Молекулярний рівень організації життя

7. Особливості хімічного складу живих організмів

Хімічні елементи клітини, що входять до складу живих організмів поділяються на:

• органогенні: оксиген (О) + карбон (С) + гідроген (Н) + нітроген (N) = 98 % від маси;

• макроелементи: сульфур (S) + фосфор (P) + хлор (Cl) + калій (K) + магній (Mg) + натрій (Na) + кальцій (Ca) + ферум (Fe) = 1,9 %;

• мікроелементи: йод (J) + кобальт (Co) + манган (Mn) + мідь (Cu) + молібден (Mo) + цинк (Zn), інші = 10 ^–3 – 10 ^–9 %;

• ультамікроелементи: свинець (Pb) + бром (Br) + срібло (Ag) + золото (Au) та інші – містяться тільки їх сліди у клітині (є у дуже малих кількостях, якісно визначаються, а кількісно – ні).

До складу живих організмів входять тільки 27 з 92 хімічних елементів, що містяться в земній корі. Таким чином хімічний елементний склад живих організмів та земної кори відрізняється. Наприклад, склад основних хімічних елементів, що зустрічаються в організмі людини та у земній корі становить:

Земна кора		Організм людини
елемент	% від маси	елемент	% від маси
O	47	H	63
Si	28	O	25,5
Al	7,9	C	9,5
Fe	4,5	N	1,4
Ca	3,5	Ca	0,31
Na	2,5	P	0,22
K	2,5	Cl	0,08
Mg	2,2	K	0,06

Неорганічні речовини клітини

Вода: становить 70-80% від маси клітини; полярний розчинник: молекула Н₂О є диполем (несе одночасно і позитивний і негативний заряд), тому вода володіє здатністю змочувати речовини з полярними та іонними зв’язками (гідрофільні речовини) та відштовхувати речовини з неполярними зв’язками (гідрофобні речовини); володіє високою теплоємністю; створює середовище для біохімічних реакцій; бере участь у хімічних реакціях (гідроліз, гідратація); забезпечує фізичні властивості клітини (об’єм, пружність, терморегуляцію).

Мінеральні солі – дисоціюють на іони (К⁺, Nа⁺, Са²⁺, Мg²⁺, НРО₄^{2 -}, Н₂РО₄^-, С1^-, НСО₃^- та інші); підтримують тиск у клітині; утворюють буферні системи (підтримують р^Н крові); створюють різницю потенціалів на мембрані; беруть участь у зсіданні крові та регуляції процесу м’язового скорочення (Са²⁺); входять до складу кісткової тканини; входять до складу життєво важливих органічних речовин: гемоглобіну (ферум), хлорофілу (магній), вітаміну В₁₂ (кобальт) та інших.

Органічні речовини клітини

Ліпіди – низькомолекулярні, нерозчинні у воді сполуки, складаються з жирних кислот, спиртів, альдегідів, нітрогенвмісних основ та амінокислот; жири (тваринні та рослинні жири (олії) складаються з гліцерину та вищих жирних кислот; функції ліпідів: енергетична, будівельна, захисна, видільна.

Вуглеводи – речовини з загальною формулою (СН₂О)_n: моносахариди (рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариди (сахароза, галактоза, лактоза, мальтоза та інші), полісахариди (крохмаль, глікоген, целюлоза), функції: будівельна, енергетична, запасаюча.

Білки – полімери, мономерами яких є 20 амінокислот; серед амінокислот, що входять до складу білків є 9 незамінних амінокислот, тобто таких, що не синтезуються в організмах людини та тварин: аргінін, валін, ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, треонін, триптофан, фенілаланін; між амінокислотними залишками у молекулі білка утворюється пептидний зв’язок; білки бувають прості і складні; за кількістю амінокислотних залишків розрізняють пептиди, поліпептиди та білки; структура білків: первинна (визначається порядком чергування амінокислот у пептидному ланцюзі, які з’єднуються пептидними зв’язками), вторинна (спірально закручений ланцюг з амінокислотних залишків, який утримується водневими зв’язками між СО– та NH– групами, розташованими на сусідніх витках спіралі); третинна (просторова конфігурація білкової молекули, що нагадує глобулу, підтримується іонними, водневими та дисульфідними зв’язками (S=S)); четвертинна (формується при взаємодії декількох глобул білка, які утримуються електростатичними взаємодіями та водневими зв’язками); функції білків: будівельна, транспортна, рухова, захисна, каталітична, сигнальна, регуляторна, запасаюча, енергетична; властивості білків: денатурація (втрата молекулою білка своєї структури під впливом підвищення температури, зміни рН, зневоднення, опромінення та ін), ренатурація (відновлення структури білка після відновлення нормальних умов, ренатурація можлива тільки у тому випадку, якщо не була порушена первинна структура білка).

Нуклеїнові кислоти – речовини білого кольору, волокнистої структури, погано розчинні у воді; для нуклеїнових кислот характерні процеси денатурації та ренатурації; для ДНК характерний процес реплікації (самоподвоєння); ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) утворена двома ланцюгами, які утворені нуклеотидами (нуклеотид складається з нітратної основи (А (аденін), Г (гуанін), Ц (цитозин), Т (тимін)), дезоксирибози та залишка фосфатної кислоти, нітратні основи сусідніх ланцюгів подвійної спіралі з’єднуються водневими зв’язками відповідно до принципу компліментарності А=Т; Ц=Г; функція ДНК – збереження і передача спадкової інформації; РНК (рибонуклеїнова кислота) складається з одного ланцюга, який утворений нуклеотидами (нуклеотид складається з нітратної основи (А (аденін), Г (гуанін), Ц (цитозин), У (урацил)), рибози та залишку фосфатної кислоти, функції РНК – участь у синтезі білка, транспорт амінокислот; РНК буває: інформаційна або матрична (і-РНК або м-РНК) – переносить інформацію про послідовність амінокислот з ДНК на білок; рибосомальна (р-РНК) – входить до складу рибосом; транспортна (т-РНК) – транспортує амінокислоти до рибосом.

АТФ – універсальна макроергічна сполука, складається із залишка нітратної основи – аденіну, рибози та трьох залишків фосфатної кислоти, містить два макроергічні зв’язки, є універсальним переносником енергії від місць фосфорилювання (окислювального фосфорилювання чи фотофосфорилювання) до органел клітини, де енергія потрібна (наприклад, до рибосом для синтезу білків), АТФ ↔ АДФ ↔ АМФ, при перетворенні АТФ на АДФ виділяється 40 кДж енергії та відщеплюється молекула фосфатної кислоти, а при утворенні АТФ з АДФ та молекули фосфатної кислоти затрачається 40 кДж енергії, аналогічні процеси відбуваються при перетворенні АДФ у АМФ.

Вітаміни – біологічно активні низькомолекулярні органічні речовини різноманітної будови (відомо понад 50), потрібні для життєдіяльності всіх живих організмів, беруть участь у обміні речовин та перетворенні енергії переважно як компоненти ферментів.

Ферменти – біологічні каталізатори біохімічних процесів, понижують енергію активації біохімічних реакцій, специфічні (каталізують певні реакції).

Гормони – біологічно активні речовини, що виробляються залозами внутрішньої та змішаної секреції, а також, скупченнями спеціалізованих клітин організму та мають цілеспрямовану дію на інші органи і тканини.