المواد غير العضوية للخلية. الأملاح المعدنية

الأملاح المعدنيةيمكن العثور عليها في الجسم في شكل مذاب (منفصل إلى أيونات) أو في شكل غير قابل للذوبان.

تلعب الأملاح المعدنية القابلة للذوبان دورًا مهمًا في حياة الخلية، وتمثلها بشكل رئيسي الكاتيونات K +، Na +، Ca 2+، Mg 2+ والأنيونات HPO 4 2-، H 2 PO 4-، Cl - ، هيدروكلوريد 3-.

يتم توزيع العديد من الأيونات بشكل غير متساو بين الخلية والبيئة. وبفضل وجود تدرجات التركيز هذه، تحدث العديد من العمليات الحياتية المهمة، مثل إثارة الخلايا العصبية وتقلص ألياف العضلات، على سبيل المثال.

يحتوي غشاء الخلية الخارجي على تركيز عالٍ من أيونات Na+، بينما يحتوي الغشاء الداخلي على تركيز عالٍ من أيونات K+. تحدد هذه الحقيقة انتقال الإثارة عبر الأعصاب والعضلات. Ca +2، Mg +2 منشطات للعديد من الإنزيمات، إذا لم يكن هناك ما يكفي منها، تنتهك عملية التمثيل الغذائي. يحافظ Mg +2 على سلامة الريبوسومات وعمل الميتوكوندريا. يوجد Ca 3 (PO 4) 2 في العظام، بينما يوجد CaCO 3 في أصداف الرخويات.

الأيونات أملاح قابلة للذوبان Na + , K + , Cl - Mg 2+ , SO 4 2- تقوم بعدد من الوظائف المهمة في جسم الإنسان والحيوان:

• تهيئة الظروف لنقل النبضات العصبية.
• تنظيم نفاذية الغشاء.
• المشاركة في تقلصات العضلات.
• الحفاظ على ضغط الدم الأسموزي وتطبيع توازن الماء.
• تنظيم التوازن الحمضي القاعدي.
• تعزيز عمل عصير المعدة، والمشاركة في تكوين الانزيمات الحمضية والقلوية.

تشارك أنيونات الأحماض الضعيفة في الحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي (pH) للخلية. تعتبر أنيونات حمض الفوسفوريك ضرورية لتخليق جزيء الطاقة الرئيسي - ATP والنيوكليوتيدات والأحماض النووية (DNA و RNA).

خصائص المخزن المؤقت، أي القدرة على الحفاظ على بيئة قلوية قليلاً، تعتمد على تركيز الأملاح داخل الخلية. داخل الخلية، يتم توفير المخزن المؤقت بواسطة الأنيونات H 2 PO 4 -، في السائل خارج الخلية وفي الدم، يتم لعب دور المخزن المؤقت بواسطة HPO 4 -2، HCO 3 -.

تعمل الأملاح غير العضوية - KNO 3، CaSO 4، Na 3 PO 4 - كمكونات مهمة لتغذية المعادن النباتية.

وظائف الأملاح المعدنية في الخلية والجسم

دور	توضيح	أمثلة
خلق التوازن الاسموزي	يحدد تركيب الأملاح المعدنية وتركيزها الضغط الأسموزي للسوائل داخل الخلايا وتجويف الجسم. بفضل الضغط الأسموزي، يتم تشكيل الهيكل المائي لللافقاريات وتورم النباتات	Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl - , HCO 3 - , H 2 PO 4 - , HPO 4 2- , SO 4 2-
الحفاظ على خصائص المخزن المؤقت	التخزين المؤقت هو القدرة على الحفاظ على الرقم الهيدروجيني عند مستوى معين. تعتبر الأنظمة العازلة للفوسفات والبيكربونات مسؤولة عن الحفاظ على الرقم الهيدروجيني للخلايا والأنسجة.	هبو 4 2- + ح + ↔ ح 2 ص 4 - ; HCO 3 - + H + ↔ H 2 CO 3
المحافظة على تدرجات التركيز	يتم الحفاظ على تركيزات معينة من الأيونات في الخلية والفضاء بين الخلايا. بفضل وجود تدرجات التركيز، تتم عمليات حيوية مهمة مثل إثارة الخلايا العصبية وتقلص الألياف العضلية.	نا +، ك +، الكالسيوم 2+، الكلورين -
تشكيل التشكيلات الهيكلية	تتكون عظام الهيكل العظمي للفقاريات بشكل رئيسي من فوسفات الكالسيوم والمغنيسيوم. تتشكل أصداف البطلينوس من كربونات الكالسيوم	الكالسيوم 2+، المغنيسيوم 2+، ص 4 3-، أول أكسيد الكربون 3 2-
نقل النبضات العصبية	المشاركة في عمل المشابك الكيميائية	الكالسيوم 2+، K +، Na +، Cl -

إن التركيب الكيميائي للخلايا النباتية والحيوانية متشابه جدًا، مما يدل على وحدة أصلهما. تم العثور على أكثر من 80 عنصرًا كيميائيًا في الخلايا، لكن 27 منها فقط لها دور فسيولوجي معروف.

وتنقسم جميع العناصر إلى ثلاث مجموعات:

• العناصر الكبيرة التي يصل محتواها في الخلية إلى 10 - 3٪. وهي الأكسجين والكربون والهيدروجين والنيتروجين والفوسفور والكبريت والكالسيوم والصوديوم والمغنيسيوم، والتي تشكل معًا أكثر من 99٪ من كتلة الخلية؛
• العناصر الدقيقة التي يتراوح محتواها من 10 - 3٪ إلى 10 - 12٪. وهي المنغنيز والنحاس والزنك والكوبالت والنيكل واليود والبروم والفلور. أنها تمثل أقل من 1.0% من كتلة الخلية؛
• عناصر صغرى متعددة، تشكل أقل من 10 - 12%. هذه هي الذهب والفضة واليورانيوم والسيلينيوم وما إلى ذلك - في المجموع أقل من 0.01٪ من كتلة الخلية. لم يتم تحديد الدور الفسيولوجي لمعظم هذه العناصر.

جميع العناصر المدرجة هي جزء من المواد غير العضوية والعضوية للكائنات الحية أو موجودة في شكل أيونات.

وتمثل مركبات الخلايا غير العضوية بالماء والأملاح المعدنية.

المركب غير العضوي الأكثر شيوعا في خلايا الكائنات الحية هو الماء. ويتراوح محتواه في الخلايا المختلفة من 10% في مينا الأسنان إلى 85% في الخلايا العصبية ويصل إلى 97% في خلايا الجنين النامي. تعتمد كمية الماء في الخلايا على طبيعة العمليات الأيضية: فكلما كانت أكثر كثافة، زاد محتوى الماء. في المتوسط، يحتوي جسم الكائنات متعددة الخلايا على حوالي 80% من الماء. يشير هذا المحتوى المائي العالي إلى دور مهم بسبب طبيعته الكيميائية.

تسمح الطبيعة ثنائية القطب لجزيء الماء بتكوين غلاف مائي (مذيب) حول البروتينات، مما يمنعها من الالتصاق ببعضها البعض. هذا هو الماء المرتبط، وهو ما يمثل 4 - 5٪ من محتواه الإجمالي. المياه المتبقية (حوالي 95٪) تسمى مجانية. الماء الحر هو مذيب عالمي للعديد من المركبات العضوية وغير العضوية. تحدث معظم التفاعلات الكيميائية في المحاليل فقط. لا يمكن تغلغل المواد في الخلية وإزالة منتجات التفتيت منها في معظم الحالات إلا في شكل مذاب. ويشارك الماء أيضًا بشكل مباشر في التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث في الخلية (تفاعلات التحلل المائي). يرتبط تنظيم النظام الحراري للخلايا أيضًا بالمياه، حيث أنها تتمتع بموصلية حرارية جيدة وقدرة حرارية.

ويشارك الماء بنشاط في تنظيم الضغط الاسموزي في الخلايا. يسمى اختراق جزيئات المذيب من خلال غشاء شبه منفذ إلى محلول مادة ما بالتناضح، ويسمى الضغط الذي يخترق به المذيب (الماء) عبر الغشاء بالتناضح. يزداد حجم الضغط الاسموزي مع زيادة تركيز المحلول. الضغط الاسموزي لسوائل الجسم عند البشر ومعظم الثدييات يساوي ضغط محلول كلوريد الصوديوم 0.85%. تسمى المحاليل ذات الضغط الأسموزي متساوي التوتر، وتسمى المحاليل الأكثر تركيزًا مفرطة التوتر، وتسمى المحاليل الأقل تركيزًا منخفضة التوتر. تكمن ظاهرة التناضح في التوتر في جدران الخلايا النباتية (تورم).

فيما يتعلق بالمياه، تنقسم جميع المواد إلى ماء (قابل للذوبان في الماء) - الأملاح المعدنية والأحماض والقلويات والسكريات الأحادية والبروتينات وما إلى ذلك ومسعور (غير قابل للذوبان في الماء) - الدهون والسكريات وبعض الأملاح والفيتامينات وما إلى ذلك. بالإضافة إلى الماء، يمكن أن تكون المذيبات الدهون والكحوليات.

الأملاح المعدنية بتركيزات معينة ضرورية للعمل الطبيعي للخلايا. وبالتالي فإن النيتروجين والكبريت جزء من البروتينات، والفوسفور جزء من DNA وRNA وATP، والمغنيسيوم جزء من العديد من الإنزيمات والكلوروفيل، والحديد جزء من الهيموجلوبين، والزنك جزء من هرمون البنكرياس، واليود جزء من هرمونات الغدة الدرقية وما إلى ذلك. تضمن أملاح الكالسيوم والفوسفور غير القابلة للذوبان قوة أنسجة العظام، كما أن كاتيونات الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم توفر تهيج الخلايا. تشارك أيونات الكالسيوم في تخثر الدم.

ترتبط أنيونات الأحماض الضعيفة والقلويات الضعيفة بأيونات الهيدروجين (H+) والهيدروكسيل (OH-)، ونتيجة لذلك يتم الحفاظ على تفاعل قلوي ضعيف في الخلايا والسوائل بين الخلايا عند مستوى ثابت. هذه الظاهرة تسمى التخزين المؤقت.

تشكل المركبات العضوية حوالي 20-30% من كتلة الخلايا الحية. وتشمل هذه البوليمرات البيولوجية - البروتينات والأحماض النووية والسكريات، وكذلك الدهون والهرمونات والأصباغ وATP وما إلى ذلك.

السناجب

تشكل البروتينات 10 - 18٪ من إجمالي كتلة الخلية (50 - 80٪ من الكتلة الجافة). يتراوح الوزن الجزيئي للبروتينات من عشرات الآلاف إلى عدة ملايين من الوحدات. البروتينات عبارة عن بوليمرات حيوية تكون مونومراتها عبارة عن أحماض أمينية. جميع البروتينات في الكائنات الحية مبنية من 20 حمض أميني. وعلى الرغم من ذلك، فإن تنوع جزيئات البروتين هائل. وهي تختلف في الحجم والبنية والوظيفة، والتي يتم تحديدها من خلال عدد وترتيب الأحماض الأمينية. بالإضافة إلى البروتينات البسيطة (الألبومين، الجلوبيولين، الهستونات)، هناك أيضًا بروتينات معقدة، وهي عبارة عن مركبات من البروتينات مع الكربوهيدرات (البروتينات السكرية)، والدهون (البروتينات الدهنية) والأحماض النووية (البروتينات النووية).

يتكون كل حمض أميني من جذر هيدروكربون متصل بمجموعة الكربوكسيل، التي لها خصائص حمضية (-COOH)، ومجموعة أمينية (-NH2)، التي لها خصائص أساسية. تختلف الأحماض الأمينية عن بعضها البعض فقط في جذورها. الأحماض الأمينية هي مركبات مذبذبة لها خصائص كل من الأحماض والقواعد. هذه الظاهرة تجعل من الممكن دمج الأحماض في سلاسل طويلة. في هذه الحالة، يتم إنشاء روابط تساهمية (ببتيدية) قوية بين كربون المجموعة الحمضية ونيتروجين المجموعات الرئيسية (-CO-NH-) مع إطلاق جزيء الماء. تسمى المركبات التي تتكون من بقايا اثنين من الأحماض الأمينية ثنائيات الببتيدات وثلاثة ببتيدات والعديد من الببتيدات.

تتكون بروتينات الكائنات الحية من مئات وآلاف الأحماض الأمينية، أي أنها جزيئات كبيرة. يتم تحديد الخصائص والوظائف المختلفة لجزيئات البروتين من خلال تسلسل الأحماض الأمينية المشفرة في الحمض النووي. يُطلق على هذا التسلسل اسم البنية الأولية لجزيء البروتين، والتي بدورها تعتمد عليها المستويات اللاحقة من التنظيم المكاني والخصائص البيولوجية للبروتينات. يتم تحديد البنية الأساسية لجزيء البروتين بواسطة الروابط الببتيدية.

يتم تحقيق البنية الثانوية لجزيء البروتين عن طريق حلزونه بسبب إنشاء روابط هيدروجينية بين ذرات المنعطفات المجاورة للحلزون. إنها أضعف من تلك التساهمية، ولكن، مع تكرارها عدة مرات، فإنها تخلق علاقة قوية إلى حد ما. إن العمل على شكل حلزوني ملتوي هو سمة مميزة لبعض البروتينات الليفية (الكولاجين والفيبرينوجين والميوسين والأكتين وما إلى ذلك).

تصبح العديد من جزيئات البروتين نشطة وظيفيًا فقط بعد الحصول على بنية كروية (ثالثية). يتم تشكيله عن طريق الطي المتكرر للدوامة إلى تكوين ثلاثي الأبعاد - كروي. عادة ما يرتبط هذا الهيكل بروابط ثاني كبريتيد أضعف. معظم البروتينات (الزلال، الجلوبيولين، وما إلى ذلك) لها بنية كروية.

لأداء بعض الوظائف، يلزم مشاركة البروتينات بمستوى أعلى من التنظيم، حيث يتم دمج العديد من جزيئات البروتين الكروية في نظام واحد - بنية رباعية (قد تكون الروابط الكيميائية مختلفة). على سبيل المثال، يتكون جزيء الهيموجلوبين من أربع كريات مختلفة ومجموعة هيمين تحتوي على أيون الحديد.

يسمى فقدان التنظيم الهيكلي لجزيء البروتين بالتمسخ. يمكن أن يكون سببها عوامل كيميائية مختلفة (الأحماض والقلويات والكحول وأملاح المعادن الثقيلة، وما إلى ذلك) والعوامل الفيزيائية (ارتفاع درجة الحرارة والضغط، والإشعاعات المؤينة، وما إلى ذلك). أولاً، يتم تدمير البنية الرباعية الضعيفة جدًا، ثم البنية الثالثة والثانوية، وفي ظل ظروف أكثر قسوة، يتم تدمير البنية الأولية. إذا لم يتأثر الهيكل الأساسي بعامل تغيير الطبيعة، فعند إرجاع جزيئات البروتين إلى الظروف البيئية الطبيعية، يتم استعادة هيكلها بالكامل، أي يحدث إعادة الطبيعة. تُستخدم خاصية جزيئات البروتين هذه على نطاق واسع في الطب لتحضير اللقاحات والأمصال وفي صناعة الأغذية لإنتاج مركزات الأغذية. مع تمسخ لا رجعة فيه (تدمير البنية الأساسية)، تفقد البروتينات خصائصها.

تؤدي البروتينات الوظائف التالية: البناء، والتحفيز، والنقل، والمحرك، والحماية، والتشوير، والتنظيم والطاقة.

كمواد بناء، تعد البروتينات جزءًا من جميع أغشية الخلايا، والهيالوبلازم، والعضيات، والنسغ النووي، والكروموسومات، والنواة.

يتم تنفيذ الوظيفة التحفيزية (الإنزيمية) بواسطة بروتينات إنزيمية، تعمل على تسريع مسار التفاعلات الكيميائية الحيوية في الخلايا عشرات ومئات الآلاف من المرات عند الضغط الطبيعي ودرجة الحرارة حوالي 37 درجة مئوية. يمكن لكل إنزيم تحفيز تفاعل واحد فقط، أي أن عمل الإنزيمات محدد تمامًا. ترجع خصوصية الإنزيمات إلى وجود مركز أو أكثر من المراكز النشطة التي يحدث فيها اتصال وثيق بين جزيئات الإنزيم ومادة معينة (الركيزة). تستخدم بعض الإنزيمات في الممارسة الطبية وصناعة الأغذية.

وظيفة النقل للبروتينات هي نقل المواد، مثل الأكسجين (الهيموجلوبين) وبعض المواد النشطة بيولوجيا (الهرمونات).

تتمثل الوظيفة الحركية للبروتينات في أن جميع أنواع التفاعلات الحركية للخلايا والكائنات الحية يتم توفيرها بواسطة بروتينات مقلصة خاصة - الأكتين والميوسين. وهي موجودة في جميع العضلات والأهداب والسوط. خيوطها قادرة على الانكماش باستخدام طاقة ATP.

ترتبط الوظيفة الوقائية للبروتينات بإنتاج كريات الدم البيضاء مواد بروتينية خاصة - أجسام مضادة - استجابة لاختراق البروتينات الأجنبية أو الكائنات الحية الدقيقة في الجسم. تقوم الأجسام المضادة بربط وتحييد وتدمير المركبات غير المتأصلة في الجسم. مثال على الوظيفة الوقائية للبروتينات هو تحويل الفيبرينوجين إلى الفيبرين أثناء تخثر الدم.

يتم تنفيذ وظيفة الإشارة (المستقبل) بواسطة البروتينات بسبب قدرة جزيئاتها على تغيير بنيتها تحت تأثير العديد من العوامل الكيميائية والفيزيائية، ونتيجة لذلك تدرك الخلية أو الكائن الحي هذه التغييرات.

يتم تنفيذ الوظيفة التنظيمية بواسطة هرمونات ذات طبيعة بروتينية (مثل الأنسولين).

تكمن وظيفة الطاقة للبروتينات في قدرتها على أن تكون مصدرًا للطاقة في الخلية (عادةً في حالة عدم وجود غيرها). مع الانهيار الأنزيمي الكامل لـ 1 جرام من البروتين، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول من الطاقة.

الكربوهيدرات

الكربوهيدرات هي عنصر أساسي في كل من الخلايا الحيوانية والنباتية. يصل محتواها في الخلايا النباتية إلى 90٪ من الوزن الجاف (في درنات البطاطس)، وفي الحيوانات - 5٪ (في خلايا الكبد). تتكون جزيئات الكربوهيدرات من الكربون والهيدروجين والأكسجين، ويكون عدد ذرات الهيدروجين في معظم الحالات ضعف عدد ذرات الأكسجين.

تنقسم جميع الكربوهيدرات إلى سكريات أحادية وثنائية وعديدة السكاريد. غالبًا ما تحتوي السكريات الأحادية على خمس (بنتوز) أو ستة (سداسي) ذرات كربون، ونفس كمية الأكسجين وضعف كمية الهيدروجين (على سبيل المثال، C6H12OH - الجلوكوز). البنتوز (الريبوز وديوكسيريبوز) جزء من الأحماض النووية وATP. تتواجد الهكسوزات (الجلوكوز والفركتوز) بشكل مستمر في خلايا ثمار النباتات، مما يمنحها طعمًا حلوًا. يوجد الجلوكوز في الدم ويعمل كمصدر للطاقة للخلايا والأنسجة الحيوانية. تجمع السكريات الثنائية بين اثنين من السكريات الأحادية في جزيء واحد. يتكون سكر المائدة (السكروز) من جزيئات الجلوكوز والفركتوز، ويشمل سكر الحليب (اللاكتوز) الجلوكوز والجلاكتوز. جميع السكريات الأحادية والثنائية قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء ولها طعم حلو. تتشكل جزيئات السكريات نتيجة بلمرة السكريات الأحادية. مونومر السكريات - النشا والجليكوجين والسليلوز (الألياف) هو الجلوكوز. السكريات غير قابلة للذوبان عمليا في الماء وليس لها طعم حلو. يتم ترسيب السكريات الرئيسية - النشا (في الخلايا النباتية) والجليكوجين (في الخلايا الحيوانية) في شكل شوائب وتكون بمثابة مواد طاقة احتياطية.

تتشكل الكربوهيدرات في النباتات الخضراء أثناء عملية التمثيل الضوئي ويمكن استخدامها أيضًا في التخليق الحيوي للأحماض الأمينية والأحماض الدهنية والمركبات الأخرى.

تؤدي الكربوهيدرات ثلاث وظائف رئيسية: البناء (الهيكلي)، والطاقة والتخزين. يشكل السليلوز جدران الخلايا النباتية. مركب متعدد السكاريد - الكيتين - الهيكل الخارجي للمفصليات. تشكل الكربوهيدرات الممزوجة بالبروتينات (البروتينات السكرية) جزءًا من العظام والغضاريف والأوتار والأربطة. تعمل الكربوهيدرات كمصدر رئيسي للطاقة في الخلية: فأكسدة 1 جرام من الكربوهيدرات تطلق 17.6 كيلوجول من الطاقة. يتم تخزين الجليكوجين في العضلات وخلايا الكبد كمواد مغذية احتياطية.

الدهون

الدهون (الدهون) والدهون هي مكونات أساسية لجميع الخلايا. الدهون هي استرات الأحماض الدهنية ذات الوزن الجزيئي العالي والكحول الثلاثي الجلسرين، والليبويدات هي استرات الأحماض الدهنية مع كحولات أخرى. هذه المركبات غير قابلة للذوبان في الماء (كارهة للماء). يمكن أن تشكل الدهون مجمعات معقدة مع البروتينات (البروتينات الدهنية)، والكربوهيدرات (الجليكوليبيدات)، وبقايا حمض الفوسفوريك (الفوسفوليبيدات)، وما إلى ذلك. ويتراوح محتوى الدهون في الخلية من 5 إلى 15% من كتلة المادة الجافة، وفي الخلايا الدهنية تحت الجلد. الأنسجة - ما يصل إلى 90٪.

تؤدي الدهون وظائف البناء والطاقة والتخزين والحماية. تشكل الطبقة ثنائية الجزيئية من الدهون (الفوسفوليبيدات بشكل رئيسي) أساس جميع أغشية الخلايا البيولوجية. الدهون هي جزء من أغشية الألياف العصبية. الدهون هي مصدر للطاقة: مع الانهيار الكامل لـ 1 جرام من الدهون، يتم إطلاق 38.9 كيلوجول من الطاقة. أنها بمثابة مصدر للمياه المنطلقة أثناء أكسدتها. الدهون هي مصدر احتياطي للطاقة، تتراكم في الأنسجة الدهنية للحيوانات وفي ثمار وبذور النباتات. إنها تحمي الأعضاء من التلف الميكانيكي (على سبيل المثال، يتم تغليف الكلى بغلاف دهني ناعم). تتراكم الدهون في الأنسجة الدهنية تحت الجلد لبعض الحيوانات (الحيتان والفقمات) وتقوم بوظيفة عازلة للحرارة.

الأحماض النووية للأحماض النووية أهمية بيولوجية قصوى وهي عبارة عن بوليمرات حيوية معقدة عالية الجزيئية، ومونومراتها عبارة عن نيوكليوتيدات. تم اكتشافها لأول مرة في نواة الخلايا، ومن هنا جاءت تسميتها.

هناك نوعان من الأحماض النووية: الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض الريبي النووي (RNA). يوجد الحمض النووي بشكل رئيسي في كروماتين النواة، على الرغم من وجود كميات صغيرة أيضًا في بعض العضيات (الميتوكوندريا والبلاستيدات). تم العثور على الحمض النووي الريبي (RNA) في النواة والريبوسومات وفي السيتوبلازم في الخلية.

تم فك رموز بنية جزيء الحمض النووي لأول مرة بواسطة J. Watson وF. Crick في عام 1953. وهو يتكون من سلسلتين متعدد النوكليوتيدات متصلتين ببعضهما البعض. مونومرات الحمض النووي هي نيوكليوتيدات، والتي تشمل: سكر خماسي الكربون - ديوكسي ريبوز، وبقايا حمض الفوسفوريك وقاعدة نيتروجينية. تختلف النيوكليوتيدات عن بعضها البعض فقط في قواعدها النيتروجينية. تشتمل نيوكليوتيدات الحمض النووي على القواعد النيتروجينية التالية: الأدينين والجوانين والسيتوزين والثايمين. ترتبط النيوكليوتيدات في سلسلة عن طريق تكوين روابط تساهمية بين الريبوز منقوص الأكسجين لأحدها وبقايا حمض الفوسفوريك للنيوكليوتيدات المجاورة. يتم دمج كلتا السلسلتين في جزيء واحد بواسطة روابط هيدروجينية تنشأ بين القواعد النيتروجينية لسلاسل مختلفة، وبسبب تكوين مكاني معين، يتم إنشاء رابطتين بين الأدينين والثايمين، وثلاثة بين الجوانين والسيتوزين. ونتيجة لذلك، تشكل نيوكليوتيدات السلسلتين أزواجًا: A-T، G-C. يسمى المراسلات الصارمة للنيوكليوتيدات مع بعضها البعض في سلاسل الحمض النووي المقترنة بالتكامل. تكمن هذه الخاصية في أساس التكرار (التضاعف الذاتي) لجزيء الحمض النووي، أي تكوين جزيء جديد يعتمد على الجزيء الأصلي.

النسخ المتماثل

يحدث النسخ المتماثل على النحو التالي. تحت تأثير إنزيم خاص (بوليميراز الحمض النووي)، يتم كسر الروابط الهيدروجينية بين النيوكليوتيدات في سلسلتين، وتضاف نيوكليوتيدات الحمض النووي المقابلة (A-T، G-C) إلى الروابط المحررة وفقًا لمبدأ التكامل. وبالتالي فإن ترتيب النيوكليوتيدات في سلسلة الحمض النووي "القديمة" يحدد ترتيب النيوكليوتيدات في السلسلة "الجديدة"، أي أن سلسلة الحمض النووي "القديمة" هي قالب تركيب السلسلة "الجديدة". تسمى هذه التفاعلات بتفاعلات تركيب المصفوفة، وهي مميزة للكائنات الحية فقط. يمكن أن تحتوي جزيئات الحمض النووي من 200 إلى 2 × 108 نيوكليوتيدات. يتم تحقيق التنوع الكبير في جزيئات الحمض النووي من خلال أحجامها المختلفة وتسلسلات النيوكليوتيدات المختلفة.

يتمثل دور الحمض النووي في الخلية في تخزين المعلومات الوراثية وإعادة إنتاجها ونقلها. بفضل تركيب المصفوفة، تتطابق المعلومات الوراثية للخلايا الوليدة تمامًا مع معلومات الأم.

الحمض النووي الريبي

الحمض النووي الريبي (RNA)، مثل الحمض النووي (DNA)، عبارة عن بوليمر مبني من المونومرات - النيوكليوتيدات. يشبه هيكل نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي (RNA) هيكل الحمض النووي (DNA) ، ولكن هناك الاختلافات التالية: بدلاً من ديوكسي ريبوز ، تحتوي نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي (RNA) على سكر خماسي الكربون - الريبوز ، وبدلاً من قاعدة الثيمين النيتروجينية - اليوراسيل. القواعد النيتروجينية الثلاثة الأخرى هي نفسها: الأدينين والجوانين والسيتوزين. بالمقارنة مع الحمض النووي، يحتوي الحمض النووي الريبي (RNA) على عدد أقل من النيوكليوتيدات، وبالتالي يكون وزنه الجزيئي أصغر.

ومن المعروف أن الحمض النووي الريبي المزدوج والمفرد الذين تقطعت بهم السبل. يوجد الحمض النووي الريبوزي المزدوج في بعض الفيروسات، ويؤدي (مثل الحمض النووي) دور الوصي وناقل المعلومات الوراثية. في خلايا الكائنات الحية الأخرى، تم العثور على الحمض النووي الريبي المفرد الذين تقطعت بهم السبل، وهي نسخ من الأقسام المقابلة من الحمض النووي.

هناك ثلاثة أنواع من الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلايا: الرسول والنقل والريبوسوم.

يتكون Messenger RNA (mRNA) من 300 - 30000 نيوكليوتيدات ويشكل حوالي 5٪ من إجمالي الحمض النووي الريبي (RNA) الموجود في الخلية. وهي نسخة من قسم معين من الحمض النووي (الجين). تعمل جزيئات الرنا المرسال كحاملات للمعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى موقع تخليق البروتين (في الريبوسومات) وتشارك بشكل مباشر في تجميع جزيئاته.

يشكل الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) ما يصل إلى 10٪ من إجمالي الحمض النووي الريبي (RNA) للخلية ويتكون من 75-85 نيوكليوتيدات. تنقل جزيئات الحمض الريبي النووي النقال الأحماض الأمينية من السيتوبلازم إلى الريبوسومات.

الجزء الرئيسي من الحمض النووي الريبي (RNA) في السيتوبلازم (حوالي 85٪) هو الحمض النووي الريبي الريباسي (r-RNA). وهو جزء من الريبوسومات. تشمل جزيئات الرنا الريباسي (rRNA) ما بين 3 إلى 5 آلاف نيوكليوتيدات. من المعتقد أن r-RNA يوفر علاقة مكانية معينة بين i-RNA وt-RNA.

أسئلة ومهام للمراجعة

السؤال 1. ما هي العناصر الكيميائية التي تتكون منها الخلية؟

تحتوي الخلية على حوالي 70 عنصرًا من الجدول الدوري لـ D. I. Mendeleev. يتكون الجزء الرئيسي منها (98 بوصة) من العناصر الكبيرة - الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين، والتي تشكل مع الكبريت والفوسفور مجموعة من العناصر الحيوية.

تمثل العناصر مثل الكبريت والفوسفور والبوتاسيوم والصوديوم والحديد والكالسيوم والمغنيسيوم 1.8٪ فقط من المواد التي تتكون منها الخلية.

بالإضافة إلى ذلك، يتضمن تكوين الخلية العناصر الدقيقة اليود (I)، والفلور (F)، والزنك (Zn)، والنحاس (Cu)، التي تشكل 0.18٪ من الكتلة الإجمالية، والعناصر الدقيقة للغاية - الذهب (Au)، والفضة (An) ، البلاتين (P) الموجود في الخلية بنسبة تصل إلى 0.02%.

السؤال 2. أعط أمثلة على الدور البيولوجي للعناصر الكيميائية.

العناصر الحيوية - الأكسجين والهيدروجين والكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت - هي مكونات ضرورية لجزيئات البوليمرات البيولوجية - البروتينات والسكريات والأحماض النووية.

يضمن الصوديوم والبوتاسيوم والكلور نفاذية أغشية الخلايا، وتشغيل مضخة البوتاسيوم الصوديوم (K/Na-)، وتوصيل النبضات العصبية.

الكالسيوم والفوسفور هما مكونات هيكلية للمادة بين الخلايا في أنسجة العظام. بالإضافة إلى ذلك، يعتبر الكالسيوم أحد عوامل تخثر الدم.

الحديد جزء من بروتين كريات الدم الحمراء - الهيموجلوبين، والنحاس جزء من بروتين مشابه، وهو أيضًا حامل للأكسجين - الهيموسيانين (على سبيل المثال، في كريات الدم الحمراء في الرخويات).

المغنيسيوم هو جزء أساسي من الكلوروفيل في الخلية النباتية. والمود والزنك جزء من هرمونات الغدة الدرقية والبنكرياس على التوالي.

السؤال 3. ما هي العناصر الدقيقة؟ أعط أمثلة ووصف أهميتها البيولوجية.

العناصر الدقيقة هي المواد التي تشكل الخلية بكميات صغيرة (من 0.18 إلى 0.02٪). وتشمل العناصر الدقيقة الزنك والنحاس واليود والفلور والكوبالت.

كونها داخل الخلية على شكل أيونات ومركبات أخرى، فإنها تشارك بنشاط في بناء وعمل الكائن الحي. وبالتالي، فإن الزنك جزء من جزيء الأنسولين، وهو هرمون البنكرياس. اليود هو عنصر أساسي في هرمون الغدة الدرقية، هرمون الغدة الدرقية. ويشارك الفلورايد في تكوين العظام ومينا الأسنان. النحاس جزء من جزيئات بعض البروتينات، مثل الهيموسيانين. الكوبالت هو أحد مكونات جزيء فيتامين ب12، الذي يحتاجه الجسم لتكوين الدم.

السؤال 4. ما هي المواد غير العضوية التي تتكون منها الخلية؟

من بين المواد غير العضوية التي تتكون منها الخلية، الماء هو الأكثر شيوعًا. في المتوسط، في كائن متعدد الخلايا، يشكل الماء ما يصل إلى 80٪ من وزن الجسم. وبالإضافة إلى ذلك، تحتوي الخلية على أملاح غير عضوية مختلفة تتفكك إلى أيونات. وهي بشكل رئيسي أملاح الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والفوسفات والكربونات والكلوريدات.

السؤال 5. ما هو الدور البيولوجي للمياه؟ الأملاح المعدنية؟

الماء هو المركب غير العضوي الأكثر وفرة في الكائنات الحية. يتم تحديد وظائفها إلى حد كبير من خلال الطبيعة ثنائية القطب لبنية جزيئاتها.

1. الماء مذيب قطبي عالمي: العديد من المواد الكيميائية في وجود الماء تتفكك إلى أيونات - الكاتيونات والأنيونات.

2. الماء هو الوسط الذي تحدث فيه تفاعلات كيميائية مختلفة بين المواد الموجودة في الخلية.

3. الماء يؤدي وظيفة النقل. يمكن لمعظم المواد اختراق غشاء الخلية فقط في شكل مذاب ومائي.

4. الماء هو مادة متفاعلة هامة في تفاعلات الماء والمنتج النهائي للعديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية، بما في ذلك الأكسدة.

5. يعمل الماء كمنظم حرارة، والذي يتم ضمانه من خلال التوصيل الحراري الجيد والقدرة الحرارية ويسمح لك بالحفاظ على درجة الحرارة داخل الخلية عندما تتقلب درجة الحرارة والبيئة.

6. الماء هو البيئة المعيشية للعديد من الكائنات الحية.

الحياة بدون ماء مستحيلة.

المعادن مهمة أيضًا للعمليات التي تحدث في الكائنات الحية. يحدد تركيز الأملاح في الخلية خصائص التخزين المؤقت الخاصة بها - قدرة الخلية على الحفاظ على التفاعل القلوي قليلاً لمحتوياتها عند مستوى ثابت.

السؤال 6. ما هي المواد التي تحدد خصائص التخزين المؤقت للخلية؟

داخل الخلية، يتم توفير التخزين المؤقت بشكل رئيسي عن طريق الأنيونات H2PO، HPO4-. في السائل خارج الخلوي والدم، يتم لعب دور المخزن المؤقت بواسطة أيون الكربونات CO وأيون البيكربونات HCO. ترتبط أنيونات الأحماض والقلويات الضعيفة بأيونات الهيدروجين H وأيونات الهيدروكسيد OH، مما يجعل تفاعل الوسط دون تغيير تقريبًا، على الرغم من الإمداد من الخارج أو تكوين منتجات حمضية وقلوية أثناء عملية التمثيل الغذائي.

أسئلة ومهام للمناقشة

السؤال 1. ما هي الاختلافات في مساهمة العناصر المختلفة في تنظيم الطبيعة الحية وغير الحية؟

تتكون الأجسام ذات الطبيعة الحية وغير الحية من نفس العناصر الكيميائية، مما يفسر وحدة أصلها. مساهمة العناصر الكيميائية هي نفسها بالنسبة لكل من الطبيعة الحية وغير الحية.

السؤال 2. اشرح كيف تتجلى الخواص الفيزيائية والكيميائية للمياه في ضمان العمليات الحيوية للخلية والكائن الحي بأكمله.

الماء سائل يحتوي على مزيج فريد من عدد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الهامة.

جزيئات الماء قطبية للغاية وتشكل روابط هيدروجينية مع بعضها البعض. في الماء السائل، يرتبط كل جزيء بروابط هيدروجينية مع 3 أو 4 جزيئات مجاورة. ونظرًا للعدد الهائل من الروابط الهيدروجينية، مقارنة بالسوائل الأخرى، يتمتع الماء بقدرة حرارية وحرارة تبخر أعلى، ونقطة غليان وانصهار عالية، وموصلية حرارية عالية. إن وجود مثل هذه الصفات يسمح للمياه بالمشاركة بنشاط في التنظيم الحراري.

الماء ذو ​​لزوجة منخفضة وهو سائل متحرك. السبب في الحركة العالية للمياه هو العمر القصير جدًا للروابط الهيدروجينية. لذلك، يتم تشكيل وتدمير عدد كبير من الروابط الهيدروجينية باستمرار في الماء، مما يحدد هذه الخاصية. نظرًا لسيولته العالية، يدور الماء بسهولة عبر تجاويف الجسم المختلفة (الأوعية الدموية واللمفاوية، والمساحات بين الخلايا، وما إلى ذلك).

تحتوي النباتات على أملاح معدنية مختلفة من أحماض غير عضوية. وتحتوي الخضار والفواكه على كمية كبيرة منها.

للأملاح المعدنية وتركيبها الكيميائي أهمية كبيرة في تنفيذ عمليات الحياة الطبيعية لجسم الإنسان. إنها جزء من الخلايا والسوائل بين الخلايا، وتضمن المسار الطبيعي للعمليات الفيزيائية والكيميائية، وتشارك في عمليات التمثيل الغذائي والنشاط الأنزيمي للجسم، وتؤثر على استثارة الجهاز العصبي والعضلي، اعتمادًا على حالة استقلاب الملح في الجسم. .

الكالسيوم والفوسفور والمغنيسيوم جزء من العظام والأسنان، واليود والزنك والزركونيوم والليثيوم والفاناديوم جزء من إفرازات بعض الغدد الصماء، والصوديوم والكلور جزء من الغدد الهضمية. ويشارك الحديد والنحاس والكوبالت في عملية تكون الدم. يعزز الكوبالت والمنغنيز إنتاج الأجسام المضادة في الجسم.

أملاح الكالسيوم

ضروري لعمليات تكون الدم، والتمثيل الغذائي، وتقليل نفاذية الأوعية الدموية، أي تغلغل الميكروبات في الدم، للنمو الطبيعي للعظام (الهيكل العظمي، والأسنان)؛ لها تأثير مفيد على الجهاز العصبي، ولها تأثير مضاد للالتهابات، وهي منظم جيد عند تغير الطقس.

إذا كان لدى الشخص كمية كافية من الكالسيوم في نظامه الغذائي، فهو لا يخاف من التغيرات المفاجئة في الطقس أو الالتهابات أو الأوبئة.

من بين العناصر التي يتكون منها جسمنا، يحتل الكالسيوم المرتبة الخامسة بعد العناصر الأربعة الرئيسية: الكربون والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين، ومن بين المعادن التي تشكل القواعد (القلويات) يحتل المرتبة الأولى.

المصادر الرئيسية للكالسيوم

تحتوي قشور جميع الفواكه والخضروات على الكالسيوم؛ النخالة والبقوليات - البازلاء والبازلاء الخضراء والعدس وفول الصويا والفاصوليا والفاصوليا. السبانخ، الجزر، اللفت، أوراق الهندباء الصغيرة، الكرفس، التفاح، الكرز، عنب الثعلب، الفراولة، الهليون، الملفوف، البطاطس، الكشمش، البيض، الخيار، البرتقال، الأناناس، الخوخ، الفجل، العنب، السلطة الخضراء، البصل؛ قمم الجزر واللفت والفجل. حبوب القمح الخضراء، خبز الجاودار، دقيق الشوفان، اللوز، البصل؛ منتجات الحليب المخمرة - الجبن، القشدة الحامضة، الكفير، الزبادي، اسيدوفيلوس، وما إلى ذلك؛ المشمش والبنجر والتوت.

أملاح البوتاسيوم

أملاح البوتاسيوم ضرورية للعمل الطبيعي لجميع العضلات، وخاصة القلب، فهي تعزز إطلاق الماء من الجسم. البوتاسيوم مادة مضادة للتصلب، تستخدم للوقاية من اضطرابات الجهاز القلبي الوعائي. يعزز البوتاسيوم إطلاق الصوديوم وبالتالي يزيل التورم.

البوتاسيوم- عنصر ضروري لعمل الجهاز العصبي والعضلات، وعملية الامتصاص في الأمعاء. مفيد للإمساك وضعف الدورة الدموية وضعف وظائف القلب والالتهابات والأمراض الجلدية واندفاع الدم إلى الرأس.

المصادر الرئيسية للبوتاسيوم

تشمل مصادر البوتاسيوم السبانخ، والخيار، والبطاطس، والجزر، والبصل، والخس، والبقدونس، والهليون، والفجل، والهندباء، والثوم، والكشمش الأسود، والعدس، والبازلاء، والملفوف، والجريب فروت، والفجل، والطماطم، والمشمش المجفف، والزبيب، والخوخ، والبقوليات، خبز الجاودار والشوفان.

أملاح المغنيسيوم

أملاح المغنيسيوم لها تأثير مطهر وموسع للأوعية الدموية، وتخفض ضغط الدم والكوليسترول في الدم، وتعزز عمليات التثبيط في القشرة الدماغية، ولها تأثير مهدئ (مهدئ) على الجهاز العصبي.

المصادر الرئيسية للمغنيسيوم

وهي اللوز وصفار البيض (الخام) والخس والكبد والنعناع والهندباء والزيتون والبقدونس والفول السوداني والبطاطس واليقطين والخوخ والجوز وحبوب القمح والشوفان والحنطة السوداء وخبز الجاودار والطماطم والدخن والنخالة والفاصوليا، العنب.

أملاح الحديد

أملاح الحديد ضرورية لتكوين الدم وتضمن نقل الأكسجين من الرئتين إلى أنسجة جميع الأعضاء، بما في ذلك الدماغ. الحديد جزء من الهيموجلوبين - الصبغة الحمراء للدم. يتم إنتاج خلايا الدم الحمراء في نخاع العظم وتدخل مجرى الدم وتدور لمدة ستة أسابيع. ثم تتحلل إلى أجزائها، ويدخل الحديد الموجود فيها إلى الكبد والطحال، فيتوضع هناك إلى حين الحاجة إليه. الحديد ضروري لبناء نواة الخلية. عواقب نقص الحديد في الدم هي فقر الدم، وانخفاض المناعة، والمزاج المكتئب.

المصادر الغذائية الرئيسية للحديد

أملاح الفوسفور

أملاح الفوسفور ضرورية للغاية للإنسان. إنهم يحتاجون إلى ضعف أملاح الكالسيوم، على الرغم من أن الكالسيوم والفوسفور لا يمكن أن يوجدوا بدون بعضهم البعض. الفوسفور، مثل الكالسيوم، هو جزء لا يتجزأ من أنسجة العظام. ومن الضروري المحافظة باستمرار على نسبة هذين المعدنين، وإلا إذا اختل توازنهما يضطر الجسم إلى أخذ الكالسيوم من الأسنان والأظافر والمفاصل من أجل بقائه.

وهكذا، في كثير من الأحيان يشكو الشخص من آلام في المفاصل والعظام، معتقدا أنه يخضع لعمليات ترسب الملح، في حين يجب عليه الاهتمام بالتغذية السليمة. ولحسن الحظ فإن فيتامين د ينظم توازن الفوسفور والكالسيوم في الجسم وبالتالي يحمينا من الأمراض المذكورة. إذا كان نظامك الغذائي يتضمن كمية كافية من الأطعمة التي تحتوي على الفوسفور والكالسيوم، فلا داعي للخوف من كسور العظام وأمراض المفاصل والجلد والعظام والأعصاب.

المصادر الغذائية الرئيسية للفوسفور

البازلاء الخضراء، السبانخ، البندق، الشوفان، الفاصوليا، الجاودار، التفاح، الشعير، الكمثرى، القمح، العدس، الخيار، القرنبيط، الجبن، اللحوم، البيض، السلمون، السردين، الجمبري، الفول السوداني، فول الصويا، الجوز، الفجل غنية بالفوسفور. والكرفس وكبد سمك القد والأسماك والفطر والقمح وحبوب القمح الكاملة.

الكوبالت

الكوبالت ضروري للعمل الطبيعي للبنكرياس، وكذلك تكوين خلايا الدم الحمراء.

وهو أحد مكونات فيتامين ب12، ويستخدم بنجاح في علاج فقر الدم. نقص الكوبالت يمكن أن يسبب سرطان الدم.

المصادر الغذائية الرئيسية للكوبالت

يوجد الكوبالت في منتجات الحليب المخمر والبيض والكبد والكلى والزبدة.

الزنك

الزنك هو عنصر تتبع مهم. إنه جزء من الدم والأنسجة العضلية، كونه محفزا للتفاعلات الكيميائية، بسبب الحفاظ على مستوى الحمض الضروري في الجسم. هذا العنصر النزر هو جزء من الأنسولين (هرمون البنكرياس)، الذي ينظم نسبة السكر في الدم.

المصادر الغذائية الرئيسية للزنك

مصدر الزنك هو نخالة القمح والقمح المنبت.

نحاس

يلعب النحاس، مثل الحديد، دورًا مهمًا في الحفاظ على تكوين الدم الطبيعي. فوجود النحاس ضروري لنشاط الحديد، وإلا فإن الحديد المتراكم في الكبد لن يتمكن من المشاركة في تكوين الهيموجلوبين.

المصادر الغذائية الرئيسية للنحاس

يوجد النحاس في المكسرات، وصفار البيض، والكبد، والحليب، ومنتجات حمض اللاكتيك.

اليود ضروري لزيادة المناعة، لتخليق هرمون الغدة الدرقية - التيروزين؛ يشارك في إنشاء الخلايا البالعة - خلايا دورية تحمي أجسامنا من غزو الفيروسات المعادية إلى الدم.

يحتاج الأطفال والمراهقون إلى اليود أكثر من البالغين. يسبب نقص اليود اضطرابات استقلابية خطيرة في الجسم ويساهم في تطور تضخم الغدة الدرقية.

المصادر الغذائية الرئيسية لليود

الأسماك البحرية، الأعشاب البحرية، الأعشاب البحرية، الخس، الأجزاء الخضراء من النباتات، اللفت، الكراث، البطيخ، الثوم، الهليون، الجزر، الملفوف، البطاطس، البصل، الطماطم، الفاصوليا، دقيق الشوفان، حميض، العنب، الفراولة غنية باليود.

السيليكا

السيليكا هو أحد مكونات الأنسجة الضامة. محتواه في الدم ضئيل، ولكن عندما ينخفض، تتفاقم صحة الشخص وحالته العقلية. يصبح الشعر رقيقًا وهشًا، ويبدأ الصلع، ويفقد الجلد مرونته. تحتوي عدسة العين على 25 مرة من السيليكا أكثر مما تحتويه عضلة العين.

يعالج السيليكا بنجاح الحثل والصرع والروماتيزم والسمنة وتصلب الشرايين.

على عكس الحديد والكالسيوم، يمتص الجسم السيليكا بسهولة، حتى في سن الشيخوخة.

المصادر الغذائية الرئيسية للسيليكا

مصادر السيليكا هي الكرفس والخيار وأوراق الهندباء الصغيرة والكراث ومنتجات الألبان والفجل وبذور عباد الشمس والطماطم واللفت وكذلك الأعشاب: ذيل الحصان ونبتة الرئة وعشب القرانيا.

الفاناديوم

يلعب الفاناديوم دورًا مهمًا في زيادة وظائف الحماية في الجسم. إنه يحفز حركة الخلايا البالعة - الخلايا التي تمتص الميكروبات المسببة للأمراض وتزيد من المناعة ضد الالتهابات. أثبتت الدراسات البيوكيميائية أن الفاناديوم، بالاشتراك مع معادن أخرى، يبطئ عملية الشيخوخة.

المصادر الغذائية الرئيسية للفاناديوم

تشمل مصادر الفاناديوم الأرز (غير المكرر)، والشوفان، والفجل، والشعير، والدخن، والخس، والحنطة السوداء، والبطاطس النيئة، والجاودار، والجزر، والبنجر، والكرز، والفراولة، والكمثرى.

الكبريت

الكبريت هو أحد العناصر الدقيقة اللازمة لتطهير الجسم.

المصادر الغذائية الرئيسية للكبريت

المصادر الرئيسية للكبريت في غذائنا تشمل جميع أنواع الكرنب، الفجل، الثوم، البصل، الفجل، اللفت، الهليون، الجرجير، اليقطين، الجزر، البطاطس، قرون الفاصوليا، عنب الثعلب، البرقوق، التين.

ملح الطعام

يُطلق على ملح الطعام غالبًا اسم "الموت الأبيض" لأنه يخلق تفاعلًا قلويًا في جسم الإنسان، ويحتفظ بالمياه، ويزيد من كثافة الدم، ويعطل عمليات التمثيل الغذائي. يجب ألا تتجاوز الجرعة اليومية من استهلاكه 4-8 جرام. ومع ذلك، فإننا نتجاوز هذه القاعدة 20 مرة وبالتالي نتسبب في ضرر لا يمكن إصلاحه لصحتنا.

الفلور

الواردة في مياه الشرب واللحوم والخضروات.

الواردة في الخضار واللحوم.

تنفصل الأملاح المعدنية الموجودة في محلول الخلية المائية إلى كاتيونات وأنيونات؛ يمكن تضمين بعضها في مجمعات تحتوي على مركبات عضوية مختلفة. عادة لا يتجاوز محتوى الأيونات غير العضوية 1٪ من كتلة الخلية. تعمل كاتيونات الملح، مثل البوتاسيوم والصوديوم، على تهيج الخلايا. يعزز الكالسيوم التصاق الخلايا ببعضها البعض. أنيونات الأحماض الضعيفة هي المسؤولة عن خصائص التخزين المؤقت للسيتوبلازم، مما يحافظ على التفاعل القلوي قليلاً في الخلايا.

وفيما يلي، على سبيل المثال، الدور البيولوجي لأهم العناصر الكيميائية في الخلية:

الأكسجين مكون من مواد عضوية، ماء، أنيونات أحماض غير عضوية

الكربون مكون جميع المواد العضوية، ثاني أكسيد الكربون، وحمض الكربونيك؛

الهيدروجين أحد مكونات الماء، والمواد العضوية، على شكل بروتون، ينظم حموضة البيئة ويضمن تكوين إمكانات الغشاء؛

النيتروجين مكون من النيوكليوتيدات والأحماض الأمينية والأصباغ الضوئية والعديد من الفيتامينات.

الكبريت مكون من الأحماض الأمينية (السيستين، السيستين، الميثيونين)، وفيتامين ب1 وبعض الإنزيمات المساعدة؛

الفوسفور مكون من الأحماض النووية، بيروفوسفات، حمض الأرثوفوسفوريك، نيوكليوتيد ثلاثي الفوسفات، بعض الإنزيمات المساعدة؛

يشارك الكالسيوم في إشارات الخلية.

يؤثر البوتاسيوم على نشاط إنزيمات تصنيع البروتين، ويشارك في عمليات التمثيل الضوئي؛

المغنيسيوم منشط لاستقلاب الطاقة وتخليق الحمض النووي، وهو جزء من جزيء الكلوروفيل، الضروري لتجميع الأنابيب الدقيقة المغزلية؛

الحديد أحد مكونات العديد من الإنزيمات، ويشارك في التركيب الحيوي للكلوروفيل، وفي عمليات التنفس والتمثيل الضوئي؛

النحاس أحد مكونات بعض الإنزيمات، ويشارك في عملية التمثيل الضوئي؛

المنغنيز هو أحد مكونات أو ينظم نشاط بعض الإنزيمات، ويشارك في استيعاب النيتروجين وفي عملية التمثيل الضوئي؛

الموليبدينوم مكون من اختزال النترات، يشارك في تثبيت النيتروجين الجزيئي.

الكوبالت أحد مكونات فيتامين ب12، ويدخل في تثبيت النيتروجين

البورون منظم نمو النبات، منشط لإنزيمات التنفس التصالحية؛

الزنك أحد مكونات بعض الببتيداز، ويشارك في تركيب الأوكسينات (الهرمونات النباتية) والتخمر الكحولي.

ليس محتوى العناصر هو المهم فحسب، بل أيضًا نسبتها. وبالتالي، يتم الحفاظ على تركيز عالٍ من أيونات K + وتركيز منخفض من أيونات Na + في الخلية، بينما في البيئة (مياه البحر، السائل بين الخلايا، الدم) يكون الأمر على العكس من ذلك.

أهم الوظائف البيولوجية للعناصر المعدنية:

1. الحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي في الخلية؛

2. إنشاء خصائص عازلة للسيتوبلازم.

3. تفعيل الانزيمات.

4. خلق الضغط الاسموزي في الخلية.

5. المشاركة في خلق إمكانات غشاء الخلية.

6. تكوين الهيكل العظمي الداخلي والخارجي(الطفيليات، الدياتومات) .

2. المواد العضوية

تشكل المواد العضوية ما بين 20 إلى 30% من كتلة الخلية الحية. حوالي 3٪ منها عبارة عن مركبات منخفضة الجزيئات: الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات والفيتامينات والهرمونات والأصباغ وبعض المواد الأخرى. يتكون الجزء الرئيسي من المادة الجافة للخلية من جزيئات عضوية كبيرة: البروتينات والأحماض النووية والدهون والسكريات. في الخلايا الحيوانية، كقاعدة عامة، تسود البروتينات؛ في الخلايا النباتية، تسود السكريات. هناك اختلافات معينة في نسبة هذه المركبات بين الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة (الجدول 1)

الجدول 1

مُجَمَّع	% من كتلة الخلية الحية
	البكتيريا	الحيوانات
السكريات

2.1. السناجب- أهم المركبات العضوية المحتوية على النيتروجين في الخلية والتي لا يمكن تعويضها. تلعب الأجسام البروتينية دورًا حاسمًا في بناء المادة الحية وفي تنفيذ جميع عمليات الحياة. هذه هي شركات النقل الرئيسية للحياة، نظرا لحقيقة أن لديهم عددا من الميزات، وأهمها ما يلي: مجموعة متنوعة لا تنضب من الهيكل وفي نفس الوقت تفردها المحدد العالي؛ مجموعة واسعة من التحولات الفيزيائية والكيميائية. القدرة على تغيير تكوين الجزيء بشكل عكسي وطبيعي استجابة للتأثيرات الخارجية؛ الميل إلى تكوين هياكل ومجمعات فوق الجزيئية مع مركبات كيميائية أخرى. وجود نشاط بيولوجي - هرموني، إنزيمي، ممرض، إلخ.

البروتينات عبارة عن جزيئات بوليمر مبنية من 20 حمضًا أمينيًا *، تقع في تسلسلات مختلفة ومتصلة بواسطة رابطة الببتيد (C-N-مفردة وC=N-مزدوجة). إذا كان عدد الأحماض الأمينية في السلسلة لا يتجاوز عشرين، تسمى هذه السلسلة قليل الببتيد، من 20 إلى 50 - عديد ببتيد **، أكثر من 50 - بروتين.

تتراوح كتلة جزيئات البروتين من 6 آلاف إلى 1 مليون دالتون أو أكثر (الدالتون هي وحدة الكتلة الجزيئية تساوي كتلة ذرة الهيدروجين - (1.674x10 -27 كجم). تحتوي الخلايا البكتيرية على ما يصل إلى ثلاثة آلاف بروتين مختلف، وفي جسم الإنسان يزيد هذا التنوع إلى خمسة ملايين.

تحتوي البروتينات على 50-55% كربون، 6.5-7.3% هيدروجين، 15-18% نيتروجين، 21-24% أكسجين، حتى 2.5% كبريت. تحتوي بعض البروتينات على الفوسفور والحديد والزنك والنحاس وعناصر أخرى. على عكس العناصر الخلوية الأخرى، تتميز معظم البروتينات بنسبة ثابتة من النيتروجين (في المتوسط ​​16% من المادة الجافة). يستخدم هذا المؤشر عند حساب البروتين بالنيتروجين: (كتلة النيتروجين × 6.25). (100: 16 = 6.25).

جزيئات البروتين لها عدة مستويات هيكلية.

البنية الأساسية هي تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد.

البنية الثانوية عبارة عن حلزون α أو بنية β مطوية، والتي تتشكل بسبب تثبيت الجزيء بواسطة روابط الهيدروجين الكهروستاتيكية التي تتشكل بين مجموعات -C = O و –NH من الأحماض الأمينية.

البنية الثلاثية هي التنظيم المكاني للجزيء الذي يحدده البنية الأولية. يتم تثبيته بواسطة روابط الهيدروجين والأيونية وثاني كبريتيد (-S-S-) التي تتشكل بين الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت، بالإضافة إلى التفاعلات الكارهة للماء.

فقط البروتينات التي تتكون من سلسلتين أو أكثر من سلاسل البولي ببتيد لها بنية رباعية؛ وتتشكل عندما تتحد جزيئات البروتين الفردية في واحدة. يعد التنظيم المكاني المعين (الكروي أو الليفي) ضروريًا لعملية محددة للغاية لجزيئات البروتين. تنشط معظم البروتينات فقط بالشكل الذي توفره البنية الثلاثية أو الرباعية. البنية الثانوية كافية لعمل عدد قليل فقط من البروتينات الهيكلية. هذه هي البروتينات الليفية، ومعظم الإنزيمات وبروتينات النقل كروية الشكل.

تسمى البروتينات التي تتكون من سلاسل متعددة الببتيد فقط بالبسيطة (البروتينات)، وتلك التي تحتوي على مكونات ذات طبيعة مختلفة تسمى معقدة (البروتينات). على سبيل المثال، يحتوي جزيء البروتين السكري على جزء من الكربوهيدرات، ويحتوي جزيء البروتين المعدني على أيونات معدنية، وما إلى ذلك.

حسب قابلية الذوبان في المذيبات الفردية: قابل للذوبان في الماء؛ قابل للذوبان في المحاليل الملحية - الألبومين، قابل للذوبان في الكحول - الألبومين؛ الجلوتينات القابلة للذوبان في القلويات.

الأحماض الأمينية مذبذبة في الطبيعة. إذا كان الحمض الأميني يحتوي على عدة مجموعات كربوكسيل، فإن الخصائص الحمضية هي التي تسود؛ وإذا كان هناك عدة مجموعات أمينية، فإن الخصائص الأساسية هي التي تسود. اعتمادا على غلبة بعض الأحماض الأمينية، يمكن أن يكون للبروتينات أيضا خصائص أساسية أو حمضية. تحتوي البروتينات الكروية على نقطة تساوي الجهد الكهربي - وهي قيمة الرقم الهيدروجيني التي تكون عندها الشحنة الإجمالية للبروتين صفرًا. عند قيم الأس الهيدروجيني المنخفضة، يكون للبروتين شحنة موجبة، وعند قيم الأس الهيدروجيني الأعلى يكون له شحنة سالبة. نظرًا لأن التنافر الكهروستاتيكي يمنع جزيئات البروتين من الالتصاق ببعضها البعض، فإن قابلية الذوبان عند نقطة الجهد الكهربي تصبح ضئيلة ويترسب البروتين. على سبيل المثال، يحتوي بروتين الكازين في الحليب على نقطة كهربية عند الرقم الهيدروجيني 4.7. عندما تقوم بكتيريا حمض اللاكتيك بتحمض الحليب إلى هذه النقطة، يترسب الكازين ويتخثر الحليب.

تمسخ البروتين هو تعطيل البنية الثلاثية والثانوية تحت تأثير التغيرات في درجة الحموضة ودرجة الحرارة وبعض المواد غير العضوية، وما إلى ذلك. إذا لم يتم إزعاج البنية الأولية، فعند استعادة الظروف الطبيعية، يحدث إعادة التطبيع - الاستعادة التلقائية للبنية الثلاثية ونشاط البروتين. هذه الخاصية لها أهمية كبيرة في إنتاج مركزات الأغذية الجافة والمستحضرات الطبية التي تحتوي على بروتين مشوه.

*الأحماض الأمينية هي مركبات تحتوي على مجموعة كربوكسيل واحدة ومجموعة أمين واحدة، متصلة بذرة كربون واحدة، وترتبط بها سلسلة جانبية - نوع من الجذور. هناك أكثر من 200 حمض أميني معروف، لكن 20 منها، تسمى الأساسية أو الأساسية، تشارك في تكوين البروتينات. اعتمادًا على الجذر، تنقسم الأحماض الأمينية إلى غير قطبية (ألانين، ميثيونين، فالين، برولين، ليوسين، آيزوليوسين، تريبتوفان، فينيل ألانين)، قطبية غير مشحونة (أسباراجين، جلوتامين، سيرين، جليكاين، تيروزين، ثريونين، سيستين) وقطبية. مشحونة (قاعدية: أرجينين، هيستيدين، ليسين، حمضية: أحماض الأسبارتيك والجلوتاميك). الأحماض الأمينية غير القطبية كارهة للماء، والبروتينات المبنية منها تتصرف مثل قطرات الدهون. الأحماض الأمينية القطبية محبة للماء.

** يمكن الحصول على الببتيدات نتيجة تفاعلات التكثيف المتعدد للأحماض الأمينية، وكذلك من التحلل المائي غير الكامل للبروتينات. أداء الوظائف التنظيمية في الخلية. هناك عدد من الهرمونات (الأوكسيتوسين والفاسوبريسين) عبارة عن قليلات الببتيد. هذا هو براديكيدين (ببتيد الألم)، وهذه هي المواد الأفيونية (الأدوية الطبيعية - الإندورفين، الإنكيفالين) لجسم الإنسان والتي لها تأثير مسكن. (المخدرات تدمر المواد الأفيونية، لذلك يصبح الشخص حساسا للغاية لأدنى اضطرابات في الجسم - الانسحاب). وتشمل الببتيدات بعض السموم (الدفتيريا)، والمضادات الحيوية (جراميسيدين أ).

وظائف البروتينات:

1. الهيكلية. تعمل البروتينات كمواد بناء لجميع عضيات الخلية وبعض الهياكل خارج الخلية.

2. الحفاز.نظرا للبنية الخاصة للجزيء أو وجود مجموعات نشطة، فإن العديد من البروتينات لديها القدرة على تسريع مسار التفاعلات الكيميائية بشكل تحفيزي. تختلف الإنزيمات عن المحفزات غير العضوية في خصوصيتها العالية، حيث تعمل ضمن نطاق درجة حرارة ضيق (من 35 إلى 45 درجة مئوية)، عند درجة حموضة قلوية قليلاً وضغط جوي. معدل التفاعلات المحفزة بواسطة الإنزيمات أسرع بكثير من المعدل الذي تحققه المحفزات غير العضوية.

3. محرك. توفر البروتينات المقلصة الخاصة جميع أنواع حركة الخلايا. يتم بناء سوط بدائيات النوى من الأسواط، في حين أن سوط الخلايا حقيقية النواة مصنوعة من التوبولين.

4. ينقل. تقوم بروتينات النقل بنقل المواد داخل وخارج الخلية. على سبيل المثال، تسهل بروتينات البورين نقل الأيونات؛ يحمل الهيموجلوبين الأكسجين، ويحمل الألبومين الأحماض الدهنية. يتم تنفيذ وظيفة النقل بواسطة البروتينات - ناقلات أغشية البلازما.

5. واقية. تقوم بروتينات الأجسام المضادة بربط وتحييد المواد الغريبة عن الجسم. مجموعة من الإنزيمات المضادة للأكسدة (الكاتالاز، ديسموتاز الفائق أكسيد) تمنع تكوين الجذور الحرة. تشارك الغلوبولين المناعي في الدم والفيبرين والثرومبين في تخثر الدم وبالتالي توقف النزيف. يمكن أيضًا اعتبار تكوين السموم ذات الطبيعة البروتينية، على سبيل المثال، توكسين الخناق أو توكسين Vasillus turingiensis، وسيلة للحماية في بعض الحالات، على الرغم من أن هذه البروتينات تعمل في كثير من الأحيان على إتلاف الضحية أثناء عملية الحصول على الطعام.

6. تنظيمية. يتم تنظيم عمل الكائن متعدد الخلايا بواسطة هرمونات البروتين. تقوم الإنزيمات، من خلال التحكم في معدلات التفاعلات الكيميائية، بتنظيم عملية التمثيل الغذائي داخل الخلايا.

7. إشارة.يحتوي الغشاء السيتوبلازمي على بروتينات يمكنها الاستجابة للتغيرات البيئية عن طريق تغيير شكلها. جزيئات الإشارة هذه مسؤولة عن نقل الإشارات الخارجية إلى الخلية.

8. طاقة. يمكن أن تكون البروتينات بمثابة احتياطي للمواد الاحتياطية المستخدمة للحصول على الطاقة. يوفر انهيار 1 جرام من البروتين إطلاق 17.6 كيلوجول من الطاقة.