КАКОВ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ? - БИОЛОГИЯ - 2025

Химический состав живых существ основывается на органических молекул и некоторых неорганических элементов, более или менее в той же пропорции , и которые выполняют аналогичные функции во всех из них.

Живые организмы состоят из клеток, и эти клетки имеют разную степень сложности в своей организации. Некоторые из них относительно просты, например, бактерии, а другие характеризуются более сложными структурами организации с большим количеством элементов во внутренней организации, как в случае с большинством эукариотических клеток.

Фотография «oblako3011» на www.pixabay.com

Структурные элементы живого вещества состоят из биомолекул, и основными составляющими большинства этих биомолекул в случае человека являются, например, углерод (50%), кислород (20%), водород (10%). ), азот (8,5%), кальций (4%) и фосфор (2,5%) (все значения относительно сухой массы).

Эти шесть элементов составляют примерно 95% от общего состава органического вещества, оставшиеся 5% соответствуют другим элементам, таким как калий, сера, натрий, хлор, магний, железо, марганец и йод.

Следует отметить, что большую часть состава организмов (более 60% массы тела) составляет вода в жидком состоянии, которая является основополагающим элементом для жизни, поскольку в нее погружены как внутриклеточные структуры, так и сами клетки. ,

Эта жидкая среда обеспечивает клетки наиболее важными необходимыми условиями, и в ней происходят все необходимые биохимические реакции для выживания.

химический состав живого существа

- Сложные биомолекулы

Некоторые из основных элементов, входящих в состав живого вещества, объединяются в разных пропорциях, образуя разные наборы небольших органических молекул, которые, в свою очередь, служат структурными элементами для образования более сложных биомолекул.

Связь этих структурных элементов с основными сложными биомолекулами организмов следующая:

- Дезоксирибонуклеотиды и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

- Рибонуклеотиды и рибонуклеиновая кислота (РНК)

- Аминокислоты и белки

- Моносахариды и полисахариды

- Жирные кислоты и липиды

Дезоксирибонуклеотиды и дезоксирибонуклеиновая кислота

Дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК содержит наследственную информацию обо всех живых существах, прокариотах и ​​эукариотах. Эта важная биомолекула также определяет основные характеристики клетки как с морфологической, так и с метаболической, структурной точки зрения и с точки зрения развития.

ДНК кодирует информацию, необходимую для синтеза белка, а также информацию, необходимую для синтеза РНК, которая является еще одной важной органической молекулой, необходимой для синтеза и контроля многих клеточных процессов.

Это полимер, состоящий из двух цепей субъединиц, называемых нуклеотидами, структуры которых образованы молекулой дезоксирибозы (моносахарид с 5 атомами углерода), одной или несколькими фосфатными группами и азотистым основанием с одним или двумя кольцами (пурин или пиримидин, соответственно).

Пуриновые основания ДНК - это аденин (A) и гуанин (G), а пиримидиновые основания - это тимин (T) и цитозин (C).

Линейно нуклеотиды одной и той же цепи ДНК соединены друг с другом посредством фосфодиэфирных связей, которые состоят из фосфатных групп и сахаров, с которыми они ковалентно связаны.

Основания, присутствующие в одной из цепей, комплементарны основаниям, находящимся напротив них в другой цепи, посредством водородных связей, всегда одинаковым образом: аденин с тимином (AT) и гуанин с цитозином (GC ).

Различные азотистые основания в ДНК и РНК.
Исходный пользователь: Sponktranslation: Пользователь: Jcfidy

Рибонуклеотиды и рибонуклеиновая кислота

Как и ДНК, рибонуклеиновая кислота является биомолекулой и отвечает за процесс связывания аминокислот, из которых состоят белки, а также за другие более сложные процессы регуляции и контроля экспрессии генов.

Это также биополимер, но образующие его нуклеотиды называются рибонуклеотидами, потому что моносахарид, который их структурирует, является не дезоксирибозой, как в ДНК, а рибозой. У них также есть одна или несколько фосфатных групп, и их азотистые основания отличаются от оснований ДНК тем, что в них отсутствует гуанин, а присутствует урацил (U).

Аминокислоты и белки

Белки - это биомолекулы, которые могут достигать разной степени сложности и значительно разнообразны с точки зрения структуры и функций. Они не только придают клеткам структуру и форму, но также могут иметь активность, которая способствует быстрому развитию основных биохимических реакций (ферментов).

Независимо от типа рассматриваемого белка, все они состоят из основных «строительных блоков», называемых аминокислотами , которые представляют собой молекулы, которые имеют «асимметричный» атом углерода, присоединенный к аминогруппе (-NH2), к карбоксильной группе. (-COOH), атом водорода (-H) и группа R, которая их различает.

Графическое изображение структуры рибосомного белка (Источник: Джавахар Сваминатан и сотрудники MSD Европейского института биоинформатики через Wikimedia Commons)

Наиболее распространенными в природе аминокислотами являются 20 аминокислот, которые классифицируются в соответствии с идентичностью группы R; Эти:

- аспарагин, глутамин, тирозин, серин, треонин (полярные)

- аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, аргинин, лизин, гистидин (заряженные) и

- глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, триптофан, пролин, цистеин, метионин и фенилаланин (аполярные).

После того, как ДНК транслируется в молекулу РНК, каждый триплет нуклеотидов представляет собой код, который сообщает структуре, которая синтезирует белки (рибосомы), какой тип аминокислоты включить в растущую пептидную цепь.

Полипептиды, из которых состоят белки, продуцируются, таким образом, благодаря объединению между их аминокислотами, которое заключается в установлении пептидной связи между углеродом карбоксильной группы аминокислоты и азотом аминогруппы соседней аминокислоты.

Моносахариды и полисахариды

Углеводы - одна из самых распространенных биомолекул в живых существах. Они выполняют основные функции, такие как структурные, питательные, сигнальные элементы и т. Д. Они состоят из химических комплексов углерода, водорода и кислорода в различных пропорциях.

Растения являются одними из основных производителей естественных углеводов для живых существ, и большинство животных зависят от них в своем существовании, поскольку они извлекают из них энергию, воду и углерод.

Целлюлоза, структурный биополимер (Источник: Висенте Нето через Wikimedia Commons)

Структурные углеводы овощей (целлюлоза, лигнин и т. Д.), А также резервные углеводы растений (крахмал) и многих животных (гликоген) представляют собой более или менее сложные полисахариды, состоящие из полимеров простых сахарных единиц или моносахариды (в основном глюкоза).

Жирные кислоты и липиды

Липиды - это нерастворимые в воде соединения, которые составляют фундаментальное вещество биологических мембран, элементарное с функциональной и структурной точки зрения всех живых клеток.

Это амфипатические молекулы, то есть молекулы с гидрофильным и гидрофобным концом. Они состоят из цепей жирных кислот, прикрепленных к углеродному скелету, обычно глицерину, третий «свободный» атом углерода которого присоединен к определенному заместителю, который придает каждой молекуле ее идентичность.

Некоторые из наиболее распространенных липидов (Источник: Первоначально загрузчик был Lmaps в английской Википедии. Через Wikimedia Commons)

Жирные кислоты - это углеводороды, то есть они состоят исключительно из связанных вместе атомов углерода и водорода.

Объединение нескольких липидов в виде бислоя - это то, что делает возможным образование мембраны, а характеристики гидрофобности этой структуры, а также присутствие интегральных и периферических белков делают эту структуру полупроницаемой.

- Вода

Фотография Хосе Мануэля Суареса, через Wikimedia Commons.

Вода (H2O) - один из важнейших химических элементов для живых существ и клеток, из которых они состоят. Большая часть веса животных и растений состоит из этой бесцветной жидкости.

Благодаря фотосинтезу, осуществляемому растениями, вода является основным источником кислорода, которым дышат животные, а также атомов водорода, входящих в состав органических соединений.

Он считается универсальным растворителем, и его свойства делают его особенно важным для развития практически всех биохимических реакций, характерных для живых организмов.

Если смотреть с клеточной точки зрения, вода делится на «отсеки»:

• Внутриклеточное пространство, где цитозоль образован водой с другими смешанными веществами, жидкость, в которой взвешены органеллы эукариотических клеток.
• Внеклеточное пространство, которое состоит из среды, окружающей клетки в тканях или в естественной среде (одноклеточные организмы).

- Ионы

Многие химические элементы в клетках находятся в форме биомолекул, упомянутых выше, а многие другие не упомянуты в этом тексте. Однако другие важные химические элементы находятся в форме ионов.

Клеточные мембраны, как правило, непроницаемы для ионов, растворенных во внутренней или внешней среде клеток, поэтому они могут попадать в нее или покидать ее через транспортеры или специальные каналы.

Концентрация ионов во внеклеточной среде или цитозоле влияет на осмотические и электрические характеристики клеток, а также на различные процессы клеточной передачи сигналов, которые от них зависят.

Среди наиболее важных ионов для тканей животных и растений - кальций, калий и натрий, хлор и магний.

Ссылки

1. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж. И др. Молекулярная биология клетки. 4-е издание. Нью-Йорк: наука о гирляндах; 2002. Химические компоненты клетки. Доступно по адресу: ncbi.nlm.nih.gov
2. Гладышев Г.П., Китаева Д.К., Овчаренко Е.Н. (1996). Почему химический состав живых существ адаптируется к окружающей среде? Журнал биологических систем, 4 (04), 555-564.
3. Мюррей, Р.К., Граннер, Д.К., Мэйс, Пенсильвания, и Родвелл, VW (2014). Иллюстрированная биохимия Харпера. McGraw-Hill.
4. Нельсон, Д.Л., Ленингер, А.Л., и Кокс, М.М. (2008). Принципы биохимии Ленингера. Macmillan.
5. Прешер, JA, и Бертоцци, CR (2005). Химия в живых системах. Природа, химическая биология, 1 (1), 13-21.
6. Соломон, Е.П., Берг, Л.Р., и Мартин, Д.В. (2011). Биология (9-е изд.). Брукс / Коул, Cengage Learning: США.