Se hvad "Uorganiske stoffer" er i andre ordbøger. Exometabolitter er opdelt i metabolitter, der påvirker receptorer og udviser information, lugt og sensoriske funktioner. Med deres hjælp laver havpattedyr i vandsøjlen, fisk og
Send dit gode arbejde i videnbasen er enkel. Brug formularen nedenfor
Studerende, kandidatstuderende, unge forskere, der bruger videnbasen i deres studier og arbejde, vil være dig meget taknemmelig.
Hostet på http://www.allbest.ru/
KOMMUNAL UDDANNELSESBUDGETINSTITUTION
"UDDANNELSESCENTER"
BIOLOGI
" økologiskoguorganiskforbindelser"
Udført:
elev 12-E-1-2013
Kolotilshchikova K.E.
Yakutsk 2013
Indhold
- uorganiske forbindelser
- 2. Mineraler
- organiske forbindelser
- 3. Biopolymerer
uorganiske forbindelser
1. Vand, dets egenskaber og betydning for biologiske processer
Vand er et universelt opløsningsmiddel. Den har en høj varmekapacitet og samtidig høj varmeledningsevne for væsker. Disse egenskaber gør vand til en ideel væske til at opretholde kroppens termiske ligevægt.
På grund af polariteten af dets molekyler fungerer vand som en strukturstabilisator.
Vand er en kilde til ilt og brint, det er det vigtigste medium, hvor biokemiske og kemiske reaktioner finder sted, det vigtigste reagens og produkt af bio kemiske reaktioner.
Vand er kendetegnet ved fuldstændig gennemsigtighed i den synlige del af spektret, hvilket er vigtigt for processen med fotosyntese, transpiration.
Vand komprimeres praktisk talt ikke, hvilket er meget vigtigt for at forme organer, skabe turgor og sikre en bestemt position af organer og dele af kroppen i rummet.
Vand gør det muligt at udføre osmotiske reaktioner i levende celler.
Vand er det vigtigste middel til at transportere stoffer i kroppen (blodcirkulation, stigende og faldende strømme af opløsninger gennem plantelegemet osv.).
2. Mineraler
I levende organismer moderne metoder kemisk analyse opdagede 80 grundstoffer i det periodiske system. I henhold til deres kvantitative sammensætning er de opdelt i tre hovedgrupper.
Makronæringsstoffer udgør hovedparten af organiske og uorganiske forbindelser, deres koncentration varierer fra 60% til 0,001% af kropsvægten (ilt, brint, kulstof, nitrogen, svovl, magnesium, kalium, natrium, jern osv.).
Sporstoffer - overvejende ioner tungmetaller. Indeholdt i organismer i en mængde på 0,001% - 0,000001% (mangan, bor, kobber, molybdæn, zink, jod, brom).
Koncentrationen af ultramikroelementer overstiger ikke 0,000001%. Fysiologisk rolle deres tilstedeværelse i organismer er endnu ikke fuldt ud klarlagt. Denne gruppe omfatter uran, radium, guld, kviksølv, cæsium, selen og mange andre sjældne grundstoffer.
Hovedparten af vævene fra levende organismer, der bebor Jorden, er organogene elementer: oxygen, kulstof, brint og nitrogen, hvorfra organiske forbindelser hovedsageligt er bygget - proteiner, fedtstoffer, kulhydrater.
De enkelte elementers rolle og funktion
Nitrogen i autotrofe planter er det oprindelige produkt af nitrogen- og proteinmetabolisme. Nitrogenatomer er en del af mange andre ikke-proteiner, men de vigtigste forbindelser: pigmenter (klorofyl, hæmoglobin), nukleinsyrer, vitaminer.
Fosfor er en del af mange vitale forbindelser. Fosfor er en del af AMP, ADP, ATP, nukleotider, phosphorylerede saccharider og nogle enzymer. Mange organismer indeholder fosfor i mineralsk form (opløselige fosfater i cellesaft, fosfater knoglevæv).
Efter organismers død mineraliseres fosforforbindelser. Takket være rodsekretioner opløser jordbakteriers aktivitet fosfater, hvilket gør det muligt for plante- og derefter dyreorganismer at optage fosfor.
Svovl er involveret i konstruktionen af svovlholdige aminosyrer (cystin, cystein), er en del af vitamin B1 og nogle enzymer. Især stor betydning har svovl og dets forbindelser til kemosyntetiske bakterier. Svovlforbindelser dannes i leveren som produkter af desinfektion af giftige stoffer.
Kalium findes kun i celler i form af ioner. På grund af kalium har cytoplasmaet visse kolloide egenskaber; kalium aktiverer enzymerne i proteinsyntesen, bestemmer den normale rytme af hjerteaktivitet, deltager i dannelsen af bioelektriske potentialer, i fotosynteseprocesserne.
Natrium (indeholdt i ionisk form) er en væsentlig del mineraler blod og takket være dette spiller vigtig rolle i reguleringen af kroppens vandstofskifte. Natriumioner fremmer polarisering celle membran; den normale rytme af hjerteaktivitet afhænger af tilstedeværelsen i næringsmediet i den nødvendige mængde af natrium-, kalium- og calciumsalte.
Calcium i ionisk tilstand er en kaliumantagonist. Det er en del af membranstrukturer, i form af pektinsalte, klæber sammen planteceller. PÅ planteceller ofte til stede som simple, nåleformede eller sammenvoksede calciumoxalatkrystaller.
Magnesium findes i celler i et vist forhold med calcium. Det er en del af klorofylmolekylet, aktiverer energimetabolisme og DNA-syntese.
Jern er en integreret del af hæmoglobinmolekylet. Det er involveret i biosyntesen af klorofyl, derfor, med mangel på jern i jorden, udvikler planter klorose. Jerns hovedrolle er deltagelse i respirationsprocesser, fotosyntese ved at overføre elektroner som en del af oxidative enzymer - katalase, ferredoxin. En vis forsyning af jern i kroppen hos dyr og mennesker er lagret i det geléholdige protein ferritin, der findes i lever og milt.
Kobber findes i dyr og planter, hvor det spiller en vigtig rolle. Kobber er en del af nogle enzymer (oxidaser). Værdien af kobber for processerne af hæmatopoiesis, syntesen af hæmoglobin og cytochromer er blevet etableret.
Hver dag kommer 2 mg kobber ind i menneskekroppen med mad. I planter er kobber en del af mange enzymer, der er involveret i de mørke reaktioner af fotosyntese og anden biosyntese. Dyr, der lider af kobbermangel, har anæmi, appetitløshed og hjertesygdomme. Mangan er et mikroelement, med en utilstrækkelig mængde, hvoraf chlorose forekommer i planter. Mangan spiller også en vigtig rolle i processerne for nitratreduktion i planter.
Enzymer. Disse er biologiske katalysatorer af proteinnatur, der er i stand til at accelerere biokemiske reaktioner. Enzymer ødelægges ikke i bioprocessen kemiske omdannelser derfor katalyserer en relativt lille mængde af dem reaktionerne af en stor mængde af et stof. En karakteristisk forskel enzymer fra kemiske katalysatorer er deres evne til at fremskynde reaktioner under normale forhold.
Ved kemisk natur enzymer er opdelt i to grupper - en-komponent (består kun af protein, deres aktivitet skyldes det aktive center - en specifik gruppe af aminosyrer i proteinmolekylet (pepsin, trypsin)) og to-komponent (bestående af et protein (apoenzym - proteinbærer) og en proteinkomponent (coenzym), desuden er den kemiske karakter af coenzymer forskellig, da de kan bestå af organiske (mange vitaminer, NAD, NADP) eller uorganiske (metalatomer: jern, magnesium, zink) ).
Enzymers funktion er at reducere aktiveringsenergien, dvs. ved at reducere det energiniveau, der kræves for at gøre molekylet reaktivt.
Den moderne klassificering af enzymer er baseret på de typer af kemiske reaktioner, de katalyserer. Hydrolasenzymer accelererer reaktionen ved at spalte komplekse forbindelser til monomerer (amylase (hydrolyserer stivelse), cellulase (nedbryder cellulose til monosaccharider), protease (hydrolyserer proteiner til aminosyrer)).
Oxidoreduktase-enzymer katalyserer redoxreaktioner.
Transferaser overfører aldehyd-, keton- og nitrogengrupper fra et molekyle til et andet.
Lyaser spalter individuelle radikaler for at danne dobbeltbindinger eller katalysere tilføjelsen af grupper til dobbeltbindinger.
Isomeraser udfører isomerisering.
Ligaser katalyserer reaktionerne ved at forbinde to molekyler ved hjælp af energien fra ATP eller et andet triophosphat.
Pigmenter er højmolekylære naturlige farvede forbindelser. Af flere hundrede forbindelser af denne type er de vigtigste metalloporphyrin og flavinpigmenter.
Metalloporphyrin, som omfatter et magnesiumatom, danner bunden af molekylet af grønne plantepigmenter - klorofyler. Hvis der er et jernatom i stedet for magnesium, kaldes et sådant metalloporphyrin hæm.
Sammensætningen af hæmoglobin i humane erytrocytter, alle andre hvirveldyr og nogle hvirvelløse dyr omfatter oxid jern, som giver blodet en rød farve. Gemeritrin giver blod lyserød farve(nogle polychaete orme). Chlorocruorin pletter blod, vævsvæske grøn.
De mest almindelige luftvejsblodpigmenter er hæmoglobin og hæmocyanin (det respiratoriske pigment hos højere krebsdyr, arachnider og nogle blækspruttebløddyr).
Kromoproteiner omfatter også cytokromer, katalase, peroxidase, myoglobin (indeholdt i muskler og skaber en forsyning af ilt, som tillader havpattedyr at lang tid være under vandet).
Energi i celler og organismer bæres af to flavinpigmenter: flavinmononukleotid (FMN) og flavinadenin inuklotid (FAD). Af kemisk natur hører de ikke til metalloporphyriner, men de ligner hinanden i deres funktioner.
Metalloporphyriner og flaviner spiller rollen som coenzymer eller protesegrupper af enzymer, der er involveret i transporten af elektroner og ilt i levende organismer.
Kloroplaster indeholder relativt et stort antal af gule plastidpigmenter - carotenoider. De mest almindelige er caroten, xanthophyll, lycopen, lutein.
Vitaminer har en høj fysiologisk aktivitet, en kompleks og forskelligartet kemisk struktur. De er nødvendige for normal vækst og udvikling af kroppen. Vitaminer regulerer oxidationen af kulhydrater, organiske syrer, aminosyrer, hvoraf nogle er en del af NAD, NADP.
Biosyntesen af vitaminer er overvejende grønne planter. I dyreorganismer syntetiseres kun vitamin D og E uafhængigt af hinanden Vitaminer opdeles i to grupper: vandopløselige (C, B1, B2, folsyre, B5, B12, B6, PP) og fedtopløselige (A, D, E, K).
Hormoner - biologisk specifikke aktive stoffer protein- eller steroidtype, som dannes og udskilles af dyrs endokrine kirtler og er involveret i reguleringen af deres organismers vitale funktioner. Der kendes op til 30 hormoner og mange hormonlignende stoffer, herunder hormonet skjoldbruskkirtlen- thyroxin, binyrehormoner - adrenalin, noradrenalin, hydrocortison, hypofysehormoner - vasopressin, oxytocin, gonadale hormoner - folliculin, testosteron.
Utilstrækkelig eller overdreven dannelse af hormoner forårsager alvorlige forstyrrelser i kroppens aktiviteter.
Organiske syrer - denne gruppe omfatter organiske stoffer, der kan dannes ved dissociation til vandige opløsninger brintkationer. Indeholdt i betydelige mængder i cellerne hos dyr og især planteorganismer. Organiske syrer er produkter fra omdannelsen af kulbrinter; i syntesen af proteiner danner de kulstofbasen af aminosyrer.
Den største gruppe af organiske syrer er carboxylsyrer. Deres molekyler indeholder nødvendigvis mindst én carboxylgruppe - COOH. I henhold til antallet af carboxylgrupper skelnes monobasisk (myresyre, eddikesyre, propionsyre, magnesium, mælkesyre, glykolsyre), dibasisk (oxalsyre, æblesyre, ravsyre, nina) og polybasisk (citronsyre, akonit).
Ifølge deres egenskaber er syrer opdelt i flygtige og ikke-flygtige. Flygtige syrer omfatter eddikesyre, propionsyre, smørsyre og nogle andre syrer. De fordamper let og har en stærk lugt.
Alle andre organiske syrer er ikke-flygtige. En stor gruppe organiske syrer er carboxylketosyrer, som udover COOH-gruppen indeholder en carbonylgruppe (ketogruppe).
Ikke-carboxyliske organiske syrer omfatter også heterocykliske forbindelser med sure egenskaber. Organiske syrer spiller en ekstremt vigtig rolle i metabolismen af levende organismer. De bestemmer det nødvendige forhold mellem kationer og anioner (ionisk ligevægt) ved indlæggelse næringsstoffer ind i planternes rødder, skabe bufferblandinger i celler med specificerede pH-værdier, er start-, mellem- eller slutprodukterne af biokemiske transformationer. Disse syrer akkumuleres i mærkbare mængder i fri tilstand eller i form af salte i saftige frugter (æbler, citroner, blåbær), i blade og stængler af planter (syre, rabarber). De findes også i blod og sekret ( urinsyre) animalske organismer.
Organiske syrer opnås fra naturlige stoffer som følge af gæring af sukkerholdige stoffer (mælkesyre, smørsyre, eddikesyre) samt oxidation af aldehyder, alkoholer og nogle kulhydrater. Udbredt i madlavning Fødevareindustri, teknologi, videnskabelig forskning.
Af stor betydning i organismers livsprocesser er også salte af organiske syrer, især salte af kalium, natrium, calcium.
Udskillelsesprodukter er opdelt i ekskreter, hemmeligheder, recretes og hormoner.
Udskillelser er produkter af dissimilation, ubrugte, unødvendige eller skadelige stoffer. Der er gasformige, flydende og faste. Denne gruppe omfatter carbondioxid, vand, ethylen, essentielle olier. Hemmelighederne omfatter assimileringsprodukter.
Stoffer, der kan genanvendes, kaldes recretes.
Hormoner er biologisk aktive forbindelser til internt brug. Disse er fytohormoner og hormoner endokrine kirtler dyr.
Exometabolitter er opdelt i metabolitter, der påvirker receptorer og udviser informations-, lugt-, berøringsfunktion. Med deres hjælp laver havpattedyr<пахучие метки>i vandsøjlen forenes fisk og pattedyr i flokke, rovdyr leder efter bytte. Meget høj følsomhed hos pattedyr over for lugten af hunner:
metabolitter med en trofisk funktion, der indgår i fødekæder: lavmetabolitter;
metabolitter, der direkte eller indirekte påvirker reproduktion, vækst og udvikling af organismer i biocenoser: særlige sekreter fra bikoloniens livmoder;
metabolitter giftig virkning (biologiske våben levende organismer): giftige sekretioner af blågrønalger, protozoer og andre dyr, flygtige forbindelser af den grønne masse af højere planter.
Fytohormoner. Disse er plantevækstregulatorer af den hormonale type, forbindelser, der er i stand til at påvirke vækstprocesserne af planteceller, organer og hele planter. Figohormoner spiller en vigtig rolle i regenereringen af tabte organer. Der er flere grupper af fytohormoner.
2 Katalyse Katalyse er processen med at ændre hastigheden af kemiske reaktioner i nærvær af stoffer kaldet katalysatorer.
Katalysatorer er stoffer, der ændrer hastigheden af en kemisk reaktion, som kan deltage i reaktionen, være en del af mellemprodukterne, men er ikke en del af reaktionens slutprodukter og forbliver uændrede efter reaktionens afslutning.
Katalytiske reaktioner er reaktioner, der finder sted i nærvær af katalysatorer.
Katalyse kaldes positiv, hvor reaktionshastigheden stiger, negativ (hæmning), hvor den falder. Et eksempel på positiv katalyse er oxidation af ammoniak på platin ved fremstilling af salpetersyre. Et eksempel på en negativ er et fald i korrosionshastigheden, når natriumnitrit, kromat og kaliumdichromat indføres i væsken, hvori metallet drives.
Katalysatorer, der bremser en kemisk reaktion, kaldes inhibitorer.
Afhængigt af om katalysatoren er i samme fase som reaktanterne eller danner en uafhængig fase, taler man om homogen eller heterogen katalyse.
Et eksempel på homogen katalyse er nedbrydning af hydrogenperoxid i nærvær af jodioner. Reaktionen forløber i to trin:
H O + I \u003d H O + IO H O + IO \u003d H O + O + I
På homogen katalyse katalysatorens virkning skyldes, at den interagerer med reaktanterne og danner mellemforbindelser, hvilket fører til et fald i aktiveringsenergien.
Ved heterogen katalyse sker accelerationen af processen normalt på overfladen fast krop- katalysator, så katalysatorens aktivitet afhænger af størrelsen og egenskaberne af dens overflade. I praksis er katalysatoren sædvanligvis understøttet på en fast porøs bærer. Mekanismen for heterogen katalyse er mere kompliceret end homogen katalyse.
Mekanismen for heterogen katalyse omfatter fem stadier, som alle er reversible.
1. Diffusion af reaktanter til overfladen af et fast stof.
2. Fysisk adsorption på de aktive steder af den faste overflade af reagerende molekyler og derefter deres kemisorption.
3. Kemisk reaktion mellem reagerende molekyler.
4. Desorption af produkter fra katalysatoroverfladen.
5. Diffusion af produktet fra katalysatoroverfladen til den generelle strøm.
Et eksempel på heterogen katalyse er oxidationen af SO til SO på en VO-katalysator ved fremstilling af svovlsyre (kontaktmetode).
Promotorer (eller aktivatorer) er stoffer, der øger aktiviteten af en katalysator. I dette tilfælde har promotorerne i sig selv muligvis ikke katalytiske egenskaber.
Katalytiske giftstoffer - fremmede urenheder i reaktionsblandingen, hvilket fører til delvist eller fuldstændigt tab af katalysatoraktivitet. Så spor af arsen, phosphor forårsager et hurtigt tab af VO-aktivitet af katalysatoren (kontaktmetode til fremstilling af HSO).
Mange af de vigtigste kemiske industrier, såsom produktion af svovlsyre, ammoniak, salpetersyre, syntetisk gummi, en række polymerer osv., udføres i nærværelse af katalysatorer.
Biokemiske reaktioner i plante- og dyreorganismer accelereres af biokemiske katalysatorer - enzymer.
Processens hastighed er ekstrem vigtig faktor, som bestemmer udstyrets ydeevne kemiske industrier. Derfor er en af hovedopgaverne for kemi af den videnskabelige og teknologiske revolution at finde måder at øge reaktionshastigheden på. Endnu en vigtig opgave moderne kemi, på grund af den stærkt stigende produktion kemiske produkter, - øge selektiviteten af kemiske omdannelser i sund mad, at reducere mængden af emissioner og affald. Det har også med sikkerhed at gøre. miljø og mere rationel udnyttelse af desværre svindende naturressourcer.
For at nå alle disse mål er der brug for de rigtige midler, og sådanne midler er primært katalysatorer. Det er dog ikke let at finde dem. I færd med at lære intern enhed tingene omkring os, har videnskabsmænd etableret en vis graduering, et hierarki af niveauer i mikroverdenen. Den verden, der beskrives i vores bog, er molekylernes verden, hvis gensidige transformationer er genstand for kemi. Vi vil ikke være interesseret i al kemi, men kun i en del af den, viet til studiet af dynamikken i ændringer i den kemiske struktur af molekyler. Tilsyneladende er der ingen grund til at sige, at molekylerne er bygget af atomer, og sidstnævnte - fra kernen og elektronskallen, der omgiver den; at molekylernes egenskaber afhænger af arten af deres konstituerende atomer og rækkefølgen af deres forbindelse med hinanden, at de kemiske og fysiske egenskaber stoffer afhænger af molekylernes egenskaber og arten af deres forhold. Lad os antage, at alt dette er i generelle vendinger er kendt af læseren, og derfor vil hovedvægten ligge på problemstillinger i forbindelse med begrebet kemiske reaktioners hastighed.
Gensidige transformationer af molekyler forløber med meget forskellige hastigheder. Hastigheden kan ændres ved at opvarme eller afkøle blandingen af reagerende molekyler. Ved opvarmning stiger reaktionshastigheden normalt, men dette er ikke det eneste middel til at accelerere kemiske omdannelser. Der er en anden, mere effektiv metode- katalytisk, udbredt i vores tid i produktionen af en bred vifte af produkter.
De første videnskabelige ideer om katalyse opstod samtidig med udviklingen af atomteorien om stoffets struktur. I 1806, et år efter en af skaberne af moderne atomistisk teori Dalton formulerede loven om multiple forhold i noterne fra Manchester Literary and Philosophical Society, Clement og Desormes offentliggjorde detaljerede data om accelerationen af oxidationen af svovldioxid i nærvær af nitrogenoxider under kammerproduktionen af svovlsyre. Seks år senere, i Technological Journal, rapporterede Kirchhoff resultaterne af sine observationer om den accelererende virkning af fortyndede mineralsyrer på hydrolysen af stivelse til glucose. Disse to observationer åbnede epoken eksperimentel undersøgelse usædvanligt for den tid kemiske fænomener, som den svenske kemiker Berzelius i 1835 gav fællesnavnet "katalyse" fra det græske ord "cataloo" - at ødelægge. Sådan er i en nøddeskal historien om opdagelsen af katalyse, som med god grund bør tilskrives et af naturens grundlæggende fænomener.
Den bedste definition af katalyse blev formuleret af G.K. Vereskov: "Fænomenologisk kan katalyse defineres som excitation af kemiske reaktioner eller en ændring i deres hastighed under påvirkning af stoffer - katalysatorer, der gentagne gange indgår mellem kemiske interaktioner med deltagerne i reaktionen og genoprette deres kemiske sammensætning efter hver cyklus af mellemliggende interaktioner.
Det mærkeligste i denne definition er dens sidste del - stoffet, der accelererer den kemiske proces, bliver ikke indtaget. Hvis det er nødvendigt at accelerere bevægelsen af en tung krop, skubbes den, og derfor bruges energi på dette. Jo mere energi der bruges, jo mere fart får kroppen. Ideelt set vil mængden af brugt energi være nøjagtigt lig med den kinetiske energi, som kroppen erhverver. Dette manifesterer den grundlæggende naturlov - bevarelse af energi.
3. Biopolymerer
Biopolymerer - en klasse af polymerer, der forekommer naturligt i naturen, som er en del af levende organismer: proteiner, nukleinsyrer, polysaccharider. Biopolymerer består af identiske (eller forskellige) enheder - monomerer. Monomerer af proteiner - aminosyrer, nukleinsyrer - nukleotider, i polysaccharider - monosaccharider.
Der er to typer biopolymerer - regulære (nogle polysaccharider) og uregelmæssige (proteiner, nukleinsyrer, nogle polysaccharider).
Proteiner Proteiner har flere niveauer af organisation - primær, sekundær, tertiær og nogle gange kvartær. Den primære struktur bestemmes af sekvensen af monomerer, mens den sekundære struktur bestemmes af intra- og intermolekylære interaktioner mellem monomerer, normalt ved hjælp af hydrogenbindinger. Den tertiære struktur afhænger af interaktionen af sekundære strukturer, den kvaternære dannes som regel ved at kombinere flere molekyler med en tertiær struktur.
Den sekundære struktur af proteiner dannes ved interaktion af aminosyrer gennem hydrogenbindinger og hydrofobe interaktioner. De vigtigste typer af sekundær struktur er: b-helix, når hydrogenbindinger opstår mellem aminosyrer i samme kæde, c-sheets (foldede lag), når hydrogenbindinger dannes mellem forskellige polypeptidkæder, der går i forskellige retninger (antiparallelle), uordnede sektioner For at forudsige de sekundære strukturer bruges af computerprogrammer.
Den tertiære struktur eller "fold" dannes ved interaktion af sekundære strukturer og stabiliseres af ikke-kovalente, ioniske, hydrogenbindinger og hydrofobe interaktioner. Proteiner, der udfører lignende funktioner, har normalt en lignende tertiær struktur. Et eksempel på en fold er en v-tønde (tønde), når v-arkene er arrangeret i en cirkel. Den tertiære struktur af proteiner bestemmes ved hjælp af røntgendiffraktionsanalyse.
En vigtig klasse af polymere proteiner er fibrillære proteiner, hvoraf den bedst kendte er kollagen.
I dyreverdenen fungerer proteiner normalt som en støtte, strukturdannende polymer. Disse polymerer er bygget af 20 b-aminosyrer. Aminosyrerester er bundet til proteinmakromolekyler ved hjælp af peptidbindinger som følge af reaktionen af carboxyl- og aminogrupper.
Betydningen af proteiner i dyrelivet kan ikke overvurderes. Dette er byggematerialet for levende organismer, biokatalysatorer - enzymer, der sikrer strømmen af reaktioner i celler, og enzymer, der stimulerer visse biokemiske reaktioner, dvs. tilvejebringelse af selektivitet af biokatalyse. Vores muskler, hår, hud består af fibrøse proteiner. Blodproteinet, som er en del af hæmoglobin, fremmer optagelsen af atmosfærisk oxygen, et andet protein - insulin - er ansvarlig for nedbrydningen af sukker i kroppen og derfor forsyner den med energi. Molekylvægten af proteiner varierer meget. Så insulin, det første af proteinerne, hvis struktur blev etableret af F. Sanger i 1953, indeholder omkring 60 aminosyreenheder, og dets molekylvægt er kun 12.000. Til dato er flere tusinde proteinmolekyler blevet identificeret, molekylvægten af nogle af dem når 106 eller mere.
Nukleinsyrer Den primære struktur af DNA er den lineære sekvens af nukleotider i en kæde. Som regel skrives sekvensen i form af bogstaver (for eksempel AGTCATGCCAG), og optagelsen foretages fra 5" til 3" enden af kæden.
Den sekundære struktur er en struktur dannet på grund af ikke-kovalente interaktioner af nukleotider (for det meste nitrogenholdige baser) med hinanden, stabling og hydrogenbindinger. DNA-dobbelthelixen er et klassisk eksempel på sekundær struktur. Dette er den mest almindelige form for DNA i naturen, som består af to antiparallelle komplementære polynukleotidkæder. Anti-parallelisme er implementeret på grund af polariteten af hvert af kredsløbene. Komplementaritet forstås som korrespondancen til hver nitrogenholdig base af en DNA-streng af en strengt defineret base af den anden streng (modsat A er T, og modsat G er C). DNA holdes i en dobbelt helix på grund af komplementær baseparring - dannelsen af hydrogenbindinger, to i par A-T og tre i et G-C par.
I 1868 isolerede den schweiziske videnskabsmand Friedrich Miescher et fosforholdigt stof fra cellekernerne, som han kaldte nuklein. Senere blev dette og lignende stoffer kaldt nukleinsyrer. Deres molekylvægt kan nå 109, men varierer oftere fra 105-106. De oprindelige stoffer, hvorfra nukleotider er bygget - forbindelser af makromolekyler af nukleinsyrer er: kulhydrat, phosphorsyre, purin og pyrimidinbaser. I den ene gruppe af syrer virker ribose som et kulhydrat, i den anden deoxyribose.I overensstemmelse med arten af det kulhydrat, der indgår i deres sammensætning, kaldes nukleinsyrer ribonuklein- og deoxyribonukleinsyrer. Almindelige forkortelser er RNA og DNA. Nukleinsyrer spiller den vigtigste rolle i livsprocesser. Med deres hjælp løses to vigtigste opgaver: opbevaring og transmission arvelige oplysninger og matrix syntese makromolekyler af DNA, RNA og protein.
Polysaccharider Polysaccharider syntetiseret af levende organismer består af et stort antal monosaccharider forbundet med glykosidbindinger. Ofte er polysaccharider uopløselige i vand. Disse er normalt meget store, forgrenede molekyler. Eksempler på polysaccharider, der syntetiseres af levende organismer, er lagerstoffer stivelse og glykogen samt strukturelle polysaccharider - cellulose og kitin. Da biologiske polysaccharider er sammensat af molekyler af forskellig længde, gælder begreberne sekundær og tertiær struktur ikke for polysaccharider.
Polysaccharider er dannet af lavmolekylære forbindelser kaldet sukkerarter eller kulhydrater. Cykliske molekyler af monosaccharider kan binde sig til hinanden med dannelse af såkaldte glykosidbindinger ved kondensering af hydroxylgrupper.
De mest almindelige polysaccharider, hvis gentagne enheder er resterne af b-D-glucopyranose eller dets derivater. Den bedst kendte og mest brugte cellulose. I dette polysaccharid forbinder en oxygenbro det 1. og 4. carbonatom i naboenheder, en sådan binding kaldes β-1,4-glykosid.
Kemisk sammensætning, svarende til cellulose, har en stivelse bestående af amylose og amylopectin, glykogen og dextran. Forskellen mellem førstnævnte og cellulose ligger i forgrening af makromolekyler, og amylopektin og glykogen kan klassificeres som hyperforgrenede naturlige polymerer, dvs. dendrimerer med uregelmæssig struktur. Forgreningspunktet er normalt det sjette carbonatom i 6-D-glucopyranoseringen, som er forbundet med en glykosidbinding til sidekæden. Forskellen mellem dextran og cellulose ligger i arten af glykosidbindinger - sammen med b-1,4- indeholder dextran også b-1,3 - og b-1,6-glykosidbindinger, hvor sidstnævnte er dominerende.
Chitin og chitosan har en anden kemisk sammensætning end cellulose, men de er tæt på den i struktur. Forskellen ligger i den kendsgerning, at ved det andet carbonatom af β-D-glucopyranose-enheder forbundet med β-1,4-glykosidbindinger, er OH-gruppen erstattet af -NHCH3COO-grupperne i chitin og -NH2-gruppen i chitosan.
Cellulose findes i bark og træ af træer, plantestængler: bomuld indeholder mere end 90% cellulose, nåletræer - over 60%, løvfældende - omkring 40%. Cellulosefibrenes styrke skyldes, at de er dannet af enkeltkrystaller, hvor makromolekyler er pakket parallelt med hinanden. Cellulose er ikke kun det strukturelle grundlag for repræsentanter flora men også nogle bakterier.
I dyreriget "bruges" polysaccharider kun af insekter og leddyr som understøttende, strukturdannende polymerer. Oftest bruges kitin til disse formål, som tjener til at opbygge det såkaldte ydre skelet hos krabber, krebs og rejer. Fra chitin ved deacetylering opnås chitosan, som i modsætning til uopløseligt kitin er opløseligt i vandige opløsninger af myresyre, eddikesyre og saltsyre. I denne henseende, og også på grund af komplekset værdifulde ejendomme kombineret med biokompatibilitet har chitosan store muligheder for en lang række af praktisk ansøgning snart.
Stivelse er et af de polysaccharider, der fungerer som reservenæringsstof i planter. Knolde, frugter, frø indeholder op til 70% stivelse. Dyrenes lagrede polysaccharid er glykogen, som hovedsageligt findes i leveren og musklerne.
Styrken af planters stammer og stængler, foruden skelettet af cellulosefibre, bestemmes af bindeplantevævet. En væsentlig del af det i træer er lignin - op til 30%. Dens struktur er ikke præcist fastlagt. Det er kendt, at dette er en hyperforgrenet polymer med relativt lav molekylvægt (M ≥ 104), hovedsageligt dannet af phenolrester substitueret i ortho-stillingen med grupper - OCH3, i para-stillingen med grupper - CH=CH-CH2OH. I øjeblikket er en enorm mængde ligniner blevet akkumuleret som affald fra cellulosehydrolyseindustrien, men problemet med deres bortskaffelse er ikke løst. Plantevævets støtteelementer omfatter pektinstoffer og især pektin, som hovedsageligt er placeret i cellevæggene. Dens indhold i æblernes skræl og den hvide del af skallen af citrusfrugter når 30%. Pektin hører til heteropolysaccharider, dvs. copolymerer. Dens makromolekyler er hovedsageligt bygget af rester af D-galacturonsyre og dens methylester forbundet med β-1,4-glykosidbindinger.
Af pentoserne er polymerer af arabinose og xylose vigtige, som danner polysaccharider kaldet arabiner og xylaner. De bestemmer sammen med cellulose træets typiske egenskaber.
organisk uorganisk sammensat polymer
Liste over brugt litteratur
1. Babanazarova, O.V. Begreber moderne naturvidenskab[Tekst]: tutorial/ O.V. Babanazarov. - Yaroslavl: Yaroslavl. stat un-t, 2000. - 44 s.
2. Budniy, I.V. Begreber i moderne naturvidenskab: retningslinier for deltidsstuderende [Tekst]: / I.V. Ugedag; International University of Business and New Technologies / Institut /. - 2. udg., rettet. og yderligere - Yaroslavl: RIC MUBINT, 2006. - 24 s.
3. Gorelov, A.A. Begreber om moderne naturvidenskab [Tekst]: lærebog / A.A. Gorelov. - M.: Videregående uddannelse, 2008. - 335 s.
4. E.A. Eremina.V. V. Eremin. IKKE. Kuzmenko. Kemi 8-11 celler. - M., Drofa Publishing House, 1996.
5. Kanke, V.A. Begreber af moderne naturvidenskab. [Tekst]: / V.A. Kanke. - M.: Logos, 2001. - 156 s.
6. Naidysh, V.M. Begreber af moderne naturvidenskab. [Tekst]: / V.M. Naydysh. - M.: Gardariki, 1999. - 257 s.
7. Ruzavin, G.I. Begreber om moderne naturvidenskab: Lærebog for universiteter [Tekst]: / G.I. Ruzavin. - M. Kultur og sport, UNITI, 1997. - 287 s.
Hostet på Allbest.ru
Lignende dokumenter
Design og skabelse af nyt biologiske systemer ikke findes i naturen. Metoder til syntese af kunstige organiske molekyler, der spiller en vis rolle i levende systemer. Genetisk modifikation af bakterier ved hjælp af rekombinant DNA-teknologi.
præsentation, tilføjet 14.11.2016
Vand er det eneste stof på Jorden, der findes i naturen i alle tre aggregeringstilstande - flydende, fast og gasformig, dets vigtigste fysiske og kemiske egenskaber, dets betydning i naturen og organismers liv. Vandets kredsløb.
præsentation, tilføjet 23/09/2011
Tegn og niveauer for organisering af levende organismer. Cellens kemiske organisation. Uorganiske, organiske stoffer og vitaminer. Strukturen og funktionen af lipider, kulhydrater og proteiner. Nukleinsyrer og deres typer. DNA- og RNA-molekyler, deres struktur og funktioner.
abstrakt, tilføjet 07/06/2010
Formålet med og karakteristika for membranernes funktion som usynlige film, der omgiver cellerne i levende organismer. Undersøgelse af strukturen og analyse af den kemiske sammensætning biologiske membraner. Beskrivelse af transmembran transport af stoffer og membransignalsystemer.
abstrakt, tilføjet 12/10/2015
Metabolisme som hovedforskellen mellem levende genstande og processer fra ikke-levende. De to hovedtyper af biopolymerer i levende systemer er proteiner og nukleinsyrer (DNA og RNA). Det fysiske og kemiske forhold. Egenskaber ved levende systemer.
test, tilføjet 22/05/2009
Cellen er den grundlæggende enhed af liv på Jorden. Cellens kemiske sammensætning. Uorganiske og organiske stoffer: vand, mineralsalte, proteiner, kulhydrater, syrer. Cellulær teori om organismers struktur. Metabolisme og energiomdannelse i cellen.
abstract, tilføjet 13-12-2007
Studiet af den cellulære teori om strukturen af organismer, den vigtigste metode til celledeling, metabolisme og energiomdannelse. Analyse af levende organismers egenskaber, autotrof og heterotrof ernæring. Forskning af uorganiske og organisk stof celler.
abstract, tilføjet 14/05/2011
Betydningen af proteiner i den menneskelige krop. Karakteristika for kulhydrater som naturlige organiske forbindelser, deres typer. Den ernæringsmæssige værdi fedtstoffer. Klassificering af vitaminer, deres indhold i fødevarer. Mineralernes rolle i menneskelig ernæring. Værdien af vand.
abstrakt, tilføjet 29/03/2010
generelle karakteristika levende og livløs natur. Uorganiske og organiske stoffer i cellen: makroelementer, mikroelementer, ultramikroelementer, salte, vand, nukleinsyrer, kulhydrater, proteiner, lipider. Begrebet biogene elementer. Vand egenskaber.
præsentation, tilføjet 26/04/2012
Metabolisme i kroppen er en sammenhængende helhed. Gensidige overgange mellem separate klasser af organiske forbindelser er et naturligt, uundgåeligt og storstilet fænomen i den levende natur. Indbyrdes sammenhæng mellem udvekslinger af nukleinsyrer, kulhydrater og lipider.
Fuld tekstsøgning:
Hjem > Abstrakt >Biologi
1 Organiske og uorganiske stoffer
I. Uorganiske forbindelser.
1. Vand, dets egenskaber og betydning for biologiske processer.
Vand er et universelt opløsningsmiddel. Den har en høj varmekapacitet og samtidig høj varmeledningsevne for væsker. Disse egenskaber gør vand til en ideel væske til at opretholde kroppens termiske ligevægt.
På grund af polariteten af dets molekyler fungerer vand som en strukturstabilisator.
Vand er en kilde til ilt og brint, det er det vigtigste medium, hvor biokemiske og kemiske reaktioner finder sted, det vigtigste reagens og produkt af biokemiske reaktioner.
Vand er kendetegnet ved fuldstændig gennemsigtighed i den synlige del af spektret, hvilket er vigtigt for processen med fotosyntese, transpiration.
Vand komprimeres praktisk talt ikke, hvilket er meget vigtigt for at forme organer, skabe turgor og sikre en bestemt position af organer og dele af kroppen i rummet.
Vand gør det muligt at udføre osmotiske reaktioner i levende celler.
Vand er det vigtigste middel til at transportere stoffer i kroppen (blodcirkulation, stigende og faldende strømme af opløsninger gennem plantelegemet osv.).
2. Mineraler.
I sammensætningen af levende organismer har moderne metoder til kemisk analyse afsløret 80 elementer i det periodiske system. I henhold til deres kvantitative sammensætning er de opdelt i tre hovedgrupper.
Makronæringsstoffer udgør hovedparten af organiske og uorganiske forbindelser, deres koncentration varierer fra 60% til 0,001% af kropsvægten (ilt, brint, kulstof, nitrogen, svovl, magnesium, kalium, natrium, jern osv.).
Sporelementer er overvejende tungmetalioner. Indeholdt i organismer i en mængde på 0,001% - 0,000001% (mangan, bor, kobber, molybdæn, zink, jod, brom).
Koncentrationen af ultramikroelementer overstiger ikke 0,000001%. Deres fysiologiske rolle i organismer er endnu ikke fuldt ud klarlagt. Denne gruppe omfatter uran, radium, guld, kviksølv, cæsium, selen og mange andre sjældne grundstoffer.
Hovedparten af vævene fra levende organismer, der bebor Jorden, er organogene elementer: oxygen, kulstof, brint og nitrogen, hvorfra organiske forbindelser hovedsageligt er bygget - proteiner, fedtstoffer, kulhydrater.
II. De enkelte elementers rolle og funktion.
Nitrogen i autotrofe planter er det oprindelige produkt af nitrogen- og proteinmetabolisme. Nitrogenatomer er en del af mange andre ikke-proteiner, men de vigtigste forbindelser: pigmenter (klorofyl, hæmoglobin), nukleinsyrer, vitaminer.
Fosfor er en del af mange vitale forbindelser. Fosfor er en bestanddel af AMP, ADP, ATP, nukleotider, phosphorylerede saccharider og nogle enzymer. Mange organismer indeholder fosfor i mineralsk form (opløselige cellesaftfosfater, knoglevævsfosfater).
Efter organismers død mineraliseres fosforforbindelser. Takket være rodsekretioner opløser jordbakteriers aktivitet fosfater, hvilket gør det muligt for plante- og derefter dyreorganismer at optage fosfor.
Svovl er involveret i konstruktionen af svovlholdige aminosyrer (cystin, cystein), er en del af vitamin B1 og nogle enzymer. Svovl og dets forbindelser er især vigtige for kemosyntetiske bakterier. Svovlforbindelser dannes i leveren som produkter af desinfektion af giftige stoffer.
Kalium findes kun i celler i form af ioner. På grund af kalium har cytoplasmaet visse kolloide egenskaber; kalium aktiverer enzymerne i proteinsyntesen, bestemmer den normale rytme af hjerteaktivitet, deltager i dannelsen af bioelektriske potentialer, i fotosynteseprocesserne.
Natrium (indeholdt i ionform) er en væsentlig del af blodets mineralstoffer og spiller derfor en vigtig rolle i reguleringen af vandstofskiftet i kroppen. Natriumioner bidrager til polariseringen af cellemembranen; den normale rytme af hjerteaktivitet afhænger af tilstedeværelsen i næringsmediet i den nødvendige mængde af natrium-, kalium- og calciumsalte.
Calcium i ionisk tilstand er en kaliumantagonist. Det er en del af membranstrukturerne, i form af salte af pektin, der limer planteceller sammen. I planteceller findes det ofte som simple, nåleformede eller sammenvoksede calciumoxalatkrystaller.
Magnesium findes i celler i et vist forhold med calcium. Det er en del af klorofylmolekylet, aktiverer energimetabolisme og DNA-syntese.
Jern er en integreret del af hæmoglobinmolekylet. Det er involveret i biosyntesen af klorofyl, derfor, med mangel på jern i jorden, udvikler planter klorose. Jerns hovedrolle er deltagelse i respirationsprocesser, fotosyntese ved at overføre elektroner som en del af oxidative enzymer - katalase, ferredoxin. En vis forsyning af jern i kroppen hos dyr og mennesker er lagret i det geléholdige protein ferritin, der findes i lever og milt.
Kobber findes i dyr og planter, hvor det spiller en vigtig rolle. Kobber er en del af nogle enzymer (oxidaser). Værdien af kobber for processerne af hæmatopoiesis, syntesen af hæmoglobin og cytochromer er blevet etableret.
Hver dag kommer 2 mg kobber ind i menneskekroppen med mad. I planter er kobber en del af mange enzymer, der er involveret i de mørke reaktioner af fotosyntese og anden biosyntese. Dyr, der lider af kobbermangel, har anæmi, appetitløshed og hjertesygdomme.
Mangan er et mikroelement, med en utilstrækkelig mængde, hvoraf chlorose forekommer i planter. Mangan spiller også en vigtig rolle i processerne for nitratreduktion i planter.
Zink er en del af nogle enzymer, der aktiverer nedbrydningen af kulsyre.
Bor påvirker vækstprocesser, især i planteorganismer. I mangel af dette mikroelement i jorden dør ledende væv, blomster og æggestokke i planter.
PÅ nyere tid mikroelementer er ret udbredt i afgrødeproduktion (behandling af frø før såning), i husdyrhold (mikroelementtilsætningsstoffer til foder).
Andre uorganiske komponenter i cellen er oftest i form af salte dissocieret til ioner i opløsning eller i uopløst tilstand (phosphorsalte af knoglevæv, kalk- eller siliciumskaller af svampe, koraller, kiselalger osv.).
III. organiske forbindelser.
Kulhydrater (saccharider). Disse stoffers molekyler er bygget af kun tre grundstoffer - kulstof, ilt og brint. Kulstof er den vigtigste energikilde for levende organismer. Derudover forsyner de organismer med forbindelser, der senere bruges til at syntetisere andre forbindelser.
De mest kendte og almindelige kulhydrater er mono- og disaccharider opløst i vand. De krystalliserer og smager sødt.
Monosaccharider (monoser) er forbindelser, der ikke kan hydrolyseres. Saccharider kan polymerisere og danne forbindelser med højere molekylvægt - di-, tri- og polysaccharider.
Oligosaccharider. Molekylerne af disse forbindelser er bygget af 2 - 4 molekyler af monosaccharider. Disse forbindelser kan også krystallisere, er letopløselige i vand, er søde i smagen og har en konstant molekylvægt. Et eksempel på oligosaccharider kan være disaccharider saccharose, maltose, lactose, stachyose tetrasaccharid osv.
Polysaccharider (polyoser) er vanduopløselige forbindelser (danner en kolloid opløsning), som ikke har en sød smag.Ligesom den tidligere gruppe af kulhydrater kan de hydrolyseres (arabaner, xylaner, stivelse, glykogen). Hovedfunktionen af disse forbindelser er binding, limning af bindevævsceller, beskyttelse af celler mod ugunstige faktorer.
Lipider er en gruppe af forbindelser, der findes i alle levende celler og er uopløselige i vand. De strukturelle enheder af lipidmolekyler kan enten være simple carbonhydridkæder eller rester af komplekse cykliske molekyler.
Afhængigt af den kemiske natur opdeles lipider i fedtstoffer og lipoider.
Fedtstoffer (triglycerider, neutrale fedtstoffer) er hovedgruppen af lipider. De er estere af den trivalente alkohol glycerol og fedtsyrer eller en blanding af frie fedtsyrer og triglycerider.
Findes i levende celler og frie fedtsyrer: palmitinsyre, stearinsyre, ricinsyre.
Lipoider er fedtlignende stoffer. De er af stor betydning, fordi de på grund af deres struktur danner klart orienterede molekylære lag, og det ordnede arrangement af hydrofile og hydrofobe ender af molekyler er af afgørende betydning for dannelsen af membranstrukturer med selektiv permeabilitet.
Enzymer. Disse er biologiske katalysatorer af proteinnatur, der er i stand til at accelerere biokemiske reaktioner. Enzymer ødelægges ikke i processen med biokemiske transformationer, derfor katalyserer en relativt lille mængde af dem reaktionerne af en stor mængde af et stof. En karakteristisk forskel mellem enzymer og kemiske katalysatorer er deres evne til at fremskynde reaktioner under normale forhold.
Af kemisk natur er enzymer opdelt i to grupper - en-komponent (bestående kun af protein, deres aktivitet skyldes det aktive center - en specifik gruppe af aminosyrer i proteinmolekylet (pepsin, trypsin)) og to-komponent ( bestående af et protein (apoenzym - en proteinbærer) og en proteinkomponent (coenzym), og den kemiske natur af coenzymer er forskellig, da de kan bestå af organiske (mange vitaminer, NAD, NADP) eller uorganiske (metalatomer: jern, magnesium, zink)).
Enzymers funktion er at reducere aktiveringsenergien, dvs. ved at reducere det energiniveau, der kræves for at gøre molekylet reaktivt.
Den moderne klassificering af enzymer er baseret på de typer af kemiske reaktioner, de katalyserer. Hydrolasenzymer accelererer reaktionen ved at spalte komplekse forbindelser til monomerer (amylase (hydrolyserer stivelse), cellulase (nedbryder cellulose til monosaccharider), protease (hydrolyserer proteiner til aminosyrer)).
Oxidoreduktase-enzymer katalyserer redoxreaktioner.
Transferaser overfører aldehyd-, keton- og nitrogengrupper fra et molekyle til et andet.
Lyaser spalter individuelle radikaler for at danne dobbeltbindinger eller katalysere tilføjelsen af grupper til dobbeltbindinger.
Isomeraser udfører isomerisering.
Ligaser katalyserer reaktionerne ved at forbinde to molekyler ved hjælp af energien fra ATP eller et andet triophosphat.
Pigmenter er højmolekylære naturlige farvede forbindelser. Af flere hundrede forbindelser af denne type er de vigtigste metalloporphyrin og flavinpigmenter.
Metalloporphyrin, som omfatter et magnesiumatom, danner bunden af molekylet af grønne plantepigmenter - klorofyler. Hvis der er et jernatom i stedet for magnesium, kaldes et sådant metalloporphyrin hæm.
Sammensætningen af hæmoglobin i humane erytrocytter, alle andre hvirveldyr og nogle hvirvelløse dyr omfatter oxid jern, som giver blodet en rød farve. Hemerythrin giver blodet en lyserød farve (nogle polychaete orme). Chlorocruorin pletter blod, vævsvæske grøn.
De mest almindelige luftvejsblodpigmenter er hæmoglobin og hæmocyanin (det respiratoriske pigment hos højere krebsdyr, arachnider og nogle blækspruttebløddyr).
Kromoproteiner omfatter også cytochromer, katalase, peroxidase, myoglobin (indeholdt i muskler og skaber en iltforsyning, som gør det muligt for havpattedyr at forblive under vand i lang tid).
Stoffer, pesticider). Hoved uorganisk(mineral... medium til forarbejdning af store mængder økologisk og uorganisk stoffer uden større vandskader. ...
Teori om kemi. økologisk og uorganisk kemi og metoder til at undervise det
Synopsis >> Kemi... stoffer med et lavt smeltepunkt og en karakteristisk lugt. Fenoler er tungtopløselige i vand, opløselige i økologisk... cellulose - hvidt fast stof stof, uopløseligt i vand og alm økologisk opløsningsmidler, men meget opløselige...
Kvalitativ analyse og eksperimentelle opgaver til anerkendelse af hovedklasserne uorganisk stoffer
Kursusarbejde >> Pædagogik...)6](NO3)2. Salte er en særlig gruppe. økologisk syrer, hvis egenskaber er væsentligt forskellige ... lektion nummer 1 Emne. Bestemmelse af den kvalitative sammensætning uorganisk stoffer. Formål: at udvikle en metodisk tilgang hos studerende ...
Lærebog for klasse 10-11
Afsnit I. Celle - en livsenhed
Kapitel I. Cellens kemiske sammensætning
Levende organismer indeholder et stort antal kemiske grundstoffer. De danner to klasser af forbindelser - organiske og uorganiske. Kemiske forbindelser, hvis struktur er carbonatomer, er kendetegn i live. Disse forbindelser kaldes organiske. Organiske forbindelser er ekstremt forskellige, men kun fire klasser af dem har en universel biologisk betydning: proteiner, nukleinsyrer, kulhydrater og lipider.
§ 1. Uorganiske forbindelser
Biologisk vigtige kemiske grundstoffer. Af de mere end 100 kemiske grundstoffer, vi kender, indeholder levende organismer omkring 80, og kun i forhold til 24 ved man, hvilke funktioner de udfører i cellen. Sættet af disse elementer er ikke tilfældigt. Livet opstod i verdenshavets farvande, og levende organismer består hovedsageligt af de grundstoffer, der danner forbindelser, der er letopløselige i vand. De fleste af disse elementer er blandt lyset, deres egenskab er evnen til at indgå i stærke (kovalente) bindinger og danne mange forskellige komplekse molekyler.
Inde i cellerne menneskelige legeme Ilt (mere end 60%), kulstof (ca. 20%) og brint (ca. 10%) dominerer. Nitrogen, calcium, fosfor, klor, kalium, svovl, natrium, magnesium tilsammen udgør omkring 5 %. De resterende 13 elementer udgør ikke mere end 0,1 %. De fleste dyrs celler har en lignende grundstofsammensætning; kun cellerne i planter og mikroorganismer er forskellige. Selv de elementer, der er indeholdt i celler i ubetydelige mængder, kan ikke erstattes af noget og er absolut nødvendige for livet. Således overstiger indholdet af jod i celler ikke 0,01%. Men med mangel på det i jorden (på grund af dette og i madvarer) børns vækst og udvikling er forsinket. Indholdet af kobber i dyreceller overstiger ikke 0,0002%. Men med mangel på kobber i jorden (derfor i planter) opstår massesygdomme hos husdyr.
Værdien for cellen med grundlæggende elementer er angivet i slutningen af dette afsnit.
Uorganiske (mineralske) forbindelser. Sammensætningen af levende celler omfatter en række relativt simple forbindelser, der også findes i den livløse natur - i mineraler, naturlige farvande. Disse er uorganiske forbindelser.
Vand er et af de mest almindelige stoffer på jorden. Hun dækker mest jordens overflade. Næsten alle levende ting består primært af vand. Hos mennesker varierer vandindholdet i organer og væv fra 20 % (i knoglevæv) til 85 % (i hjernen). Omkring 2/3 af massen af en person er vand, i en vandmands krop op til 95% af vandet, selv i tørre plantefrø er vand 10-12%.
Vand har nogle unikke egenskaber. Disse egenskaber er så vigtige for levende organismer, at det er umuligt at forestille sig livet uden denne kombination af brint og ilt.
Vandets unikke egenskaber bestemmes af strukturen af dets molekyler. I et vandmolekyle er et oxygenatom kovalent bundet til to hydrogenatomer (fig. 1). Vandmolekylet er polært (dipol). Positive ladninger er koncentreret ved brintatomer, da oxygen er mere elektronegativt end brint.
Ris. 1. Dannelse af hydrogenbindinger i vand
Det negativt ladede oxygenatom i et vandmolekyle tiltrækkes af det positivt ladede hydrogenatom i et andet molekyle for at danne en hydrogenbinding (fig. 1).
Med hensyn til styrke er en brintbinding omkring 15-20 gange svagere end en kovalent binding. Derfor brydes brintbindingen let, hvilket for eksempel observeres under fordampning af vand. På grund af den termiske bevægelse af molekyler i vand brydes nogle brintbindinger, andre dannes.
Molekyler i flydende vand er således mobile, hvilket er vigtigt for metaboliske processer. Vandmolekyler trænger let igennem cellemembraner.
På grund af molekylernes høje polaritet er vand et opløsningsmiddel for andre polære forbindelser. Flere stoffer opløses i vand end i nogen anden væske. Det er derfor i vandmiljø Celler udfører mange kemiske reaktioner. Vand opløser stofskifteprodukter og fjerner dem fra cellen og kroppen som helhed.
Vand har en høj varmekapacitet, dvs. evnen til at optage varme med en minimal ændring i egen temperatur. På grund af dette beskytter det cellen mod pludselige temperaturændringer. Da der bruges meget varme på fordampning af vand, kan organismer ved at fordampe vand beskytte sig mod overophedning (for eksempel under sveden).
Vand har en høj varmeledningsevne. Denne egenskab skaber mulighed for ensartet fordeling af varme mellem kroppens væv.
Vand tjener som opløsningsmiddel til de "smøremidler", der er nødvendige, hvor der er gnidningsoverflader (f.eks. i samlinger).
Vand har en maksimal densitet ved 4°C. Derfor er is, som har en lavere tæthed, lettere end vand og flyder på overfladen, hvilket beskytter reservoiret mod at fryse.
I forhold til vand er alle cellestoffer opdelt i to grupper: hydrofile - "elsker vand" og hydrofobiske - "bange for vand" (fra det græske "hydro" - vand, "phileo" - kærlighed og "phobos" - frygt) .
Hydrofile stoffer er stoffer, der er meget opløselige i vand. Disse er salte, sukkerarter, aminosyrer. hydrofobe stoffer På den anden side er de praktisk talt uopløselige i vand. Disse omfatter for eksempel fedtstoffer.
celleoverflader, der adskiller cellen fra ydre miljø, og nogle andre strukturer er sammensat af vanduopløselige (hydrofobe) forbindelser. Dette bevarer cellens strukturelle integritet. Billedligt kan en celle repræsenteres som et kar med vand, hvor der sker biokemiske reaktioner, der sikrer liv. Væggene i denne beholder er uopløselige i vand. Imidlertid er de i stand til selektivt at passere vandopløselige forbindelser.
Foruden vand skal blandt cellens uorganiske stoffer nævnes salte, som er ioniske forbindelser. De er dannet af kationer af kalium, natrium, magnesium og andre metaller og anioner af saltsyre, kulsyre, svovlsyre, phosphorsyre. Under dissociationen af sådanne salte optræder kationer i opløsninger (K+, Na+, Ca 2+, Mg 2+ osv.) og anioner (CI -, HCO 3 -, HS0 4 - osv.). Koncentrationen af ioner på den ydre overflade af cellen adskiller sig fra deres koncentration på indre overflade. andet nummer kalium- og natriumioner på cellens indre og ydre overflade skaber en ladningsforskel over membranen. På den ydre overflade af cellemembranen er der en meget høj koncentration af natriumioner, og på den indre overflade er der en meget høj koncentration af kaliumioner og en lav koncentration af natrium. Som et resultat dannes der en potentiel forskel mellem den interne og ydre overflade cellemembran, som forårsager overførsel af excitation langs nerven eller musklen.
Calcium- og magnesiumioner er aktivatorer af mange enzymer, og hvis de er mangelfulde, forstyrres vitale processer i celler. Række vigtige funktioner optræder i levende organismer uorganiske syrer og deres salte. Saltsyre skaber et surt miljø i maven på dyr og mennesker og i de specielle organer af insektædende planter, hvilket fremskynder fordøjelsen af fødevareproteiner. Fosforsyrerester (H 3 P0 4), der forbinder en række enzymatiske og andre celleproteiner, ændrer deres fysiologiske aktivitet. Rester af svovlsyre, der forbinder vanduopløselige fremmedstoffer, giver dem opløselighed og bidrager dermed til deres fjernelse fra celler og organismer. Natrium- og kaliumsalte af salpetersyre og fosforsyre, calciumsalt af svovlsyre er vigtige komponenter i planternes mineralernæring, de påføres jorden som gødning til planteernæring. Mere detaljeret er værdien for cellen af kemiske elementer angivet nedenfor.
Biologisk vigtige kemiske elementer i cellen
- Hvad er vands biologiske rolle i en celle?
- Hvilke ioner findes i cellen? Hvad er deres biologiske rolle?
- Hvilken rolle spiller kationerne i cellen?
Fag for organisk kemi
organisk stof emnet organisk kemi.
med organisk stof
Videnskabens navn « organisk kemi»
Coenzymer
Coenzymer, eller coenzymer- små molekyler af ikke-protein natur, der specifikt binder til de tilsvarende proteiner, kaldet apoenzymer, og spiller rollen som det aktive center eller protesegruppe i enzymmolekylet.
Komplekset af coenzym og apoenzym danner et integreret, biologisk aktivt enzymmolekyle kaldet et holoenzym
Coenzymers rolle spilles ofte af vitaminer eller deres metabolitter (oftest phosphorylerede former af B-vitaminer). For eksempel er carboxylaseenzymets coenzym thiaminpyrophosphat, coenzymet af mange aminotransferaser er pyridoxal-6-phosphat.
I metalloenzymer kan en rolle, der ligner coenzymes rolle, spilles af metalkationer, men de kaldes normalt ikke coenzymer.
4. Enzymer er komplekse organiske stoffer, der dannes i en levende celle og spiller en vigtig rolle som katalysator for alle processer, der foregår i kroppen. De fleste af dem består af to komponenter: protein (apoenzym) og ikke-protein (coenzym). Den aktive del inkluderer: jern, mangan, calcium, kobber, zink samt nogle vitaminer. Coenzymet bliver aktivt, når det kombineres med apoenzymet.
Som proteinstoffer koagulerer (folder) enzymer irreversibelt, når de opvarmes til 54 oC, og mister deres katalytiske aktivitet. De bliver også let ødelagt af ilt og lys. Alle metaboliske processer: protein, kulhydrat, fedt, vitamin, mineral - fortsæt ved hjælp af enzymer. Ved normalt atmosfærisk tryk og en temperatur på 37 o C i en levende organisme forløber disse processer hurtigt og sparer en stor mængde energi.
Det er fastslået, at der er en sammenhæng mellem enzymer, hormoner og vitaminer. Det er kendt, at beriberi og sygdomme forårsaget af ukorrekt indre sekretion, forklares med overtrædelsen metaboliske processer organisme.
Med raw food når 60-80% af enzymerne tyndtarm uden ændringer.
Vitamin E, som er rig på frisk planteføde, spiller rollen som en beskyttende faktor for enzymer.
Enzym funktioner
Som alle katalysatorer fremskynder enzymer både fremadgående og omvendte reaktioner ved at sænke processens aktiveringsenergi. I dette tilfælde forskydes den kemiske ligevægt hverken i en ret linje eller ind modsatte side. Særpræg enzymer i sammenligning med ikke-proteinkatalysatorer er deres høje specificitet - bindingskonstanten for nogle substrater med et protein kan nå 10-10 mol/l eller mindre.
Enzymer er meget udbredt i national økonomi- fødevarer, tekstilindustrien, i farmakologi.
Enzym klassificering
CF 1: Oxidoreduktaser, der katalyserer oxidation eller reduktion. Eksempel: katalase, alkoholdehydrogenase
CF 2: Transferaser katalyserer overførslen af kemiske grupper fra et substratmolekyle til et andet. Blandt transferaserne skelnes især kinaser, der overfører en fosfatgruppe som regel fra et ATP-molekyle.
CF 3: Hydrolaser, der katalyserer hydrolysen af kemiske bindinger. Eksempel: esteraser, pepsin, trypsin, amylase, lipoproteinlipase
CF 4: Lyaser, der katalyserer brydning af kemiske bindinger uden hydrolyse for at danne en dobbeltbinding i et af produkterne.
CF 5: Isomeraser, der katalyserer strukturelle eller geometriske ændringer i substratmolekylet.
CF 6: Ligaser, der katalyserer dannelsen af kemiske bindinger mellem substrater på grund af hydrolysen af ATP. Eksempel: DNA-polymerase
Strukturen af aminosyrer.
Hvert aminosyremolekyle har et carbonatom knyttet til fire substituenter. En af dem er et hydrogenatom, den anden er en carboxylgruppe - COOH. En hydrogenion adskilles let fra carboxylgruppen H+, på grund af hvilket ordet "syre" er til stede i navnet på aminosyrer. Den tredje substituent er aminogruppen - NH2. Det fjerde element i en aminosyre er en gruppe atomer, som generelt betegnes R. Alle aminosyrer har forskellige R-grupper, og hver af dem spiller sin egen, meget vigtige rolle. R-gruppen kaldes også en sidekæde.
Generel formel aminosyrer i et neutralt miljø (ph=7) kan skrives som NH2 + CHRCOO -
Hvad angår COOH-gruppen, behandler organiske kemikere den med stor respekt: alle andre carbonatomer i molekylet får betegnelser afhængigt af graden af deres fjernhed fra carboxylgruppen. Det atom, der er tættest på det, kaldes alfa-atom, det andet - beta-atom osv. Kulstofatomet i aminosyrer, som er tættest på carboxylgruppen, altså alfa-atomet, er også forbundet med aminogruppen, så de naturlige aminosyrer, der udgør proteinet, kaldes alfa-aminosyrer.
I naturen er der også aminosyrer, hvori NH2-gruppen er bundet til carbonatomer, der er længere væk fra carboxylgruppen. Men naturen valgte alfa-aminosyrer til at bygge proteiner. Det skyldes primært, at det kun er alfa-aminosyrer, der er tilsluttet lange kæder, er i stand til at give tilstrækkelig styrke og stabilitet af strukturen af store proteinmolekyler.
Antallet af alfa-aminosyrer, der adskiller sig i R-gruppe, er stort. Men oftere end andre findes der kun 20 forskellige aminosyrer i proteiner. De kan betragtes som alfabetet for proteinmolekylets "sprog". Kemikere omtaler disse store aminosyrer som standard, basisk eller normal. Konventionelt er de grundlæggende aminosyrer opdelt i fire klasser.
Tabel 1-1. Klassificering af de grundlæggende aminosyrer af proteiner i henhold til deres kemisk struktur
Tabel 1-2. Eksempler på navne på aminosyrer i henhold til substitutionsnomenklatur og tilsvarende trivielle navne
For at registrere aminosyrerester i peptid- og proteinmolekyler bruges trebogstavsforkortelser af deres trivielle navne, og i nogle tilfælde endda enkeltbogstavssymboler (se tabel 1-1).
Trivielle navne er ofte afledt af navnet på den kilde, hvorfra de først blev isoleret, eller fra egenskaberne af en given aminosyre. Så serien blev først isoleret fra silkefibroin (fra lat. serie- silkeagtig), og glycin har fået sit navn på grund af den søde smag (fra græsk. glykos- sød).
Generelle kemiske egenskaber
Alle aminosyrer er amfotere forbindelser, de kan udvise begge sure egenskaber på grund af tilstedeværelsen af en carboxylgruppe i deres molekyler - COOH, og de vigtigste egenskaber på grund af aminogruppen - NH 2. Aminosyrer interagerer med syrer og baser:
NH 2 -CH 2 -COOH + HCI → HCl NH 2 -CH 2 -COOH(hydrochloridsalt af glycin)
NH 2 -CH 2 -COOH + NaOH → H 2 O + NH 2 -CH 2 -COONa (natriumsalt glycin)
På grund af dette har opløsninger af aminosyrer i vand egenskaberne af bufferopløsninger, det vil sige, at de er i tilstanden af indre salte.
NH 2 -CH 2 COOH N + H 3 -CH 2 COO -
Aminosyrer kan normalt indgå i alle reaktioner, der er karakteristiske for carboxylsyrer og aminer.
Esterificering:
NH 2 -CH 2 -COOH + CH 3 OH→H 2 O + NH 2 -CH 2 -COOKH 3 (glycinmethylester)
Et vigtigt træk ved aminosyrer er deres evne til at polykondensere, hvilket fører til dannelsen af polyamider, herunder peptider, proteiner, nylon og capron.
Peptiddannelsesreaktion:
HOOC -CH 2 -NH -H + HOOC -CH 2 -NH 2 →HOOC -CH 2 -NH -CO -CH 2 -NH 2 + H 2 O
isoelektrisk punkt aminosyrer er den pH-værdi, hvor den maksimale andel af aminosyremolekyler har en nulladning. Ved denne pH er aminosyren den mindst mobile i et elektrisk felt, og givet ejendom kan bruges til at adskille aminosyrer samt proteiner og peptider.
En zwitterion er et aminosyremolekyle, hvor aminogruppen er repræsenteret som -NH3+, og carboxygruppen er repræsenteret som -COO -. Et sådant molekyle har et signifikant dipolmoment ved nul nettoladning. Det er fra sådanne molekyler, at krystallerne af de fleste aminosyrer er bygget.
Nogle aminosyrer har flere aminogrupper og carboxylgrupper. For disse aminosyrer er det svært at tale om nogen specifik zwitterion.
PEPTIDER, naturlig eller syntetisk. Comm., molekyler til-rykh er bygget af rester af a-aminosyrer forbundet med peptid (amid) bindinger C (O) NH. De kan også indeholde en ikke-aminosyrekomponent i molekylet (f.eks. en kulhydratrest). Efter antallet af aminosyrerester, der er inkluderet i peptidmolekylerne, skelnes di-peptider, tripeptider, tetrapeptider osv.. Peptider indeholdende op til 10 aminosyrerester, kaldet. oligopeptider indeholdende mere end 10 aminosyrerester polypeptider Prir polypeptider med en mol. m. mere end 6 tusind naz. proteiner.
De monomerer af aminosyrer, der udgør proteiner, kaldes "aminosyrerester". En aminosyrerest med en fri aminogruppe kaldes N-terminal og er skrevet til venstre, og med en fri β-carboxylgruppe kaldes C-terminal og er skrevet til højre. Peptider skrives og læses fra N-terminalen. Kæden af gentagne atomer i -NH-CH-CO-polypeptidkæden kaldes "peptidrygraden" (se skema B).
Når man navngiver et polypeptid, tilføjes suffikset -il til det forkortede navn på aminosyrerester, bortset fra den C-terminale aminosyre. For eksempel læses Ser-Gly-Pro-Ala-tetrapeptid som serylglycylprolylalanin.
Serylglycylprolylalanin
Skema A. Dipeptiddannelse
2.Karakterisering af peptidbindingen
Peptidbindingen har karakteristikken af en delvis dobbeltbinding, så den er kortere end resten af bindingerne i peptidrygraden og har som et resultat ringe mobilitet. Elektronisk struktur peptidbinding bestemmer den flade stive struktur af peptidgruppen. Peptidgruppernes planer er placeret i en vinkel i forhold til hinanden (fig. 1-1).
Bindingen mellem a-carbonatomet og a-aminogruppen eller a-carboxylgruppen er i stand til fri rotation (selvom begrænset af radikalernes størrelse og natur), hvilket tillader polypeptidkæden at antage forskellige konfigurationer.
Peptidbindinger er normalt placeret i trans-konfigurationen, dvs. α-carbonatomer er arrangeret langs forskellige sider fra peptidbindingen. Som et resultat er sideradikaler af aminosyrer i den fjerneste afstand fra hinanden i rummet (fig. 1-2).
Peptidbindinger er meget stærke og brydes ikke spontant når normale forhold eksisterende i celler (neutralt miljø, kropstemperatur). Under laboratorieforhold udføres hydrolysen af peptidbindinger af proteiner i en forseglet ampul med koncentreret (6 mol/l) saltsyre, ved en temperatur på mere end 105 ° C, og den fuldstændige hydrolyse af proteinet til frie aminosyrer tager omkring en dag.
NATURLIGE KILDER
Svovl, ilt og nitrogen.
Tabel 1 Sammensætning af naturgas
| Komponenter | Formel | Indhold, % |
| Metan | CH4 | 88-95 |
| Ethan | С2Н6 | 3-8 |
| Propan | С3Н8 | 0,7-2,0 |
| Butan | С4Н10 | 0,2-0,7 |
| Pentan | C5H12 | 0,03-0,5 |
| Kuldioxid | CO2 | 0,6-2,0 |
| Nitrogen | N2 | 0,3-3,0 |
| Helium | Ikke | 0,01-0,5 |
Fag for organisk kemi
organisk stof i deres sammensætning, sammen med andre grundstoffer, indeholder de altid kulstof. Studiet af kulstofforbindelser - deres struktur, kemiske omdannelser - og er emnet organisk kemi.
Stoffer organiske og uorganiske.
Sammen med kulstof omfatter organiske stoffer oftest brint, oxygen og nitrogen, og relativt sjældnere svovl, fosfor, halogener og andre grundstoffer. Der kendes adskillige millioner organiske forbindelser, mens uorganiske stoffer er meget færre. Af alle de kemiske grundstoffer er det kun kulstof, der danner sådanne stort antal organiske forbindelser.
Vi mødes med organiske stoffer på hvert trin. De findes i alle plante- og dyreorganismer, er en del af vores mad, tjener som materiale til fremstilling af tøj, danner forskellige slags brændstoffer, bruges af os som medicin, farvestoffer, plantebeskyttelsesmidler mv.
Der er ingen skarp grænse mellem organiske og uorganiske stoffer. Oxider af kulstof, kulsyre, dets salte og nogle andre stoffer bør betragtes som organiske ved tilstedeværelsen af kulstof i dem, men med hensyn til egenskaber er de tæt på uorganiske forbindelser af denne type og studeres normalt i uorganisk kemi.
med organisk stof mennesket har været kendt siden oldtiden. Vores fjerne forfædre brugte naturlige farvestoffer til at farve stoffer, brugte dem som mad vegetabilske olier, animalsk fedt, rør sukker, modtaget eddike ved gæring af alkoholvæsker.
På nuværende tidspunkt er der syntetiseret mange organiske stoffer, som ikke kun findes i naturen, men heller ikke findes i den: talrige plastik, forskellige typer gummi, alle slags farvestoffer, sprængstoffer, stoffer.
Syntetisk afledte stoffer kendes nu endnu mere end dem, der findes i naturen, og deres antal vokser hurtigt. Synteser af de mest komplekse organiske stoffer - proteiner - udføres.
Videnskabens navn "organisk kemi", der har mistet sin oprindelige betydning, fik i forbindelse hermed en bredere fortolkning.
Vi kan sige, at dette navn har fået ny bekræftelse, siden den førende kognitive moderne organisk kemi opgave er en dyb undersøgelse af de processer, der foregår i cellerne hos organismer på molekylært niveau belysning af de subtile mekanismer, der danner det materielle grundlag for livets fænomener.
Studiet af organisk kemi udvider således vores viden om naturen.
Udtrykket org.chemistry blev introduceret af Berzelius. Syntetiserede organiske forbindelser Weller i 1928.
Teorien som org.kemien udviklede sig på, teorien om radikaler, teorien om typer.
I 1861 skabte Butlerov en teori om strukturen af organiske stoffer.
