מה הרכבם הכימי של יצורים חיים? - ביולוגיה - 2025

ההרכב הכימי של יצור חיים מבוססים על מולקולות אורגניות וכמה אלמנטים אורגניים, פחות או יותר באותו הפרופורציות וכי פונקציות דומות בכל.

אורגניזמים חיים מורכבים מתאים ותאים אלו מציגים דרגות מורכבות שונות בארגונם. חלקם פשוטים יחסית, כמו חיידקים, ואחרים מאופיינים בדפוסי ארגון מורכבים יותר, כאשר ישנם אלמנטים רבים יותר בארגון הפנימי שלהם, כפי שקורה ברוב התאים האוקריוטים.

תצלום מאת oblako3011 באתר www.pixabay.com

היסודות המבניים של החומר החיים מורכבים מביולקולקיות והמרכיבים העיקריים ברוב המולקולות הביולוגיות הללו הם, במקרה של בני אדם, למשל פחמן (50%), חמצן (20%), מימן (10%). ), חנקן (8.5%), סידן (4%) וזרחן (2.5%) (כל הערכים ביחס למשקל היבש).

ששת היסודות הללו מייצגים כ 95% מכלל ההרכב של החומר האורגני, 5% הנותרים תואמים אלמנטים אחרים כמו: אשלגן, גופרית, נתרן, כלור, מגנזיום, ברזל, מנגן ויוד.

יש לציין כי מרבית הרכב האורגניזמים (יותר מ- 60% ממשקל הגוף) הם מים במצב נוזלי, המהווים יסוד חיוני לחיים שכן גם מבנים תוך תאיים וגם תאים עצמם שקועים בהם. .

מדיום נוזלי זה מספק לתאים את התנאים ההכרחיים החשובים ביותר ובתוכו מתרחשות כל התגובות הביוכימיות הרלוונטיות להישרדות.

הרכב כימי של יצור חי

- ביומולקולות מורכבות

כמה מהיסודות העיקריים שנכנסים להרכב החומר החי, משתלבים בפרופורציות שונות ויוצרים קבוצות שונות של מולקולות אורגניות קטנות, אשר בתורם משמשות כאלמנטים מבניים ליצירת ביולקולקציות מורכבות יותר.

הקשר בין היסודות המבניים הללו לבין המולקולות הביולוגיות המורכבות של האורגניזמים הוא כדלקמן:

- Deoxyribonucleotides וחומצה deoxyribonucleic (DNA)

- ריבונוקלאוטידים וחומצה ריבונוקלאית (RNA)

- חומצות אמינו וחלבונים

- מונוסכרידים ופוליסכרידים

- חומצות שומניות וליפידים

Deoxyribonucleotides וחומצה deoxyribonucleic

חומצה דיאוקסיריבונוקלאית או DNA מכילה את המידע התורשתי של כל היצורים החיים, הפרוקריוטים והאוקריוטות. ביומולקולה חשובה זו קובעת גם את המאפיינים העיקריים של תא, הן מבחינה מורפולוגית, מטבולית, מבנית והתפתחותית.

ה- DNA מקודד את המידע הדרוש לסינתזת חלבון, כמו גם את המידע הנדרש לסינתזת RNA, שהיא עוד מולקולה אורגנית חשובה הנחוצה לסינתזה ולבקרה של תהליכים סלולריים רבים.

זהו פולימר המורכב משני גדילי תת-יחידות הנקראים נוקלאוטידים, אשר המבנים שלהם נוצרים על ידי מולקולה של deoxyribose (מונוסכריד עם 5 אטומי פחמן), אחת או יותר קבוצות פוספט ובסיס חנקני עם טבעת אחת או שתיים (פורין או פירמידין, בהתאמה).

בסיסי ה- DNA הפוריים הם אדנין (A) וגואנין (G) ואילו בסיסי הפירימידין הם תימין (T) וציטוזין (C).

באופן לינארי, נוקלאוטידים של אותו גדיל DNA מחוברים זה לזה באמצעות קשרי פוספודיאסטר, המורכבים מקבוצות הפוספטים והסוכרים שאליהם הם קשורים קוולנטית.

הבסיסים הקיימים באחד הגדילים משלימים עם אלה שמול אלה שנמצאים בגדיל השני באמצעות קשרי מימן, תמיד באותו אופן: אדנין עם תימין (AT) וגואנין עם ציטוזין (GC ).

בסיסים חנקניים שונים ב- DNA ו- RNA.
משתמש המקור: מעבר לשפה: משתמש: Jcfidy

ריבונוקלאוטידים וחומצה ריבונוקלאית

בדומה ל- DNA, חומצה ריבונוקלאית היא ביו-מולקולה ואחראית לתהליך הכריכה של חומצות אמינו המרכיבות חלבונים, כמו גם תהליכים מורכבים אחרים של ויסות ובקרה של ביטוי גנים.

זה גם ביו-פולימר, אך הנוקלאוטידים היוצרים אותו נקראים ריבונוקליאוטידים, מכיוון שהמונוסכריד שמבנה אותם אינו דוקסיריאבוזה, כמו ב- DNA, אלא ריבוזה. יש להם גם קבוצה אחת או יותר פוספטים ובסיסם החנקני שונה מאלה של DNA בכך שגואנין אינו קיים, אלא אורציל (U).

חומצות אמינו וחלבונים

חלבונים הם ביומולקולות שיכולות להגיע לדרגות מורכבות שונות והן מגוונות באופן משמעותי מבחינת מבנה ותפקוד. הם לא רק נותנים מבנה וצורה לתאים, אלא יכולים גם לבצע פעילויות המאפשרות התפתחות מהירה של תגובות ביוכימיות חיוניות (אנזימים).

ללא קשר לסוג החלבון המדובר, כולם מורכבים מ"אבני בניין "בסיסיות הנקראות חומצות אמינו , שהן מולקולות שיש בהן אטום פחמן" אסימטרי "המחובר לקבוצת אמינו (-NH2) לקבוצת קרבוקסיל. (-COOH), אטום מימן (-H) וקבוצה R המבדילה ביניהם.

ייצוג גרפי של מבנה חלבון ריבוזומלי (מקור: ג'ווהאר סוומינתן וצוות MSD במכון הביואינפורמטיקה האירופי דרך ויקימדיה Commons)

חומצות האמינו הנפוצות בטבע הן 20 ומסווגות לפי זהות קבוצת R; אלו הם:

- אספרגין, גלוטמין, טירוזין, סרין, טרונין (קוטבים)

- חומצה אספרטית, חומצה גלוטמית, ארגינין, ליזין, היסטידין (אלה עם מטען) ו-

- גליצין, אלנין, וולין, לאוצין, איזולוצין, טריפטופן, פרולין, ציסטאין, מתיונין ופנילאלנין (אלה האפולים).

ברגע שתרגום ה- DNA למולקולת RNA, כל שלישיית נוקליאוטידים מייצגת קוד המספר את המבנה המסנתז חלבונים (ריבוזומים) איזה סוג של חומצת אמינו לשלב בשרשרת הפפטיד הגוברת.

הפוליפפטידים המרכיבים חלבונים מיוצרים, אם כן, בזכות האיחוד בין חומצות האמינו שלהם, המורכב מהקמת קשר פפטיד בין הפחמן בקבוצת הקרבוקסיל של חומצת אמינו לבין החנקן של קבוצת האמינו של חומצת האמינו הצמודה.

מונוסכרידים ופוליסכרידים

פחמימות הן אחת מהביומולקולות השופעות ביותר ביצורים חיים. הם ממלאים פונקציות בסיסיות כמו אלמנטים מבניים, תזונתיים, איתות וכו '. הם מורכבים ממכלולים כימיים של פחמן, מימן וחמצן בפרופורציות שונות.

צמחים הם אחד המפיקים העיקריים של פחמימות טבעיות של יצורים חיים ורוב בעלי החיים תלויים בהם לצורך קיומם, מכיוון שהם מפיקים אנרגיה, מים ופחמן מתוכם.

תאית, ביו-פולימר מבני (מקור: ויסנטה נטו באמצעות ויקימדיה Commons)

הפחמימות המבניות של ירקות (תאית, ליגנין וכו '), כמו גם הפחמימות השמורות של צמחים (עמילן) ושל בעלי חיים רבים (גליקוגן), הם פוליסכרידים מורכבים פחות או יותר המורכבים מפולימרים של יחידות סוכר פשוטות או מונוסכרידים (בעיקר גלוקוזה).

חומצות שומניות וליפידים

ליפידים הם תרכובות בלתי מסיסות במים המהווים את החומר הבסיסי של ממברנות ביולוגיות, היסודיות מבחינה תפקודית ומבנית של כל התאים החיים.

מדובר במולקולות אמפיפטיות, כלומר מולקולות שיש להן סוף הידרופילי וסופי הידרופובי. הם מורכבים משרשראות חומצות שומן המחוברות לשלד פחמן, בדרך כלל גליצרול, אשר אטום הפחמן השלישי "החופשי" שלו מחובר לתחליף מסוים המעניק לכל מולקולה את זהותו.

כמה מהליפידים הנפוצים ביותר (מקור: המעלה המקורי היה Lmaps בוויקיפדיה האנגלית. באמצעות ויקימדיה Commons)

חומצות שומן הן פחמימנים, כלומר הן מורכבות אך ורק מאטומי פחמן ומימן המחוברים זה לזה.

הקשר בין מספר רב של שומנים בצורת דו שכבתי הוא זה שמאפשר את היווצרות הממברנה ומאפייני ההידרופוביות של מבנה זה, כמו גם נוכחותם של חלבונים אינטגרליים והיקפיים, הופכים את זה למבנה חדיר למחצה.

- מים

תצלום של חוסה מנואל סוארס, באמצעות ויקימדיה

מים (H2O) הם אחד היסודות הכימיים החשובים ביותר עבור יצורים חיים והתאים המרכיבים אותם. חלק גדול ממשקל גופם של בעלי חיים וצמחים מורכב מנוזל חסר צבע זה.

באמצעות פוטוסינתזה המבוצעת על ידי צמחים, מים הם המקור העיקרי לחמצן שבעלי החיים נושמים וגם אטומי מימן המהווים חלק מתרכובות אורגניות.

זה נחשב כממס האוניברסלי ותכונותיו הופכות אותו לחשוב במיוחד להתפתחות כמעט כל התגובות הביוכימיות המאפיינות אורגניזמים חיים.

אם נצפים מנקודת מבט סלולרית, המים מחולקים ל"תאים ":

• החלל התוך תאי, בו נוצר הציטוזול על ידי מים עם חומרים אחרים מעורבים, נוזל בו מושעים האברונים של התאים האוקריוטים.
• המרחב החוץ תאי, המורכב מהסביבה המקיפה תאים, אם ברקמה או בסביבה טבעית (אורגניזמים חד-תאיים).

- יונים

חלק גדול מהיסודות הכימיים בתאים נמצאים בצורת הביומולקולות שהוזכרו לעיל ורבים אחרים הושמטו מהטקסט הזה. עם זאת, יסודות כימיים חשובים אחרים הם בצורת יונים.

קרומי התאים אטומים בדרך כלל ליונים המומסים בסביבה הפנימית או החיצונית של התאים, כך שאלו יכולים להיכנס או לעזוב אותם דרך הובלות או תעלות מיוחדות.

הריכוז היוני של המדיום החוץ תאי או של ציטוזול משפיע על המאפיינים האוסמוטיים והחשמליים של התאים, כמו גם על תהליכי האיתות הסלולריים השונים התלויים בהם.

בין היונים החשובים ביותר לרקמות בעלי חיים וצמחים הם סידן, אשלגן ונתרן, כלור ומגנזיום.

הפניות

1. אלברטס ב, ג'ונסון א ', לואיס ג'יי, ואח'. ביולוגיה מולקולרית של התא. מהדורה רביעית. ניו יורק: גרלנד מדע; 2002. המרכיבים הכימיים של תא. ניתן להשיג ב: ncbi.nlm.nih.gov
2. Gladysevev, GP, Kitaeva, DK, & Ovcharenko, EN (1996). מדוע ההרכב הכימי של היצורים החיים מסתגל לסביבה? כתב העת למערכות ביולוגיות, 4 (04), 555-564.
3. מוריי, RK, Granner, DK, Mayes, PA, & Rodwell, VW (2014). הביוכימיה המאוירת של הרפר. מקגרוו-היל.
4. נלסון, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). עקרונות הלינגר של הביוכימיה. מקמילן.
5. Prescher, JA, & Bertozzi, CR (2005). כימיה במערכות חיות. ביולוגיה כימית טבעית, 1 (1), 13-21.
6. סולומון, EP, ברג, LR ומרטין, DW (2011). ביולוגיה (edn 9). ברוקס / קול, לימוד Cengage: ארה"ב.