CARE ESTE COMPOZIȚIA CHIMICĂ A VIEȚUITOARELOR? - BIOLOGIE - 2025

Compoziția chimică a ființelor vii se bazează pe molecule organice și unele elemente anorganice, mai mult sau mai puțin în aceleași proporții și care îndeplinesc funcții similare în toate acestea.

Organismele vii sunt formate din celule, iar aceste celule prezintă diferite grade de complexitate în organizația lor. Unele sunt relativ simple, cum ar fi bacteriile, iar altele sunt caracterizate de modele de organizare mai complexe, cu multe alte elemente în organizarea lor internă, așa cum se întâmplă în majoritatea celulelor eucariote.

Fotografie de «oblako3011» la www.pixabay.com

Elementele structurale ale materiei vii sunt formate din biomolecule, iar principalele componente ale majorității acestor biomolecule sunt, în cazul oamenilor, de exemplu, carbon (50%), oxigen (20%), hidrogen (10%). ), azot (8,5%), calciu (4%) și fosfor (2,5%) (toate valorile raportate la greutatea uscată).

Aceste șase elemente reprezintă aproximativ 95% din compoziția totală a materiei organice, restul de 5% corespunde altor elemente precum: potasiu, sulf, sodiu, clor, magneziu, fier, mangan și iod.

Trebuie menționat că cea mai mare parte a compoziției organismelor (mai mult de 60% din greutatea corporală) este apa în stare lichidă, ceea ce este un element fundamental pentru viață, deoarece atât structurile intracelulare, cât și celulele în sine sunt cufundate în ea. .

Acest mediu lichid oferă celulelor cele mai importante condiții necesare și în el au loc toate reacțiile biochimice relevante pentru supraviețuire.

compoziția chimică a ființei vii

- Biomolecule complexe

Mai multe dintre elementele principale care intră în compoziția materiei vii se combină în proporții diferite pentru a forma diferite seturi de molecule organice mici, care la rândul lor servesc ca elemente structurale pentru formarea de biomolecule mai complexe.

Relația dintre aceste elemente structurale și principalele biomolecule complexe ale organismelor este următoarea:

- Dezoxiribonucleotide și acid dezoxiribonucleic (ADN)

- Ribonucleotide și acid ribonucleic (ARN)

- Aminoacizi și proteine

- Monozaharide și polizaharide

- Acizi grași și lipide

Dezoxiribonucleotide și acid dezoxiribonucleic

Acidul dezoxiribonucleic sau ADN-ul conține informațiile ereditare ale tuturor viețuitoarelor, procariote și eucariote. Această biomoleculă importantă determină, de asemenea, principalele caracteristici ale unei celule, atât din punct de vedere morfologic, metabolic, structural și de dezvoltare.

ADN-ul codifică informațiile necesare pentru sinteza proteinelor, precum și cea necesară pentru a sintetiza ARN, care este o altă moleculă organică importantă necesară pentru sinteza și controlul multor procese celulare.

Este un polimer compus din două catene de subunități numite nucleotide, ale căror structuri sunt formate dintr-o moleculă de dezoxiriboză (o monosacharidă cu 5 atomi de carbon), una sau mai multe grupe fosfat și o bază azotată cu unul sau două inele (purină sau pirimidină, respectiv).

Bazele purice ale ADN-ului sunt adenina (A) și guanina (G), în timp ce bazele pirimidine sunt timina (T) și citozina (C).

Linear, nucleotidele aceleiași catene de ADN sunt unite între ele prin legături fosfodiester, care constau din grupările fosfat și zaharurile la care sunt legate covalent.

Bazele prezente într-una din catene sunt complementare cu cele care sunt opuse celor din celălalt fir prin legături de hidrogen, întotdeauna în același mod: adenină cu timină (AT) și guanină cu citozină (GC ).

Baze diferite de azot în ADN și ARN.
Utilizator sursă: Sponktranslation: User: Jcfidy

Ribonucleotide și acid ribonucleic

La fel ca ADN-ul, acidul ribonucleic este o biomoleculă și este responsabil pentru procesul de legare a aminoacizilor care alcătuiesc proteine, precum și a altor procese mai complexe de reglare și control al expresiei genice.

Este, de asemenea, un biopolimer, dar nucleotidele care îl formează se numesc ribonucleotide, deoarece monosacharida care le structurează nu este o dezoxiriboză, ca în ADN, ci o riboză. De asemenea, au una sau mai multe grupe de fosfați și bazele lor azotate diferă de cele ale ADN-ului, deoarece guanina nu este prezentă, dar uracilul (U).

Aminoacizi și proteine

Proteinele sunt biomolecule care pot atinge diferite grade de complexitate și sunt semnificativ versatile din punct de vedere al structurii și funcției. Ele nu numai că dau structură și formă celulelor, dar pot avea și activități care permit dezvoltarea rapidă a reacțiilor biochimice esențiale (enzime).

Indiferent de tipul de proteină în cauză, toate sunt formate din „blocuri de bază” numite aminoacizi , care sunt molecule care au un atom de carbon „asimetric” atașat la o grupă amino (-NH2), la o grupare carboxil. (-COOH), un atom de hidrogen (-H) și un grup R care le diferențiază.

Reprezentarea grafică a structurii unei proteine ​​ribozomale (Sursa: Jawahar Swaminathan și personalul MSD la Institutul European de Bioinformatică prin Wikimedia Commons)

Cei mai comuni aminoacizi din natură sunt 20 și sunt clasificați în funcție de identitatea grupului R; acestea sunt:

- asparagină, glutamină, tirozină, serină, treonină (polare)

- acid aspartic, acid glutamic, arginină, lizină, histidină (cele cu sarcină) și

- glicină, alanină, valină, leucină, izoleucină, triptofan, prolină, cisteină, metionină și fenilalanină (cele apolare).

Odată tradus ADN-ul într-o moleculă de ARN, fiecare triplet de nucleotide reprezintă un cod care spune structurii care sintetizează proteine ​​(ribozomi) ce tip de aminoacid să se încorporeze în lanțul peptidic în creștere.

Polipeptidele care formează proteine ​​sunt produse, apoi, datorită unirii dintre aminoacizii lor, care constă în stabilirea unei legături peptidice între carbonul grupării carboxilice a unui aminoacid și azotul grupării amino a aminoacidului adiacent.

Monozaharide și polizaharide

Carbohidrații sunt una dintre cele mai abundente biomolecule la ființele vii. Îndeplinesc funcții de bază, precum elemente structurale, nutriționale, de semnalizare etc. Sunt formate din complexe chimice de carbon, hidrogen și oxigen în diferite proporții.

Plantele sunt unul dintre principalii producători de carbohidrați naturali, iar majoritatea animalelor depind de acestea pentru subzistența lor, deoarece extrag energie, apă și carbon din acestea.

Celuloza, un biopolimer structural (Sursa: Vicente Neto prin Wikimedia Commons)

Carbohidrații structurali ai legumelor (celuloză, lignină etc.), precum și carbohidrații de rezervă ai plantelor (amidonului) și ai multor animale (glicogen), sunt polizaharide mai mult sau mai puțin complexe care constau din polimeri ai unităților simple de zahăr sau monosacharide (în principal glucoză).

Acizii grași și lipidele

Lipidele sunt compuși insolubili în apă care constituie substanța fundamentală a membranelor biologice, elementare din punct de vedere funcțional și structural al tuturor celulelor vii.

Sunt molecule amfipatice, adică molecule care au un capăt hidrofil și un capăt hidrofob. Sunt alcătuite din lanțuri de acizi grași atașate unui schelet de carbon, în general glicerol, al cărui al treilea atom de carbon „liber” este atașat la un anumit substituent care conferă fiecărei molecule identitatea sa.

Unele dintre cele mai comune lipide (Sursa: încărcătorul original a fost Lmaps la Wikipedia în engleză. Via Wikimedia Commons)

Acizii grași sunt hidrocarburi, adică sunt compuse numai din atomi de carbon și hidrogen legați împreună.

Asocierea mai multor lipide sub formă de bicapa este ceea ce face posibilă formarea unei membrane și caracteristicile hidrofobicității acestei structuri, precum și prezența proteinelor integrale și periferice fac din aceasta o structură semi-permeabilă.

- Apa

Fotografie de José Manuel Suárez, prin Wikimedia Commons

Apa (H2O) este unul dintre cele mai importante elemente chimice pentru ființele vii și celulele care le alcătuiesc. O mare parte din greutatea corporală a animalelor și plantelor este formată din acest lichid incolor.

Prin fotosinteza realizată de plante, apa este principala sursă de oxigen pe care animalele o respiră și, de asemenea, de atomi de hidrogen care fac parte din compuși organici.

Este considerat solventul universal și proprietățile sale îl fac deosebit de important pentru dezvoltarea practic a tuturor reacțiilor biochimice care caracterizează organismele vii.

Dacă este privită din punct de vedere celular, apa este împărțită în „compartimente”:

• Spațiul intracelular, unde citosolul este format din apă cu alte substanțe amestecate, un fluid în care organele celulelor eucariote sunt suspendate.
• Spațiul extracelular, care constă din mediul care înconjoară celulele, fie într-un țesut, fie într-un mediu natural (organisme unicelulare).

- Ioni

O mare parte din elementele chimice din celule se găsesc sub forma biomoleculelor menționate mai sus și multe altele omise din acest text. Cu toate acestea, alte elemente chimice importante sunt sub formă de ioni.

Membranele celulare sunt în general impermeabile ionilor dizolvați în mediul intern sau extern al celulelor, astfel încât acestea pot intra sau părăsi prin transportoare sau canale speciale.

Concentrația ionică a mediului extracelular sau a citosolului influențează caracteristicile osmotice și electrice ale celulelor, precum și diferite procese de semnalizare celulară care depind de acestea.

Printre ionii cei mai importanți pentru țesuturile animale și vegetale se numără calciu, potasiu și sodiu, clor și magneziu.

Referințe

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J și colab. Biologia moleculară a celulei. Ediția a 4-a. New York: Garland Science; 2002. Componentele chimice ale unei celule. Disponibil de la: ncbi.nlm.nih.gov
2. Gladyshev, GP, Kitaeva, DK și Ovcharenko, EN (1996). De ce compoziția chimică a viețuitoarelor se adaptează mediului? Journal of Biological Systems, 4 (04), 555-564.
3. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA, și Rodwell, VW (2014). Biochimia ilustrată a lui Harper. McGraw-Hill.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Principiile biochimiei Lehninger. Macmillan.
5. Prescher, JA, & Bertozzi, CR (2005). Chimia în sistemele vii. Biologie chimică a naturii, 1 (1), 13-21.
6. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Biologie (ediția a 9-a). Brooks / Cole, Cengage Learning: SUA.