Pierwiastkowy skład organizmu i tłuszcze.
Pierwiastki budujące środowisko nas otaczające budują też wszystkie żyjące organizmy, ale w różnych proporcjach. Obecne są w nich prawie wszystkie, nawet bardzo rzadkie w przyrodzie pierwiastki.
Najważniejszymi pierwiastkami budującymi organizmy jest tzw. CHON, czyli C - węgiel, H -wodór, O - tlen i N - azot. Często dodaje się do tych czterech pierwiastków także S -siarkę i P - fosfor. W zależności od rodzaju organizmu, poziomu zaawansowania ewolucyjnego i przynależności systematycznej różne pierwiastki występują w różnych ilościach. Wszystkie wymienione wcześniej pierwiastki stanowią element budulcowy i zapasowy organizmów budując białka, tłuszcze, węglowodany, wodę. Innymi ważnymi makro- i mikroelementami, bez których organizm nie mógłby funkcjonować to:
Ca - wapń, podstawowy składnik szkieletu (wraz z fosforem tworzy fosforan wapnia) wewnętrznego, czy też zewnętrznego, budującego różnego rodzaju pancerzyki organizmów niższych
P - fosfor jest składnikiem kości, w postaci reszty fosforanowej dołączony jest do kwasów nukleinowych, ATP, jest też składnikiem buforu fosforanowego krwi, utrzymując stałe pH, u roślin niedobór powoduje silnie ciemno-zielone zabarwienie liści z nabirgami antocjanów
Cl - chlor jest składnikiem soku żołądkowego (kwas solny, HCl), aktywuje niektóre enzymy
Na i K - sód i potas odpowiadają głównie za utrzymanie prawidłowego ciśnienia osmotycznego organizmu i zawartość wody, a także współdziałają w polaryzacji błon komórkowych w neuronach, u roślin stężenie K decyduje o otwieraniu i zamykaniu aparatów szparkowych
Mg - magnez, jest w organizmie ludzkim makroelementem, jest też głównym składnikiem chlorofilu, a zatem od niego zależy prawidłowy przebieg fotosyntezy, jego niedobór prowadzi do chlorozy (zaniku chlorofilu), u człowieka niedobory prowadzą do skurczów i drgania mięśni
Fe - żelazo, jeden z ważniejszych mikroelementów, wchodzi w skład barwnika oddechowego, jakim jest hemoglobina, odpowiedzialny jest zatem za transport gazów oddechowych, u roślin niedobór powoduje chlorozę żelazową, liście stają się odbarwione, jasne, a zielone pozostają tylko żyłki
I - jod, jest niezbędny do syntezy hormonów gruczołu tarczowego
Cu - miedź, jest aktywatorem niektórych enzymów biorących udział w procesach oksydo-redukcyjnych, bierze udział także w procesach krwiotwórczych, nadmiar u roślin może objawiać się brązowymi plamami w obrębie liści
Zn - jest składnikiem enzymów, bierze udział w metabolizmie węglowodanów i białek oraz w procesach wzrostowych, pobudzając podziały komórkowe
F - fluor, jest jednym z mikroelementów o niewielkim znaczeniu biologicznym dla organizmu człowieka; wspomaga odporność zębów na próchnicę
Mn - mangan, jest jednym z ważniejszych mikroelementów. Jest składnikiem wielu enzymów, bierze udział w przemianach węglowodanów i tłuszczów. Jest też ważny w rozwoju roślin.
Komórka jest podstawową jednostką anatomiczną i funkcjonalną każdego organizmu. Składa się ona zasadniczo z 12 występujących powszechnie w przyrodzie pierwiastków (wartości przybliżone): tlen (65%), węgiel (18%), wodór (10%), azot (2.5%), siarka (0.21%), fosfor (0.81%). Inne pierwiastki jak: sód (0.26%), potas (0.27%), wapń (1.4%), magnez (0.04%), żelazo (0.02%), chlor (0.21%) występują w formie jonów i regulują procesy przemiany materii. Udział procentowy poszczególnych pierwiastków w komórce zależy od rodzaju i funkcji komórki (np. duża ilość żelaza zawarta w erytrocytach). Podobnie jak udział pierwiastków w poszczególnych organellach komórkowych. Najważniejszymi związkami organicznymi budującymi komórkę są: białka, lipidy i węglowodany.
Lipidy, czyli tłuszcze; stanowią ok. 2% komórki i są estrami kwasów tłuszczowych i długo łańcuchowych alkoholi. W skład tłuszczów prostych wchodzą: węgiel, wodór i tlen. Nie są rozpuszczalne w wodzie, a w organizmach odgrywają dużą rolę jako materiał zapasowy, a w komórce także jako materiał budulcowy (fosfolipidy są podstawowym składnikiem budującym błonę komórkową), ponadto pochodne kwasów tłuszczowych pełnią funkcje hormonów. Chemicznie tłuszcze można podzielić na nasycone i nienasycone. Tłuszcze nasycone posiadają przynajmniej jedno wiązanie wielokrotne w reszcie kwasu tłuszczowego, a tłuszcze nasycone posiadają wszystkie wiązania pojedyncze. Tłuszcze nienasycone maja niższą temperaturę topnienia, są substancjami ciekłymi w przeciwieństwie do tłuszczów nasyconych.
Synteza kwasów tłuszczowych odbywa się w cytoplazmie komórki i polega na łączenie dwuwęglowych jednostek z udziałem kompleksu enzymatycznego i przy wykorzystaniu NADPH. Ssaki nie mają zdolności syntezowania wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, a więc muszą one być dostarczane razem z pokarmem.
Rozkład kwasów tłuszczowych, czyli tzw. beta-oksydacja to utlenianie długołańcuchowych związków z wydzieleniem energii w postaci ATP. Rozkład odbywa się w cytozolu komórek prokariotycznych, a w komórkach eukariotycznych przebiega w matriks mitochondialnym.
http://sciaga.onet.pl/12581,57,157,50,1,22985,sciaga.html
Białka, tłuszcze, cukry i kwasy nukleinowe
Węglowodany nazywane inaczej sacharydami lub cukrowcami, są związkami organicznymi składającymi się główne z węgla oraz tlenu i wodoru, pozostającymi do siebie kolejno w stosunku 1:1:2.
Ogólny wzór sacharydów to (CH2O)n.
Cukrowce odgrywają różne funkcje przede wszystkim są:
paliwem, dzięki któremu komórka uzyskuje energię,
stanowią materiał zapasowy, gdyż magazynują energię,
stanowią składnik ścian komórkowych roślin ( funkcja budulcowa),
są składnikiem wchodzącym w skład różnych substancji i związków takich jak: glikoproteiny, kwasy nukleinowe i in.
Węglowodany dzielimy na proste i złożone.
Cukrowce proste to inaczej monosacharydy. Wśród nich wyróżnić możemy heptozy, heksozy, pentozy, tetrozy, i triozy.
Najbardziej znanymi pentozami są deoksyryboza i ryboza. Związki te budują kwasy nukleinowe. Najpopularniejszymi heksozami są galaktoza, fruktoza oraz glukoza.
Glukoza w czasie procesu oddychania komórkowego rozpada się na wodę oraz dwutlenek węgla. Następuje zerwanie wiązań pomiędzy kolejnymi cząsteczkami glukozy i dochodzi dzięki temu do uwolnienia się energii, niezbędnej do przebiegu licznych procesów życiowych.
Cukrowce złożone to przede wszystkim polisacharydy oraz disacharydy. Stanowią one połączenia kilku monosacharydów. Najczęściej występującymi w przyrodzie disacharydami są:
-sacharoza, która powstaje przez połączenie się dwóch jednostek fruktozy i glukozy,
- maltoza, powstała przez połączenie się dwóch cząsteczek glukozy,
- laktoza, powstająca w czasie połączenia się galaktozy i glukozy, wiązaniem glikozydowym.
Do węglowodanów złożonych ( polisacharydów) zaliczamy:
- skrobię, stanowi ona materiał zapasowy roślin, buduje ją głównie glukoza, związek ten magazynowany jest w formie ziaren aleuronowych, zlokalizowanych w specjalnych plastydach, zwanych amyloplastami, w czasie hydrolizy tej substancji dochodzi do uwalniania cząsteczek glukozy, z których w wyniku przekształceń, dochodzi do uwolnienia energii, koniecznej do zachowania metabolicznej aktywności.
- glikogen, związek ten bywa czasem nazywany zwierzęcą skrobią, stanowi on materiał zapasowy w tkankach zwierzęcych, najwięcej glikogenu zawierają komórki mięśni oraz wątroby, związek ten w porównaniu do skrobi, znacznie łatwiej ulega hydrolizie
- celuloza, jest to składnik ścian komórkowych, ale tylko u roślin, celulozę tworzą cząsteczki glukozy, jednakże w porównaniu do skrobi w celulozie jest inny typ wiązań występującymi miedzy kolejnymi jednostkami glukozy, związek ten nie ulega rozpadowi pod wpływem wody, człowiek nie jest w stanie trawić niektórych pokarmów pochodzenia roślinnego, zawierającego celulozę, gdyż nie posiada odpowiednich enzymów rozkładających ten związek, dzięki celulozie jednak układ pokarmowy może prawidłowo funkcjonować.
- chityna, jest to związek pochodny do węglowodanów, stanowi on podstawowy element szkieletów u stawonogów, spotykamy go także w ścianach komórkowych niektórych grzybów.
- glikoproteiny, są to węglowodany połączone z białkiem, spotykamy je głównie na powierzchni komórek, stanowią główny element sekrecyjny komórek.
- glikolipidy, są to węglowodany połączone z tłuszczami, występują głównie w komórkach zwierzęcych, glikolipidy zlokalizowane na zewnątrz komórek biorą udział w międzykomórkowych oddziaływaniach.
Najłatwiejszy sposób wykrywania węglowodanów to reakcja płynem Lugola. Obecność cukrowców manifestuje się fioletowym zabarwieniem.
Tłuszcze, czyli inaczej lipidy utworzone są , podobnie jak cukry z węgla, tlenu oraz wodoru, jednakże pierwiastki te występują w innych proporcjach. Tlen bierze udział w powstawaniu grup funkcyjnych o charakterze hydrofilowym, a więc wykazujących oddziaływanie z cząsteczkami wody. Zawartość tlenu w lipidach jest niewielka, powoduje to znacznie gorsze rozpuszczanie się lipidów w wodzie.
Główne funkcje lipidów w komórce:
- stanowią one cenne źródło energii,
- fosfolipidy, wchodzą w skład błon cytoplazmatycznych
- lipidy są hormonami, koniecznymi do prawidłowej pracy organizmu,
- magazynują energię chemiczną.
Tłuszcze możemy podzielić na :
1. Tłuszcze obojętne.
Są to związki stanowiące bardzo ekonomiczne paliwo energetyczne. Stanowią je głównie tłuszcze właściwe, które zbudowane są z glicerolu, będącego trójwęglowym alkoholem z trzema hydroksylowymi grupami, oraz z łańcuchów kwasów tłuszczowych. Kwasy takie posiadają w składzie karboksyl -COOH. W tej grupie tłuszczów spotykamy około trzydziestu kwasów tłuszczowych.
Nasycone kwasy tłuszczowe różnią się od kwasów nienasyconych większą zawartością wodoru, co wiąże się z tym, że kwasy nienasycone mogą posiadać w swojej strukturze wiązania nienasycone, czyli podwójne.
Ze względu na ilość cząsteczek kwasów tłuszczowych, lipidy możemy poklasyfikować na:
- monoacyloglicerole, mające w swojej cząsteczce tylko jeden kwas tłuszczowy,
- diacyloglicerole, posiadające dwie cząsteczki kwasów tłuszczowych,
-triacyloglicerole, analogicznie do powyższych mają one trzy cząsteczki kwasów tłuszczowych
Glicerol wiąże się z kwasami tłuszczowymi za pomocą wiązania estrowego ( reagują ze sobą grupy hydroksylowa oraz karboksylowa , pochodząca z kwasu tłuszczowego). W czasie trawienie tłuszczy obojętnych powstaje glicerol oraz kwasy tłuszczowe.
2. Fosfolipidy.
Związki te budują przede wszystkim błony plazmatyczne. Buduje je cząsteczka glicerolu oraz dwie cząsteczki kwasów tłuszczowych. Dodatkowym elementem jest cząsteczka organiczna zawierająca grupę fosforanową oraz atom azotu ( cholina). Fosfolipidy posiadają amfipatyczny charakter, oznacza to ,że mają "dwa końce", jeden z nich wykazuje właściwości hydrofobowe ( stroniące od wody) a drugi hydrofilowe.
Lipidy można wykryć dzięki reakcji z Sudanem III lub Sudanem IV. Tłuszcz w tej reakcji powinien zabarwić się na kolor pomarańczowy.
Budowa białek.
Związki te budują jednostki aminokwasowi. W każdym aminokwasie występuje grupa aminowa -NH2 oraz karboksylowa -COOH. Dodatkowo każdy aminokwas oprócz glicyny posiada asymetryczny atom węgla oraz boczny łańcuch. Podziału aminokwasów dokonano w zależności od bocznego łańcucha, który w każdym aminokwasie jest inny. W glicynie łańcuchem bocznym jest tylko sam wodór, w alaninie występuje już grupa -CH3.
Białka budują praktycznie wszystkie struktury wchodzące w skład żywych organizmów. Budują histony, wchodzące w skład elementów stabilizujących DNA. Stanowią składniki osocza ( albuminy, globuliny) a poza tym są podstawowym składnikiem budulcowym komórek. Białka buduje dwadzieścia spośród około 23 znanych aminokwasów. Związki te mogą łączyć się ze sobą i tworzyć bardzo różnorodne białka. Kolejne jednostki aminokwasowe łączą się ze sobą za pomocą wiązań peptydowych. Wiązanie takie utworzone jest przez grupę aminową i karboksylową sąsiadujących ze sobą aminokwasów. W momencie połączenia dwóch aminokwasów dochodzi do wydzielenia cząsteczki wody. Jeśli białko zbudowane jest tylko z dwóch aminokwasów to określamy je jako dipeptyd, jeśli białko buduje więcej niż dwa aminokwasy to mówimy, że jest to polipeptyd.
Białko posiada kilka struktur organizacji:
- struktura pierwszorzędowa
Stanowi ja sekwencja aminokwasów, która jest determinowana genetycznie.
- struktura drugorzędowa
Jest to skręcenie cząsteczek polipeptydów w spiralę, która nazywana jest heliksem. Czasami może występować jeszcze inny układ przestrzenny. Regularność struktur zapewniają wiązania wodorowe.
Heliks jest strukturą fałdową i harmonijkową. Stabilność struktury możliwa jest przez połączenia pomiędzy kolejnymi łańcuchami na zewnątrz polipeptydu. Dzięki takiej strukturze białko uzyskuje giętkość.
-struktura trzeciorzędowa
Struktura ta wpływa na ostateczny, trójwymiarowy kształt łańcucha białkowego. Utrzymywana jest przez wiązania wodorowe oraz oddziaływania jonowe, kowalencyjne a także hydrofobowe. Niezwykle ważna jest tez rola mostków disiarczkowych.
- struktura czwartorzędowa
Cechuje ona białka złożone, które składają się z kilku łańcuchów polipeptydowych. Łańcuchy białkowe dopasowują się do siebie i tworzą biologicznie aktywną cząsteczkę białkową.
Czasami funkcja białka wyznaczona jest przez jego strukturę. Biologiczna aktywność białka można zniszczyć przez naruszenie sekwencji aminokwasowej albo poprzez zmianę konformacji polipeptydu.
Zmiana w strukturze białka powoduje bardzo często utratę biologicznej aktywności. Zniszczenie właściwości białka następuje w czasie jego denaturacji. Proces ten jest nieodwracalny ale czasami białka mogą powrócić do swojej pierwotnej struktury ( wynika to ze składu aminokwasowego).
Zasadniczymi funkcjami białek są:
-strukturalna, czyli budulcowa,
- wzmacniająca, zapewniają wytrzymałość odpowiednim strukturom,
- regulatorowa, białka są zarówno hormonami jak i enzymami, które katalizują większość reakcji zachodzących w organizmie,
- transportowe, dzięki swojej strukturze niektóre cząsteczki białka w połączeniu z innymi związkami mogą pełnić ważne funkcje transportowe, np. hemoglobina, transportuje tlen,
- odpornościowe,
- zapasowe,
- energetyczne.
Budowa i rola kwasów nukleinowych.
Główną rola kwasów nukleinowych jest przekazywanie informacji genetycznej. Informacja taka zawiera wskazówki na temat rodzaju białek, które maja być syntetyzowane przez białko.
W komórkach spotykamy dwa rodzaje kwasów nukleinowych:
- RNA, czyli kwas rybonukleinowy,
- DNA, czyli kwas dezoksyrybonukleinowy.
Kwasy nukleinowe tworzą nukleotydy.
Elementami nukleotydu są:
- cukier z rodzaju pentoz, którym jest w zależności od rodzaju kwasu ryboza lub deoksyryboza,
- zasada azotowa ( tymina, adenina, uracyl, guanina, cytozyna),
- reszta kwasu fosforanowego.
Zasady azotowe należą do dwóch grup puryn albo pirymidyn. Cukier wraz z azotową zasadą tworzą nukleozyd.
Nukleotyd to nukleozyd w połączeniu z grupą fosforanową.
W DNA zapisane są wiadomości w formie genów. Informacja ta zawiera "przepis' na wszystkie niezbędne dla organizmu białka. DNA budują dwa łańcuchy polinukleotydowe, które splatają się ze sobą tworząc podwójną helisę. Dwa łańcuchy polinukleotydowe oddziałują ze sobą poprzez wiązania wodorowe, powstające pomiędzy komplementarnymi wobec siebie zasadami. Adenina łączy się tylko z tyminą, tworząc przy tym wiązanie podwójne, a cytozyna łączy się tylko z guaniną i tworzy z nią trzy wiązania wodorowe.
Kwas rybonukleinowy uczestniczy głównie w procesie biosyntezy białka. W komórce występują trzy różne rodzaje RNA.
- mRNA
Jest to matrycowy RNA, bierze on udział w przekazywaniu informacji genetycznej z jądra do cytoplazmy.
-tRNA
Jest to RNA transportujący, który dostarcza odpowiednie aminokwasy do rybosomów oraz odczytuje poszczególne kodony w kwasie mRNA.
-rRNA
Kwas ten nazywany rybosomalnym, buduje obie podjednostki rybosomów.
lunatian