بيت التهاب لب السن تكوين جميع الخلايا. بنية الخلية

التهاب لب السن

تكوين جميع الخلايا. بنية الخلية

خلية- الوحدة الأساسية للحياة على الأرض. وهو يتمتع بجميع خصائص الكائن الحي: فهو ينمو، ويتكاثر، ويتبادل المواد والطاقة مع البيئة، ويتفاعل مع المحفزات الخارجية. ترتبط بداية التطور البيولوجي بالظهور على الأرض أشكال الخلاياحياة. الكائنات وحيدة الخلية هي خلايا توجد بشكل منفصل عن بعضها البعض. يتكون جسم جميع الكائنات متعددة الخلايا - الحيوانات والنباتات - من عدد أكبر أو أقل من الخلايا، وهي نوع من الكتل التي تشكل كائنًا معقدًا. وبغض النظر عما إذا كانت الخلية نظاما حيا متكاملا - كائنا منفصلا أو تشكل جزءا منه فقط، فإنها تتمتع بمجموعة من الخصائص والخصائص المشتركة بين جميع الخلايا.

التركيب الكيميائي للخلية

تم العثور على حوالي 60 عنصرًا من الجدول الدوري لمندليف، والتي توجد أيضًا في الطبيعة غير الحية، في الخلايا. وهذا من الأدلة على مشترك الطبيعة الحية وغير الحية. الأكثر شيوعا في الكائنات الحية هيدروجين, الأكسجين, كربونو نتروجينوالتي تشكل حوالي 98% من كتلة الخلية. ويرجع ذلك إلى الخصائص الكيميائية المميزة للهيدروجين والأكسجين والكربون والنيتروجين، ونتيجة لذلك تبين أنها الأكثر ملاءمة لتكوين الجزيئات التي تؤدي وظائف بيولوجية. هذه العناصر الأربعة قادرة على تكوين روابط تساهمية قوية جدًا عن طريق اقتران الإلكترونات التي تنتمي إلى ذرتين. يمكن لذرات الكربون المترابطة تساهميًا أن تشكل أطرًا لعدد لا يحصى من الجزيئات العضوية المختلفة. وبما أن ذرات الكربون تشكل بسهولة روابط تساهمية مع الأكسجين والهيدروجين والنيتروجين والكبريت، فإن الجزيئات العضوية تحقق تعقيدًا استثنائيًا وتنوعًا بنيويًا.

بالإضافة إلى العناصر الأربعة الرئيسية تحتوي الخلية على كميات ملحوظة (الكسر العاشر والجزء المائة من النسبة المئوية) حديد, البوتاسيوم, صوديوم, الكالسيوم, المغنيسيوم, الكلور, الفوسفورو الكبريت. جميع العناصر الأخرى ( الزنك, نحاس, اليود, الفلور, الكوبالت, المنغنيزإلخ) توجد في الخلية بكميات صغيرة جدًا ولذلك تسمى بالعناصر الدقيقة.

العناصر الكيميائية هي جزء من العناصر غير العضوية و مركبات العضوية. وتشمل المركبات غير العضوية الماء والأملاح المعدنية وثاني أكسيد الكربون والأحماض والقواعد. المركبات العضوية هي السناجب, احماض نووية, الكربوهيدرات, الدهون(الدهون) و الدهون.

تحتوي على بعض البروتينات الكبريت. جزء لا يتجزأالأحماض النووية هي الفوسفور. يحتوي على جزيء الهيموجلوبين حديد, المغنيسيوميشارك في بناء الجزيء الكلوروفيل. تلعب العناصر الدقيقة، على الرغم من محتواها المنخفض للغاية في الكائنات الحية، دورًا مهمًا في عمليات الحياة. اليودهو جزء من هرمون الغدة الدرقية - هرمون الغدة الدرقية، الكوبالت– فيتامين ب12 يحتوي على هرمون الجزء الجزري من البنكرياس – الأنسولين – الزنك. وفي بعض الأسماك، يحل النحاس محل الحديد في جزيئات الصباغ الحاملة للأكسجين.

المواد غير العضوية

ماء

H2O هو المركب الأكثر شيوعا في الكائنات الحية. ويختلف محتواه في الخلايا المختلفة على نطاق واسع: من 10% في مينا الأسنان إلى 98% في جسم قنديل البحر، ولكنه يشكل في المتوسط حوالي 80% من وزن الجسم. يرجع الدور المهم للغاية للمياه في دعم العمليات الحيوية إلى خصائصها الفيزيائية والكيميائية. إن قطبية الجزيئات والقدرة على تكوين روابط هيدروجينية تجعل الماء مذيبًا جيدًا للجزيئات كمية ضخمةمواد. غالبية التفاعلات الكيميائيةلا يمكن أن يحدث في الخلية إلا في محلول مائي. ويشارك الماء أيضًا في العديد من التحولات الكيميائية.

يختلف العدد الإجمالي للروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء اعتمادًا على t °. في ر ° عندما يذوب الجليد، يتم تدمير ما يقرب من 15٪ من الروابط الهيدروجينية عند درجة حرارة 40 درجة مئوية - النصف. عند التحول إلى الحالة الغازية، يتم تدمير جميع الروابط الهيدروجينية. وهذا ما يفسر السعة الحرارية النوعية العالية للمياه. عندما تتغير درجة حرارة البيئة الخارجية، يمتص الماء الحرارة أو يطلقها بسبب تمزق الروابط الهيدروجينية أو تكوينها الجديد. وبهذه الطريقة، تصبح التقلبات في درجة الحرارة داخل الخلية أقل مما هي عليه في الداخل بيئة. تكمن حرارة التبخر العالية في الآلية الفعالة لنقل الحرارة في النباتات والحيوانات.

ويشارك الماء كمذيب في ظاهرة التناضح الذي يلعب دورا هاما في حياة خلايا الجسم. التناضح هو اختراق جزيئات المذيبات من خلال غشاء شبه منفذ إلى محلول مادة ما. الأغشية شبه المنفذة هي تلك التي تسمح لجزيئات المذيب بالمرور، ولكنها لا تسمح للجزيئات المذابة (أو الأيونات) بالمرور. ولذلك فإن التناضح هو انتشار جزيئات الماء في اتجاه واحد في اتجاه المحلول.

املاح معدنية

معظم المواد غير العضويةوتكون الخلايا على شكل أملاح في حالة منفصلة أو صلبة. تركيز الكاتيونات والأنيونات في الخلية وفي بيئتها ليس هو نفسه. تحتوي الخلية على كمية كبيرة جدًا من K والكثير من Na. في البيئة خارج الخلية، على سبيل المثال في بلازما الدم مياه البحربالعكس هناك الكثير من الصوديوم وقليل من البوتاسيوم. يعتمد تهيج الخلية على نسبة تركيزات أيونات Na +، K +، Ca 2+، Mg 2+. في أنسجة الحيوانات متعددة الخلايا، يعتبر K جزءًا من المادة متعددة الخلايا التي تضمن تماسك الخلايا وترتيبها المنظم. يعتمد الضغط الأسموزي في الخلية وخصائصها العازلة إلى حد كبير على تركيز الأملاح. التخزين المؤقت هو قدرة الخلية على الحفاظ على التفاعل القلوي قليلاً لمحتوياتها عند مستوى ثابت. يتم توفير التخزين المؤقت داخل الخلية بشكل رئيسي بواسطة أيونات H 2 PO 4 و H PO 4 2-. في السوائل خارج الخلية وفي الدم، يتم لعب دور المخزن المؤقت بواسطة H 2 CO 3 وHCO 3 -. تربط الأنيونات أيونات H وأيونات الهيدروكسيد (OH -)، مما يجعل التفاعل داخل الخلية للسوائل خارج الخلية دون تغيير تقريبًا. توفر الأملاح المعدنية غير القابلة للذوبان (مثل فوسفات الكالسيوم) القوة أنسجة العظامالفقاريات وقذائف الرخويات.

مادة الخلية العضوية

السناجب

من بين المواد العضوية للخلية، تحتل البروتينات المرتبة الأولى من حيث الكمية (10-12٪ من الكتلة الإجمالية للخلية) ومن حيث الأهمية. البروتينات عبارة عن بوليمرات عالية الجزيئية (بوزن جزيئي من 6000 إلى 1 مليون وما فوق)، ومونومراتها عبارة عن أحماض أمينية. تستخدم الكائنات الحية 20 حمضًا أمينيًا، على الرغم من وجود عدد أكبر بكثير. تشتمل تركيبة أي حمض أميني على المجموعة الأمينية (-NH 2)، التي لها خصائص أساسية، ومجموعة الكربوكسيل (-COOH)، التي لها خصائص حمضية. يتم دمج اثنين من الأحماض الأمينية في جزيء واحد عن طريق إنشاء رابطة HN-CO، وإطلاق جزيء الماء. تسمى الرابطة بين المجموعة الأمينية لأحد الأحماض الأمينية ومجموعة الكربوكسيل من حمض أميني آخر رابطة الببتيد. البروتينات عبارة عن عديدات ببتيد تحتوي على عشرات ومئات من الأحماض الأمينية. تختلف جزيئات البروتينات المختلفة عن بعضها البعض في الوزن الجزيئي وعدد وتكوين الأحماض الأمينية وتسلسل موقعها في سلسلة البولي ببتيد. ومن الواضح إذن أن البروتينات شديدة التنوع، ويقدر عددها في جميع أنواع الكائنات الحية بـ 10 10 – 10 12؛

تسمى سلسلة وحدات الأحماض الأمينية المرتبطة تساهميًا بواسطة روابط الببتيد في تسلسل معين بالبنية الأساسية للبروتين. تبدو البروتينات في الخلايا مثل ألياف أو كرات (كريات) ملتوية حلزونيًا. ويفسر ذلك حقيقة أن سلسلة البولي ببتيد في البروتين الطبيعي يتم وضعها بطريقة محددة بدقة، اعتمادًا على التركيب الكيميائي للأحماض الأمينية المكونة لها.

أولاً، تطوى سلسلة البولي ببتيد إلى شكل حلزوني. يحدث التجاذب بين ذرات المنعطفات المتجاورة وتتشكل الروابط الهيدروجينية، على وجه الخصوص، بين مجموعات NH وCO الموجودة على المنعطفات المتجاورة. تشكل سلسلة من الأحماض الأمينية، الملتوية على شكل حلزوني، البنية الثانوية للبروتين. نتيجة لمزيد من طي الحلزون، ينشأ تكوين خاص بكل بروتين، يسمى البنية الثلاثية. يرجع الهيكل الثلاثي إلى عمل قوى التماسك بين الجذور الكارهة للماء الموجودة في بعض الأحماض الأمينية والروابط التساهمية بين مجموعات SH للحمض الأميني السيستين ( اتصالات S-S). إن عدد الأحماض الأمينية ذات الجذور الكارهة للماء والسيستين، وكذلك ترتيب ترتيبها في سلسلة البولي ببتيد، خاص بكل بروتين. وبالتالي، يتم تحديد ميزات البنية الثلاثية للبروتين من خلال بنيته الأولية. يُظهر البروتين نشاطًا بيولوجيًا فقط في شكل بنية ثلاثية. ولذلك، فإن استبدال حمض أميني واحد في سلسلة بولي ببتيد يمكن أن يؤدي إلى تغيير في تكوين البروتين وإلى انخفاض أو فقدان نشاطه البيولوجي.

في بعض الحالات، تتحد جزيئات البروتين مع بعضها البعض ولا يمكنها أداء وظيفتها إلا على شكل معقدات. وبالتالي، فإن الهيموجلوبين عبارة عن مركب من أربعة جزيئات وفي هذا الشكل فقط يكون قادرًا على ربط ونقل الأكسجين. تمثل هذه التجمعات البنية الرباعية للبروتين. بناءً على تركيبها، تنقسم البروتينات إلى فئتين رئيسيتين - بسيطة ومعقدة. تتكون البروتينات البسيطة فقط من الأحماض الأمينية، الأحماض النووية (النيوكليوتيدات)، الدهون (البروتينات الدهنية)، Me (البروتينات المعدنية)، P (البروتينات الفسفورية).

وظائف البروتينات في الخلية متنوعة للغاية. واحدة من أهمها هي وظيفة البناء: البروتينات تشارك في تكوين الكل أغشية الخلاياوعضيات الخلية، وكذلك في الداخل الهياكل الخلوية. الدور الأنزيمي (الحفاز) للبروتينات مهم للغاية. تعمل الإنزيمات على تسريع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلية بمقدار 10 و100 مليون مرة. يتم توفير الوظيفة الحركية بواسطة بروتينات مقلصة خاصة. وتشارك هذه البروتينات في جميع أنواع الحركات التي تكون الخلايا والكائنات قادرة على القيام بها: وميض الأهداب وضرب الأسواط في الأوليات، وتقلص العضلات في الحيوانات، وحركة الأوراق في النباتات، وما إلى ذلك. وتتمثل وظيفة النقل للبروتينات في إرفاق العناصر الكيميائية (على سبيل المثال، يضيف الهيموجلوبين O) أو بيولوجيا المواد الفعالة(الهرمونات) ونقلها إلى أنسجة وأعضاء الجسم. يتم التعبير عن وظيفة الحماية في شكل إنتاج بروتينات خاصة تسمى الأجسام المضادة، استجابة لاختراق البروتينات أو الخلايا الأجنبية إلى الجسم. الأجسام المضادة تربط وتحييد المواد الغريبة. تلعب البروتينات دورًا مهمًا كمصادر للطاقة. مع تقسيم كامل 1 جرام. يتم إطلاق 17.6 كيلوجول (~4.2 كيلو كالوري) من البروتينات.

الكربوهيدرات

الكربوهيدرات أو السكريات - المواد العضويةبالصيغة العامة (CH 2 O) n. تحتوي معظم الكربوهيدرات على ضعف عدد ذرات H المزيد من العدديا ذرات كما في جزيئات الماء. ولهذا سميت هذه المواد بالكربوهيدرات. توجد الكربوهيدرات في الخلية الحية بكميات لا تتجاوز 1-2، وأحياناً 5% (في الكبد، في العضلات). تعتبر الخلايا النباتية هي الأغنى بالكربوهيدرات حيث يصل محتواها في بعض الأحيان إلى 90% من كتلة المادة الجافة (البذور ودرنات البطاطس وغيرها).

الكربوهيدرات بسيطة ومعقدة. تسمى الكربوهيدرات البسيطة السكريات الأحادية. اعتمادًا على عدد ذرات الكربوهيدرات في الجزيء، تسمى السكريات الأحادية بالثلاثيات أو الرباعيات أو البنتوسات أو السداسيات. من بين السكريات الأحادية الكربونية الستة - السداسية - أهمها الجلوكوز والفركتوز والجلاكتوز. يوجد الجلوكوز في الدم (0.1-0.12٪). تم العثور على البنتوز الريبوز وديوكسيريبوز في الأحماض النووية وATP. إذا تم دمج اثنين من السكريات الأحادية في جزيء واحد، يسمى المركب ثنائي السكاريد. يتكون سكر المائدة الذي يتم الحصول عليه من قصب السكر أو بنجر السكر من جزيء واحد من الجلوكوز وجزيء واحد من الفركتوز وسكر الحليب - من الجلوكوز والجلاكتوز.

تسمى الكربوهيدرات المعقدة المتكونة من العديد من السكريات الأحادية بالسكريات المتعددة. مونومر السكريات مثل النشا والجليكوجين والسليلوز هو الجلوكوز. تؤدي الكربوهيدرات وظيفتين رئيسيتين: البناء والطاقة. يشكل السليلوز جدران الخلايا النباتية. يعمل مركب الكيتين متعدد السكاريد كمكون هيكلي رئيسي للهيكل الخارجي للمفصليات. يؤدي الكيتين أيضًا وظيفة بناء في الفطريات. تلعب الكربوهيدرات دور المصدر الرئيسي للطاقة في الخلية. أثناء أكسدة 1 جرام من الكربوهيدرات، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول (~4.2 كيلو كالوري). يتم ترسيب النشا الموجود في النباتات والجليكوجين الموجود في الحيوانات في الخلايا ويعمل كاحتياطي للطاقة.

احماض نووية

أهمية الأحماض النووية في الخلية كبيرة جدًا. توفر خصوصيات تركيبها الكيميائي إمكانية تخزين ونقل ووراثة معلومات الخلايا الابنة حول بنية جزيئات البروتين التي يتم تصنيعها في كل نسيج في مرحلة معينة من التطور الفردي. وبما أن معظم خصائص وخصائص الخلايا ترجع إلى البروتينات، فمن الواضح أن ثبات الأحماض النووية يكون كذلك الشرط الأكثر أهميةالأداء الطبيعي للخلايا والكائنات الحية بأكملها. أي تغيرات في بنية الخلايا أو نشاط العمليات الفسيولوجية فيها، مما يؤثر على النشاط الحيوي. تعتبر دراسة بنية الأحماض النووية مهمة للغاية لفهم وراثة السمات في الكائنات الحية وأنماط عمل كل من الخلايا الفردية والخلايا. الأنظمة الخلوية- الأنسجة والأعضاء.

هناك نوعان من الأحماض النووية – DNA و RNA. الحمض النووي عبارة عن بوليمر يتكون من حلزونين من النيوكليوتيدات مرتبة لتشكل حلزونًا مزدوجًا. مونومرات جزيئات الحمض النووي هي نيوكليوتيدات تتكون من قاعدة نيتروجينية (الأدينين، الثيمين، الجوانين أو السيتوزين)، والكربوهيدرات (ديوكسيريبوز) وبقايا حمض الفوسفوريك. ترتبط القواعد النيتروجينية في جزيء الحمض النووي ببعضها البعض بواسطة عدد غير متساو من الروابط H ويتم ترتيبها في أزواج: الأدينين (A) دائمًا ضد الثايمين (T)، والجوانين (G) ضد السيتوزين (C).

ترتبط النيوكليوتيدات ببعضها البعض ليس بشكل عشوائي، ولكن بشكل انتقائي. تسمى القدرة على التفاعل الانتقائي للأدينين مع الثايمين والجوانين مع السيتوزين بالتكامل. يتم تفسير التفاعل التكميلي لبعض النيوكليوتيدات من خلال خصائص الترتيب المكاني للذرات في جزيئاتها، مما يسمح لها بالاقتراب وتكوين روابط H. في سلسلة متعدد النوكليوتيدات، ترتبط النيوكليوتيدات المجاورة ببعضها البعض من خلال السكر (ديوكسي ريبوز) وبقايا حمض الفوسفوريك. الحمض النووي الريبي (RNA)، مثل الحمض النووي (DNA)، عبارة عن بوليمر تكون مونومراته عبارة عن نيوكليوتيدات. القواعد النيتروجينية لثلاث نيوكليوتيدات هي نفسها التي تشكل الحمض النووي (A، G، C)؛ الرابع - اليوراسيل (U) - موجود في جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) بدلاً من الثيمين. تختلف نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي (RNA) عن نيوكليوتيدات الحمض النووي (DNA) في بنية الكربوهيدرات التي تحتوي عليها (الريبوز بدلاً من الديوكسي ريبوز).

في سلسلة من الحمض النووي الريبوزي (RNA)، ترتبط النيوكليوتيدات بتكوين روابط تساهمية بين ريبوز أحد النيوكليوتيدات وبقايا حمض الفوسفوريك في آخر. يختلف الهيكل بين الحمض النووي الريبي ثنائي السلسلة. إن الرنا المزدوج الجديلة هو حارس المعلومات الجينية في عدد من الفيروسات، مثل الفيروسات. يؤدون وظائف الكروموسومات. ينقل الحمض النووي الريبي (RNA) المفرد الذين تقطعت بهم السبل المعلومات حول بنية البروتينات من الكروموسوم إلى مكان تركيبها ويشارك في تخليق البروتين.

هناك عدة أنواع من الحمض النووي الريبي المفرد الذين تقطعت بهم السبل. يتم تحديد أسمائهم حسب وظيفتهم أو موقعهم في الخلية. معظم الحمض النووي الريبي (RNA) الموجود في السيتوبلازم (ما يصل إلى 80-90٪) هو الحمض النووي الريبي (rRNA) الموجود في الريبوسومات. جزيئات الرنا الريباسي (rRNA) صغيرة نسبيًا وتتكون من 10 نيوكليوتيدات في المتوسط. نوع آخر من الحمض النووي الريبوزي (mRNA) يحمل معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات التي يجب تصنيعها إلى الريبوسومات. يعتمد حجم هذه الـ RNA على طول منطقة الحمض النووي التي تم تصنيعها منها. يؤدي نقل RNAs عدة وظائف. إنها توصل الأحماض الأمينية إلى موقع تخليق البروتين، و"تتعرف" (بمبدأ التكامل) على الثلاثي والحمض النووي الريبي (RNA) المقابل للحمض الأميني المنقول، وتنفذ التوجيه الدقيق للحمض الأميني على الريبوسوم.

الدهون والدهون

الدهون هي مركبات من الأحماض الدهنية عالية الجزيئية والجلسرين الكحول ثلاثي الهيدريك. الدهون لا تذوب في الماء - فهي كارهة للماء. توجد دائمًا مواد معقدة أخرى شبيهة بالدهون الكارهة للماء تسمى الدهون في الخلية. إحدى الوظائف الرئيسية للدهون هي الطاقة. أثناء تحلل 1 جرام من الدهون إلى ثاني أكسيد الكربون وH2O، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة - 38.9 كيلوجول (~ 9.3 كيلو كالوري). يتراوح محتوى الدهن في الخلية من 5-15% من وزن المادة الجافة. في خلايا الأنسجة الحية، تزيد كمية الدهون إلى 90٪. الوظيفة الأساسيةتخزين الدهون في العالم الحيواني (والنباتي جزئيًا).

عندما يتأكسد 1 جرام من الدهون بالكامل (إلى ثاني أكسيد الكربون والماء)، يتم إطلاق حوالي 9 سعرة حرارية من الطاقة. (1 كيلو كالوري = 1000 كالوري؛ كالوري (كالوري، كالوري) - وحدة خارج النظام لكمية الشغل والطاقة، تساوي كمية الحرارة اللازمة لتسخين 1 مل من الماء بمقدار 1 درجة مئوية عند المعيار الضغط الجوي 101.325 كيلو باسكال؛ 1 سعرة حرارية = 4.19 كيلوجول). عندما يتأكسد 1 جرام من البروتينات أو الكربوهيدرات (في الجسم)، يتم إطلاق حوالي 4 سعرة حرارية/جرام فقط. في مجموعة متنوعة من الكائنات المائية - من الدياتومات وحيدة الخلية إلى أسماك القرش المتشمسة - سوف "تطفو" الدهون، مما يقلل من متوسط كثافة الجسم. تبلغ كثافة الدهون الحيوانية حوالي 0.91-0.95 جم / سم مكعب. كثافة الأنسجة العظمية للفقاريات تقترب من 1.7-1.8 جم/سم3، ومتوسط كثافة معظم الأنسجة الأخرى يقترب من 1 جم/سم3. من الواضح أنك تحتاج إلى الكثير من الدهون من أجل "موازنة" الهيكل العظمي الثقيل.

تؤدي الدهون والدهون أيضًا وظيفة بناء: فهي جزء من أغشية الخلايا. بسبب التوصيل الحراري الضعيف، فإن الدهون قادرة على القيام بوظيفة وقائية. في بعض الحيوانات (الأختام والحيتان) تترسب في الأنسجة الدهنية تحت الجلد، وتشكل طبقة يصل سمكها إلى متر واحد، ويسبق تكوين بعض الدهون تخليق عدد من الهرمونات. وبالتالي، فإن لهذه المواد أيضًا وظيفة تنظيم عمليات التمثيل الغذائي.

تتكون جميع الكائنات الحية من الخلايا. جسم الإنسان لديه أيضا البنية الخلويةوالتي بفضلها يمكن نموها وتكاثرها وتطورها.

يتكون جسم الإنسان من عدد هائل من الخلايا أشكال مختلفةوالأحجام التي تعتمد على الوظيفة المنجزة. دراسة بنية الخلية ووظيفتهامخطوب علم الخلية.

كل خلية مغطاة بغشاء يتكون من عدة طبقات من الجزيئات، مما يضمن نفاذية انتقائية للمواد. يوجد تحت الغشاء الموجود في الخلية مادة شبه سائلة لزجة - السيتوبلازم مع العضيات.

الميتوكوندريا– محطات الطاقة في الخلية، الريبوسومات – مكان تكوين البروتين، الشبكة الأندوبلازميةالتي تقوم بوظيفة نقل المواد، النواة هي مكان تخزين المعلومات الوراثية، داخل النواة توجد النواة. وينتج حمض الريبونوكلييك. يوجد بالقرب من النواة مركز خلوي ضروري لانقسام الخلايا.

الخلايا البشريةتتكون من مواد عضوية وغير عضوية.

المواد غير العضوية:
الماء – يشكل 80% من كتلة الخلية، ويذيب المواد، ويشارك في التفاعلات الكيميائية.
تشارك الأملاح المعدنية على شكل أيونات في توزيع الماء بين الخلايا والمادة بين الخلايا. فهي ضرورية لتخليق المواد العضوية الحيوية.
المواد العضوية:
البروتينات هي المواد الرئيسية للخلية، وهي أكثر المواد تعقيدًا الموجودة في الطبيعة. البروتينات هي جزء من الأغشية والنواة والعضيات وتؤدي وظيفة هيكلية في الخلية. الإنزيمات – البروتينات، مسرعات التفاعل؛
الدهون - تؤدي وظيفة الطاقة فهي جزء من الأغشية؛
الكربوهيدرات - عند تكسيرها أيضًا، تشكل كمية كبيرة من الطاقة، وهي قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء، وبالتالي، عند تكسيرها، تتشكل الطاقة بسرعة كبيرة.
الأحماض النووية - DNA و RNA، تحدد وتخزن وتنقل المعلومات الوراثية حول تكوين بروتينات الخلية من الآباء إلى الأبناء.
تتمتع خلايا جسم الإنسان بعدد من الخصائص الحيوية وتقوم بوظائف معينة:

في يتم استقلاب الخلايايرافقه تخليق وتحلل المركبات العضوية. ويرافق عملية التمثيل الغذائي تحويل الطاقة.
عندما تتكون المواد في الخلية فإنها تنمو، ويرتبط نمو الخلايا بزيادة عددها، وهذا يرتبط بالتكاثر عن طريق الانقسام؛
الخلايا الحية لديها استثارة.
واحد من السمات المميزةالخلايا - الحركة.
خلية جسم الإنسانالخصائص الحيوية التالية متأصلة: التمثيل الغذائي والنمو والتكاثر والإثارة. وبناء على هذه الوظائف، يتم تنفيذ عمل الكائن الحي بأكمله.

التركيب الكيميائي للخلية.

الخصائص الأساسية ومستويات تنظيم الطبيعة الحية

تعكس مستويات تنظيم الأنظمة الحية التبعية والتسلسل الهرمي للتنظيم الهيكلي للحياة:

الوراثية الجزيئية - البوليمرات الحيوية الفردية (DNA، RNA، البروتينات)؛

الخلوية - وحدة حياة أولية ذاتية التكاثر (بدائيات النوى، حقيقيات النوى أحادية الخلية)، والأنسجة، والأعضاء؛

عضوي - الوجود المستقل للفرد؛

خاص بالسكان - وحدة أولية متطورة - عدد السكان؛

التكاثر الحيوي - النظم البيئية التي تتكون من مجموعات سكانية مختلفة وموائلها؛

المحيط الحيوي - جميع سكان الأرض الذين يعيشون، مما يضمن تداول المواد في الطبيعة.

الطبيعة هي العالم المادي الموجود بأكمله بكل أشكاله المتنوعة.

تتجلى وحدة الطبيعة في موضوعية وجودها، واشتراك تكوين العناصر، والتبعية لنفس العنصر. القوانين الفيزيائية، في الطبيعة المنهجية للمنظمة.

الأنظمة الطبيعية المختلفة، الحية وغير الحية، مترابطة وتتفاعل مع بعضها البعض. مثال على التفاعل النظامي هو المحيط الحيوي.

علم الأحياء عبارة عن مجموعة معقدة من العلوم التي تدرس أنماط التطور والنشاط الحيوي للأنظمة الحية، وأسباب تنوعها وقدرتها على التكيف مع البيئة، والعلاقة مع الأنظمة الحية الأخرى والأشياء ذات الطبيعة غير الحية.

موضوع البحث البيولوجي هو الطبيعة الحية.

موضوع البحث في علم الأحياء هو:

أنماط عامة ومحددة للتنظيم، والتنمية، والتمثيل الغذائي، ونقل المعلومات الوراثية؛

تنوع أشكال الحياة والكائنات الحية نفسها، وكذلك علاقاتها مع البيئة.

يتم تفسير التنوع الكامل للحياة على الأرض من خلال العملية التطورية وتأثير البيئة على الكائنات الحية.

يتم تحديد جوهر الحياة بواسطة M.V.

Wolkenstein هو وجود "الأجسام الحية على الأرض، وهي أنظمة مفتوحة ذاتية التنظيم والتكاثر الذاتي، مبنية من البوليمرات الحيوية - البروتينات والأحماض النووية".

الخصائص الأساسية للأنظمة الحية:

الاسْتِقْلاب؛

التنظيم الذاتي؛

التهيج؛

التقلب؛

الوراثة.

التكاثر

التركيب الكيميائي للخلية.

المواد غير العضوية للخلية

علم الخلايا هو العلم الذي يدرس بنية ووظيفة الخلايا. الخلية هي الوحدة الهيكلية والوظيفية الأولية للكائنات الحية. تتمتع خلايا الكائنات وحيدة الخلية بجميع خصائص ووظائف الأنظمة الحية.

الخلايا الكائنات متعددة الخلايامتباينة حسب الهيكل والوظيفة.

التركيب الذري: تحتوي الخلية على حوالي 70 عنصراً من عناصر جدول مندليف الدوري، ويتواجد 24 منها في جميع أنواع الخلايا.

العناصر الكبرى - H، O، N، C، العناصر الدقيقة - Mg، Na، Ca، Fe، K، P، CI، S، العناصر الدقيقة للغاية - Zn، Cu، I، F، Mn، Co، Si، إلخ.

التركيب الجزيئي: تحتوي الخلية على جزيئات من مركبات عضوية وغير عضوية.

المواد غير العضوية للخلية

يحتوي جزيء الماء على بنية مكانية غير خطية وله قطبية. تتشكل الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات الفردية، والتي تحدد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمياه.

1. جزيء الماء الشكل 1. 2. الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء

الخصائص الفيزيائية للمياه:

يمكن أن يكون الماء في ثلاث حالات - سائلة وصلبة وغازية؛

الماء مذيب. تعمل جزيئات الماء القطبية على إذابة الجزيئات القطبية للمواد الأخرى. تسمى المواد القابلة للذوبان في الماء ماء. المواد غير القابلة للذوبان في الماء هي مواد كارهة للماء؛

قدرة حرارية نوعية عالية. يتطلب كسر الروابط الهيدروجينية التي تربط جزيئات الماء معًا امتصاص كمية كبيرة من الطاقة.

تضمن خاصية الماء الحفاظ على التوازن الحراري في الجسم؛

ارتفاع حرارة التبخر. لتبخير الماء، هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة. درجة غليان الماء أعلى من درجة غليان العديد من المواد الأخرى. خاصية الماء هذه تحمي الجسم من ارتفاع درجة الحرارة.

جزيئات الماء موجودة حركة مستمرةفهي تتصادم مع بعضها البعض في الطور السائل، وهو أمر مهم لعمليات التمثيل الغذائي؛

التماسك والتوتر السطحي.

تحدد الروابط الهيدروجينية لزوجة الماء والتصاق جزيئاته بجزيئات المواد الأخرى (التماسك).

بفضل قوى الالتصاق للجزيئات، يتم إنشاء فيلم على سطح الماء، والذي يتميز بالتوتر السطحي؛

كثافة. عندما يبرد، تتباطأ حركة جزيئات الماء. يصبح عدد الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات هو الحد الأقصى. تبلغ كثافة الماء أعظم كثافة عند 4 درجات مئوية. عند التجميد يتمدد الماء (المساحة اللازمة لتكوين الروابط الهيدروجينية)، وتقل كثافته، فيطفو الجليد على سطح الماء، مما يحمي الخزان من التجمد؛

القدرة على تشكيل الهياكل الغروية.

تشكل جزيئات الماء غلافًا حول الجزيئات غير القابلة للذوبان في بعض المواد، مما يمنع تكوين جزيئات كبيرة. وتسمى هذه الحالة من هذه الجزيئات مشتتة (مبعثرة). تتشكل أصغر جزيئات المواد المحاطة بجزيئات الماء المحاليل الغروية(السيتوبلازم والسوائل بين الخلايا).

الوظائف البيولوجية للمياه:

النقل - يضمن الماء حركة المواد في الخلية والجسم وامتصاص المواد وإفراز المنتجات الأيضية.

في الطبيعة، يحمل الماء النفايات إلى التربة والمسطحات المائية؛

التمثيل الغذائي - الماء هو الوسط لجميع التفاعلات الكيميائية الحيوية ومانح للإلكترون أثناء عملية التمثيل الضوئي، وهو ضروري للتحلل المائي للجزيئات الكبيرة إلى مونومراتها؛

يشارك في التعليم:

1) سوائل التشحيم التي تقلل الاحتكاك (الزليلي - في مفاصل الفقاريات، الجنبي، في التجويف الجنبي، التامور - في كيس التامور)؛

2) المخاط الذي يسهل حركة المواد عبر الأمعاء ويخلق بيئة رطبة على الأغشية المخاطية للجهاز التنفسي.

3) الإفرازات (اللعاب والدموع والصفراء والمني وغيرها) والعصارات في الجسم.

الأيونات غير العضوية.

يتم تمثيل الأيونات غير العضوية للخلية بواسطة: الكاتيونات K+، Na+، Ca2+، Mg2+، NH3 والأنيونات Cl-، NOi2-، H2PO4-، HCO3-، HPO42-.

إن الفرق بين كميات الكاتيونات والأنيونات الموجودة على سطح الخلية وداخلها يضمن حدوث جهد الفعل الذي يكمن وراء إثارة الأعصاب والعضلات.

تقوم أنيونات حمض الفوسفوريك بإنشاء نظام عازل للفوسفات يحافظ على الرقم الهيدروجيني للبيئة داخل الخلايا في الجسم عند مستوى 6-9.

يقوم حمض الكربونيك وأنيوناته بإنشاء نظام عازل للبيكربونات ويحافظ على الرقم الهيدروجيني للبيئة خارج الخلية (بلازما الدم) عند مستوى 4-7.

تعمل مركبات النيتروجين كمصدر للتغذية المعدنية وتخليق البروتينات والأحماض النووية.

ذرات الفوسفور هي جزء من الأحماض النووية والدهون الفوسفاتية وكذلك عظام الفقاريات والغطاء الكيتيني للمفصليات. تعتبر أيونات الكالسيوم جزءًا من مادة العظام، كما أنها ضرورية لانقباض العضلات وتخثر الدم.

التركيب الكيميائي للخلية. المواد غير العضوية

التركيب الذري والجزيئي للخلية. تحتوي الخلية المجهرية على عدة آلاف من المواد التي تشارك في مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية. العمليات الكيميائيةيعد التدفق في الخلية أحد الشروط الأساسية لحياتها وتطورها وعملها.

جميع خلايا الكائنات الحية الحيوانية والنباتية، وكذلك الكائنات الحية الدقيقة، متشابهة في التركيب الكيميائي، مما يدل على وحدة العالم العضوي.

يوضح الجدول بيانات عن التركيب الذري للخلايا.

من بين 109 عناصر في الجدول الدوري لمندليف، تم العثور على الغالبية العظمى منها في الخلايا. توجد بعض العناصر في الخلايا بكميات كبيرة نسبيًا، والبعض الآخر بكميات صغيرة. محتوى العناصر الأربعة في الخلية مرتفع بشكل خاص - الأكسجين والكربون والنيتروجين والهيدروجين. في المجموع، فإنها تشكل ما يقرب من 98٪ من إجمالي محتويات الخلية. تتكون المجموعة التالية من ثمانية عناصر، يتم حساب محتواها في الخلية بأعشار ومئات من النسبة المئوية. وهي الكبريت والفوسفور والكلور والبوتاسيوم والمغنيسيوم والصوديوم والكالسيوم والحديد.

في المجموع أنها تصل إلى 1.9 ٪. وتوجد جميع العناصر الأخرى في الخلية بكميات صغيرة للغاية (أقل من 0.01%).

وبالتالي فإن الخلية لا تحتوي على أي عناصر خاصة مميزة للطبيعة الحية فقط. وهذا يدل على اتصال ووحدة الطبيعة الحية وغير الحية.

على المستوى الذري، لا توجد فروق بين التركيب الكيميائي للعالم العضوي وغير العضوي. تم العثور على الاختلافات أكثر مستوى عالالتنظيم - الجزيئي.

وكما يتبين من الجدول، فإن الأجسام الحية، إلى جانب المواد الشائعة في الطبيعة غير الحية، تحتوي على العديد من المواد المميزة للكائنات الحية فقط.

ماء. في المقام الأول بين مواد الخلية هو الماء. يشكل ما يقرب من 80٪ من كتلة الخلية. الماء هو العنصر الأكثر أهمية في الخلية، وليس فقط من حيث الكمية. ويلعب دورا هاما ومتنوعا في حياة الخلية.

يحدد الماء الخصائص الفيزيائية للخلية - حجمها ومرونتها.

للماء أهمية كبيرة في تكوين بنية جزيئات المواد العضوية، وبشكل خاص بنية البروتينات، الضرورية لأداء وظائفها. أهمية الماء كمذيب كبيرة: تدخل العديد من المواد إلى الخلية من البيئة الخارجية في محلول مائي، وفي محلول مائي تتم إزالة النفايات من الخلية.

وأخيرًا، الماء مشارك مباشر في العديد من التفاعلات الكيميائية (تكسير البروتينات والكربوهيدرات والدهون وما إلى ذلك).

إن تكيف الخلية مع العمل في بيئة مائية يشير إلى أن الحياة على الأرض نشأت في الماء.

يتم تحديد الدور البيولوجي للماء من خلال خصوصية تركيبه الجزيئي: قطبية جزيئاته.

الكربوهيدرات.

الكربوهيدرات هي مركبات عضوية معقدة تحتوي على ذرات الكربون والأكسجين والهيدروجين.

هناك الكربوهيدرات البسيطة والمعقدة.

تسمى الكربوهيدرات البسيطة السكريات الأحادية. الكربوهيدرات المعقدة هي بوليمرات تلعب فيها السكريات الأحادية دور المونومرات.

اثنين من السكريات الأحادية تشكل ثنائي السكاريد، وثلاثة تشكل ثلاثي السكاريد، والعديد منها يشكل عديد السكاريد.

جميع السكريات الأحادية هي مواد عديمة اللون، قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء. جميعهم تقريبًا لديهم طعم حلو لطيف. السكريات الأحادية الأكثر شيوعًا هي الجلوكوز والفركتوز والريبوز وديوكسيريبوز.

2.3 التركيب الكيميائي للخلية. العناصر الكلية والصغرى

يعتمد الطعم الحلو للفواكه والتوت وكذلك العسل على محتوى الجلوكوز والفركتوز فيها. الريبوز وديوكسيريبوز هما جزء من الأحماض النووية (ص 158) وATP (ص 158).

السكريات الثنائية والثلاثية، مثل السكريات الأحادية، تذوب جيدًا في الماء ولها طعم حلو. مع زيادة عدد وحدات المونومر، تنخفض ذوبان السكريات ويختفي الطعم الحلو.

ومن بين السكريات الثنائية، يعتبر البنجر (أو القصب) وسكر الحليب من العناصر المهمة من بين السكريات، وينتشر النشا (في النباتات)، والجليكوجين (في الحيوانات)، والألياف (السليلوز).

الخشب عبارة عن سليلوز نقي تقريبًا. مونومر هذه السكريات هو الجلوكوز.

الدور البيولوجي للكربوهيدرات. تلعب الكربوهيدرات دور مصدر الطاقة اللازم للخلية للقيام بأشكال النشاط المختلفة. لنشاط الخلية - الحركة، والإفراز، والتخليق الحيوي، والتألق، وما إلى ذلك - الطاقة مطلوبة. تخضع الكربوهيدرات المعقدة في البنية والغنية بالطاقة إلى انهيار عميق في الخلية، ونتيجة لذلك، تتحول إلى مركبات بسيطة فقيرة بالطاقة - أول أكسيد الكربون (IV) والماء (CO2 وH20).

خلال هذه العملية، يتم إطلاق الطاقة. عندما يتم تكسير 1 جم من الكربوهيدرات، يتم تحرير 17.6 كيلوجول.

بالإضافة إلى الطاقة، تؤدي الكربوهيدرات أيضًا وظيفة البناء. على سبيل المثال، جدران الخلايا النباتية مصنوعة من السليلوز.

الدهون. توجد الدهون في جميع الخلايا الحيوانية والنباتية. وهي جزء من العديد من الهياكل الخلوية.

الدهون هي مواد عضوية غير قابلة للذوبان في الماء، ولكنها قابلة للذوبان في البنزين والأثير والأسيتون.

من الدهون، الأكثر شيوعا والمعروفة هي الدهون.

ولكن هناك خلايا تحتوي على حوالي 90% من الدهون. في الحيوانات، توجد هذه الخلايا تحت الجلد غدد الثدي، ختم الزيت. توجد الدهون في حليب جميع الثدييات. تحتوي بعض النباتات على كميات كبيرة من الدهون تتركز في بذورها وثمارها، مثل عباد الشمس والقنب والجوز.

بالإضافة إلى الدهون، توجد دهون أخرى في الخلايا، على سبيل المثالالليسيثين والكوليسترول. وتشمل الدهون بعض الفيتامينات (A، O) والهرمونات (على سبيل المثال، الهرمونات الجنسية).

الأهمية البيولوجية للدهون كبيرة ومتنوعة.

دعونا نلاحظ، أولا وقبل كل شيء، وظيفة البناء الخاصة بهم. الدهون كارهة للماء. أنحف طبقة من هذه المواد هي جزء من أغشية الخلايا. الدهون الأكثر شيوعًا، وهي الدهون، لها أهمية كبيرة كمصدر للطاقة. يمكن أكسدة الدهون في الخلية إلى أول أكسيد الكربون (IV) والماء. أثناء تحلل الدهون، يتم إطلاق ضعف الطاقة التي يتم إطلاقها أثناء تحلل الكربوهيدرات. تقوم الحيوانات والنباتات بتخزين الدهون واستخدامها في عملية الحياة.

ومن الضروري أن نلاحظ كذلك المعنى. الدهون كمصدر للمياه. من 1 كجم من الدهون، يتكون ما يقرب من 1.1 كجم من الماء أثناء أكسدتها. وهذا ما يفسر قدرة بعض الحيوانات على البقاء على قيد الحياة لفترة طويلة بدون ماء. على سبيل المثال، قد لا يشرب شعب الصفصاف، الذي يعبر الصحراء الخالية من الماء، لمدة 10-12 يومًا.

لا تشرب الدببة والغرير وغيرها من الحيوانات السباتية لأكثر من شهرين. تحصل هذه الحيوانات على الماء الضروري للحياة نتيجة أكسدة الدهون. بالإضافة إلى الوظائف الهيكلية والطاقة، تؤدي الدهون وظائف وقائية: فالدهون لديها موصلية حرارية منخفضة. وتترسّب تحت الجلد مكوّنة تراكمات كبيرة لدى بعض الحيوانات. وهكذا يصل سمك طبقة الدهون تحت الجلد في الحوت إلى 1 متر مما يسمح لهذا الحيوان بالعيش في المياه الباردة في البحار القطبية.

البوليمرات الحيوية: البروتينات والأحماض النووية.

من بين جميع المواد العضوية يتكون الجزء الأكبر من الخلية (50-70%) من البروتينات.غشاء الخلية وكل شيء الهياكل الداخليةبنيت بمشاركة جزيئات البروتين. جزيئات البروتين كبيرة جدًا لأنها تتكون من عدة مئات من المونومرات المختلفة التي تشكل جميع أنواع التركيبات. ولذلك، فإن تنوع أنواع البروتينات وخصائصها لا حصر له حقًا.

البروتينات هي جزء من الشعر والريش والقرون والألياف العضلية الغذائية

المواد النهائية من البيض والبذور وأجزاء أخرى كثيرة من الجسم.

جزيء البروتين هو بوليمر. مونومرات جزيئات البروتين هي أحماض أمينية.

هناك أكثر من 150 حمضًا أمينيًا مختلفًا معروفًا في الطبيعة، لكن 20 منها فقط تشارك عادة في بناء البروتينات في الكائنات الحية، ويمثل خيطًا طويلًا من الأحماض الأمينية المرتبطة ببعضها البعض بالتتابع الهيكل الأساسيجزيئات البروتين (يعرض تركيبتها الكيميائية).

عادة ما يكون هذا الخيط الطويل ملتويًا بإحكام في شكل حلزوني، حيث ترتبط المنعطفات بقوة ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية.

حبلا الملتوية حلزونيا للجزيء هو البنية الثانوية، الجزيئاتسنجاب. من الصعب بالفعل تمديد مثل هذا البروتين. ثم يلتوي جزيء البروتين الملتف إلى تكوين أكثر إحكامًا - هيكل التعليم العالي.بعض البروتينات لها شكل أكثر تعقيدًا - هيكل رباعي،على سبيل المثال الهيموجلوبين. ونتيجة لهذا الالتواء المتكرر، يصبح الخيط الطويل والرفيع لجزيء البروتين أقصر وأكثر سمكًا ويتجمع في كتلة مدمجة - الكرية كرة صغيرةالبروتين الكروي فقط هو الذي يؤدي وظائفه البيولوجية في الخلية.

إذا تعطلت بنية البروتين، على سبيل المثال عن طريق التسخين أو التأثير الكيميائي، فإنه يفقد خصائصه ويتفكك.

هذه العملية تسمى تمسخ الطبيعة. إذا أثر تمسخ الطبيعة على البنية الثالثة أو الثانوية فقط، فإنه يمكن عكسه: يمكن أن يتحول مرة أخرى إلى دوامة ويتناسب مع البنية الثالثة (ظاهرة تمسخ الطبيعة). وفي هذه الحالة يتم استعادة وظائف هذا البروتين. هذا الممتلكات الأكثر أهميةالبروتينات تكمن وراء تهيج الأنظمة الحية، أي.

قدرة الخلايا الحية على الاستجابة للمحفزات الخارجية أو الداخلية.

تلعب العديد من البروتينات دورًا المحفزاتفي التفاعلات الكيميائية،

يمر في القفص.

يطلق عليهم الانزيمات.تشارك الإنزيمات في نقل الذرات والجزيئات، وفي تفكيك وبناء البروتينات والدهون والكربوهيدرات وجميع المركبات الأخرى (أي في عملية التمثيل الغذائي الخلوي). لا يحدث تفاعل كيميائي واحد في الخلايا والأنسجة الحية دون مشاركة الإنزيمات.

جميع الإنزيمات لها عمل محدد - فهي تعمل على تبسيط العمليات أو تسريع التفاعلات في الخلية.

تؤدي البروتينات الموجودة في الخلية العديد من الوظائف: فهي تشارك في تركيبها ونموها وفي جميع العمليات الحيوية. وبدون البروتينات، تكون الحياة الخلوية مستحيلة.

تم اكتشاف الأحماض النووية لأول مرة في نواة الخلايا، ولهذا السبب حصلت على اسمها (lat.

Puсleus - الأساسية). هناك نوعان من الأحماض النووية: حمض الديوكسي ريبونوكلييك (مختصر DIC) وحمض الريبونوكليك (RIC). تكون جزيئات الحمض النووي مسبقة

عبارة عن سلاسل بوليمرية طويلة جدًا (خيوط) ومونومرات

و هو النيوكليوتيدات.

يحتوي كل نيوكليوتيد على جزيء واحد من حمض الفوسفوريك والسكر (ديوكسي ريبوز أو ريبوز)، بالإضافة إلى واحدة من أربع قواعد نيتروجينية. القواعد النيتروجينية في الحمض النووي هي الأدينين جوانين وزوموزين ،و mi.min،.

حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA)- أهم مادة في الخلية الحية. جزيء الحمض النووي هو الناقل للمعلومات الوراثية للخلية والكائن الحي ككل. من جزيء DNA يتم تشكيله كروموسوم.

في كل كائن حي الأنواع البيولوجيةعدد معين من جزيئات DNA لكل خلية. إن تسلسل النيوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي يكون دائمًا فرديًا تمامًا. فريدة ليس فقط لكل الأنواع البيولوجية، ولكن أيضًا للأفراد الأفراد.

هذه الخصوصية لجزيئات الحمض النووي هي بمثابة الأساس لتحديد العلاقة بين الكائنات الحية.

توجد جزيئات الحمض النووي في جميع حقيقيات النوى في نواة الخلية. لا تحتوي بدائيات النوى على نواة، لذلك يوجد حمضها النووي في السيتوبلازم.

تحتوي جميع الكائنات الحية على جزيئات كبيرة من الحمض النووي مبنية وفقًا لنفس النوع. وهي تتكون من سلسلتين (خيوط) متعددة النوكليوتيدات، متماسكة معًا بواسطة روابط هيدروجينية للقواعد النيتروجينية للنيوكليوتيدات (مثل السحاب).

في شكل حلزون مزدوج (مزدوج)، يلتوي جزيء الحمض النووي في الاتجاه من اليسار إلى اليمين.

يحدد التسلسل في ترتيب النيوكليوتيدات في الجزيء المعلومات الوراثية للخلية.

تم اكتشاف بنية جزيء الحمض النووي في عام 1953 من قبل عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي

جيمس واتسون والفيزيائي الإنجليزي فرانسيس كريك.

ولهذا الاكتشاف حصل العلماء على جائزة نوبل عام 1962. لقد أثبتوا أن الجزيء

يتكون الحمض النووي من سلسلتين متعدد النوكليوتيدات.

في هذه الحالة، ترتبط النيوكليوتيدات (المونومرات) ببعضها البعض ليس بشكل عشوائي، ولكن بشكل انتقائي وفي أزواج من خلال المركبات النيتروجينية. يلتحم الأدينين (A) دائمًا مع الثايمين (T)، ويلتحم الجوانين (g) دائمًا مع السيتوزين (C). هذه السلسلة المزدوجة ملتوية بإحكام في دوامة. تسمى قدرة النيوكليوتيدات على الاقتران معًا بشكل انتقائي التكامل(تكملة لاتينية - إضافة).

يحدث النسخ المتماثل على النحو التالي.

بمشاركة آليات خلوية خاصة (الإنزيمات)، يتفكك الحلزون المزدوج للحمض النووي، وتنفصل الخيوط (مثل فك السحاب)، ويضاف تدريجيًا نصف مكمل من النيوكليوتيدات المقابلة إلى كل من السلسلتين.

ونتيجة لذلك، بدلا من جزيء DNA واحد، يتم تشكيل جزيئين متطابقين جديدين. علاوة على ذلك، فإن كل جزيء DNA مزدوج الجديلة يتكون حديثًا من سلسلة "قديمة" من النيوكليوتيدات وسلسلة "جديدة".

وبما أن الحمض النووي هو الناقل الرئيسي للمعلومات، فإن قدرته على التكرار تسمح، عندما تنقسم الخلية، بنقل تلك المعلومات الوراثية إلى الخلايا الوليدة المتكونة حديثًا.

السابق12345678التالي

شاهد المزيد:

التخزين المؤقت والتناضح.
الأملاح في الكائنات الحية تكون في حالة ذائبة على شكل أيونات - كاتيونات موجبة الشحنة وأنيونات سالبة الشحنة.

تركيز الكاتيونات والأنيونات في الخلية وفي بيئتها ليس هو نفسه. تحتوي الخلية على كمية كبيرة جدًا من البوتاسيوم وقليل جدًا من الصوديوم. في البيئة خارج الخلية، على سبيل المثال، في بلازما الدم ومياه البحر، على العكس من ذلك، هناك الكثير من الصوديوم والبوتاسيوم القليل. يعتمد تهيج الخلية على نسبة تراكيز أيونات Na+، K+، Ca2+، Mg2+.

يضمن الاختلاف في تركيزات الأيونات على جوانب مختلفة من الغشاء النقل النشط للمواد عبر الغشاء.

في أنسجة الحيوانات متعددة الخلايا، يعتبر Ca2+ جزءًا من مادة بين الخلايامما يضمن تماسك الخلايا وترتيبها المنظم.

التركيب الكيميائي للخلية

يعتمد الضغط الأسموزي في الخلية وخصائص التخزين المؤقت على تركيز الملح.

متعادل هي قدرة الخلية على الحفاظ على التفاعل القلوي قليلاً لمحتوياتها عند مستوى ثابت.

هناك نوعان من أنظمة المخزن المؤقت:

1) نظام الفوسفات العازل - تحافظ أنيونات حمض الفوسفوريك على الرقم الهيدروجيني للبيئة داخل الخلايا عند 6.9

2) نظام البيكربونات العازلة - تحافظ أنيونات حمض الكربونيك على الرقم الهيدروجيني للبيئة خارج الخلية عند مستوى 7.4.

دعونا نفكر في معادلات التفاعلات التي تحدث في المحاليل العازلة.

إذا زاد تركيز الخليةح+ ، ثم ينضم كاتيون الهيدروجين إلى أنيون الكربونات:

مع زيادة تركيز أنيونات الهيدروكسيد، يحدث ارتباطها:

ح + أوه – + H2O.

بهذه الطريقة، يمكن أنيون الكربونات الحفاظ على بيئة ثابتة.

التناضحينسمي الظواهر التي تحدث في نظام يتكون من محلولين يفصل بينهما غشاء شبه منفذ.

في الخلية النباتيةيتم تنفيذ دور الأفلام شبه المنفذة من خلال الطبقات الحدودية للسيتوبلازم: البلازما والبلاست.

Plasmalemma هو الغشاء الخارجي للسيتوبلازم المجاور لغشاء الخلية. Tonoplast هو الغشاء السيتوبلازمي الداخلي المحيط بالفجوة. الفجوات عبارة عن تجاويف في السيتوبلازم مملوءة بعصارة الخلية - وهو محلول مائي من الكربوهيدرات والأحماض العضوية والأملاح والبروتينات منخفضة الوزن الجزيئي والأصباغ.

عادة ما يكون تركيز المواد في عصارة الخلية وفي البيئة الخارجية (التربة والمسطحات المائية) غير متماثل. إذا كان تركيز المواد داخل الخلايا أعلى منه في البيئة الخارجية، فإن الماء من البيئة سيدخل الخلية، وبشكل أكثر دقة إلى الفجوة، بمعدل أسرع من الاتجاه المعاكس. مع زيادة حجم عصارة الخلية بسبب دخول الماء إلى الخلية، يزداد ضغطها على السيتوبلازم، الذي يتناسب بإحكام مع الغشاء. عندما تكون الخلية مشبعة تماما بالماء، فإنها تصل إلى حجمها الأقصى.

ولاية التوتر الداخليتسمى الخلايا، بسبب المحتوى المائي العالي والضغط المتزايد لمحتويات الخلية على غشائها، تورمًا، مما يضمن حفاظ الأعضاء على شكلها (على سبيل المثال، الأوراق والسيقان غير الخشبية) وموقعها في الفضاء. مقاومتهم لعمل العوامل الميكانيكية. يرتبط فقدان الماء بانخفاض في التورم والذبول.

إذا كانت الخلية في محلول مفرط التوترالتي يكون تركيزها أكبر من تركيز عصارة الخلية، فإن معدل انتشار الماء من عصارة الخلية سيتجاوز معدل انتشار الماء إلى داخل الخلية من المحلول المحيط.

بسبب إطلاق الماء من الخلية، يتم تقليل حجم عصارة الخلية ويقلل التورم. يصاحب الانخفاض في حجم فجوة الخلية انفصال السيتوبلازم عن الغشاء - ويحدث ذلك تحلل البلازما.

أثناء تحلل البلازما، يتغير شكل البروتوبلاست المحللة بالبلازما. في البداية، تتخلف البروتوبلاست خلف جدار الخلية فقط في أماكن معينة، في أغلب الأحيان في الزوايا. يسمى تحلل البلازما من هذا النموذج الزاوي

ثم تستمر البروتوبلاست في التخلف عن جدران الخلايا، والحفاظ على الاتصال بها في أماكن معينة؛ ويكون سطح البروتوبلاست بين هذه النقاط مقعرًا.

في هذه المرحلة، يسمى تحلل البلازما مقعرًا. تدريجيًا، تنفصل البروتوبلاست عن جدران الخلايا على السطح بأكمله وتأخذ شكلًا مستديرًا. ويسمى هذا النوع من تحلل البلازما بتحلل البلازما المحدب.

إذا تم وضع خلية متحللة بالبلازما في محلول منخفض التوتر، يكون تركيزه أقل من تركيز عصارة الخلية، فسوف يدخل الماء من المحلول المحيط إلى الفجوة. ونتيجة لزيادة حجم الفجوة، سيزداد ضغط عصارة الخلية على السيتوبلازم، الذي يبدأ في الاقتراب من جدران الخلايا حتى يأخذ موضعه الأصلي - سيحدث ذلك تحلل البلازما

المهمة رقم 3

بعد قراءة النص المقدم أجب عن الأسئلة التالية .

1) تحديد سعة المخزن المؤقت

2) أي الأنيونات يحدد تركيزها خصائص التخزين المؤقت للخلية؟

3) دور التخزين المؤقت في الخلية

4) معادلة التفاعلات التي تحدث في البيكربونات نظام المخزن(على لوحة مغناطيسية)

5) تعريف التناضح (أذكر أمثلة)

6) تحديد شرائح تحلل البلازما وتحلل البلازما

يوجد حوالي 70 عنصرًا كيميائيًا من الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev في الخلية، لكن محتوى هذه العناصر يختلف بشكل كبير عن تركيزاتها في البيئة، مما يثبت وحدة العالم العضوي.

تنقسم العناصر الكيميائية الموجودة في الخلية إلى ثلاث مجموعات كبيرة: العناصر الكبيرة والعناصر المتوسطة (العناصر القليلة) والعناصر الدقيقة.

وتشمل هذه الكربون والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين، والتي هي جزء من المواد العضوية الرئيسية. العناصر المتوسطة هي الكبريت والفوسفور والبوتاسيوم والكالسيوم والصوديوم والحديد والمغنيسيوم والكلور، ويبلغ مجموعها حوالي 1.9٪ من كتلة الخلية.

يعد الكبريت والفوسفور من مكونات أهم المركبات العضوية. تصنف العناصر الكيميائية، التي يبلغ تركيزها في الخلية حوالي 0.1%، على أنها عناصر صغرى. وهي الزنك واليود والنحاس والمنغنيز والفلور والكوبالت وغيرها.

تنقسم المواد الخلوية إلى غير عضوية وعضوية.

وتشمل المواد غير العضوية الماء والأملاح المعدنية.

نظرًا لخصائصه الفيزيائية والكيميائية، فإن الماء الموجود في الخلية هو مذيب، ووسط للتفاعلات، ومادة أولية ومنتج للتفاعلات الكيميائية، ويقوم بوظائف النقل والتنظيم الحراري، ويعطي مرونة الخلية، ويوفر دفع الخلية النباتية.

يمكن أن تكون الأملاح المعدنية الموجودة في الخلية في حالة ذائبة أو غير ذائبة.

تتفكك الأملاح الذائبة إلى أيونات. أهم الكاتيونات هي البوتاسيوم والصوديوم، والتي تسهل نقل المواد عبر الغشاء وتشارك في حدوث وتوصيل النبضات العصبية؛ الكالسيوم الذي يشارك في عمليات تقلص ألياف العضلات وتخثر الدم، والمغنيسيوم وهو جزء من الكلوروفيل، والحديد وهو جزء من عدد من البروتينات، بما في ذلك الهيموجلوبين. الزنك جزء من جزيء هرمون البنكرياس - الأنسولين، والنحاس ضروري لعمليات التمثيل الضوئي والتنفس.

أهم الأنيونات هي أنيون الفوسفات، وهو جزء من ATP والأحماض النووية، وبقايا حمض الكربونيك، الذي يخفف من التقلبات في الرقم الهيدروجيني للبيئة.

نقص الكالسيوم والفوسفور يؤدي إلى الكساح، ونقص الحديد يؤدي إلى فقر الدم.

يتم تمثيل المواد العضوية للخلية بالكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية و ATP والفيتامينات والهرمونات.

تتكون الكربوهيدرات بشكل أساسي من ثلاثة عناصر كيميائية: الكربون والأكسجين والهيدروجين.

هُم صيغة عامةسم (H20) ن. هناك الكربوهيدرات البسيطة والمعقدة. تحتوي الكربوهيدرات البسيطة (السكريات الأحادية) على جزيء سكر واحد. ويتم تصنيفها حسب عدد ذرات الكربون، مثل البنتوز (C5) والهكسوز (C6). وتشمل البنتوسات الريبوز وديوكسيريبوز. الريبوز هو جزء من RNA وATP. الديوكسيريبوز هو أحد مكونات الحمض النووي. السداسيات هي الجلوكوز، الفركتوز، الجالاكتوز، الخ.

إنهم يلعبون دورًا نشطًا في استقلاب الخلايا ويشكلون جزءًا من الكربوهيدرات المعقدة - السكريات قليلة السكاريد والسكريات. تشمل السكريات قليلة التعدد (السكريات الثنائية) السكروز (الجلوكوز + الفركتوز)، اللاكتوز أو سكر الحليب (الجلوكوز + الجالاكتوز)، إلخ.

ومن أمثلة السكريات النشا والجليكوجين والسليلوز والكيتين.

تؤدي الكربوهيدرات وظائف البلاستيك (البناء)، والطاقة (قيمة الطاقة لتكسير 1 جرام من الكربوهيدرات هي 17.6 كيلوجول)، ووظائف التخزين والدعم في الخلية. يمكن أن تكون الكربوهيدرات أيضًا جزءًا من الدهون والبروتينات المعقدة.

الدهون هي مجموعة من المواد الكارهة للماء.

وتشمل هذه الدهون، والمنشطات الشمعية، والدهون الفوسفاتية، وما إلى ذلك.

هيكل جزيء الدهون

الدهون عبارة عن استر من الجلسرين الكحولي ثلاثي الهيدريك والأحماض العضوية (الدهنية) الأعلى. في جزيء الدهون، يمكن التمييز بين الجزء المحب للماء - "الرأس" (بقايا الجلسرين) والجزء الكاره للماء - "الذيول" (بقايا الأحماض الدهنية) ، لذلك في الماء يتم توجيه جزيء الدهون بطريقة محددة بدقة: يتم توجيه الجزء المحب للماء نحو الماء، ويتم توجيه الجزء الكاره للماء بعيدًا عنه.

تؤدي الدهون وظائف البلاستيك (البناء)، والطاقة (قيمة الطاقة لتكسير 1 جرام من الدهون هي 38.9 كيلوجول)، والتخزين، والحماية (التوسيد)، والوظائف التنظيمية (الهرمونات الستيرويدية) في الخلية.

البروتينات عبارة عن بوليمرات حيوية تكون مونومراتها عبارة عن أحماض أمينية.

تحتوي الأحماض الأمينية على مجموعة أمينية ومجموعة كربوكسيل وجذر. تختلف الأحماض الأمينية فقط في جذورها. تحتوي البروتينات على 20 حمض أميني أساسي. ترتبط الأحماض الأمينية ببعضها البعض لتكوين رابطة الببتيد.

تسمى السلسلة المكونة من أكثر من 20 حمضًا أمينيًا بالبولي ببتيد أو البروتين. تشكل البروتينات أربعة هياكل رئيسية: الأولية والثانوية والثالثية والرباعية.

البنية الأولية عبارة عن سلسلة من الأحماض الأمينية المرتبطة برابطة الببتيد.

البنية الثانوية عبارة عن حلزون، أو بنية مطوية، متماسكة معًا بواسطة روابط هيدروجينية بين ذرات الأكسجين والهيدروجين لمجموعات الببتيد ذات المنعطفات المختلفة للحلزون أو الطيات.

يتم ربط البنية الثلاثية (الكريية) معًا بواسطة روابط كارهة للماء والهيدروجين وثاني كبريتيد وغيرها.

هيكل البروتين الثلاثي

البنية الثلاثية هي سمة من سمات معظم البروتينات في الجسم، على سبيل المثال، الميوجلوبين العضلي.

البنية الرباعية للبروتين.

البنية الرباعية هي الأكثر تعقيدًا، وتتكون من عدة سلاسل متعددة الببتيد متصلة بشكل رئيسي بنفس الروابط الموجودة في البنية الثلاثية.

يتميز التركيب الرباعي بوجود الهيموجلوبين والكلوروفيل وما إلى ذلك.

يمكن أن تكون البروتينات بسيطة أو معقدة. تتكون البروتينات البسيطة من الأحماض الأمينية فقط، بينما تحتوي البروتينات المعقدة (البروتينات الدهنية، والبروتينات الملونة، والبروتينات السكرية، والبروتينات النووية، وما إلى ذلك) على أجزاء بروتينية وغير بروتينية.

على سبيل المثال، بالإضافة إلى سلاسل البولي ببتيد الأربعة لبروتين الجلوبين، يحتوي الهيموجلوبين على جزء غير بروتيني - الهيم، وفي وسطه يوجد أيون الحديد، الذي يعطي الهيموجلوبين لونًا أحمر.

يعتمد النشاط الوظيفي للبروتينات على الظروف البيئية.

يُطلق على فقدان بنية جزيء البروتين وصولاً إلى بنيته الأساسية اسم تمسخ الطبيعة. العملية العكسية لاستعادة الهياكل الثانوية والعليا هي إعادة التكوين. يسمى التدمير الكامل لجزيء البروتين بالتدمير.

تؤدي البروتينات عددًا من الوظائف في الخلية: البلاستيك (البناء)، والتحفيز (الإنزيمي)، والطاقة (قيمة الطاقة لتكسير 1 جم من البروتين هي 17.6 كيلوجول)، والتشوير (المستقبل)، والتقلص (المحرك)، والنقل، وقائية وتنظيمية وتخزينية.

الأحماض النووية هي بوليمرات حيوية تكون مونومراتها عبارة عن نيوكليوتيدات.

يحتوي النوكليوتيد على قاعدة نيتروجينية، وبقايا سكر البنتوز، وبقايا حمض الأرثوفوسفوريك. هناك نوعان من الأحماض النووية: الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA).

يحتوي الحمض النووي على أربعة أنواع من النيوكليوتيدات: الأدينين (A)، والثايمين (T)، والجوانين (G)، والسيتوزين (C). تحتوي هذه النيوكليوتيدات على سكر ديوكسيريبوز. قواعد Chargaff للحمض النووي هي:

1) عدد نيوكليوتيدات الأدينيل في الحمض النووي يساوي عدد نيوكليوتيدات الثيميديل (A = T)؛

2) عدد نيوكليوتيدات الجوانيل في الحمض النووي يساوي عدد نيوكليوتيدات سيتيديل (G = C)؛

3) مجموع نيوكليوتيدات الأدينيل والجوانيل يساوي مجموع نيوكليوتيدات الثيميديل والسيتديل (A + G = T + C).

تم اكتشاف بنية الحمض النووي بواسطة F.

كريك ود. واتسون ( جائزة نوبلفي علم وظائف الأعضاء والطب 1962). جزيء الحمض النووي هو حلزون مزدوج تقطعت بهم السبل.

الخلية وتركيبها الكيميائي

ترتبط النيوكليوتيدات مع بعضها البعض من خلال بقايا حمض الفوسفوريك، وتشكل رابطة فوسفوديستر، في حين يتم توجيه القواعد النيتروجينية إلى الداخل. المسافة بين النيوكليوتيدات في السلسلة هي 0.34 نانومتر.

ترتبط النيوكليوتيدات ذات السلاسل المختلفة ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية وفقاً لمبدأ التكامل: يرتبط الأدينين بالثايمين بواسطة رابطتين هيدروجينيتين (A = T)، ويرتبط الجوانين بالسيتوزين بثلاث روابط (G = C).

هيكل النوكليوتيدات

أهم خاصية للحمض النووي هي القدرة على التكرار (التكرار الذاتي).

وتتمثل المهمة الرئيسية للحمض النووي في تخزين ونقل المعلومات الوراثية.

ويتركز في النواة والميتوكوندريا والبلاستيدات.

يحتوي الحمض النووي الريبي (RNA) أيضًا على أربعة نيوكليوتيدات: الأدينين (A)، واليوراسيل (U)، والجوانين (G)، والسيتوزين (C). ويمثل بقايا سكر البنتوز فيه الريبوز.

الحمض النووي الريبي (RNA) هو في الغالب جزيئات مفردة تقطعت بهم السبل. هناك ثلاثة أنواع من الحمض النووي الريبي (RNA): الحمض النووي الريبي المرسال (i-RNA)، والحمض النووي الريبي الناقل (t-RNA)، والحمض النووي الريبي الريباسي (r-RNA).

هيكل الحمض الريبي النووي النقال

يلعب كل منهم دورًا نشطًا في عملية تنفيذ المعلومات الوراثية، التي تتم إعادة كتابتها من DNA إلى i-RNA، وعلى الأخير يتم بالفعل تخليق البروتين، حيث يقوم t-RNA في عملية تخليق البروتين بإحضار الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات، r-RNA هو جزء من الريبوسومات نفسها.

التركيب الكيميائي للخلية الحية

تحتوي الخلية على مركبات كيميائية مختلفة. وبعضها -غير عضوي- يوجد أيضًا في الطبيعة الجامدة. ومع ذلك، تتميز الخلايا في الغالب بالمركبات العضوية، التي تمتلك جزيئاتها بنية معقدة للغاية.

المركبات غير العضوية للخلية. الماء والأملاح مركبات غير عضوية. تحتوي معظم الخلايا على الماء. إنه ضروري لجميع عمليات الحياة.

الماء مذيب جيد. في محلول مائي، يحدث التفاعل الكيميائي للمواد المختلفة. في حالة منحلة العناصر الغذائيةمن المادة بين الخلايا تخترق الخلية عبر الغشاء. كما يساعد الماء على إزالة المواد من الخلية التي تتشكل نتيجة التفاعلات التي تحدث فيها.

وأهم الأملاح لعمليات الحياة في الخلايا هي K، Na، Ca، Mg، إلخ.

المركبات العضوية للخلية. الدور الرئيسي في تنفيذ وظيفة الخلية ينتمي إلى المركبات العضوية. فيما بينها أعلى قيمةتحتوي على البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية.

البروتينات هي المواد الأساسية والأكثر تعقيدًا في أي خلية حية.

حجم جزيء البروتين أكبر بمئات وآلاف المرات من حجم الجزيئات المركبات غير العضوية. بدون البروتينات لا توجد حياة. تعمل بعض البروتينات على تسريع التفاعلات الكيميائية من خلال العمل كمحفزات. تسمى هذه البروتينات بالإنزيمات.

الدهون والكربوهيدرات لها بنية أقل تعقيدا.

إنها مادة بناء الخلية وتعمل كمصادر للطاقة للعمليات الحيوية في الجسم.

تتشكل الأحماض النووية في نواة الخلية. ومن هنا جاء اسمهم (النواة اللاتينية - النواة). كجزء من الكروموسومات، تشارك الأحماض النووية في تخزين ونقل الخصائص الوراثية للخلية. توفر الأحماض النووية تكوين البروتينات.

الخصائص الحيوية للخلية. الخاصية الحيوية الرئيسية للخلية هي التمثيل الغذائي.

يتم توفير العناصر الغذائية والأكسجين باستمرار للخلايا من المادة بين الخلايا ويتم إطلاق منتجات الاضمحلال. المواد التي تدخل الخلية تشارك في عمليات التخليق الحيوي. التخليق الحيوي هو تكوين البروتينات والدهون والكربوهيدرات ومركباتها من مواد أبسط. خلال عملية التخليق الحيوي، يتم تشكيل المواد المميزة لبعض خلايا الجسم.

على سبيل المثال، يتم تصنيع البروتينات في الخلايا العضلية التي تضمن تقلص العضلات.

في وقت واحد مع التخليق الحيوي، تتحلل المركبات العضوية في الخلايا. نتيجة للتحلل، يتم تشكيل مواد ذات بنية أبسط. يتضمن معظم تفاعل التحلل الأكسجين ويطلق الطاقة.

التنظيم الكيميائي للخلية

يتم إنفاق هذه الطاقة على العمليات الحيوية التي تحدث في الخلية. تشكل عمليات التخليق الحيوي والتحلل عملية التمثيل الغذائي، والتي تكون مصحوبة بتحويلات الطاقة.

تتميز الخلايا بالنمو والتكاثر. تتكاثر الخلايا في جسم الإنسان عن طريق الانقسام إلى نصفين. وتنمو كل خلية من الخلايا الابنة الناتجة وتصل إلى حجم الخلية الأم. وتؤدي الخلايا الجديدة وظيفة الخلية الأم.

يختلف عمر الخلايا: من عدة ساعات إلى عشرات السنين.

الخلايا الحية قادرة على الاستجابة للتغيرات الفيزيائية والكيميائية في بيئتها. تسمى خاصية الخلايا هذه بالاستثارة. في الوقت نفسه، تنتقل الخلايا من حالة الراحة إلى حالة العمل - الإثارة. عند الإثارة في الخلايا، يتغير معدل التخليق الحيوي وتحلل المواد، واستهلاك الأكسجين، وتغير درجة الحرارة. في حالة الإثارة، تؤدي الخلايا المختلفة وظائفها المميزة.

تتكون الخلايا الغدية وتفرز مواد، وتنقبض الخلايا العضلية، الخلايا العصبيةتحدث إشارة كهربائية ضعيفة - نبضة عصبية يمكن أن تنتشر عبر أغشية الخلايا.

البيئة الداخلية للجسم.

معظم خلايا الجسم غير متصلة بالبيئة الخارجية. يتم ضمان نشاطهم الحيوي من خلال البيئة الداخلية التي تتكون من 3 أنواع من السوائل: السائل بين الخلايا (الأنسجة) الذي تكون الخلايا على اتصال مباشر به والدم والليمفاوية. تزود البيئة الداخلية الخلايا بالمواد اللازمة لوظائفها الحيوية، ومن خلالها تتم إزالة نواتج الاضمحلال.

تتمتع البيئة الداخلية للجسم بثبات نسبي في التركيب والخصائص الفيزيائية والكيميائية. فقط في ظل هذه الحالة يمكن للخلايا أن تعمل بشكل طبيعي.

التمثيل الغذائي والتخليق الحيوي وتحلل المركبات العضوية والنمو والتكاثر والإثارة هي الخصائص الحيوية الأساسية للخلايا.

يتم ضمان الخصائص الحيوية للخلايا من خلال الثبات النسبي لتكوين البيئة الداخلية للجسم.

أطلس: التشريح البشري وعلم وظائف الأعضاء. الدليل العملي الكامل لإيلينا يوريفنا زيجالوفا

التركيب الكيميائي للخلية

يتضمن تركيب الخلية أكثر من 100 عنصر كيميائي، أربعة منها تشكل حوالي 98% من الكتلة، هذا الكائنات العضوية: الأكسجين (65-75%)، الكربون (15-18%)، الهيدروجين (8-10%)، النيتروجين (1.5-3.0%). وتنقسم العناصر المتبقية إلى ثلاث مجموعات: العناصر الكبيرة - محتواها في الجسم يتجاوز 0.01٪)؛ العناصر الدقيقة (0.00001–0.01%) والعناصر الدقيقة جدًا (أقل من 0.00001). وتشمل العناصر الكبرى الكبريت والفوسفور والكلور والبوتاسيوم والصوديوم والمغنيسيوم والكالسيوم. تشمل العناصر الدقيقة الحديد والزنك والنحاس واليود والفلور والألمنيوم والنحاس والمنغنيز والكوبالت وما إلى ذلك. وتشمل العناصر الدقيقة للغاية السيلينيوم والفاناديوم والسيليكون والنيكل والليثيوم والفضة وما إلى ذلك. على الرغم من محتواها المنخفض للغاية، تلعب العناصر الدقيقة والعناصر الدقيقة للغاية دورًا مهمًا للغاية. أنها تؤثر بشكل رئيسي على عملية التمثيل الغذائي. وبدونها، يكون الأداء الطبيعي لكل خلية والجسم ككل مستحيلا.

أرز. 1. بنية الخلية فائقة المجهر. 1 – السيلولما ( غشاء بلازمي); 2 – الحويصلات بينوسيتوتيك. 3 – الجسيم المركزي، مركز الخلية (المركز الخلوي)؛ 4 – الهيالوبلازم. 5 – الشبكة الإندوبلازمية: أ – غشاء الشبكة الحبيبية. ب – الريبوسومات. 6 – اتصال الحيز المحيط بالنواة بتجويف الشبكة الإندوبلازمية. 7 - الأساسية. 8 – المسام النووية. 9 - الشبكة الإندوبلازمية غير الحبيبية (الملساء)؛ 10 - النواة. 11 - الجهاز الشبكي الداخلي (مجمع جولجي)؛ 12 - فجوات إفرازية. 13 – الميتوكوندريا. 14 – الجسيمات الشحمية. 15 – ثلاث مراحل متتالية من البلعمة. 16- اتصال غشاء الخلية ( السيتوليما ) مع أغشية الشبكة الإندوبلازمية

تتكون الخلية من مواد عضوية وغير عضوية. ومن بين المواد غير العضوية، توجد أكبر كمية من الماء. تتراوح نسبة الماء النسبية في الخلية من 70 إلى 80%. الماء مذيب عالمي، حيث تحدث جميع التفاعلات الكيميائية الحيوية في الخلية. بمشاركة الماء، يتم التنظيم الحراري. المواد التي تذوب في الماء (الأملاح، والقواعد، والأحماض، والبروتينات، والكربوهيدرات، والكحوليات، وما إلى ذلك) تسمى مواد محبة للماء. المواد الكارهة للماء (الدهون والمواد الشبيهة بالدهون) لا تذوب في الماء. وتشكل المواد غير العضوية الأخرى (الأملاح والأحماض والقواعد والأيونات الموجبة والسالبة) من 1.0 إلى 1.5٪.

من بين المواد العضوية، تسود البروتينات (10-20%)، والدهون أو الدهون (1-5%)، والكربوهيدرات (0.2-2.0%)، والأحماض النووية (1-2%). محتوى المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض لا يتجاوز 0.5٪.

مركب سنجابهو بوليمر يتكون من عدد كبير من الوحدات المتكررة من المونومرات. ترتبط مونومرات بروتينات الأحماض الأمينية (20 منها) ببعضها البعض بواسطة روابط الببتيد، وتشكل سلسلة متعددة الببتيد (البنية الأساسية للبروتين). يلتف في شكل حلزوني، ويشكل بدوره البنية الثانوية للبروتين. نظرًا للتوجه المكاني المحدد لسلسلة البولي ببتيد، ينشأ التركيب الثلاثي للبروتين، والذي يحدد الخصوصية والنشاط البيولوجي لجزيء البروتين. تتحد العديد من الهياكل الثلاثية مع بعضها البعض لتشكل هيكلًا رباعيًا.

تؤدي البروتينات الوظائف الأساسية. الانزيمات– المحفزات البيولوجية التي تزيد من معدل التفاعلات الكيميائية في الخلية بمئات الآلاف الملايين من المرات هي البروتينات. البروتينات، كونها جزءا من جميع الهياكل الخلوية، تؤدي وظيفة بلاستيكية (بناء). تتم حركات الخلايا أيضًا بواسطة البروتينات. أنها توفر نقل المواد إلى الخلية، خارج الخلية وداخل الخلية. الوظيفة الوقائية للبروتينات (الأجسام المضادة) مهمة. البروتينات هي أحد مصادر الطاقة.

الكربوهيدراتوتنقسم إلى السكريات الأحادية والسكريات المتعددة. يتم بناء الأخير من السكريات الأحادية، والتي، مثل الأحماض الأمينية، هي مونومرات. ومن بين السكريات الأحادية الموجودة في الخلية، أهمها الجلوكوز والفركتوز (يحتوي على ست ذرات كربون) والبنتوز (خمس ذرات كربون). البنتوسيز جزء من الأحماض النووية. السكريات الأحادية شديدة الذوبان في الماء. السكريات ضعيفة الذوبان في الماء (الجليكوجين في الخلايا الحيوانية، والنشا والسليلوز في الخلايا النباتية). وتشارك الكربوهيدرات المعقدة مع البروتينات (البروتينات السكرية) والدهون (الدهون السكرية) في تكوين أسطح الخلايا وخلاياها. التفاعلات.

ل الدهونتشمل الدهون والمواد الشبيهة بالدهون. يتم بناء جزيئات الدهون من الجلسرين والأحماض الدهنية. وتشمل المواد الشبيهة بالدهون الكولسترول وبعض الهرمونات والليسيثين. الدهون، وهي المكونات الرئيسية لأغشية الخلايا (موصوفة أدناه)، وبالتالي تؤدي وظيفة البناء. الدهون هي أهم مصادر الطاقة. لذلك، إذا كانت الأكسدة الكاملة لـ 1 جرام من البروتين أو الكربوهيدرات تطلق 17.6 كيلوجول من الطاقة، فإن الأكسدة الكاملة لـ 1 جرام من الدهون تطلق 38.9 كيلوجول. تقوم الدهون بتنظيم الحرارة وحماية الأعضاء (الكبسولات الدهنية).

احماض نوويةهي جزيئات بوليمرية تتكون من المونومرات والنيوكليوتيدات. يتكون النوكليوتيد من قاعدة البيورين أو بيريميدين والسكر (البنتوز) وبقايا حمض الفوسفوريك. يوجد في جميع الخلايا نوعان من الأحماض النووية: الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA)، ويختلفان في تركيب القواعد والسكريات (الجدول 1، أرز. 2).

أرز. 2. التركيب المكاني للأحماض النووية (وفقًا لـ B. Alberts et al.، بصيغته المعدلة).أنا - الحمض النووي الريبي. الثاني – الحمض النووي. شرائط - العمود الفقري للفوسفات السكر؛ A، C، G، T، U - قواعد نيتروجينية، والشبكات بينها - روابط هيدروجينية

يتكون جزيء DNA من سلسلتين بولي نيوكليوتيد ملتويتين حول بعضهما البعض على شكل حلزون مزدوج. ترتبط القواعد النيتروجينية لكلا السلسلتين ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية تكميلية. يتحد الأدينين فقط مع الثايمين والسيتوزين مع الجوانين(أ – ت، ز – ج). يحتوي الحمض النووي على معلومات وراثية تحدد خصوصية البروتينات التي تصنعها الخلية، أي تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد. ينقل الحمض النووي عن طريق الميراث جميع خصائص الخلية. تم العثور على الحمض النووي في النواة والميتوكوندريا.

يتكون جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) من سلسلة واحدة من عديد النوكليوتيدات. هناك ثلاثة أنواع من الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلايا. إعلامي، أو messenger RNA tRNA (من الرسول الإنجليزي - "الوسيط")، الذي ينقل معلومات حول تسلسل النوكليوتيدات في الحمض النووي إلى الريبوسومات (انظر أدناه).

نقل الحمض النووي الريبي (tRNA)، الذي يحمل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات. الريبوسوم RNA (rRNA)، الذي يشارك في تكوين الريبوسومات. تم العثور على الحمض النووي الريبي (RNA) في النواة والريبوسومات والسيتوبلازم والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء.

الجدول 1

تكوين الحمض النووي

تنقسم المواد الكيميائية الموجودة في الخلية، وخاصة تكوينها، من الناحية الكيميائية إلى عناصر كبيرة وعناصر صغرى. ومع ذلك، هناك أيضًا مجموعة من العناصر الدقيقة للغاية، والتي تتضمن عناصر كيميائية تبلغ نسبتها 0.0000001%.

وحيد مركبات كيميائيةهناك المزيد في القفص وأقل من الآخرين. ومع ذلك، فإن جميع العناصر الرئيسية للخلية تنتمي إلى مجموعة العناصر الكبيرة. الماكرو البادئة يعني الكثير.

لا يختلف الكائن الحي على المستوى الذري عن الأشياء ذات الطبيعة غير الحية. وهي تتكون من نفس الذرات التي تتكون منها الأجسام غير الحية. ومع ذلك، فإن عدد العناصر الكيميائية في الكائن الحي، وخاصة تلك التي توفر العمليات الحيوية الأساسية، أكبر بكثير من حيث النسبة المئوية.

المواد الكيميائية الخلوية

السناجب

المواد الرئيسية للخلية هي البروتينات. يشغلون 50٪ من كتلة الخلية. تؤدي البروتينات العديد من المهام وظائف مختلفةفي جسم الكائنات الحية، تعد البروتينات أيضًا العديد من المواد الأخرى في تشابهها ووظائفها.

وفقًا لتركيبها الكيميائي، البروتينات عبارة عن بوليمرات حيوية تتكون من أحماض أمينية متصلة بواسطة روابط الببتيد. أود أن أشير إلى أن تكوين البروتينات يشغله بشكل أساسي بقايا الأحماض الأمينية.

يتميز التركيب الكيميائي للبروتينات بكمية متوسطة ثابتة من النيتروجين - حوالي 16٪. أود أن أشير إلى أنه تحت تأثير إنزيمات معينة، وكذلك أثناء التسخين بالأحماض، تكون البروتينات قابلة للتحلل المائي. هذه هي واحدة من ميزاتهم الرئيسية.

الكربوهيدرات

تنتشر الكربوهيدرات على نطاق واسع في الطبيعة وتلعب دورًا مهمًا جدًا في حياة النباتات والحيوانات. يشاركون فيها عمليات مختلفةالتمثيل الغذائي في الجسم وهي مكونات العديد من المركبات الطبيعية.

اعتمادًا على المحتوى والبنية والخصائص الفيزيائية والكيميائية، تنقسم الكربوهيدرات إلى مجموعتين: بسيطة - وهي سكريات أحادية ومعقدة - منتجات تكثيف السكريات الأحادية. من بين الكربوهيدرات المعقدة هناك أيضًا مجموعتان: السكريات قليلة السكاريد (عدد بقايا السكريات الأحادية من اثنين إلى عشرة) والسكريات المتعددة (عدد بقايا السكريات الأحادية أكثر من عشرة).

الدهون

الدهون هي المصدر الرئيسي للطاقة للكائنات الحية. في الكائنات الحية، تؤدي الدهون ثلاث وظائف رئيسية على الأقل: فهي المكونات الهيكلية الرئيسية للأغشية، وهي احتياطي مشترك للطاقة، كما أنها تلعب دورًا وقائيًا في أغطية الحيوانات والنباتات والكائنات الحية الدقيقة.

المواد الكيميائية الموجودة في الخلية، والتي تنتمي إلى فئة الدهون، لها خاصية خاصة - فهي غير قابلة للذوبان في الماء وقابلة للذوبان بشكل طفيف في المذيبات العضوية.

احماض نووية

تم العثور على نوعين من الأحماض النووية الحيوية في خلايا الكائنات الحية: الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض الريبي النووي (RNA). الأحماض النووية هي مركبات معقدة تحتوي على النيتروجين.

في حالة التحلل المائي الكامل، يتم تقسيم الأحماض النووية إلى مركبات أصغر، وهي: القواعد النيتروجينية والكربوهيدرات وحمض الفوسفات. في حالة التحلل المائي غير الكامل للأحماض النووية، يتم إنشاء النيوكليوسيدات والنيوكليوتيدات. وتتمثل المهمة الرئيسية للأحماض النووية في تخزين المعلومات الوراثية ونقل المواد النشطة بيولوجيا.

مجموعة من العناصر الكبيرة هي المصدر الرئيسي لحياة الخلية

تشمل مجموعة العناصر الكبيرة العناصر الكيميائية الأساسية مثل الأكسجين والكربون والهيدروجين والنيتروجين والبوتاسيوم والفوسفور والكبريت والمغنيسيوم والصوديوم والكالسيوم والكلور وغيرها. العديد منها، على سبيل المثال، الفوسفور والنيتروجين والكبريت هي جزء من مركبات مختلفة مسؤولة عن العمليات الحيوية لخلايا الجسم. ولكل عنصر من هذه العناصر وظيفته التي بدونها يكون وجود الخلية مستحيلا.

الأكسجين، على سبيل المثال، موجود في جميع المواد العضوية والمركبات في الخلية تقريبًا. بالنسبة للكثيرين، وخاصة الكائنات الهوائيةيعمل الأكسجين كعامل مؤكسد، حيث يزود خلايا هذا الكائن بالطاقة أثناء تنفسها. تم العثور على أكبر كمية من الأكسجين في الكائنات الحية في جزيئات الماء.
الكربون هو أيضا جزء من العديد من مركبات الخلايا. تشكل ذرات الكربون الموجودة في جزيء CaCO3 أساس الهيكل العظمي للكائنات الحية. علاوة على ذلك، ينظم الكربون الوظائف الخلويةويلعب دورًا مهمًا في عملية التمثيل الضوئي للنبات.
يوجد الهيدروجين في جزيئات الماء في الخلية. له الدور الرئيسيفي بنية الخلية هو أن العديد من البكتيريا المجهرية تعمل على أكسدة الهيدروجين من أجل الحصول على الطاقة.
النيتروجين هو أحد المكونات الرئيسية للخلية. وذراته جزء من الأحماض النووية والعديد من البروتينات والأحماض الأمينية. ويدخل النيتروجين في عملية تنظيم ضغط الدم على شكل N O ويتم إخراجه من الجسم الحي في البول.

لا يقل الكبريت والفوسفور أهمية بالنسبة لحياة الكائنات الحية. الأول موجود في العديد من الأحماض الأمينية، وبالتالي في البروتينات. ويشكل الفوسفور أساس ATP - المصدر الرئيسي والأكبر للطاقة في الكائن الحي. علاوة على ذلك، يوجد الفوسفور على شكل أملاح معدنية في أنسجة الأسنان والعظام.

الكالسيوم والمغنيسيوم عنصران مهمان في خلايا الجسم. الكالسيوم يجلط الدم، لذلك فهو ضروري للكائنات الحية. كما أنه ينظم العديد من العمليات داخل الخلايا. ويشارك المغنيسيوم في تكوين الحمض النووي في الجسم، علاوة على أنه عامل مساعد للعديد من الإنزيمات.

تحتاج الخلية أيضًا إلى عناصر كبيرة مثل الصوديوم والبوتاسيوم. يحافظ الصوديوم على إمكانات غشاء الخلية، والبوتاسيوم ضروري للنبضات العصبية والأداء الطبيعي لعضلات القلب.

أهمية العناصر الدقيقة للكائن الحي

لا تتكون جميع المواد الخلوية الأساسية من عناصر كبيرة فحسب، بل تتكون أيضًا من عناصر صغرى. وتشمل هذه الزنك والسيلينيوم واليود والنحاس وغيرها. في الخلية، كجزء من المواد الرئيسية، يتم العثور عليها بكميات صغيرة، لكنها تلعب دور حيويفي عمليات الجسم. فالسيلينيوم، على سبيل المثال، ينظم العديد من العمليات الأساسية، والنحاس هو أحد المكونات المكونة للعديد من الإنزيمات، والزنك هو العنصر الرئيسي في تكوين الأنسولين، وهو الهرمون الرئيسي للبنكرياس.

التركيب الكيميائي للخلية - فيديو

درس الفيديو هذا مخصص لموضوع "الخلية: البنية، التركيب الكيميائيونشاط الحياة." العلم الذي يدرس الخلايا يسمى علم الخلايا. سنناقش في هذا الدرس بنية أصغر وحدة هيكلية في جسمنا، ونتعرف على تركيبها الكيميائي وننظر في كيفية القيام بوظائفها الحيوية.

الموضوع: نبذة عامة عن جسم الإنسان

درس: الخلية: التركيب والتركيب الكيميائي والوظائف الحيوية

جسم الإنسان عبارة عن حالة ضخمة متعددة الخلايا. خلية - الوحدة الهيكليةكل من الكائنات النباتية والحيوانية. العلم الذي يدرس الخلايا يسمى .

تتنوع الخلايا بشكل كبير من حيث الشكل والبنية والوظيفة، ولكنها جميعًا لها بنية مشتركة. لكن الشكل والحجم والميزات تعتمد على الوظيفة التي يؤديها العضو.

تم الإبلاغ عن وجود الخلايا لأول مرة في عام 1665 من قبل عالم الفيزياء والرياضيات والمجهر الإنجليزي البارز روبرت هوك.

أرز. 1.

منذ اكتشاف هوك، تمت ملاحظة الخلايا تحت المجهر في جميع أنواع الحيوانات والنباتات. وكان لديهم جميعًا خطة هيكلية مشتركة. ولكن باستخدام المجهر الضوئي، يمكن رؤية السيتوبلازم والنواة فقط. مظهر ميكروسكوب الكترونيسمح للعلماء ليس فقط برؤية الآخرين، ولكن أيضًا بفحص بنيتهم التحتية.