Composés inorganiques en biologie cellulaire. Substances inorganiques et leur rôle dans la cellule

À partir de substances inorganiques de cellules eau représente environ 65 % de sa masse : dans les jeunes cellules à croissance rapide jusqu'à 95 %, dans les vieilles cellules - environ 60 %. Le rôle de l'eau dans les cellules est très important, c'est un milieu et un solvant, et elle est impliquée dans la plupart des réactions chimiques, le mouvement des substances, la thermorégulation, la formation de structures cellulaires, déterminent le volume et l'élasticité de la cellule. La plupart des substances entrent et sortent du corps dans une solution aqueuse.

Matière organique- représentent 20 à 30 % de la composition cellulaire. Ils peuvent être simple(acides aminés, glucose, acides gras) et complexe(protéines, polysaccharides, acides nucléiques, lipides). La plupart important contiennent des protéines, des graisses, des glucides et des acides nucléiques.

Les protéines sont les substances principales et les plus complexes de toute cellule. La taille d’une molécule de protéine est des centaines et des milliers de fois plus grande que celle des molécules de composés inorganiques. Les molécules de protéines sont formées de composés simples - des acides aminés (les protéines naturelles contiennent 20 acides aminés). En se combinant en différentes séquences et quantités, elles forment une grande variété (jusqu'à 1 000) de protéines. Leur rôle dans la vie de la cellule est énorme : materiel de construction le corps, les catalyseurs (les protéines enzymatiques accélèrent les réactions chimiques), le transport (l'hémoglobine sanguine fournit de l'oxygène et des nutriments aux cellules et élimine le dioxyde de carbone et les produits de décomposition). Les protéines fonctionnent fonction de protection, énergie. Les glucides sont des substances organiques constituées de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Les plus simples d'entre eux sont les monosaccharides - hexose, fructose, glucose (présents dans les fruits, le miel), le galactose (dans le lait) et les polysaccharides - constitués de plusieurs glucides simples. Ceux-ci incluent l'amidon et le glycogène. Les glucides sont la principale source d'énergie pour toutes les formes d'activité cellulaire (mouvement, biosynthèse, sécrétion, etc.) et jouent le rôle de substances de réserve. Les lipides sont des graisses insolubles dans l’eau et des substances semblables à des graisses. Ils constituent le principal composant structurel des membranes biologiques. Les lipides remplissent une fonction énergétique et contiennent des vitamines liposolubles. Les acides nucléiques - (du mot latin « noyau » - noyau) - sont formés dans le noyau de la cellule. Il en existe deux types : les acides désoxyribonucléiques (ADN) et les acides ribonucléiques (ARN). Rôle biologique ils sont très nombreux. Ils déterminent la synthèse des protéines et la transmission des informations héréditaires.

Composition chimique de la cellule.

Les cellules des organismes vivants contiennent les mêmes produits chimiques. el., comme dans la nature inanimée environnante. Plus de 80 cellules ont été trouvées dans les cellules. du tableau D.I. Mendeleïev. Les fonctions de 27 d'entre eux ont été définies.

Macro el. environ 99 % de la masse cellulaire est constituée de O, C, H, N. F, K, S, Fe, Mg, Na, Ca.

Micro-él. de 0,001% à 0,000001% du poids corporel B, Cobalt, Cu, Molybdène, Zn, vanadium, I, Br.

Ultra-micro el. moins de 0,000001% de radium, or, béryllium, césium, silène, etc.

Tous ces e-mails font partie des composés organiques et inorganiques.

Substances inorganiques.

I. Eau (H2O). Une cellule vivante contient environ 70 % de H2O en poids.

1) Solvant universel.

2) Participe à la biochimie. réactions (hydrolyse, redox, photosynthèse)

3) Participe aux phénomènes d'osmose.

4) Transports.

5) L'eau ne se comprime pratiquement pas, déterminant ainsi la turgescence.

6) A la force de la tension superficielle.

7) A une capacité thermique et une conductivité thermique élevées.

II. Minéraux. Les minéraux présents dans la cellule se présentent sous forme de sels.

2) Réguler le bio. – chimie. processus.

Substances organiques.

I. Glucides (saccharides). Dans les cellules animales, il y a 1 à 5 % de glucides, dans les cellules végétales jusqu'à 90 % (photosynthèse). Le monomère est le glucose.

Fonctions : structurelle, de protection, de stockage, de construction, d'énergie.

II. Les lipides sont des graisses, des composés ressemblant à des graisses. Monomère – glycérol et acides gras de haut poids moléculaire.

Fonctions : structurelle (construction), stockage, protection, régulation, énergie.

III. Les protéines sont des composés organiques polymères de haut poids moléculaire. La teneur en protéines dans diverses cellules est de 50 à 80 %. Les monomères sont des acides aminés.

Fonctions : structurelle, réceptrice, transport, protection, moteur, régulation, énergie.

IV. ADN - désoxy acide ribonucléique.

Fonctions : stockage d'informations héréditaires, transfert de gènes. information, composante structurelle.

V. ATP – acide adénosine triphosphorique.

Fonctions : stockeur universel et porteur d’énergie dans la cellule.

Eau et minéraux

Une cellule vivante contient environ 70 % de H2O en poids. H2O se présente sous deux formes :

1) Libre (95%) – dans l’espace intercellulaire, les vaisseaux, les vacuoles, les cavités des organes.

2) Lié (5 %) – avec des substances organiques de haut poids moléculaire.

Propriété:

8) Solvant universel. En fonction de leur solubilité dans l'eau, les substances sont divisées en hydrophiles - solubles et hydrophobes - insolubles (graisses, acides nucléiques, certaines protéines).

9) Participe à la biochimie. réactions (hydrolyse, redox, photosynthèse)

10) Participe aux phénomènes d'osmose - passage d'un solvant à travers une coque semi-perméable vers la substance soluble sous l'effet de la force de pression osmotique. La pression osmotique chez les mammifères est égale à une solution de NaCl à 0,9 %.

11) Transport - les substances solubles dans l'eau sont transportées dans ou hors de la cellule par diffusion.

12) L'eau ne se comprime pratiquement pas, déterminant ainsi la turgescence.

13) Il a la force de tension superficielle - cette force effectue le flux sanguin capillaire vers le haut et vers le bas dans les plantes.

14) Il a une capacité thermique et une conductivité thermique élevées, qui maintiennent l’équilibre thermique.

Avec un manque de H2O, les processus métaboliques sont perturbés ; la perte de 20 % de H2O entraîne la mort.

Minéraux.

Les minéraux présents dans la cellule se présentent sous forme de sels. Selon leur réaction, les solutions peuvent être acides, basiques ou neutres. Cette concentration est exprimée en pH.

pH = 7 réaction liquide neutre

pH< 7 кислая

pH > 7 basique

Une modification du pH de 1 à 2 unités est préjudiciable à la cellule.

Fonction des sels minéraux :

1) Maintenir la turgescence cellulaire.

2) Réguler la biochimie. processus.

3) Maintenir une composition constante de l'environnement interne.

1) Les ions calcium stimulent la contraction musculaire. Une diminution de la concentration sanguine provoque des convulsions.

2) Sels de potassium, de sodium et de calcium. Le rapport de ces ions assure une contraction normale du système cardiaque.

3) L'iode est un composant de la glande thyroïde.

9) Composés organiques de la cellule : glucides, lipides, protéines, acides aminés, enzymes.

I. Les glucides

Ils font partie des cellules de tous les organismes vivants. Dans les cellules animales, il y a 1 à 5 % de glucides, dans les cellules végétales jusqu'à 90 % (photosynthèse).

Chimique. composition : C, H, O. Monomère – glucose.

Groupes de glucides :

1) Monosaccharides – incolores, sucrés, hautement solubles dans l'eau (glucose, fructose, galactose, ribose, désoxyribose).

2) Oligosaccharides (disaccharides) – sucrés, solubles (saccharose, maltose, lactose).

3) Polysaccharides - non sucrés, peu solubles dans l'eau (amidon, cellulose - dans les cellules végétales, chitine chez les champignons et les arthropodes, glycogène chez les animaux et les humains). Le glycogène est stocké dans les muscles et le foie. Lorsqu'il se décompose, du glucose est libéré.

Fonctions des glucides :

1) Structurel - une partie des membranes des cellules végétales.

2) Protecteur - les sécrétions sécrétées par les glandes contiennent des glucides qui protègent les organes creux (bronches, estomac, intestins) de la fourrure. Dommages et plantes dus à la pénétration de bactéries pathogènes

3) Stockage. Les nutriments (amidon, glycogène) sont stockés dans les cellules sous forme de réserves.

4) Construction. Les monosaccharides servent de matière première pour la construction de substances organiques.

5) Énergie. Le corps tire 60 % de son énergie de la dégradation des glucides. Lorsqu’un gramme de glucides est décomposé, 17,6 kJ d’énergie sont libérés.

II. Lipides (graisses, composés ressemblant à des graisses).

Chimique. composé

C, O, H. Monomère – glycérol et acides gras de haut poids moléculaire.

Propriétés: insoluble dans l'eau, soluble dans les solvants organiques (essence, chloroforme, éther, acétone).

Selon la chimie Selon la structure, les lipides sont répartis dans les groupes suivants :

1) Neutre. Ils sont divisés en durs (à 20 degrés ils restent durs), mous ( beurre et les gros gens corps), liquide (huiles végétales).

2) Cire. Couvre : peau, laine, plumes d'animaux, tiges, feuilles, fruits de plantes.

Esters formés d'acides gras et d'alcool polyhydrique.

3) Phospholipides. Un ou deux résidus d'acide gras sont remplacés par un résidu d'acide phosphorique. Composant principal de la membrane cellulaire.

4) Les stéroïdes sont des lipides qui ne contiennent pas d'acides gras. Les stéroïdes comprennent les hormones (cortisone, hormones sexuelles), les vitamines (A, D, E).

Cholestérol stéroïde : un composant important de la membrane cellulaire. L'excès de cholestérol peut entraîner des maladies cardiovasculaires et la formation de calculs biliaires.

Fonctions des lipides :

1) Structurel (construction) – partie des membranes cellulaires.

2) Stockage - stocké dans les plantes dans les fruits et les graines, chez les animaux dans les tissus adipeux sous-cutanés. Lorsque 1 g de graisse est oxydé, plus de 1 g d’eau est produit.

3) Protecteur – sert à l’isolation thermique des organismes, car a une mauvaise conductivité thermique.

4) Régulateur - les hormones (corticostérone, androgènes, œstrogènes, etc.) régulent les processus métaboliques dans le corps.

5) Énergie : lors de l'oxydation de 1 g de graisse, 38,9 kJ sont libérés.

III. Écureuils.

Composés organiques polymères de haut poids moléculaire. La teneur en protéines dans diverses cellules est de 50 à 80 %. Chaque personne sur Terre possède son propre ensemble unique de protéines (à l’exception des vrais jumeaux). La spécificité des ensembles protéiques assure le statut immunitaire de chaque personne.

Chimique. composé: C, O, N, H, S, P, Fe.

Monomères. Il y en a 20 au total, dont 9 irremplaçables. Ils pénètrent dans l'organisme avec de la nourriture sous forme prête à l'emploi.

Propriétés:

1) Dénaturation - destruction des molécules de protéines sous l'influence de températures élevées, d'acides et de produits chimiques. substances, déshydratation, irradiation.

2) Renaturation - restauration de la structure précédente lorsque les conditions environnementales normales reviennent (à l'exception de la structure primaire).

Structure (niveaux d'organisation de la molécule protéique) :

1) Structure primaire.

Il s'agit d'une chaîne polypeptidique constituée d'une séquence d'acides aminés.

2) Structure secondaire.

Chaîne polypeptidique torsadée hélicoïdale.

3) Structure tertiaire.

La spirale prend une configuration bizarre : un globule.

4) Structure quaternaire.

Plusieurs globules sont combinés en un complexe complexe.

Fonctions des protéines :

1) Catalytique (enzymatique) - les protéines servent de catalyseurs (accélérateurs de réactions biochimiques).

2) Structurels - ils font partie des membranes, des organites cellulaires, des os, des cheveux, des tendons, etc.

3) Récepteur - les protéines réceptrices perçoivent les signaux de l'environnement externe et les transmettent à la cellule.

4) Transport - les protéines porteuses transportent les substances à travers membranes cellulaires(la protéine hémoglobine transporte l'oxygène des poumons vers les cellules d'autres tissus).

5) Protecteur - les protéines protègent le corps des dommages et de l'invasion d'organismes étrangers (les protéines d'immunoglobuline neutralisent les protéines étrangères. L'interféron supprime le développement de virus).

6) Moteur - les protéines actine et lysine sont impliquées dans la contraction des fibres musculaires.

7) Régulateur - les protéines hormonales régulent les processus physiologiques. Par exemple, l’insuline et le glucagon régulent la glycémie.

8) Énergie – lorsque 1 g de protéine est décomposé, 17,6 kJ d’énergie sont libérés.

IV. Acides aminés.

C'est un monomère protéique.

Formule:

L'acide aminé contient des groupes aminés H2N et un groupe carboxyle COOH. Les acides aminés diffèrent les uns des autres par leurs radicaux R.

Les acides aminés sont reliés par des liaisons peptidiques pour former des chaînes polypeptidiques.

NH-CO---NH-CO---NH-CO

Liaison polypeptidique.

Le groupe carboxyle d’un acide aminé s’attache au groupe amino d’un acide aminé adjacent.

V. Enzymes.

Ce sont des molécules protéiques capables de catalyser (accélérer des millions de fois les réactions biochimiques dans une cellule).

Fonctions et propriétés :

Les enzymes sont spécifiques, c’est-à-dire qu’elles catalysent uniquement un certain produit chimique. réaction ou similaire.

Ils agissent dans une séquence strictement définie.

L'activité des enzymes dépend de la température, de la réaction de l'environnement, de la présence de coenzymes - composés non protéiques, ceux-ci peuvent être des vitamines, des ions, divers Me. La température optimale pour l'action enzymatique est de 37 à 40 degrés.

L'activité enzymatique est régulée par :

À mesure que les températures augmentent, elle s'intensifie, sous l'influence de drogues, de poisons, et est supprimée.

L'absence ou le déficit d'enzymes entraîne des maladies graves (l'hémophilie est causée par un déficit de l'enzyme responsable de la coagulation du sang).

Les enzymes sont utilisées en médecine pour produire des vaccins. Dans l'industrie pour la production de sucre à partir d'amidon, d'alcool à partir de sucre et d'autres substances.

Structure:

Au site actif, le substrat interagit avec l’enzyme, qui s’emboîtent comme une « clé d’une serrure ».

10) Acides nucléiques : ADN, ARN, ATP.

L'ADN et l'ARN ont été isolés pour la première fois du noyau des cellules en 1869 par le scientifique suisse Miescher. Les acides nucléiques sont des polymères dont le monomère est des nucléotides constitués de 2 bases nucléiques adénine et guanine et de 3 pyrimidines cytosine, uracile, thymine.

I) ADN (acide désoxyribonucléique).

Décrypté en 1953 par Watson et Crick. 2 fils s'enroulant en spirale l'un autour de l'autre. L'ADN se trouve dans le noyau.

Un nucléotide est constitué de 3 résidus :

1) Glucides – désoxyribose.

2) Acide phosphorique.

3) Bases azotées.

Les nucléotides ne diffèrent les uns des autres que par leurs bases azotées.

C – cytidyl, G – guanine, T – thymidyl, A – adénine.

Assemblage de molécules d'ADN.

La jonction des nucléotides dans un brin d'ADN se produit par des liaisons covalentes via le glucide d'un nucléotide et le résidu acide phosphorique du nucléotide voisin.

Connexion de deux fils.

Les deux brins sont reliés entre eux par des liaisons hydrogène entre bases azotées. Les bases azotées se combinent selon le principe de complémentarité A-T, G-C. La complémentarité (supplément) est une stricte correspondance de nucléotides situés dans des brins d'ADN appariés. Les bases azotées contiennent le code génétique.

Propriétés et fonctions de l'ADN :

I) Réplication (reduplication) – se doubler. Se produit pendant la période synthétique d'interphase.

1) L’enzyme rompt les liaisons hydrogène et l’hélice se déroule.

2) Un brin est séparé d’une autre partie de la molécule d’ADN (chaque brin est utilisé comme matrice).

3) Les molécules sont affectées par l'enzyme ADN - polymérase.

4) Attacher chaque brin d'ADN avec des nucléotides complémentaires.

5) Formation de deux molécules d'ADN.

II) Stockage d'informations héréditaires sous la forme d'une séquence de nucléotides.

III) Transfert vers le gène. inf.

IV) L'ADN structurel est présent dans le chromosome en tant que composant structurel.

II) ARN (acide ribonucléique).

Un polymère constitué d'une seule chaîne. Ils sont: dans le nucléole, le cytoplasme, les ribosomes, les mitochondries, les plastes.

Le monomère est un nucléotide constitué de 3 résidus :

1) Glucides – ribose.

2) Résidu d'acide phosphorique.

3) Base azotée (non appariée) (A, G, C, U - au lieu de thymine).

Fonctions de l'ARN : transmission et mise en œuvre de l'information héréditaire par la synthèse des protéines.

Types d'ARN :

1) Information (ARNm) ou matrice (ARNm) 5% de tous les ARN.

Il est synthétisé lors de la transcription dans une section spécifique de la molécule d'ADN - un gène. L'ARNm transporte des informations. À propos de la structure protéique (séquence nucléotidique) du noyau au cytoplasme en ribosomes et devient la matrice pour la synthèse des protéines.

2) Ribosomal (ARNr ribosomique) 85 % de tous les ARN synthétisés dans le nucléole font partie des chromosomes et forment le centre actif du ribosome où se produit la biosynthèse des protéines.

3) Transport (ARNt) 10 % de tous les ARN se forment dans le noyau et passent dans le cytoplasme et transportent les acides aminés vers le site de synthèse des protéines, c'est-à-dire vers les ribosomes. Il a donc la forme d’une feuille de trèfle :

III) ATP (acide adénosine triphosphorique).

Un nucléotide constitué de 3 résidus :

1) La base azotée est l'adénine.

2) Le résidu glucidique est le ribose.

3) Trois résidus d'acide phosphorique.

Les liaisons entre les résidus d'acide phosphorique sont riches en énergie et sont appelées macroéléments. Lorsqu’une molécule d’acide phosphorique est éliminée, l’ATP est convertie en ADP et deux molécules sont converties en AMP. Cela libère une énergie de 40 kJ.

ATP (tri) > ADP (di) > AMP (mono).

L'ATP est synthétisé dans les mitochondries à la suite de la réaction de phosphorylation.

Un résidu d'acide phosphorique est ajouté à l'ADP. Ils sont toujours présents dans la cellule, comme produit de son activité vitale.

Fonctions ATP : gardien universel et porteur d’informations.

Type de cours - combiné

Méthodes : partiellement recherche, présentation du problème, explicatif et illustratif.

Cible:

Formation chez les étudiants d'un système holistique de connaissances sur la nature vivante, son organisation systémique et son évolution ;

Capacité à donner une évaluation raisonnée de nouvelles informations sur des questions biologiques ;

Favoriser la responsabilité civique, l’indépendance et l’initiative

Tâches:

Éducatif: sur les systèmes biologiques (cellule, organisme, espèce, écosystème) ; histoire du développement des idées modernes sur la nature vivante ; découvertes exceptionnelles en sciences biologiques; le rôle de la science biologique dans la formation de l'image moderne du monde en matière de sciences naturelles ; méthodes de connaissance scientifique;

Développement capacités créatives dans le processus d'étude des réalisations exceptionnelles de la biologie qui sont entrées dans la culture humaine universelle ; manières complexes et contradictoires de développer des vues scientifiques modernes, des idées, des théories, des concepts, diverses hypothèses (sur l'essence et l'origine de la vie, l'homme) au cours du travail avec diverses sources d'information ;

Éducation conviction dans la possibilité de connaître la nature vivante, la nécessité d'une attitude prudente envers environnement naturel, propre santé ; respect de l'opinion de l'adversaire lors de la discussion de problèmes biologiques

Résultats personnels des études de biologie:

1. éducation à l’identité civique russe : patriotisme, amour et respect de la patrie, sentiment de fierté envers sa patrie ; conscience de son appartenance ethnique; assimilation des valeurs humanistes et traditionnelles de la société multinationale russe ; favoriser le sentiment de responsabilité et de devoir envers la patrie ;

2. la formation d'une attitude responsable envers l'apprentissage, la préparation et la capacité des étudiants à se développer et à s'auto-éduquer sur la base de la motivation pour l'apprentissage et la connaissance, le choix conscient et la construction d'un autre parcours éducatif individuel basé sur l'orientation dans le monde de métiers et préférences professionnelles, en tenant compte du développement durable intérêts cognitifs;

Résultats des méta-matières de l'enseignement de la biologie :

1. la capacité de déterminer de manière indépendante les objectifs de son apprentissage, de se fixer et de formuler de nouveaux objectifs dans les études et activité cognitive, développer les motivations et les intérêts de leur activité cognitive ;

2. maîtrise des composantes de la recherche et les activités du projet, y compris la capacité de voir un problème, de poser des questions, d'émettre des hypothèses ;

3. capacité à travailler avec différentes sources informations biologiques : trouver des informations biologiques dans diverses sources (textes de manuels scolaires, documents scientifiques) littérature populaire, dictionnaires biologiques et ouvrages de référence), analyser et

évaluer les informations;

Cognitif: identification des caractéristiques essentielles des objets et processus biologiques ; fournir des preuves (argumentation) de la relation entre les humains et les mammifères ; les relations entre les humains et l'environnement; dépendance de la santé humaine à l'égard de l'état de l'environnement ; la nécessité de protéger l'environnement; maîtriser les méthodes des sciences biologiques : observation et description d'objets et de processus biologiques ; mettre en place des expériences biologiques et expliquer leurs résultats.

Réglementaire : la capacité de planifier de manière indépendante des moyens d'atteindre des objectifs, y compris des objectifs alternatifs, de choisir consciemment le plus moyens efficaces résoudre des problèmes éducatifs et cognitifs; capacité à organiser la coopération éducative et activités conjointes avec l'enseignant et les pairs ; travailler individuellement et en groupe : trouver décision commune et résoudre les conflits sur la base de la coordination des positions et en tenant compte des intérêts ; formation et développement de compétences dans le domaine de l'utilisation des technologies de l'information et de la communication (ci-après dénommées compétences TIC).

Communicatif: la formation de compétences communicatives dans la communication et la coopération avec les pairs, la compréhension des caractéristiques de la socialisation de genre à l'adolescence, les activités socialement utiles, éducatives, de recherche, créatives et autres.

Les technologies : Conservation de la santé, éducation axée sur les problèmes, développement, activités de groupe

Techniques : analyse, synthèse, inférence, traduction d'informations d'un type à un autre, généralisation.

Pendant les cours

Tâches

Présentez aux élèves la composition chimique des cellules.

Révéler les caractéristiques structurelles des molécules d'eau qui déterminent son rôle dans la vie des cellules et des organismes.

Caractériser le rôle des sels minéraux et de leurs cations et anions constitutifs dans la vie d'une cellule.

Dispositions de base

L'évolution biologique représente une étape naturelle dans le développement de la matière dans son ensemble.

Les conditions cosmiques et planétaires à l’émergence de la vie sont la taille de la planète, la distance au Soleil, l’orbite circulaire et la constance du rayonnement de l’étoile.

La nature réparatrice de l’atmosphère sur la Terre primitive est considérée comme une condition chimique préalable à l’émergence de la vie sur notre planète.

Abiogéniquement à partir des composants de l'atmosphère primaire de la Terre sous l'influence de l'énergie des décharges de foudre, un puissant dur rayonnement ultraviolet Le soleil, etc., pourrait produire une variété de molécules organiques simples : des monomères de polymères biologiques.

DANS solutions aqueuses, dans des conditions plus douces, des composés plus complexes se sont formés à la suite de l'interaction de molécules organiques simples.

Les coacervats sont des complexes multimoléculaires entourés d'une enveloppe aqueuse commune.

Les gouttes de coacervat ont la capacité d'absorber sélectivement les substances de l'environnement et d'effectuer des réactions métaboliques simples.

Lors de la formation du milieu interne des coacervats, les processus de synthèse qui s'y déroulent ont conduit à l'apparition de membranes et de catalyseurs spécifiques de nature protéique.

L'événement le plus important l'évolution prébiologique est l'émergence code génétique sous la forme d'une séquence de codons d'ARN, puis d'ADN, qui s'est avéré capable de stocker des informations sur les combinaisons d'acides aminés les plus réussies dans les molécules protéiques.

L'apparition des premières formes cellulaires marque le début de l'évolution biologique, étapes initiales qui s'est caractérisée par l'apparition d'organismes eucaryotes, le processus sexuel et l'émergence des premiers organismes multicellulaires.

Domaines problématiques

Comment surmonter la barrière de concentration dans les eaux de l’océan primordial ?

Quels sont les principes sélection naturelle coacervat dans les conditions de la Terre primitive ?

Quelles transformations évolutives majeures ont accompagné les premières étapes de l’évolution biologique ?

Substances inorganiques qui composent la cellule

Environ 70 éléments ont été trouvés dans les cellules de différents organismes tableau périodiqueéléments chimiques D.I. Mendeleev, mais seulement 24 d'entre eux ont une signification établie et se retrouvent constamment dans tous les types de cellules.

Le plus grand densité spécifique La composition élémentaire de la cellule est constituée d'oxygène, de carbone, d'hydrogène et d'azote. Ce sont les éléments dits basiques ou biogéniques. Ces éléments représentent plus de 95 % de la masse des cellules, et leur teneur relative dans la matière vivante est bien supérieure à celle de la croûte terrestre.

Les éléments vitaux sont le calcium, le phosphore, le soufre, le potassium, le chlore, le sodium, le magnésium et le fer. Leur contenu dans la cellule est calculé en dixièmes et centièmes de pour cent. Les éléments répertoriés constituent un groupe de macroéléments.

Autre éléments chimiques: le cuivre, le cobalt, le manganèse, le molybdène, le zinc, le bore, le fluor, le chrome, le sélénium, l'aluminium, l'iode, le silicium - sont contenus exclusivement en petites quantités (moins de 0,01 % de la masse cellulaire). Ils appartiennent au groupe des microéléments.

La teneur en pourcentage d'un élément particulier dans le corps ne caractérise en aucun cas le degré d'importance et de nécessité dans le corps. Par exemple, de nombreux microéléments font partie de diverses substances biologiquement actives - enzymes, vitamines, hormones ; ils influencent la croissance et le développement, l'hématopoïèse, les processus de respiration cellulaire, etc.

Eau. Le composé inorganique le plus répandu dans les organismes vivants est l’eau. Son contenu varie considérablement : dans les cellules de l'émail dentaire, il y a environ 10 % d'eau et dans les cellules de l'embryon en développement, plus de 90 %. En moyenne dans organisme multicellulaire l'eau représente environ 80 % du poids corporel.

Le rôle de l’eau dans la cellule est très important. Ses fonctions sont largement déterminées par sa nature chimique. La nature dipolaire de la structure des molécules détermine la capacité de l'eau à interagir activement avec diverses substances. Ses molécules provoquent la dégradation d'un certain nombre de substances hydrosolubles en cations et anions. En conséquence, les ions entrent rapidement dans des réactions chimiques. La plupart des réactions chimiques impliquent des interactions entre des substances hydrosolubles.

Eau. Joue un rôle important dans la vie des cellules et des organismes vivants en général. Outre le fait qu’il fait partie de leur composition, il constitue également pour de nombreux organismes un habitat. Le rôle de l'eau dans une cellule est déterminé par ses propriétés. Ces propriétés sont tout à fait uniques et sont principalement associées à la petite taille des molécules d'eau, à la polarité de ses molécules et à leur capacité à se connecter les unes aux autres par des liaisons hydrogène.

Les molécules d'eau ont une structure spatiale non linéaire. Les atomes d’une molécule d’eau sont maintenus ensemble par des liaisons covalentes polaires qui relient un atome d’oxygène à deux atomes d’hydrogène. La polarité des liaisons covalentes s'explique dans ce cas par la forte électronégativité des atomes d'oxygène par rapport à l'atome d'hydrogène ; L'atome d'oxygène attire les électrons de leurs paires d'électrons communes.

En conséquence, une charge partiellement négative apparaît sur l’atome d’oxygène et une charge partiellement positive sur les atomes d’hydrogène. Des liaisons hydrogène se produisent entre les atomes d’oxygène et d’hydrogène des molécules d’eau voisines.

L’eau est un excellent solvant pour les substances polaires telles que les sels, les sucres, les alcools et les acides. Les substances solubles dans l'eau sont appelées hydrophile.

Les substances insolubles dans l'eau sont appelées hydrophobe.

L'eau a capacité thermique élevée. Rompre les liaisons hydrogène qui maintiennent les molécules d’eau ensemble nécessite l’absorption d’une grande quantité d’énergie. Cette propriété assure l'entretien bilan thermique organisme soumis à des changements importants de température dans l’environnement. De plus, l'eau a conductivité thermique élevée, qui permet au corps de maintenir la même température dans tout son volume. L'eau a également un niveau élevé chaleur de vaporisation, c'est à dire. la capacité des molécules à évacuer une quantité importante de chaleur, refroidissant ainsi le corps. Cette propriété de l’eau est utilisée dans la transpiration chez les mammifères, l’essoufflement thermique chez les crocodiles et la transpiration (évaporation) chez les plantes, les empêchant de surchauffer.

Propriétés biologiques eau:

Transport. L'eau assure le mouvement des substances dans la cellule et le corps, l'absorption des substances et l'élimination des produits métaboliques.

Métabolique. L'eau est le milieu de nombreuses réactions biochimiques dans la cellule.

De construction. Le cytoplasme des cellules contient de 60 à 95 % d'eau. Chez les plantes, l’eau détermine la turgescence cellulaire.

Eau participe à la formation de fluides lubrifiants et de mucus. Cela fait partie de la salive, de la bile, des larmes, etc.

Des sels minéraux. La plupart des substances inorganiques de la cellule se présentent sous forme de sels. Dans une solution aqueuse, les molécules de sel se dissocient en cations et anions. Valeur la plus élevée ont des cations : K+, Na+, Ca2+, Mg2+ et des anions : Cl-, H2PO4-, HPO42-, HCO3-, NO3-, SO42-. Non seulement le contenu, mais aussi le rapport des ions dans la cellule sont importants.

Les propriétés tampons de la cellule dépendent de la concentration de sels à l’intérieur de la cellule.

Tampon appeler la capacité d'une cellule à maintenir la réaction légèrement alcaline de son contenu à un niveau constant.

Questions à débattre

Quelle est la contribution divers éléments dans l’organisation de la matière vivante et non vivante ?

Comment se manifestent-ils ? caractéristiques physico-chimiques l'eau pour assurer les processus vitaux de la cellule et de tout l'organisme ?

Questions et tâches à réviser

1.Quelle substance constitue la base de l'environnement interne des organismes vivants ?

2. Comment l'absence de tout élément requis? Donnez des exemples de tels phénomènes ?

3.Quels éléments cations fournissent la propriété la plus importante des organismes vivants : l'irritabilité ?

4. Trouver dans le matériel de référence les éléments contenus en plus petites quantités dans la cellule. Quel est leur nom commun ? Quel rôle jouent-ils dans la cellule ?

Inorganiquesubstancecellules

L'eau et son rôle dans la vie cellulaire

Composition chimique de la cellule. Composés inorganiques.

Ressources

V. B. ZAKHAROV, S. G. MAMONTOV, N. I. SONIN, E. T. ZAKHAROVA MANUEL «BIOLOGIE» POUR LES ÉTABLISSEMENTS D'ENSEIGNEMENT GÉNÉRAL (niveaux 10-11).

A. P. Plekhov Biologie avec les fondamentaux de l'écologie. Série « Manuels pour les universités. Littérature spéciale".

Livre pour les enseignants Sivoglazov V.I., Sukhova T.S. Kozlova T. A. Biologie : schémas généraux.

Hébergement de présentations

Parmi les substances inorganiques, la cellule contient 86 éléments tableau périodique, environ 16 à 18 éléments sont vitaux pour l’existence normale d’une cellule vivante.

Parmi les éléments figurent : les organogènes, les macroéléments, les microéléments et les ultramicroéléments.

Organogènes

Ce sont les substances qui composent la matière organique : l'oxygène, le carbone, l'hydrogène et l'azote.

Oxygène(65-75%) - contenu dans un nombre énorme molécules organiques - protéines, graisses, glucides, acides nucléiques Oh. Sous forme de substance simple (O2), il se forme lors de la photosynthèse oxygénée (cyanobactéries, algues, plantes).

Fonctions : 1. L'oxygène est un agent oxydant puissant (oxyde le glucose pendant la respiration cellulaire, de l'énergie est libérée au cours du processus)

2. Une partie des substances organiques de la cellule

3. Une partie de la molécule d'eau

Carbone(15-18%) - constitue la base de la structure de toutes les substances organiques. Comme gaz carbonique libéré lors de la respiration et absorbé lors de la photosynthèse. Il peut se présenter sous forme de CO – monoxyde de carbone. Sous forme de carbonate de calcium (CaCO3), il fait partie des os.

Hydrogène(8 à 10 %) - comme le carbone, il fait partie de tout composé organique. Cela fait également partie de l'eau.

Azote(2 - 3%) - fait partie des acides aminés, et donc des protéines, des acides nucléiques, de certaines vitamines et pigments. Fixé par les bactéries de l'atmosphère.

Macronutriments

Magnésium (0,02 - 0,03%)

1. Dans la cellule - une partie des enzymes impliquées dans la synthèse de l'ADN et le métabolisme énergétique

2. Dans les plantes - une partie de la chlorophylle

3. Chez les animaux - une partie des enzymes impliquées dans le fonctionnement des tissus musculaires, nerveux et osseux.

Sodium (0,02 - 0,03%)

1. Dans la cellule - partie des canaux et des pompes potassium-sodium

2. Chez les plantes - participe à l'osmose, qui assure l'absorption de l'eau du sol

3. Chez les animaux - participe à la fonction rénale, maintient le rythme cardiaque, fait partie du sang (NaCl), aide à maintenir l'équilibre acido-basique

Calcium (0,04 - 2,0%)

1. Dans la cellule - participe à la perméabilité sélective de la membrane, au processus de connexion de l'ADN aux protéines

2. Dans les plantes - forme des sels de substances pectiques, confère de la dureté à la substance intercellulaire reliant les cellules végétales et participe également à la formation de contacts intercellulaires

3. Chez les animaux - fait partie des os des vertébrés, des coquilles de mollusques et des polypes coralliens, participe à la formation de la bile, augmente l'excitabilité réflexe de la moelle épinière et du centre de salivation, participe à la transmission synaptique de l'influx nerveux, dans les processus de coagulation sanguine, est un facteur nécessaire à la réduction des muscles striés

Fer (0,02%)

1. Dans la cellule - une partie des cytochromes

2. Chez les plantes - participe à la synthèse de la chlorophylle, fait partie des enzymes impliquées dans la respiration, fait partie des cytochromes

3. Chez les animaux - une partie de l'hémoglobine

Potassium (0,15 - 0,4%)

1. Dans la cellule - maintient les propriétés colloïdales du cytoplasme, fait partie des pompes et des canaux potassium-sodium, active les enzymes impliquées dans la synthèse des protéines pendant la glycolyse

2. Chez les plantes - participe à la régulation du métabolisme de l'eau et de la photosynthèse

3. Nécessaire au bon rythme cardiaque, participe à la conduction de l'influx nerveux

Soufre (0,15 - 0,2%)

1. Dans la cellule - il fait partie de certains acides aminés - la citine, la cystéine et la méthionine, forme des ponts disulfure dans la structure tertiaire des protéines, fait partie de certaines enzymes et coenzyme A, fait partie de la bactériochlorophylle, certains chimiosynthétiques utilisent du soufre composés pour produire de l'énergie

2. Chez les animaux - une partie de l'insuline, de la vitamine B1, de la biotine

Phosphore (0,2 - 1,0%)

1. Dans la cellule - sous forme de résidus d'acide phosphorique, il fait partie de l'ADN, de l'ARN, de l'ATP, des nucléotides, des coenzymes NAD, NADP, FAD, des sucres phosphorylés, des phospholipides et de nombreuses enzymes ; il forme des membranes faisant partie des phospholipides.

2. Chez les animaux - une partie des os, des dents, chez les mammifères, c'est un composant du système tampon, maintient l'équilibre acide du liquide tissulaire relativement constant

Chlore (0,05 - 0,1%)

1. Dans la cellule - participe au maintien de l'électroneutralité de la cellule

2. Chez les plantes - participe à la régulation de la pression de turgescence

3. Chez les animaux - participe à la formation du potentiel osmotique du plasma sanguin, ainsi qu'aux processus d'excitation et d'inhibition dans cellules nerveuses, une partie du suc gastrique sous forme d'acide chlorhydrique

Microéléments

Cuivre

1. Dans la cellule - une partie des enzymes impliquées dans la synthèse des cytochromes

2. Chez les plantes - une partie des enzymes impliquées dans les réactions de la phase sombre de la photosynthèse

3. Chez les animaux - participe à la synthèse de l'hémoglobine, chez les invertébrés il fait partie des hémocyanines - porteurs d'oxygène, chez l'homme - il fait partie du pigment cutané - mélanine

Zinc

1. Participe à la fermentation alcoolique

2. Dans les plantes - une partie des enzymes impliquées dans la dégradation de l'acide carbonique et dans la synthèse des hormones végétales-auxines

Iode

1. Chez les vertébrés - une partie des hormones thyroïdiennes (thyroxine)

Cobalt

1. Chez les animaux - une partie de la vitamine B12 (participe à la synthèse de l'hémoglobine), sa carence entraîne une anémie

Fluor

1. Chez les animaux - donne de la force aux os et à l'émail des dents

Manganèse

1. Dans la cellule - une partie des enzymes impliquées dans la respiration, l'oxydation des acides gras, augmente l'activité carboxylase

2. Chez les plantes - en tant que composant des enzymes, il participe aux réactions sombres de la photosynthèse et à la réduction des nitrates

3. Chez les animaux - une partie des enzymes phosphatases nécessaires à la croissance osseuse

Brome

1. Dans la cellule - une partie de la vitamine B1, impliquée dans la dégradation de l'acide pyruvique

Molybdène

1. Dans la cellule - en tant que composant des enzymes, il participe à la fixation de l'azote atmosphérique

2. Chez les plantes - en tant que membre des enzymes, il participe au travail des stomates et des enzymes impliqués dans la synthèse des acides aminés

Bor

1. Affecte la croissance des plantes

Fonctions des sels minéraux

Les sels minéraux présents dans les solutions aqueuses se dissocient en cations (ions positifs) et anions (ions négatifs).

1. Maintenir l’équilibre acido-basique

Grâce aux systèmes tampons, le pH de l’environnement est régulé. Le système tampon phosphate maintient le pH de l'environnement intracellulaire dans la plage de 6,9 ​​à 7,4. Bicarbonate - au niveau de 7,4.

2. Activation des enzymes

Certains cations sont des activateurs et des composants de diverses enzymes, vitamines et hormones.

3. Structurel

Diverses substances inorganiques servent de source à la synthèse de molécules organiques ou participent à la formation du squelette interne et externe des organismes.

4. Création de potentiels de membrane cellulaire

Les ions potassium prédominent à l’intérieur de la cellule, tandis que les ions sodium et chlore prédominent à l’extérieur. En conséquence, une différence de potentiel se forme entre l'extérieur et surface intérieure membranes cellulaires.

5. Création de pression osmotique

À l’intérieur de la cellule, la concentration d’ions sel est plus élevée, ce qui assure l’écoulement de l’eau dans la cellule et crée une pression de turgescence.

Kirilenko A.A. Biologie. Examen d'État unifié. Rubrique "Biologie moléculaire". Théorie, tâches de formation. 2017.

Les organismes sont constitués de cellules. Les cellules de différents organismes ont des compositions chimiques similaires. Le tableau 1 présente les principaux éléments chimiques présents dans les cellules des organismes vivants.

Tableau 1. Contenu en éléments chimiques dans la cellule

En fonction du contenu de la cellule, trois groupes d'éléments peuvent être distingués. Le premier groupe comprend l'oxygène, le carbone, l'hydrogène et l'azote. Ils représentent près de 98 % de la composition totale de la cellule. Le deuxième groupe comprend le potassium, le sodium, le calcium, le soufre, le phosphore, le magnésium, le fer et le chlore. Leur contenu dans la cellule est de dixièmes et centièmes de pour cent. Les éléments de ces deux groupes sont classés comme macronutriments(du grec macro- grand).

Les éléments restants, représentés dans la cellule par des centièmes et des millièmes de pour cent, sont inclus dans le troisième groupe. Ce microéléments(du grec micro- petit).

Aucun élément propre à la nature vivante n’a été trouvé dans la cellule. Tous les éléments chimiques répertoriés sont inclus dans la composition nature inanimée. Cela indique l'unité de la nature vivante et inanimée.

Une carence en n’importe quel élément peut entraîner des maladies et même la mort de l’organisme, puisque chaque élément joue un rôle spécifique. Les macroéléments du premier groupe constituent la base des biopolymères - protéines, glucides, acides nucléiques ainsi que lipides, sans lesquels la vie est impossible. Le soufre fait partie de certaines protéines, le phosphore fait partie des acides nucléiques, le fer fait partie de l'hémoglobine et le magnésium fait partie de la chlorophylle. Le calcium joue un rôle important dans le métabolisme.

Certains des éléments chimiques contenus dans la cellule font partie de substances inorganiques - les sels minéraux et l'eau.

Des sels minéraux se trouvent généralement dans la cellule sous forme de cations (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) et d'anions (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3), dont le rapport détermine l'acidité du milieu, importante pour la vie des cellules.

(Dans de nombreuses cellules, l'environnement est légèrement alcalin et son pH ne change presque pas, puisqu'un certain rapport de cations et d'anions y est constamment maintenu.)

Parmi les substances inorganiques présentes dans la nature vivante, joue un rôle énorme eau.

Sans eau, la vie est impossible. Il constitue une masse importante pour la plupart des cellules. Les cellules du cerveau et des embryons humains contiennent beaucoup d'eau : plus de 80 % d'eau ; dans les cellules du tissu adipeux - seulement 40, % Avec la vieillesse, la teneur en eau des cellules diminue. Une personne qui a perdu 20 % de son eau meurt.

Les propriétés uniques de l’eau déterminent son rôle dans l’organisme. Il est impliqué dans la thermorégulation, provoquée par la capacité thermique élevée de l'eau - consommation grande quantitéénergie lorsqu’elle est chauffée. Qu’est-ce qui détermine la capacité calorifique élevée de l’eau ?

Dans une molécule d’eau, un atome d’oxygène est lié de manière covalente à deux atomes d’hydrogène. La molécule d'eau est polaire car l'atome d'oxygène a une charge partiellement négative et chacun des deux atomes d'hydrogène a une charge partielle.

Charge partiellement positive. Une liaison hydrogène se forme entre l’atome d’oxygène d’une molécule d’eau et l’atome d’hydrogène d’une autre molécule. Les liaisons hydrogène assurent la connexion d'un grand nombre de molécules d'eau. Lorsque l'eau est chauffée, une partie importante de l'énergie est dépensée pour rompre les liaisons hydrogène, ce qui détermine sa capacité thermique élevée.

Eau - bon solvant. En raison de leur polarité, ses molécules interagissent avec des ions chargés positivement et négativement, favorisant ainsi la dissolution de la substance. Par rapport à l'eau, toutes les substances cellulaires sont divisées en hydrophiles et hydrophobes.

Hydrophile(du grec hydroélectrique- l'eau et filleo- amour) sont appelés substances qui se dissolvent dans l'eau. Ceux-ci incluent des composés ioniques (par exemple, les sels) et certains composés non ioniques (par exemple, les sucres).

Hydrophobe(du grec hydroélectrique- l'eau et Phobos- peur) sont des substances insolubles dans l'eau. Ceux-ci incluent, par exemple, les lipides.

Jeux d'eau grand rôle dans les réactions chimiques se produisant dans une cellule en solution aqueuse. Il dissout les produits métaboliques dont l’organisme n’a pas besoin et favorise ainsi leur élimination du corps. La teneur élevée en eau de la cellule lui confère élasticité. L'eau facilite le mouvement de diverses substances au sein d'une cellule ou d'une cellule à l'autre.

Les corps de la nature vivante et inanimée sont constitués des mêmes éléments chimiques. Les organismes vivants contiennent des substances inorganiques - de l'eau et des sels minéraux. Les nombreuses fonctions d'importance vitale de l'eau dans une cellule sont déterminées par les caractéristiques de ses molécules : leur polarité, leur capacité à former des liaisons hydrogène.

COMPOSANTS INORGANIQUES DE LA CELLULE

Environ 90 éléments se trouvent dans les cellules des organismes vivants, et environ 25 d'entre eux se trouvent dans presque toutes les cellules. Selon leur contenu dans la cellule, les éléments chimiques sont divisés en trois Grands groupes: macroéléments (99%), microéléments (1%), ultramicroéléments (moins de 0,001%).

Les macroéléments comprennent l'oxygène, le carbone, l'hydrogène, le phosphore, le potassium, le soufre, le chlore, le calcium, le magnésium, le sodium et le fer.
Les microéléments comprennent le manganèse, le cuivre, le zinc, l'iode et le fluor.
Les ultramicroéléments comprennent l'argent, l'or, le brome et le sélénium.

COMPOSANTS ORGANIQUES DES CELLULES

Enzymes.

La fonction la plus importante des protéines est catalytique. Les molécules de protéines qui augmentent la vitesse des réactions chimiques dans une cellule de plusieurs ordres de grandeur sont appelées enzymes. Pas un seul processus biochimique dans le corps ne se produit sans la participation d'enzymes.

Actuellement, plus de 2 000 enzymes ont été découvertes. Leur efficacité est plusieurs fois supérieure à celle des catalyseurs inorganiques utilisés dans la production. Ainsi, 1 mg de fer dans l’enzyme catalase remplace 10 tonnes de fer inorganique. La catalase augmente le taux de décomposition du peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2) de 10 à 11 fois. L'enzyme qui catalyse la réaction de formation d'acide carbonique (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) accélère la réaction 10 7 fois.

Une propriété importante des enzymes est la spécificité de leur action : chaque enzyme catalyse seulement une ou un petit groupe de réactions similaires.

La substance sur laquelle agit l’enzyme est appelée substrat. Les structures des molécules d’enzyme et de substrat doivent correspondre exactement les unes aux autres. Ceci explique la spécificité de l'action des enzymes. Lorsqu’un substrat est combiné à une enzyme, la structure spatiale de l’enzyme change.

La séquence d’interaction entre l’enzyme et le substrat peut être représentée schématiquement :

Substrat+Enzyme - Complexe enzyme-substrat - Enzyme+Produit.

Le diagramme montre que le substrat se combine avec l’enzyme pour former un complexe enzyme-substrat. Dans ce cas, le substrat est transformé en une nouvelle substance – un produit. Au stade final, l'enzyme est libérée du produit et interagit à nouveau avec une autre molécule substrat.

Les enzymes ne fonctionnent qu'à une certaine température, concentration de substances et acidité de l'environnement. Des conditions changeantes entraînent des modifications de la structure tertiaire et quaternaire de la molécule protéique et, par conséquent, la suppression de l'activité enzymatique. Comment cela peut-il arriver? Seule une certaine partie de la molécule enzymatique, appelée centre actif. Le centre actif contient de 3 à 12 résidus d'acides aminés et est formé à la suite de la courbure de la chaîne polypeptidique.

Sous l'influence de divers facteurs, la structure de la molécule d'enzyme change. Dans ce cas, la configuration spatiale du centre actif est perturbée et l'enzyme perd son activité.

Les enzymes sont des protéines qui agissent comme des catalyseurs biologiques. Grâce aux enzymes, la vitesse des réactions chimiques dans les cellules augmente de plusieurs ordres de grandeur. Une propriété importante des enzymes est leur spécificité d'action dans certaines conditions.

Acides nucléiques.

Les acides nucléiques ont été découverts dans la seconde moitié du XIXe siècle. Le biochimiste suisse F. Miescher, qui a isolé une substance à haute teneur en azote et en phosphore des noyaux cellulaires et l'a appelée « nucléine » (du lat. cœur- cœur).

Les acides nucléiques stockent des informations héréditaires sur la structure et le fonctionnement de chaque cellule et de tous les êtres vivants sur Terre. Il existe deux types d'acides nucléiques : l'ADN (acide désoxyribonucléique) et l'ARN (acide ribonucléique). Les acides nucléiques, comme les protéines, sont spécifiques à une espèce, c'est-à-dire que les organismes de chaque espèce possèdent leur propre type d'ADN. Pour découvrir les raisons de la spécificité des espèces, considérons la structure des acides nucléiques.

Les molécules d'acide nucléique sont de très longues chaînes composées de plusieurs centaines, voire millions de nucléotides. Tout acide nucléique ne contient que quatre types de nucléotides. Les fonctions des molécules d'acide nucléique dépendent de leur structure, des nucléotides qu'elles contiennent, de leur nombre dans la chaîne et de la séquence du composé dans la molécule.

Chaque nucléotide est constitué de trois composants : une base azotée, un glucide et un acide phosphorique. Chaque nucléotide d'ADN contient l'un des quatre types de bases azotées (adénine - A, thymine - T, guanine - G ou cytosine - C), ainsi que du carbone désoxyribose et un résidu d'acide phosphorique.

Ainsi, les nucléotides de l'ADN ne diffèrent que par le type de base azotée.

La molécule d'ADN est constituée d'un grand nombre de nucléotides reliés en chaîne dans une certaine séquence. Chaque type de molécule d’ADN possède son propre nombre et sa propre séquence de nucléotides.

Les molécules d'ADN sont très longues. Par exemple, pour écrire en lettres la séquence des nucléotides des molécules d’ADN d’une cellule humaine (46 chromosomes), il faudrait un livre d’environ 820 000 pages. L'alternance de quatre types de nucléotides peut former un nombre infini de variantes de molécules d'ADN. Ces caractéristiques structurelles des molécules d'ADN leur permettent de stocker une énorme quantité d'informations sur toutes les caractéristiques des organismes.

En 1953, le biologiste américain J. Watson et le physicien anglais F. Crick créent un modèle de la structure de la molécule d'ADN. Les scientifiques ont découvert que chaque molécule d’ADN est constituée de deux chaînes interconnectées et torsadées en spirale. Cela ressemble à une double hélice. Dans chaque chaîne, quatre types de nucléotides alternent dans une séquence spécifique.

La composition nucléotidique de l'ADN varie selon différents types bactéries, champignons, plantes, animaux. Mais cela ne change pas avec l’âge et dépend peu des changements environnementaux. Les nucléotides sont appariés, c'est-à-dire que le nombre de nucléotides adénine dans toute molécule d'ADN est égal au nombre de nucléotides thymidine (A-T) et le nombre de nucléotides cytosine est égal au nombre de nucléotides guanine (C-G). Cela est dû au fait que la connexion de deux chaînes entre elles dans une molécule d'ADN est soumise à une certaine règle, à savoir : l'adénine d'une chaîne est toujours reliée par deux liaisons hydrogène uniquement avec la thymine de l'autre chaîne, et la guanine - par trois liaisons hydrogène avec la cytosine, c'est-à-dire que les chaînes nucléotidiques d'une molécule d'ADN sont complémentaires et se complètent.

Les molécules d'acide nucléique - ADN et ARN - sont constituées de nucléotides. Les nucléotides d'ADN comprennent une base azotée (A, T, G, C), le désoxyribose glucidique et un résidu de molécule d'acide phosphorique. La molécule d'ADN est une double hélice, constituée de deux chaînes reliées par des liaisons hydrogène selon le principe de complémentarité. La fonction de l'ADN est de stocker les informations héréditaires.

Les cellules de tous les organismes contiennent des molécules d'ATP - acide adénosine triphosphorique. L'ATP est une substance cellulaire universelle dont la molécule possède des liaisons riches en énergie. La molécule d'ATP est un nucléotide unique qui, comme les autres nucléotides, se compose de trois composants : une base azotée - l'adénine, un glucide - le ribose, mais au lieu d'un, elle contient trois résidus de molécules d'acide phosphorique (Fig. 12). Les connexions indiquées sur la figure par une icône sont riches en énergie et sont appelées macroergique. Chaque molécule d'ATP contient deux liaisons à haute énergie.

Lorsqu'une liaison à haute énergie est rompue et qu'une molécule d'acide phosphorique est éliminée à l'aide d'enzymes, 40 kJ/mol d'énergie sont libérées et l'ATP est convertie en ADP - acide adénosine diphosphorique. Lorsqu’une autre molécule d’acide phosphorique est éliminée, 40 kJ/mol supplémentaires sont libérés ; L'AMP se forme - acide adénosine monophosphorique. Ces réactions sont réversibles, c'est-à-dire que l'AMP peut être converti en ADP, l'ADP en ATP.

Les molécules d'ATP sont non seulement décomposées, mais également synthétisées, leur contenu dans la cellule est donc relativement constant. L'importance de l'ATP dans la vie d'une cellule est énorme. Ces molécules jouent un rôle prépondérant dans le métabolisme énergétique nécessaire pour assurer la vie de la cellule et de l’organisme dans son ensemble.

Une molécule d'ARN est généralement une chaîne unique, composée de quatre types de nucléotides - A, U, G, C. Trois principaux types d'ARN sont connus : ARNm, ARNr, ARNt. Le contenu des molécules d'ARN dans une cellule n'est pas constant, elles participent à la biosynthèse des protéines. L'ATP est une substance énergétique universelle de la cellule, qui contient des liaisons riches en énergie. L'ATP joue un rôle central dans le métabolisme énergétique cellulaire. L'ARN et l'ATP se trouvent à la fois dans le noyau et dans le cytoplasme de la cellule.

Tâches et tests sur le thème "Thème 4. "Composition chimique de la cellule".

• polymère, monomère;
• glucide, monosaccharide, disaccharide, polysaccharide ;
• lipide, acide gras, glycérol ;
• acide aminé, liaison peptidique, protéine ;
• catalyseur, enzyme, site actif ;
• acide nucléique, nucléotide.

Algorithme pour résoudre des problèmes.

Type 1. Autocopie de l'ADN.

L'une des chaînes d'ADN a la séquence nucléotidique suivante :
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Quelle séquence nucléotidique possède la deuxième chaîne de la même molécule ?

Pour écrire la séquence nucléotidique du deuxième brin d'une molécule d'ADN, lorsque la séquence du premier brin est connue, il suffit de remplacer la thymine par l'adénine, l'adénine par la thymine, la guanine par la cytosine et la cytosine par la guanine. Après avoir effectué ce remplacement, on obtient la séquence :
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

Type 2. Codage protéique.

La chaîne d'acides aminés de la protéine ribonucléase commence comme suit : lysine-glutamine-thréonine-alanine-alanine-alanine-lysine...
Par quelle séquence nucléotidique commence le gène correspondant à cette protéine ?

Pour ce faire, utilisez la table du code génétique. Pour chaque acide aminé, nous trouvons sa désignation de code sous la forme du triplet de nucléotides correspondant et l'écrivons. En disposant ces triplets les uns après les autres dans le même ordre que les acides aminés correspondants, on obtient la formule de la structure d'une section d'ARN messager. En règle générale, il existe plusieurs de ces triplés, le choix se fait en fonction de votre décision (mais un seul des triplés est pris). Il peut donc y avoir plusieurs solutions.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG

Par quelle séquence d'acides aminés commence une protéine si elle est codée par la séquence de nucléotides suivante :
ACCTTCCATGGCCGGT...

En utilisant le principe de complémentarité, on retrouve la structure d'une section d'ARN messager formée sur un segment donné d'une molécule d'ADN :
UGCGGGGUACCGGCCCA...

On se tourne ensuite vers le tableau du code génétique et pour chaque triplet de nucléotides, en commençant par le premier, on trouve et on écrit l'acide aminé correspondant :
Cystéine-glycine-tyrosine-arginine-proline-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. " Biologie générale". Moscou, "Lumières", 2000

• Thème 4. "Composition chimique de la cellule". §2-§7 p. 7-21
• Thème 5. "Photosynthèse". §16-17 p. 44-48
• Thème 6. "Respiration cellulaire". §12-13 p. 34-38
• Thème 7. "Informations génétiques". §14-15 p. 39-44