Sastav žive ćelije uključuje iste hemijske elemente koji su deo nežive prirode. Od 104 elementa periodnog sistema D. I. Mendeljejeva, 60 je pronađeno u ćelijama.

Podijeljeni su u tri grupe:

1. glavni elementi su kiseonik, ugljenik, vodonik i azot (98% ćelijskog sastava);
2. elementi koji čine desetine i stoti deo procenta - kalijum, fosfor, sumpor, magnezijum, gvožđe, hlor, kalcijum, natrijum (ukupno 1,9%);
3. svi ostali elementi prisutni u još manjim količinama su mikroelementi.

Molekularni sastav ćelije je složen i heterogen. Pojedinačna jedinjenja - voda i mineralne soli - takođe se nalaze u neživoj prirodi; ostalo - organska jedinjenja: ugljikohidrati, masti, bjelančevine, nukleinske kiseline itd. - svojstvene su samo živim organizmima.

NEORGANSKE SUPSTANCE

Voda čini oko 80% mase ćelije; u mladim brzorastućim ćelijama - do 95%, u starim ćelijama - 60%.

Uloga vode u ćeliji je velika.

To je glavni medij i rastvarač i učestvuje u većini hemijske reakcije, kretanje supstanci, termoregulacija, formiranje ćelijskih struktura, određuje volumen i elastičnost ćelije. Većina tvari ulazi i izlazi iz tijela u vodenoj otopini. Biološka uloga voda je određena specifičnošću njene strukture: polaritetom njenih molekula i sposobnošću stvaranja vodikovih veza, zbog čega nastaju kompleksi nekoliko molekula vode. Ako je energija privlačenja između molekula vode manja nego između molekula vode i tvari, ona se otapa u vodi. Takve tvari nazivaju se hidrofilnim (od grčkog "hydro" - voda, "filet" - ljubav). To su mnoge mineralne soli, proteini, ugljikohidrati itd. Ako je energija privlačenja između molekula vode veća od energije privlačenja između molekula vode i tvari, takve tvari su nerastvorljive (ili slabo topljive), nazivaju se hidrofobne ( od grčkog "phobos" - strah) - masti, lipidi itd.

Mineralne soli u vodeni rastvorićelije se disociraju na katione i anjone, obezbeđujući stabilnu količinu potrebnih hemijski elementi i osmotski pritisak. Od katjona najvažniji su K+, Na+, Ca 2+, Mg+. Koncentracija pojedinačnih kationa u ćeliji i u vanćelijskom okruženju nije ista. U živoj ćeliji je koncentracija K visoka, Na+ niska, au krvnoj plazmi, naprotiv, koncentracija Na+ je visoka, a K+ niska. To je zbog selektivne permeabilnosti membrana. Razlika u koncentraciji jona u ćeliji i okolini osigurava protok vode iz okoline u ćeliju i apsorpciju vode korijenjem biljaka. Nedostatak pojedinačnih elemenata - Fe, P, Mg, Co, Zn - blokira formiranje nukleinske kiseline, hemoglobina, proteina i drugih vitalnih supstanci i dovodi do ozbiljne bolesti. Anioni određuju konstantnost pH-ćelijske sredine (neutralne i blago alkalne). Od anjona najvažniji su HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -

ORGANSKE MATERIJE

Organske supstance u kompleksu čine oko 20-30% ćelijskog sastava.

Ugljikohidrati- organska jedinjenja koja se sastoje od ugljenika, vodonika i kiseonika. Dijele se na jednostavne - monosaharide (od grčkog "monos" - jedan) i složene - polisaharide (od grčkog "poli" - mnogo).

Monosaharidi(njihova opća formula je C n H 2n O n) - bezbojne tvari ugodnog slatkog okusa, vrlo topljive u vodi. Razlikuju se po broju atoma ugljika. Od monosaharida najčešće su heksoze (sa 6 C atoma): glukoza, fruktoza (nalazi se u voću, medu, krvi) i galaktoza (nalazi se u mlijeku). Od pentoza (sa 5 C atoma) najčešće su riboza i deoksiriboza, koje su dio nukleinskih kiselina i ATP-a.

Polisaharidi odnose se na polimere - spojeve u kojima se isti monomer ponavlja mnogo puta. Monomeri polisaharida su monosaharidi. Polisaharidi su rastvorljivi u vodi i mnogi imaju slatki ukus. Od njih su najjednostavniji disaharidi koji se sastoje od dva monosaharida. Na primjer, saharoza se sastoji od glukoze i fruktoze; mlečni šećer - od glukoze i galaktoze. Kako se broj monomera povećava, rastvorljivost polisaharida se smanjuje. Od visokomolekularnih polisaharida, glikogen je najčešći kod životinja, a škrob i vlakna (celuloza) u biljkama. Potonji se sastoji od 150-200 molekula glukoze.

Ugljikohidrati- glavni izvor energije za sve oblike ćelijske aktivnosti (kretanje, biosinteza, lučenje itd.). Razlaganjem na najjednostavnije produkte CO 2 i H 2 O, 1 g ugljikohidrata oslobađa 17,6 kJ energije. Ugljikohidrati u biljkama obavljaju građevinsku funkciju (ljuske im se sastoje od celuloze) i ulogu skladišnih tvari (u biljkama - škrob, kod životinja - glikogen).

Lipidi- to su u vodi netopive tvari slične mastima i masti, koje se sastoje od glicerola i velike molekularne težine masne kiseline. Životinjske masti se nalaze u mleku, mesu, potkožnog tkiva. Na sobnoj temperaturi su čvrste materije. U biljkama, masti se nalaze u sjemenkama, plodovima i drugim organima. Na sobnoj temperaturi su tečnosti. Supstance slične mastima slične su po hemijskoj strukturi mastima. Ima ih mnogo u žumancetu jaja, moždanim ćelijama i drugim tkivima.

Uloga lipida određena je njihovom strukturnom funkcijom. One čine ćelijske membrane, koje zbog svoje hidrofobnosti onemogućavaju miješanje ćelijskog sadržaja sa okruženje. Lipidi obavljaju energetsku funkciju. Razlaganjem do CO 2 i H 2 O, 1 g masti oslobađa 38,9 kJ energije. Slabo provode toplinu, akumuliraju se u potkožnom tkivu (i drugim organima i tkivima), obavljaju zaštitnu funkciju i služe kao rezervne tvari.

Vjeverice- najspecifičnije i najvažnije za organizam. Spadaju u neperiodične polimere. Za razliku od drugih polimera, njihove molekule se sastoje od sličnih, ali neidentičnih monomera - 20 različitih aminokiselina.

Svaka aminokiselina ima svoje ime, posebnu strukturu i svojstva. Njihova opšta formula može se predstaviti u sljedećem obliku

Molekul amino kiseline sastoji se od specifičnog dijela (radikal R) i dijela koji je isti za sve aminokiseline, uključujući amino grupu (- NH 2) sa bazičnim svojstvima i karboksilnu grupu (COOH) sa kiselim svojstvima. Prisustvo kiselih i baznih grupa u jednoj molekuli određuje njihovu visoku reaktivnost. Kroz ove grupe, aminokiseline se kombinuju i formiraju polimer – protein. U ovom slučaju, molekul vode se oslobađa iz amino grupe jedne aminokiseline i karboksila druge, a oslobođeni elektroni se kombinuju da formiraju peptidnu vezu. Zbog toga se proteini nazivaju polipeptidi.

Molekul proteina je lanac od nekoliko desetina ili stotina aminokiselina.

Molekule proteina su ogromne veličine, zbog čega se nazivaju makromolekulama. Proteini, poput aminokiselina, su visoko reaktivni i mogu reagirati s kiselinama i alkalijama. Razlikuju se po sastavu, količini i redoslijedu aminokiselina (broj takvih kombinacija od 20 aminokiselina je gotovo beskonačan). Ovo objašnjava raznolikost proteina.

Postoje četiri nivoa organizacije u strukturi proteinskih molekula (59)

• Primarna struktura- polipeptidni lanac aminokiselina povezanih u određenom nizu kovalentnim (jakim) peptidnim vezama.
• Sekundarna struktura- polipeptidni lanac uvijen u čvrstu spiralu. U njemu nastaju vodonične veze male čvrstoće između peptidnih veza susjednih zavoja (i drugih atoma). Zajedno daju prilično jaku strukturu.
• Tercijarna struktura predstavlja bizarnu, ali specifičnu konfiguraciju za svaki protein - globulu. Održava se hidrofobnim vezama male čvrstoće ili adhezivnim silama između nepolarnih radikala, koji se nalaze u mnogim aminokiselinama. Zbog svog obilja obezbeđuju dovoljnu stabilnost proteinske makromolekule i njenu mobilnost. Tercijarna struktura proteina se također održava zahvaljujući kovalentnim S - S (es - es) vezama koje nastaju između udaljenih radikala aminokiseline koja sadrži sumpor - cisteina.
• Kvartarna struktura nije tipično za sve proteine. Javlja se kada se nekoliko proteinskih makromolekula spoji u komplekse. Na primjer, hemoglobin u ljudskoj krvi je kompleks od četiri makromolekula ovog proteina.

Ova složenost strukture proteinskih molekula povezana je sa raznolikošću funkcija svojstvenih ovim biopolimerima. Međutim, struktura proteinskih molekula ovisi o svojstvima okoliša.

Povreda prirodne strukture proteina se naziva denaturacija. Može se javiti pod uticajem visoke temperature, hemijske supstance, energija zračenja i drugi faktori. Slabijim udarom raspada se samo kvartarna struktura, sa jačim udarom - tercijarna, pa sekundarna, a protein ostaje u obliku primarna struktura- polipeptidni lanac Ovaj proces je djelimično reverzibilan, a denaturirani protein je u stanju da obnovi svoju strukturu.

Uloga proteina u životu ćelije je ogromna.

Vjeverice- Ovo je građevinski materijal tela. Učestvuju u izgradnji ljuske, organela i membrana ćelije i pojedinih tkiva (kosa, krvni sudovi itd.). Mnogi proteini djeluju kao katalizatori u ćeliji - enzimi koji ubrzavaju ćelijske reakcije desetine ili stotine miliona puta. Poznato je oko hiljadu enzima. Osim proteina, njihov sastav uključuje metale Mg, Fe, Mn, vitamine itd.

Svaku reakciju katalizira vlastiti specifični enzim. U ovom slučaju ne djeluje cijeli enzim, već određena regija - aktivni centar. Uklapa se u podlogu kao ključ u bravu. Enzimi djeluju na određenoj temperaturi i pH okoline. Posebni kontraktilni proteini obezbeđuju motoričke funkcije ćelija (pokret flagela, trepavica, kontrakcija mišića, itd.). Pojedinačni proteini (hemoglobin u krvi) obavljaju transportnu funkciju, dostavljajući kisik svim organima i tkivima tijela. Specifični proteini - antitijela - obavljaju zaštitnu funkciju, neutralizirajući strane tvari. Neki proteini obavljaju energetsku funkciju. Razlažući se na aminokiseline, a zatim na još jednostavnije supstance, 1 g proteina oslobađa 17,6 kJ energije.

Nukleinske kiseline(od latinskog "nukleus" - jezgro) prvi put su otkriveni u jezgru. Oni su dve vrste - deoksiribonukleinske kiseline(DNK) i ribonukleinske kiseline(RNA). Njihova biološka uloga je velika, oni određuju sintezu proteina i prijenos nasljednih informacija s jedne generacije na drugu.

Molekul DNK ima složena struktura. Sastoji se od dva spiralno uvijena lanca. Širina dvostruke spirale je 2 nm 1, dužina je nekoliko desetina, pa čak i stotina mikromikrona (stotine ili hiljade puta veća od najvećeg proteinskog molekula). DNK je polimer čiji su monomeri nukleotidi - spojevi koji se sastoje od molekula fosforne kiseline, ugljikohidrata - deoksiriboze i azotne baze. Njihova opća formula je sljedeća:

Fosforna kiselina i ugljeni hidrati su isti u svim nukleotidima, a azotne baze su četiri vrste: adenin, gvanin, citozin i timin. Oni određuju naziv odgovarajućih nukleotida:

• adenil (A),
• guanil (G),
• citozil (C),
• timidil (T).

Svaki lanac DNK je polinukleotid koji se sastoji od nekoliko desetina hiljada nukleotida. U njemu su susjedni nukleotidi povezani jakom kovalentnom vezom između fosforne kiseline i deoksiriboze.

S obzirom na ogromnu veličinu molekula DNK, kombinacija četiri nukleotida u njima može biti beskonačno velika.

Kada se formira dvostruka spirala DNK, azotne baze jednog lanca su raspoređene u strogo definiranom redoslijedu nasuprot dušičnim bazama drugog. U ovom slučaju, T je uvek protiv A, a samo C je protiv G. To se objašnjava činjenicom da A i T, kao i G i C, striktno odgovaraju jedno drugom, kao dve polovine razbijenog stakla, i komplementarni ili komplementarni(od grčkog "dopuna" - dodatak) jedno drugom. Ako je poznat redoslijed nukleotida u jednom lancu DNK, onda je po principu komplementarnosti moguće odrediti nukleotide drugog lanca (vidi Dodatak, zadatak 1). Komplementarni nukleotidi su povezani vodoničnim vezama.

Postoje dvije veze između A i T, a tri između G i C.

Udvostručavanje molekula DNK je njegova jedinstvena karakteristika, koja osigurava prijenos nasljednih informacija iz matične ćelije u ćelije kćeri. Proces udvostručavanja DNK naziva se DNK reduplikacija. Izvodi se na sljedeći način. Neposredno prije diobe ćelije, molekula DNK se odmotava i njen dvostruki lanac, pod djelovanjem enzima, dijeli se na jednom kraju u dva nezavisna lanca. Na svakoj polovini slobodnih nukleotida ćelije, po principu komplementarnosti, gradi se drugi lanac. Kao rezultat, umjesto jednog molekula DNK pojavljuju se dva potpuno identična molekula.

RNA- polimer sličan strukturi jednom lancu DNK, ali mnogo manje veličine. RNK monomeri su nukleotidi koji se sastoje od fosforne kiseline, ugljikohidrata (riboze) i dušične baze. Tri azotne baze RNK - adenin, gvanin i citozin - odgovaraju onima u DNK, ali je četvrta drugačija. Umjesto timina, RNK sadrži uracil. Formiranje RNA polimera odvija se kroz kovalentne veze između riboze i fosforne kiseline susjednih nukleotida. Poznata su tri tipa RNK: glasničku RNA(i-RNA) prenosi informacije o strukturi proteina iz DNK molekula; transfer RNK(tRNA) prenosi aminokiseline do mjesta sinteze proteina; ribosomska RNK (r-RNA) sadržana je u ribosomima i uključena je u sintezu proteina.

ATP- adenozin trifosforna kiselina je važno organsko jedinjenje. Njegova struktura je nukleotidna. Sadrži dušičnu bazu adenin, ugljikohidrat ribozu i tri molekula fosforne kiseline. ATP je nestabilna struktura; pod uticajem enzima dolazi do prekida veze između "P" i "O", odvaja se molekul fosforne kiseline i ATP prelazi u

Krajem devetog vijeka nove ere arapski naučnik Abu Bakr ar-Razi podijelio je sve tada poznate supstance u 3 grupe u zavisnosti od njihovog porijekla: mineralne, životinjske i biljne. Klasifikacija je postojala skoro 1000 godina. Tek u 19. veku 3 grupe su se pretvorile u 2: organske i neorganske supstance.

Neorganske supstance

Neorganske supstance mogu biti jednostavne i složene. Jednostavne tvari su one tvari koje sadrže atome samo jednog kemijskog elementa. Dijele se na metale i nemetale.

Metali su plastične tvari koje dobro provode toplinu i struja. Gotovo svi su srebrnobijeli i imaju karakterističan metalni sjaj. Takva svojstva su posljedica posebne strukture. U metalnoj kristalnoj rešetki, metalne čestice (zvane atomski joni) su povezane mobilnim zajedničkim elektronima.

Čak i oni koji su daleko od hemije mogu navesti primjere metala. To su gvožđe, bakar, cink, hrom i drugi jednostavne supstance, formiran od atoma hemijskih elemenata, čiji se simboli nalaze u PSHE D.I. Mendeljejev ispod B – na dijagonali i iznad nje u glavnim podgrupama.

Nemetali, kao što im ime govori, nemaju svojstva metala. Oni su krhki i, uz rijetke izuzetke, ne provode električnu struju i ne sijaju (osim joda i grafita). Njihova svojstva su raznovrsnija u odnosu na metale.

Razlog za takve razlike leži iu strukturi supstanci. IN kristalne rešetke atomski i molekularni tipovi nemaju elektrone koji se slobodno kreću. Ovdje se kombinuju u parove i formiraju kovalentne veze. Poznati nemetali - kiseonik, azot, sumpor, fosfor i drugi. Elementi - nemetali u PSCE se nalaze iznad B-At dijagonale

Složene neorganske supstance su:

• kiseline koje se sastoje od atoma vodonika i kiselih ostataka (HNO3, H2SO4);
• baze formirane od atoma metala i hidrokso grupa (NaOH, Ba(OH)2);
• soli čije formule počinju simbolima metala i završavaju kiselim ostacima (BaSO4, NaNO3);
• oksidi formirani od dva elementa, jedan od njih je O u oksidacionom stanju -2 (BaO, Na2O);
• druga binarna jedinjenja (hidridi, nitridi, peroksidi, itd.)

Ukupno Ne organska materija Poznato je nekoliko stotina hiljada.

Organska materija

Organska jedinjenja razlikuju se od neorganskih prvenstveno po svom sastavu. Ako anorganske tvari mogu formirati bilo koji element Periodni sistem, onda organska jedinjenja moraju obavezno sadržavati atome C i H. Takva jedinjenja se nazivaju ugljovodonici (CH4 - metan, C6H6 - benzen). Ugljovodonične sirovine (nafta i gas) donose ogromnu korist čovečanstvu. Međutim, to takođe izaziva ozbiljne neslaganja.

Derivati ​​ugljovodonika sadrže i atome O i N. Predstavnici organskih jedinjenja koja sadrže kiseonik su alkoholi i njihovi izomerni etri (C2H5OH i CH3-O-CH3), aldehidi i njihovi izomeri – ketoni (CH3CH2CHO i CH3COCH3), karboksilne kiseline i estri (CH3-COOH i HCOOCH3). Potonje takođe uključuju masti i voskove. Ugljeni hidrati su takođe jedinjenja koja sadrže kiseonik.

Zašto su naučnici spojili biljne i životinjske supstance u jednu grupu - organska jedinjenja i po čemu se razlikuju od neorganskih? Ne postoji jedinstveni jasan kriterijum za razdvajanje organskih i neorganskih supstanci. Razmotrimo niz karakteristika koje ujedinjuju organska jedinjenja.

1. Sastav (izgrađen od atoma C, H, O, N, rjeđe P i S).
2. Struktura (C-H i C-C veze su potrebne, formiraju lance i cikluse različitih dužina);
3. Svojstva (sva organska jedinjenja su zapaljiva, formiraju CO2 i H2O tokom sagorevanja).

Među organskim supstancama postoji mnogo polimera prirodnog (proteini, polisaharidi, prirodna guma i dr.), vještačkog (viskoza) i sintetičkog (plastika, sintetička guma, poliester itd.) porijekla. Imaju veliku molekularnu težinu i složeniju strukturu u odnosu na neorganske supstance.

Konačno, postoji više od 25 miliona organskih supstanci.

Ovo je samo površan pogled na organske i neorganske supstance. O svakoj od ovih grupa napisano je više od deset. naučni radovi, članci i udžbenici.

Neorganska jedinjenja - video

Živa ćelija svakog organizma sastoji se od 25-30% organskih komponenti.

Organske komponente uključuju i polimere i relativno male molekule - pigmente, hormone, ATP, itd.

Ćelije živih organizama razlikuju se jedna od druge po strukturi, funkcijama i svojoj biografiji hemijski sastav. Međutim, svaka grupa organskih supstanci ima sličnu definiciju u predmetu biologije i obavlja iste funkcije u bilo kojoj vrsti ćelije. Glavne komponente su masti, proteini, ugljikohidrati i nukleinske kiseline.

Lipidi

Lipidi su masti i supstance slične mastima. Ovu biohemijsku grupu karakteriše dobra rastvorljivost u organskim materijama, ali je nerastvorljiva u vodi.

Masti mogu imati čvrstu ili tečnu konzistenciju. Prvi je tipičniji za životinjske masti, drugi - za biljne masti.

Funkcije masti su sljedeće:

Ugljikohidrati

Ugljikohidrati su organske monomerne i polimerne tvari koje sadrže ugljik, vodik i kisik. Kada se razgrade, ćelija prima značajnu količinu energije.

Na osnovu svog hemijskog sastava razlikuju se sledeće klase ugljenih hidrata:

U poređenju sa životinjskim ćelijama, biljke sadrže u svom sastavu velika količina ugljikohidrati. Ovo se objašnjava sposobnošću biljnih ćelija da reprodukuju ugljikohidrate kroz proces fotosinteze.

Glavne funkcije ugljikohidrata u živoj ćeliji su energetska i strukturna.

Energetska funkcija Ugljikohidrati se svode na pohranjivanje energetskih rezervi i njihovo oslobađanje po potrebi. Tokom vegetacije, biljne ćelije akumuliraju škrob, koji se taloži u gomoljima i lukovicama. U životinjskim organizmima tu ulogu ima polisaharid glikogen koji se sintetizira i akumulira u jetri.

Strukturna funkcija ugljikohidrati se izvode u biljne ćelije. Gotovo sve ćelijski zid biljke se sastoje od polisaharida celuloze.

Vjeverice

Proteini su organske polimerne supstance, koji zauzimaju vodeće mjesto i po količini u živoj ćeliji i po svom značaju u biologiji. Cela suva materija životinjska ćelija sastoji se od otprilike pola proteina. Ovu klasu organskih jedinjenja karakteriše neverovatna raznolikost. Samo u ljudskom tijelu postoji oko 5 miliona različitih proteina. Oni ne samo da se razlikuju jedni od drugih, već se razlikuju i od proteina drugih organizama. I sva ta kolosalna raznolikost proteinskih molekula izgrađena je od samo 20 vrsta aminokiselina.

Ako je protein izložen termičkim ili hemijskim faktorima, vodonične i bisulfidne veze u molekulima su uništene. To dovodi do denaturacije proteina i promjena u strukturi i funkciji stanične membrane.

Svi proteini se mogu podijeliti u dvije klase: globularni (to uključuje enzime, hormone i antitijela) i fibrilarni - kolagen, elastin, keratin.

Funkcije proteina u živoj ćeliji:

Nukleinske kiseline

Nukleinske kiseline važni su u strukturi i pravilnom funkcionisanju ćelija. Hemijska struktura ovih supstanci je takva da omogućava očuvanje i nasljeđivanje informacija o proteinskoj strukturi stanica. Ova informacija se prenosi na ćelije kćeri i u svakoj fazi njihovog razvoja formira se određena vrsta proteina.

Budući da je velika većina strukturnih i funkcionalne karakteristikećelije su određene njihovom proteinskom komponentom; stabilnost kojom se karakterišu nukleinske kiseline je veoma važna. Zauzvrat, razvoj i stanje organizma u cjelini ovisi o stabilnosti strukture i funkcija pojedinih stanica.

Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina – ribonukleinska kiselina (RNA) i deoksiribonukleinska kiselina (DNK).

DNK je molekul polimera koji se sastoji od para nukleotidnih spirala. Svaki monomer molekula DNK predstavljen je kao nukleotid. Nukleotidi sadrže azotne baze (adenin, citozin, timin, gvanin), ugljikohidrate (deoksiribozu) i ostatak fosforne kiseline.

Sve azotne baze su međusobno povezane na strogo definisan način. Adenin se uvijek nalazi nasuprot timinu, a gvanin je uvijek nasuprot citozinu. Ova selektivna kombinacija naziva se komplementarnost i igra veoma važnu ulogu u formiranju strukture proteina.

Svi susjedni nukleotidi su međusobno povezani ostatkom fosforne kiseline i deoksiribozom.

Ribonukleinska kiselina ima velike sličnosti sa deoksiribonukleinskom kiselinom. Razlika je u tome što umjesto timina, struktura molekule sadrži dušičnu bazu uracil. Umjesto deoksiriboze, ovo jedinjenje sadrži ugljikohidrat ribozu.

Svi nukleotidi u lancu RNK povezani su preko ostatka fosfora i riboze.

Po svojoj strukturi RNK može biti jednolančana ili dvolančana. U brojnim virusima, dvolančana RNA obavlja funkciju hromozoma - oni su nosioci genetske informacije. Uz pomoć jednolančane RNK prenose se informacije o sastavu proteinske molekule.

U prošlosti su znanstvenici dijelili sve tvari u prirodi na uvjetno nežive i žive, uključujući carstvo životinja i biljaka među potonje. Supstance prve grupe nazivaju se minerali. A one uključene u drugu počele su se nazivati ​​organskim tvarima.

Šta to znači? Klasa organskih supstanci je najobimnija od svih hemijska jedinjenja poznato savremenim naučnicima. Na pitanje koje su tvari organske može se odgovoriti na ovaj način - to su kemijska jedinjenja koja sadrže ugljik.

Imajte na umu da nisu sva jedinjenja koja sadrže ugljenik organska. Na primjer, korbidi i karbonati, ugljična kiselina a cijanidi i ugljični oksidi nisu uključeni među njih.

Zašto ima toliko organskih materija?

Odgovor na ovo pitanje leži u svojstvima ugljenika. Ovaj element je radoznao jer je sposoban da formira lance svojih atoma. A u isto vrijeme, karbonska veza je vrlo stabilna.

Osim toga, u organskim jedinjenjima pokazuje visoku valenciju (IV), tj. sposobnost formiranja hemijske veze sa drugim supstancama. I ne samo jednostruki, već i dvostruki, pa čak i trostruki (inače poznati kao višestruki). Kako se brojnost veze povećava, lanac atoma postaje kraći i stabilnost veze se povećava.

Ugljik je također obdaren sposobnošću formiranja linearnih, ravnih i trodimenzionalnih struktura.

Zbog toga su organske tvari u prirodi toliko raznolike. To možete lako provjeriti i sami: stanite ispred ogledala i pažljivo pogledajte svoj odraz. Svako od nas je priručnik za hodanje organska hemija. Razmislite o tome: najmanje 30% mase svake vaše ćelije čine organska jedinjenja. Proteini koji su izgradili vaše tijelo. Ugljikohidrati, koji služe kao “gorivo” i izvor energije. Masti koje čuvaju rezerve energije. Hormoni koji kontrolišu rad organa, pa čak i vaše ponašanje. Enzimi koji pokreću hemijske reakcije u vama. Čak su i "izvorni kod", lanci DNK, organska jedinjenja zasnovana na ugljeniku.

Sastav organskih supstanci

Kao što smo rekli na samom početku, glavni građevinski materijal za organsku materiju je ugljenik. I praktično svaki element, u kombinaciji s ugljikom, može formirati organska jedinjenja.

U prirodi organske tvari najčešće sadrže vodonik, kisik, dušik, sumpor i fosfor.

Struktura organskih supstanci

Raznolikost organskih tvari na planeti i raznolikost njihove strukture mogu se objasniti karakterističnim karakteristikama atoma ugljika.

Sjećate se da su atomi ugljika sposobni da formiraju vrlo jake veze jedni s drugima, povezujući se u lance. Rezultat su stabilne molekule. Tačan način na koji su atomi ugljika povezani u lanac (poređani u cik-cak) jedan je od ključne karakteristike njegove strukture. Ugljik se može kombinovati u otvorene i zatvorene (ciklične) lance.

Takođe je važno da struktura hemijskih supstanci direktno utiče na njihovu Hemijska svojstva. Način na koji atomi i grupe atoma u molekulu utiču jedni na druge takođe igra značajnu ulogu.

Zbog strukturnih karakteristika, broj ugljikovih spojeva istog tipa ide na desetine i stotine. Na primjer, možemo uzeti u obzir vodikova jedinjenja ugljika: metan, etan, propan, butan, itd.

Na primjer, metan - CH 4. Ova kombinacija vodika i ugljika u normalnim uslovima boravi u gasovitom stanju stanje agregacije. Kada se kiseonik pojavi u sastavu, formira se tečnost - metil alkohol CH 3 OH.

Ne samo da tvari različitog kvalitativnog sastava (kao u gornjem primjeru) pokazuju različita svojstva, već su za to sposobne i tvari istog kvalitativnog sastava. Primer je različita sposobnost metana CH 4 i etilena C 2 H 4 da reaguju sa bromom i hlorom. Metan je sposoban za takve reakcije samo kada se zagrije ili izloži ultraljubičastom svjetlu. A etilen reagira čak i bez osvjetljenja ili grijanja.

Razmotrimo ovu opciju: kvalitativni sastav hemijskih jedinjenja je isti, ali je kvantitativni sastav drugačiji. Tada su hemijska svojstva jedinjenja različita. Kao što je slučaj sa acetilenom C 2 H 2 i benzenom C 6 H 6.

Ne posljednju ulogu u ovoj raznolikosti igraju svojstva organskih tvari, "vezana" za njihovu strukturu, kao što su izomerija i homologija.

Zamislite da imate dvije naizgled identične supstance – isti sastav i istu molekularnu formulu da ih opišete. Ali struktura ovih supstanci je bitno drugačija, iz čega slijedi razlika u kemijskom i fizička svojstva. Na primjer, molekulska formula C 4 H 10 može se napisati kao dva razne supstance: butan i izobutan.

Mi pričamo o tome izomeri– jedinjenja koja imaju isti sastav i molekulsku masu. Ali atomi u njihovim molekulima raspoređeni su u različitim redovima (razgranate i nerazgranate strukture).

U vezi homologija- ovo je karakteristika karbonskog lanca u kojem se svaki sljedeći član može dobiti dodavanjem jedne CH 2 grupe prethodnoj. Svaki homologne serije može se izraziti u jednoj opštoj formuli. A znajući formulu, lako je odrediti sastav bilo kojeg od članova serije. Na primjer, homolozi metana su opisani formulom C n H 2n+2.

Kako se povećava "homologna razlika" CH 2, jača veza između atoma supstance. Uzmimo homologni niz metana: njegova prva četiri člana su plinovi (metan, etan, propan, butan), sljedećih šest su tekućine (pentan, heksan, heptan, oktan, nonan, dekan), a zatim slijede tvari u čvrstom stanju stanje agregacije (pentadekan, eikozan, itd.). I što je jača veza između atoma ugljika, veća je molekulska težina, ključanje i talište tvari.

Koje klase organskih supstanci postoje?

Organske supstance biološkog porekla uključuju:

• proteini;
• ugljikohidrati;
• nukleinske kiseline;
• lipida.

Prve tri tačke se takođe mogu nazvati biološkim polimerima.

Više detaljna klasifikacija organske hemikalije obuhvataju supstance ne samo biološkog porekla.

Ugljovodonici uključuju:

• aciklična jedinjenja:
  • zasićeni ugljovodonici (alkani);
  • nezasićeni ugljovodonici:
    • alkeni;
    • alkini;
    • alkadieni.
• ciklične veze:
  • karbociklična jedinjenja:
    • aliciklični;
    • aromatično.
  • heterociklična jedinjenja.

Postoje i druge klase organskih jedinjenja u kojima se ugljenik kombinuje sa supstancama koje nisu vodonik:

• alkoholi i fenoli;
• aldehidi i ketoni;
• karboksilne kiseline;
• esteri;
• lipidi;
• ugljeni hidrati:
  • monosaharidi;
  • oligosaharidi;
  • polisaharidi.
  • mukopolisaharidi.
• amini;
• amino kiseline;
• proteini;
• nukleinske kiseline.

Formule organskih supstanci po klasama

Primjeri organskih tvari

Kao što se sećate, u ljudsko tijelo razne vrste organskih supstanci su osnova. To su naša tkiva i tekućine, hormoni i pigmenti, enzimi i ATP i još mnogo toga.

U tijelima ljudi i životinja prioritet imaju proteini i masti (polovica suhe mase životinjske ćelije su proteini). U biljkama (otprilike 80% suhe mase ćelije) - ugljikohidrati, prvenstveno složeni - polisaharidi. Uključujući celulozu (bez koje ne bi bilo papira), škrob.

Razgovarajmo o nekima od njih detaljnije.

Na primjer, o ugljikohidrati. Kada bi bilo moguće uzeti i izmjeriti mase svih organskih supstanci na planeti, u ovom takmičenju bi pobijedili ugljikohidrati.

Oni služe kao izvor energije u tijelu, građevinski su materijali za ćelije, a također skladište tvari. Biljke koriste škrob u tu svrhu, životinje koriste glikogen.

Osim toga, ugljikohidrati su vrlo raznoliki. Na primjer, jednostavni ugljikohidrati. Najčešći monosaharidi u prirodi su pentoze (uključujući deoksiribozu, koja je dio DNK) i heksoze (glukoza, koja vam je poznata).

Poput cigle, na velikom gradilištu prirode, polisaharidi se grade od hiljada i hiljada monosaharida. Bez njih, tačnije, bez celuloze i škroba ne bi bilo biljaka. A životinje bez glikogena, laktoze i hitina bi teško prolazile.

Pogledajmo pažljivo vjeverice. Priroda je najveći majstor mozaika i slagalica: od samo 20 aminokiselina u ljudskom tijelu nastaje 5 miliona vrsta proteina. Proteini također imaju mnoge vitalne funkcije. Na primjer, izgradnja, regulacija procesa u organizmu, zgrušavanje krvi (za to postoje odvojeni proteini), kretanje, transport određenih supstanci u tijelu, oni su i izvor energije, u obliku enzima djeluju kao katalizator reakcija i pruža zaštitu. Antitijela igraju važnu ulogu u zaštiti tijela od negativnih vanjskih utjecaja. A ako dođe do poremećaja u finom podešavanju tijela, antitijela, umjesto da uništavaju vanjske neprijatelje, mogu djelovati kao agresori na vlastite organe i tkiva.

Proteini se također dijele na jednostavne (proteini) i složene (proteidi). I imaju svojstva koja su im jedinstvena: denaturaciju (destrukciju, koju ste više puta primijetili prilikom tvrdog kuhanja jaja) i renaturaciju (ovo svojstvo je našlo široku primjenu u proizvodnji antibiotika, koncentrata za hranu itd.).

Nemojmo zanemariti lipida(masti). U našem tijelu služe kao rezervni izvor energije. Kao rastvarači pomažu u odvijanju biohemijskih reakcija. Učestvujte u izgradnji tijela – na primjer, u formiranju ćelijskih membrana.

I još nekoliko riječi o zanimljivim organskim spojevima kao što su hormoni. Oni učestvuju u biohemijske reakcije i metabolizam. Tako mali, hormoni čine muškarce muškarcima (testosteron), a žene ženama (estrogen). Učinite nas sretnima ili tužnim (hormoni igraju važnu ulogu u promjenama raspoloženja štitne žlijezde, a endorfini daju osjećaj sreće). I čak određuju da li smo „noćne sove“ ili „šave“. Da li ste voljni učiti do kasno ili više volite da ustanete rano i uradite domaći prije škole, ne određuje samo vaša dnevna rutina, već i određeni hormoni nadbubrežne žlijezde.

Zaključak

Svet organske materije je zaista neverovatan. Dovoljno je samo malo uroniti u njegovo proučavanje da vam oduzme dah od osjećaja srodnosti sa svim životom na Zemlji. Dvije noge, četiri ili korijenje umjesto nogu - sve nas ujedinjuje magija hemijske laboratorije majke prirode. On uzrokuje da se atomi ugljika spajaju u lance, reaguju i stvaraju hiljade različitih kemijskih spojeva.

Sada imate brzi vodič za organsku hemiju. Naravno, ovdje nisu prikazane sve moguće informacije. Možda ćete morati sami da razjasnite neke tačke. Ali uvijek možete koristiti rutu koju smo zacrtali za vlastito nezavisno istraživanje.

Također možete koristiti definiciju organske tvari datu u članku, klasifikaciju i opšte formule organska jedinjenja i opće informacije o njima da se pripreme za časove hemije u školi.

Recite nam u komentarima koji dio hemije (organski ili neorganski) vam se najviše sviđa i zašto. Ne zaboravite podijeliti članak na na društvenim mrežama, tako da ga mogu koristiti i vaši drugovi iz razreda.

Obavijestite me ako pronađete bilo kakve netočnosti ili greške u članku. Svi smo mi ljudi i svi ponekad griješimo.

web stranicu, kada kopirate materijal u cijelosti ili djelomično, link na izvor je obavezan.

Organska materija

Hemijski sastav ćelije

IN zemljine kore Postoji oko 100 hemijskih elemenata, ali samo 16 od njih je neophodno za život. Četiri najčešća elementa u živim organizmima su vodonik, ugljik, kisik i dušik (koji čine oko 98% ćelijske mase. Važne karakteristike elementi kao što su natrijum, kalcijum, hlor, fosfor, sumpor, gvožđe, magnezijum deluju u ćeliji. Oni čine oko 1% ćelijske mase - to je makronutrijenti. Ostali elementi, kao što su cink, bakar, jod, fluor nalaze se u živim organizmima u vrlo malim količinama (ne više od 0,02%) i spadaju u grupu mikroelemenata.

Svi hemijski elementi u telu su u obliku jona ili su deo neorganskih ili organskih supstanci.

Neorganske supstance

Od neorganskih jedinjenja, tijelo sadrži najviše vode - od 60 do 95% ukupna masa (Sadržaj vode zavisi od vrste ćelija: u ćelijama zubne cakline je oko 10%, a u ćelijama meduze do 98%.. U prosjeku, u stanicama višećelijskog organizma, voda čini oko 80% tjelesne težine.

Voda je dobar rastvarač i većina hemijskih reakcija u ćeliji se odvija između supstanci otopljenih u vodi. Prodiranje tvari u ćeliju i uklanjanje metaboličkih produkata moguće je samo u otopljenom obliku.

Večina anorganske supstance u ćeliji su u obliku jona ili soli. Essential u životu ćelije postoje joni kao što su K+, Na+, Ca 2+. Nerastvorljive mineralne soli, kao što su soli kalcijuma i silicijuma, daju snagu koštanog tkiva kičmenjaci i školjke mekušaca.

Organska materija

Organske tvari čine u prosjeku 20-30% ćelijske mase živog organizma. Tu spadaju biološki polimeri - proteini, nukleinske kiseline, ugljikohidrati, masti, kao i niz malih molekula - hormoni, vitamini, pigmenti, aminokiseline, ATP itd.

Vjeverice

Proteini čine 50-80% suve mase ćelije. Uprkos njihovoj raznolikosti, svi proteini su izgrađeni od samo 20 različitih aminokiselina.

Prema svom sastavu, proteini se dijele na jednostavne i složene. Jednostavni proteini sastoje se samo od aminokiselina. Kompleksni proteini osim aminokiselina, sadrže i druga organska jedinjenja: proteini koji sadrže nukleinske kiseline nazivaju se nukleoproteini, lipidi se nazivaju lipoproteini, ugljikohidrati se nazivaju glikoproteini

Funkcije proteina:

1. Funkcija građenja: proteini su dio svih ćelijskih membrana i ćelijskih organela.

2. Katalitička (enzimska) funkcija: skoro sve hemijske reakcije koje se dešavaju u ćeliji su katalizovane enzimima. Po svojoj prirodi, svi enzimi su bjelančevine pa su proteini ti koji određuju tok svih kemijskih reakcija neophodnih za postojanje organizma.

3. Motorna funkcijaživi organizmi su obezbeđeni posebnim kontraktilnim proteinima (treperenje cilija, lupanje flagela, kontrakcija mišića).

4. Transportna funkcija proteina je transport hemijskih elemenata ili biološki aktivne supstance u različita tkiva i organe (proteini nosači osiguravaju prijenos supstanci neophodnih za ćeliju kroz membranu, hemoglobin prenosi kisik krvotokom po cijelom tijelu).

5. Zaštitna funkcija proteini se vezuju i neutrališu strano telu supstance. Na primjer, kada strane tvari ili mikroorganizmi uđu u tijelo, bijela krvna zrnca (leukociti) formiraju posebne proteine ​​- antitijela koja su sposobna neutralizirati strane agense.

6. Energetska funkcija: Proteini služe kao izvor energije u ćeliji. Kada se 1 g proteina razgradi, oslobađa se 17,6 kJ energije koja je neophodna za većinu vitalnih važnih procesa teče u ćeliji.

7. Regulatorna funkcija: neki hormoni su proteinske prirode (insulin, tiroksin). Hormoni utiču na metabolizam u organizmu, razvoj tkiva i organa. On ćelijski nivo mnogi procesi su regulirani posebnim regulatornim proteinima.

8. Toksična funkcija: biološki otrovi (toksini) su proteinske prirode. Toksine proizvode određeni mikroorganizmi, biljke i životinje (zmijski otrov, toksin difterije).

Ugljikohidrati

Ugljikohidrati se sastoje od samo tri elementa - O, C, H.

U životinjskim ćelijama ugljikohidrati čine samo 1-5%, dok u biljnim ćelijama njihov sadržaj može dostići 90% suhe mase (gomolji krompira).

Ugljikohidrati se dijele na jednostavne i složene. Jednostavni ugljikohidrati su pozvani monosaharidi. Ako su dva monosaharida spojena u jednu molekulu, onda se takav spoj naziva disaharid. Disaharidi su šećeri koji se sastoje od dva molekula – glukoze i fruktoze. Složeni ugljikohidrati formirani od mnogih monosaharida nazivaju se polisaharidi. Monomer takvih polisaharida kao što su škrob, glikogen, celuloza je monosaharid - glukoza.

Funkcije ugljenih hidrata:

1. Izgradnja. Na primjer, celuloza formira zidove biljnih stanica, kompleksni polisaharid hitin - strukturna komponenta egzoskelet artropoda.

2. Energija. Ugljikohidrati imaju ulogu glavnog izvora energije u ćeliji (oksidacijom 1 g ugljikohidrata oslobađa se 17,6 kJ energije). Polisaharidi poput škroba i glikogena se talože u stanicama kao skladišne ​​tvari i služe kao rezerva energije.

Opća funkcija	Ugljikohidrati	Funkcija ugljikohidrata
Energija	Glukoza	Služi kao izvor energije za ćelijsko disanje.
Maltoza	Služi kao izvor energije pri klijanju sjemena.
Saharoza	Glavni proizvod fotosinteze u biljkama (izvor energije).
Fruktoza	Pruža energiju mnogim biološkim procesima koji se odvijaju u tijelu.
Strukturni (plastični)	Celuloza	Pruža stabilnost ćelijskim membranama biljaka.
Chitin	Pruža snagu integumentarnim strukturama gljiva i artropoda.
Riboza i deoksiriboza	Are strukturni elementi nukleinske kiseline DNK, RNK.
Zaštitni	Heparin	Sprječava zgrušavanje krvi u životinjskim stanicama.
Guma i sluz	U biljkama nastaju kada su tkiva oštećena i obavljaju zaštitnu funkciju.
Skladištenje	Laktoza	Uključeno u mlijeko sisara.
Škrob	Formira rezervne supstance u biljnim tkivima.
Glikogen	Formira rezervu polisaharida u životinjskim ćelijama.

Lipidi

Lipidi (masti) su spojevi masnih kiselina visoke molekularne težine i trihidričnog alkohola glicerola. Masti se ne otapaju u vodi - hidrofobne su. Sadržaj masti u ćeliji je 5-15% mase suve materije (u ćelijama masnog tkiva do 90%).

Za molekule lipida mogu se vezati funkcionalne grupe: ostaci fosforne kiseline (fosfolipidi), ugljikohidrati (glikolipidi), proteini (lipoproteini). Tvari slične lipidima, ali ne sadrže masne kiseline, nazivaju se lipoidi. To uključuje steroide (dio žuči, obavljaju funkcije polnih hormona) i terpene (dio esencijalna ulja biljke, hlorofil itd.).

Funkcije lipida:

1. Funkcija građenja: lipidi su osnova ćelijskih membrana (75-95% njih su fosfolipidi).

2. Energetska funkcija: akumulirajući se u ćelijama masnog tkiva životinja, u sjemenkama i plodovima biljaka, masti služe kao rezervni izvor energije. Kada se 1 g masti razgradi, oslobađa se 38,9 kJ.

3. Funkcija skladištenja (u pustinji, za mnoge životinje, masti su izvor vode: kada se 100 g masti oksidira, oslobađa se 107 g vode).

4. Funkcija termoregulacije. Mast ima slabu toplotnu provodljivost. Kod nekih životinja (foke, kitovi) se taloži u potkožnom masnom tkivu i štiti tijelo od hipotermije.

5. Regulatorna funkcija: neki lipidi su uključeni u regulaciju metabolički procesi(vitamini, prekursori hormona).

Predavanje iz biologije 4-5

Struktura ćelije

Sva živa bića se sastoje od ćelija ili su jednoćelijski organizmi. Riječ “ćelija” je prijevod od latinske riječi cellula (ćelija, soba). Termin je uveo R. Hooke da označi ćelije koje je posmatrao pod mikroskopom u delu plute. Tek kasnije se živi sadržaj takvih ćelija počeo nazivati ​​ćelijama.

Ćelija je elementarna strukturna i funkcionalna jedinica živih organizama, jer u prirodi ne postoje manji sistemi koji bi bez izuzetka imali sve karakteristike živog bića:

Metabolizam

· Rast, razvoj

· Reprodukcija svoje vrste

Reakcija na spoljašnje uticaje (razdražljivost)

· Sposobnost kretanja

Dakle, ćelija je najniži nivo organizacije žive materije.

Do početka 19. vijeka. ideje o ćelijskoj strukturi postale su široko rasprostranjene i priznate. Tridesetih godina 19. vijeka. Robert Brown- Škotski naučnik otkrio je jezgro u biljnim ćelijama. Tada su jezgra otkrivena u drugim ćelijama. Poređenje posmatranja biljnih i životinjskih ćelija otkrilo je sličnosti u njihovoj strukturi i organizaciji. Istovremeno su formulisani osnovni principi ćelijske teorije.

Trenutno položaj ćelije risovi su formulisani na sledeći način:

1. Ćelija je glavna strukturna i funkcionalna jedinicaživot. Svi organizmi se sastoje od ćelija, a život organizma određen je interakcijom njegovih sastavnih ćelija.

2. Ćelije svih organizama slične su po svom hemijskom sastavu, strukturi i funkcijama

3. Sve nove ćelije nastaju deobom prvobitnih ćelija.

4. Sve ćelije se sastoje od 3 glavna dijela:

Stanične membrane

Citoplazma

· Ćelijsko jezgro ili njegov funkcionalni analog.

Postoje dvije glavne vrste ćelijska struktura, koji se međusobno razlikuju po nizu osnovnih karakteristika. Ovo prokariotske i eukariotske ćelije.

Mikroorganizmi koji imaju pravo jezgro nazivaju se eukarioti. To uključuje mikroskopske gljive, kvasac, alge i protozoe. Mikroorganizmi koji nemaju jasno definisano jezgro nazivaju se prokarioti. To uključuje bakterije i plavo-zelene alge (cijanobakterije).