Bioloģiski svarīgi ķīmiskie elementi. Šūnas ķīmiskais sastāvs

Organismi sastāv no šūnām. Dažādu organismu šūnām ir līdzīgs ķīmiskais sastāvs. 1. tabulā parādīti galvenie ķīmiskie elementi, kas atrodami dzīvo organismu šūnās.

1. tabula. Ķīmisko elementu saturs šūnā

Pēc satura šūnā var izdalīt trīs elementu grupas. Pirmajā grupā ietilpst skābeklis, ogleklis, ūdeņradis un slāpeklis. Tie veido gandrīz 98% no kopējā šūnas sastāva. Otrajā grupā ietilpst kālijs, nātrijs, kalcijs, sērs, fosfors, magnijs, dzelzs, hlors. To saturs šūnā ir procenta desmitdaļas un simtdaļas. Šo divu grupu elementi pieder makroelementi(no grieķu val. makro- liels).

Pārējie elementi, kas šūnā attēloti ar procenta simtdaļām un tūkstošdaļām, ir iekļauti trešajā grupā. to mikroelementi(no grieķu val. mikro- mazs).

Šūnā netika atrasti tikai dzīvajai dabai raksturīgi elementi. Visi iepriekš minētie ķīmiskie elementi ir iekļauti nedzīvā daba. Tas norāda uz dzīvās un nedzīvās dabas vienotību.

Jebkura elementa trūkums var izraisīt slimības un pat ķermeņa nāvi, jo katram elementam ir noteikta loma. Pirmās grupas makroelementi veido biopolimēru pamatu - olbaltumvielas, ogļhidrāti, nukleīnskābes, kā arī lipīdus, bez kuriem dzīve nav iespējama. Sērs ir daļa no dažiem proteīniem, fosfors ir daļa no nukleīnskābēm, dzelzs ir daļa no hemoglobīna un magnijs ir daļa no hlorofila. Kalcijam ir svarīga loma metabolismā.

Daļa no šūnā esošajiem ķīmiskajiem elementiem ir daļa no organisko vielu- minerālsāļi un ūdens.

minerālsāļišūnā parasti ir katjonu (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) un anjonu (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3) veidā. ), kuru attiecība nosaka barotnes skābumu, kas ir svarīgs šūnu dzīvībai.

(Daudzās šūnās barotne ir nedaudz sārmaina, un tās pH gandrīz nemainās, jo tajā pastāvīgi tiek uzturēta noteikta katjonu un anjonu attiecība.)

No savvaļas neorganiskajām vielām milzīga loma ir ūdens.

Dzīve nav iespējama bez ūdens. Tas veido ievērojamu lielāko daļu šūnu masu. Smadzeņu un cilvēka embriju šūnās ir daudz ūdens: vairāk nekā 80% ūdens; taukaudu šūnās - tikai 40%.Līdz vecumam ūdens saturs šūnās samazinās. Cilvēks, kurš zaudē 20% ūdens, mirst.

Ūdens unikālās īpašības nosaka tā lomu organismā. Tas ir iesaistīts termoregulācijā, kas ir saistīts ar ūdens lielo siltuma jaudu - patēriņu liels skaits enerģiju sildot. Kas nosaka ūdens lielo siltumietilpību?

Ūdens molekulā skābekļa atoms ir kovalenti saistīts ar diviem ūdeņraža atomiem. Ūdens molekula ir polāra, jo skābekļa atomam ir daļēji negatīvs lādiņš, un katram no diviem ūdeņraža atomiem ir

Daļēji pozitīvs lādiņš. Ūdeņraža saite veidojas starp vienas ūdens molekulas skābekļa atomu un citas molekulas ūdeņraža atomu. Ūdeņraža saites nodrošina liela skaita ūdens molekulu savienojumu. Sildot ūdeni, ievērojama daļa enerģijas tiek tērēta ūdeņraža saišu pārraušanai, kas nosaka tā augsto siltumietilpību.

Ūdens - labs šķīdinātājs. Polaritātes dēļ tās molekulas mijiedarbojas ar pozitīvi un negatīvi lādētiem joniem, tādējādi veicinot vielas šķīšanu. Attiecībā uz ūdeni visas šūnas vielas ir sadalītas hidrofilās un hidrofobās.

hidrofils(no grieķu val. hidro- ūdens un fileo- mīlestība) sauc par vielām, kas izšķīst ūdenī. Tie ietver jonu savienojumus (piemēram, sāļus) un dažus nejonu savienojumus (piemēram, cukurus).

hidrofobs(no grieķu val. hidro- ūdens un fobos- bailes) sauc par vielām, kas nešķīst ūdenī. Tajos ietilpst, piemēram, lipīdi.

Ūdens spēlē liela lomaķīmiskajās reakcijās, kas notiek šūnā ūdens šķīdumi. Tas izšķīdina organismam nevajadzīgos vielmaiņas produktus un tādējādi veicina to izvadīšanu no organisma. Augstais ūdens saturs šūnā to nodrošina elastība. Ūdens atvieglo dažādu vielu kustību šūnā vai no šūnas uz šūnu.

Dzīvās un nedzīvās dabas ķermeņi sastāv no vieniem un tiem pašiem ķīmiskajiem elementiem. Dzīvo organismu sastāvā ietilpst neorganiskās vielas - ūdens un minerālsāļi. Daudzās svarīgās ūdens funkcijas šūnā ir saistītas ar tās molekulu īpatnībām: to polaritāti, spēju veidot ūdeņraža saites.

ŠŪNAS NEORGANISKĀS SASTĀVDAĻAS

Apmēram 90 elementi ir atrodami dzīvo organismu šūnās, un aptuveni 25 no tiem ir atrodami gandrīz visās šūnās. Pēc satura šūnā ķīmiskos elementus iedala trīs lielas grupas: makroelementi (99%), mikroelementi (1%), ultramikroelementi (mazāk nekā 0,001%).

Makroelementi ir skābeklis, ogleklis, ūdeņradis, fosfors, kālijs, sērs, hlors, kalcijs, magnijs, nātrijs un dzelzs.
Pie mikroelementiem pieder mangāns, varš, cinks, jods, fluors.
Ultramikroelementi ietver sudrabu, zeltu, bromu, selēnu.

ŠŪNAS ORGANISKĀS SASTĀVDAĻAS

Fermenti.

Olbaltumvielu vissvarīgākā funkcija ir katalītiska. Tiek sauktas olbaltumvielu molekulas, kas palielina ķīmisko reakciju ātrumu šūnā par vairākām kārtām fermenti. Neviens bioķīmisks process organismā nenotiek bez enzīmu līdzdalības.

Līdz šim ir atklāti vairāk nekā 2000 fermentu. To efektivitāte daudzkārt pārsniedz ražošanā izmantoto neorganisko katalizatoru efektivitāti. Tātad 1 mg dzelzs katalāzes enzīma sastāvā aizvieto 10 tonnas neorganiskā dzelzs. Katalāze palielina ūdeņraža peroksīda (H 2 O 2) sadalīšanās ātrumu 10 11 reizes. Enzīms, kas katalizē ogļskābes veidošanos (CO 2 + H 2 O \u003d H 2 CO 3), paātrina reakciju 10 7 reizes.

Svarīga fermentu īpašība ir to darbības specifika, katrs ferments katalizē tikai vienu vai nelielu līdzīgu reakciju grupu.

Vielu, uz kuru ferments iedarbojas, sauc substrāts. Fermenta molekulas un substrāta struktūrām precīzi jāsakrīt. Tas izskaidro fermentu darbības specifiku. Ja substrātu apvieno ar fermentu, mainās fermenta telpiskā struktūra.

Enzīma un substrāta mijiedarbības secību var attēlot shematiski:

Substrāts+Enzīms - Enzīmu-substrātu komplekss - Enzīms+Produkts.

No diagrammas var redzēt, ka substrāts apvienojas ar fermentu, veidojot enzīma-substrāta kompleksu. Šajā gadījumā substrāts tiek pārveidots par jaunu vielu - produktu. Pēdējā posmā ferments tiek atbrīvots no produkta un atkal mijiedarbojas ar nākamo substrāta molekulu.

Fermenti funkcionē tikai pie noteiktas temperatūras, vielu koncentrācijas, vides skābuma. Apstākļu maiņa izraisa izmaiņas proteīna molekulas terciārajā un ceturtajā struktūrā un līdz ar to fermentu aktivitātes nomākšanu. Kā tas notiek? Tikai noteiktai fermenta molekulas daļai ir katalītiskā aktivitāte, ko sauc aktīvais centrs. Aktīvais centrs satur no 3 līdz 12 aminoskābju atlikumiem un veidojas polipeptīdu ķēdes locīšanas rezultātā.

Dažādu faktoru ietekmē mainās fermenta molekulas struktūra. Šajā gadījumā tiek traucēta aktīvā centra telpiskā konfigurācija, un ferments zaudē savu aktivitāti.

Fermenti ir proteīni, kas darbojas kā bioloģiskie katalizatori. Pateicoties fermentiem, ķīmisko reakciju ātrums šūnās palielinās par vairākām kārtām. Svarīga fermentu īpašība ir darbības specifika noteiktos apstākļos.

Nukleīnskābes.

Nukleīnskābes tika atklātas 19. gadsimta otrajā pusē. Šveices bioķīmiķis F. Mišers, kurš no šūnu kodoliem izdalīja vielu ar augstu slāpekļa un fosfora saturu un nosauca to par "nukleīnu" (no lat. kodols- kodols).

glabājas nukleīnskābēs iedzimta informācija par katras šūnas un visu dzīvo būtņu uzbūvi un darbību uz Zemes. Ir divu veidu nukleīnskābes – DNS (dezoksiribonukleīnskābe) un RNS (ribonukleīnskābe). Nukleīnskābes, tāpat kā olbaltumvielas, ir specifiskas sugai, tas ir, katras sugas organismiem ir savs DNS tips. Lai noskaidrotu sugu specifikas iemeslus, apsveriet nukleīnskābju struktūru.

Nukleīnskābju molekulas ir ļoti garas ķēdes, kas sastāv no daudziem simtiem un pat miljoniem nukleotīdu. Jebkura nukleīnskābe satur tikai četru veidu nukleotīdus. Nukleīnskābju molekulu funkcijas ir atkarīgas no to struktūras, to sastāvā esošajiem nukleotīdiem, to skaita ķēdē un savienojuma secības molekulā.

Katrs nukleotīds sastāv no trim sastāvdaļām: slāpekļa bāzes, ogļhidrātu un fosforskābes. Katrs DNS nukleotīds satur vienu no četriem slāpekļa bāzu veidiem (adenīns - A, timīns - T, guanīns - G vai citozīns - C), kā arī dezoksiribozes ogļhidrātu un fosforskābes atlikumu.

Tādējādi DNS nukleotīdi atšķiras tikai ar slāpekļa bāzes veidu.

DNS molekula sastāv no milzīga skaita nukleotīdu, kas savienoti ķēdē noteiktā secībā. Katram DNS molekulas veidam ir savs nukleotīdu skaits un secība.

DNS molekulas ir ļoti garas. Piemēram, lai burtiski ierakstītu nukleotīdu secību DNS molekulās no vienas cilvēka šūnas (46 hromosomas), būtu nepieciešama grāmata ar aptuveni 820 000 lappušu. Četru veidu nukleotīdu maiņa var veidot bezgalīgu skaitu DNS molekulu variantu. Šīs DNS molekulu struktūras iezīmes ļauj tām uzglabāt milzīgu informācijas daudzumu par visām organismu pazīmēm.

1953. gadā amerikāņu biologs Dž. Vatsons un angļu fiziķis F. Kriks izveidoja DNS molekulas uzbūves modeli. Zinātnieki ir atklājuši, ka katra DNS molekula sastāv no divām savstarpēji savienotām un spirāli savītām virknēm. Tas izskatās kā dubultā spirāle. Katrā ķēdē noteiktā secībā mijas četru veidu nukleotīdi.

DNS nukleotīdu sastāvs ir atšķirīgs dažādi veidi baktērijas, sēnītes, augi, dzīvnieki. Bet tas nemainās ar vecumu, tas maz ir atkarīgs no izmaiņām. vidi. Nukleotīdi ir savienoti pārī, tas ir, adenīna nukleotīdu skaits jebkurā DNS molekulā ir vienāds ar timidīna nukleotīdu skaitu (A-T), un citozīna nukleotīdu skaits ir vienāds ar guanīna nukleotīdu skaitu (C-G). Tas ir saistīts ar faktu, ka divu ķēžu savienojums viena ar otru DNS molekulā pakļaujas noteiktu noteikumu, proti: vienas ķēdes adenīnu vienmēr savieno divas ūdeņraža saites tikai ar otras ķēdes timīnu, bet guanīnu - trīs ūdeņraža saites ar citozīnu, tas ir, vienas DNS molekulas nukleotīdu ķēdes ir komplementāras, papildina viena otru.

Nukleīnskābju molekulas – DNS un RNS sastāv no nukleotīdiem. DNS nukleotīdu sastāvā ietilpst slāpekļa bāze (A, T, G, C), dezoksiribozes ogļhidrāts un fosforskābes molekulas atlikums. DNS molekula ir dubultspirāle, kas sastāv no divām virknēm, kas savienotas ar ūdeņraža saitēm saskaņā ar komplementaritātes principu. DNS funkcija ir saglabāt iedzimtu informāciju.

Visu organismu šūnās ir ATP molekulas - adenozīna trifosforskābe. ATP ir universāla šūnu viela, kuras molekulā ir ar enerģiju bagātas saites. ATP molekula ir viena veida nukleotīds, kas, tāpat kā citi nukleotīdi, sastāv no trim sastāvdaļām: slāpekļa bāzes - adenīna, ogļhidrāta - ribozes, bet viena vietā tajā ir trīs fosforskābes molekulu atliekas (12. att.). Attēlā ar ikonu norādītās saites ir bagātas ar enerģiju un tiek sauktas makroerģisks. Katra ATP molekula satur divas makroerģiskās saites.

Pārraujot augstas enerģijas saiti un ar enzīmu palīdzību atdalot vienu fosforskābes molekulu, atbrīvojas 40 kJ/mol enerģijas, un ATP pārvēršas par ADP - adenozīndifosforskābi. Likvidējot vēl vienu fosforskābes molekulu, izdalās vēl 40 kJ / mol; Veidojas AMP - adenozīna monofosforskābe. Šīs reakcijas ir atgriezeniskas, tas ir, AMP var pārvērsties par ADP, ADP - par ATP.

ATP molekulas tiek ne tikai sadalītas, bet arī sintezētas, tāpēc to saturs šūnā ir samērā nemainīgs. ATP nozīme šūnas dzīvē ir milzīga. Šīm molekulām ir vadošā loma enerģijas metabolismā, kas nepieciešams, lai nodrošinātu šūnas un visa organisma dzīvības aktivitāti.

RNS molekula, kā likums, ir viena ķēde, kas sastāv no četru veidu nukleotīdiem - A, U, G, C. Ir zināmi trīs galvenie RNS veidi: mRNS, rRNS, tRNS. RNS molekulu saturs šūnā nav nemainīgs, tās ir iesaistītas olbaltumvielu biosintēzē. ATP ir šūnas universālā enerģētiskā viela, kurā ir ar enerģiju bagātas saites. ATP ir galvenā loma enerģijas apmaiņā šūnā. RNS un ATP atrodas gan šūnas kodolā, gan citoplazmā.

Uzdevumi un testi par tēmu "4. tēma. "Šūnas ķīmiskais sastāvs."

• polimērs, monomērs;
• ogļhidrāti, monosaharīds, disaharīds, polisaharīds;
• lipīds, taukskābes, glicerīns;
• aminoskābe, peptīdu saite, proteīns;
• katalizators, ferments, aktīvā vieta;
• nukleīnskābe, nukleotīds.

Algoritms problēmu risināšanai.

1. tips. DNS paškopēšana.

Vienai no DNS ķēdēm ir šāda nukleotīdu secība:
AGTACCGATACCGATTTCG...
Kāda nukleotīdu secība ir tās pašas molekulas otrajai ķēdei?

Lai uzrakstītu DNS molekulas otrās virknes nukleotīdu secību, kad ir zināma pirmās virknes secība, pietiek aizstāt timīnu ar adenīnu, adenīnu ar timīnu, guanīnu ar citozīnu un citozīnu ar guanīnu. Veicot šo aizstāšanu, mēs iegūstam secību:
TACTGGCTATGAGCTAAATG...

2. veids. Olbaltumvielu kodēšana.

Ribonukleāzes proteīna aminoskābju ķēdei ir šāds sākums: lizīns-glutamīns-treonīns-alanīns-alanīns-alanīns-lizīns ...
Kāda nukleotīdu secība sāk gēnu, kas atbilst šim proteīnam?

Lai to izdarītu, izmantojiet ģenētiskā koda tabulu. Katrai aminoskābei mēs atrodam tās koda apzīmējumu atbilstošā nukleotīdu trio veidā un izrakstām to. Sakārtojot šos tripletus vienu pēc otra tādā pašā secībā, kādā iet atbilstošās aminoskābes, iegūstam ziņneša RNS sekcijas struktūras formulu. Parasti ir vairāki šādi trīskārši, izvēle tiek veikta pēc jūsu lēmuma (bet tiek ņemts tikai viens no trīskāršiem). Attiecīgi var būt vairāki risinājumi.
AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG

Ar kādu aminoskābju secību sākas proteīns, ja to kodē šāda nukleotīdu secība:
ACGCCATGGCCGGT...

Saskaņā ar komplementaritātes principu mēs atrodam informatīvās RNS sadaļas struktūru, kas veidojas uz noteiktā DNS molekulas segmenta:
UGCGGGUACCCGCCCA...

Pēc tam vēršamies pie ģenētiskā koda tabulas un katram nukleotīdu trio, sākot no pirmā, atrodam un izrakstām tai atbilstošo aminoskābi:
Cisteīns-glicīns-tirozīns-arginīns-prolīns-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Mjagkova A.N. " Vispārējā bioloģija". Maskava, "Apgaismība", 2000

• 4. tēma." Ķīmiskais sastāvsšūnas." §2-§7, 7.-21. lpp
• 5. tēma. "Fotosintēze". §16-17 44.-48.lpp
• 6. tēma "Šūnu elpošana". §12-13 34.-38.lpp
• 7. tēma. "Ģenētiskā informācija". §14-15 39.-44.lpp

Šūnu veido aptuveni 70 pamatelementi , ko var atrast periodiskajā tabulā. No tiem tikai 24 ir atrodami visās šūnās.

Galvenie elementi ir ūdeņradis, ogleklis, skābeklis un slāpeklis. Tie ir galvenie šūnu elementi, taču vienlīdz svarīga loma ir tādiem elementiem kā kālijs, jods, magnijs, hlors, dzelzs, kalcijs un sērs. Tie ir makroelementi, kas šūnās ir salīdzinoši nelielā daudzumā (līdz procenta desmitdaļām).

Šūnās ir vēl mazāk mikroelementu (mazāk nekā 0,01% no šūnu masas). Tajos ietilpst varš, molibdēns, bors, fluors, hroms, cinks, silīcijs un kobalts.

Elementu vērtība un saturs organismu šūnās norādīts tabulā.

4.1. tabula

Makroelementu funkcija organismā

4. tabula 1 (beigas)

Mikroelementu un ultramikroelementu funkcija cilvēka organismā

organisko vielu

Organiskie savienojumi veido vidēji 20–30% no dzīvā organisma šūnu masas. Tajos ietilpst bioloģiskie polimēri – olbaltumvielas, nukleīnskābes un polisaharīdi, kā arī tauki un vairākas zemas molekulmasas organiskās vielas – aminoskābes, vienkāršie cukuri, nukleotīdi utt.

Polimēri ir sarežģītas, sazarotas vai lineāras molekulas, kas hidrolīzes laikā sadalās monomēros. Ja polimērs sastāv no viena veida monomēriem, tad šādu polimēru sauc par homopolimēru, ja polimēra molekulā ir dažādi monomēri, tad tas ir heteropolimērs.

Ja polimēra molekulā atkārtojas dažādu monomēru grupa, tas ir parasts heteropolimērs; ja neatkārtojas noteikta monomēru grupa, heteropolimērs ir neregulārs.

Kā daļu no šūnas tos pārstāv olbaltumvielas, ogļhidrāti, tauki, nukleīnskābes (DNS un RNS) un adenozīna trifosfāts (ATP).

Vāveres

No šūnas organiskajām vielām daudzuma un vērtības ziņā pirmajā vietā ir olbaltumvielas. Olbaltumvielas jeb olbaltumvielas (no grieķu protos - pirmkārt, galvenais) - augstas molekulārās heteropolimēri, organiskās vielas un sadalās pēc hidrolīzes līdz aminoskābēm.

Vienkāršas olbaltumvielas (sastāv tikai no aminoskābēm) sastāv no oglekļa, ūdeņraža, slāpekļa, skābekļa un sēra.

Dažas olbaltumvielas (kompleksās olbaltumvielas) veido kompleksus ar citām molekulām, kas satur fosforu, dzelzi, cinku un varu - tās ir kompleksas olbaltumvielas, kas papildus aminoskābēm satur arī neolbaltumvielu - protēžu grupu. To var attēlot ar metāla joniem (metālu olbaltumvielām - hemoglobīnu), ogļhidrātiem (glikoproteīniem), lipīdiem (lipoproteīniem), nukleīnskābēm (nukleoproteīniem).

Olbaltumvielām ir milzīga molekulmasa: Vienai no olbaltumvielām - piena globulīnam - ir molekulārais svars 42000.

Olbaltumvielas ir neregulāri heteropolimēri, kuru monomēri ir α-aminoskābes. Vairāk nekā 170 atrasti šūnās un audos dažādas aminoskābes, bet olbaltumvielas satur tikai 20 α-aminoskābes.

Atkarībā no tā, vai organismā var sintezēt aminoskābes, ir: neaizvietojamās aminoskābes - desmit organismā sintezētās aminoskābes un neaizstājamās aminoskābes - aminoskābes, kas organismā netiek sintezētas. Neaizstājamās aminoskābes jāuzņem ar pārtiku.

Atkarībā no aminoskābju sastāva, olbaltumvielas ir pilnīgas ja tie satur visu neaizstājamo aminoskābju komplektu un bojāts ja dažu neaizvietojamo aminoskābju to sastāvā nav.

Vispārīgā aminoskābju formula ir parādīta attēlā. Visi α -aminoskābes pie α -oglekļa atoms satur ūdeņraža atomu, karboksilgrupu (-COOH) un aminogrupu (-NH2). Pārējo molekulas daļu attēlo radikālis.

Aminogrupa viegli piesaista ūdeņraža jonu, t.i. parāda pamata īpašības. Karboksilgrupa viegli atdod ūdeņraža jonu - tai piemīt skābes īpašības. Aminoskābes ir amfotērisks savienojumi, jo šķīdumā tie var darboties gan kā skābes, gan kā bāzes. Ūdens šķīdumos aminoskābes pastāv dažādās jonu formās. Tas ir atkarīgs no šķīduma pH un no tā, vai aminoskābe ir neitrāla, skāba vai bāziska.

Atkarībā no aminoskābju veidojošo aminogrupu un karboksilgrupu skaita ir neitrālas aminoskābes ar vienu karboksilgrupu un vienu aminogrupu, bāzes aminoskābes ar vēl vienu aminogrupu radikālā un skābās aminoskābes ar vēl vienu karboksilgrupu. grupa radikālā.

Peptīdi- organiskas vielas, kas sastāv no neliela skaita aminoskābju atlikumu, kas savienoti ar peptīdu saiti. Peptīdu veidošanās notiek aminoskābju kondensācijas reakcijas rezultātā (4.6. att.).

Kad vienas aminoskābes aminogrupa mijiedarbojas ar citas aminoskābes karboksilgrupu, starp tām rodas kovalentā slāpekļa-oglekļa saite, ko sauc peptīds. Atkarībā no aminoskābju atlikumu skaita, kas veido peptīdu, izšķir dipeptīdus, tripeptīdus, tetrapeptīdus utt. Peptīdu saites veidošanos var atkārtot daudzas reizes. Tas noved pie veidošanās polipeptīdi. Ja polipeptīds sastāv no liela skaita aminoskābju atlikumu, tad to jau sauc par proteīnu. Vienā molekulas galā ir brīva aminogrupa (saukta par N-galu), bet otrā galā ir brīva karboksilgrupa (saukta par C-galu).

Olbaltumvielu molekulas uzbūve

Atsevišķu specifisku proteīnu funkciju veikšana ir atkarīga no to molekulu telpiskās konfigurācijas, turklāt šūnai ir enerģētiski nelabvēlīgi proteīnus turēt paplašinātā veidā, ķēdes formā, tāpēc polipeptīdu ķēdes tiek salocītas, iegūstot. noteikta trīsdimensiju struktūra, vai uzbūve. Ir 4 proteīnu telpiskās organizācijas līmeņi.

Primārā struktūra proteīns - aminoskābju atlikumu secība polipeptīdu ķēdē, kas veido proteīna molekulu. Saite starp aminoskābēm ir peptīds.

Olbaltumvielu molekulas primārā struktūra nosaka olbaltumvielu molekulu īpašības un to telpisko konfigurāciju. Tikai vienas aminoskābes aizstāšana ar citu polipeptīdu ķēdē izraisa izmaiņas proteīna īpašībās un funkcijās.

Piemēram, sestās glutamīna aminoskābes aizstāšana hemoglobīna b-apakšvienībā ar valīnu noved pie tā, ka hemoglobīna molekula kopumā nevar veikt savu galveno funkciju - skābekļa transportēšanu (šādos gadījumos cilvēkam attīstās slimība - sirpjveida šūnu anēmija).

Pirmais proteīns, kura aminoskābju secība tika identificēta, bija hormona insulīns. Pētījumus Kembridžas Universitātē veica F. Sangers no 1944. līdz 1954. gadam. Tika konstatēts, ka insulīna molekula sastāv no divām polipeptīdu ķēdēm (21 un 30 aminoskābju atlikumiem), kas atrodas blakus viena otrai ar disulfīda tiltiem. Par savu rūpīgo darbu F.Sangeram tika piešķirta Nobela prēmija.

Rīsi. 4.6. Olbaltumvielu molekulas primārā struktūra

sekundārā struktūra- sakārtota polipeptīdu ķēdes locīšana α-spirāle(izskatās pēc izstieptas atsperes) un β-struktūra (salocīts slānis). AT α- spirāles NH grupa no šī aminoskābju atlikuma mijiedarbojas ar CO grupa ceturtā tā palieka. Gandrīz visas "CO-" un "NH-grupas" piedalās ūdeņraža saišu veidošanā. Tie ir vājāki par peptīdu, bet, atkārtojot daudzas reizes, piešķir šai konfigurācijai stabilitāti un stingrību. Sekundārās struktūras līmenī ir olbaltumvielas: fibroīns (zīds, tīkls), keratīns (mati, nagi), kolagēns (cīpslas).

Terciārā struktūra- polipeptīdu ķēžu sakraušana lodītes, kas rodas ķīmisko saišu (ūdeņraža, jonu, disulfīda) rašanās un hidrofobas mijiedarbības izveidošanās starp aminoskābju atlikumu radikāļiem. Galvenā loma terciārās struktūras veidošanā ir hidrofilai-hidrofobajai mijiedarbībai. Ūdens šķīdumos hidrofobajiem radikāļiem ir tendence slēpties no ūdens, grupējoties lodītes iekšpusē, savukārt hidrofilie radikāļi mēdz parādīties uz molekulas virsmas hidratācijas rezultātā (mijiedarbība ar ūdens dipoliem).

Dažos proteīnos terciāro struktūru stabilizē disulfīda kovalentās saites, kas veidojas starp divu cisteīna atlieku sēra atomiem. Terciārās struktūras līmenī ir fermenti, antivielas, daži hormoni. Saskaņā ar molekulas formu olbaltumvielas ir lodveida un fibrilāras. Ja fibrilārie proteīni pilda galvenokārt atbalsta funkcijas, tad globulārie proteīni ir šķīstoši un veic daudzas funkcijas šūnu citoplazmā vai ķermeņa iekšējā vidē.

Kvartāra struktūra raksturīgs kompleksiem proteīniem, kuru molekulas veido divas vai vairākas lodītes. Apakšvienības molekulā notur tikai nekovalentās saites, galvenokārt ūdeņraža un hidrofobās saites.

Visvairāk pētītais proteīns ar kvartāru struktūru ir hemoglobīns. To veido divas a-apakšvienības (141 aminoskābes atlikums) un divas b-apakšvienības (146 aminoskābju atlikumi).Ar katru apakšvienību ir saistīta dzelzi saturoša hēma molekula. Daudzi proteīni ar kvartāru struktūru ir starpposms starp molekulām un šūnu organellām - piemēram, citoskeleta mikrotubulas sastāv no proteīna tubulīns kas sastāv no divām apakšvienībām. Caurule pagarinās, jo galā ir piestiprināti dimēri.

Ja kāda iemesla dēļ olbaltumvielu telpiskā uzbūve atšķiras no normālās, olbaltumviela nevar veikt savas funkcijas.

Rīsi. 4.7. Olbaltumvielu molekulu struktūras

Olbaltumvielu īpašības

1. Olbaltumvielas ir amfoteriskie savienojumi, apvieno bāziskās un skābes īpašības, ko nosaka aminoskābju radikāļi. Ir skābie, bāziskie un neitrālie proteīni. Spēja dot un piesaistīt H + nosaka bufera īpašības olbaltumvielas, viens no spēcīgākajiem buferiem – hemoglobīns eritrocītos, kas uztur asins pH nemainīgā līmenī.
2. ēst vāveres šķīstošs, tur ir nešķīstošs olbaltumvielas, kas veic mehāniskās funkcijas (fibroīns, keratīns, kolagēns).
3. Ķīmiski ir olbaltumvielas aktīvs(enzīmi), ir ķīmiski neaktīvs.
4. Tur ir ilgtspējīgu dažādu vides apstākļu ietekmei un ārkārtīgi nestabils. Ārējie faktori (temperatūras izmaiņas, vides sāls sastāvs, pH, starojums) var izraisīt proteīna molekulas strukturālās organizācijas pārkāpumu.
5. Trīsdimensiju konformācijas zaudēšanas procesu, kas piemīt noteiktai proteīna molekulai, sauc denaturācija. Denaturācijas cēlonis ir saišu pārtraukšana, kas stabilizē noteiktu proteīna struktūru. Tajā pašā laikā denaturāciju nepavada polipeptīdu ķēdes iznīcināšana.Izmaiņas telpiskajā konfigurācijā izraisa proteīna īpašību izmaiņas un rezultātā proteīnam nav iespējams veikt savas bioloģiskās funkcijas. .
6. Denaturācija var būt: atgriezenisks, sauc proteīna struktūras atjaunošanas procesu pēc denaturācijas renaturācija. Ja proteīna telpiskās konfigurācijas atjaunošana nav iespējama, tad sauc par denaturāciju neatgriezeniski.
7. Par proteīna molekulas primārās struktūras iznīcināšanu sauc degradācija.

Rīsi. 4.8. Olbaltumvielu denaturācija un renaturācija

Olbaltumvielu funkcijas

Olbaltumvielas šūnā veic dažādas funkcijas.

Funkcionālā aktivitāte ir proteīniem ar terciāru strukturālā organizācija, bet vairumā gadījumu specifisku funkciju nodrošina tikai terciārās organizācijas proteīnu pāreja uz kvartāru struktūru.

Enzīmu funkcija

Visas bioloģiskās reakcijas šūnā notiek, piedaloties īpašiem bioloģiskiem katalizatoriem - enzīmiem, un jebkurš enzīms ir proteīns, fermenti ir lokalizēti visās šūnu organellās un ne tikai vada dažādu reakciju gaitu, bet arī paātrina tās desmitiem un simtiem tūkstošu. reizes. Katrs no fermentiem ir stingri specifisks.

Tātad, cietes sadalīšanās un pārvēršanās cukurā (glikozē) izraisa amilāzes enzīmu, niedru cukurs sadala tikai invertāzes enzīmu utt.

Daudzus fermentus jau sen izmanto medicīnas un pārtikas (maizes, alus darīšanas u.c.) nozarēs.

Fermenti ir specifiski – tie var katalizēt viena veida reakcijas – noteikta substrāta molekula nonāk aktīvajā centrā.

Tā kā gandrīz visi fermenti ir olbaltumvielas (ir ribozīmi, RNS katalizē dažas reakcijas), to aktivitāte ir visaugstākā fizioloģiskajā normāli apstākļi: lielākā daļa fermentu ir visaktīvākie tikai tad, kad noteikta temperatūra, pH, ātrums ir atkarīgs no fermenta un substrāta koncentrācijas.

Kad temperatūra paaugstinās līdz noteiktai vērtībai (vidēji līdz 50°C), katalītiskā aktivitāte palielinās (katriem 10°C reakcijas ātrums palielinās apmēram 2 reizes).

strukturālā funkcija

Olbaltumvielas ir daļa no visām membrānām, kas apņem un iekļūst šūnā, un organellās.

Savienojumā ar DNS olbaltumvielas veido hromosomu ķermeni, un, apvienojot to ar RNS, tas veido ribosomu ķermeni.

Zemas molekulmasas olbaltumvielu šķīdumi ir daļa no šūnu šķidrajām frakcijām.

Regulējošā funkcija

Daži proteīni ir hormoni – bioloģiski aktīvas vielas, ko asinīs izdala dažādi dziedzeri, kas ir iesaistīti vielmaiņas procesu regulēšanā.

Hormoni insulīns un glikagons regulē ogļhidrātu līmeni asinīs.

transporta funkcija

Tieši ar olbaltumvielām ir saistīta skābekļa, kā arī hormonu pārnešana dzīvnieku un cilvēku organismā (to veic asins proteīns hemoglobīns).

motora funkcija

Visu veidu šūnu motoriskās reakcijas veic īpaši kontraktilie proteīni aktīns un miozīns, kas izraisa muskuļu kontrakciju, flagellu un skropstu kustību vienšūņos, hromosomu kustību šūnu dalīšanās laikā un augu kustību.

Aizsardzības funkcija

Daudzas olbaltumvielas veido aizsargapvalku, kas pasargā organismu no kaitīgās ietekmes, piemēram, ragu veidojumiem – matiem, nagiem, nagiem, ragiem. Šī ir mehāniskā aizsardzība. Reaģējot uz svešu proteīnu (antigēnu) ievadīšanu organismā, asins šūnās tiek ražotas proteīna rakstura vielas (antivielas), kas tās neitralizē, pasargājot organismu no kaitīgās iedarbības. Tā ir imunoloģiskā aizsardzība.

enerģijas funkcija

Olbaltumvielas var kalpot kā enerģijas avots. Sadaloties līdz sabrukšanas galaproduktiem – ogļskābās gāzes, ūdens un slāpekli saturošām vielām, tās atbrīvo šūnā daudziem dzīvības procesiem nepieciešamo enerģiju 17,6 KJ.

Receptoru funkcija

Receptoru proteīni ir membrānā iestrādātas olbaltumvielu molekulas, kas var mainīt savu struktūru, reaģējot uz konkrētas ķīmiskas vielas pievienošanu.

Rezerves funkcija

Šo funkciju veic tā sauktie rezerves proteīni, kas ir augļa uztura avoti, piemēram, olu proteīni (ovalbumīni). Piena galvenais proteīns (kazeīns) arī veic galvenokārt uztura funkciju.

Kā aminoskābju avots organismā tiek izmantotas vairākas citas olbaltumvielas, kas savukārt ir bioloģiski aktīvo vielu prekursori, kas regulē vielmaiņas procesus.

Toksiska funkcija

toksīni, toksiskas vielas dabiska izcelsme. Parasti pie toksīniem tiek klasificēti lielmolekulārie savienojumi (olbaltumvielas, polipeptīdi u.c.), kas, nonākot organismā, ražo antivielas.

Atbilstoši darbības mērķim toksīnus iedala šādās grupās:

Hematiskās indes ir indes, kas ietekmē asinis.

Neirotoksīni ir indes, kas ietekmē nervu sistēmu un smadzenes.

Mioksiskās indes ir indes, kas bojā muskuļus.

Hemotoksīni ir toksīni, kas bojā asinsvadus un izraisa asiņošanu.

Hemolītiskie toksīni ir toksīni, kas bojā sarkanās asins šūnas.

Nefrotoksīni ir toksīni, kas bojā nieres.

Kardiotoksīni ir toksīni, kas bojā sirdi.

Nekrotoksīni ir toksīni, kas iznīcina audus, izraisot to nekrozi (nekrozi).

Indīgās vielas ir falotoksīni un amatoksīni dažādi veidi: bāla grebe, smirdīga mušmire, pavasaris.

Ogļhidrāti

Ogļhidrāti, vai saharīdi, - organiskās vielas, kas ietver oglekli, skābekli, ūdeņradi. Dzīvnieku šūnās ogļhidrāti veido aptuveni 1% no sausnas masas, bet aknu un muskuļu šūnās - līdz 5%. Augu šūnas ir visbagātākās ar ogļhidrātiem (līdz 90% no sausās masas).

Ogļhidrātu ķīmisko sastāvu raksturo to vispārīgā formula C m (H 2 O) n, kur m≥n. Ūdeņraža atomu skaits ogļhidrātu molekulās parasti ir divreiz lielāks par skābekļa atomu skaitu (tas ir, kā ūdens molekulā). Līdz ar to nosaukums ogļhidrāti.

Augu šūnās tie ir daudz vairāk nekā dzīvnieku šūnās. Ogļhidrāti satur tikai oglekli, ūdeņradi un skābekli.

Vienkāršākie ogļhidrāti ir vienkāršie cukuri (monosaharīdi). Tie satur piecus (pentozes) vai sešus (heksozes) oglekļa atomus un tikpat daudz ūdens molekulu.

Monosaharīdu piemēri ir glikoze un fruktoze, kas atrodama daudzos augu augļos. Papildus augiem glikoze ir arī daļa no asinīm.

Kompleksie ogļhidrāti sastāv no vairākām vienkāršu ogļhidrātu molekulām. Divi monosaharīdi veido disaharīdu.

Piemēram, uztura cukurs (saharoze) sastāv no glikozes molekulas un fruktozes molekulas.

Daudz vairāk vienkāršo ogļhidrātu molekulas ir iekļautas tādos kompleksos ogļhidrātos kā ciete, glikogēns, šķiedra (celuloze).

Šķiedru molekulā, piemēram, no 300 līdz 3000 glikozes molekulām.

Ogļhidrātu funkcijas

Enerģijas funkcija

viena no galvenajām ogļhidrātu funkcijām. Ogļhidrāti (glikoze) ir galvenie enerģijas avoti dzīvnieku organismā. Nodrošina līdz 67% no ikdienas enerģijas patēriņa (vismaz 50%). Sadalot 1 g ogļhidrātu, izdalās 17,6 kJ ūdens un oglekļa dioksīds.

uzglabāšanas funkcija

izpaužas kā cietes uzkrāšanās augu šūnās un glikogēna uzkrāšanās dzīvnieku šūnās, kas pilda glikozes avotu lomu, viegli atbrīvojot to pēc vajadzības.

Atbalsta un būvniecības funkcija

Ogļhidrāti ir daļa no šūnu membrānām un šūnu sieniņām (celuloze ir daļa no augu šūnu sienas, posmkāju apvalks veidojas no hitīna, mureīns veido baktēriju šūnu sienu). Apvienojumā ar lipīdiem un olbaltumvielām tie veido glikolipīdus un glikoproteīnus. Riboze un dezoksiriboze ir daļa no nukleotīdu monomēriem.

Receptoru funkcija

Glikoproteīnu un šūnu sieniņu glikolipīdu oligosaharīdu fragmenti veic receptoru funkciju, uztverot signālus no ārējās vides.

Aizsargājošs funkciju

Dažādu dziedzeru izdalītās gļotas ir bagātas ar ogļhidrātiem un to atvasinājumiem (piemēram, glikoproteīniem). Tie aizsargā barības vadu, zarnas, kuņģi, bronhus no mehāniskiem bojājumiem, novērš baktēriju un vīrusu iekļūšanu organismā.

Lipīdi

Lipīdi ir organisko savienojumu grupa, kam nav vienas ķīmiskās īpašības. Tos vieno tas, ka tie visi nešķīst ūdenī, bet labi šķīst organiskajos šķīdinātājos (ēterī, hloroformā, benzīnā).

Atšķiriet vienkāršus un sarežģītus lipīdus.

Vienkāršie lipīdi ir divkomponentu vielas, kas ir augstāku taukskābju un jebkura spirta, biežāk glicerīna, esteri.

Kompleksie lipīdi sastāv no daudzkomponentu molekulām.

No vienkāršie lipīdi apsvērt tauki un vaski.

Tauki plaši izplatīts dabā. Tauki ir augstāko taukskābju un trīsvērtīgā spirta glicerīna esteri. Ķīmijā šo organisko savienojumu grupu parasti sauc par triglicerīdiem, jo ​​visas trīs glicerīna hidroksilgrupas ir saistītas ar taukskābēm.

Triglicerīdu sastāvā ir atrastas vairāk nekā 500 taukskābes, kuru molekulām ir līdzīga struktūra.

Tāpat kā aminoskābēm, arī taukskābēm visām skābēm ir vienāda grupa – hidrofilā karboksilgrupa (-COOH) un hidrofobs radikāls, kas tās atšķir vienu no otras. Tāpēc taukskābju vispārējā formula ir R-COOH. Radikāls ir ogļūdeņraža aste, kas atšķiras ar dažādām taukskābēm ar -CH 2 grupu skaitu.

Lielākā daļa taukskābes satur pāra skaitu oglekļa atomu "aste", no 14 līdz 22 (visbiežāk 16 vai 18). Turklāt ogļūdeņraža aste var saturēt dažādus dubultsaišu daudzumus. Ar dubultsaišu esamību vai neesamību ogļūdeņraža astē, piesātinātās taukskābes, kas nesatur dubultās saites ogļūdeņraža astē un nepiesātinātās taukskābes, kurām ir dubultās saites starp oglekļa atomiem (-CH=CH-). Ja triglicerīdos dominē piesātinātās taukskābes, tad tās istabas temperatūrā ir cietas (tauki), ja nepiesātinātās taukskābes ir šķidras (eļļas). Tauku blīvums ir mazāks nekā ūdens blīvums, tāpēc tie peld ūdenī un atrodas uz virsmas.

Vasks- vienkāršu lipīdu grupa, kas ir augstāku taukskābju un augstākas molekulmasas spirtu esteri. Tie sastopami gan dzīvnieku, gan augu valstībā, kur pilda galvenokārt aizsargfunkcijas.

Piemēram, augos tie pārklāj lapas, stublājus un augļus ar plānu kārtu, pasargājot tos no mitrināšanas ar ūdeni un mikroorganismu iekļūšanas. Augļu glabāšanas laiks ir atkarīgs no vaska pārklājuma kvalitātes. Medu uzglabā zem bišu vaska seguma un attīstās kāpuri.

uz sarežģītiem lipīdiem Tajos ietilpst fosfolipīdi, glikolipīdi, lipoproteīni, steroīdi, steroīdu hormoni, vitamīni A, D, E, K.

Fosfolipīdi- daudzvērtīgo spirtu esteri ar augstākām taukskābēm, kas satur fosforskābes atlikumu. Dažreiz ar to var saistīt papildu grupējumus (slāpekļa bāzes, aminoskābes).

Parasti fosfolipīdu molekulā ir divi augstāki taukskābju atlikumi un viens fosforskābes atlikums. Fosfolipīdi atrodas visās dzīvo būtņu šūnās, piedaloties galvenokārt šūnu membrānu fosfolipīdu divslāņa veidošanā - fosforskābes atlikumi ir hidrofīli un vienmēr ir vērsti uz membrānas ārējo un iekšējo virsmu, savukārt hidrofobās astes ir vērstas viena pret otru iekšpusē. membrāna.

Glikolipīdi ir lipīdu ogļhidrātu atvasinājumi. To molekulu sastāvā kopā ar daudzvērtīgo spirtu un augstākām taukskābēm ir arī ogļhidrāti. Tie ir lokalizēti galvenokārt uz plazmas membrānas ārējās virsmas, kur to ogļhidrātu komponenti ir starp citiem šūnu virsmas ogļhidrātiem.

Lipoproteīni- lipīdu molekulas, kas saistītas ar olbaltumvielām. Membrānās to ir daudz, olbaltumvielas var iekļūt membrānā cauri, atrodas zem vai virs membrānas, var tikt iegremdētas lipīdu divslānī dažādos dziļumos.

Lipoīdi- taukiem līdzīgas vielas. Tie ietver steroīdi(dzīvnieku audos plaši izplatīts holesterīns un tā atvasinājumi - virsnieru garozas hormoni - mineralokortikoīdi, glikokortikoīdi, estradiols un testosterons - attiecīgi sieviešu un vīriešu dzimumhormoni). Terpēni ir lipoīdi ( ēteriskās eļļas, no kā atkarīga augu smarža), giberelīni (augu augšanas vielas), daži pigmenti (hlorofils, bilirubīns), taukos šķīstošie vitamīni (A, D, E, K).

Lipīdu funkcijas ir parādītas 4.1. tabulā.

4.2. tabula.

Tauku funkcijas

Rīsi. 9. Lipīdu un ogļhidrātu ķīmiskā struktūra

Adenozīna trifosfāts (ATP)

Tā ir daļa no jebkuras šūnas, kur tā veic vienu no svarīgākajām funkcijām – enerģijas krātuvi. ATP molekulas sastāv no slāpekļa bāzes adenīna, ogļhidrātu ribozes un trīs fosforskābes molekulām.

Nestabilās ķīmiskās saites, kas savieno fosforskābes molekulas ATP, ir ļoti bagātas ar enerģiju (makroerģiskās saites): kad šīs saites tiek sarautas, enerģija tiek atbrīvota un tiek izmantota dzīvā šūnā, lai nodrošinātu dzīvībai svarīgos procesus un organisko vielu sintēzi.

Rīsi. 4.10. ATP molekulas struktūra

4.4. Praktisks uzdevums

Instrukcija

Galvenie elementi, kas atrodami šūnās, ir ūdeņradis, ogleklis, skābeklis un slāpeklis. Šos ķīmiskos elementus sauc par biogēniem, jo ​​tie spēlē izšķirošā lomašūnu aktivitātē. Tie veido deviņdesmit piecus procentus no kopējās šūnu masas. Šos elementus papildina tādas vielas kā sērs un fosfors, kas kopā ar biogēniem elementiem veido šūnu galveno organisko savienojumu molekulas.

Tikpat svarīgi funkcionēšanai ir makroelementu klātbūtne. To skaits ir neliels, mazāks par procentu no kopējās masas, bet nenovērtējams. Makroelementi ietver tādas vielas kā nātrijs, kālijs, hlors, magnijs un kalcijs.

Visi makroelementi ir atrodami šūnās jonu veidā un ir tieši iesaistīti vairākos šūnu procesi, piemēram, kalcija joni ir iesaistīti muskuļu kontrakcijās, motoriskajās funkcijās un asinsrecē, un joni ir atbildīgi par ribosomu darbu. Arī augu šūnas nevar iztikt bez magnija – tas ir daļa no hlorofila un nodrošina mitohondriju darbību. Nātrijs un kālijs, elementi, kas atrodami cilvēka šūnās, savukārt ir atbildīgi par nervu impulsu pārraidi un sirdsdarbības ātrumu.

Ne mazāk svarīga funkcionāla nozīme ir mikroelementiem - vielām, kuru saturs nepārsniedz vienu simtdaļu procenta no kopējās šūnu masas. Tie ir dzelzs, cinks, mangāns, varš, kobalts, cinks un noteikta veida šūnām arī bors, alumīnijs, hroms, fluors, selēns, molibdēns, jods un silīcijs.

Šūnas veidojošo elementu nozīme netiek atspoguļota procentos. Piemēram, bez vara redoksprocesu funkcionēšana būs liels jautājums, turklāt šim elementam, neskatoties uz tā zemo saturu šūnās, ir liela nozīme molusku dzīvē, atbildot par skābekļa transportēšanu visā ķermenī.

Dzelzs ir tāds pats mikroelements kā varš, un tā saturs šūnās ir zems. Bet bez šīs vielas vesels cilvēks to vienkārši nav iespējams iedomāties. Hemoglobīna hēms un daudzi fermenti nevar iztikt bez šī elementa. Dzelzs ir arī elektronu nesējs.

Aļģu, sūkļu, kosu un mīkstmiešu šūnām ir nepieciešams tāds elements kā silīcijs. Tā loma mugurkaulniekiem ir ne mazāk izteikta – vislielākais saturs ir saitēs un skrimšļos. Fluors lielos daudzumos ir atrodams zobu un kaulu emaljas šūnās, un bors ir atbildīgs par augu organismu augšanu. Pat mazākajam mikroelementu saturam šūnās ir sava nozīme, un tas spēlē savu neuzkrītošo, bet svarīgo lomu.

Atsevišķa grupa starp makroelementiem ir organogēnie elementi(O, C, H, N), kas veido visu organisko vielu molekulas.

Makroelementi, to loma šūnā.Organogēnie elementi - skābeklis, ogleklis, ūdeņradis un slāpeklis veido ≈ 98% no šūnas ķīmiskā satura. Tie viegli veido kovalentās saites, daloties ar diviem elektroniem (pa vienam no katra atoma), un tāpēc šūnā veidojas dažādas organiskās vielas.

Dzīvībai svarīgi ir arī citi makroelementi dzīvnieku un cilvēku šūnās (kālijs, nātrijs, magnijs, kalcijs, hlors, dzelzs), kas veido aptuveni 1,9%.

Tātad kālija un nātrija joni regulē osmotisko spiedienu šūnā, nosaka normālu sirdsdarbības ritmu, nervu impulsa rašanos un vadīšanu. Kalcija joni ir iesaistīti asinsrecē, muskuļu šķiedru kontrakcijā. Nešķīstošie kalcija sāļi piedalās kaulu un zobu veidošanā.

Magnija joniem ir svarīga loma ribosomu un mitohondriju darbībā. Dzelzs ir daļa no hemoglobīna.

Mikroelementi, to loma šūnā. Mikro- un ultramikroelementu bioloģisko lomu nosaka nevis to procentuālais daudzums, bet gan tas, ka tie ir daļa no fermentiem, vitamīniem un hormoniem. Piemēram, kobalts ir daļa no vitamīna B 12, jods ir daļa no hormona tiroksīna, varš ir daļa no fermentiem, kas katalizē redoksprocesus.

Ultramikroelementi, to loma šūnā. To koncentrācija nepārsniedz 0,000001%. Tie ir šādi elementi: zelts, sudrabs, svins, urāns, selēns, cēzijs, berilijs, rādijs uc Daudzu ķīmisko elementu fizioloģiskā loma vēl nav noskaidrota, taču tie ir nepieciešami normālai organisma darbībai. Piemēram, ultramikroelementa Selēna trūkums izraisa vēža attīstību.

Vispārīga informācija par bioloģiskā nozīme galvenie ķīmiskie elementi, kas atrodas dzīvo organismu šūnās, ir parādīti 4.1. tabulā.

Ar svarīga ķīmiskā elementa trūkumu noteikta reģiona augsnē, kas izraisa tā trūkumu organismā vietējie iedzīvotāji, ir ts endēmiskas slimības.

Visi ķīmiskie elementi šūnā atrodas jonu veidā vai ir daļa no ķīmiskām vielām.

Tab. 4.1.Šūnas galvenie ķīmiskie elementi un to nozīme organismu dzīvē un darbībā

Šūnu ķīmiskās vielas