19-asr oxirida biologiyaning biokimyo deb ataladigan boʻlimi shakllandi. U tirik hujayraning kimyoviy tarkibini o'rganadi. Fanning asosiy vazifasi o'simlik va hayvon hujayralarining hayotiy faoliyatini tartibga soluvchi metabolizm va energiya xususiyatlarini bilishdir.
Hujayraning kimyoviy tarkibi haqidagi tushuncha
Ehtiyotkorlik bilan olib borilgan izlanishlar natijasida olimlar hujayralarning kimyoviy tuzilishini oʻrganishdi va tirik mavjudotlar tarkibida 85 dan ortiq kimyoviy elementlar mavjudligini aniqladilar. Bundan tashqari, ularning ba'zilari deyarli barcha organizmlar uchun majburiydir, boshqalari esa o'ziga xosdir va o'ziga xos biologik turlarda uchraydi. Uchinchi guruh kimyoviy elementlar mikroorganizmlar, o'simliklar va hayvonlar hujayralarida juda oz miqdorda mavjud. Hujayralarda ko'pincha kationlar va anionlar ko'rinishidagi kimyoviy elementlar mavjud bo'lib, ulardan mineral tuzlar va suv hosil bo'ladi va uglerodli organik birikmalar: uglevodlar, oqsillar, lipidlar sintezlanadi.
Organogen elementlar
Biokimyoda bularga uglerod, vodorod,kislorod va azot. Ularning hujayradagi umumiyligi undagi boshqa kimyoviy elementlarning 88 dan 97% gacha. Uglerod ayniqsa muhimdir. Hujayra tarkibidagi barcha organik moddalar o'z tarkibida uglerod atomlarini o'z ichiga olgan molekulalardan iborat. Ular bir-biri bilan bog'lanishga qodir, zanjirlar (tarmoqli va tarmoqlanmagan), shuningdek, tsikllarni hosil qiladi. Uglerod atomlarining bunday qobiliyati sitoplazma va hujayra organellalarini tashkil etuvchi organik moddalarning hayratlanarli xilma-xilligi asosida yotadi.
Masalan, hujayraning ichki tarkibi eruvchan oligosakkaridlar, gidrofil oqsillar, lipidlar, ribonuklein kislotaning har xil turlari: transfer RNK, ribosoma RNK va xabarchi RNK, shuningdek erkin monomerlar - nukleotidlardan iborat. Hujayra yadrosi ham xuddi shunday kimyoviy tarkibga ega. Shuningdek, u xromosomalarning bir qismi bo'lgan dezoksiribonuklein kislota molekulalarini ham o'z ichiga oladi. Yuqoridagi barcha birikmalar tarkibida azot, uglerod, kislorod, vodorod atomlari mavjud. Bu ularning ayniqsa muhim ahamiyatini tasdiqlaydi, chunki hujayralarning kimyoviy tuzilishi hujayra tuzilmalarini tashkil etuvchi organogen elementlar: gialoplazma va organellalar tarkibiga bog'liq.
Makro elementlar va ularning ma'nolari
Har xil turdagi organizmlar hujayralarida ham juda keng tarqalgan kimyoviy elementlar biokimyoda makroelementlar deyiladi. Ularning hujayradagi miqdori 1,2% - 1,9% ni tashkil qiladi. Hujayraning makroelementlariga quyidagilar kiradi: fosfor, kaliy, xlor, oltingugurt, magniy, k altsiy, temir va natriy. Ularning barchasi muhim funktsiyalarni bajaradi va turli xillarning bir qismidirhujayra organellalari. Demak, temir ioni qon oqsilida - kislorodni (bu holda u oksigemoglobin deb ataladi), karbonat angidridni (karbogemoglobin) yoki karbon monoksitni (karboksigemoglobin) tashuvchi gemoglobin tarkibida mavjud.
Natriy ionlari hujayralararo transportning eng muhim turini ta'minlaydi: natriy-kaliy pompasi. Ular shuningdek, interstitsial suyuqlik va qon plazmasining bir qismidir. Magniy ionlari xlorofill molekulalarida (yuqori o'simliklarning fotopigmenti) mavjud va fotosintez jarayonida ishtirok etadi, chunki ular yorug'lik energiyasining fotonlarini ushlab turuvchi reaksiya markazlarini hosil qiladi.
Kalsiy ionlari nerv impulslarining tolalar boʻylab oʻtkazilishini taʼminlaydi, shuningdek, osteotsitlar - suyak hujayralarining asosiy komponenti hisoblanadi. K altsiy birikmalari qobiqlari k altsiy karbonatdan tashkil topgan umurtqasiz hayvonlar dunyosida keng tarqalgan.
Xlor ionlari hujayra membranalarini qayta zaryadlashda ishtirok etadi va asab qoʻzgʻalishi asosida yotgan elektr impulslarining paydo boʻlishini taʼminlaydi.
Oltingugurt atomlari mahalliy oqsillarning bir qismi boʻlib, polipeptid zanjirini “oʻzaro bogʻlash” orqali ularning uchinchi darajali tuzilishini aniqlaydi, natijada globulyar oqsil molekulasi hosil boʻladi.
Kaliy ionlari moddalarni hujayra membranalari orqali tashishda ishtirok etadi. Fosfor atomlari adenozin trifosfor kislotasi kabi muhim energiya talab qiluvchi moddaning bir qismidir, shuningdek, hujayra irsiyatining asosiy moddalari bo'lgan dezoksiribonuklein va ribonuklein kislota molekulalarining muhim tarkibiy qismidir.
Hujayradagi mikroelementlarning funktsiyalarimetabolizm
Hujayralarda 0,1% dan kam boʻlgan 50 ga yaqin kimyoviy elementlar mikroelementlar deyiladi. Bularga sink, molibden, yod, mis, kob alt, ftor kiradi. Arzimas tarkib bilan ular juda muhim funktsiyalarni bajaradilar, chunki ular ko'plab biologik faol moddalarning bir qismidir.
Masalan, insulin molekulalarida sink atomlari (qon glyukoza darajasini tartibga soluvchi oshqozon osti bezi gormoni) mavjud, yod qalqonsimon bez gormonlari - tiroksin va triiodotironinning ajralmas qismi bo'lib, ularda metabolizm darajasini nazorat qiladi. tanasi. Mis temir ionlari bilan birga gematopoezda (umurtqali hayvonlarning qizil suyak iligida eritrotsitlar, trombotsitlar va leykotsitlar hosil bo'lishi) ishtirok etadi. Mis ionlari umurtqasiz hayvonlarning, masalan, mollyuskalarning qonida mavjud bo'lgan gemosiyanin pigmentining bir qismidir. Shuning uchun ularning gemolimfa rangi ko'k.
Hujayrada qo'rg'oshin, oltin, brom, kumush kabi kimyoviy elementlar kamroq bo'ladi. Ular ultramikroelementlar deb ataladi va o'simlik va hayvon hujayralarining bir qismidir. Masalan, makkajo'xori donalarida oltin ionlari kimyoviy tahlil natijasida aniqlangan. Ko'p miqdorda brom atomlari sargassum, kelp, fukus kabi jigarrang va qizil suv o'tlari tallus hujayralarining bir qismidir.
Yuqoridagi barcha misollar va faktlar hujayraning kimyoviy tarkibi, funktsiyalari va tuzilishi o'zaro bog'liqligini tushuntiradi. Quyidagi jadvalda tirik organizmlar hujayralaridagi turli kimyoviy elementlarning tarkibi ko'rsatilgan.
Organik moddalarning umumiy xususiyatlari
Turli organizmlar guruhlari hujayralarining kimyoviy xossalari ma'lum darajada uglerod atomlariga bog'liq bo'lib, ularning ulushi hujayra massasining 50% dan ortig'ini tashkil qiladi. Hujayraning deyarli barcha quruq moddalari uglevodlar, oqsillar, nuklein kislotalar va lipidlar bilan ifodalanadi, ular murakkab tuzilishga va katta molekulyar og'irlikka ega. Bunday molekulalar makromolekulalar (polimerlar) deb ataladi va oddiyroq elementlardan - monomerlardan iborat. Protein moddalari juda muhim rol o'ynaydi va ko'plab funktsiyalarni bajaradi, ular quyida muhokama qilinadi.
Oqsillarning hujayradagi roli
Tirik hujayrani tashkil etuvchi birikmalarning biokimyoviy tahlili undagi oqsil kabi organik moddalarning koʻpligini tasdiqlaydi. Bu haqiqatning mantiqiy izohi bor: oqsillar turli funktsiyalarni bajaradi va hujayra hayotining barcha ko'rinishlarida ishtirok etadi.
Masalan, oqsillarning himoya vazifasi limfotsitlar tomonidan ishlab chiqariladigan antitellar - immunoglobulinlarning hosil bo'lishidir. Trombin, fibrin va tromboblastin kabi himoya oqsillari qon ivishini ta'minlaydi va jarohatlar va yaralar paytida uning yo'qolishini oldini oladi. Hujayra tarkibiga begona birikmalar - antijenlarni tanib olish qobiliyatiga ega hujayra membranalarining murakkab oqsillari kiradi. Ular o'zlarining konfiguratsiyasini o'zgartiradilar va hujayraga potentsial xavf haqida xabar beradilar (signal funksiyasi).
Ba'zi oqsillar tartibga solish funktsiyasiga ega va gormonlardir, masalan, gipotalamus tomonidan ishlab chiqarilgan oksitotsin gipofiz bezida saqlanadi. Undanqon, oksitotsin bachadonning mushak devorlariga ta'sir qiladi, bu uning qisqarishiga olib keladi. Vazopressin oqsili qon bosimini nazorat qiluvchi tartibga solish funktsiyasiga ham ega.
Mushak hujayralarida qisqarishi mumkin bo'lgan aktin va miyozin mavjud bo'lib, bu mushak to'qimalarining motor funktsiyasini belgilaydi. Proteinlar ham trofik funktsiyaga ega, masalan, albumin embrion tomonidan uning rivojlanishi uchun ozuqa sifatida ishlatiladi. Gemoglobin va gemosiyanin kabi turli organizmlarning qon oqsillari kislorod molekulalarini olib yuradi - ular transport funktsiyasini bajaradilar. Agar uglevodlar va lipidlar kabi ko'proq energiya talab qiladigan moddalar to'liq ishlatilsa, hujayra oqsillarni parchalashga kirishadi. Bu moddaning bir grammi 17,2 kJ energiya beradi. Oqsillarning eng muhim funktsiyalaridan biri katalitikdir (ferment oqsillari sitoplazma bo'linmalarida sodir bo'ladigan kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtiradi). Yuqorida aytilganlarga asoslanib, biz oqsillar juda ko'p muhim funktsiyalarni bajarishiga va hayvon hujayrasining bir qismi ekanligiga amin bo'ldik.
Protein biosintezi
Hujayradagi sitoplazmada ribosoma kabi organellalar yordamida sodir boʻladigan oqsil sintezi jarayonini koʻrib chiqaylik. Maxsus fermentlarning faolligi tufayli, k altsiy ionlari ishtirokida ribosomalar polisomalarga birlashadi. Hujayradagi ribosomalarning asosiy vazifalari oqsil molekulalarining sintezi bo'lib, transkripsiya jarayonidan boshlanadi. Natijada mRNK molekulalari sintezlanadi, ularga polisomalar biriktiriladi. Keyin ikkinchi jarayon boshlanadi - tarjima. RNKlarni uzatishyigirma xil turdagi aminokislotalar bilan birlashadi va ularni polisomalarga keltiradi va hujayradagi ribosomalarning vazifalari polipeptidlarning sintezi bo'lganligi sababli, bu organellalar tRNK bilan komplekslar hosil qiladi va aminokislota molekulalari bir-biri bilan peptid bog'lari orqali bog'lanadi. oqsil makromolekulasi.
Suvning metabolik jarayonlardagi roli
Sitologik tadqiqotlar shuni tasdiqladiki, biz o'rganayotgan hujayraning tuzilishi va tarkibi o'rtacha 70% suvdan iborat bo'lib, suvda hayot tarzini olib boradigan ko'plab hayvonlarda (masalan, koelenteratlar) uning tarkibi 97-98% ga etadi. Shuni hisobga olgan holda, hujayralarning kimyoviy tuzilishiga gidrofil (eriydigan) va hidrofobik (suv o'tkazmaydigan) moddalar kiradi. Umumjahon qutbli erituvchi sifatida suv alohida rol o'ynaydi va nafaqat funktsiyalarga, balki hujayraning tuzilishiga ham bevosita ta'sir qiladi. Quyidagi jadvalda turli turdagi tirik organizmlar hujayralaridagi suv miqdori ko'rsatilgan.
Uglevodlarning hujayradagi vazifasi
Biz avvalroq bilib olganimizdek, uglevodlar ham muhim organik moddalar - polimerlardir. Bularga polisaxaridlar, oligosaxaridlar va monosaxaridlar kiradi. Uglevodlar murakkabroq komplekslar - glikolipidlar va glikoproteinlarning bir qismi bo'lib, ulardan hujayra membranalari va glikokaliks kabi membrana üstü tuzilmalar hosil bo'ladi.
Uglevodlar tarkibida ugleroddan tashqari kislorod va vodorod atomlari, ayrim polisaxaridlarda esa azot, oltingugurt va fosfor ham bor. O'simlik hujayralarida juda ko'p uglevodlar mavjud: kartoshka ildizlari90% gacha kraxmal, urugʻ va mevalarda 70% gacha uglevodlar, hayvonlar hujayralarida esa glikogen, xitin va tregaloza kabi birikmalar shaklida topiladi.
Oddiy qandlar (monosaxaridlar) umumiy formulasi CnH2nOn boʻlib, tetroza, trioza, pentoza va geksozaga boʻlinadi. Oxirgi ikkitasi tirik organizmlar hujayralarida eng ko'p uchraydi, masalan, riboza va dezoksiriboza nuklein kislotalarning bir qismidir, glyukoza va fruktoza esa assimilyatsiya va dissimilyatsiya reaktsiyalarida qatnashadi. Oligosakkaridlar ko'pincha o'simlik hujayralarida uchraydi: saxaroza qand lavlagi va qand qamish hujayralarida saqlanadi, m altoza javdar va arpaning unib chiqqan donalarida topiladi.
Disaxaridlar shirin ta'mga ega va suvda yaxshi eriydi. Polisaxaridlar biopolimerlar bo'lib, asosan kraxmal, tsellyuloza, glikogen va laminarin bilan ifodalanadi. Xitin polisaxaridlarning strukturaviy shakllariga kiradi. Hujayradagi uglevodlarning asosiy vazifasi energiyadir. Gidroliz va energiya almashinuvi reaktsiyalari natijasida polisaxaridlar glyukozagacha parchalanadi va u karbonat angidrid va suvga oksidlanadi. Natijada, bir gramm glyukoza 17,6 kJ energiya chiqaradi va kraxmal va glikogen zahiralari, aslida, hujayra energiyasining rezervuari hisoblanadi.
Glikogen asosan mushak toʻqimalari va jigar hujayralarida, oʻsimlik kraxmallari ildiz, piyoz, ildiz, urugʻlarda, oʻrgimchaklar, hasharotlar va qisqichbaqasimonlar kabi artropodlarda saqlanadi, trehaloza oligosakkarid energiya taʼminotida katta rol oʻynaydi.
Uglevodlarlipidlar va oqsillardan kislorodsiz parchalanish qobiliyati bilan farq qiladi. Bu kislorod tanqisligi yoki yo'qligi sharoitida yashovchi organizmlar, masalan, anaerob bakteriyalar va gelmintlar - odamlar va hayvonlarning parazitlari uchun juda muhimdir.
Hujayrada uglevodlarning yana bir vazifasi bor - qurilish (tuzilma). Buning sababi shundaki, bu moddalar hujayralarni qo'llab-quvvatlovchi tuzilmalardir. Masalan, tsellyuloza o'simliklarning hujayra devorlarining bir qismidir, xitin ko'plab umurtqasiz hayvonlarning tashqi skeletini hosil qiladi va zamburug'lar hujayralarida bo'ladi, olisaxaridlar lipid va oqsil molekulalari bilan birgalikda glikokaliks - epimembran kompleksini hosil qiladi. U adezyonni ta'minlaydi - hayvon hujayralarining bir-biriga yopishishi, to'qimalarning shakllanishiga olib keladi.
Lipidlar: tuzilishi va funktsiyalari
Hidrofobik (suvda erimaydigan) bu organik moddalarni aseton yoki xloroform kabi qutbsiz erituvchilar yordamida, ya'ni hujayralardan ajratib olish mumkin. Hujayradagi lipidlarning vazifalari ular uchta guruhning qaysi biriga tegishli ekanligiga bog'liq: yog'lar, mumlar yoki steroidlar. Yog'lar barcha hujayra turlarida eng ko'p.
Hayvonlar ularni teri osti yog 'to'qimasida to'playdi, asab to'qimasida nervlarning miyelin qobig'i shaklida yog' mavjud. Shuningdek, u buyraklar, jigarda, hasharotlarda - yog 'tanasida to'planadi. Suyuq yog'lar - yog'lar - ko'plab o'simliklarning urug'larida mavjud: sadr, yerfıstığı, kungaboqar, zaytun. Hujayralardagi lipidlar miqdori 5 dan 90% gacha (yog 'to'qimasida).
Steroidlar va mumlaryog'lardan molekulalarida yog' kislotasi qoldiqlari bo'lmasligi bilan farqlanadi. Shunday qilib, steroidlar buyrak usti korteksining gormonlari bo'lib, tananing balog'atga etishiga ta'sir qiladi va testosteronning tarkibiy qismlari hisoblanadi. Ular vitaminlar (masalan, D vitamini) tarkibida ham mavjud.
Hujayradagi lipidlarning asosiy funktsiyalari energiya, qurilish va himoyadir. Birinchisi, bo'linish paytida 1 gramm yog'ning 38,9 kJ energiya berishi bilan bog'liq - bu boshqa organik moddalar - oqsillar va uglevodlarga qaraganda ancha ko'p. Bundan tashqari, 1 g yog'ning oksidlanishi paytida deyarli 1,1 g ajralib chiqadi. suv. Shuning uchun ba'zi hayvonlar tanasida yog 'bo'lib, uzoq vaqt suvsiz qolishi mumkin. Misol uchun, goferlar suvga muhtoj bo'lmasdan ikki oydan ortiq qishlashi mumkin, tuya esa cho'lni kesib o'tganda 10-12 kun suv ichmaydi.
Lipidlarning qurilish funktsiyasi shundan iboratki, ular hujayra membranalarining ajralmas qismi, shuningdek nervlarning bir qismidir. Lipidlarning himoya funktsiyasi shundan iboratki, buyraklar va boshqa ichki organlar atrofidagi teri ostidagi yog 'qatlami ularni mexanik shikastlanishdan himoya qiladi. Muayyan issiqlik izolyatsiyasi funktsiyasi uzoq vaqt davomida suvda bo'lgan hayvonlarga xosdir: kitlar, muhrlar, mo'ynali muhrlar. Qalin teri osti yog 'qatlami, masalan, ko'k kitda 0,5 m, u hayvonni hipotermiyadan himoya qiladi.
Kislorodning hujayra metabolizmidagi ahamiyati
Hayvonlar, oʻsimliklar va odamlarning katta qismini oʻz ichiga olgan aerob organizmlar energiya almashinuvi reaktsiyalari uchun atmosfera kislorodidan foydalanadi,organik moddalarning parchalanishiga va adenozin trifosfor kislotasi molekulalari shaklida to'plangan ma'lum miqdordagi energiyaning ajralib chiqishiga olib keladi.
Shunday qilib, mitoxondriya kristallarida yuzaga keladigan bir mol glyukozaning toʻliq oksidlanishi bilan 2800 kJ energiya ajralib chiqadi, shundan 1596 kJ (55%) tarkibida makroergik boʻlgan ATP molekulalari koʻrinishida saqlanadi. obligatsiyalar. Shunday qilib, hujayradagi kislorodning asosiy vazifasi hujayra organellalarida - mitoxondriyalarda yuzaga keladigan nafas olish zanjiri deb ataladigan fermentativ reaktsiyalar guruhiga asoslangan aerob nafas olishni amalga oshirishdir. Prokaryotik organizmlarda - fototrof bakteriyalar va siyanobakteriyalarda - oziq moddalarning oksidlanishi plazma membranalarining ichki o'simtalarida hujayralarga tarqaladigan kislorod ta'sirida sodir bo'ladi.
Biz hujayralarning kimyoviy tuzilishini, shuningdek, oqsil biosintezi jarayonlarini va hujayra energiya almashinuvidagi kislorod funksiyasini oʻrgandik.
