+ Pokaż spis treści

Skład chemiczny komórki


W skład organizmów żywych wchodzą pierwiastki (makro-, mikro- i ultraelementy), które budują związki nieorganiczne (woda i sole mineralne) oraz związki organiczne (cukrowce, tłuszczowce, białka i kwasy nukleinowe).

Skład chemiczny organizmów żywych (w %)
Składniki Rośliny Zwierzęta Człowiek
woda 75,0 60,0 65,0
związki mineralne 2,0 4,0 2,0
cukrowce 18,0 5,8 2,0
tłuszczowce 0,5 11,0 10,0
białka 4,0 19,0 20,0
kwasy nukleinowe 0,5 0,2 1,0



1. Skład pierwiastkowy

  • makroelementy to: C, H, N, O, P, S (te sześć pierwiastków to pierwiastki biogenne) oraz K, Na, Ca, Mg, Cl.
  • mikroelementy: Fe, Cu, Zn, Mn, Mo, Co, B, J, F, Se, Si.
  • ultraelementy: Au, Ag, Hg, (czasami: Cd, Pb).


Większość pierwiastków jest przyswajana przez rośliny z roztworu glebowego lub wodnego w postaci jonów. Natomiast zwierzęta (w tym człowiek ) pobierają pierwiastki w postaci złożonych związków występujących w pożywieniu oraz w wodzie.

2. Woda


Cechy fizykochemiczne wody:

  • przezroczysta, bez smaku, bez zapachu;
  • dobry rozpuszczalnik dla wielu substancji (nieorganicznych: rozmaitych soli mineralnych i organicznych: proste białka, cukry proste i dwucukry);
  • wysoka temperatura topnienia (0°C) i wrzenia (100°C);
  • bardzo dobry przewodnik cieplny, wysokie ciepło parowania;
  • duża pojemność cieplna;
  • wysokie ciepło właściwe - woda wolno ogrzewa się i wolno ochładza;
  • wysokie napięcie powierzchniowe;
  • duża lepkość;
  • duża gęstość;
  • niesymetrycznie rozmieszczone ładunki elektryczne nadają jej charakter dipolu;
  • odczyn obojętny (pH=7).


Cechy biologiczne wody:

  • transporter - składnik płynów wewnątrzustrojowych (cytoplazma, krew, limfa, płyny jamy ciała, soki roślinne);
  • uczestniczy w termoregulacji (regulacji temperatury ciała) i osmoregulacji (regulacji stężenia płynów i soli w organizmie);
  • bierze udział w reakcjach hydrolizy - rozpadzie różnych związków pod wpływem wody;
  • środowisko wewnętrzne komórek i organizmów - środowisko zachodzenia wszystkich procesów biochemicznych;
  • substrat i produkt wielu reakcji metabolicznych;
  • środowisko życia wielu organizmów żywych.


3. Cukrowce (sacharydy)


Są to związki zbudowane z węgla, wodoru i tlenu, bardzo rozpowszechnione w przyrodzie i spełniające ważne funkcje w organizmach.

Wzór strukturalny pentozy (rybozy)Klasyfikacja cukrowców:

Ze względu na budowę i wielkość cząsteczki dzielimy cukry na:

  • cukry proste (monosacharydy), które dzielimy ze względu na liczbę atomów węgla w cząsteczce:

    • triozy - 3 atomy węgla (3C) - rzadko występujące w stanie wolnym, ale świetnie nadające się w komórce do syntezy cukrów składających się z większej liczby węgli
    • tetrozy - 4 atomy węgla (4C) - występujące jeszcze rzadziej
    • pentozy - 5 atomów węgla (5C) - występujące w kwasach nukleinowych (RNA i DNA) i związkach będących akumulatorami i przenośnikami energii (ATP), np.: ryboza i deoksyryboza
    • Wzór strukturalny heksozy (a-glukozy)heksozy - 6 atomów węgla (6C) - najczęściej występujące, np.: glukoza, fruktoza (cukier występujący w owocach, cukier winny), galaktoza (cukier występujący w mleku)

  • cukry złożone składające się z dwu lub większej liczby cząsteczek cukrów prostych połączonych wiązaniem glikozydowym

    • dwucukry (disacharydy) - zbudowane z dwóch cukrów prostych

      • sacharoza (glukoza + fruktoza) - pospolicie występująca w roślinach: bulwach ziemniaka, łodydze i liściach trzciny cukrowej
      • laktoza (glukoza + galaktoza) - dużo zawiera jej mleko krowie

    • wielocukry (polisacharydy) - składające się z wielu tysięcy cząsteczek cukrów prostych

      • Schematyczna budowa wielocukruceluloza - podstawowy budulec ścian komórek roślinnych
      • skrobia - cukier zapasowy większości roślin
      • glikogen - cukier zapasowy większości zwierząt gromadzony w wątrobie i mięśniach szkieletowych
      • chityna - cukier budulcowy, występuje w pancerzykach stawonogów


Ponieważ polisacharydy nie rozpuszczają się w wodzie doskonale nadają się na materiał budulcowy w komórce (celuloza) lub zapasowy (skrobia i glikogen).

Funkcje cukrowców:

  • budulcowa - budują ściany komórkowe
  • energetyczna - znaczy to, że cukry proste, szczególnie glukoza, są paliwem biologicznym w komórce; służą do uzyskania energii w procesie biologicznego utleniania czyli oddychania komórkowego zgodnie z reakcją:

    substrat organiczny + O2-> > CO2 + H2O + energia (zatrzymana w ATP)

    Dlaczego to cukry proste używane są przez organizmy żywe do uzyskiwania energii? Dlaczego nie tłuszcze, które są bardziej kaloryczne? Odpowiedź jest bardzo prosta. Cukry jest łatwiej transportować i łatwiej rozłożyć gdyż mają prostszą budowę niż tłuszcze.

  • zapasowa - cukry złożone mogą być na długo odkładane w komórce, bo nie rozpuszczają się w wodzie, jeżeli zaistnieje taka potrzeba mogą być znów rozłożone do cukrów prostych, a te spalone w celu uzyskania energii.


4. Białka


Jest to największa i jedna z najważniejszych grup związków organicznych. Białka zaliczamy do związków polimerycznych, a polimer to związek zbudowany z powtarzających się elementów: monomerów.

Tak więc: polimer = n (monomer).

Budowa białek

Cztery stopnie komplikacji budowy białek; struktury od lewej: I; II; III; IV rzędowaMonomerem białek jest aminokwas, stąd: białko = n (aminokwas). Aminokwasy ułożone są szeregowo i połączone wiązaniami peptydowymi.

Znamy około 20 aminokwasów , które ułożone w dowolny sposób tworzą białka. Liczba kombinacji jest niewyobrażalnie wielka! Pomyśl tylko: w alfabecie łacińskim jest mniej więcej tyle znaków-liter co znanych aminokwasów; ile wyrazów i zdań możesz z tych liter ułożyć w języku polskim? ile wyrazów i zdań w innych językach opartych na tym samym alfabecie?

Białka są związkami wielkocząsteczkowymi, co znaczy, że mają bardzo dużą masę cząsteczkową. Ponieważ są bardzo duże mają też skomplikowaną budowę. Mówimy o czterech stopniach rzędowości w budowie białek.

Klasyfikacja białek

  • białka proste (proteiny) - zbudowane są tylko z aminokwasów np.:

    • białko jaja kurzego - np.albumina,
    • białka osocza krwi - np. globuliny,
    • białka odpornościowe - np. przeciwciała,
    • białko budujące włosy i paznokcie - np. keratyna;

  • białka złożone (proteidy) - zbudowane z aminokwasów i elementu nie białkowego, "czegoś innego", co nie jest aminokwasem np.:

    • łańcuch aminokwasów + cząsteczka barwnika, czyli chromoproteid, np. hemoglobina, barwnik oddechowy krwi,
    • łańcuch aminokwasów + atom metalu, czyli metaloproteid, np. wiele enzymów,
    • łańcuch aminokwasów + reszta cukrowa, czyli glikoproteid, np. białka błon biologicznych.


Funkcje białek

  • budulcowa - białka budują błony biologiczne, czyli tworzą komórki i organizują wnętrze komórki; budują włosy, paznokcie, kopyta, rogi; współtworzą szkielet kręgowców
  • regulatorowa - białka mogą być enzymami, czyli takimi związkami, które umożliwiają zachodzenie wielu reakcji w komórce (biokatalizatorami); białka mogą też być hormonami, które odpowiadają za prawidłowy przebieg procesów w organizmie, np. adrenalina, która jest przekształconym aminokwasem
  • zapasowa - złożone białko jest substancją zapasową u roślin, szczególnie w nasionach roślin strączkowych takich jak: fasola, bób, soja, groch; u zwierząt białka bardzo rzadko pełnią funkcje zapasową, wyjątkiem są komórki jajowe
  • energetyczna - tę funkcję białka pełnią bardzo rzadko, najczęściej zużywane są dopiero gdy organizm zużyje zapas cukrów i tłuszczów.
    Ponieważ białka pełnią tak rozliczne role w komórce i całym organizmie żywym to właśnie ich budowa została zapisana w budowie kwasów nukleinowych.


5. Tłuszczowce (lipidy)


Są to związki, które powstają w reakcji alkoholi i wyższych kwasów tłuszczowych. Na przykład glicerolu z kwasem palmitynowym czy stearynowym.
Choć jest to duża i zróżnicowana grupa ich wspólną cechą jest to, iż nie rozpuszczają się w wodzie.

Klasyfikacja tłuszczowców

  • Schemat budowy tłuszczu prostegotłuszcze proste (trójglicerydy, tłuszcze właściwe) - z alkoholem łączą się trzy kwasy tłuszczowe, wszystkie takie same lub każdy inny; zaliczamy tu także woski np.: wosk pszczeli.
  • tłuszcze złożone - z alkoholem łączą się dwa kwasy tłuszczowe oraz coś innego, inna cząsteczka:

    • kwas fosforowy - tworzy się wtedy fosfolipid (występuje w błonach komórkowych)
    • Schemat budowy tłuszczu złożonegocukier - powstaje glikolipid (też spotkamy go w błonach komórkowych)
    • pochodne tłuszczów - o dość skomplikowanej budowie np.: hormony płciowe (testosteron - hormon męski, estradiol - hormon żeński)


Tłuszcze mogą występować w postaci stałej: łój, wosk roślinny, wosk zwierzęcy (pszczeli, kaszalota tzw. olbrot, z wełny owczej tzw. lanolina) albo w postaci ciekłej: tran, oleje roślinne.

Funkcje tłuszczy

  • zapasowa - magazynowane są u roślin w nasionach (słonecznika, soi, rzepaku), owocach i korzeniach a także u zwierząt np. zapadających w sen zimowy (suseł, niedźwiedź, borsuk); tłuszcze gromadzone są w cytoplazmie komórek, u zwierząt jest to tkanka podskórna;
  • ochronna - tłuszcze chronią organizmy przed:

    • niskimi temperaturami u ssaków morskich jak foka, wieloryb czy mors,
    • nadmierną utratą wody jak woski pokrywające liście i owoce wielu roślin,
    • urazami mechanicznymi jak warstwa tkanki tłuszczowej chroniąca gałkę oczną, nerki i inne narządy jamy brzusznej;

  • budulcowa - budują błony biologiczne;
  • energetyczna - spalone służą do uzyskania w komórce energii.


6. Kwasy nukleinowe. Porównanie budowy DNA i RNA


Schematy budowy DNA i RNAIch ilość w komórce jest niewielka, ale spełniają ogromną rolę warunkują bowiem zjawisko dziedziczności. W cząsteczkach tych kwasów jest zapisana informacja o budowie i właściwościach organizmu.

Kwasy nukleinowe są polimerami. Monomerem kwasów nukleinowych jest nukleotyd, czyli budowę kwasów nukleinowych możemy zapisać:

kwas nukleinowy = n (nukleotyd)

Każdy nukleotyd jest zbudowany z trzech elementów:

  • jednej z zasad azotowych - adeniny (A), guaniny (G), cytozyny (C), tyminy (T) lub uracylu (U);
  • cukru pentozy - rybozy (R) lub deoksyrybozy (D);
  • reszty kwasu fosforowego (P).


Znamy dwa typy kwasów nukleinowych: kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) i kwas rybonukleinowy (RNA). Różnią się one budową i funkcją.

Skład chemiczny i właściwości DNA RNA
pentoza deoksyryboza (D) ryboza ->
zasada azotowa adenina (A)
guanina (G)
cytozyna (C)
tymina (T)
adenina (A)
guanina (G)
cytozyna (C)
uracyl (U)
reszta kwasu fosforowego
(P)
(P)
liczba łańcuchów (nici) 2 skręcone w prawo,
w spiralę(a helisę)
1
rodzaje jeden rodzaj trzy rodzaje:
mRNA informacyjny
tRNA transportowy
rRNA rybosomalny
funkcje pełen zapis budowy wszystkich białek danego organizmu przenoszą informacje o budowie danego białka z jądra komórkowego, z DNA, do rybosomów w cytoplazmie - miejsca syntezy białek (mRNA), transportują aminokwasy do budowy tego białka (tRNA), budują rybosomy (rRNA)


Kwasy nukleinowe powstają w komórkach zawsze na matrycy innego kwasu nukleinowego. Zwykle DNA powstaje na wzór już istniejącego DNA (replikacja, = powielenie), rzadko DNA powstaje na matrycy RNA (tak dzieje się w czasie inwazji pewnych wirusów np. HIV do komórek, których informacja genetyczna wystepuje w postaci DNA), natomiast RNA powstaje na matrycy fragmentu DNA (transkrypcja, = przepisanie).

W 1953r. James D. Watson i Francis H. Crick otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycie spiralnej struktury DNA.