ЯКИЙ ХІМІЧНИЙ СКЛАД ЖИВИХ ІСТОТ? - БІОЛОГІЯ - 2025

Хімічний склад живих істот ґрунтується на органічних молекул і деяких неорганічних елементів, більш-менш в тій же пропорції , і які виконують аналогічні функції у всіх з них.

Живі організми складаються з клітин, і ці клітини представляють різну ступінь складності в своїй організації. Деякі відносно прості, наприклад, бактерії, а інші характеризуються більш складними моделями організації, з значно більшою кількістю елементів внутрішньої організації, як це відбувається у більшості еукаріотичних клітин.

Фотографія «oblako3011» на сайті www.pixabay.com

Структурні елементи живої речовини складаються з біомолекул, а основними складовими більшості цих біомолекул є, наприклад, вуглець (50%), кисень (20%), водень (10%). ), азот (8,5%), кальцій (4%) та фосфор (2,5%) (усі значення відносно сухої маси).

Ці шість елементів становлять приблизно 95% від загального складу органічних речовин, решта 5% відповідають іншим елементам, таким як: калій, сірка, натрій, хлор, магній, залізо, марганець та йод.

Слід зазначити, що більша частина складу організмів (понад 60% маси тіла) - це вода у рідкому стані, що є основним елементом для життя, оскільки в неї занурені як внутрішньоклітинні структури, так і самі клітини. .

Це рідке середовище забезпечує клітинам найважливіші необхідні умови, і в ньому відбуваються всі відповідні біохімічні реакції для виживання.

хімічний склад живої істоти

- Складні біомолекули

Кілька основних елементів, що входять до складу живої речовини, поєднуються в різних пропорціях і утворюють різні набори дрібних органічних молекул, які, в свою чергу, служать структурними елементами для утворення більш складних біомолекул.

Зв'язок між цими структурними елементами та основними складними біомолекулами організмів такий:

- Деоксирибонуклеотиди та дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК)

- рибонуклеотиди та рибонуклеїнова кислота (РНК)

- Амінокислоти та білки

- Моносахариди та полісахариди

- Жирні кислоти та ліпіди

Деоксирибонуклеотиди та дезоксирибонуклеїнова кислота

Дезоксирибонуклеїнова кислота або ДНК містить спадкову інформацію про все живе, прокаріоти та еукаріоти. Ця важлива біомолекула також визначає основні характеристики клітини, як з морфологічної, метаболічної, структурної, так і з точки зору розвитку.

ДНК кодує інформацію, необхідну для синтезу білка, а також інформацію, необхідну для синтезу РНК, що є ще однією важливою органічною молекулою, необхідною для синтезу та контролю багатьох клітинних процесів.

Це полімер, що складається з двох ниток субодиниць, званих нуклеотидами, структури яких утворені молекулою дезоксирибози (моносахариду з 5 атомами вуглецю), однієї або декількох фосфатних груп та азотистої основи з одним або двома кільцями (пурином чи піримідином, відповідно).

Пуриковими основами ДНК є аденін (А) та гуанін (G), а основи піримідину - тимін (Т) та цитозин (С).

Лінійно нуклеотиди однієї і тієї ж ланцюга ДНК з'єднуються один з одним за допомогою фосфодіефірних зв'язків, які складаються з фосфатних груп та цукрів, з якими вони ковалентно пов'язані.

Основи, присутні в одній з ниток, доповнюють ті, які протилежні цьому в іншій ланцюгу за допомогою водневих зв’язків, завжди однаково: аденін з тиміном (AT) та гуанін з цитозином (GC ).

Різні азотисті основи в ДНК та РНК.
Користувач-джерело: Спонкт-переклад: Користувач: Jcfidy

Рибонуклеотиди та рибонуклеїнова кислота

Як і ДНК, рибонуклеїнова кислота є біомолекулою і відповідає за процес зв'язування амінокислот, що входять до складу білків, а також інших більш складних процесів регуляції та контролю експресії генів.

Це також біополімер, але нуклеотиди, що утворюють його, називаються рибонуклеотидами, оскільки моносахарид, який їх структурує, не є дезоксирибозою, як у ДНК, а рибозою. Вони також мають одну або кілька фосфатних груп, і їхні азотисті основи відрізняються від ДНК тим, що гуаніну немає, а урацилу (U).

Амінокислоти та білки

Білки - це біомолекули, які можуть досягати різного ступеня складності і значно відрізняються структурою та функцією. Вони не тільки надають клітинам структуру та форму, але й можуть здійснювати діяльність, яка дозволяє швидко розвивати істотні біохімічні реакції (ферменти).

Незалежно від типу білка, про який йде мова, всі вони складаються з основних "будівельних блоків", званих амінокислотами , це молекули, які мають "асиметричний" атом вуглецю, приєднаний до аміногрупи (-NH2), до карбоксильної групи (-COOH), атом водню (-H) та група R, яка їх диференціює.

Графічне зображення структури рибосомного білка (Джерело: Jawahar Swaminathan та співробітники MSD в Європейському інституті біоінформатики через Wikimedia Commons)

Найпоширеніших у природі амінокислот - 20 і класифікуються відповідно до ідентичності групи R; це:

- аспарагін, глютамін, тирозин, серин, треонін (полярні)

- аспарагінова кислота, глутамінова кислота, аргінін, лізин, гістидин (ті, що мають заряд) і

- гліцин, аланін, валін, лейцин, ізолейцин, триптофан, пролін, цистеїн, метіонін та фенілаланін (аполярні).

Після того, як ДНК переводиться в молекулу РНК, кожен триплет нуклеотидів являє собою код, який повідомляє структуру, яка синтезує білки (рибосоми), який тип амінокислоти включати до зростаючого пептидного ланцюга.

Поліпептиди, що входять до складу білків, утворюються тоді, завдяки об'єднанню між їх амінокислотами, що полягає у встановленні пептидної зв’язки між вуглецем карбоксильної групи амінокислоти та азотом аміногрупи сусідньої амінокислоти.

Моносахариди та полісахариди

Вуглеводи - одна з найпоширеніших біомолекул у живих істот. Вони виконують основні функції, такі як структурні, харчові, сигнальні елементи тощо. Вони складаються з хімічних комплексів вуглецю, водню та кисню в різних пропорціях.

Рослини є одним з основних природних виробників вуглеводів живих істот, і більшість тварин залежать від них, щоб вижити, оскільки вони отримують енергію, воду та вуглець.

Целюлоза, структурний біополімер (Джерело: Vicente Neto через Wikimedia Commons)

Структурні вуглеводи овочів (целюлоза, лігнін тощо), а також резервні вуглеводи рослин (крохмаль) та багатьох тварин (глікоген) - це більш-менш складні полісахариди, що складаються з полімерів простих цукрових одиниць або моносахариди (переважно глюкоза).

Жирні кислоти та ліпіди

Ліпіди - це нерозчинні у воді сполуки, які складають основну речовину біологічних мембран, елементарну з функціональної та структурної точки зору всіх живих клітин.

Вони є амфіпатичними молекулами, тобто молекулами, які мають гідрофільний і гідрофобний кінець. Вони складаються з ланцюгів жирних кислот, приєднаних до вуглецевого скелета, як правило, гліцерину, третій "вільний" атом вуглецю приєднаний до конкретного заступника, який надає кожній молекулі свою ідентичність.

Деякі з найпоширеніших ліпідів (Джерело: Оригінальним завантажувачем було Lmaps в англійській Вікіпедії. Через Wikimedia Commons)

Жирні кислоти - це вуглеводні, тобто вони складаються виключно з атомів вуглецю та водню, пов'язаних між собою.

Об’єднання декількох ліпідів у вигляді двошарового є тим, що робить можливим утворення мембрани, а гідрофобні характеристики цієї структури, а також наявність інтегральних і периферичних білків роблять цю напівпроникну структуру.

- Вода

Фотографія Хосе Мануеля Суареса через Wikimedia Commons

Вода (H2O) - один з найважливіших хімічних елементів для живих істот та клітин, що їх складають. Значна частина маси тіла тварин і рослин складається з цієї безбарвної рідини.

Завдяки фотосинтезу, який здійснюють рослини, вода є основним джерелом кисню, яким дихають тварини, а також атомами водню, що входять до складу органічних сполук.

Він вважається універсальним розчинником, а його властивості роблять його особливо важливим для розвитку практично всіх біохімічних реакцій, що характеризують живі організми.

Якщо дивитися з клітинної точки зору, вода поділяється на "відділення":

• Внутрішньоклітинний простір, де цитозол утворюється водою з іншими змішаними речовинами, рідиною, в якій суспендовані органели еукаріотичних клітин.
• Позаклітинний простір, який складається з середовища, яке оточує клітини, або в тканині, або в природному середовищі (одноклітинні організми).

- Іони

Значна частина хімічних елементів у клітинах знаходиться у вигляді згаданих вище біомолекул та багатьох інших, опущених із цього тексту. Однак інші важливі хімічні елементи знаходяться у формі іонів.

Клітинні мембрани, як правило, не чутливі до іонів, розчинених у внутрішньому або зовнішньому середовищі клітин, тому вони можуть потрапляти або залишати їх через транспортери або спеціальні канали.

Іонна концентрація позаклітинного середовища або цитозолу впливає на осмотичні та електричні характеристики клітин, а також на різні процеси сигналізації клітин, які залежать від них.

Серед найважливіших іонів для тканин тварин і рослин - кальцій, калій і натрій, хлор і магній.

Список літератури

1. Альбертс Б, Джонсон А, Льюїс Дж. Та ін. Молекулярна біологія клітини. 4-е видання. Нью-Йорк: Гарленд Наука; 2002. Хімічні компоненти клітини. Доступно від: ncbi.nlm.nih.gov
2. Гладишев, Г.П., Кітаєва, Д.К., та Овчаренко, EN (1996). Чому хімічний склад живих істот адаптується до навколишнього середовища? Журнал біологічних систем, 4 (04), 555-564.
3. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA та Rodwell, VW (2014). Ілюстрована біохімія Харпера. Макгра-Хілл.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Принципи біохімії Ленінгера. Макміллан.
5. Prescher, JA, & Bertozzi, CR (2005). Хімія в живих системах. Природна хімічна біологія, 1 (1), 13-21.
6. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Біологія (9 вип.) Брукс / Коул, Cengage Learning: США.