JAKI JEST SKŁAD CHEMICZNY ISTOT ŻYWYCH? - BIOLOGIA - 2026

Skład chemiczny istot żywych opiera się na cząsteczkach organicznych i niektórych pierwiastkach nieorganicznych, mniej więcej w tych samych proporcjach i które we wszystkich pełnią podobne funkcje.

Żywe organizmy składają się z komórek, a ich organizacja jest różna w stopniu złożonym. Niektóre są stosunkowo proste, na przykład bakterie, a inne charakteryzują się bardziej złożonymi wzorcami organizacyjnymi, z dużo większą liczbą elementów w ich organizacji wewnętrznej, jak ma to miejsce w przypadku większości komórek eukariotycznych.

Zdjęcie: «oblako3011» na www.pixabay.com

Elementy strukturalne materii żywej zbudowane są z biocząsteczek, a głównymi składnikami większości tych biocząsteczek są w przypadku człowieka np. Węgiel (50%), tlen (20%), wodór (10%). ), azot (8,5%), wapń (4%) i fosfor (2,5%) (wszystkie wartości w stosunku do suchej masy).

Te sześć pierwiastków stanowi około 95% całkowitego składu materii organicznej, pozostałe 5% to inne pierwiastki, takie jak: potas, siarka, sód, chlor, magnez, żelazo, mangan i jod.

Należy zauważyć, że większość składu organizmów (ponad 60% masy ciała) to woda w stanie ciekłym, który jest podstawowym składnikiem życia, ponieważ zanurzone są w niej zarówno struktury wewnątrzkomórkowe, jak i same komórki. .

To płynne podłoże zapewnia komórkom najważniejsze warunki konieczne, w których zachodzą wszystkie reakcje biochemiczne niezbędne do przeżycia.

skład chemiczny żywej istoty

- Złożone biomolekuły

Kilka głównych pierwiastków wchodzących w skład materii żywej łączy się w różnych proporcjach, tworząc różne zestawy małych cząsteczek organicznych, które z kolei służą jako elementy strukturalne do tworzenia bardziej złożonych biomolekuł.

Związek między tymi elementami strukturalnymi a głównymi złożonymi biomolekułami organizmów jest następujący:

- Deoksyrybonukleotydy i kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA)

- rybonukleotydy i kwas rybonukleinowy (RNA)

- Aminokwasy i białka

- Monosacharydy i polisacharydy

- Kwasy tłuszczowe i lipidy

Deoksyrybonukleotydy i kwas dezoksyrybonukleinowy

Kwas dezoksyrybonukleinowy lub DNA zawiera informacje dziedziczne wszystkich żywych istot, prokariotów i eukariontów. Ta ważna biocząsteczka determinuje również główne cechy komórki, zarówno z morfologicznego, metabolicznego, strukturalnego, jak i rozwojowego punktu widzenia.

DNA koduje informacje niezbędne do syntezy białek, a także te potrzebne do syntezy RNA, który jest kolejną ważną cząsteczką organiczną niezbędną do syntezy i kontroli wielu procesów komórkowych.

Jest to polimer złożony z dwóch nici podjednostek zwanych nukleotydami, których struktury tworzą cząsteczka deoksyrybozy (monosacharyd o 5 atomach węgla), jedna lub więcej grup fosforanowych oraz zasada azotowa z jednym lub dwoma pierścieniami (puryna lub pirymidyna, odpowiednio).

Puryczne zasady DNA to adenina (A) i guanina (G), podczas gdy zasady pirymidynowe to tymina (T) i cytozyna (C).

Liniowo nukleotydy tej samej nici DNA są połączone ze sobą wiązaniami fosfodiestrowymi, które składają się z grup fosforanowych i cukrów, z którymi są połączone kowalencyjnie.

Zasady obecne w jednej nici są komplementarne z tymi, które są przeciwne w drugiej nici za pomocą wiązań wodorowych, zawsze w ten sam sposób: adenina z tyminą (AT) i guanina z cytozyną (GC) ).

Różne zasady azotowe w DNA i RNA.
Źródło użytkownika: Sponktranslation: Użytkownik: Jcfidy

Rybonukleotydy i kwas rybonukleinowy

Podobnie jak DNA, kwas rybonukleinowy jest biomolekułą i jest odpowiedzialny za proces wiązania aminokwasów tworzących białka, a także inne bardziej złożone procesy regulacji i kontroli ekspresji genów.

Jest również biopolimerem, ale tworzące go nukleotydy nazywane są rybonukleotydami, ponieważ monosacharyd, który je buduje, nie jest dezoksyrybozą, jak w DNA, ale rybozą. Mają również jedną lub więcej grup fosforanowych, a ich zasady azotowe różnią się od zasad DNA tym, że nie ma guaniny, ale uracyl (U).

Aminokwasy i białka

Białka to biocząsteczki, które mogą osiągać różne stopnie złożoności i są bardzo wszechstronne pod względem budowy i funkcji. Nie tylko nadają komórkom strukturę i kształt, ale mogą również mieć działania, które pozwalają na szybki rozwój niezbędnych reakcji biochemicznych (enzymów).

Niezależnie od typu danego białka, wszystkie składają się z podstawowych „cegiełek” zwanych aminokwasami , które są cząsteczkami, które mają „asymetryczny” atom węgla przyłączony do grupy aminowej (-NH2), do grupy karboksylowej (-COOH), atom wodoru (-H) i grupę R, która je różnicuje.

Graficzne przedstawienie struktury białka rybosomalnego (źródło: Jawahar Swaminathan i pracownicy MSD w Europejskim Instytucie Bioinformatyki za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Najbardziej powszechnych aminokwasów w przyrodzie jest 20 i są one klasyfikowane zgodnie z tożsamością grupy R; to są:

- asparagina, glutamina, tyrozyna, seryna, treonina (polarne)

- kwas asparaginowy, kwas glutaminowy, arginina, lizyna, histydyna (osoby pod obciążeniem) oraz

- glicyna, alanina, walina, leucyna, izoleucyna, tryptofan, prolina, cysteina, metionina i fenyloalanina (te apolarne).

Gdy DNA zostanie przetłumaczone na cząsteczkę RNA, każdy tryplet nukleotydów reprezentuje kod, który mówi strukturze syntetyzującej białka (rybosomy), jaki typ aminokwasu włączyć do rosnącego łańcucha peptydowego.

Polipeptydy tworzące białka powstają wówczas dzięki połączeniu ich aminokwasów, które polega na utworzeniu wiązania peptydowego między węglem grupy karboksylowej aminokwasu a azotem grupy aminowej sąsiedniego aminokwasu.

Monosacharydy i polisacharydy

Węglowodany są jednymi z najobfitszych biocząsteczek w organizmach żywych. Spełniają podstawowe funkcje, takie jak elementy strukturalne, odżywcze, sygnalizacyjne itp. Są zbudowane z chemicznych kompleksów węgla, wodoru i tlenu w różnych proporcjach.

Rośliny są jednym z głównych producentów węglowodanów naturalnych i większość zwierząt jest od nich uzależniona od nich, ponieważ pobierają z nich energię, wodę i węgiel.

Celuloza, strukturalny biopolimer (źródło: Vicente Neto za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Węglowodany strukturalne warzyw (celuloza, lignina itp.), A także węglowodany rezerwowe roślin (skrobia) i wielu zwierząt (glikogen) są mniej lub bardziej złożonymi polisacharydami, które składają się z polimerów prostych jednostek cukru lub monosacharydy (głównie glukoza).

Kwasy tłuszczowe i lipidy

Lipidy to nierozpuszczalne w wodzie związki, które stanowią podstawową substancję błon biologicznych, elementarną z funkcjonalnego i strukturalnego punktu widzenia wszystkich żywych komórek.

Są to cząsteczki amfipatyczne, czyli takie, które mają koniec hydrofilowy i hydrofobowy. Zbudowane są z łańcuchów kwasów tłuszczowych przyłączonych do szkieletu węglowego, zazwyczaj glicerolu, którego trzeci „wolny” atom węgla jest przyłączony do określonego podstawnika, który nadaje każdej cząsteczce tożsamość.

Niektóre z najczęściej występujących lipidów (źródło: pierwotnym przesyłającym był Lmaps z angielskiej Wikipedii. Via Wikimedia Commons)

Kwasy tłuszczowe są węglowodorami, to znaczy składają się wyłącznie z połączonych ze sobą atomów węgla i wodoru.

Połączenie wielu lipidów w postaci dwuwarstwy umożliwia utworzenie błony, a właściwości hydrofobowe tej struktury, a także obecność białek integralnych i obwodowych sprawiają, że jest to struktura półprzepuszczalna.

- Woda

Zdjęcie José Manuela Suáreza, źródło Wikimedia Commons

Woda (H2O) jest jednym z najważniejszych pierwiastków chemicznych dla istot żywych i tworzących je komórek. Duża część masy ciała zwierząt i roślin składa się z tej bezbarwnej cieczy.

W procesie fotosyntezy przeprowadzanej przez rośliny woda jest głównym źródłem tlenu, którym oddychają zwierzęta, a także atomów wodoru wchodzących w skład związków organicznych.

Uważany jest za uniwersalny rozpuszczalnik, a jego właściwości sprawiają, że jest on szczególnie ważny dla rozwoju praktycznie wszystkich reakcji biochemicznych charakteryzujących organizmy żywe.

Patrząc z komórkowego punktu widzenia, woda jest podzielona na „przedziały”:

• Przestrzeń wewnątrzkomórkowa, w której cytozol tworzy woda zmieszana z innymi substancjami, płyn, w którym zawieszone są organelle komórek eukariotycznych.
• Przestrzeń zewnątrzkomórkowa, która składa się ze środowiska otaczającego komórki w tkance lub w środowisku naturalnym (organizmy jednokomórkowe).

- Jony

Wiele pierwiastków chemicznych w komórkach występuje w postaci wspomnianych biocząsteczek, a wiele innych zostało pominiętych w tym tekście. Jednak inne ważne pierwiastki chemiczne występują w postaci jonów.

Błony komórkowe są na ogół nieprzepuszczalne dla jonów rozpuszczonych w wewnętrznym lub zewnętrznym środowisku komórek, więc mogą one przedostawać się lub opuszczać je przez transportery lub specjalne kanały.

Stężenie jonowe środowiska zewnątrzkomórkowego lub cytozolu wpływa na osmotyczne i elektryczne właściwości komórek, a także na różne procesy sygnalizacji komórkowej, które są od nich zależne.

Do najważniejszych jonów dla tkanek zwierzęcych i roślinnych należą wapń, potas i sód, chlor i magnez.

Bibliografia

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J i wsp. Biologia molekularna komórki. Wydanie 4. Nowy Jork: Garland Science; 2002. Chemiczne składniki komórki. Dostępne pod adresem: ncbi.nlm.nih.gov
2. Gladyshev, GP, Kitaeva, DK i Ovcharenko, EN (1996). Dlaczego skład chemiczny organizmów żywych dostosowuje się do środowiska? Journal of Biological Systems, 4 (04), 555-564.
3. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA i Rodwell, VW (2014). Ilustrowana biochemia Harpera. Mcgraw-hill.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL i Cox, MM (2008). Zasady Lehningera biochemii. Macmillan.
5. Prescher, JA i Bertozzi, CR (2005). Chemia w układach żywych. Nature Chemical Biology, 1 (1), 13–21.
6. Solomon, EP, Berg, LR i Martin, DW (2011). Biology (9th edn). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.