În trecut, oamenii de știință au împărțit toate substanțele din natură în cele neînsuflețite și vii, inclusiv regnul animalelor și al plantelor printre acestea din urmă. Substanțele din primul grup se numesc minerale. Iar cele care intrau în al doilea se numeau substanțe organice.
Ce inseamna asta? Clasa de substanțe organice este cea mai extinsă dintre toți compușii chimici cunoscuți de oamenii de știință moderni. Întrebarea despre care substanțe sunt organice poate fi răspunsă după cum urmează - aceștia sunt compuși chimici, care includ carbon.
Vă rugăm să rețineți că nu toți compușii care conțin carbon sunt organici. De exemplu, corbidele și carbonații, acidul carbonic și cianurile, oxizii de carbon nu sunt incluse în numărul lor.
De ce există atât de multe substanțe organice?
Răspunsul la această întrebare constă în proprietățile carbonului. Acest element este curios prin faptul că este capabil să formeze lanțuri din atomii săi. Și totuși legătura de carbon este foarte stabilă.
În plus, în compușii organici, prezintă o valență ridicată (IV), adică capacitatea de a forma legături chimice cu alte substanțe. Și nu numai single, ci și dublu și chiar triplu (în rest - multipli). Pe măsură ce multiplicitatea legăturii crește, lanțul de atomi devine mai scurt, iar stabilitatea legăturii crește.
Și carbonul este, de asemenea, înzestrat cu capacitatea de a forma structuri liniare, plate și tridimensionale.
De aceea substanțele organice din natură sunt atât de diverse. Puteți verifica cu ușurință singur: stați în fața unei oglinzi și priviți cu atenție reflexia dvs. Fiecare dintre noi este un ghid ambulant al chimiei organice. Gândiți-vă: cel puțin 30% din masa fiecărei celule sunt compuși organici. Proteinele care ți-au construit corpul. Carbohidrați care servesc drept „combustibil” și sursă de energie. Grăsimi care stochează depozite de energie. Hormoni care controlează organele și chiar comportamentul tău. Enzime care declanșează reacții chimice în interiorul tău. Și chiar și „codul sursă”, firele de ADN sunt toate compuși organici pe bază de carbon.
Compoziția substanțelor organice
După cum am spus la început, principalul material de construcție pentru materia organică este carbonul. Și aproape orice element, combinându-se cu carbonul, poate forma compuși organici.
În natură, hidrogenul, oxigenul, azotul, sulful și fosforul sunt prezente cel mai adesea în compoziția substanțelor organice.
Structura substanțelor organice
Varietatea substanțelor organice de pe planetă și varietatea structurii lor pot fi explicate prin trăsăturile caracteristice ale atomilor de carbon.
Amintiți-vă că atomii de carbon sunt capabili să formeze legături foarte puternice între ei prin conectarea în lanțuri. Rezultatul sunt molecule stabile. Modul în care atomii de carbon sunt legați într-un lanț (aranjați în zig-zag) este una dintre caracteristicile cheie ale structurii sale. Carbonul se poate combina atât în lanțuri deschise, cât și în lanțuri închise (ciclice).
De asemenea, este important ca structura substanțelor chimice să afecteze direct proprietățile lor chimice. Modul în care atomii și grupurile de atomi dintr-o moleculă se afectează reciproc joacă, de asemenea, un rol semnificativ.
Datorită caracteristicilor structurale, contul aceluiași tip de compuși de carbon ajunge la zeci și sute. De exemplu, luați în considerare compușii hidrogen carbon: metan, etan, propan, butan etc.
De exemplu, metanul este CH4. O astfel de combinație de hidrogen cu carbon în condiții normale este în stare gazoasă de agregare. Când apare oxigenul în compoziție, se formează un lichid - alcool metilic CH 3 OH.
Nu numai substanțele cu compoziție calitativă diferită (ca în exemplul de mai sus) prezintă proprietăți diferite, dar și substanțele cu aceeași compoziție calitativă sunt capabile de acest lucru. Un exemplu este capacitatea diferită a metanului CH4 şi a etilenei C2H4 de a reacţiona cu bromul şi clorul. Metanul este capabil de astfel de reacții numai atunci când este încălzit sau sub lumină ultravioletă. Și etilena reacționează chiar și fără iluminare și încălzire.
Luați în considerare această opțiune: compoziția calitativă a compușilor chimici este aceeași, compoziția cantitativă este diferită. Atunci proprietățile chimice ale compușilor sunt diferite. Așa cum este cazul acetilenei C2H2 și benzenului C6H6.
Un rol important în această diversitate îl joacă astfel de proprietăți ale substanțelor organice, „legate” de structura lor, precum izomeria și omologia.
Imaginați-vă că aveți două substanțe aparent identice - aceeași compoziție și aceeași formulă moleculară pentru a le descrie. Dar structura acestor substanțe este fundamental diferită, din care rezultă diferența de proprietăți chimice și fizice. De exemplu, formula moleculară C 4 H 10 poate fi scrisă ca două substanțe diferite: butan și izobutan.
Vorbim despre izomerii- compuși care au aceeași compoziție și greutate moleculară. Dar atomii din moleculele lor sunt aranjați într-o ordine diferită (structură ramificată și neramificată).
Cu privire la omologie- aceasta este o caracteristică a unui astfel de lanț de carbon în care fiecare membru ulterior poate fi obținut prin adăugarea unei grupe CH2 la cea anterioară. Fiecare serie omoloagă poate fi exprimată printr-o formulă generală. Și cunoscând formula, este ușor de determinat compoziția oricăruia dintre membrii seriei. De exemplu, omologii metanului sunt descriși prin formula C n H 2n + 2.
Pe măsură ce se adaugă „diferența omologică” CH2, legătura dintre atomii substanței este sporită. Luați seria omoloagă a metanului: primii patru membri ai săi sunt gaze (metan, etan, propan, butan), următorii șase sunt lichide (pentan, hexan, heptan, octan, nonan, decan) și apoi substanțe în stare solidă de urmează agregarea (pentadecan, eicosan etc.). Și cu cât legătura dintre atomii de carbon este mai puternică, cu atât greutatea moleculară, punctul de fierbere și punctul de topire al substanțelor sunt mai mari.
Ce clase de substanțe organice există?
Substanțele organice de origine biologică includ:
- proteine;
- carbohidrați;
- acizi nucleici;
- lipide.
Primele trei puncte pot fi numite și polimeri biologici.
O clasificare mai detaliată a substanțelor chimice organice acoperă substanțele nu numai de origine biologică.
Hidrocarburile includ:
- compuși aciclici:
- hidrocarburi saturate (alcani);
- hidrocarburi nesaturate:
- alchene;
- alchine;
- alcadiene.
- conexiuni ciclice:
- compuși carbociclici:
- aliciclic;
- aromatice.
- compuși heterociclici.
- compuși carbociclici:
Există și alte clase de compuși organici în care carbonul se combină cu alte substanțe decât hidrogenul:
- alcooli si fenoli;
- aldehide și cetone;
- acizi carboxilici;
- esteri;
- lipide;
- carbohidrați:
- monozaharide;
- oligozaharide;
- polizaharide.
- mucopolizaharide.
- amine;
- aminoacizi;
- proteine;
- acizi nucleici.
Formule ale substanțelor organice pe clasă
Exemple de substanțe organice
După cum vă amintiți, în corpul uman, diferite tipuri de substanțe organice stau la baza fundațiilor. Acestea sunt țesuturile și fluidele noastre, hormonii și pigmenții, enzimele și ATP și multe altele.
În corpul oamenilor și al animalelor, proteinele și grăsimile sunt prioritare (jumătate din masa uscată a celulelor animale sunt proteine). În plante (aproximativ 80% din masa celulelor uscate) - pentru carbohidrați, în primul rând complecși - polizaharide. Inclusiv celuloza (fără de care nu ar exista hârtie), amidon.
Să vorbim despre unele dintre ele mai detaliat.
De exemplu, despre carbohidrați... Dacă ar fi posibil să se ia și să se măsoare masele tuturor substanțelor organice de pe planetă, carbohidrații ar fi cei care ar câștiga această competiție.
Ele servesc ca sursă de energie în organism, sunt materiale de construcție pentru celule și, de asemenea, efectuează o aprovizionare cu substanțe. Amidonul este folosit în acest scop pentru plante, glicogenul pentru animale.
În plus, carbohidrații sunt foarte diversi. De exemplu, carbohidrați simpli. Cele mai comune monozaharide din natură sunt pentozele (inclusiv deoxiriboza, care face parte din ADN) și hexoza (glucoza cu care ești familiarizat).
Ca din caramizi, pe un mare santier al naturii, polizaharidele sunt construite din mii si mii de monozaharide. Fără ele, sau mai bine zis, fără celuloză, amidon, nu ar exista plante. Și animalele fără glicogen, lactoză și chitină le-ar avea greu.
Să aruncăm o privire atentă la proteine... Natura este cel mai mare maestru al mozaicurilor și puzzle-urilor: din doar 20 de aminoacizi din corpul uman se formează 5 milioane de tipuri de proteine. Proteinele au, de asemenea, multe funcții vitale. De exemplu, construcția, reglarea proceselor din organism, coagularea sângelui (există proteine separate pentru aceasta), mișcarea, transportul anumitor substanțe în organism, sunt, de asemenea, o sursă de energie, sub formă de enzime acționează ca un catalizator pentru reactii, asigura protectie. Anticorpii joacă un rol important în protejarea organismului de influențele externe negative. Și dacă există o tulburare în reglarea fină a corpului, anticorpii, în loc să distrugă inamicii externi, pot acționa ca agresori asupra organelor și țesuturilor proprii ale corpului.
Proteinele sunt, de asemenea, împărțite în simple (proteine) și complexe (proteide). Și au proprietăți inerente doar lor: denaturare (distrugere, pe care ați observat-o de mai multe ori când ați fiert un ou fiert tare) și renaturare (această proprietate este utilizată pe scară largă la fabricarea de antibiotice, concentrate alimentare etc.).
Nu vom ignora și lipide(grasimi). În corpul nostru, ele servesc ca o sursă de rezervă de energie. Ca solvenți, ei ajută la cursul reacțiilor biochimice. Participați la construcția corpului - de exemplu, la formarea membranelor celulare.
Și încă câteva cuvinte despre compuși organici atât de curioși precum hormoni... Sunt implicați în reacții biochimice și metabolism. Atât de mici, hormonii fac bărbați bărbați (testosteron) și femei femei (estrogen). Ne fac fericiți sau tristi (hormonii tiroidieni joacă un rol important în schimbările de dispoziție, iar endorfinele dau un sentiment de fericire). Și chiar determină dacă suntem „bufnițe” sau „laci”. Fie că sunteți dispus să învățați târziu sau preferați să vă treziți devreme și să vă faceți temele înainte de școală, nu numai rutina voastră zilnică decide, ci și câțiva hormoni suprarenali.
Concluzie
Lumea materiei organice este cu adevărat uimitoare. Este suficient să vă adânciți puțin în studiul său pentru a vă tăia respirația din sentimentul de rudenie cu toată viața de pe Pământ. Două picioare, patru sau rădăcini în loc de picioare - toți suntem uniți de magia laboratorului chimic al Mamei Natură. Forțează atomii de carbon să se înlănțuiască, să reacționeze și să creeze mii de astfel de compuși chimici diverși.
Acum aveți un ghid rapid pentru chimia organică. Desigur, nu toate informațiile posibile sunt prezentate aici. S-ar putea să trebuiască să clarificați singur unele puncte. Dar puteți utiliza oricând traseul conturat de noi pentru cercetarea dumneavoastră independentă.
De asemenea, puteți folosi definiția materiei organice, clasificarea și formulele generale ale compușilor organici și informațiile generale despre aceștia oferite în articol pentru a vă pregăti pentru lecțiile de chimie din școală.
Spune-ne în comentarii ce secțiune de chimie (organică sau anorganică) îți place cel mai mult și de ce. Nu uitați să „distribuiți” articolul pe rețelele de socializare, astfel încât să îl poată folosi și colegii de clasă.
Vă rugăm să raportați dacă găsiți vreo inexactitate sau eroare în articol. Cu toții suntem oameni și toți facem greșeli uneori.
site, cu copierea integrală sau parțială a materialului, este necesară un link către sursă.
Compusi organici.
Substanțele organice sunt componente importante și necesare ale celulei, sunt furnizorii de energie, fără de care manifestarea oricărei forme de activitate vitală este imposibilă; ele formează structurile celulei.
Proteinele sunt polimeri ai aminoacizilor.
Există 20 de aminoacizi independenți care alcătuiesc proteinele.
Funcții proteice:
Constructie
catalitic
Semnal
Energie
De protecţie
Motor
Transport
Proteinele sunt o parte esențială a tuturor celulelor. În viața tuturor organismelor, proteinele sunt de o importanță capitală. Proteina conține carbon, hidrogen, azot, unele proteine conțin și sulf. Aminoacizii joacă rolul monomerilor în proteine. Fiecare aminoacid are o grupare carboxil (-COOH) și o grupare amino (-NH2). Prezența grupărilor acide și bazice într-o moleculă determină reactivitatea lor ridicată. Între aminoacizii legați se formează o legătură, numită legătură peptidică, iar compusul rezultat al mai multor aminoacizi se numește peptidă. Un compus dintr-un număr mare de aminoacizi se numește polipeptidă. În proteine, există 20 de aminoacizi care diferă între ei în structura lor. Diferite proteine se formează prin combinarea aminoacizilor în secvențe diferite. Varietatea uriașă a viețuitoarelor este determinată în mare măsură de diferențele în compoziția proteinelor lor.
În structura moleculelor de proteine, se disting patru niveluri de organizare:
Structura primară este un lanț polipeptidic de aminoacizi legați într-o secvență specifică prin legături peptidice covalente (puternice).
Structura secundară este un lanț polipeptidic răsucit în spirală. În ea, legăturile de hidrogen slab puternice apar între buclele adiacente. Împreună, ele oferă o structură destul de puternică.
Structura terțiară este o bizară, dar pentru fiecare proteină, o configurație specifică - o globulă. Este ținut împreună prin legături hidrofobe slab puternice sau forțe de coeziune între radicalii nepolari, care se găsesc în mulți aminoacizi. Datorită abundenței lor, ele asigură o stabilitate suficientă a macromoleculei proteice și mobilitatea acesteia. Structura terțiară a proteinelor este susținută și de legături covalente S-S care iau naștere între radicalii aminoacidului care conține sulf, cisteina, aflați la distanță unul de celălalt.
Datorită combinației mai multor molecule de proteine, se formează o structură cuaternară. Dacă lanțurile peptidice sunt pliate sub formă de spirală, atunci astfel de proteine se numesc globulare. Când lanțurile polipeptidice sunt pliate în mănunchiuri de filamente, ele se numesc proteine fibrilare.
Încălcarea structurii naturale a unei proteine se numește denaturare. Poate fi cauzată de căldură, substanțe chimice, radiații etc. Denaturarea poate fi reversibilă (încălcarea parțială a structurii cuaternare) și ireversibilă (distrugerea tuturor structurilor).
Funcții proteice:
1.catalitic (enzimatic) - descompunerea nutrienților în tractul digestiv, fixarea carbonului în timpul fotosintezei, participarea la reacțiile de sinteză a matricei;
2. transport - transportul ionilor prin membranele celulare, transportul oxigenului si dioxidului de carbon prin hemoglobina, transportul acizilor grasi prin albumina serica;
3. protector - anticorpi care asigură apărarea imunitară a organismului; fibrinogenul și fibrina protejează organismul de pierderea de sânge;
4. structurale - cheratina părului și unghiilor, colagenul cartilajului, tendoanelor, țesutului conjunctiv;
5. proteine contractile - contractile ale muschilor: actina si miozina;
6. receptor - un exemplu este fitocromul - o proteina sensibila la lumina care regleaza reactia fotoperiodica la plante, si opsina - o componenta a rodopsinei, un pigment care se gaseste in celulele retinei.
Chimia celulară
Aproximativ 100 de elemente chimice se găsesc în scoarța terestră, dar doar 16 dintre ele sunt necesare vieții. Cele mai frecvente în organismele vii sunt patru elemente: hidrogen, carbon, oxigen și azot (acestea reprezintă aproximativ 98% din masa celulelor. Funcții importante în celulă sunt îndeplinite de elemente precum sodiu, calciu, clor, fosfor, sulf). , fier, magneziu.partea lor reprezintă aproximativ 1% din masa celulară - aceasta este macronutrienti... Restul elementelor, cum ar fi zincul, cuprul, iodul, fluorul, sunt conținute în organismele vii în cantități foarte mici (nu mai mult de 0,02%) și aparțin grupului de oligoelemente.
Toate elementele chimice din organism sunt sub formă de ioni sau fac parte din substanțe anorganice sau organice.
Substante anorganice
Dintre compușii anorganici, cel mai mult din organism este apă - de la 60 la 95% din masa totală ( conținutul de apă depinde de tipul de celule: în celulele smalțului dinților aproximativ 10%, iar în celulele de meduză până la 98%)... În medie, în celulele unui organism multicelular, apa reprezintă aproximativ 80% din greutatea corpului.
Apa este un solvent bun și majoritatea reacțiilor chimice din celulă au loc între substanțele dizolvate în apă. Pătrunderea substanțelor în celulă și excreția produselor metabolice este posibilă numai în formă dizolvată.
Majoritatea substanțelor anorganice din celulă sunt sub formă de ioni sau săruri. Cei mai importanți în viața celulei sunt ionii precum K+, Na+, Ca 2+. Sărurile minerale insolubile, cum ar fi sărurile de calciu și de siliciu, oferă rezistență țesutului osos al vertebratelor și al cochiliilor de moluște.
Materie organică
Substanțele organice reprezintă în medie 20-30% din masa celulară a unui organism viu. Acestea includ polimeri biologici - proteine, acizi nucleici, carbohidrați, grăsimi, precum și o serie de molecule mici - hormoni, vitamine, pigmenți, aminoacizi, ATP etc.
Veverițe
Proteinele reprezintă 50-80% din masa uscată a celulei. În ciuda diversității lor, toate proteinele sunt construite din doar 20 de aminoacizi diferiți.
Prin compoziția lor, proteinele sunt împărțite în simple și complexe. Proteine simple constau numai din aminoacizi. Proteine complexe pe lângă aminoacizi, conțin și alți compuși organici: proteinele care conțin acizi nucleici se numesc nucleoproteine, lipide - lipoproteine, carbohidrați - glicoproteine
Funcții proteice:
1. Funcția de construcție: proteinele fac parte din toate membranele celulare și organelele celulare.
2. Funcția catalitică (enzimatică): aproape toate reacțiile chimice din celulă sunt catalizate de enzime. Prin natura lor, toate enzimele sunt proteine și, prin urmare, proteinele sunt cele care determină cursul tuturor reacțiilor chimice necesare existenței unui organism.
3. Funcția motorie a organismelor vii este asigurată de proteinele contractile speciale (clipirea cililor, bătaia flagelilor, contracția musculară).
4. Funcția de transport a proteinelor constă în transferul de elemente chimice sau substanțe biologic active către diverse țesuturi și organe (proteinele purtătoare asigură transferul substanțelor necesare celulei prin membrană, hemoglobina transportă oxigenul cu fluxul sanguin în tot organismul) .
5. Funcția protectoare a proteinelor este de a lega și neutraliza substanțele străine organismului. De exemplu, atunci când substanțe străine sau microorganisme pătrund în organism, globulele albe (leucocitele) formează proteine speciale - anticorpi capabili să neutralizeze agenții străini.
6. Funcția energetică: proteinele servesc ca sursă de energie în celulă. Când 1 g de proteină este descompus, se eliberează 17,6 kJ de energie, care este necesară pentru majoritatea proceselor vitale din celulă.
7. Funcția de reglare: unii hormoni sunt de natură proteică (insulina, tiroxina). Hormonii afectează metabolismul organismului, dezvoltarea țesuturilor și organelor. La nivel celular, multe procese sunt reglate de proteine reglatoare speciale.
8. Funcția toxică: otrăvurile biologice (toxinele) sunt de natură proteică. Toxinele sunt produse de unele microorganisme, plante și animale (venin de șarpe, toxina difterice).
Carbohidrați
Carbohidrații sunt formați din doar trei elemente - O, C, N.
În celulele animale, carbohidrații reprezintă doar 1-5%, în timp ce în celulele vegetale, conținutul lor poate ajunge la 90% din greutatea uscată (tuberculi de cartofi).
Carbohidrații sunt clasificați în carbohidrați simpli și complecși. Se numesc carbohidrați simpli monozaharide... Dacă două monozaharide sunt combinate într-o moleculă, atunci se numește un astfel de compus dizaharidă... Dizaharidele includ zahărul, care constă din două molecule - glucoză și fructoză. Se numesc carbohidrați complecși, formați din multe monozaharide polizaharide. Monomerul unor astfel de polizaharide precum amidonul, glicogenul, celuloza este o monozaharidă - glucoză.
Funcțiile carbohidraților:
1. Construcție. De exemplu, celuloza formează pereții celulelor vegetale, complexul polizaharid chitina este o componentă structurală a scheletului exterior al artropodelor.
2. Energie. Carbohidrații joacă rolul principalei surse de energie din celulă (când se oxidează 1 g de carbohidrați, se eliberează 17,6 kJ de energie). Polizaharidele precum amidonul și glicogenul sunt stocate în celule ca substanțe de depozitare și servesc drept rezervă de energie.
| Funcția generală | Carbohidrați | Funcția carbohidraților |
| Energie | Glucoză | Servește ca sursă de energie pentru respirația celulară. |
| Maltoză | Servește ca sursă de energie în semințele germinate. | |
| zaharoza | Produsul principal al fotosintezei la plante (sursa de energie). | |
| Fructoză | Oferă energie multor procese biologice din organism. | |
| Structural (plastic) | Celuloză | Oferă stabilitatea membranelor celulelor vegetale. |
| Chitină | Oferă rezistența structurilor tegumentare ale ciupercilor și artropodelor. | |
| Riboză și dezoxiriboză | Sunt elementele structurale ale acizilor nucleici ADN, ARN. | |
| De protecţie | heparină | Interferează cu coagularea sângelui în celulele animale. |
| Gumă și mucus | La plante, ele se formează atunci când țesutul este deteriorat, îndeplinesc o funcție de protecție. | |
| Depozitarea | Lactoză | Face parte din laptele de mamifere. |
| Amidon | Formează substanțe de rezervă în țesuturile plantelor. | |
| Glicogen | Formează un aport de polizaharide în celulele animale. |
Lipidele
Lipidele (grăsimile) sunt compuși ai acizilor grași cu greutate moleculară mare și alcoolului trihidrolic glicerol. Grăsimile nu se dizolvă în apă - sunt hidrofobe. Conținutul de grăsime din celulă este de 5-15% din masa de substanță uscată (în celulele țesutului adipos până la 90%).
La moleculele lipidice pot fi atașate grupe funcționale: resturi de acid fosforic (fosfolipide), carbohidrați (glicolipide), proteine (lipoproteine). Substanțele similare ca proprietăți cu lipidele, dar care nu conțin acizi grași, se numesc lipoide. Acestea includ steroizii (care fac parte din bilă, îndeplinesc funcțiile hormonilor sexuali) și terpenele (care fac parte din uleiurile esențiale de plante, clorofilă etc.).
Funcții lipidice:
1. Funcția de construcție: lipidele stau la baza membranelor celulare (75-95% dintre ele sunt fosfolipide).
2. Funcția energetică: acumulându-se în celulele țesutului adipos al animalelor, în semințele și fructele plantelor, grăsimile servesc ca sursă de rezervă de energie. Când se descompune 1 g de grăsime, se eliberează 38,9 kJ.
3. Funcția de depozitare (în deșert, pentru multe animale, grăsimile sunt o sursă de apă: când se oxidează 100 g de grăsime, se eliberează 107 g de apă).
4. Funcția de termoreglare. Grăsimea are o conductivitate termică slabă. La unele animale (foci, balene), se depune în țesutul adipos subcutanat și protejează organismul de hipotermie.
5. Funcția de reglare: unele lipide sunt implicate în reglarea proceselor metabolice (vitamine, precursori hormonali).
Curs de biologie 4-5
Structura celulară
Toate ființele vii sunt compuse din celule sau sunt organisme unicelulare. Cuvântul „celulă” este o traducere din cuvântul latin cellula (celulă, cameră). Termenul a fost introdus de R. Hooke pentru a desemna celulele pe care le-a observat la microscop într-o tăietură de plută. Abia mai târziu conținutul viu al unor astfel de celule a început să fie numit celule.
O celulă este o unitate structurală și funcțională elementară a organismelor vii, deoarece în natură nu există sisteme mai mici care să aibă toate semnele viețuitoarelor fără excepție:
Metabolism
Creștere, dezvoltare
Reproducere de felul lor
Răspuns la influențele externe (iritabilitate)
Abilitatea de a se mișca
Astfel, celula este cel mai scăzut nivel de organizare a materiei vii.
Până la începutul secolului al XIX-lea. conceptul de structură celulară a devenit larg răspândit şi recunoscut. În anii 30 ai secolului al XIX-lea. Robert Brown- un om de știință scoțian a descoperit un nucleu în celulele vegetale. Apoi s-au găsit nuclei și în alte celule. Comparația dintre observațiile celulelor vegetale și animale a relevat asemănări în structura și organizarea lor. Totodată, au fost formulate principalele prevederi ale teoriei celulare.
În prezent poziţia celulei theo rii sunt formulate astfel:
1. Celula este unitatea structurală și funcțională de bază a vieții. Toate organismele sunt compuse din celule, viața unui organism se datorează interacțiunii celulelor sale constitutive.
2. Celulele tuturor organismelor sunt similare ca compoziție chimică, structură și funcții
3. Toate celulele noi sunt formate prin divizarea celulelor originale.
4. Toate celulele constau din 3 părți principale:
Membrana celulara
Citoplasma
· Nucleul celular sau analogul său funcțional.
Există două tipuri principale de structură celulară, care diferă unele de altele printr-o serie de caracteristici fundamentale. Acest celule procariote și eucariote.
Microorganismele care au un nucleu adevărat se numesc eucariote. Acestea includ ciuperci microscopice, drojdie, alge și protozoare. Microorganismele care nu au un nucleu bine definit se numesc procariote. Acestea includ bacterii și alge albastre-verzi (cianobacterii).
O celulă vie a oricărui organism este formată din 25-30% componente organice.
Componentele organice includ atât polimeri, cât și molecule relativ mici - pigmenți, hormoni, ATP etc.
Celulele organismelor vii diferă ca structură, funcție și compoziție biochimică. Cu toate acestea, fiecare grup de substanțe organice are o definiție similară în cursul biologiei și îndeplinește aceleași funcții în orice tip de celule. Principalii constituenți sunt grăsimile, proteinele, carbohidrații și acizii nucleici.
In contact cu
Lipidele
Lipidele sunt grăsimi și substanțe asemănătoare grăsimilor... Această grupă biochimică se distinge printr-o bună solubilitate în substanțe organice, dar în același timp este insolubilă în apă.
Grăsimile pot fi solide sau lichide. Prima este mai tipică pentru grăsimile animale, a doua pentru grăsimile vegetale.
Funcțiile grăsimilor sunt următoarele:
Carbohidrați
Carbohidrații sunt substanțe organice monomerice și polimerice care conțin carbon, hidrogen și oxigen. Când sunt defalcate, celula primește o cantitate semnificativă de energie.
După compoziția chimică, se disting următoarele clase de carbohidrați:
Comparativ cu celulele animale, legumele conțin mai mulți carbohidrați în compoziția lor. Acest lucru se datorează capacității celulelor plantelor de a reproduce carbohidrații în timpul fotosintezei.
Principalele funcții ale carbohidraților într-o celulă vie sunt energetice și structurale.
Funcția energetică carbohidrații se reduce la acumularea de rezerve de energie și eliberarea acestora la nevoie. Celulele vegetale acumulează amidon în timpul sezonului de creștere, care se depune în tuberculi și bulbi. În organismele animale, acest rol este jucat de glicogenul polizaharid, care este sintetizat și acumulat în ficat.
Funcția structurală carbohidrații se desfășoară în celulele vegetale. Aproape întregul perete celular al plantelor este compus din polizaharidă de celuloză.
Veverițe
Proteine - substanțe organice polimerice, care ocupă un loc de frunte atât din punct de vedere cantității într-o celulă vie, cât și din punct de vedere al importanței lor în biologie. Întreaga masă uscată a unei celule animale este formată din aproximativ jumătate din proteine. Această clasă de compuși organici este surprinzător de diversă. Numai în corpul uman există aproximativ 5 milioane de proteine diferite. Ele nu numai că diferă unele de altele, dar diferă și de proteinele altor organisme. Și toată această varietate colosală de molecule de proteine este construită din doar 20 de tipuri de aminoacizi.
Dacă o proteină este afectată de factori termici sau chimici, legăturile de hidrogen și bisulfură sunt distruse în molecule. Acest lucru duce la denaturarea proteinelor și la modificări ale structurii și funcției membranei celulare.
Toate proteinele pot fi împărțite condiționat în două clase: globulare (acestea includ enzime, hormoni și anticorpi) și fibrilare - colagen, elastina, keratina.
Funcțiile proteinelor într-o celulă vie:
Acizi nucleici
Acizi nucleici sunt esențiale în structura și buna funcționare a celulelor. Structura chimică a acestor substanțe este de așa natură încât vă permite să păstrați și să transmiteți informații despre structura proteică a celulelor prin moștenire. Aceste informații sunt transmise celulelor fiice și, în fiecare etapă a dezvoltării lor, se formează un anumit tip de proteină.
Deoarece majoritatea covârșitoare a caracteristicilor structurale și funcționale ale celulei se datorează componentei lor proteice, stabilitatea care distinge acizii nucleici este foarte importantă. La rândul său, dezvoltarea și starea organismului în ansamblu depind de stabilitatea structurii și funcțiilor celulelor individuale.
Există două tipuri de acizi nucleici - acid ribonucleic (ARN) și acid dezoxiribonucleic (ADN).
ADN-ul este o moleculă de polimer care constă dintr-o pereche de elice de nucleotide. Fiecare monomer al unei molecule de ADN este reprezentat ca o nucleotidă. Nucleotidele sunt compuse din baze azotate (adenina, citozina, timina, guanina), carbohidrati (dezoxiriboza) si un reziduu de acid fosforic.
Toate bazele azotate sunt legate între ele într-un mod strict definit. Adenina este întotdeauna localizată împotriva timinei, iar guanina - împotriva citozinei. Această conexiune selectivă se numește complementaritate și joacă un rol foarte important în formarea structurii proteinei.
Toate nucleotidele adiacente sunt legate între ele prin reziduul de acid fosforic și dezoxiriboză.
Acid ribonucleic prezintă o mare asemănare cu acidul dezoxiribonucleic. Diferența constă în faptul că, în loc de timină, în structura moleculei este prezentă baza azotată uracil. În loc de deoxiriboză, acest compus conține carbohidrați riboză.
Toate nucleotidele din lanțul ARN sunt legate printr-un reziduu de fosfor și riboză.
Prin structura sa ARN-ul poate fi simplu și dublu catenar... Într-o serie de virusuri, ARN-urile dublu catenare îndeplinesc funcțiile cromozomilor - sunt purtători de informații genetice. Cu ajutorul ARN-ului monocatenar, sunt transferate informații despre compoziția moleculei proteice.
Compușii organici reprezintă în medie 20-30% din masa celulară a unui organism viu. Acestea includ polimeri biologici - proteine, acizi nucleici și carbohidrați, precum și grăsimi și o serie de molecule mici - hormoni, pigmenți, ATP și multe altele.
Diferite tipuri de celule conțin cantități diferite de compuși organici. În celulele vegetale predomină carbohidrații complecși - polizaharide, iar la animale - mai multe proteine și grăsimi. Cu toate acestea, fiecare dintre grupurile de substanțe organice din orice tip de celule îndeplinește funcții similare.
Lipidele - așa-numitele grăsimi și substanțe asemănătoare grăsimilor (lipoide). Substanțele înrudite se caracterizează prin solubilitate în solvenți organici și insolubilitate (relativă) în apă.
Distingeți grăsimile vegetale, care au consistență lichidă la temperatura camerei, și animale - solide.
Funcții lipidice:
Structurale - fosfolipidele fac parte din membranele celulare;
Depozitare - grăsimile se acumulează în celulele vertebratelor;
Energie – o treime din energia consumată de celulele vertebratelor în repaus se formează ca urmare a oxidării grăsimilor, care sunt folosite și ca sursă de apă;
Protectiv - stratul de grasime subcutanat protejeaza organismul de deteriorarea mecanica;
Izolator termic – grăsimea subcutanată ajută la menținerea caldă;
Izolator electric – mielina secretată de celulele Schwann izolează unii neuroni, ceea ce accelerează foarte mult transmiterea impulsurilor nervoase;
Nutrient - acizii biliari și vitamina D se formează din steroizi;
Lubrifiant - ceara acoperă pielea, lâna, penele animalelor și le protejează de apă; frunzele multor plante sunt acoperite cu flori cerate; ceara este folosită de albine la construcția fagurilor de miere;
Hormonal - hormon suprarenal - cortizonul și hormonii sexuali sunt de natură lipidică, moleculele lor nu conțin acizi grași.
Când se descompune 1 g de grăsime, se eliberează 38,9 kJ de energie.
Carbohidrați
Carbohidrații conțin carbon, hidrogen și oxigen. Se disting următorii carbohidrați. Când 1 g dintr-o substanță este împărțit, se eliberează 17,6 kJ de energie.
Monozaharide, sau carbohidrați simpli, care, în funcție de conținutul de atomi de carbon, poartă denumiri de trioză, pentoză, hexoză etc. Pentozele - riboză și dezoxiriboză - fac parte din ADN și ARN. Hexoza - glucoza - servește ca principală sursă de energie în celulă.
Polizaharide- polimeri, ai căror monomeri sunt monozaharide de hexoză. Cele mai cunoscute dintre dizaharide (doi monomeri) sunt zaharoza și lactoza. Cele mai importante polizaharide sunt amidonul și glicogenul, care servesc drept substanțe de rezervă pentru celulele vegetale și animale, precum și celuloza, cea mai importantă componentă structurală a celulelor vegetale.
Plantele au o varietate mai mare de carbohidrați decât animalele, deoarece sunt capabile să-i sintetizeze la lumină în timpul fotosintezei. Cele mai importante funcții ale carbohidraților din celulă: energetice, structurale și de stocare.
Rolul energetic este că carbohidrații servesc ca sursă de energie în celulele vegetale și animale; structural - peretele celular la plante este alcatuit aproape in totalitate din polizaharida celulozica; depozitare - amidonul servește ca produs de rezervă al plantelor. Se acumulează în procesul de fotosinteză în timpul sezonului de vegetație și într-o serie de plante se depune în tuberculi, bulbi etc. În celulele animale, acest rol îl joacă glicogenul, care se depune în principal în ficat.
Veverițe
Dintre substanțele organice, proteinele ocupă primul loc, atât ca cantitate, cât și ca valoare. La animale, ele reprezintă aproximativ 50% din masa uscată a celulei. În corpul uman, există aproximativ 5 milioane de tipuri de molecule de proteine care diferă nu numai unele de altele, ci și de proteinele altor organisme. În ciuda acestei varietăți și complexități de structură, proteinele sunt construite din doar 20 de aminoacizi diferiți. O parte din proteinele care alcătuiesc celulele organelor și țesuturilor, precum și aminoacizii care au pătruns în organism, dar nu au fost utilizați în sinteza proteinelor, suferă descompunere cu eliberarea a 17,6 kJ de energie per 1 g de substanță.
Proteinele îndeplinesc multe funcții diferite în organism: construirea (fac parte din diferite formațiuni structurale); protectoare (proteine speciale - anticorpi - sunt capabile să lege și să neutralizeze microorganismele și proteinele străine), etc. În plus, proteinele sunt implicate în coagularea sângelui, prevenind sângerările severe, îndeplinesc funcții de reglare, semnalizare, motrice, energetică, de transport (transferul anumitor substanțe din organism)...
Funcția catalitică a proteinelor este extrem de importantă. Termenul "cataliza" înseamnă "dezlegare", "eliberare". Substanțele clasificate ca catalizatori accelerează transformările chimice, iar compoziția catalizatorilor înșiși după reacție rămâne aceeași ca înainte de reacție.
Enzime
Toate enzimele care acționează ca catalizatori sunt substanțe de natură proteică; accelerează reacțiile chimice în celulă de zeci și sute de mii de ori. Activitatea catalitică a unei enzime este determinată nu de întreaga sa moleculă, ci doar de o mică parte a acesteia - un centru activ, a cărui acțiune este foarte specifică. O moleculă de enzimă poate conține mai mulți centri activi.
Unele molecule de enzime pot consta doar din proteine (de exemplu, pepsină) - monocomponentă sau simple; altele conțin două componente: o proteină (apoenzimă) și o moleculă organică mică numită coenzimă. S-a descoperit că vitaminele funcționează ca coenzime în celulă. Dacă luăm în considerare că nicio reacție într-o celulă nu poate fi efectuată fără participarea enzimelor, devine evident că vitaminele sunt de mare importanță pentru funcționarea normală a celulei și a întregului organism. Lipsa vitaminelor reduce activitatea acelor enzime din care fac parte.
Activitatea enzimelor este direct dependentă de acțiunea unui număr de factori: temperatură, aciditate (pH-ul mediului), precum și de concentrația moleculelor de substrat (substanța asupra căreia acţionează), enzimele în sine și coenzimele ( vitamine și alte substanțe care alcătuiesc coenzimele) ...
Un anumit proces enzimatic poate fi stimulat sau suprimat prin acțiunea diferitelor substanțe biologic active, precum hormoni, medicamente, stimulente de creștere a plantelor, substanțe toxice etc.
Vitamine
Vitamine - substante organice cu greutate moleculara mica active biologic - sunt implicate in metabolism si conversia energetica in majoritatea cazurilor ca componente ale enzimelor.
Necesarul uman zilnic de vitamine este de miligrame și chiar de micrograme. Sunt cunoscute peste 20 de vitamine diferite.
Sursa de vitamine pentru om este alimentația, în principal de origine vegetală, în unele cazuri – și animală (vitamina D, A). Unele vitamine sunt sintetizate în corpul uman.
Lipsa vitaminelor provoacă o boală - hipovitaminoza, absența lor completă - deficiență de vitamine și un exces - hipervitaminoza.
Hormonii
Hormonii - substante produse de glandele endocrine si unele celule nervoase - neurohormoni. Hormonii sunt capabili să fie implicați în reacții biochimice, reglând procesele metabolice (metabolism și energie).
Trăsăturile caracteristice ale hormonilor sunt: 1) activitate biologică ridicată; 2) specificitate ridicată (semnale hormonale în „celulele țintă”); 3) acțiune la distanță (transferul hormonilor de către sânge la o distanță către celulele țintă); 4) relativ scurtă timpul de existență în organism (câteva minute sau ore).
Acizi nucleici
Există 2 tipuri de acizi nucleici: ADN (acid dezoxiribonucleic) și ARN (acid ribonucleic).
ATF - acid adenozin trifosforic, o nucleotidă formată din baza azotată a adeninei, carbohidratul riboză și trei molecule de acid fosforic.
Structura este instabilă, sub influența enzimelor se transformă în ADP - acid adenozin difosforic (se desprinde o moleculă de acid fosforic) cu eliberarea a 40 kJ de energie. ATP este o singură sursă de energie pentru toate reacțiile celulare.
Particularitățile structurii chimice a acizilor nucleici oferă posibilitatea de stocare, transfer și transmitere a informațiilor despre structura moleculelor de proteine, care sunt sintetizate în fiecare țesut la o anumită etapă de dezvoltare individuală, prin moștenirea celulelor fiice.
Acizii nucleici asigură păstrarea stabilă a informațiilor ereditare și controlează formarea proteinelor enzimatice corespunzătoare, iar proteinele enzimatice determină principalele caracteristici ale metabolismului celular.
