JAKÉ JE CHEMICKÉ SLOŽENÍ ŽIVÝCH VĚCÍ? - BIOLOGIE - 2025

Chemické složení živých bytostí vychází z organických molekul a některých anorganických prvků, více nebo méně ve stejných poměrech a které provádějí podobné funkce ve všech z nich.

Živé organismy jsou tvořeny buňkami a tyto buňky představují ve své organizaci různé stupně složitosti. Některé jsou relativně jednoduché, například bakterie, a jiné jsou charakterizovány složitějšími organizačními vzory, s mnohem více prvky ve své vnitřní organizaci, jako je tomu ve většině eukaryotických buněk.

Fotografie od «oblako3011» na www.pixabay.com

Strukturální prvky živé hmoty jsou tvořeny biomolekulami a hlavními složkami většiny těchto biomolekul jsou v případě lidí například uhlík (50%), kyslík (20%), vodík (10%).), dusík (8,5%), vápník (4%) a fosfor (2,5%) (všechny hodnoty vztažené na suchou hmotnost).

Těchto šest prvků představuje přibližně 95% celkového složení organické hmoty, zbývajících 5% odpovídá jiným prvkům, jako jsou: draslík, síra, sodík, chlor, hořčík, železo, mangan a jod.

Je třeba poznamenat, že většina složení organismů (více než 60% tělesné hmotnosti) je voda v kapalném stavu, což je základní prvek života, protože do ní jsou ponořeny jak intracelulární struktury, tak samotné buňky..

Toto tekuté médium poskytuje buňkám nejdůležitější nezbytné podmínky a v něm probíhají všechny relevantní biochemické reakce na přežití.

chemické složení živé bytosti

- Složité biomolekuly

Několik hlavních prvků, které vstupují do složení živé hmoty, se kombinuje v různých poměrech a vytváří různé sady malých organických molekul, které zase slouží jako strukturální prvky pro tvorbu komplexnějších biomolekul.

Vztah mezi těmito strukturálními prvky a hlavními komplexními biomolekulami organismů je následující:

- deoxyribonukleotidy a kyselina deoxyribonukleová (DNA)

- Ribonukleotidy a kyselina ribonukleová (RNA)

- Aminokyseliny a bílkoviny

- Monosacharidy a polysacharidy

- Mastné kyseliny a lipidy

Deoxyribonukleotidy a kyselina deoxyribonukleová

Kyselina deoxyribonukleová nebo DNA obsahuje dědičné informace o všech živých věcech, prokaryotech a eukaryotech. Tato důležitá biomolekula také určuje hlavní charakteristiky buňky, jak z morfologického, metabolického, strukturálního, tak z vývojového hlediska.

DNA kóduje informace nezbytné pro syntézu proteinů a také informace potřebné k syntéze RNA, což je další důležitá organická molekula nezbytná pro syntézu a kontrolu mnoha buněčných procesů.

Je to polymer složený ze dvou řetězců podjednotek zvaných nukleotidy, jejichž struktury jsou tvořeny molekulou deoxyribózy (monosacharid s 5 atomy uhlíku), jednou nebo více fosfátovými skupinami a dusíkatou bází s jedním nebo dvěma kruhy (purin nebo pyrimidin,).

Purické báze DNA jsou adenin (A) a guanin (G), zatímco pyrimidinové báze jsou thymin (T) a cytosin (C).

Lineárně jsou nukleotidy stejného řetězce DNA navzájem spojeny fosfodiesterovými vazbami, které sestávají z fosfátových skupin a cukrů, na které jsou kovalentně navázány.

Báze přítomné v jednom z řetězců jsou komplementární s bázemi, které jsou proti nim v druhém řetězci, prostřednictvím vodíkových vazeb, vždy stejným způsobem: adenin s thyminem (AT) a guanin s cytosinem (GC)).

Různé dusíkaté báze v DNA a RNA.

Zdrojový uživatel: Sponktranslace: Uživatel: Jcfidy

Ribonukleotidy a kyselina ribonukleová

Stejně jako DNA je ribonukleová kyselina biomolekula a je zodpovědná za proces vazby aminokyselin, které tvoří proteiny, jakož i za další složitější procesy regulace a kontroly genové exprese.

Je to také biopolymer, ale nukleotidy, které jej tvoří, se nazývají ribonukleotidy, protože monosacharid, který je strukturuje, není deoxyribóza, jako v DNA, ale ribóza. Mají také jednu nebo více fosfátových skupin a jejich dusíkaté báze se liší od bází DNA v tom, že guanin není přítomen, ale uracil (U).

Aminokyseliny a proteiny

Proteiny jsou biomolekuly, které mohou dosáhnout různého stupně složitosti a jsou výrazně univerzální, pokud jde o strukturu a funkci. Dávají buňkám nejen strukturu a tvar, ale mohou mít také aktivity, které umožňují rychlý vývoj základních biochemických reakcí (enzymů).

Bez ohledu na typ daného proteinu jsou všechny tvořeny základními „stavebními bloky“ nazývanými aminokyseliny, což jsou molekuly, které mají „asymetrický“ atom uhlíku připojený k aminoskupině (-NH2), ke karboxylové skupině (-COOH), atom vodíku (-H) a skupina R, která je odlišuje.

Grafické znázornění struktury ribozomálního proteinu (Zdroj: Zaměstnanci Jawahara Swaminathana a MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)

Nejběžnější aminokyseliny v přírodě jsou 20 a jsou klasifikovány podle identity skupiny R; tyto jsou:

- asparagin, glutamin, tyrosin, serin, threonin (polární)

- kyselina asparagová, kyselina glutamová, arginin, lysin, histidin (osoby s nábojem) a

- glycin, alanin, valin, leucin, isoleucin, tryptofan, prolin, cystein, methionin a fenylalanin (nepolární).

Jakmile je DNA převedena na molekulu RNA, představuje každý nukleotidový triplet kód, který říká struktuře, která syntetizuje proteiny (ribozomy), jaký typ aminokyseliny se má začlenit do rostoucího peptidového řetězce.

Polypeptidy, které tvoří proteiny, jsou produkovány, díky spojení mezi jejich aminokyselinami, které spočívá v navázání peptidové vazby mezi uhlíkem karboxylové skupiny aminokyseliny a dusíkem aminoskupiny sousední aminokyseliny.

Monosacharidy a polysacharidy

Sacharidy jsou jedním z nejhojnějších biomolekul v živých bytostech. Plní základní funkce, jako jsou strukturální, nutriční, signalizační prvky atd. Jsou tvořeny chemickými komplexy uhlíku, vodíku a kyslíku v různých poměrech.

Rostliny jsou jedním z hlavních přírodních producentů uhlohydrátů živých bytostí a většina zvířat na nich závisí svou existencí, protože z nich získávají energii, vodu a uhlík.

Celulóza, strukturální biopolymer (Zdroj: Vicente Neto přes Wikimedia Commons)

Strukturální uhlohydráty zeleniny (celulóza, lignin atd.), Jakož i rezervní uhlohydráty rostlin (škrob) a mnoha zvířat (glykogen), jsou více či méně složité polysacharidy, které sestávají z polymerů jednoduchých cukerných jednotek nebo monosacharidy (hlavně glukóza).

Mastné kyseliny a lipidy

Lipidy jsou ve vodě nerozpustné sloučeniny, které tvoří základní látku biologických membrán, elementární z funkčního a strukturního hlediska všech živých buněk.

Jsou to amfipatické molekuly, tj. Molekuly, které mají hydrofilní a hydrofobní konec. Jsou tvořeny řetězci mastných kyselin připojenými k uhlíkové kostře, obvykle glycerolu, jehož třetí „volný“ atom uhlíku je připojen k určitému substituentu, který dává každé molekule svou identitu.

Některé z nejběžnějších lipidů (Zdroj: Původním uploaderem byly Lmaps na anglické Wikipedii. Via Wikimedia Commons)

Mastné kyseliny jsou uhlovodíky, to znamená, že jsou složeny pouze z atomů uhlíku a vodíku, které jsou spolu spojeny.

Spojení více lipidů ve formě dvojvrstvy je to, co umožňuje vytvoření membrány a hydrofobní vlastnosti této struktury, jakož i přítomnost integrálních a periferních proteinů, činí z této polopropustné struktury.

- Voda

Fotografie José Manuela Suáreze, přes Wikimedia Commons

Voda (H2O) je jedním z nejdůležitějších chemických prvků pro živé bytosti a buňky, které je tvoří. Velká část tělesné hmotnosti zvířat a rostlin je tvořena touto bezbarvou kapalinou.

Prostřednictvím fotosyntézy prováděné rostlinami je voda hlavním zdrojem kyslíku, který zvířata dýchají, a také atomů vodíku, které jsou součástí organických sloučenin.

Považuje se za univerzální rozpouštědlo a díky svým vlastnostem je zvláště důležitý pro vývoj prakticky všech biochemických reakcí, které charakterizují živé organismy.

Při pohledu z buněčného hlediska je voda rozdělena na „oddíly“:

• Intracelulární prostor, ve kterém je cytosol tvořen vodou s jinými smíšenými látkami, tekutina, ve které jsou suspendovány organely eukaryotických buněk.
• Extracelulární prostor, který se skládá z prostředí, které obklopuje buňky, buď v tkáni nebo v přirozeném prostředí (jednobuněčné organismy).

- ionty

Mnoho chemických prvků v buňkách se nachází ve formě výše zmíněných biomolekul a mnoho dalších z tohoto textu chybí. Ostatní důležité chemické prvky jsou však ve formě iontů.

Buněčné membrány jsou obecně nepropustné pro ionty rozpuštěné ve vnitřním nebo vnějším prostředí buněk, takže je mohou vstupovat nebo opouštět transportéry nebo speciálními kanály.

Iontová koncentrace extracelulárního média nebo cytosolu ovlivňuje osmotické a elektrické vlastnosti buněk, jakož i různé buněčné signalizační procesy, které na nich závisí.

Mezi nejdůležitější ionty živočišných a rostlinných tkání patří vápník, draslík a sodík, chlor a hořčík.

Reference

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Molekulární biologie buňky. 4. vydání. New York: Garland Science; 2002. Chemické složky buňky. K dispozici od: ncbi.nlm.nih.gov
2. Gladyshev, GP, Kitaeva, DK a Ovcharenko, EN (1996). Proč se chemické složení živých věcí přizpůsobuje životnímu prostředí? Journal of Biological Systems, 4 (04), 555-564.
3. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA a Rodwell, VW (2014). Harperova ilustrovaná biochemie. Mcgraw-hill.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerovy principy biochemie. Macmillan.
5. Prescher, JA, & Bertozzi, CR (2005). Chemie v živých systémech. Přírodní chemická biologie, 1 (1), 13-21.
6. Solomon, EP, Berg, LR a Martin, DW (2011). Biologie (9. edn). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.