कोशिका: रासायनिक संरचना, संरचना, जीवों के कार्य।

रासायनिक संरचनाकोशिकाएं। मैक्रो- और माइक्रोलेमेंट्स। कोशिका को बनाने वाले अकार्बनिक और कार्बनिक पदार्थों (प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, एटीपी) की संरचना और कार्यों का संबंध। भूमिका रासायनिक पदार्थकोशिका और मानव शरीर में।

जीव कोशिकाओं से बने होते हैं। विभिन्न जीवों की कोशिकाओं की रासायनिक संरचना समान होती है। तालिका 1 मुख्य प्रस्तुत करती है रासायनिक तत्वजीवों की कोशिकाओं में पाया जाता है।

तालिका 1. सेल में रासायनिक तत्वों की सामग्री

पहले समूह में ऑक्सीजन, कार्बन, हाइड्रोजन और नाइट्रोजन शामिल हैं। वे कोशिका की कुल संरचना का लगभग 98% हिस्सा हैं।

दूसरे समूह में पोटेशियम, सोडियम, कैल्शियम, सल्फर, फास्फोरस, मैग्नीशियम, लोहा, क्लोरीन शामिल हैं। सेल में उनकी सामग्री प्रतिशत का दसवां और सौवां हिस्सा है। इन दो समूहों के तत्व संबंधित हैं मैक्रोन्यूट्रिएंट्स(ग्रीक से। मैक्रो- बड़ा)।

एक प्रतिशत के सौवें और हज़ारवें भाग द्वारा सेल में दर्शाए गए शेष तत्वों को तीसरे समूह में शामिल किया गया है। इस तत्वों का पता लगाना(ग्रीक से। माइक्रो- छोटा)।

केवल जीवित प्रकृति में निहित कोई भी तत्व कोशिका में नहीं पाया गया। ये सभी रासायनिक तत्व भी निर्जीव प्रकृति के अंग हैं। यह चेतन और निर्जीव प्रकृति की एकता को दर्शाता है।

किसी भी तत्व की कमी से बीमारी हो सकती है, यहाँ तक कि शरीर की मृत्यु भी हो सकती है, क्योंकि प्रत्येक तत्व एक विशिष्ट भूमिका निभाता है। पहले समूह के मैक्रोन्यूट्रिएंट्स बायोपॉलिमर - प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, न्यूक्लिक एसिड और लिपिड का आधार बनाते हैं, जिसके बिना जीवन असंभव है। सल्फर कुछ प्रोटीन का हिस्सा है, फास्फोरस न्यूक्लिक एसिड का हिस्सा है, लोहा हीमोग्लोबिन का हिस्सा है, और मैग्नीशियम क्लोरोफिल का हिस्सा है। चयापचय में कैल्शियम एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

कोशिका में निहित रासायनिक तत्वों का हिस्सा अकार्बनिक पदार्थों का हिस्सा है - खनिज लवण और पानी।

खनिज लवणसेल में हैं, एक नियम के रूप में, धनायनों (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) और आयनों (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3) के रूप में ), जिसका अनुपात माध्यम की अम्लता को निर्धारित करता है, जो कोशिकाओं के जीवन के लिए महत्वपूर्ण है।

(कई कोशिकाओं में, माध्यम थोड़ा क्षारीय होता है और इसका पीएच शायद ही बदलता है, क्योंकि इसमें धनायनों और आयनों का एक निश्चित अनुपात लगातार बना रहता है।)

वन्यजीवों में अकार्बनिक पदार्थों में से एक बड़ी भूमिका किसके द्वारा निभाई जाती है पानी.

जल के बिना जीव का जीवित रहना असम्भव है। यह अधिकांश कोशिकाओं का एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान बनाता है। मस्तिष्क और मानव भ्रूण की कोशिकाओं में बहुत सारा पानी होता है: 80% से अधिक पानी; वसा ऊतक कोशिकाओं में - केवल 40%। वृद्धावस्था तक, कोशिकाओं में पानी की मात्रा कम हो जाती है। एक व्यक्ति जो 20% पानी खो देता है उसकी मृत्यु हो जाती है।

पानी के अद्वितीय गुण शरीर में इसकी भूमिका निर्धारित करते हैं। यह थर्मोरेग्यूलेशन में शामिल है, जो पानी की उच्च ताप क्षमता के कारण होता है - गर्म होने पर बड़ी मात्रा में ऊर्जा की खपत। पानी की उच्च ताप क्षमता क्या निर्धारित करती है?

एक पानी के अणु में, एक ऑक्सीजन परमाणु दो हाइड्रोजन परमाणुओं से सहसंयोजी रूप से बंधा होता है। पानी का अणु ध्रुवीय होता है क्योंकि ऑक्सीजन परमाणु पर आंशिक रूप से ऋणात्मक आवेश होता है, और दो हाइड्रोजन परमाणुओं में से प्रत्येक में होता है

आंशिक रूप से सकारात्मक चार्ज। एक पानी के अणु के ऑक्सीजन परमाणु और दूसरे अणु के हाइड्रोजन परमाणु के बीच एक हाइड्रोजन बंधन बनता है। हाइड्रोजन बांड बड़ी संख्या में पानी के अणुओं का कनेक्शन प्रदान करते हैं। जब पानी को गर्म किया जाता है, तो ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हाइड्रोजन बांड को तोड़ने पर खर्च होता है, जो इसकी उच्च ताप क्षमता को निर्धारित करता है।

पानी - अच्छा विलायक. ध्रुवीयता के कारण, इसके अणु सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों के साथ बातचीत करते हैं, जिससे पदार्थ के विघटन में योगदान होता है। पानी के संबंध में, कोशिका के सभी पदार्थों को हाइड्रोफिलिक और हाइड्रोफोबिक में विभाजित किया जाता है।

हाइड्रोफिलिक(ग्रीक से। हाइड्रो- पानी और फ़ाइलो- प्रेम) जल में घुलने वाले पदार्थ कहलाते हैं। इनमें आयनिक यौगिक (जैसे लवण) और कुछ गैर-आयनिक यौगिक (जैसे शर्करा) शामिल हैं।

जल विरोधी(ग्रीक से। हाइड्रो- पानी और फोबोस- भय) ऐसे पदार्थ कहलाते हैं जो जल में अघुलनशील होते हैं। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, लिपिड।

पानी एक बड़ी भूमिका निभाता है रसायनिक प्रतिक्रियाकोशिका में जलीय विलयन में प्रवाहित होता है। यह चयापचय उत्पादों को भंग कर देता है जो शरीर के लिए अनावश्यक होते हैं और इस तरह शरीर से उन्हें हटाने में योगदान करते हैं। कोशिका में पानी की उच्च मात्रा इसे देती है लोच. जल कोशिका के भीतर या कोशिका से कोशिका तक विभिन्न पदार्थों की आवाजाही को सुगम बनाता है।

चेतन और निर्जीव प्रकृति के निकायों में एक ही रासायनिक तत्व होते हैं। जीवित जीवों में शामिल हैं अकार्बनिक पदार्थ- पानी और खनिज लवण। एक कोशिका में पानी के कई महत्वपूर्ण कार्य इसके अणुओं की ख़ासियत के कारण होते हैं: उनकी ध्रुवीयता, हाइड्रोजन बांड बनाने की क्षमता।

सेल के अकार्बनिक घटक

सेल में तत्वों का एक अन्य प्रकार का वर्गीकरण:

मैक्रोन्यूट्रिएंट्स में ऑक्सीजन, कार्बन, हाइड्रोजन, फास्फोरस, पोटेशियम, सल्फर, क्लोरीन, कैल्शियम, मैग्नीशियम, सोडियम और आयरन शामिल हैं।
सूक्ष्मजीवों में मैंगनीज, तांबा, जस्ता, आयोडीन, फ्लोरीन शामिल हैं।
अल्ट्रामाइक्रोलेमेंट्स में चांदी, सोना, ब्रोमीन, सेलेनियम शामिल हैं।

एक सेल के कार्बनिक अवयव

प्रोटीन की संरचना

एंजाइम।

प्रोटीन का सबसे महत्वपूर्ण कार्य उत्प्रेरक है। प्रोटीन अणु जो परिमाण के कई क्रमों द्वारा कोशिका में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को बढ़ाते हैं, कहलाते हैं एंजाइमों. एंजाइमों की भागीदारी के बिना शरीर में एक भी जैव रासायनिक प्रक्रिया नहीं होती है।

अब तक 2000 से अधिक एंजाइम खोजे जा चुके हैं। उनकी दक्षता उत्पादन में प्रयुक्त अकार्बनिक उत्प्रेरकों की दक्षता से कई गुना अधिक है। तो, उत्प्रेरित एंजाइम की संरचना में 1 मिलीग्राम लोहा 10 टन अकार्बनिक लोहे की जगह लेता है। Catalase हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H 2 O 2) के अपघटन की दर को 10 11 गुना बढ़ा देता है। कार्बोनिक एसिड (सीओ 2 + एच 2 ओ \u003d एच 2 सीओ 3) के गठन को उत्प्रेरित करने वाला एंजाइम प्रतिक्रिया को 10 7 गुना तेज करता है।

एंजाइमों का एक महत्वपूर्ण गुण उनकी क्रिया की विशिष्टता है; प्रत्येक एंजाइम समान प्रतिक्रियाओं के केवल एक या एक छोटे समूह को उत्प्रेरित करता है।

वह पदार्थ जिस पर एंजाइम कार्य करता है, कहलाता है सब्सट्रेट. एंजाइम अणु और सब्सट्रेट की संरचनाएं एक दूसरे से बिल्कुल मेल खाना चाहिए। यह एंजाइमों की क्रिया की विशिष्टता की व्याख्या करता है। जब एक सब्सट्रेट को एक एंजाइम के साथ जोड़ा जाता है, तो एंजाइम की स्थानिक संरचना बदल जाती है।

एंजाइम और सब्सट्रेट के बीच बातचीत के क्रम को योजनाबद्ध तरीके से दर्शाया जा सकता है:

सब्सट्रेट + एंजाइम - एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स - एंजाइम + उत्पाद।

आरेख से यह देखा जा सकता है कि सब्सट्रेट एंजाइम के साथ मिलकर एक एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स बनाता है। इस मामले में, सब्सट्रेट एक नए पदार्थ - उत्पाद में बदल जाता है। अंतिम चरण में, एंजाइम उत्पाद से मुक्त हो जाता है और फिर से अगले सब्सट्रेट अणु के साथ बातचीत करता है।

एंजाइम केवल एक निश्चित तापमान, पदार्थों की सांद्रता, पर्यावरण की अम्लता पर कार्य करते हैं। परिस्थितियों में बदलाव से प्रोटीन अणु की तृतीयक और चतुर्धातुक संरचना में परिवर्तन होता है, और, परिणामस्वरूप, एंजाइम की गतिविधि का दमन होता है। यह कैसे होता है? एंजाइम अणु के केवल एक निश्चित भाग में उत्प्रेरक गतिविधि होती है, जिसे कहा जाता है सक्रिय केंद्र. सक्रिय केंद्र में 3 से 12 अमीनो एसिड अवशेष होते हैं और पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के झुकने के परिणामस्वरूप बनते हैं।

विभिन्न कारकों के प्रभाव में, एंजाइम अणु की संरचना बदल जाती है। इस मामले में, सक्रिय केंद्र का स्थानिक विन्यास गड़बड़ा जाता है, और एंजाइम अपनी गतिविधि खो देता है।

एंजाइम प्रोटीन होते हैं जो जैविक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं। एंजाइमों के लिए धन्यवाद, कोशिकाओं में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर परिमाण के कई आदेशों से बढ़ जाती है। महत्वपूर्ण संपत्तिएंजाइम - कुछ शर्तों के तहत कार्रवाई की विशिष्टता।

न्यूक्लिक एसिड।

19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में न्यूक्लिक एसिड की खोज की गई थी। स्विस बायोकेमिस्ट एफ। मिशर, जिन्होंने कोशिकाओं के नाभिक से नाइट्रोजन और फास्फोरस की एक उच्च सामग्री वाले पदार्थ को अलग किया और इसे "न्यूक्लिन" (अक्षांश से। नाभिक- सार)।

न्यूक्लिक एसिड पृथ्वी पर हर कोशिका और सभी जीवित प्राणियों की संरचना और कार्यप्रणाली के बारे में वंशानुगत जानकारी संग्रहीत करता है। न्यूक्लिक एसिड दो प्रकार के होते हैं - डीएनए (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड) और आरएनए (राइबोन्यूक्लिक एसिड)। न्यूक्लिक एसिड, प्रोटीन की तरह, प्रजाति-विशिष्ट होते हैं, अर्थात प्रत्येक प्रजाति के जीवों का अपना डीएनए प्रकार होता है। प्रजातियों की विशिष्टता के कारणों का पता लगाने के लिए, न्यूक्लिक एसिड की संरचना पर विचार करें।

न्यूक्लिक एसिड अणु बहुत लंबी श्रृंखलाएं होती हैं जिनमें कई सैकड़ों और यहां तक ​​​​कि लाखों न्यूक्लियोटाइड होते हैं। किसी भी न्यूक्लिक एसिड में केवल चार प्रकार के न्यूक्लियोटाइड होते हैं। न्यूक्लिक एसिड अणुओं के कार्य उनकी संरचना, उनके घटक न्यूक्लियोटाइड, श्रृंखला में उनकी संख्या और अणु में यौगिक के अनुक्रम पर निर्भर करते हैं।

प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड तीन घटकों से बना होता है: एक नाइट्रोजनस बेस, एक कार्बोहाइड्रेट और फॉस्फोरिक एसिड। प्रत्येक डीएनए न्यूक्लियोटाइड में चार प्रकार के नाइट्रोजनस बेस (एडेनिन - ए, थाइमिन - टी, ग्वानिन - जी या साइटोसिन - सी), साथ ही एक डीऑक्सीराइबोज कार्बोहाइड्रेट और एक फॉस्फोरिक एसिड अवशेष होते हैं।

इस प्रकार, डीएनए न्यूक्लियोटाइड केवल नाइट्रोजनस बेस के प्रकार में भिन्न होते हैं।

डीएनए अणु में एक निश्चित क्रम में एक श्रृंखला में बड़ी संख्या में न्यूक्लियोटाइड जुड़े होते हैं। प्रत्येक प्रकार के डीएनए अणु की अपनी संख्या और न्यूक्लियोटाइड का क्रम होता है।

डीएनए के अणु बहुत लंबे होते हैं। उदाहरण के लिए, एक मानव कोशिका (46 गुणसूत्र) से डीएनए अणुओं में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम के एक शाब्दिक रिकॉर्ड के लिए लगभग 820,000 पृष्ठों की एक पुस्तक की आवश्यकता होगी। चार प्रकार के न्यूक्लियोटाइड का प्रत्यावर्तन बन सकता है अनंत समुच्चयडीएनए अणुओं के वेरिएंट। डीएनए अणुओं की ये संरचनात्मक विशेषताएं उन्हें जीवों की सभी विशेषताओं के बारे में बड़ी मात्रा में जानकारी संग्रहीत करने की अनुमति देती हैं।

1953 में, अमेरिकी जीवविज्ञानी जे। वाटसन और अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी एफ। क्रिक ने डीएनए अणु की संरचना के लिए एक मॉडल बनाया। वैज्ञानिकों ने पाया है कि प्रत्येक डीएनए अणु में दो किस्में आपस में जुड़ी होती हैं और सर्पिल रूप से मुड़ी होती हैं। यह एक डबल हेलिक्स जैसा दिखता है। प्रत्येक श्रृंखला में, चार प्रकार के न्यूक्लियोटाइड एक विशिष्ट क्रम में वैकल्पिक होते हैं।

डीएनए की न्यूक्लियोटाइड संरचना अलग है विभिन्न प्रकारबैक्टीरिया, कवक, पौधे, जानवर। लेकिन यह उम्र के साथ नहीं बदलता, यह बदलावों पर बहुत कम निर्भर करता है। वातावरण. न्यूक्लियोटाइड्स युग्मित होते हैं, अर्थात किसी भी डीएनए अणु में एडेनिन न्यूक्लियोटाइड्स की संख्या थाइमिडीन न्यूक्लियोटाइड्स (ए-टी) की संख्या के बराबर होती है, और साइटोसिन न्यूक्लियोटाइड्स की संख्या ग्वानिन न्यूक्लियोटाइड्स (सी-जी) की संख्या के बराबर होती है। यह इस तथ्य के कारण है कि एक डीएनए अणु में दो श्रृंखलाओं का एक दूसरे से संबंध एक निश्चित नियम का पालन करता है, अर्थात्: एक श्रृंखला का एडेनिन हमेशा दो हाइड्रोजन बांडों से केवल दूसरी श्रृंखला के थाइमिन के साथ जुड़ा होता है, और गुआनिन तीन हाइड्रोजन से जुड़ा होता है। साइटोसिन के साथ बंधन, यानी एक अणु डीएनए की न्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाएं पूरक हैं, एक दूसरे के पूरक हैं।

न्यूक्लिक एसिड अणु - डीएनए और आरएनए न्यूक्लियोटाइड से बने होते हैं। डीएनए न्यूक्लियोटाइड्स की संरचना में एक नाइट्रोजनस बेस (ए, टी, जी, सी), एक डीऑक्सीराइबोज कार्बोहाइड्रेट और एक फॉस्फोरिक एसिड अणु का अवशेष शामिल है। डीएनए अणु एक डबल हेलिक्स है जिसमें पूरकता के सिद्धांत के अनुसार हाइड्रोजन बांड से जुड़े दो तार होते हैं। DNA का कार्य वंशानुगत सूचनाओं को संचित करना है।

सभी जीवों की कोशिकाओं में एटीपी के अणु होते हैं - एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड। एटीपी एक सार्वभौमिक कोशिका पदार्थ है, जिसके अणु में ऊर्जा-समृद्ध बंधन होते हैं। एटीपी अणु एक प्रकार का न्यूक्लियोटाइड है, जिसमें अन्य न्यूक्लियोटाइड की तरह तीन घटक होते हैं: एक नाइट्रोजनस बेस - एडेनिन, एक कार्बोहाइड्रेट - राइबोज, लेकिन एक के बजाय इसमें फॉस्फोरिक एसिड अणुओं के तीन अवशेष होते हैं (चित्र 12)। आकृति में चिह्न द्वारा दर्शाए गए बंध ऊर्जा से भरपूर होते हैं और कहलाते हैं मैक्रोर्जिक. प्रत्येक एटीपी अणु में दो मैक्रोर्जिक बांड होते हैं।

जब उच्च-ऊर्जा बंधन टूट जाता है और फॉस्फोरिक एसिड के एक अणु को एंजाइमों की मदद से अलग किया जाता है, तो 40 kJ / mol ऊर्जा निकलती है, और ATP ADP - एडेनोसिन डिफोस्फोरिक एसिड में परिवर्तित हो जाती है। एक और फॉस्फोरिक एसिड अणु के उन्मूलन के साथ, एक और 40 kJ / mol जारी किया जाता है; एएमपी बनता है - एडेनोसिन मोनोफॉस्फोरिक एसिड। ये प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती हैं, अर्थात एएमपी एडीपी, एडीपी - एटीपी में बदल सकता है।

एटीपी अणु न केवल टूट जाते हैं, बल्कि संश्लेषित भी होते हैं, इसलिए कोशिका में उनकी सामग्री अपेक्षाकृत स्थिर होती है। कोशिका के जीवन में एटीपी का महत्व बहुत बड़ा है। ये अणु कोशिका और पूरे जीव की महत्वपूर्ण गतिविधि को सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा चयापचय में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं।

एक आरएनए अणु, एक नियम के रूप में, एक एकल श्रृंखला है जिसमें चार प्रकार के न्यूक्लियोटाइड होते हैं - ए, यू, जी, सी। आरएनए के तीन मुख्य प्रकार ज्ञात हैं: एमआरएनए, आरआरएनए, टीआरएनए। कोशिका में आरएनए अणुओं की सामग्री स्थिर नहीं होती है, वे प्रोटीन जैवसंश्लेषण में शामिल होते हैं। एटीपी कोशिका का सार्वभौमिक ऊर्जा पदार्थ है, जिसमें ऊर्जा युक्त बंधन होते हैं। एटीपी कोशिका में ऊर्जा के आदान-प्रदान में केंद्रीय भूमिका निभाता है। आरएनए और एटीपी कोशिका के केंद्रक और कोशिका द्रव्य दोनों में पाए जाते हैं।

हमारे ग्रह पर सभी जीव रासायनिक संरचना में समान कोशिकाओं से बने हैं। इस लेख में, हम संक्षेप में कोशिका की रासायनिक संरचना, पूरे जीव के जीवन में इसकी भूमिका के बारे में बात करेंगे और यह पता लगाएंगे कि विज्ञान इस मुद्दे का क्या अध्ययन करता है।

कोशिका की रासायनिक संरचना के तत्वों के समूह

वह विज्ञान जो एक जीवित कोशिका के घटक भागों और संरचना का अध्ययन करता है, कोशिका विज्ञान कहलाता है।

शरीर की रासायनिक संरचना में शामिल सभी तत्वों को तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है:

• मैक्रोन्यूट्रिएंट्स;
• तत्वों का पता लगाना;
• अतिसूक्ष्म तत्व।

मैक्रोन्यूट्रिएंट्स में हाइड्रोजन, कार्बन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन शामिल हैं। सभी घटक तत्वों का लगभग 98% हिस्सा उनके हिस्से में आता है।

ट्रेस तत्व एक प्रतिशत के दसवें और सौवें हिस्से में उपलब्ध हैं। और अल्ट्रामाइक्रोलेमेंट्स की एक बहुत छोटी सामग्री - एक प्रतिशत का सौवां और हजारवां हिस्सा।

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ग्रीक से अनुवादित, "मैक्रो" का अर्थ है बड़ा, और "सूक्ष्म" का अर्थ है छोटा।

वैज्ञानिकों ने पाया है कि कोई विशेष तत्व नहीं हैं जो केवल जीवित जीवों में निहित हैं। इसलिए, वह जीव, वह निर्जीव प्रकृति एक ही तत्व से बनी है। यह उनके रिश्ते को साबित करता है।

एक रासायनिक तत्व की मात्रात्मक सामग्री के बावजूद, उनमें से कम से कम एक की अनुपस्थिति या कमी से पूरे जीव की मृत्यु हो जाती है। आखिरकार, उनमें से प्रत्येक का अपना अर्थ है।

कोशिका की रासायनिक संरचना की भूमिका

मैक्रोन्यूट्रिएंट्स बायोपॉलिमर का आधार हैं, अर्थात् प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, न्यूक्लिक एसिड और लिपिड।

ट्रेस तत्व चयापचय प्रक्रियाओं में शामिल महत्वपूर्ण कार्बनिक पदार्थों का हिस्सा हैं। वे खनिज लवणों के घटक घटक हैं, जो धनायनों और ऋणायनों के रूप में होते हैं, उनका अनुपात क्षारीय वातावरण को निर्धारित करता है। सबसे अधिक बार, यह थोड़ा क्षारीय होता है, क्योंकि खनिज लवणों का अनुपात नहीं बदलता है।

हीमोग्लोबिन में लोहा, क्लोरोफिल - मैग्नीशियम, प्रोटीन - सल्फर, न्यूक्लिक एसिड - फास्फोरस होता है, कैल्शियम की पर्याप्त मात्रा के साथ चयापचय होता है।

चावल। 2. कोशिका की संरचना

कुछ रासायनिक तत्व पानी जैसे अकार्बनिक पदार्थों के घटक होते हैं। यह पौधे और पशु कोशिकाओं दोनों के जीवन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। पानी एक अच्छा विलायक है, इस वजह से शरीर के अंदर के सभी पदार्थों को विभाजित किया जाता है:

• हाइड्रोफिलिक - पानी में घुलना;
• जल विरोधी - पानी में न घुलें।

पानी की उपस्थिति के कारण, कोशिका लोचदार हो जाती है, यह साइटोप्लाज्म में कार्बनिक पदार्थों की गति में योगदान करती है।

चावल। 3. कोशिका के पदार्थ।

तालिका "कोशिका की रासायनिक संरचना के गुण"

कोशिका के कौन से रासायनिक तत्व हैं, यह स्पष्ट रूप से समझने के लिए, हमने उन्हें निम्नलिखित तालिका में शामिल किया है:

हमने क्या सीखा?

जीवित प्रकृति की प्रत्येक कोशिका में रासायनिक तत्वों का अपना सेट होता है। उनकी रचना के अनुसार, चेतन और निर्जीव प्रकृति की वस्तुओं में समानता है, यह उनके घनिष्ठ संबंध को सिद्ध करता है। प्रत्येक कोशिका में मैक्रोन्यूट्रिएंट्स, माइक्रोन्यूट्रिएंट्स और अल्ट्रामाइक्रोन्यूट्रिएंट्स होते हैं, जिनमें से प्रत्येक की अपनी भूमिका होती है। उनमें से कम से कम एक की अनुपस्थिति से रोग हो जाता है और यहाँ तक कि पूरे जीव की मृत्यु भी हो जाती है।

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जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं, कोशिका कार्बनिक और अकार्बनिक रसायनों से बनी होती है। कोशिका को बनाने वाले मुख्य अकार्बनिक पदार्थ लवण और पानी हैं।

जीवन के एक घटक के रूप में पानी

जल सभी जीवों का प्रमुख घटक है। पानी के महत्वपूर्ण जैविक कार्य इसके अणुओं के अद्वितीय गुणों, विशेष रूप से द्विध्रुवों की उपस्थिति के कारण होते हैं, जो कोशिकाओं के बीच हाइड्रोजन बांड बनाना संभव बनाते हैं।

जीवित प्राणियों के शरीर में पानी के अणुओं के लिए धन्यवाद, थर्मल स्थिरीकरण और थर्मोरेग्यूलेशन की प्रक्रियाएं होती हैं। थर्मोरेग्यूलेशन की प्रक्रिया पानी के अणुओं की उच्च ताप क्षमता के कारण होती है: बाहरी तापमान परिवर्तन शरीर के अंदर तापमान परिवर्तन को प्रभावित नहीं करते हैं।

पानी के लिए धन्यवाद, अंग मानव शरीरअपनी लोच बनाए रखें। पानी कशेरुकियों के जोड़ों या पेरिकार्डियल थैली के लिए आवश्यक चिकनाई वाले तरल पदार्थों के मुख्य घटकों में से एक है।

यह बलगम में शामिल होता है, जो आंतों के माध्यम से पदार्थों की आवाजाही की सुविधा प्रदान करता है। पानी पित्त, आँसू और लार का एक घटक है।

लवण और अन्य अकार्बनिक पदार्थ

एक जीवित जीव की कोशिकाओं में जल के अतिरिक्त अम्ल, क्षार और लवण जैसे अकार्बनिक पदार्थ होते हैं। Mg2+, H2PO4, K, CA2, Na, C1- जीव के जीवन में सबसे महत्वपूर्ण हैं। कमजोर एसिड एक स्थिर आंतरिक सेल वातावरण (थोड़ा क्षारीय) की गारंटी देते हैं।

अंतरकोशिकीय पदार्थ और कोशिका के अंदर आयनों की सांद्रता भिन्न हो सकती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, Na + आयन केवल अंतरकोशिकीय द्रव में केंद्रित होते हैं, जबकि K + विशेष रूप से कोशिका में पाए जाते हैं।

कोशिका की संरचना में कुछ आयनों की संख्या में तेज कमी या वृद्धि से न केवल इसकी शिथिलता होती है, बल्कि मृत्यु भी होती है। उदाहरण के लिए, कोशिका में Ca+ की मात्रा में कमी से कोशिका के अंदर आक्षेप होता है और उसकी आगे मृत्यु हो जाती है।

कुछ अकार्बनिक पदार्थ अक्सर वसा, प्रोटीन और कार्बोहाइड्रेट के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। तो एक आकर्षक उदाहरण फास्फोरस और सल्फर के साथ कार्बनिक यौगिक हैं।

सल्फर, जो प्रोटीन अणुओं का हिस्सा है, शरीर में आणविक बंधनों के निर्माण के लिए जिम्मेदार है। फास्फोरस और कार्बनिक पदार्थों के संश्लेषण के लिए धन्यवाद, प्रोटीन अणुओं से ऊर्जा निकलती है।

कैल्शियम लवण

हड्डी के ऊतकों का सामान्य विकास, साथ ही मस्तिष्क की कार्यप्रणाली और मेरुदण्डकैल्शियम लवण का योगदान करें। शरीर में कैल्शियम का आदान-प्रदान विटामिन डी के कारण होता है। कैल्शियम लवण की अधिकता या कमी से शरीर में शिथिलता आ जाती है।

कक्षा 10-11 . के लिए पाठ्यपुस्तक

खंड I. सेल - जीवन की एक इकाई
अध्याय I. कोशिका की रासायनिक संरचना

जीवित जीवों में शामिल हैं एक बड़ी संख्या कीरासायनिक तत्व। वे यौगिकों के दो वर्ग बनाते हैं - कार्बनिक और अकार्बनिक। रासायनिक यौगिक, जिनकी संरचना का आधार कार्बन परमाणु हैं, हैं बानगीजीवित। इन यौगिकों को कार्बनिक कहा जाता है। कार्बनिक यौगिकअत्यंत विविध हैं, लेकिन उनमें से केवल चार वर्ग सार्वभौमिक जैविक महत्व के हैं: प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, कार्बोहाइड्रेट और लिपिड।

§ 1. अकार्बनिक यौगिक

जैविक रूप से महत्वपूर्ण रासायनिक तत्व।हमारे लिए ज्ञात 100 से अधिक रासायनिक तत्वों में से, जीवित जीवों में लगभग 80 होते हैं, और केवल 24 के संबंध में यह ज्ञात होता है कि वे कोशिका में क्या कार्य करते हैं। इन तत्वों का समुच्चय आकस्मिक नहीं है। जीवन की उत्पत्ति विश्व महासागर के पानी में हुई है, और जीवित जीवों में मुख्य रूप से वे तत्व होते हैं जो यौगिक बनाते हैं जो पानी में आसानी से घुलनशील होते हैं। इनमें से अधिकांश तत्व प्रकाश के बीच हैं, उनकी विशेषता मजबूत (सहसंयोजक) बंधनों में प्रवेश करने और कई अलग-अलग जटिल अणुओं को बनाने की क्षमता है।

कोशिकाओं के भीतर मानव शरीरऑक्सीजन (60% से अधिक), कार्बन (लगभग 20%) और हाइड्रोजन (लगभग 10%) प्रबल होते हैं। नाइट्रोजन, कैल्शियम, फॉस्फोरस, क्लोरीन, पोटेशियम, सल्फर, सोडियम, मैग्नीशियम, एक साथ लिया जाए तो यह लगभग 5% होता है। शेष 13 तत्व 0.1% से अधिक नहीं बनाते हैं। अधिकांश जानवरों की कोशिकाओं में एक समान मौलिक संरचना होती है; केवल पौधों और सूक्ष्मजीवों की कोशिकाएँ भिन्न होती हैं। यहां तक ​​कि वे तत्व जो कोशिकाओं में नगण्य मात्रा में होते हैं, उन्हें किसी भी चीज से बदला नहीं जा सकता है और जीवन के लिए नितांत आवश्यक हैं। इस प्रकार, कोशिकाओं में आयोडीन की मात्रा 0.01% से अधिक नहीं होती है। हालांकि, मिट्टी में इसकी कमी से (इस वजह से और खाद्य उत्पादों में), बच्चों की वृद्धि और विकास में देरी होती है। पशु कोशिकाओं में तांबे की सामग्री 0.0002% से अधिक नहीं होती है। लेकिन मिट्टी में तांबे की कमी (इसलिए पौधों में) के साथ, खेत जानवरों के बड़े पैमाने पर रोग होते हैं।

मूल तत्वों के सेल का मान इस पैराग्राफ के अंत में दिया गया है।

अकार्बनिक (खनिज) यौगिक।जीवित कोशिकाओं में अपेक्षाकृत संख्या में होते हैं सरल कनेक्शन, जो में भी पाए जाते हैं निर्जीव प्रकृति- खनिजों में प्राकृतिक जल. ये अकार्बनिक यौगिक हैं।

पानी पृथ्वी पर सबसे आम पदार्थों में से एक है। यह अधिकांश को कवर करता है पृथ्वी की सतह. लगभग सभी जीवित चीजें मुख्य रूप से पानी से बनी होती हैं। मनुष्यों में, अंगों और ऊतकों में पानी की मात्रा 20% (हड्डी के ऊतकों में) से लेकर 85% (मस्तिष्क में) तक होती है। किसी व्यक्ति के द्रव्यमान का लगभग 2/3 भाग पानी होता है, जेलिफ़िश के शरीर में 95% तक पानी होता है, यहाँ तक कि सूखे पौधों के बीजों में भी पानी 10-12% होता है।

पानी में कुछ अनोखे गुण होते हैं। ये गुण जीवों के लिए इतने महत्वपूर्ण हैं कि हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के इस संयोजन के बिना जीवन की कल्पना करना असंभव है।

पानी के अद्वितीय गुण उसके अणुओं की संरचना से निर्धारित होते हैं। पानी के एक अणु में, एक ऑक्सीजन परमाणु दो हाइड्रोजन परमाणुओं से सहसंयोजी रूप से बंधा होता है (चित्र 1)। पानी का अणु ध्रुवीय (द्विध्रुवीय) होता है। धनात्मक आवेश हाइड्रोजन परमाणुओं पर केंद्रित होते हैं, क्योंकि ऑक्सीजन हाइड्रोजन की तुलना में अधिक विद्युतीय है।

चावल। 1. जल में हाइड्रोजन बंधों का बनना

पानी के एक अणु का ऋणावेशित ऑक्सीजन परमाणु दूसरे अणु के धनावेशित हाइड्रोजन परमाणु की ओर आकर्षित होकर हाइड्रोजन बंध बनाता है (चित्र 1)।

ताकत के संदर्भ में, एक हाइड्रोजन बंधन एक सहसंयोजक बंधन से लगभग 15-20 गुना कमजोर होता है। इसलिए, हाइड्रोजन बंधन आसानी से टूट जाता है, जो देखा जाता है, उदाहरण के लिए, पानी के वाष्पीकरण के दौरान। इस कारण तापीय गतिपानी में अणु, कुछ हाइड्रोजन बंधन टूट जाते हैं, अन्य बनते हैं।

इस प्रकार, तरल पानी में अणु गतिशील होते हैं, जो चयापचय प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण होते हैं। पानी के अणु आसानी से कोशिका झिल्ली में प्रवेश कर जाते हैं।

अणुओं की उच्च ध्रुवता के कारण, पानी अन्य ध्रुवीय यौगिकों के लिए विलायक है। किसी भी अन्य तरल पदार्थ की तुलना में पानी में अधिक पदार्थ घुलते हैं। इसीलिए जलीय पर्यावरणकोशिकाएँ अनेक रासायनिक अभिक्रियाएँ करती हैं। पानी चयापचय उत्पादों को घोलता है और उन्हें कोशिका और पूरे शरीर से निकाल देता है।

पानी में उच्च ताप क्षमता होती है, अर्थात, अपने स्वयं के तापमान में न्यूनतम परिवर्तन के साथ गर्मी को अवशोषित करने की क्षमता। इस वजह से यह तापमान में अचानक आए बदलाव से कोशिका की रक्षा करता है। चूंकि पानी के वाष्पीकरण पर बहुत अधिक गर्मी खर्च होती है, पानी को वाष्पित करके, जीव खुद को अधिक गर्मी से बचा सकते हैं (उदाहरण के लिए, पसीने के दौरान)।

पानी में उच्च तापीय चालकता होती है। यह गुण शरीर के ऊतकों के बीच गर्मी के समान वितरण की संभावना पैदा करता है।

जहां कहीं भी रगड़ने वाली सतहें होती हैं (उदाहरण के लिए, जोड़ों में) पानी "स्नेहक" के लिए एक विलायक के रूप में कार्य करता है।

पानी का अधिकतम घनत्व 4°C होता है। इसलिए बर्फ, जिसका घनत्व कम होता है, पानी से हल्की होती है और इसकी सतह पर तैरती है, जो जलाशय को जमने से बचाती है।

पानी के संबंध में, सभी कोशिका पदार्थों को दो समूहों में विभाजित किया जाता है: हाइड्रोफिलिक - "प्यार करने वाला पानी" और हाइड्रोफोबिक - "पानी से डरना" (ग्रीक "हाइड्रो" से - पानी, "फिलो" - प्रेम और "फोबोस" - भय) .

हाइड्रोफिलिक पदार्थ ऐसे पदार्थ होते हैं जो पानी में अत्यधिक घुलनशील होते हैं। ये लवण, शर्करा, अमीनो एसिड हैं। दूसरी ओर, हाइड्रोफोबिक पदार्थ पानी में व्यावहारिक रूप से अघुलनशील होते हैं। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, वसा।

कोशिका की सतहें कोशिका को अलग करती हैं बाहरी वातावरण, और कुछ अन्य संरचनाएं जल-अघुलनशील (हाइड्रोफोबिक) यौगिकों से बनी होती हैं। यह कोशिका की संरचनात्मक अखंडता को बनाए रखता है। लाक्षणिक रूप से, एक सेल को पानी के साथ एक बर्तन के रूप में दर्शाया जा सकता है, जहां जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं जो जीवन सुनिश्चित करती हैं। इस बर्तन की दीवारें पानी में अघुलनशील हैं। हालांकि, वे चुनिंदा रूप से पानी में घुलनशील यौगिकों को पारित करने में सक्षम हैं।

पानी के अलावा, कोशिका के अकार्बनिक पदार्थों में लवण, जो आयनिक यौगिक होते हैं, का उल्लेख किया जाना चाहिए। वे पोटेशियम, सोडियम, मैग्नीशियम और अन्य धातुओं और हाइड्रोक्लोरिक, कार्बोनिक, सल्फ्यूरिक, फॉस्फोरिक एसिड के आयनों से बनते हैं। ऐसे लवणों के पृथक्करण के दौरान, समाधान (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+, आदि) और आयनों (CI -, HCO 3 -, HS0 4 -, आदि) में धनायन दिखाई देते हैं। कोशिका की बाहरी सतह पर आयनों की सांद्रता आंतरिक सतह पर उनकी सांद्रता से भिन्न होती है। अलग संख्याकोशिका की आंतरिक और बाहरी सतह पर पोटेशियम और सोडियम आयन झिल्ली में आवेश अंतर पैदा करते हैं। कोशिका झिल्ली की बाहरी सतह पर सोडियम आयनों की बहुत अधिक सांद्रता होती है, और आंतरिक सतह पर पोटेशियम आयनों की बहुत अधिक सांद्रता और सोडियम की कम सांद्रता होती है। नतीजतन, कोशिका झिल्ली की आंतरिक और बाहरी सतह के बीच एक संभावित अंतर बनता है, जो तंत्रिका या मांसपेशियों के साथ उत्तेजना के संचरण का कारण बनता है।

कैल्शियम और मैग्नीशियम आयन कई एंजाइमों के सक्रियकर्ता हैं, और यदि उनकी कमी है, तो कोशिकाओं में महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं बाधित होती हैं। जीवों में अकार्बनिक अम्लों और उनके लवणों द्वारा कई महत्वपूर्ण कार्य किए जाते हैं। हाइड्रोक्लोरिक एसिड जानवरों और मनुष्यों के पेट में और कीटभक्षी पौधों के विशेष अंगों में एक अम्लीय वातावरण बनाता है, जिससे खाद्य प्रोटीन का पाचन तेज होता है। फॉस्फोरिक एसिड अवशेष (एच 3 पी0 4), कई एंजाइमेटिक और अन्य सेल प्रोटीन में शामिल होने से, उनकी शारीरिक गतिविधि बदल जाती है। सल्फ्यूरिक एसिड के अवशेष, पानी में अघुलनशील विदेशी पदार्थों में शामिल होकर, उन्हें घुलनशीलता देते हैं और इस प्रकार कोशिकाओं और जीवों से उनके निष्कासन में योगदान करते हैं। नाइट्रस और फॉस्फोरिक एसिड के सोडियम और पोटेशियम लवण, सल्फ्यूरिक एसिड के कैल्शियम नमक महत्वपूर्ण हैं घटक भागपौधों के खनिज पोषण, उन्हें पौधों के पोषण के लिए उर्वरक के रूप में मिट्टी में लगाया जाता है। अधिक विस्तार से, रासायनिक तत्वों के सेल के लिए मूल्य नीचे दिया गया है।

कोशिका के जैविक रूप से महत्वपूर्ण रासायनिक तत्व

1. कोशिका में पानी की जैविक भूमिका क्या है?
2. कोशिका में कौन से आयन पाए जाते हैं? उनकी जैविक भूमिका क्या है?
3. कोशिका में निहित धनायन क्या भूमिका निभाते हैं?

कोशिका जीवित जीवों की संरचना की प्राथमिक इकाई है। सभी जीवित चीजें - चाहे वह इंसान हों, जानवर हों, पौधे हों, कवक या बैक्टीरिया हों - मूल रूप से कोशिकाएँ हैं। किसी के शरीर में बहुत सारी कोशिकाएँ होती हैं - सैकड़ों हजारों कोशिकाएँ स्तनधारियों और सरीसृपों के शरीर का निर्माण करती हैं, और किसी में कुछ - कई जीवाणुओं में केवल एक कोशिका होती है। लेकिन कोशिकाओं की संख्या उनकी उपस्थिति जितनी महत्वपूर्ण नहीं है।

यह लंबे समय से ज्ञात है कि कोशिकाओं में एक जीवित चीज के सभी गुण होते हैं: वे सांस लेते हैं, खिलाते हैं, गुणा करते हैं, नई परिस्थितियों के अनुकूल होते हैं और यहां तक ​​​​कि मर भी जाते हैं। और, सभी जीवित चीजों की तरह, कोशिकाओं में कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थ होते हैं।

बहुत अधिक, क्योंकि यह भी पानी है, और निश्चित रूप से, "कोशिका के अकार्बनिक पदार्थ" नामक विभाग का सबसे बड़ा हिस्सा पानी को दिया जाता है - यह सेल की कुल मात्रा का 40-98% बनाता है।

कोशिका में पानी कई महत्वपूर्ण कार्य करता है: यह कोशिका की लोच, उसमें होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गति, कोशिका के माध्यम से आने वाले पदार्थों की गति और उनके निष्कासन को सुनिश्चित करता है। इसके अलावा, कई पदार्थ पानी में घुल जाते हैं, यह रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकता है, और यह पानी है जो पूरे जीव के थर्मोरेग्यूलेशन के लिए जिम्मेदार है, क्योंकि पानी में अच्छी तापीय चालकता है।

पानी के अलावा, कोशिका के अकार्बनिक पदार्थों में कई खनिज पदार्थ भी शामिल होते हैं, जिन्हें मैक्रोलेमेंट्स और माइक्रोएलेमेंट्स में विभाजित किया जाता है।

मैक्रोन्यूट्रिएंट्स में आयरन, नाइट्रोजन, पोटेशियम, मैग्नीशियम, सोडियम, सल्फर, कार्बन, फॉस्फोरस, कैल्शियम और कई अन्य जैसे पदार्थ शामिल हैं।

ट्रेस तत्व, अधिकांश भाग के लिए, भारी धातुएं जैसे बोरॉन, मैंगनीज, ब्रोमीन, तांबा, मोलिब्डेनम, आयोडीन और जस्ता हैं।

इसके अलावा शरीर में अल्ट्रामाइक्रोलेमेंट्स होते हैं, जिनमें सोना, यूरेनियम, पारा, रेडियम, सेलेनियम और अन्य शामिल हैं।

कोशिका के सभी अकार्बनिक पदार्थ अपनी महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। तो, नाइट्रोजन यौगिकों की एक महान विविधता में शामिल है - प्रोटीन और गैर-प्रोटीन दोनों, विटामिन, अमीनो एसिड, पिगमेंट के निर्माण को बढ़ावा देता है।

कैल्शियम एक पोटेशियम विरोधी है और पौधों की कोशिकाओं के लिए गोंद के रूप में कार्य करता है।

आयरन श्वसन की प्रक्रिया में शामिल है, हीमोग्लोबिन अणुओं का हिस्सा है।

कॉपर रक्त कोशिकाओं के निर्माण, हृदय स्वास्थ्य और अच्छी भूख के लिए जिम्मेदार होता है।

बोरॉन विकास प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार है, खासकर पौधों में।

पोटेशियम साइटोप्लाज्म के कोलाइडल गुणों, प्रोटीन के निर्माण और हृदय के सामान्य कामकाज को सुनिश्चित करता है।

सोडियम हृदय गतिविधि की सही लय भी सुनिश्चित करता है।

सल्फर कुछ अमीनो एसिड के निर्माण में शामिल है।

फास्फोरस शिक्षा में शामिल है बड़ी रकमआवश्यक यौगिक जैसे न्यूक्लियोटाइड, कुछ एंजाइम, एएमपी, एटीपी, एडीपी।

और केवल अल्ट्रामाइक्रोलेमेंट्स की भूमिका अभी भी पूरी तरह से अज्ञात है।

लेकिन अकेले कोशिका के अकार्बनिक पदार्थ इसे पूर्ण और जीवित नहीं बना सके। कार्बनिक पदार्थउनसे कम महत्वपूर्ण नहीं हैं।

इनमें कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, एंजाइम, वर्णक, विटामिन और हार्मोन शामिल हैं।

कार्बोहाइड्रेट को मोनोसेकेराइड, डिसैकराइड, पॉलीसेकेराइड और ओलिगोसेकेराइड में विभाजित किया जाता है। मोनो-डी- और पॉलीसेकेराइड कोशिका और शरीर के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत हैं, लेकिन पानी में अघुलनशील ओलिगोसेकेराइड संयोजी ऊतक से चिपके रहते हैं और कोशिकाओं को प्रतिकूल बाहरी प्रभावों से बचाते हैं।

लिपिड को उचित वसा और लिपिड में विभाजित किया जाता है - वसा जैसे पदार्थ जो उन्मुख आणविक परतें बनाते हैं।

एंजाइम उत्प्रेरक होते हैं जो शरीर में जैव रासायनिक प्रक्रियाओं को गति देते हैं। इसके अलावा, एंजाइम अणु को प्रतिक्रियाशीलता प्रदान करने के लिए खपत ऊर्जा की मात्रा को कम करते हैं।

अमीनो एसिड और कार्बोहाइड्रेट के ऑक्सीकरण के नियमन के साथ-साथ पूर्ण वृद्धि और विकास के लिए विटामिन आवश्यक हैं।

शरीर के जीवन को विनियमित करने के लिए हार्मोन आवश्यक हैं।