Skład chemiczny komórek

Skład chemiczny komórek (organizmów)

Protoplazma – to substancja,  z której zbudowane są wszystkie części składowe komórki (cytoplazma, nukleoplazma). W skład protoplazmy wchodzą 4 podstawowe pierwiastki – makroelementy: węgiel – C, tlen – O, wodór – H i azot – N, które stanowią 96% żywej materii. Pozostałe 3% przypada na: wapń – Ca, fosfor – P, potas – K i siarkę – S. W mniejszych ilościach występuje: sód – Na, chlor – Cl, żelazo – Fe i magnez – Mg. Pierwiastki takie jak jod – J, miedz – Cu, mangan – Mn, kobalt – Co czy cynk – Zn stanowią 0,1% żywej materii, stąd też noszą nazwę mikroelementów.

Tab. 1. Formy występowania, funkcje biologiczne i objawy niedoboru wybranych makroelementów u zwierząt i roślin. (wg. Holak E, Lewiński W. i inni 2003).

 

Tab. 2. Formy występowania, funkcje biologiczne i objawy niedoboru wybranych mikroelementów u zwierząt i roślin. (wg. Holak E, Lewiński W. i inni 2003).

 

Tab.3. Ważniejsze pierwiastki chemiczne występujące w organizmie człowieka oraz ich podstawowe funkcje. (wg. Trząski L. 2004).

Wiązania i oddziaływania chemiczne

Każdy atom ma w swoim centrum dodatnio naładowane jądro, które decyduje o jego masie. W pewnej odległości od jądra znajduje się chmura ujemnie naładowanych elektronów, które są utrzymywane na orbitalach dzięki elektrostatycznemu przyciąganiu przez jądro. Jądro atomu składa się dwóch rodzajów cząsteczek subatomowych: dodatnio naładowanych protonów oraz elektrostatycznie obojętnych neutronów. Liczba protonów w jądrze jest równa jego liczbie atomowej. Wyjątek stanowi atom wodoru, który nie zawiera żadnych neutronów, a jego dodatnio naładowany jon nie zawiera też elektronów, stąd też wodór jest najlżejszym pierwiastkiem.

Atomy pierwiastków, które wchodzą w skład organizmów, są utrzymywane w określonym porządku, dzięki wiązaniom i oddziaływaniom chemicznym. Takimi podstawowymi połączeniami między atomami są bardzo silne z natury wiązania: kowalencyjne oraz jonowe.

Wiązania kowalencyjne

– rodzaj wiązania chemicznego, w którym połączone atomy mają wspólne elektrony i każdy z tych elektronów przyciągany jest przez protony obu pierwiastków, np. między dwoma atomami węgla, wodoru czy tlenu.

Wiązanie kowalencyjne, które jest wytworzone między dwoma atomami przez wspólną parę elektronów jest wiązaniem pojedynczym, zaś wytworzone prze dwie wspólne pary to wiązanie podwójne. Wiązania podwójne są krótsze i silniejsze niż wiązania pojedyncze. W przypadku, gdy atomy w cząsteczce wykazują podobną elektroujemność (miara siły przyciągania prze atom elektronów tworzących wiązanie chemiczne) wiązanie kowalencyjne ma charakter obojętny, jeśli mają różną elektroujemność – wiązanie ma charakter spolaryzowany (np. w cząsteczce wody).

Wiązania jonowe

– rodzaj wiązań chemicznych powstających między naładowanymi różnoimiennie jonami (kationami i anionami) albo grupami chemicznymi. W przypadku tych wiązań elektrony zostają przeniesione z jednego atomu do drugiego – dlatego charakter tych wiązań jest polarny. Atom, który stracił elektron, staje się dodatnio naładowanym kationem, np. Na+, K+ czy Ca2+, a ten, który zyskał elektron – ujemnie naładowanym anionem, np. Cl. Dzięki takim przeciwnym ładunkom elektrycznym przyciągają się one wzajemnie, tworząc związek jonowy.

Rys. 1. Wiązanie kowalencyjne obojętne (A) oraz jonowe (B). (wg. Holak E, Lewiński W. i inni 2003).

Wiązania wodorowe

– oprócz silnych wiązań między atomami i grupami atomów mogą również występować wiązania słabe, które są nazywane oddziaływaniami. Należą do nich mi.in. wiązania wodorowe.

– to wiązanie ,które powstaje wskutek przyciągania elektrostatycznego między atomami naładowanymi ujemnie, np. tlenu lub azotu, a dodatnio naładowanym atomem wodoru połączonym do innego atomu naładowanego również ujemnie. Są to zazwyczaj wiązania słabe, jednak mogą zapewnić bardzo silne połączenia między cząsteczkami (np. wody, białek czy kwasów nukleinowych), pod warunkiem, że zachodzą licznie. Wiązania takie słabsze od wiązań kowalencyjnych mogą ulegać łatwo zerwaniu przez przypadkowe ruchy termiczne pod wpływem energii cieplnej cząsteczek, przez co czas trwania każdego z tych wiązań jest bardzo krótki.

Rys. 2. Wiązania wodorowe między cząsteczkami wody. (wg. Holak E, Lewiński W. i inni 2003).

Wiązania van der Waalsa

– to bardzo słabe oddziaływania zachodzące między grupami chemicznymi, znajdującymi się w małej odległości od siebie. Grupy te różnią się niewielkimi, przeciwstawnymi co do znaku ładunkami elektrycznymi. Siły van der Waalsa mimo niewielkiej energii przyczyniają się do stabilizacji rozmaitych związków, np. białek, kwasów nukleinowych, szczególnie wtedy gdy występują w większej liczbie.

Oddziaływania hydrofobowe

– to oddziaływania powstające między fragmentami cząsteczek niepolarnych. Fragmenty takie są nierozpuszczalne w wodzie i mają tendencje do skupiania się razem, np. w warstwie lipidowej błon komórkowych.

Źródło:

  1. Alberts B., Bray D. i inni (2005) „Podstawy biologii komórki. Część 1” Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
  2. Holak E., Lewiński W. i inni (2003) „Biologia 2. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego. Zakres rozszerzony” OPERON Wydawnictwo Pedagogiczne, Gdynia.
  3. Kłyszejko – Stefanowicz L. (2002) „Cytobiochemia. Biochemia niektórych struktur komórkowych” Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
  4. Trząski L. (2004) „Tablice biologiczne” Wydawnictwo Park, Bielsko Biała.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *