või sisalduvad ioonidena.
Rakkude anorgaanilisi ühendeid esindavad vesi ja mineraalsoolad.
Kõige tavalisem anorgaaniline ühend elusorganismide rakkudes on vesi. Selle sisaldus erinevates rakkudes ulatub 10%-st hambaemailis kuni 85%-ni närvirakud ja kuni 97% areneva embrüo rakkudes. Vee hulk rakkudes oleneb olemusest metaboolsed protsessid: mida intensiivsemad need on, seda suurem on veesisaldus. Keskmiselt sisaldab paljurakuliste organismide keha umbes 80% vett. Sellised kõrge sisaldus vesi räägib oluline roll selle keemilise olemuse tõttu.
Veemolekuli dipoolne olemus võimaldab moodustada valkude ümber vesise (solvaat) kesta, mis ei lase neil üksteise külge kleepuda. See seotud vesi, mis moodustab 4–5% selle kogusisaldusest. Ülejäänud vett (umbes 95%) nimetatakse vabaks. Vaba vesi on universaalne lahusti paljude orgaaniliste ja anorgaaniliste ühendite jaoks. Enamik keemilisi reaktsioone toimub ainult lahustes. Ainete tungimine rakku ja dissimilatsiooniproduktide eemaldamine sellest on enamikul juhtudel võimalik ainult lahustunud kujul. Vesi osaleb otseselt ka rakus toimuvates biokeemilistes reaktsioonides (hüdrolüüsireaktsioonid). Rakkude soojusrežiimi reguleerimine on seotud ka veega, kuna sellel on hea soojusjuhtivus ja soojusmahtuvus.
Vesi osaleb aktiivselt rakkude osmootse rõhu reguleerimises. Lahusti molekulide tungimist läbi poolläbilaskva membraani aine lahusesse nimetatakse osmoosiks ja rõhku, millega lahusti (vesi) läbi membraani tungib, nimetatakse osmootseks rõhuks. Osmootse rõhu väärtus suureneb lahuse kontsentratsiooni suurenedes. Inimeste ja enamiku imetajate kehavedelike osmootne rõhk on võrdne 0,85% naatriumkloriidi lahuse rõhuga. Lahendused sellega osmootne rõhk Neid nimetatakse isotoonilisteks, kontsentreeritumaks - hüpertoonilisteks ja vähem kontsentreeritud - hüpotoonilisteks. Osmoosi nähtus on seina pinge aluseks taimerakud(turgor).
Vee suhtes jagunevad kõik ained hüdrofiilseteks (veeslahustuvateks) - mineraalsoolad, happed, leelised, monosahhariidid, valgud jne ja hüdrofoobseteks (vees lahustumatuteks) - rasvadeks, polüsahhariidideks, mõned soolad ja vitamiinid jne. Lisaks veele võivad lahustid olla rasvad ja alkoholid.
Mineraalsoolad teatud kontsentratsioonides on vajalikud rakkude normaalseks funktsioneerimiseks. Niisiis, lämmastik ja väävel on osa valkudest, fosfor on osa DNA-st, RNA-st ja ATP-st, magneesium on osa paljudest ensüümidest ja klorofüll, raud on osa hemoglobiinist, tsink on osa pankrease hormoonist, jood on osa kilpnäärmehormoonidest jne. Kaltsiumi ja fosfori lahustumatud soolad annavad luukoele tugevuse, naatriumi, kaaliumi ja kaltsiumi katioonid – rakkude ärrituvus. Kaltsiumiioonid osalevad vere hüübimises.
Nõrkade hapete ja nõrkade leeliste anioonid seovad vesiniku (H+) ja hüdroksüüli (OH-) ioone, mille tulemusena hoitakse rakkudes ja interstitsiaalses vedelikus konstantsel tasemel kergelt aluseline reaktsioon. Seda nähtust nimetatakse puhverdamiseks.
Orgaanilised ühendid moodustavad umbes 20–30% elusrakkude massist. Nende hulka kuuluvad bioloogilised polümeerid – valgud, nukleiinhapped ja polüsahhariidid, aga ka rasvad, hormoonid, pigmendid, ATP jne.
Oravad
Valgud moodustavad 10–18% kogu raku massist (50–80% kuivmassist). Valkude molekulmass ulatub kümnetest tuhandetest kuni paljude miljonite ühikuteni. Valgud on biopolümeerid, mille monomeerideks on aminohapped. Kõik elusorganismide valgud on üles ehitatud 20 aminohappest. Sellest hoolimata on valgumolekulide mitmekesisus tohutu. Need erinevad suuruse, struktuuri ja funktsioonide poolest, mille määrab aminohapete arv ja järjestus. Välja arvatud lihtsad valgud(albumiinid, globuliinid, histoonid) on ka kompleksseid, mis on valkude ühendid süsivesikute (glükoproteiinide), rasvade (lipoproteiinide) ja nukleiinhapetega (nukleoproteiinidega).
Iga aminohape koosneb süsivesinikradikaalist, mis on seotud happelise karboksüülrühmaga (-COOH) ja aluselise aminorühmaga (-NH2). Aminohapped erinevad üksteisest ainult radikaalide poolest. Aminohapped on amfoteersed ühendid, millel on nii hapete kui ka aluste omadused. See nähtus võimaldab hapetel moodustada pikki ahelaid. Sel juhul tekivad veemolekuli vabanemisega tugevad kovalentsed (peptiid-) sidemed põhirühmade (-CO-NH-) happelise süsiniku ja lämmastiku vahel. Kahest aminohappejäägist koosnevaid ühendeid nimetatakse dipeptiidideks, kolme - tripeptiidideks, paljusid - polüpeptiidideks.
Elusorganismide valgud koosnevad sadadest ja tuhandetest aminohapetest ehk need on makromolekulid. Erinevad omadused ja valgumolekulide funktsioonid määrab DNA-s kodeeritud aminohapete järjestus. Seda järjestust nimetatakse valgu molekuli primaarseks struktuuriks, mis omakorda määrab järgnevad ruumilise organiseerituse tasemed ja bioloogilised omadused valgud. Valgu molekuli põhistruktuur on tingitud peptiidsidemetest.
Valgu molekuli sekundaarne struktuur saavutatakse selle spiraliseerumisega, mis on tingitud vesiniksidemete loomisest spiraali külgnevate pöörete aatomite vahel. Need on nõrgemad kui kovalentsed, kuid loovad palju kordi korratuna üsna tugeva ühenduse. Funktsioneerimine keerdspiraali kujul on iseloomulik osadele fibrillaarsetele valkudele (kollageen, fibrinogeen, müosiin, aktiin jne).
Paljud valgumolekulid muutuvad funktsionaalselt aktiivseks alles pärast globulaarse (tertsiaarse) struktuuri omandamist. See moodustub spiraali korduval voltimisel ruumiliseks moodustiseks – gloobuliks. See struktuur on reeglina ristseotud veelgi nõrgemate disulfiidsidemetega. Enamik valke (albumiinid, globuliinid jne) on kerakujulise struktuuriga.
Mõned funktsioonid nõuavad valkude osalemist rohkemaga kõrge tase organisatsioon, milles on mitme globulaarse valgu molekuli ühinemine üheks süsteemiks - kvaternaarseks struktuuriks (keemilised sidemed võivad olla erinevad). Näiteks hemoglobiini molekul koosneb neljast erinevast gloobulist ja heemirühmast, mis sisaldab raua iooni.
Valgu molekuli kadu struktuurne korraldus nimetatakse denaturatsiooniks. Seda võivad põhjustada mitmesugused keemilised (happed, leelised, alkohol, soolad). raskemetallid jne) ja füüsiline ( kõrge temperatuur ja survet ioniseeriv kiirgus jne) tegurid. Esiteks väga nõrk - kvaternaar, seejärel tertsiaarne, sekundaarne ja raskemates tingimustes primaarstruktuur hävib. Kui denatureeriva faktori mõjul primaarstruktuur ei muutu, siis kui valgumolekulid naasevad normaalsetes tingimustes keskkonda, taastatakse täielikult nende struktuur, st toimub renaturatsioon. Seda valgumolekulide omadust kasutatakse laialdaselt meditsiinis vaktsiinide ja seerumite valmistamiseks ning Toidutööstus toidukontsentraatide jaoks. Pöördumatu denaturatsiooniga (esmastruktuuri hävitamine) kaotavad valgud oma omadused.
Valgud täidavad järgmisi funktsioone: ehitamine, katalüütiline, transport, mootor, kaitse, signaalimine, reguleerimine ja energia.
Kuidas ehitusmaterjal valgud on osa kõigist rakumembraanidest, hüaloplasmast, organellidest, tuumamahlast, kromosoomidest ja nukleoolidest.
Katalüütilist (ensümaatilist) funktsiooni täidavad ensüümvalgud, mis kiirendavad biokeemiliste reaktsioonide kulgu rakkudes kümneid ja sadu tuhandeid kordi. normaalne rõhk ja temperatuur umbes 37 °C. Iga ensüüm võib katalüüsida ainult ühte reaktsiooni, st ensüümide toime on rangelt spetsiifiline. Ensüümide spetsiifilisus tuleneb ühe või mitme aktiivse tsentri olemasolust, milles ensüümi molekulide ja konkreetse aine (substraadi) vahel on tihe kontakt. Mõnda ensüümi kasutatakse meditsiinipraktika ja toiduainetööstus.
Valkude transpordifunktsioon on transportida aineid, näiteks hapnikku (hemoglobiini) ja mõningaid bioloogiliselt toimeaineid(hormoonid).
Valkude motoorne funktsioon seisneb selles, et igat tüüpi rakkude ja organismide motoorseid reaktsioone pakuvad spetsiaalsed kontraktiilsed valgud - aktiin ja müosiin. Neid leidub kõigis lihastes, ripsmetes ja lipudes. Nende niidid on võimelised ATP energiat kasutades kokku tõmbuma.
Valkude kaitsefunktsioon on seotud spetsiaalsete valkainete tootmisega leukotsüütide poolt – antikehad vastuseks võõrvalkude või mikroorganismide tungimisele organismi. Antikehad seovad, neutraliseerivad ja hävitavad organismile mitteomaseid ühendeid. Valkude kaitsefunktsiooni näide on fibrinogeeni muundamine fibriiniks vere hüübimise ajal.
Signaali (retseptori) funktsiooni teostavad valgud tänu nende molekulide võimele muuta oma struktuuri paljude keemiliste ja ainete mõjul. füüsikalised tegurid, mille tulemusena rakk või organism neid muutusi tajub.
Reguleerivat funktsiooni teostavad valgulised hormoonid (näiteks insuliin).
Valkude energiafunktsioon seisneb nende võimes olla rakus energiaallikaks (reeglina teiste puudumisel). 1 g valgu täielikul ensümaatilisel lõhustamisel vabaneb 17,6 kJ energiat.
Süsivesikud
Süsivesikud on nii looma- kui ka taimerakkude oluline komponent. Taimerakkudes ulatub nende sisaldus 90% -ni kuivkaalust (kartulimugulates) ja loomadel - 5% (maksarakkudes). Süsivesikute molekulide koostis sisaldab süsinikku, vesinikku ja hapnikku ning vesinikuaatomite arv on enamikul juhtudel kaks korda suurem kui hapnikuaatomite arv.
Kõik süsivesikud jagunevad mono-, di- ja polüsahhariidideks. Monosahhariidid sisaldavad sageli viit (pentoosi) või kuut (heksoosi) süsinikuaatomit, sama palju hapnikku ja kaks korda rohkem vesinikku (näiteks C6H12OH – glükoos). Pentoosid (riboos ja desoksüriboos) on osa nukleiinhapetest ja ATP-st. Heksoosid (glükoos ja fruktoos) on pidevalt taimede viljade rakkudes, andes neile magusa maitse. Glükoosi leidub veres ja see toimib loomarakkude ja kudede energiaallikana. Disahhariidid ühendavad kaks monosahhariidi ühes molekulis. Toidusuhkur (sahharoos) koosneb glükoosi ja fruktoosi molekulidest, piimasuhkur (laktoos) sisaldab glükoosi ja galaktoosi. Kõik mono- ja disahhariidid on vees hästi lahustuvad ja magusa maitsega. Polüsahhariidide molekulid tekivad monosahhariidide polümerisatsiooni tulemusena. Polüsahhariidide monomeer - tärklis, glükogeen, tselluloos (kiudaine) on glükoos. Polüsahhariidid on vees praktiliselt lahustumatud ja neil ei ole magusat maitset. Peamised polüsahhariidid - tärklis (taimerakkudes) ja glükogeen (loomarakkudes) ladestuvad inklusioonide kujul ja toimivad varuenergiaainetena.
Süsivesikud tekivad rohelistes taimedes fotosünteesi käigus ja neid saab hiljem kasutada aminohapete biosünteesiks, rasvhapped ja muud ühendused.
Süsivesikud täidavad kolme põhifunktsiooni: ehitus (struktuuriline), energia ja ladustamine. Tselluloos moodustab taimerakkude seinad; kompleksne polüsahhariid - kitiin - lülijalgsete välimine skelett. Süsivesikud koos valkudega (glükoproteiinidega) on osa luudest, kõhredest, kõõlustest ja sidemetest. Süsivesikud toimivad rakus peamise energiaallikana: 1 g süsivesikute oksüdeerumisel vabaneb 17,6 kJ energiat. Glükogeen ladestub lihastes ja maksarakkudes varutoitainena.
Lipiidid
Lipiidid (rasvad) ja lipoidid on kohustuslikud komponendid kõik rakud. Rasvad on suure molekulmassiga rasvhapete ja kolmehüdroksüülse alkoholi glütserooli estrid ning lipoidid on rasvhapete estrid teiste alkoholidega. Need ühendid on vees lahustumatud (hüdrofoobsed). Lipiidid võivad moodustada kompleksseid komplekse valkude (lipoproteiinide), süsivesikute (glükolipiidide), fosforhappe jääkidega (fosfolipiididega) jne. Rasvasisaldus rakus on vahemikus 5–15% kuivaine massist ja nahaaluse rakkudes. rasvkude - kuni 90%.
Rasvad täidavad ehitus-, energia-, ladustamis- ja kaitsefunktsioone. Lipiidide (peamiselt fosfolipiidide) bimolekulaarne kiht on kõigi bioloogiliste rakumembraanide aluseks. Lipiidid on osa närvikiudude kestadest. Rasvad on energiaallikas: 1 g rasva täielikul lagunemisel vabaneb 38,9 kJ energiat. Need toimivad oksüdatsiooni käigus vabaneva vee allikana. Rasvad on varuks energiaallikas, mis koguneb loomade rasvkoesse ning taimede viljadesse ja seemnetesse. Nad kaitsevad elundeid mehaanilised kahjustused(näiteks neerud on mähitud pehme rasvase "ümbrisesse"). Osade loomade (vaalad, hülged) nahaalusesse rasvkoesse akumuleeruvad rasvad täidavad soojusisolatsiooni funktsiooni.
Nukleiinhapped Nukleiinhapped on ülima bioloogilise tähtsusega ja on komplekssed kõrgmolekulaarsed biopolümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid. Need avastati esmakordselt rakkude tuumades, sellest ka nende nimi.
Nukleiinhappeid on kahte tüüpi: desoksüribonukleiinhapped (DNA) ja ribonukleiinhapped (RNA). DNA siseneb peamiselt tuuma kromatiini, kuigi vähesel määral leidub seda ka mõnes organellis (mitokondrid, plastiidid). RNA-d leidub raku nukleoolides, ribosoomides ja tsütoplasmas.
DNA molekuli struktuuri dešifreerisid esmakordselt J. Watson ja F. Crick aastal 1953. See koosneb kahest omavahel ühendatud polünukleotiidahelast. DNA monomeerid on nukleotiidid, mille hulka kuuluvad: viie süsinikuga suhkur – desoksüriboos, fosforhappe jääk ja lämmastikalus. Nukleotiidid erinevad üksteisest ainult lämmastikualuste poolest. DNA nukleotiidide koostis sisaldab järgmisi lämmastiku aluseid: adeniin, guaniin, tsütosiin ja tümiin. Nukleotiidid on ahelas ühendatud kovalentsete sidemete moodustumisega ühe desoksüriboosi ja külgneva nukleotiidi fosforhappejäägi vahel. Mõlemad ahelad liidetakse üheks molekuliks erinevate ahelate lämmastikualuste vahel tekkivate vesiniksidemetega ning teatud ruumilise konfiguratsiooni tõttu tekib kaks sidet adeniini ja tümiini ning kolm guaniini ja tsütosiini vahel. Selle tulemusena moodustavad kahe ahela nukleotiidid paarid: A-T, G-C. Nukleotiidide ranget vastavust üksteisele paaris DNA ahelates nimetatakse komplementaarseks. See omadus on aluseks DNA molekuli replikatsioonile (isedubleerumisele), st uue molekuli moodustumisele, mis põhineb algsel molekulil.
replikatsioon
Replikatsioon toimub järgmisel viisil. Spetsiaalse ensüümi (DNA polümeraasi) toimel katkevad kahe ahela nukleotiidide vahelised vesiniksidemed ning vabanenud sidemetele kinnituvad komplementaarsuse põhimõttel vastavad DNA nukleotiidid (A-T, G-C). Järelikult määrab nukleotiidide järjekord "vanas" DNA ahelas nukleotiidide järjekorra "uues", st "vana" DNA ahel on malliks "uue" sünteesiks. Selliseid reaktsioone nimetatakse maatrikssünteesi reaktsioonideks, need on iseloomulikud ainult elusolenditele. DNA molekulid võivad sisaldada 200 kuni 2 x 108 nukleotiidi. Suur hulk DNA molekule on saavutatud nende erineva suuruse ja erinevate nukleotiidjärjestuste abil.
DNA roll rakus on geneetilise informatsiooni talletamine, reprodutseerimine ja edastamine. Tänu maatrikssünteesile ühtib tütarrakkude pärilik informatsioon täpselt ema omaga.
RNA
RNA, nagu DNA, on polümeer, mis on ehitatud monomeeridest - nukleotiididest. RNA nukleotiidide struktuur on sarnane DNA omaga, kuid on järgmised erinevused: desoksüriboosi asemel sisaldavad RNA nukleotiidid viiesüsinikulist suhkrut - riboosi ja tümiini lämmastikaluse asemel uratsiili. Ülejäänud kolm lämmastikualust on samad: adeniin, guaniin ja tsütosiin. Võrreldes DNA-ga sisaldab RNA vähem nukleotiide ja seetõttu on selle molekulmass väiksem.
Tuntud on kahe- ja üheahelalised RNA-d. Mõnes viiruses sisaldub kaheahelaline RNA, mis täidab (nagu DNA) päriliku teabe hoidja ja edastaja rolli. Teiste organismide rakkudes leitakse üheahelalisi RNA-sid, mis on DNA vastavate osade koopiad.
Rakkudes on kolme tüüpi RNA-d: messenger, transport ja ribosomaalne.
Messenger RNA (i-RNA) koosneb 300-30 000 nukleotiidist ja moodustab ligikaudu 5% kogu rakus sisalduvast RNA-st. See on konkreetse DNA tüki (geeni) koopia. i-RNA molekulid toimivad geneetilise informatsiooni kandjatena DNA-st valgusünteesi kohta (ribosoomidesse) ja on otseselt seotud selle molekulide kokkupanemisega.
Transfer RNA (t-RNA) moodustab kuni 10% kogu raku RNA-st ja koosneb 75-85 nukleotiidist. tRNA molekulid transpordivad aminohappeid tsütoplasmast ribosoomidesse.
Tsütoplasmaatilise RNA põhiosa (umbes 85%) on ribosomaalne RNA (r-RNA). See on osa ribosoomist. rRNA molekulid sisaldavad 3–5 tuhat nukleotiidi. Arvatakse, et r-RNA tagab teatud ruumilise seose i-RNA ja t-RNA vahel.
