Složení a stavba živočišné buňky. Struktura a chemické složení buňky Chemické složení živočišné buňky
Všechny živé organismy se skládají z buňky. Lidské tělo má také buněčná struktura, díky čemuž je možný její růst, rozmnožování a vývoj.
Lidské tělo se skládá z obrovského množství buněk různé tvary a velikosti, které závisí na vykonávané funkci. Studium struktura a funkce buňky je zasnoubený cytologie.
Každá buňka je pokryta membránou složenou z několika vrstev molekul, která zajišťuje selektivní propustnost látek. Pod membránou v buňce se nachází viskózní polotekutá látka – cytoplazma s organelami.
Mitochondrie- energetické stanice buňky, ribozomy - místo tvorby bílkovin, endoplazmatické retikulum, které plní funkci transportu látek, jádro - místo úložiště dědičné informace, uvnitř jádra - jadérko. Produkuje ribonukleovou kyselinu. V blízkosti jádra se nachází buněčné centrum nezbytné pro buněčné dělení.
Lidské buňky sestávají z organických a anorganických látek.
Anorganické látky:
Voda – tvoří 80 % hmoty buňky, rozpouští látky, účastní se chemických reakcí;
Minerální soli ve formě iontů se podílejí na distribuci vody mezi buňkami a mezibuněčnou látkou. Jsou nezbytné pro syntézu životně důležitých organických látek.
Organická hmota:
Proteiny jsou hlavními látkami buňky, nejsložitějšími látkami vyskytujícími se v přírodě. Proteiny jsou součástí membrán, jádra a organel a plní v buňce strukturální funkci. Enzymy – proteiny, urychlovače reakce;
Tuky - plní energetickou funkci, jsou součástí membrán;
Sacharidy – také při štěpení tvoří velké množství energie, jsou vysoce rozpustné ve vodě a proto při štěpení velmi rychle vzniká energie.
Nukleové kyseliny - DNA a RNA, určují, uchovávají a přenášejí dědičné informace o složení buněčných bílkovin z rodičů na potomky.
Buňky Lidské tělo mají řadu životně důležitých vlastností a plní určité funkce:
V buňky metabolizují doprovázené syntézou a rozpadem organické sloučeniny; metabolismus je doprovázen přeměnou energie;
Když se v buňce tvoří látky, roste, růst buněk je spojen se zvyšováním jejich počtu, to je spojeno s rozmnožováním dělením;
Živé buňky mají excitabilitu;
Jeden z charakteristické vlastnosti buňky - pohyb.
Buňka lidského těla Následující životně důležité vlastnosti jsou vlastní: metabolismus, růst, rozmnožování a vzrušivost. Na základě těchto funkcí se uskutečňuje fungování celého organismu.
Chemické složení buňky.
Základní vlastnosti a úrovně organizace živé přírody
Úrovně organizace živých systémů odrážejí podřízenost a hierarchii strukturální organizace života:
Molekulárně genetické - jednotlivé biopolymery (DNA, RNA, proteiny);
Buněčná - elementární samoreprodukující se jednotka života (prokaryota, jednobuněčná eukaryota), tkáně, orgány;
Organismus - samostatná existence jedince;
Population-specific - elementární vyvíjející se jednotka - populace;
Biogeocenotické - ekosystémy skládající se z různých populací a jejich stanovišť;
Biosféra - veškeré živé obyvatelstvo Země, zajišťující oběh látek v přírodě.
Příroda je celý existující hmotný svět v celé své rozmanitosti forem.
Jednota přírody se projevuje v objektivitě její existence, shodnosti jejího elementárního složení, podřízenosti stejným fyzikálním zákonům a systematické organizaci.
Různé přírodní systémy, živé i neživé, jsou propojeny a vzájemně se ovlivňují. Příkladem systémové interakce je biosféra.
Biologie je komplex věd, které studují vzorce vývoje a životně důležité činnosti živých systémů, důvody jejich rozmanitosti a přizpůsobivosti životní prostředí, vztah s jinými živými systémy a neživými předměty.
Objektem biologického výzkumu je živá příroda.
Předmětem biologického výzkumu je:
Obecné a specifické vzorce organizace, vývoje, metabolismu, přenosu dědičných informací;
Rozmanitost životních forem a organismů samotných, stejně jako jejich vztahy s prostředím.
Celá rozmanitost života na Zemi se vysvětluje evolučním procesem a vlivem prostředí na organismy.
Podstatu života určuje M.V.
Wolkenstein jako existence „živých těl na Zemi, což jsou otevřené samoregulační a samoreprodukující se systémy, postavené z biopolymerů – proteinů a nukleových kyselin“.
Základní vlastnosti živých soustav:
Metabolismus;
Samoregulace;
Podrážděnost;
variabilita;
Dědičnost;
Reprodukce;
Chemické složení buňky.
Anorganické látky buňky
Cytologie je věda, která studuje strukturu a funkci buněk. Buňka je základní stavební a funkční jednotkou živých organismů. Buňky jednobuněčných organismů mají všechny vlastnosti a funkce živých systémů.
Buňky mnohobuněčných organismů se liší strukturou a funkcí.
Atomové složení: buňka obsahuje asi 70 prvků Mendělejevovy periodické tabulky prvků a 24 z nich je přítomno ve všech typech buněk.
Makroprvky - H, O, N, C, mikroprvky - Mg, Na, Ca, Fe, K, P, CI, S, ultramikroprvky - Zn, Cu, I, F, Mn, Co, Si atd.
Molekulární složení: buňka obsahuje molekuly anorganických a organických sloučenin.
Anorganické látky buňky
Molekula vody má nelineární prostorovou strukturu a má polaritu. Mezi jednotlivými molekulami vznikají vodíkové vazby, které určují fyzikální a Chemické vlastnosti voda.
1. Molekula vody Obr. 2. Vodíkové vazby mezi molekulami vody
Fyzikální vlastnosti vody:
Voda může být ve třech skupenstvích – kapalné, pevné a plynné;
Voda je rozpouštědlo. Molekuly polární vody rozpouštějí polární molekuly jiných látek. Látky, které jsou rozpustné ve vodě, se nazývají hydrofilní. Látky, které jsou nerozpustné ve vodě, jsou hydrofobní;
Vysoká měrná tepelná kapacita. Rozbití vodíkových vazeb, které drží molekuly vody pohromadě, vyžaduje absorpci velkého množství energie.
Tato vlastnost vody zajišťuje udržení tepelné rovnováhy v těle;
Vysoké výparné teplo. K odpaření vody je potřeba poměrně hodně energie. Bod varu vody je vyšší než u mnoha jiných látek. Tato vlastnost vody chrání tělo před přehřátím;
Molekuly vody jsou v neustálém pohybu, v kapalné fázi se navzájem srážejí, což je důležité pro metabolické procesy;
Koheze a povrchové napětí.
Vodíkové vazby určují viskozitu vody a adhezi jejích molekul s molekulami jiných látek (kohezi).
Vlivem adhezivních sil molekul se na povrchu vody vytváří film, který se vyznačuje povrchovým napětím;
Hustota. Při ochlazení se pohyb molekul vody zpomalí. Počet vodíkových vazeb mezi molekulami se stává maximálním. Voda má největší hustotu při 4°C. Při zamrzání se voda rozpíná (je potřeba prostor pro vznik vodíkových vazeb) a její hustota klesá, takže na hladině vody plave led, který chrání nádrž před zamrznutím;
Schopnost vytvářet koloidní struktury.
Molekuly vody tvoří obal kolem nerozpustných molekul některých látek a brání tak vzniku velkých částic. Tento stav těchto molekul se nazývá rozptýlený (rozptýlený). Nejmenší částice látek, obklopené molekulami vody, tvoří koloidní roztoky (cytoplazma, mezibuněčné tekutiny).
Biologické funkce vody:
Transport - voda zajišťuje pohyb látek v buňce a těle, vstřebávání látek a vylučování produktů látkové výměny.
V přírodě voda přenáší odpadní produkty do půd a vodních ploch;
Metabolická – voda je médiem pro všechny bio chemické reakce a donor elektronů při fotosyntéze, je nezbytný pro hydrolýzu makromolekul na jejich monomery;
Na vzdělávání se podílí:
1) mazací kapaliny, které snižují tření (synoviální - v kloubech obratlovců, pleurální, v pleurální dutině, perikardiální - v perikardiálním vaku);
2) hlen, který usnadňuje pohyb látek střevy a vytváří vlhké prostředí na sliznicích dýchacích cest;
3) sekrety (sliny, slzy, žluč, spermie atd.) a šťávy v těle.
Anorganické ionty.
Anorganické ionty buňky jsou zastoupeny: kationty K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3 a anionty Cl-, NOi2-, H2PO4-, HCO3-, HPO42-.
Rozdíl mezi množstvím kationtů a aniontů na povrchu a uvnitř buňky zajišťuje vznik akčního potenciálu, který je základem nervové a svalové excitace.
Anionty kyseliny fosforečné vytvářejí systém fosfátového pufru, který udržuje pH intracelulárního prostředí těla na úrovni 6-9.
Kyselina uhličitá a její anionty vytvářejí systém bikarbonátového pufru a udržují pH extracelulárního prostředí (krevní plazmy) na úrovni 4-7.
Sloučeniny dusíku slouží jako zdroj minerální výživy, syntézy bílkovin a nukleových kyselin.
Atomy fosforu jsou součástí nukleových kyselin, fosfolipidů, ale i kostí obratlovců a chitinózního obalu členovců. Ionty vápníku jsou součástí hmoty kostí, jsou také nezbytné pro svalovou kontrakci a srážení krve.
Chemické složení buňky. Anorganické látky
Atomové a molekulární složení buňky. Mikroskopická buňka obsahuje několik tisíc látek, které se účastní různých chemických reakcí. Chemické procesy probíhající v buňce jsou jednou z hlavních podmínek jejího života, vývoje a fungování.
Všechny buňky živočišných a rostlinných organismů, stejně jako mikroorganismy, mají podobné chemické složení, což naznačuje jednotu organického světa.
V tabulce jsou uvedeny údaje o atomovém složení buněk.
Ze 109 prvků Mendělejevovy periodické tabulky byla významná většina nalezena v buňkách. Některé prvky jsou v buňkách obsaženy v relativně velkém množství, jiné v malém množství. Obzvláště vysoký je obsah čtyř prvků v buňce – kyslíku, uhlíku, dusíku a vodíku. Celkově tvoří téměř 98 % celkového obsahu buňky. Další skupinu tvoří osm prvků, jejichž obsah v buňce se počítá na desetiny a setiny procenta. Jsou to síra, fosfor, chlor, draslík, hořčík, sodík, vápník, železo.
Celkově činí 1,9 %. Všechny ostatní prvky jsou v buňce obsaženy v extrémně malých množstvích (méně než 0,01 %).
Buňka tedy neobsahuje žádné speciální prvky charakteristické pouze pro živou přírodu. To naznačuje spojení a jednotu živé a neživé přírody.
Na atomární úrovni neexistují žádné rozdíly mezi chemickým složením organického a anorganického světa. Najdou se rozdíly vysoká úroveň organizace - molekulární.
Jak je z tabulky patrné, živá těla spolu s látkami běžnými v neživé přírodě obsahují mnoho látek charakteristických pouze pro živé organismy.
Voda. Na prvním místě mezi látkami buňky je voda. Tvoří téměř 80 % buněčné hmoty. Voda je nejdůležitější složkou buňky, a to nejen co do množství. Hraje významnou a různorodou roli v životě buňky.
Voda určuje fyzikální vlastnosti buňky – její objem, elasticitu.
Voda má velký význam při tvorbě struktury molekul organických látek, zejména struktury bílkovin, která je nezbytná pro plnění jejich funkcí. Význam vody jako rozpouštědla je velký: z vnějšího prostředí do buňky vstupuje mnoho látek ve vodném roztoku a ve vodném roztoku se z buňky odstraňují odpadní látky.
Konečně je voda přímým účastníkem mnoha chemických reakcí (štěpení bílkovin, sacharidů, tuků atd.).
Adaptace buňky na fungování ve vodním prostředí tvrdí, že život na Zemi vznikl ve vodě.
Biologická role vody je určena zvláštností její molekulární struktury: polaritou jejích molekul.
Sacharidy.
Sacharidy jsou složité organické sloučeniny obsahující atomy uhlíku, kyslíku a vodíku.
Existují jednoduché a složité sacharidy.
Jednoduché sacharidy se nazývají monosacharidy. Komplexní sacharidy jsou polymery, ve kterých hrají roli monomery monosacharidy.
Dva monosacharidy tvoří disacharid, tři tvoří trisacharid a mnoho tvoří polysacharid.
Všechny monosacharidy jsou bezbarvé látky, vysoce rozpustné ve vodě. Téměř všechny mají příjemnou sladkou chuť. Nejběžnějšími monosacharidy jsou glukóza, fruktóza, ribóza a deoxyribóza.
2.3 Chemické složení buňky. Makro- a mikroprvky
Sladká chuť ovoce a bobulí, stejně jako medu, závisí na obsahu glukózy a fruktózy v nich. Ribóza a deoxyribóza jsou součástí nukleových kyselin (str. 158) a ATP (str.
Di- a trisacharidy se stejně jako monosacharidy dobře rozpouštějí ve vodě a mají sladkou chuť. S rostoucím počtem monomerních jednotek klesá rozpustnost polysacharidů a mizí sladká chuť.
Z disacharidů je důležitý řepný (neboli třtinový) a mléčný cukr, z polysacharidů je rozšířený škrob (u rostlin), glykogen (u zvířat), vláknina (celulóza).
Dřevo je téměř čistá celulóza. Monomerem těchto polysacharidů je glukóza.
Biologická role sacharidů. Sacharidy hrají roli zdroje energie nezbytné pro buňku k provádění různých forem činnosti. Pro buněčnou aktivitu – pohyb, sekreci, biosyntézu, luminiscenci atd. – je zapotřebí energie. Komplexní strukturou, bohaté na energii, sacharidy procházejí hlubokým rozkladem v buňce a v důsledku toho se mění na jednoduché, energeticky chudé sloučeniny - oxid uhelnatý (IV) a vodu (CO2 a H20).
Během tohoto procesu se uvolňuje energie. Při odbourání 1 g sacharidů se uvolní 17,6 kJ.
Sacharidy plní kromě energie i konstrukční funkci. Například stěny rostlinných buněk jsou vyrobeny z celulózy.
Lipidy. Lipidy se nacházejí ve všech živočišných a rostlinných buňkách. Jsou součástí mnoha buněčných struktur.
Lipidy jsou organické látky, které jsou nerozpustné ve vodě, ale rozpustné v benzínu, éteru a acetonu.
Z lipidů jsou nejčastější a nejznámější tuky.
Existují však buňky, které obsahují asi 90 % tuku. U zvířat jsou tyto buňky umístěny pod kůží, v mléčné žlázy, těsnění. Tuk se nachází v mléce všech savců. Některé rostliny mají velké množství tuku koncentrované ve svých semenech a plodech, například slunečnice, konopí a vlašský ořech.
Kromě tuků jsou v buňkách přítomny další lipidy, Například lecitin, cholesterol. Lipidy zahrnují některé vitamíny (A, O) a hormony (například pohlavní hormony).
Biologický význam lipidů je velký a rozmanitý.
Všimněme si především jejich konstrukční funkce. Lipidy jsou hydrofobní. Nejtenčí vrstva těchto látek je součástí buněčných membrán. Nejběžnější z lipidů, tuk, má velký význam jako zdroj energie. Tuky mohou být v buňce oxidovány na oxid uhelnatý (IV) a vodu. Při odbourávání tuků se uvolňuje dvakrát více energie než při odbourávání sacharidů. Zvířata a rostliny ukládají tuk a využívají ho v procesu života.
Dále je třeba poznamenat význam. tuk jako zdroj vody. Z 1 kg tuku vznikne při jeho oxidaci téměř 1,1 kg vody. To vysvětluje, jak jsou některá zvířata schopna přežít poměrně dlouhou dobu bez vody. Lidé z vrby například při přechodu přes bezvodou poušť nesmí pít 10–12 dní.
Medvědi, svišti a další zimující zvířata nepijí déle než dva měsíce. Vodu nezbytnou pro život získávají tato zvířata oxidací tuků. Kromě strukturních a energetických funkcí plní lipidy ochranné funkce: tuk má nízkou tepelnou vodivost. Ukládá se pod kůží a u některých zvířat tvoří významné nahromadění. U velryby tedy tloušťka podkožní vrstvy tuku dosahuje 1 m, což tomuto zvířeti umožňuje žít v studená voda polárních moří.
Biopolymery: proteiny, nukleové kyseliny.
Ze všech organických látek tvoří převážnou část buňky (50–70 %) proteiny. Buněčná membrána a všechny její vnitřní struktury jsou budovány za účasti proteinových molekul. Molekuly proteinů jsou velmi velké, protože se skládají z mnoha stovek různých monomerů, které tvoří nejrůznější kombinace. Rozmanitost druhů proteinů a jejich vlastností je proto skutečně nekonečná.
Bílkoviny jsou součástí vlasů, peří, rohů, svalových vláken, nutriční
nálních látek z vajec a semen a mnoha dalších částí těla.
Molekula proteinu je polymer. Monomery proteinových molekul jsou aminokyseliny.
V přírodě je známo více než 150 různých aminokyselin, ale na konstrukci proteinů v živých organismech se obvykle podílí pouze 20. Dlouhá nit aminokyselin postupně na sebe navazujících představuje primární struktura molekuly bílkovin (zobrazuje svůj chemický vzorec).
Obvykle je tato dlouhá nit pevně stočena do spirály, jejíž závity jsou navzájem pevně spojeny vodíkovými můstky.
Spirálovitě stočený řetězec molekuly je sekundární struktura, molekuly veverka. Takový protein se už těžko natahuje. Svinutá molekula proteinu se pak stočí do ještě těsnější konfigurace - terciární struktura. Některé proteiny mají ještě složitější formu - kvartérní struktura, například hemoglobin. V důsledku takového opakovaného kroucení se dlouhé a tenké vlákno molekuly proteinu zkrátí, zesílí a shromáždí se do kompaktní hrudky - kulička Pouze globulární protein plní své biologické funkce v buňce.
Dojde-li k narušení struktury bílkovin, například zahřátím nebo chemickým působením, pak ztrácí své kvality a odvíjí se.
Tento proces se nazývá denaturace. Pokud denaturace postihla pouze terciární nebo sekundární strukturu, pak je reverzibilní: může se opět stočit do spirály a zapadnout do terciární struktury (fenomén denaturace). V tomto případě jsou funkce tohoto proteinu obnoveny. Tato nejdůležitější vlastnost bílkovin je základem dráždivosti živých soustav, tzn.
schopnost živých buněk reagovat na vnější nebo vnitřní podněty.
Roli hraje mnoho proteinů katalyzátory v chemických reakcích,
průchod v kleci.
Se nazývají enzymy. Enzymy se podílejí na přenosu atomů a molekul, na štěpení a stavbě bílkovin, tuků, sacharidů a všech dalších sloučenin (tedy na buněčném metabolismu). Bez účasti enzymů neprobíhá v živých buňkách a tkáních jediná chemická reakce.
Všechny enzymy mají specifické působení – zefektivňují procesy nebo urychlují reakce v buňce.
Proteiny v buňce plní mnoho funkcí: podílejí se na její struktuře, růstu a na všech životně důležitých procesech. Bez proteinů je život buněk nemožný.
Nukleové kyseliny byly poprvé objeveny v jádrech buněk, proto dostaly své jméno (lat.
puсleus – jádro). Existují dva typy nukleových kyselin: kyselina deoxyribonukleová (zkráceně DIC) a kyselina ribonukleová (RIC). Molekuly nukleových kyselin jsou pre-
jsou velmi dlouhé polymerní řetězce (vlákna), monomery
což jsou nukleotidy.
Každý nukleotid obsahuje jednu molekulu kyseliny fosforečné a cukru (deoxyribózu nebo ribózu) a také jednu ze čtyř dusíkatých bází. Dusíkaté báze v DNA jsou adenin, guanin a zumozin, A mi.min,.
Deoxyribonukleová kyselina (DNA)- nejdůležitější látka v živé buňce. Molekula DNA je nositelem dědičné informace buňky i organismu jako celku. Z molekuly DNA se tvoří chromozóm.
V organismech každého biologického druhu určité množství molekul DNA na buňku. Sekvence nukleotidů v molekule DNA je také vždy přísně individuální. unikátní nejen pro každý biologický druh, ale i pro jednotlivé jedince.
Tato specifičnost molekul DNA slouží jako základ pro stanovení příbuznosti organismů.
Molekuly DNA u všech eukaryot jsou umístěny v buněčném jádře. Prokaryota nemají jádro, takže jejich DNA se nachází v cytoplazmě.
Všechny živé bytosti mají makromolekuly DNA vytvořené podle stejného typu. Skládají se ze dvou polynukleotidových řetězců (vlákna), které drží pohromadě vodíkové vazby dusíkatých bází nukleotidů (jako zip).
Ve formě dvojité (párové) šroubovice se molekula DNA stáčí ve směru zleva doprava.
Sekvence v uspořádání nukleotidů v molekule určuje dědičnou informaci buňky.
Strukturu molekuly DNA objevil v roce 1953 americký biochemik
James Watson a anglický fyzik Francis Crick.
Za tento objev byla vědcům v roce 1962 udělena Nobelova cena. Dokázali, že molekula
DNA se skládá ze dvou polynukleotidových řetězců.
V tomto případě jsou nukleotidy (monomery) navzájem spojeny nikoli náhodně, ale selektivně a v párech prostřednictvím dusíkatých sloučenin. Adenin (A) se vždy spojuje s thyminem (T) a guanin (g) se vždy spojuje s cytosinem (C). Tento dvojitý řetízek je pevně stočený do spirály. Schopnost nukleotidů se selektivně párovat dohromady se nazývá komplementarita(lat. komplementus - sčítání).
Replikace probíhá následovně.
Za účasti speciálních buněčných mechanismů (enzymů) se dvoušroubovice DNA rozvine, vlákna se oddělí (jako rozepnutí zipu) a postupně se ke každému ze dvou řetězců přidá komplementární polovina odpovídajících nukleotidů.
Výsledkem je, že místo jedné molekuly DNA vznikají dvě nové identické molekuly. Navíc každá nově vytvořená molekula dvouvláknové DNA se skládá z jednoho „starého“ řetězce nukleotidů a jednoho „nového“.
Protože DNA je hlavním nositelem informace, její schopnost duplikace umožňuje, když se buňka dělí, přenést tuto dědičnou informaci do nově vytvořených dceřiných buněk.
Předchozí12345678Další
VIDĚT VÍC:
Pufrování a osmóza.
Soli v živých organismech jsou v rozpuštěném stavu ve formě iontů - kladně nabitých kationtů a záporně nabitých aniontů.
Koncentrace kationtů a aniontů v buňce a v jejím prostředí není stejná. Buňka obsahuje poměrně hodně draslíku a velmi málo sodíku. V extracelulárním prostředí, například v krevní plazmě, v mořská voda, naopak je tam hodně sodíku a málo draslíku. Dráždivost buněk závisí na poměru koncentrací iontů Na+, K+, Ca2+, Mg2+.
Rozdíl v koncentracích iontů na různých stranách membrány zajišťuje aktivní přenos látek přes membránu.
V tkáních mnohobuněčných živočichů je Ca2+ součástí mezibuněčné látky, která zajišťuje soudržnost buněk a jejich uspořádané uspořádání.
Chemické složení buňky
Osmotický tlak v buňce a její pufrovací vlastnosti závisí na koncentraci soli.
Buffer je schopnost buňky udržovat mírně zásaditou reakci svého obsahu na konstantní úrovni.
Existují dva nárazníkové systémy:
1) systém fosfátového pufru - anionty kyseliny fosforečné udržují pH intracelulárního prostředí na 6,9
2) bikarbonátový pufrovací systém - anionty kyseliny uhličité udržují pH extracelulárního prostředí na úrovni 7,4.
Uvažujme rovnice reakcí probíhajících v tlumivých roztocích.
Pokud se koncentrace buněk zvýší H+ potom se vodíkový kationt spojí s uhličitanovým aniontem:
S rostoucí koncentrací hydroxidových aniontů dochází k jejich vazbě:
H + OH–+ H2O.
Tímto způsobem může uhličitanový anion udržovat konstantní prostředí.
Osmotický nazýváme jevy vyskytující se v systému sestávajícím ze dvou roztoků oddělených polopropustnou membránou.
V rostlinné buňce plní roli semipermeabilních filmů hraniční vrstvy cytoplazmy: plazmalema a tonoplast.
Plazmalema je vnější membrána cytoplazmy sousedící s buněčnou membránou. Tonoplast je vnitřní cytoplazmatická membrána obklopující vakuolu. Vakuoly jsou dutiny v cytoplazmě vyplněné buněčnou mízou – vodným roztokem sacharidů, organických kyselin, solí, nízkomolekulárních proteinů a pigmentů.
Koncentrace látek v buněčné míze a ve vnějším prostředí (půda, vodní plochy) obvykle nejsou stejné. Pokud je intracelulární koncentrace látek vyšší než ve vnějším prostředí, voda z prostředí se do buňky, přesněji do vakuoly, dostane rychleji než v opačném směru. S nárůstem objemu buněčné mízy se v důsledku vstupu vody do buňky zvyšuje její tlak na cytoplazmu, která těsně přiléhá k membráně. Když je buňka zcela nasycena vodou, má svůj maximální objem.
Stav vnitřního napětí buňky, způsobený vysokým obsahem vody a vyvíjejícím se tlakem obsahu buňky na její membránu, se nazývá turgor.Turgor zajišťuje, že orgány udrží svůj tvar (například listy, nelignifikované stonky) pozici v prostoru, stejně jako jejich odolnost vůči působení mechanických faktorů. Ztráta vody je spojena s poklesem turgoru a vadnutím.
Pokud je buňka v hypertonickém roztoku, jehož koncentrace je větší než koncentrace buněčné mízy, pak rychlost difúze vody z buněčné mízy překročí rychlost difúze vody do buňky z okolního roztoku.
Vlivem uvolňování vody z buňky se zmenšuje objem buněčné mízy a snižuje se turgor. Snížení objemu buněčné vakuoly je doprovázeno oddělením cytoplazmy od membrány - dochází k tomu plazmolýza.
Při plazmolýze se mění tvar plazmolyzovaného protoplastu. Zpočátku protoplast zaostává za buněčnou stěnou jen na určitých místech, nejčastěji v rozích. Plazmolýza této formy se nazývá úhlová
Pak protoplast nadále zaostává za buněčnými stěnami, udržuje s nimi v určitých místech kontakt, povrch protoplastu mezi těmito body má konkávní tvar.
V této fázi se plazmolýza nazývá konkávní.Postupně se protoplast celoplošně odtrhává od buněčných stěn a získává zaoblený tvar. Tento typ plazmolýzy se nazývá konvexní plazmolýza.
Pokud se plazmolyzovaná buňka umístí do hypotonického roztoku, jehož koncentrace menší koncentrace buněčná míza, voda z okolního roztoku se dostane do vakuoly. V důsledku zvětšení objemu vakuoly se zvýší tlak buněčné mízy na cytoplazmu, která se začne přibližovat k buněčným stěnám, dokud nezaujme svou původní polohu - stane se deplasmolýza
Úkol č. 3
Po přečtení daného textu odpovězte na následující otázky.
1) stanovení vyrovnávací kapacity
2) koncentrace kterých aniontů určuje pufrační vlastnosti buňky?
3) úloha vyrovnávací paměti v buňce
4) rovnice reakcí probíhajících v bikarbonátovém pufrovacím systému (na magnetické desce)
5) definice osmózy (uveďte příklady)
6) stanovení plazmolýzových a deplazmolýzových preparátů
V buňce se nachází asi 70 chemických prvků z periodické tabulky D. I. Mendělejeva, ale obsah těchto prvků se výrazně liší od jejich koncentrací v prostředí, což dokazuje jednotu organického světa.
Chemické prvky přítomné v buňce se dělí do tří velkých skupin: makroelementy, mezoelementy (oligoelementy) a mikroelementy.
Patří mezi ně uhlík, kyslík, vodík a dusík, které jsou součástí hlavních organických látek. Mezoprvky jsou síra, fosfor, draslík, vápník, sodík, železo, hořčík, chlór, celkem asi 1,9 % buněčné hmoty.
Síra a fosfor jsou součástí nejdůležitějších organických sloučenin. Chemické prvky, jejichž koncentrace v buňce je asi 0,1 %, jsou klasifikovány jako mikroprvky. Jedná se o zinek, jód, měď, mangan, fluor, kobalt atd.
Buněčné látky se dělí na anorganické a organické.
Mezi anorganické látky patří voda a minerální soli.
Voda v buňce je pro své fyzikálně-chemické vlastnosti rozpouštědlem, reakčním prostředím, výchozí látkou a produktem chemických reakcí, plní transportní a termoregulační funkce, dodává buňce pružnost a zajišťuje pohon rostlinné buňky.
Minerální soli v buňce mohou být v rozpuštěném nebo nerozpuštěném stavu.
Rozpustné soli disociují na ionty. Nejdůležitějšími kationty jsou draslík a sodík, které usnadňují transport látek přes membránu a podílejí se na vzniku a vedení nervový impuls; vápník, který se podílí na procesech stahování svalových vláken a srážení krve, hořčík, který je součástí chlorofylu, a železo, které je součástí řady bílkovin včetně hemoglobinu. Zinek je součástí molekuly hormonu slinivky břišní – inzulínu, měď je nutná pro procesy fotosyntézy a dýchání.
Nejdůležitější anionty jsou fosfátový anion, který je součástí ATP a nukleových kyselin, a zbytek kyseliny uhličité, který změkčuje výkyvy pH prostředí.
Nedostatek vápníku a fosforu vede k křivici, nedostatek železa vede k chudokrevnosti.
Organické látky buňky jsou zastoupeny sacharidy, lipidy, bílkovinami, nukleovými kyselinami, ATP, vitamíny a hormony.
Sacharidy se skládají především ze tří chemických prvků: uhlíku, kyslíku a vodíku.
Jejich obecný vzorec Cm(H20)n. Existují jednoduché a složité sacharidy. Jednoduché sacharidy (monosacharidy) obsahují jedinou molekulu cukru. Jsou klasifikovány podle počtu atomů uhlíku, jako je pentóza (C5) a hexóza (C6). Pentózy zahrnují ribózu a deoxyribózu. Ribóza je součástí RNA a ATP. Deoxyribóza je součástí DNA. Hexózy jsou glukóza, fruktóza, galaktóza atd.
Aktivně se podílejí na buněčném metabolismu a jsou součástí komplexních sacharidů - oligosacharidů a polysacharidů. Mezi oligosacharidy (disacharidy) patří sacharóza (glukóza + fruktóza), laktóza nebo mléčný cukr (glukóza + galaktóza) atd.
Příklady polysacharidů jsou škrob, glykogen, celulóza a chitin.
Sacharidy plní v buňce funkce plastické (stavební), energetické (energetická hodnota rozkladu 1 g sacharidů je 17,6 kJ), zásobní a podpůrné funkce. Sacharidy mohou být také součástí komplexních lipidů a bílkovin.
Lipidy jsou skupinou hydrofobních látek.
Patří sem tuky, voskové steroidy, fosfolipidy atd.
Struktura molekuly tuku
Tuk je ester trojmocného alkoholu glycerolu a vyšších organických (mastných) kyselin. V molekule tuku lze rozlišit hydrofilní část – „hlavu“ (zbytek glycerolu) a hydrofobní část – „ocasy“ (zbytky mastné kyseliny), proto je molekula tuku ve vodě orientována přesně definovaným způsobem: hydrofilní část směřuje k vodě a hydrofobní část směřuje od ní.
Lipidy plní v buňce funkci plastickou (stavební), energetickou (energetická hodnota rozkladu 1 g tuku je 38,9 kJ), zásobní, ochrannou (tlumící) a regulační (steroidní hormony).
Proteiny jsou biopolymery, jejichž monomery jsou aminokyseliny.
Aminokyseliny obsahují aminoskupinu, karboxylovou skupinu a radikál. Aminokyseliny se liší pouze svými radikály. Bílkoviny obsahují 20 základních aminokyselin. Aminokyseliny jsou navzájem spojeny a tvoří peptidovou vazbu.
Řetězec o více než 20 aminokyselinách se nazývá polypeptid nebo protein. Proteiny tvoří čtyři hlavní struktury: primární, sekundární, terciární a kvartérní.
Primární struktura je sekvence aminokyselin spojených peptidovou vazbou.
Sekundární struktura je šroubovice nebo složená struktura, držená pohromadě vodíkovými vazbami mezi atomy kyslíku a vodíku peptidových skupin různých závitů šroubovice nebo záhybů.
Terciární struktura (globule) je držena pohromadě hydrofobními, vodíkovými, disulfidovými a dalšími vazbami.
Terciární struktura proteinu
Terciární struktura je charakteristická pro většinu bílkovin v těle, například pro svalový myoglobin.
Kvartérní struktura bílkovin.
Kvartérní struktura je nejsložitější, tvoří ji několik polypeptidových řetězců spojených převážně stejnými vazbami jako v terciární.
Kvartérní struktura je charakteristická pro hemoglobin, chlorofyl atd.
Proteiny mohou být jednoduché nebo složité. Jednoduché bílkoviny se skládají pouze z aminokyselin, zatímco komplexní bílkoviny (lipoproteiny, chromoproteiny, glykoproteiny, nukleoproteiny atd.) obsahují bílkovinné a nebílkovinné části.
Například hemoglobin kromě čtyř polypeptidových řetězců proteinu globinu obsahuje nebílkovinnou část - hem, v jejímž středu je iont železa, který dává hemoglobinu červenou barvu.
Funkční aktivita proteinů závisí na podmínkách prostředí.
Ztráta struktury molekuly proteinu až na její primární strukturu se nazývá denaturace. Opačným procesem obnovy sekundárních a vyšších struktur je renaturace. Úplná destrukce molekuly proteinu se nazývá destrukce.
Bílkoviny plní v buňce řadu funkcí: plastické (stavební), katalytické (enzymatické), energetické (energetická hodnota rozkladu 1 g bílkoviny je 17,6 kJ), signalizační (receptorové), kontraktilní (motorické), transportní, ochranné, regulační, skladovací.
Nukleové kyseliny jsou biopolymery, jejichž monomery jsou nukleotidy.
Nukleotid obsahuje dusíkatou bázi, zbytek pentózového cukru a zbytek kyseliny ortofosforečné. Existují dva typy nukleových kyselin: ribonukleová kyselina (RNA) a deoxyribonukleová kyselina (DNA).
DNA obsahuje čtyři typy nukleotidů: adenin (A), thymin (T), guanin (G) a cytosin (C). Tyto nukleotidy obsahují cukr deoxyribózu. Chargaffova pravidla pro DNA jsou:
1) počet adenylových nukleotidů v DNA je roven počtu thymidylových nukleotidů (A = T);
2) počet guanylových nukleotidů v DNA je roven počtu cytidylových nukleotidů (G = C);
3) součet adenylových a guanylových nukleotidů je roven součtu thymidylových a cytidylových nukleotidů (A + G = T + C).
Strukturu DNA objevil F.
Crick a D. Watson ( Nobelova cena ve fyziologii a medicíně 1962). Molekula DNA je dvouvláknová šroubovice.
Buňka a její chemické složení
Nukleotidy jsou navzájem spojeny prostřednictvím zbytků kyseliny fosforečné, čímž se vytvoří fosfodiesterová vazba, zatímco dusíkaté báze směřují dovnitř. Vzdálenost mezi nukleotidy v řetězci je 0,34 nm.
Nukleotidy různých řetězců jsou navzájem spojeny vodíkovými můstky podle principu komplementarity: adenin je spojen s thyminem dvěma vodíkovými můstky (A = T) a guanin je spojen s cytosinem třemi (G = C).
Struktura nukleotidů
Nejdůležitější vlastností DNA je schopnost replikace (samoduplikace).
Hlavní funkcí DNA je uchovávání a přenos dědičných informací.
Je koncentrován v jádře, mitochondriích a plastidech.
RNA také obsahuje čtyři nukleotidy: adenin (A), uracil (U), guanin (G) a cytosin (C). Zbytek pentózového cukru v něm představuje ribóza.
RNA jsou většinou jednovláknové molekuly. Existují tři typy RNA: messenger RNA (i-RNA), transferová RNA (t-RNA) a ribozomální RNA (r-RNA).
Struktura tRNA
Všechny se aktivně podílejí na procesu implementace dědičné informace, která se přepisuje z DNA na i-RNA a na posledně jmenované již probíhá syntéza proteinů, t-RNA v procesu syntézy proteinů přivádí aminokyseliny do ribozomy, r-RNA je součástí samotných ribozomů.
Chemické složení živé buňky
Buňka obsahuje různé chemické sloučeniny. Některé z nich – anorganické – se nacházejí i v neživé přírodě. Buňky se však nejvíce vyznačují organickými sloučeninami, jejichž molekuly mají velmi složitou strukturu.
Anorganické sloučeniny buňky. Voda a soli jsou anorganické sloučeniny. Většina buněk obsahuje vodu. Je nezbytný pro všechny životní procesy.
Voda je dobré rozpouštědlo. Ve vodném roztoku dochází k chemické interakci různých látek. V rozpuštěném stavu živin z mezibuněčné látky pronikají do buňky přes membránu. Voda také pomáhá odstraňovat z buňky látky, které se tvoří v důsledku reakcí, které v ní probíhají.
Nejdůležitější soli pro životní procesy buněk jsou K, Na, Ca, Mg atd.
Organické sloučeniny buňky. Hlavní roli v realizaci funkce buňky mají organické sloučeniny. Mezi nimi mají největší význam bílkoviny, tuky, sacharidy a nukleové kyseliny.
Bílkoviny jsou základní a nejsložitější látky každé živé buňky.
Velikost molekuly proteinu je stokrát a tisíckrát větší než molekuly anorganických sloučenin. Bez bílkovin není život. Některé proteiny urychlují chemické reakce tím, že působí jako katalyzátory. Takové proteiny se nazývají enzymy.
Tuky a sacharidy mají méně složitou strukturu.
Jsou stavebním materiálem buňky a slouží jako zdroje energie pro životně důležité procesy v těle.
Nukleové kyseliny se tvoří v buněčném jádře. Odtud pochází jejich název (latinsky Nucleus - jádro). Nukleové kyseliny se jako součást chromozomů podílejí na ukládání a přenosu dědičných vlastností buňky. Nukleové kyseliny zajišťují tvorbu bílkovin.
Životně důležité vlastnosti buňky. Hlavní životně důležitou vlastností buňky je metabolismus.
Z mezibuněčné látky jsou buňkám neustále dodávány živiny a kyslík a dochází k uvolňování produktů rozpadu. Látky, které vstupují do buňky, se účastní procesů biosyntézy. Biosyntéza je tvorba bílkovin, tuků, sacharidů a jejich sloučenin z jednodušších látek. Během procesu biosyntézy se tvoří látky charakteristické pro určité buňky těla.
Ve svalových buňkách se například syntetizují proteiny, které zajišťují svalovou kontrakci.
Současně s biosyntézou se v buňkách rozkládají organické sloučeniny. V důsledku rozkladu vznikají látky jednodušší struktury. Většina z K rozkladné reakci dochází za účasti kyslíku a uvolnění energie.
Chemická organizace buňky
Tato energie se vynakládá na životní procesy probíhající v buňce. Procesy biosyntézy a rozkladu tvoří metabolismus, který je doprovázen přeměnami energie.
Buňky se vyznačují růstem a rozmnožováním. Buňky v lidském těle se rozmnožují dělením na polovinu. Každá z výsledných dceřiných buněk roste a dosahuje velikosti mateřské buňky. Nové buňky plní funkci mateřské buňky.
Životnost buněk je různá: od několika hodin až po desítky let.
Živé buňky jsou schopny reagovat na fyzikální a chemické změny ve svém prostředí. Tato vlastnost buněk se nazývá excitabilita. Buňky přitom přecházejí z klidového stavu do pracovního – excitace. Při excitaci v buňkách se mění rychlost biosyntézy a rozpadu látek, spotřeba kyslíku a teplota. V excitovaném stavu různé buňky vykonávají své charakteristické funkce.
Žlázové buňky tvoří a vylučují látky, svalové buňky se stahují a v nervových buňkách se objevuje slabý elektrický signál – nervový impuls, který se může šířit přes buněčné membrány.
Vnitřní prostředí těla.
Většina tělesných buněk není spojena vnější prostředí. Jejich životně důležitou činnost zajišťuje vnitřní prostředí, které tvoří 3 druhy tekutin: mezibuněčná (tkáňová) tekutina, se kterou jsou buňky v přímém kontaktu, krev a lymfa. Vnitřní prostředí poskytuje buňkám látky nezbytné pro jejich životní funkce a jeho prostřednictvím se odstraňují produkty rozpadu.
Vnitřní prostředí těla má relativní stálost složení a fyzikální a chemické vlastnosti. Pouze za těchto podmínek mohou buňky normálně fungovat.
Metabolismus, biosyntéza a rozklad organických sloučenin, růst, rozmnožování, dráždivost jsou základními životně důležitými vlastnostmi buněk.
Životní vlastnosti buněk jsou zajištěny relativní stálostí složení vnitřního prostředí těla.
Chemické prvky a anorganické sloučeniny se podle jejich procenta v buňce dělí do tří skupin:
makroprvky: vodík, uhlík, dusík, kyslík (koncentrace v buňce - 99,9 %);
mikroprvky: sodík, hořčík, fosfor, síra, chlor, draslík, vápník (koncentrace v buňce -0,1 %);
ultramikroprvky: bór, křemík, vanad, mangan, železo, kobalt, měď, zinek, molybden (koncentrace v buňce – méně než 0,001 %).
Minerály, soli a ionty tvoří 2...6 % objemu buňky, některé minerální složky jsou v buňce přítomny v neionizované formě. Například železo vázané na uhlík se nachází v hemoglobinu, feritinu, cytochromech a dalších enzymech nezbytných k udržení normální buněčné aktivity.
Minerální soli disociují na anionty a kationty a tím udržují osmotický tlak a acidobazickou rovnováhu buňky. Anorganické ionty slouží jako kofaktory nezbytné pro enzymatickou aktivitu. Z anorganického fosfátu vzniká v procesu oxidativní fosforylace adenosintrifosfát (ATP) - látka, ve které je uložena energie nezbytná pro život buňky. Ionty vápníku se nacházejí v cirkulující krvi a v buňkách. V kostech se spojují s fosfátovými a uhličitanovými ionty a vytvářejí krystalickou strukturu.
voda - je univerzálním disperzním médiem živé hmoty. Aktivní buňky se skládají z 60-95 % vody, avšak v klidových buňkách a tkáních, jako jsou spory a semena, podíl vody obvykle tvoří alespoň 10-20 %>. V buňce existuje voda ve dvou formách: volná a vázaná. Volná voda tvoří 95 % veškeré vody v buňce a používá se především jako rozpouštědlo a disperzní médium pro koloidní systém protoplazmy. Vázaná voda (4-5 % veškeré vody v buňce) je volně spojena s proteiny vodíkovými a jinými vazbami.
Organické látky jsou sloučeniny obsahující uhlík (kromě uhličitanů). Většina organických látek jsou polymery skládající se z opakujících se částic nazývaných monomery.
Veverky- biologické polymery, které tvoří většinu organických látek buňky, které tvoří asi 40...50 % suché hmoty protoplazmy. Bílkoviny obsahují uhlík, vodík, kyslík, dusík a také síru a fosfor.
Bílkoviny skládající se pouze z aminokyselin se nazývají jednoduché proteiny (z řec. protos - první, nejdůležitější). Obvykle se ukládají v buňce jako rezervní látka. Komplexní proteiny (proteiny) vznikají spojením jednoduchých proteinů se sacharidy, mastnými kyselinami a nukleovými kyselinami. Většina enzymů, které určují a regulují všechny životní procesy v buňce, jsou proteinové povahy.
V závislosti na prostorové konfiguraci se rozlišují čtyři strukturní úrovně organizace proteinových molekul. Primární struktura: aminokyseliny jsou navlečeny jako korálky na niti, pořadí uspořádání má důležitý biologický význam. Sekundární struktura: molekuly jsou kompaktní, tuhé, neprotáhlé částice, konfigurace takových proteinů připomíná šroubovici. Terciární struktura: polypeptidové řetězce tvoří v důsledku složitého prostorového uspořádání kompaktní strukturu tzv. globulárních proteinů. Kvartérní struktura: Skládá se ze dvou nebo více řetězců, které mohou být stejné nebo různé.
Proteiny se skládají z monomerů – aminokyselin (ze známých 40 aminokyselin je 20 součástí bílkovin). Aminokyseliny jsou amfoterní sloučeniny obsahující jak kyselé (karboxylové), tak zásadité (aminové) skupiny. Když aminokyseliny kondenzují za vzniku molekuly proteinu, kyselá skupina jedné aminokyseliny se spojí se zásaditou skupinou jiné aminokyseliny. Každý protein obsahuje stovky molekul aminokyselin spojených v různém pořadí a poměrech, což určuje různé funkce molekul proteinů.
Nukleové kyseliny- přírodní vysokomolekulární biologické polymery, které zajišťují ukládání a přenos dědičné (genetické) informace v živých organismech. Jedná se o nejvýznamnější skupinu biopolymerů, i když obsah nepřesahuje 1-2 % hmotnosti protoplazmy.
Molekuly nukleových kyselin jsou dlouhé lineární řetězce skládající se z monomerů – nukleotidů. Každý nukleotid obsahuje dusíkatou bázi, monosacharid (pentózu) a zbytek kyseliny fosforečné. Hlavní množství DNA je obsaženo v jádře, RNA se nachází jak v jádře, tak v cytoplazmě.
Jednovláknová molekula ribonukleové kyseliny (RNA) má 4...6 tisíc nukleotidů, skládající se z ribózy, zbytku kyseliny fosforečné a čtyř typů dusíkatých bází: adeninu (A), guaninu (G), uracilu (U) a cytosinu. (C).).
Molekuly DNA se skládají z 10...25 tisíc jednotlivých nukleotidů, sestavených z deoxyribózy, zbytku kyseliny fosforečné a čtyř typů dusíkatých bází: adeninu (A), guaninu (G), uracilu (U) a thyminu (T).
Molekula DNA se skládá ze dvou komplementárních řetězců, jejichž délka dosahuje několika desítek až stovek mikrometrů.
V roce 1953 D. Watson a F. Crick navrhli prostorový molekulární model DNA (dvojitá šroubovice). DNA je schopna nést genetickou informaci a přesně se reprodukovat - to je jeden z nejvýznamnějších objevů biologie 20. století, který umožnil vysvětlit mechanismus dědičnosti a dal silný impuls rozvoji molekulární biologie.
Lipidy- látky podobné tuku, různé struktury a funkce. Jednoduché lipidy – tuky, vosky – se skládají ze zbytků mastných kyselin a alkoholů. Komplexní lipidy jsou komplexy lipidů s proteiny (lipoproteiny), kyselinou ortofosforečnou (fosfolipidy), cukry (glykolipidy). Obvykle jsou obsaženy v množství 2...3%. Lipidy jsou konstrukční prvky membrán, ovlivňujících jejich propustnost a sloužící také jako energetická rezerva pro tvorbu ATP.
Fyzikální a chemické vlastnosti lipidů jsou dány přítomností v jejich molekulách jak polárních (elektricky nabitých) skupin (-COOH, -OH, -NH, atd.), tak nepolárních uhlovodíkových řetězců. Díky této struktuře je většina lipidů povrchově aktivními látkami. Jsou velmi špatně rozpustné ve vodě (kvůli vysokému obsahu hydrofobních radikálů a skupin) a v olejích (kvůli přítomnosti polárních skupin).
Sacharidy- organické sloučeniny, které se podle stupně složitosti dělí na monosacharidy (glukóza, fruktóza), disacharidy (sacharóza, maltóza aj.), polysacharidy (škrob, glykogen aj.). Monosacharidy jsou primárními produkty fotosyntézy a používají se k biosyntéze polysacharidů, aminokyselin, mastných kyselin atd. Polysacharidy se ukládají jako energetická rezerva s následným rozkladem uvolněných monosacharidů při fermentaci nebo dýchání. Podpora hydrofilních polysacharidů vodní bilance buňky.
Kyselina adenosintrifosforečná(ATP) se skládá z dusíkaté báze - adeninu, uhlohydrátu ribózy a tří zbytků kyseliny fosforečné, mezi nimiž jsou vysokoenergetické vazby.
Bílkoviny, sacharidy a tuky jsou nejen stavebními materiály, ze kterých se tělo skládá, ale také zdroji energie. Oxidací bílkovin, sacharidů a tuků během dýchání tělo přeměňuje energii složitých organických sloučenin na energeticky bohaté vazby v molekule ATP. ATP je syntetizován v mitochondriích a poté vstupuje různé oblasti buňky, poskytující energii všem životně důležitým procesům.
Atlas: anatomie a fyziologie člověka. Kompletní praktická příručka Elena Yuryevna Zigalova
Chemické složení buňky
Chemické složení buňky
Složení buňky zahrnuje více než 100 chemických prvků, z nichž čtyři tvoří asi 98 % hmoty, organogeny: kyslík (65–75 %), uhlík (15–18 %), vodík (8–10 %) a dusík (1,5–3,0 %). Zbývající prvky se dělí do tří skupin: makroprvky – jejich obsah v těle přesahuje 0,01 %)); mikroelementy (0,00001–0,01 %) a ultramikroelementy (méně než 0,00001). Mezi makroprvky patří síra, fosfor, chlor, draslík, sodík, hořčík, vápník. Mezi mikroprvky patří železo, zinek, měď, jód, fluor, hliník, měď, mangan, kobalt atd. Mezi ultramikroprvky patří selen, vanad, křemík, nikl, lithium, stříbro atd. Přes jejich velmi nízký obsah hrají mikroelementy a ultramikroelementy velmi důležitou roli. Ovlivňují především metabolismus. Bez nich je normální fungování každé buňky a organismu jako celku nemožné.
Rýže. 1. Ultramikroskopická buněčná struktura. 1 – cytolema (plazmatická membrána); 2 – pinocytotické vezikuly; 3 – centrosom, buněčné centrum (cytocentrum); 4 – hyaloplazma; 5 – endoplazmatické retikulum: a – membrána granulárního retikula; b – ribozomy; 6 – spojení perinukleárního prostoru s dutinami endoplazmatického retikula; 7 – jádro; 8 – jaderné póry; 9 – negranulární (hladké) endoplazmatické retikulum; 10 – jadérko; 11 – vnitřní retikulární aparát (Golgiho komplex); 12 – sekreční vakuoly; 13 – mitochondrie; 14 – liposomy; 15 – tři po sobě jdoucí stadia fagocytózy; 16 – spojení buněčné membrány (cytolema) s membránami endoplazmatického retikula
Buňka se skládá z anorganických a organických látek. Mezi anorganické největší počet voda. Relativní množství vody v buňce je od 70 do 80 %. Voda je univerzální rozpouštědlo, probíhají v ní všechny biochemické reakce v buňce. Za účasti vody se provádí termoregulace. Látky, které se rozpouštějí ve vodě (soli, zásady, kyseliny, bílkoviny, sacharidy, alkoholy atd.), se nazývají hydrofilní. Hydrofobní látky (tuky a tukům podobné látky) se ve vodě nerozpouštějí. jiný anorganické látky(soli, kyseliny, zásady, kladné a záporné ionty) se pohybují od 1,0 do 1,5 %.
Z organických látek převažují bílkoviny (10–20 %), tuky nebo lipidy (1–5 %), sacharidy (0,2–2,0 %) a nukleové kyseliny (1–2 %). Obsah nízkomolekulárních látek nepřesahuje 0,5 %.
Molekula veverka je polymer, který se skládá z velké množství opakující se jednotky monomerů. Aminokyselinové proteinové monomery (je jich 20) jsou navzájem spojeny peptidovými vazbami a tvoří polypeptidový řetězec (primární struktura proteinu). Točí se do spirály a vytváří sekundární strukturu proteinu. Díky specifické prostorové orientaci polypeptidového řetězce vzniká terciární struktura proteinu, která určuje specificitu a biologickou aktivitu molekuly proteinu. Několik terciárních struktur se vzájemně kombinuje a vytváří kvartérní strukturu.
Proteiny plní základní funkce. Enzymy– biologické katalyzátory, které stomilionkrát zvyšují rychlost chemických reakcí v buňce, jsou proteiny. Proteiny, které jsou součástí všech buněčných struktur, plní plastickou (stavební) funkci. Pohyby buněk také provádějí proteiny. Zajišťují transport látek do buňky, ven z buňky a uvnitř buňky. Důležitá je ochranná funkce bílkovin (protilátek). Bílkoviny jsou jedním ze zdrojů energie.
Sacharidy se dělí na monosacharidy a polysacharidy. Ty jsou vytvořeny z monosacharidů, které jsou stejně jako aminokyseliny monomery. Z monosacharidů v buňce jsou nejdůležitější glukóza, fruktóza (obsahuje šest atomů uhlíku) a pentóza (pět atomů uhlíku). Pentózy jsou součástí nukleových kyselin. Monosacharidy jsou vysoce rozpustné ve vodě. Polysacharidy jsou špatně rozpustné ve vodě (glykogen v živočišných buňkách, škrob a celulóza v rostlinných buňkách) Sacharidy jsou zdrojem energie, komplexní sacharidy kombinované s bílkovinami (glykoproteiny), tuky (glykolipidy) se podílejí na tvorbě buněčných povrchů a buněk interakce.
NA lipidy zahrnují tuky a tukům podobné látky. Molekuly tuku jsou vytvořeny z glycerolu a mastných kyselin. Mezi látky podobné tukům patří cholesterol, některé hormony a lecitin. Lipidy, které jsou hlavními složkami buněčných membrán (jsou popsány níže), tak plní konstrukční funkci. Lipidy jsou nejdůležitějším zdrojem energie. Pokud tedy úplnou oxidací 1 g bílkovin nebo sacharidů uvolníte 17,6 kJ energie, pak úplnou oxidací 1 g tuku uvolníte 38,9 kJ. Lipidy provádějí termoregulaci a chrání orgány (tukové kapsle).
Nukleové kyseliny jsou polymerní molekuly tvořené monomery a nukleotidy. Nukleotid se skládá z purinové nebo pyrimidinové báze, cukru (pentózy) a zbytku kyseliny fosforečné. Ve všech buňkách jsou dva typy nukleových kyselin: deoxyribonukleová kyselina (DNA) a ribonukleová kyselina (RNA), které se liší složením zásad a cukrů (tabulka 1, rýže. 2).
Rýže. 2. Prostorová struktura nukleových kyselin (podle B. Albertse et al., v platném znění). I – RNA; II – DNA; stuhy – cukr fosfátové páteře; A, C, G, T, U – dusíkaté báze, mřížky mezi nimi – vodíkové vazby
Molekula DNA se skládá ze dvou polynukleotidových řetězců stočených kolem sebe ve formě dvojité šroubovice. Dusíkaté báze obou řetězců jsou navzájem spojeny komplementárními vodíkovými vazbami. Adenin se kombinuje pouze s thyminem a cytosin - s guaninem(A – T, G – C). DNA obsahuje genetickou informaci, která určuje specificitu proteinů syntetizovaných buňkou, tedy sekvenci aminokyselin v polypeptidovém řetězci. DNA přenáší dědičností všechny vlastnosti buňky. DNA se nachází v jádře a mitochondriích.
Molekula RNA je tvořena jedním polynukleotidovým řetězcem. V buňkách jsou tři typy RNA. Informační neboli messenger RNA tRNA (z anglického messenger - „zprostředkovatel“), která přenáší informace o nukleotidové sekvenci DNA do ribozomů (viz níže).
Transfer RNA (tRNA), která přenáší aminokyseliny do ribozomů. Ribozomální RNA (rRNA), která se podílí na tvorbě ribozomů. RNA se nachází v jádře, ribozomech, cytoplazmě, mitochondriích a chloroplastech.
stůl 1
Složení nukleové kyseliny
Tato video lekce je věnována tématu „Buňka: struktura, chemické složení a životní činnost“. Věda, která studuje buňky, se nazývá cytologie. V této lekci probereme strukturu nejmenší stavební jednotky našeho těla, naučíme se její chemické složení a zvážíme, jak jsou vykonávány její životní funkce.
Téma: Obecný přehled o lidském těle
Lekce: Buňka: struktura, chemické složení a životní funkce
Lidské tělo je obrovský mnohobuněčný stát. Buňka je stavební jednotkou rostlinných i živočišných organismů. Nazývá se věda, která studuje buňky.
Buňky jsou extrémně rozmanité co do tvaru, struktury a funkce, ale všechny mají společnou strukturu. Ale tvar, velikost a vlastnosti závisí na funkci, kterou orgán vykonává.
O existenci buněk poprvé informoval v roce 1665 vynikající anglický fyzik, matematik a mikroskop Robert Hooke.
Rýže. 1.
Od Hookova objevu byly buňky pozorovány pod mikroskopem u všech druhů zvířat a rostlin. A všichni měli společný plán struktury. Ale světelným mikroskopem bylo vidět pouze cytoplazmu a jádro. Příchod elektronového mikroskopu umožnil vědcům nejen vidět ostatní, ale také zkoumat jejich ultrastrukturu.
1. Kolesov D.V., Mash R.D., Beljajev I.N. Biologie 8 M.: Drop obecný - str. 32, úkoly a otázka 2, 3, 5.
2. Jaké jsou hlavní části buňky?
3. Řekněte nám o buněčných organelách.
4. Připravte zprávu o historii objevu mikroskopu.
Buňka: chemické složení, struktura, funkce organel.
2.3 Chemické složení buňky. Makro- a mikroprvky. Vztah mezi strukturou a funkcemi anorganických a organických látek (proteiny, nukleové kyseliny, sacharidy, lipidy, ATP), které tvoří buňku. Role chemikálií v buňce a lidském těle.
Chemické prvky, které tvoří organismy.
Když už mluvíme o chemickém složení buňky, je třeba mít na paměti, že můžeme mluvit buď o chemických prvcích, nebo Chemikálie. Začněme chemickými prvky.
Složení živých těl zahrnuje totéž chemické prvky, které tvoří i neživá těla. To hovoří o jednotě živé a neživé hmoty. V živých tělech se však obsah určitých prvků výrazně liší.
Vyjmenujme si hlavní prvky a jejich význam.
Uhlík (C), vodík (H), kyslík ( Ó) a dusík ( N) tvoří 98 % hmotnosti živého organismu. První tři prvky jsou součástí všech organických látek v těle. Dusík (dále rozumíme prvky) je součástí bílkovin a nukleových kyselin.
síra ( S) je součástí některých aminokyselin, a tedy součástí bílkovin.
jód ( já) je nezbytný pro normální provoz štítná žláza, protože je součástí jeho hormonů.
fosfor ( P) je důležitý prvek molekul ATP a nukleových kyselin. A také ve formě fosfátů je součástí kostní tkáně.
Železo je součástí krevního hemoglobinu a podílí se na transportu plynů.
Hořčík ( Mg) je centrální atom v molekule chlorofylu.
vápník ( Ca) jako součást nerozpustných sloučenin se podílí na tvorbě podpůrných (kostní tkáň) a ochranných (skořápky měkkýšů) struktur.
draslík ( K) a sodík ( Na) ve formě iontů mají velká důležitost udržovat stálost složení vnitřního prostředí a také se podílet na tvorbě nervových vzruchů v nervových buňkách.
Buněčné chemikálie.
Sacharidy .
Hlavní funkcí sacharidů je energie. Navíc jsou součástí povrchové vrstvy skořápky (glykokalyx ) živočišné buňky a do buněčné stěny bakterií, hub a rostlin, plnících konstrukční (strukturní) funkci.
Podle struktury se sacharidy dělí na monosacharidy, disacharidy a polysacharidy. Z monosacharidů jsou nejvýznamnější glukóza (hlavní zdroj energie), ribóza (součást RNA) a deoxyribóza (součást DNA). Hlavními polysacharidy jsou celulóza a škrob v rostlinách, glykogen a chitin u zvířat a hub. Všechny polysacharidy jsou polymery pravidelné struktury, tzn. sestávají pouze z jednoho typu monomeru. Například monomer škrobu, glykogenu a celulózy je glukóza.
Lipidy.
Lipidy plní i energetickou funkci a zároveň poskytují dvakrát více energie na 1 g látky než sacharidy. Důležitá je ale především jejich konstrukční funkce, protože Právě dvojitá vrstva lipidů (nebo přesněji fosfolipidů) je základem biologických membrán. Navíc podkožní tukové tkáně(pro ty co ji mají) plní funkci mechanické ochrany a termoregulace.
Veverky.
Veverky – biopolymery nepravidelné struktury, jejichž monomery jsouaminokyseliny . Proteiny obsahují 20 druhů aminokyselin, přičemž počet aminokyselin a sekvence jejich spojení v různých molekulách bílkovin se liší. V důsledku toho mají proteiny velmi různorodou strukturu a v důsledku toho i rozmanité vlastnosti a funkce.
Úrovně organizace molekuly proteinu (struktura proteinu).
Níže je klasický nákres znázorňující různé úrovně organizace molekuly hemoglobinu. Primární, sekundární, terciární a kvartérní struktury jsou označeny čísly 1-4.
Funkce proteinů.
Stavební funkce proteiny jsou jedny z nejdůležitějších, protože jsou součástí všech buněčných struktur (membrán, organel a cytoplazmy). Ve skutečnosti jsou bílkoviny hlavním stavebním materiálem pro tělo. Růst a vývoj těla nemůže normálně probíhat bez dostatečného množství bílkovin. Proto musí rostoucí tělo nutně přijímat bílkoviny z potravy.
Enzymatická funkce proteiny jsou neméně důležité. Většina chemických reakcí probíhajících v buňce by nebyla možná bez účasti biologických katalyzátorů – enzymů. Téměř všechny enzymy jsou v přírodě proteiny. Každý enzym urychluje pouze jednu reakci (nebo jeden typ reakce). To vyjadřuje specifičnost enzymů. Kromě toho enzymy působí v poměrně úzkém teplotním rozmezí. Zvýšení teploty vede k jejich denaturaci a ztrátě katalytické aktivity. Příkladem typického enzymu je kataláza, která štěpí peroxid vodíku vzniklý při výměně na vodu a kyslík (2H 2 Ó 2 → 2 H 2 Ó + Ó 2 ). Účinek katalázy lze pozorovat při ošetření krvácející rány peroxidem. Uvolňovaný plyn je kyslík. Hlízy nakrájených brambor můžete také ošetřit peroxidem. Stane se to samé.
Transportní funkce proteiny jsou zodpovědné za transport různých látek. Některé proteiny provádějí transport v měřítku celého organismu. Například hemoglobin v krvi přenáší kyslík a oxid uhličitý po celém těle. Jiné proteiny zabudované v buněčných membránách zajišťují transport různých látek do buňky az buňky. Typický příklad Draslík-sodíková pumpa je komplexní proteinový komplex, který pumpuje sodík z buňky a pumpuje do ní draslík.
Funkce motoru proteiny by neměly být zaměňovány s transportními proteiny. V tomto případě mluvíme o pohybu organismu nebo jeho jednotlivých částí vůči sobě navzájem. Příkladem jsou bílkoviny, které tvoří svalová tkáň: aktin a myosin. Vzájemné působení těchto proteinů zajišťuje kontrakci svalových vláken.
Ochranná funkce provádí mnoho specifických proteinů. Protilátky produkované lymfocyty v krvi chrání tělo před patogeny. Speciální buněčné proteiny interferony poskytují antivirovou ochranu. Plazmatický protrombin se podílí na srážení krve, chrání tělo před ztrátou krve.
Regulační funkce provádějí proteiny, které jsou hormony. Typický proteinový hormon, inzulín, reguluje hladinu glukózy v krvi. Dalším proteinovým hormonem je růstový hormon.
Denaturace a renaturace bílkovin.
Nejdůležitější vlastnost Většina proteinů je ve své struktuře za nefyziologických podmínek nestabilní. Když teplota stoupá, mění sepHprostředí, vystavení rozpouštědlům atd. vazby, které podporují prostorovou strukturu proteinu, jsou zničeny. Happeningdenaturace , tj. porušení přirozené struktury proteinu. Nejprve jsou zničeny kvartérní a terciární struktury. Pokud se účinek nepříznivého faktoru nezastaví nebo zesílí, pak je sekundární a dokonce i primární struktura zničena. Zničení primární struktury – rozbití vazeb mezi aminokyselinami – znamená konec existence molekuly proteinu. Pokud je zachována primární struktura, pak kdy příznivé podmínky protein může obnovit svou prostorovou strukturu, tzn. se stanerenaturace .
Například při smažení vajec pod vlivem vysoká teplota U vaječného bílku dochází k následujícím změnám: byl tekutý a průhledný, stal se pevným a neprůhledným. Po ochlazení se však protein opět nestane průhledným a tekutým. V tomto případě k renaturaci nedochází, protože Během smažení byla zničena primární struktura proteinu.
Nukleové kyseliny.
Nukleové kyseliny , stejně jako proteiny, jsou polymery nepravidelné struktury. Monomery nukleových kyselin jsounukleotidy . Schématická struktura nukleotidu je znázorněna na obrázku 2. Jak můžete vidět, každý nukleotid se skládá ze tří složek: dusíkaté báze (polygon), sacharidu (pentagon) a zbytku kyseliny fosforečné (kruh).
Srovnávací charakteristiky DNA a RNA
Uchovávání a přenos dědičných informací.Regulace vitálních procesů buněk.
Biosyntéza bílkovin (tj. v podstatě proces implementace genetické informace).
Typy RNA a jejich role v biosyntéze proteinů.
Messenger RNA (mRNA) – přenáší informace o primární struktuře proteinu od DNA po ribozomy.
Transferová RNA (tRNA) – dodává aminokyseliny do ribozomů.
Ribozomální RNA (rRNA) - součást ribozomů, tzn. podílí se také na syntéze bílkovin.
Struktura molekuly DNA.
Moderní model Strukturu DNA navrhli D. Watson a F. Crick. Molekula DNA se skládá ze dvou řetězců nukleotidů, spirálovitě stočených kolem sebe. Dusíkaté báze jsou nasměrovány dovnitř molekuly tak, že naproti adeninu jednoho řetězce je vždy thymin druhého řetězce a naproti guaninu cytosin. Adenin - thymin a guanin - cytosin jsou komplementární a princip jejich uspořádání v molekule DNA se nazývá princip komplementarity. Mezi adeninem a thyminem se tvoří dvě vodíkové vazby a mezi cytosinem a guaninem tři. Dva řetězce nukleotidů v molekule DNA jsou tedy spojeny mnoha slabými vodíkovými vazbami.
Důsledek komplementarity pára A-T a G-C je, že počet adenylových (A) nukleotidů v DNA je vždy roven počtu thymidylu (T). A stejně tak bude stejný i počet guanylových (G) a cytidylových (C) nukleotidů. Pokud například DNA obsahuje 10 % nukleotidů s adeninem, pak bude také 10 % nukleotidů s thyminem a 40 % každý s guaninem a cytosinem.
Prvky obsahu testované na zkoušce Unified State:
2.4 Struktura buňky. Vztah mezi strukturou a funkcemi částí a organel buňky je základem její celistvosti.
Struktura eukaryotické buňky
1) Omezuje obsah buňky, plní ochrannou funkci.2) Poskytuje selektivní transport.
3) Zajišťuje komunikaci mezi buňkami v mnohobuněčném organismu.
Jádro
Má dvojitou membránu. Uvnitř jechromatin (DNA s proteiny), stejně jako jeden nebo vícejadérka (místo sestavení ribozomálních podjednotek). Komunikace s cytoplazmou probíhá prostřednictvím jaderných pórů.
1) Uchovávání a přenos dědičných informací.
2) Řízení a řízení procesů buněčného života.
Cytoplazma
Vnitřní prostředí buňky, včetně tekuté části, organel a inkluzí. Propojuje všechny buněčné struktury
Mitochondrie
Mají dvojitou membránu. Vnitřní membrána tvoří záhyby -cristas , na kterých jsou umístěny enzymové komplexy, které syntetizují ATP. Mají své vlastní ribozomy a kruhovou DNA
Syntéza ATP
Endoplazmatické retikulum (ER)
Síť tubulů a dutin, které prostupují celou buňkou. Na membráněhrubý Ribozomy se nacházejí v ER. Na membráněhladký Nejsou žádné EPS.
Provádí transport látek spojením různých organoidů. Hrubý ER se také účastní syntézy proteinů a hladký ER se podílí na syntéze sacharidů a lipidů.
Golgiho aparát
Systém plochých kontejnerů (cisteren).
1) Akumulace, třídění, balení a příprava syntetizovaných proteinů pro export z buňky.
2) Tvorba lysozomů.
Lysozomy
Bubliny naplněné různými enzymy.
Intracelulární trávení.
Ribozomy
Skládají se ze dvou podjednotek tvořených proteiny a rRNA.
Proteosyntéza.
Buněčné centrum
U zvířat a nižších rostlin zahrnuje dvacentrioly tvořený devíti triplety mikrotubulů.
Podílí se na buněčném dělení a tvorbě cytoskeletu.
Pohybové organely (cilia, bičíky).
Jsou to válec, jehož stěna se skládá z devíti párů mikrotubulů. Další dva se nacházejí v centru.
Hnutí.
Plastidy (nacházejí se pouze v rostlinách)
Chromoplasty (žluto-červené) dodávají květům a plodům barvu, která přitahuje opylovače a distributory plodů a semen. Leukoplasty (bezbarvé) hromadí škrob. Chloroplasty (zelené) provádějí fotosyntézu.
Chloroplasty
Mají dvojitou membránu. Vnitřní membrána tvoří záhyby v podobě hromádek mincí -zrna . Samostatná "mince" -tylakoid . Mají kruhovou DNA a ribozomy.
Transport přes plazmatickou membránu.
Pasivní doprava probíhá bez výdeje energie (tedy bez výdeje ATP). Hlavním typem je difúzní. Prostřednictvím difúze se kyslík dostává do buňky a uvolňuje se oxid uhličitý.
Aktivní transport přichází s náklady na energii. Hlavní metody:
Transport pomocí buněčných pump. Speciální proteinové komplexy zabudované v membráně transportují některé ionty do buňky a jiné odčerpávají. Například pumpa draslíku a sodíku pumpuje ven z buňkyNa+ a nahrávání K + . ATP se spotřebovává na svou práci.
Fagocytóza – absorpce pevných částic buňkou. Buněčná membrána tvoří výběžky, které se postupně uzavírají a absorbovaná částice končí v cytoplazmě.
Pinocytóza je absorpce kapének kapaliny buňkou. Probíhá podobně jako fagocytóza.
