КАКЪВ Е ХИМИЧЕСКИЯТ СЪСТАВ НА ЖИВИТЕ СЪЩЕСТВА? - БИОЛОГИЯ - 2025

В химическия състав на живи същества се основава на органични молекули и някои неорганични елементи, повече или по-малко в същите пропорции, и които изпълняват и други функции във всички от тях.

Живите организми са изградени от клетки и тези клетки представляват различна степен на сложност в своята организация. Някои са сравнително прости, като бактериите, а други се характеризират с по-сложни модели на организация, с много повече елементи във вътрешната си организация, както е в повечето еукариотни клетки.

Снимка от «oblako3011» на www.pixabay.com

Структурните елементи на живата материя се състоят от биомолекули и основните компоненти на повечето от тези биомолекули са, например, за хората въглерод (50%), кислород (20%), водород (10%).), азот (8,5%), калций (4%) и фосфор (2,5%) (всички стойности спрямо сухото тегло).

Тези шест елемента представляват приблизително 95% от общия състав на органичното вещество, останалите 5% съответстват на други елементи като: калий, сяра, натрий, хлор, магнезий, желязо, манган и йод.

Трябва да се отбележи, че по-голямата част от състава на организмите (повече от 60% от телесното тегло) е вода в течно състояние, което е основен елемент за живота, тъй като както вътреклетъчните структури, така и самите клетки са потопени в него.,

Тази течна среда осигурява на клетките най-важните необходими условия и в нея протичат всички съответни биохимични реакции за оцеляване.

химичен състав на живото същество

- Сложни биомолекули

Няколко от основните елементи, които влизат в състава на живата материя, се комбинират в различни пропорции и образуват различни набори от малки органични молекули, които от своя страна служат като структурни елементи за образуването на по-сложни биомолекули.

Връзката между тези структурни елементи и основните сложни биомолекули на организмите е следната:

- Деоксирибонуклеотиди и дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК)

- Рибонуклеотиди и рибонуклеинова киселина (РНК)

- Аминокиселини и протеини

- Монозахариди и полизахариди

- Мастни киселини и липиди

Деоксирибонуклеотиди и дезоксирибонуклеинова киселина

Деоксирибонуклеиновата киселина или ДНК съдържа наследствената информация за всички живи същества, прокариоти и еукариоти. Тази важна биомолекула определя и основните характеристики на клетката, както от морфологична, метаболитна, структурна и от гледна точка на развитието.

ДНК кодира информацията, необходима за синтеза на протеини, както и тази, необходима за синтеза на РНК, която е друга важна органична молекула, необходима за синтеза и контрола на много клетъчни процеси.

Това е полимер, съставен от две нишки на субединици, наречени нуклеотиди, чиито структури са образувани от молекула на дезоксирибоза (монозахарид с 5 въглеродни атома), една или повече фосфатни групи и азотна основа с един или два пръстена (пурин или пиримидин, т.е. съответно).

Пуриковите основи на ДНК са аденин (А) и гуанин (G), докато пиримидиновите основи са тимин (Т) и цитозин (С).

Линейно нуклеотидите на една и съща верига на ДНК са свързани помежду си чрез фосфодиестерни връзки, които се състоят от фосфатни групи и захари, с които те са ковалентно свързани.

Основите, присъстващи в една от нишките, се допълват с тези, които са противоположни на тези в другата нишка с помощта на водородни връзки, винаги по същия начин: аденин с тимин (AT) и гуанин с цитозин (GC).

Различни азотни основи в ДНК и РНК.

Източник: Sponktranslation: Потребител: Jcfidy

Рибонуклеотиди и рибонуклеинова киселина

Подобно на ДНК, рибонуклеиновата киселина е биомолекула и е отговорна за процеса на свързване на аминокиселини, които съставляват протеини, както и други по-сложни процеси на регулиране и контрол на генната експресия.

Той също е биополимер, но нуклеотидите, които го образуват, се наричат ​​рибонуклеотиди, тъй като монозахаридът, който ги структурира, не е дезоксирибоза, както в ДНК, а рибоза. Те също имат една или повече фосфатни групи и техните азотни основи се различават от тези на ДНК по това, че гуанинът не присъства, а урацил (U).

Аминокиселини и протеини

Протеините са биомолекули, които могат да достигнат различна степен на сложност и са значително универсални по отношение на структурата и функцията. Те не само придават структура и форма на клетките, но също така могат да имат дейности, които позволяват бързото развитие на основните биохимични реакции (ензими).

Независимо от вида на въпросния протеин, всички те са съставени от основни "градивни елементи", наречени аминокиселини, които са молекули, които имат "асиметричен" въглероден атом, прикрепен към амино група (-NH2), към карбоксилна група (-COOH), водороден атом (-Н) и група R, която ги диференцира.

Графично представяне на структурата на рибозомния протеин (Източник: Jawahar Swaminathan и MSD персонал в Европейския институт по биоинформатика чрез Wikimedia Commons)

Най-често срещаните аминокиселини в природата са 20 и са класифицирани според идентичността на R групата; това са:

- аспарагин, глутамин, тирозин, серин, треонин (полярни)

- аспарагинова киселина, глутаминова киселина, аргинин, лизин, хистидин (тези със заряд) и

- глицин, аланин, валин, левцин, изолевцин, триптофан, пролин, цистеин, метионин и фенилаланин (аполарните).

След като ДНК се преведе в молекула на РНК, всеки нуклеотиден триплет представлява код, който казва структурата, която синтезира протеини (рибозоми) какъв тип аминокиселина да се включи в растящата пептидна верига.

Полипептидите, които съставят протеини, се получават, след това, благодарение на съединението между техните аминокиселини, което се състои в установяване на пептидна връзка между въглерода от карбоксилната група на аминокиселината и азота на аминогрупата на съседната аминокиселина.

Монозахариди и полизахариди

Въглехидратите са една от най-разпространените биомолекули в живите същества. Те изпълняват основни функции като структурни, хранителни, сигнални елементи и др. Те са съставени от химически комплекси от въглерод, водород и кислород в различни пропорции.

Растенията са едни от основните производители на природни въглехидрати на живи същества и повечето животни зависят от тях, за да оцелеят, тъй като те извличат енергия, вода и въглерод от тях.

Целулоза, структурен биополимер (Източник: Vicente Neto чрез Wikimedia Commons)

Структурните въглехидрати на зеленчуците (целулоза, лигнин и др.), Както и резервните въглехидрати на растенията (нишесте) и на много животни (гликоген) са повече или по-малко сложни полизахариди, които се състоят от полимери на прости захарни единици или монозахариди (главно глюкоза).

Мастни киселини и липиди

Липидите са водонеразтворими съединения, които представляват основното вещество на биологичните мембрани, елементарно от функционална и структурна гледна точка на всички живи клетки.

Те са амфипатни молекули, тоест молекули, които имат хидрофилен и хидрофобен край. Те са съставени от вериги на мастни киселини, прикрепени към въглероден скелет, обикновено глицерол, чийто трети „свободен“ въглероден атом е прикрепен към определен заместител, който дава на всяка молекула своята идентичност.

Някои от най-често срещаните липиди (Източник: Оригиналният качител беше Lmaps в английската Уикипедия. Via Wikimedia Commons)

Мастните киселини са въглеводороди, тоест те са съставени единствено от въглеродни и водородни атоми, свързани заедно.

Асоциацията на множество липиди под формата на двуслоен е това, което прави възможно образуването на мембрана, а характеристиките на хидрофобността на тази структура, както и наличието на интегрални и периферни протеини, правят това полупропусклива структура.

- Вода

Снимка на Жозе Мануел Суарес, чрез Wikimedia Commons

Водата (H2O) е един от най-важните химични елементи за живите същества и клетките, които ги съставят. Голяма част от телесното тегло на животни и растения се състои от тази безцветна течност.

Чрез фотосинтезата, осъществявана от растенията, водата е основният източник на кислород, който животните дишат, а също и от водородни атоми, които са част от органичните съединения.

Той се счита за универсален разтворител и неговите свойства го правят особено важен за развитието на почти всички биохимични реакции, които характеризират живите организми.

Ако се гледа от клетъчна гледна точка, водата се разделя на „отделения“:

• В междуклетъчното пространство, където цитозолът се образува от вода с други вещества, смесени, течност, в която органелите на еукариотните клетки са суспендирани.
• Извънклетъчното пространство, което се състои от околната среда, която заобикаля клетките, или в тъкан, или в естествена среда (едноклетъчни организми).

- Йони

Голяма част от химичните елементи в клетките се намират под формата на споменатите по-горе биомолекули и много други, пропуснати от този текст. Други важни химически елементи обаче са под формата на йони.

Клетъчните мембрани обикновено са непроницаеми за йони, разтворени във вътрешната или външната среда на клетките, така че те могат да влязат или да ги напуснат чрез транспортери или специални канали.

Йонната концентрация на извънклетъчната среда или на цитозола влияе върху осмотичните и електрическите характеристики на клетките, както и различни процеси на клетъчна сигнализация, които зависят от тях.

Сред най-важните йони за животински и растителни тъкани са калций, калий и натрий, хлор и магнезий.

Препратки

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Молекулярна биология на клетката. 4-то издание. Ню Йорк: Garland Science; 2002. Химическите компоненти на клетката. Достъпно от: ncbi.nlm.nih.gov
2. Gladyshev, GP, Kitaeva, DK, & Ovcharenko, EN (1996). Защо химическият състав на живите същества се адаптира към околната среда? Journal of Biological Systems, 4 (04), 555-564.
3. Мъри, RK, Granner, DK, Mayes, PA и Rodwell, VW (2014). Илюстрираната биохимия на Харпър. McGraw-Hill.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Принципите на Ленингер в биохимията. Macmillan.
5. Prescher, JA, & Bertozzi, CR (2005). Химия в живите системи. Природна химическа биология, 1 (1), 13-21.
6. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Биология (9-ти изд.). Брукс / Коул, Cengage Learning: САЩ.