Organización física y química de una célula eucariota. ATP y otros compuestos orgánicos de la célula.
Sustancias celulares. Las células de nuestro cuerpo están formadas por una variedad de compuestos químicos. Algunos de estos compuestos, inorgánicos, también se encuentran en la naturaleza inanimada. Estos incluyen agua y sales minerales. Pero para las células vivas, los compuestos orgánicos, cuyas moléculas tienen una estructura muy compleja, son los más característicos. Entre ellos, las proteínas, grasas, carbohidratos y ácidos nucleicos son de gran importancia.
Compuestos de células inorgánicas. La mayoría en celdas de agua. El agua es un buen solvente; Desempeña un papel importante en todos los procesos vitales que ocurren en las células. En una solución acuosa, se produce una interacción química entre diversas sustancias contenidas en la célula. Los nutrientes en estado disuelto penetran en la célula a través de la membrana externa. El agua también ayuda a eliminar sustancias de la célula que se forman como resultado de procesos vitales en ella.
Las sales minerales se encuentran en el citoplasma y el núcleo celular en bajas concentraciones. Sin embargo, su papel en la vida celular es muy grande. Aprenderá sobre esto en los siguientes temas.
Compuestos Celulares Orgánicos. De las sustancias que forman la célula, el papel principal en la implementación de sus funciones pertenece a los compuestos orgánicos.
Las proteínas son las sustancias básicas de cualquier célula viva. No hay vida sin ellos. Forman la base del citoplasma y el núcleo.
Las proteínas se encuentran entre las sustancias más complejas que se encuentran en la naturaleza. Sus moléculas están formadas por miles de átomos. Pero el número de elementos que forman las proteínas es relativamente pequeño. Las proteínas necesariamente contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Además de estos cuatro elementos esenciales, el azufre casi siempre está presente en las proteínas, a menudo fósforo y algunos otros.
En tamaño, la molécula de proteína es cientos y miles de veces más grande que las moléculas de compuestos inorgánicos que conoce. Se descubrió que la molécula de cualquier proteína vegetal, animal o humana está formada por cientos de residuos de aminoácidos unidos secuencialmente entre sí (Fig. 12).
La proteína contiene solo un poco más de 20 diferentes tipos Aminoácidos Y a pesar de esto, los compuestos de proteínas son infinitamente diversos. En una celda viva, hay hasta 1000 varias proteínas! Además, las proteínas de diferentes organismos tienen una composición diferente.
¿Cómo puede una combinación de tan pocos tipos de aminoácidos dar una gran variedad de proteínas? Esto se puede entender recordando que cualquiera de nosotros, usando solo 32 letras del alfabeto, puede escribir un número infinito de palabras y oraciones diferentes. Del mismo modo, la diversidad de proteínas depende de la secuencia en la que las moléculas de aminoácidos que las forman están interconectadas.
Las grasas tienen una estructura molecular menos compleja. Incluyen solo tres elementos: carbono, hidrógeno, oxígeno.
Los carbohidratos están formados por los mismos elementos que las grasas: carbono, hidrógeno y oxígeno. Pero la estructura de las moléculas de carbohidratos es diferente. Diferente azúcar, almidón les pertenece.
Los ácidos nucleicos se forman en el núcleo celular. De aquí proviene su nombre (núcleo es el nombre latino del núcleo). Algunos de los ácidos nucleicos, el ADN (abreviatura de ácidos desoxirribonucleicos), se encuentran principalmente en los cromosomas de las células. Estos ácidos juegan un papel importante en la construcción de proteínas características de una célula dada y en la transferencia de productos hereditarios de padres a hijos. Las moléculas de ADN son mucho más grandes que las proteínas. Las funciones de otros ácidos nucleicos - ARN (abreviatura de ácidos ribonucleicos) - también están asociadas con la construcción de proteínas en la célula.
Las principales propiedades vitales de la célula.. Cada célula viva de nuestro cuerpo recibe las sustancias que le llega la sangre de los órganos digestivos: se alimenta.
En la célula, se producen los procesos de formación de compuestos orgánicos, cuyas moléculas tienen una estructura compleja, a partir de sustancias más simples que penetran en él desde el exterior. Estos procesos se llaman biosíntesis.
Los compuestos orgánicos sufren descomposición química en la célula y forman sustancias de una estructura más simple. En la mayoría de las células, junto con la descomposición de los compuestos orgánicos, son oxidados por el oxígeno traído por la sangre. Durante la descomposición y la oxidación de las sustancias, se libera la energía gastada en los procesos vitales que ocurren en la célula.
Las células pueden responder a las irritaciones: cambios físicos y químicos en su entorno, es decir, son irritables. Entonces, las células musculares bajo la influencia de la irritación se vuelven más cortas y gruesas: se contraen y las células de las glándulas salivales secretan saliva cuando se irritan.
Las células se caracterizan por el crecimiento y la reproducción. Especialmente se multiplican rápidamente las células en organismos infantiles y adolescentes. Pero en adultos, este proceso no se detiene. Algunas células mueren durante la vida de una persona y son reemplazadas constantemente por otras nuevas. Entonces, la cicatrización de heridas y la fusión ósea en los sitios de fractura ocurren debido a la multiplicación celular.
Nutrición, biosíntesis de compuestos orgánicos, descomposición y oxidación de sustancias celulares, irritabilidad, crecimiento y reproducción son las principales propiedades de las células vivas.
Enzimas. Todos los procesos vitales que ocurren en la célula están asociados con un cambio continuo en la condición física y composición quimica sus sustancias constituyentes
El curso de muchas reacciones químicas se acelera en presencia de ciertas sustancias. En una célula viva hay muchas proteínas que aceleran catalíticamente las transformaciones químicas que se producen en ella. Estas proteínas, catalizadores, se denominan enzimas. Entonces, los procesos de biosíntesis, la oxidación en una célula viva puede ocurrir solo en presencia de ciertas enzimas. La mayoría de las proteínas en la célula tienen propiedades enzimáticas.
■ Proteínas. Grasas Carbohidratos Ácidos nucleicos Enzimas
? 1. ¿Qué sustancias están contenidas en la célula? 2. ¿Cuál es la mayor sustancia en la célula? 3. ¿Qué sustancias son las más características de una célula viva? 4. ¿Qué sustancias forman la base del citoplasma y el núcleo? 5. ¿Qué elementos son parte de las proteínas? 6. ¿Qué sabes sobre la estructura de una molécula de proteína? 7. explica la variedad de proteínas? 8. ¿Cuáles son los elementos de las grasas y los carbohidratos? 9. ¿Cuáles son las propiedades vitales básicas de una célula?
La composición de las células incluye muchos compuestos orgánicos: proteínas, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos y otros compuestos que no se encuentran en la naturaleza inanimada.
Los compuestos orgánicos se denominan compuestos químicos, que incluyen átomos de carbono..
Las proteínas son la base de la vida.
La composición de las proteínas.
Ardillas – estos son polímeros biológicos, estos son compuestos orgánicos que forman parte de las células de los organismos vivos y sus productos metabólicos.
Un polímero (del griego "poli" -muchos) es una cadena de muchos enlaces en la que un enlace es una sustancia relativamente simple: un monómero. Conectándose entre sí, forman cadenas que consisten en miles de monómeros (A-A-A- ...)- entre compuestos orgánicos - proteínas - los más complejos, y también ocupan el primer lugar tanto en cantidad como en valor. En animales, representan aproximadamente el 50% de la masa de células secas. En el cuerpo humano hay 5 millones de tipos de moléculas de proteínas que difieren de otras y de proteínas de otros organismos.
Proteínas: compuestos orgánicos que contienen nitrógeno, macromoléculas, el monómero es un aminoácido.
Su fórmula general se ve así:
NH2 - CH - COOHdondeNH2 - grupo amino (posee propiedades base)
COOH - grupo carboxilo (propiedades ácidas)
R R -el radical
La composición de las proteínas incluye 20 aminoácidos.
intercambiable irremplazable
no sintetizado en el cuerpo puede sintetizarse en el cuerpo,
debería venir con comida
Aminoácidos - compuestos anfóteros que combinan las propiedades de ácidos y bases. Esto se debe a su capacidad de interactuar con los demás. Cuando están conectadas, las moléculas de aminoácidos forman enlaces entre el carbono ácido y el nitrógeno del grupo principal. Tales conexiones se llaman péptido: R1 R2
NH2 - CH - COOH + NH2 - CH - COOH N2H - CH - C - N - CH - COOH + H2 O
Dipéptido R1 R2 O H
Enlace peptídico
Si se combinan muchos aminoácidos (más de 10), se obtiene un polipéptido. Los aminoácidos tienen un plan general de estructura, pero difieren de otros en la estructura.R .
Estructura de la proteína:
Se distinguen las estructuras primarias, secundarias, terciarias y cuaternarias de las proteínas:
1.Primaria (lineal): está determinado por la alternancia de aminoácidos en la cadena de polipéptidos. Se pueden comparar 20 aminoácidos diferentes con 20 letras del alfabeto químico, de las cuales las "palabras" están formadas por 300-500 letras de largo (la secuencia de aminoácidos en una cadena de polipéptidos. Todas las propiedades de una molécula están determinadas por su estructura primaria)
2.Secundaria - una espiral con la misma distancia entre las vueltas (se forma como resultado de la coagulación de la estructura primaria en espiral). Entre N - H u C \u003d O, ubicados en giros adyacentes, surgen enlaces de hidrógeno, son más débiles que los covalentes, pero, repetidos muchas veces, sujetan giros regulares de la espiral.
3.Terciario - un superenrollador, (formado como resultado de la coagulación de una estructura secundaria en forma de bola) un glóbulo, una bola - un enlace entre radicales: (+) y (-) los grupos R cargados son atraídos y reúnen incluso otros sitios lejanos. (Insulina)
4.Cuaternario - varias estructuras terciarias. (Hemoglobina)
Propiedades proteicas: (p. 94-95 solo); (153-154)
1. Hay proteínas completamente insolubles en agua.
2. Inactivo y químicamente resistente a los agentes.
3. Las proteínas son termolábiles (activas en marcos estrechos). La acción de t, la deshidratación, un cambio en el pH, el alcohol, la acetona, etc. causan la destrucción de la organización estructural de las proteínas. Al principio, se destruye la estructura proteica más débil: la Cuaternaria, luego la Terciaria, secundaria y, en condiciones más severas, la primaria. La pérdida de una organización estructural por una molécula de proteína se llama desnaturalización
Ella m. irreversible - se puede observar al calentar líquido proteína transparente huevo de gallina, se vuelve líquido y opaco y reversible
4. Después de eliminar el factor desnaturalizante, muchas proteínas pueden volver a su forma natural, es decir. si no se viola la estructura primaria de la proteína y se restaura la estructura natural de la proteína, es decir, renaturalización.
Funciones proteicas:
1. Construcción (plástico): participa en la formación de todas las membranas celulares y orgánulos de la célula, así como las estructuras extracelulares.
2. Catalítico (enzimático) - todos los biocatalizadores - enzimas - sustancias de naturaleza proteica - aceleradores de reacciones químicas (10-ki, 100 mil mil veces)
3. Propulsión (contráctil): proteínas contráctiles involucradas en todo tipo de movimiento que las células y los organismos son capaces de hacer.
4. Transporte - la fijación de elementos químicos (O2 - hemoglobina) o sustancias biológicamente activas (hormonas) y su transferencia a diversos tejidos y órganos.
5. Protectora - la formación de anticuerpos, la coagulación de las proteínas de la sangre (cuando los microorganismos o proteínas extrañas ingresan al cuerpo, los leucocitos producen anticuerpos (el principio de bloqueo de teclas inofensivo y no tóxico) que digieren estos antígenos).
6. Energía - las proteínas sirven como fuente de energía en la célula; con escisión completa, se forma 1 g de proteína 17,6 kJ de energía.
7. Señal - las moléculas de proteína capaces de cambiar su estructura terciaria en respuesta a la acción de factores ambientales están incrustadas en la membrana superficial de la célula.
Carbohidratos o sacáridos - compuestos orgánicos comunes que consisten en carbono, hidrógeno y oxígeno. Estas son sustancias con la fórmula general Cn (H2O) m . Para la mayoría de los carbohidratos, el número de moléculas de agua corresponde al número de átomos de carbono. Por lo tanto, estas sustancias se llamaron carbohidratos.
Carbohidratos: compuestos orgánicos que consisten en una o muchas moléculas de azúcar simples.. El peso molecular de los carbohidratos varía de 100 a 1,000,000 Da (Dalton es una masa aproximadamente igual a la masa de un átomo de hidrógeno).
Se distinguen tres grupos de carbohidratos:
 |  |
complejo simple
monosacáridos
consisten en una sola molécula de oligosacáridos polisacáridos
● (СН2О) п ● - ● consisten en 2-10 ● - ● - ● - ● - ● consisten en 102-103
monosacáridos ● - ● - ● - ● - ● - ● - ● - ● - ● monosacáridos
- monosacáridos o azúcares simples - dependiendo del número de átomos de carbono en la molécula, los monosacáridos se denominan trioses - 3 átomos, tetrosis - 4, pentosas - 5 o hexosas - 6 átomos de carbono; de los monosacáridos de seis carbonos - hexosas - los más importantes son glucosa (en la sangre 0.08-0.12%), ribosa, desoxirribosa y galactosa
- oligosacáridos o disacáridos - compuestos que consisten en 2-10 moléculas conectadas en serie de azúcares simples (sacarosa, maltosa, lactosa);
- polisacáridos - polímeros ramificados: consisten en más de 10 moléculas de azúcar; Los polisacáridos más importantes incluyen:
Celulosa- un polisacárido lineal que consiste en moléculas de glucosa. La celulosa es el componente principal de la pared celular de las plantas.
Almidón y Glucógeno. Son las principales formas de almacenamiento de glucosa en plantas y animales. Cuando se divide, el cuerpo recibe glucosa, que es necesaria en el proceso de la vida.
Quitina En crustáceos e insectos, forma un esqueleto externo (caparazón).
Funciones de carbohidratos:
1, Energía - el principal - cuando "quema" azúcares simples y, en primer lugar, glucosa, el cuerpo recibe la mayor parte de la energía que necesita.
2.Reservando El almidón y el glucógeno desempeñan el papel de fuentes de glucosa, liberándolo según sea necesario.
3.Construcción de apoyo. Por ejemplo, la celulosa forma la pared celular de las plantas; Se construyó un caparazón de insectos a partir de quitina.
Además, cuando se combinan con lípidos y proteínas, los carbohidratos forman glucolípidos y glucoproteínas, dos clases importantes de moléculas bioquímicas.
La ribosa de azúcar y la desoxirribosa son necesariamente parte de los nucleótidos: monómeros de ácido nucleico.
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Si pierde su teléfono, en primer lugar, perdemos información valiosa. Para restaurarlo, hay una función "buscar iPhone". Pero funciona solo cuando queda al menos una pequeña carga en la batería del teléfono. Sin energía, la información no puede transmitirse ni implementarse. Todo es exactamente igual que en la vida silvestre.
La información sobre la composición de las proteínas celulares está codificada en la secuencia de nucleótidos del ADN. Pero para usar esta información, la célula necesita una fuente de energía. Y esta fuente es ATP. Ácido trifosfórico de adenosina. Esta sustancia es custodio universal y transportista energía en las células de todos los organismos vivos.
El ATP se utiliza para llevar a cabo casi todos los procesos en células con energía. La síntesis de proteínas, carbohidratos, lípidos, el transporte activo de sustancias a través de la membrana, el movimiento de cilios y flagelos, contracciones musculares, división celular, mantener una temperatura corporal constante de animales de sangre caliente ... todo esto requiere una recarga energética obligatoria.
El ácido trifosfórico de adenosina fue descubierto en 1929 por un equipo de científicos de la Facultad de Medicina de Harvard. Pero solo en 1941 Fritz Lipman demostró que ATP es el principal portador de energía en la célula.
La molécula de ATP es una sustancia familiar para usted de la última lección: el nucleótido. La composición del nucleótido, como recordará, incluye los restos de tres sustancias: ácido fosfórico, cinco azúcares de carbono y base nitrogenada . La peculiaridad de la estructura de ATP es que contiene no uno sino tres residuos de ácido fosfórico. Azúcar ribosa . Y también solo una base nitrogenada - adenina .
¿Por qué se elige el ácido trifosfórico de adenosina como fuente universal de energía? Todo el secreto radica en la estructura. A saber, en residuos de ácido fosfórico. El hecho es que los grupos fosfato están interconectados por dos llamados macroergic conexiones Macroergic significa alta energía. Durante la hidrólisis de ATP, cuando se rompen dichos enlaces, se libera cuatro veces más energía que cuando se rompen los enlaces químicos ordinarios.
Como resultado de la eliminación de un residuo de ácido fosfórico, se forma ADP (ácido difosfórico de adenosina) y se libera 40 kj energía
En casos raros, el ADP puede experimentar una mayor hidrólisis con la escisión del residuo de ácido fosfórico, la formación de ácido monofosfórico de adenosina y la liberación de los mismos 40 kJ de energía.
Para el proceso inverso, la síntesis de ATP, es necesario gastar energía. Su fuente es el proceso de oxidación de sustancias orgánicas. Aprenderá más sobre esto en las siguientes lecciones.
Entonces, para unir el resto del ácido fosfórico a la molécula de ADP (reacción de fosforilación), debe gastar 40 kJ de energía.
El ácido trifosfórico de adenosina es un compuesto muy inestable y se actualiza rápidamente. La duración promedio de su vida, por así decirlo, es menos de un minuto. Y una molécula de ATP se divide y se vuelve a sintetizar aproximadamente 2400 veces al día. Esto sucede principalmente en mitocondriasasí como cloroplastoscélulas vegetales
Los procesos biológicos que aseguran la existencia de la vida son muy complejos. Por lo tanto, solo las sustancias que transportan información y energía son insuficientes para su flujo. Necesitamos sustancias que lleven a cabo y regulen los procesos metabólicos del cuerpo, su crecimiento y desarrollo. Tienen un efecto en individuos de su propia especie y de otras especies. Estas sustancias incluyen vitaminas, hormonas, feromonas, alcaloides, antibióticosy otros
Las vitaminas obtienen su nombre de la palabra latina vita, que literalmente significa "vida". La humanidad durante mucho tiempo no pudo entender la causa del desarrollo de ciertas enfermedades, por ejemplo, el escorbuto. Y cuando se descubrieron las vitaminas, resultó que son un componente integral de la vida, pero muy pocas de ellas son suficientes para realizar sus funciones. Esto es lo que dificultó su detección.
Al final resultó que, las vitaminas son compuestos de bajo peso molecular. Desempeñan un papel excepcional en el metabolismo, pero no de forma independiente, sino principalmente como componentes de las enzimas.
Usted sabe que las vitaminas están indicadas por las letras del alfabeto latino: A, B, C, D, etc. Además, cada vitamina tiene su propio nombre. Por ejemplo, la vitamina B1 es tiamina, la vitamina C es ácido ascórbico.
La estructura química y las propiedades de las vitaminas son bastante diversas. Pero según la solubilidad, todos se pueden dividir en dos grupos: liposoluble (Un, D, E, K) y soluble en agua(grupo de vitaminasB, C, H, P).
En humanos y animales, las vitaminas deben provenir de los alimentos.
Pero algunos de ellos pueden sintetizarse en el cuerpo. Por ejemplo, bajo la influencia de la radiación ultravioleta, la vitamina D se forma en la piel y, gracias a los microorganismos simbióticos, las vitaminas B6 y K se sintetizan en los intestinos.
Como hemos dicho, las vitaminas regulan el metabolismo. Para una vida normal, su número debe mantenerse en un cierto nivel. Como un defecto (hipovitaminosis) y exceso de vitaminas (hipervitaminosis) puede conducir a graves violaciones de muchas funciones fisiológicas en el cuerpo.
Se toma un papel importante en la regulación del metabolismo y hormonas. Esta palabra traducida del griego significa: "Insto". Las hormonas son sustancias biológicamente activas y son producidas por formaciones especializadas. Las células, tejidos y órganos (glándulas endocrinas) participan en la producción de hormonas.
Las hormonas son sustancias con diferente naturaleza química. Podría ser ardillas (insulina, glucagón, somatotropina), esteroides (cortisol, hormonas sexuales), derivados de aminoácidos (tiroxina, adrenalina).
Todas las etapas del desarrollo individual de humanos y animales ocurren bajo el control de las hormonas. Regulan nuestra respiración, palpitaciones, presión arterial ... es decir, afectan todos los procesos de la vida. Además, la adaptación a los cambios en el entorno externo e interno, la activación de las enzimas también se produce bajo la influencia de las hormonas.
Como en el caso de las vitaminas, el nivel de hormonas en el cuerpo debe estar en cierto nivel.
Las hormonas vegetales también son conocidas. Se llaman fitohormonas. Al igual que las hormonas animales, regulan los procesos de crecimiento y desarrollo, pero de un organismo vegetal: división y crecimiento celular, desarrollo renal, germinación de semillas y otros.
Un grupo interesante de sustancias son feromonas. Estos incluyen sustancias biológicamente activas secretadas en el ambiente externo y que afectan el comportamiento y el estado fisiológico de los individuos de la misma especie. Si las hormonas regulan los procesos vitales dentro del cuerpo, las feromonas actúan como señales químicas que se transmiten a otros organismos. La comunicación con la ayuda de feromonas se observa, por ejemplo, en animales artrópodos, así como en bacterias y protistas.
Las sustancias que usted conoce como cafeína y morfina son alcaloides. Alcaloides sustancias biológicamente activas , a menudo de origen vegetal. La mayoría de ellos son tóxicos para humanos y animales. Se cree que estas sustancias ayudan a las plantas a protegerse de los animales.
Algunas personas usan alcaloides en medicina. El primero, en forma purificada, se obtuvo morfina . Utilizado como anestésico.
La cafeína se usa en el tratamiento de dolores de cabeza, migrañas y también como estimulante de la respiración y la actividad cardíaca en los resfriados.
Alcaloide quinina usado para tratar la malaria.
Y el último grupo de sustancias orgánicas hoy es antibióticos. El nombre de estas sustancias habla por sí mismo. Vino del griego ἀντί - contra y βίος - la vida Los antibióticos naturales son producidos por varios microorganismos. Inhiben o matan las células de otros microorganismos.
El primer antibiótico utilizado para tratar infecciones bacterianas fue penicilina . En 1945, un grupo de científicos recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina "por el descubrimiento de la penicilina y sus efectos curativos en diversas enfermedades infecciosas".
Los antibióticos salvaron millones de vidas humanas y después de su descubrimiento se consideraron literalmente una panacea. Sin embargo, deben tomarse solo según lo prescrito por el médico, ya que la automedicación puede provocar un debilitamiento de la defensa del cuerpo y la muerte de la microflora intestinal.
