2.2 ХИМИЧЕН СЪСТАВ НА КЛЕТКАТА. ХИМИЧНИТЕ КОМПОНЕНТИ НА ЖИВОТА

Клетвите, тъжните и органите са съставени от химични елементи и техни съединения. Много от тях се срещат КаКто в живата, таКа и в неживата природа. Някои съединения са ха­рактерни само за живите организми белтъци, нуклеинови киселини и др.). Изучаването на химичните Компоненти на живите системи и реакциите, в Които те участват, са предмет на науката биохимия.

Разпространение на химичните елементи в организмовия свят. В зем­ната кора се срещат около 100 химични еле­мента, от които само 16 са Жизнено необхо­дими за клетките. Интересно е да съпоста­вим разпространението на елементите в земната кора с разпространението им в ди­вите организми (фиг. 2.7). Най-разпростране­ни в неживата природа са О, Si, Аl и Nа.

В дивите организми първите четири места заемат Н, О, С и N. непосредствено следвани от Р и S. Тези елементи се означа­ват са по биогенни („пораждащи живот").

Елементите с Високо съдържание в клетките се означават като макроелементи. Сил­но застъпени са също така калият, натрият, калцият, Желязото, хлорът и магнезият. Об­що Всички тези елементи съставляват пове­че от 99% от масата на Живите организми.

Някой други химични елементи са също жизненоважни за клетката, макар да присъстват в минимални количества (Сu, Zu, Мо, Со, Мn, В, Si, Sе, F, L). Те се означават като микроеле­менти.

Защо в Живата природа елементите водо­род, Кислород, азот и въглерод се срещат в най-голяма степен? От какво се определя би­ологичното им значение?

Тези четири елемента могат да образу­ват по-здрави ковалентни връзки, отколкото останалите химични елементи.

Свойства и значение на въглерода. Въглеродът притежава редица изключителни сбойства с основно значение за съществуването на живата природа. Не случайно цял раздел от химията (органичната химия) е посветен на изучаването на съединенията му.

Въглеродът е елемент от четвърта Валентност, Което означава, че В съединения­та си Всеки Въглероден атом може да обра­зува четири Ковалентни Връзки с Въглерод­ни и с други атоми или атомни групи. Свър­звайки се здраво чрез такива връзки с други химични елементи, той образува стабилни вериги или пръстени.

Това свойство (в толкова силно изразена степен) не е характерно за друг химичен еле­мент.

Когато четирите валенции на въглерода се на­ситят чрез присъединяване на четири атома или атомни групи, те се разполагат така, че образуват четиристенник, в центъра на който се намира въг­леродният атом (фиг, 2.8а). Въглеродът може да об­разува също двойни и тройни връзки (фиг. 2.86).

Съединенията на въглерода - органичните съединения, се отличават с огромно разноо­бразие. Тяхното съдържание в живите орга­низми е твърде високо - около 28 %; по съдър­жание органичните съединения отстъпват само на водата. Разнообразието им се проявява както в размерите и формата на моле­кулите, така и в химичните им свойства.

Химични съединения в Клетвата

Основните органични съединения, които изграждат дивата Клетва, са въглехидрати­те, белтъците, нуклеиновите Киселини и липидите.

До 1828 г, се е считало, че органични съединения могат да се синтезират само от живи организми. То­гава Въолер синтезирал в епруветка първото орга­нично съединение - карбамид, и показал, че такива съединения могат да се синтезират и извън клетка­та, Възможно е в праисторически времена именно така да са се синтезирали прости органични съе­динения. Днес, при съществуващите условия на на­шата планета, органичните съединения в природа­та се синтезират само в живите организми.

В състава на Клетвата влизат и неорганич­ни съединения предимно под формата на бод­ни разтвори (на Киселини, основи и соли), Кои­то изпълняват твърде важни функции

Неорганичните съединения СО2 и Н2О и еле­ментите азот, фосфор и сяра изглаждат ня­кои прости органични съединения. Те от своя страна служат като градивни единици (стро­ителни блокове) за образуване на по-сложни мо­лекули. Тези градивни единици се наричат мо­номери, а изградените от тях по-сложни орга­нични съединения - полимери (биополимери).

Биополимери са нуклеиновите Киселини, белтъците и полизахаридите. Те са изгра­дени от много на брой специфични мономери и имат голяма молекулна маса. Наричат се още макромолекули. В зависимост от това дали са изградени от еднакви или раз­лични мономери, биополимерите биват хомополимери или хетерополимери.

Аминокиселините са мономери на белтъци­те, простите захари (например гликоза) са мо­номери на полизахаридите (гликоген, скорбяла) и др.

Липидите (мазнините) заемат особено мяс­то сред органичните съединения в клетката. Те имат по-малки размери и не принадлежат Към макромолекулите. Поради съществената им роля в израждането на Клетъчните мемб­рани и при функционирането на Клетката, те се изучават наред с биополимерите.

В изброените мономери присъстват различ­ни функционални химични групи, Които се отличават с химична реактивоспособност. Такива са: хидроксилна група (-ОН), алдехидна гру­па (-СНО), Като група (>СО) и КарбоКсилна група (-СООН). Те присъстват В нуклеино6ите Ки­селини, в белтъците, Въглехидратите и липидите и Влияят Върху химичните им отнасяния. Тези групи могат да премижават една В друга при окисление или редукция:

В следваните няколко урока ще разгле­даме последователно структурата на те­зи съединения и ролята им В живата Клетка Ще Видим, че Връзката между структу­рата на молекулата и функцията, Която тя изпълнява (химично равнище), е не по-малко Впечатляваща, отколкото Връзката между устройството и функцията на Видимите с микроскоп Клетъчни структурни (биологич­но равнище). Ще Видим, че Колкото учудващо е многообразието В съединенията, изграж­дащи >ки6ия сВят, още по-поразително е не-гоВото единство. На фона на това огромно разнообразие от съединения съставът на живата Клетка октава сравнително посто­янен.

Именно В тази област - структурата на биологичните макромолекули и начина, по Който те функционират, биологията напраВи през нашия ВеК най-големите си отКрития и аКо няКъде мо>ке да се търси загадКата на яВлението >киБот, то тя е В тези молеКули.