Skład chemiczny organizmów

2.1. Organizmy

• W organizmach występuje ponad 20 pierwiastków chemicznych.

• Dzielą się na:

  • Mikroelementy: zawartość poniżej $0,01\%$ w suchej masie komórek. Przykłady: żelazo ($Fe$), jod ($I$), miedź ($Cu$), kobalt ($Co$), fluor ($F$), mangan ($Mn$), cynk ($Zn$).

  • Makroelementy: zawartość $0,01\%$ lub więcej w suchej masie komórek.

Makroelementy

• Sześć najważniejszych makroelementów (pierwiastków biogennych), niezbędnych do budowy podstawowych związków organicznych:

  • Węgiel (C)

  • Wodór (H)

  • Tlen (O)

  • Azot (N)

  • Siarka (S)

  • Fosfor (P)

• Węgiel jest kluczowy dla życia, tworząc stabilne wiązania i szkielety węglowe, umożliwiając budowę złożonych cząsteczek organicznych.

• Azot występuje w białkach i kwasach nukleinowych, będąc składnikiem grup aminowych.

• Siarka jest składnikiem niektórych aminokwasów (metionina, cysteina), a fosfor wchodzi w skład nukleotydów, kwasów nukleinowych (DNA, RNA) i ATP.

Średnia procentowa zawartość pierwiastków w organizmach

• Węgiel: $18\%$

• Wodór: $10\%$

• Tlen: $65\%$

• Azot: $3\%$

• Fosfor: $1\%$

• Wapń: $2\%$

• Inne pierwiastki: $1\%$

Znaczenie wybranych makro- i mikroelementów

• Wapń (Ca)

  • Funkcje:

  • Niezbędny do funkcjonowania komórek nerwowych i mięśniowych, uczestniczy w skurczach mięśni.

  • Uczestniczy w krzepnięciu krwi, aktywując enzymy.

  • Składnik ściany komórkowej u roślin, zapewniając jej sztywność.

  • Główny składnik kości i zębów.

• Magnez (Mg)

  • Funkcje:

  • Aktywator wielu enzymów, zwłaszcza tych związanych z produkcją energii (ATP).

  • Składnik chlorofilu, niezbędny do fotosyntezy.

• Potas (K)

  • Funkcje:

  • Utrzymuje równowagę wodno-mineralną i ciśnienie osmotyczne w komórkach.

  • Składnik płynów ustrojowych, kluczowy dla przewodnictwa nerwowego i pracy serca.

• Sód (Na)

  • Funkcje:

  • Odpowiada za równowagę wodno-mineralną poza komórkami.

  • Ważny dla przewodzenia impulsów nerwowych.

• Żelazo (Fe)

  • Składnik hemoglobiny (transport tlenu we krwi) i mioglobiny (magazynowanie tlenu w mięśniach).

  • Uczestniczy w wielu procesach enzymatycznych.

• Jod (I)

  • Składnik hormonów tarczycy (tyroksyny), regulujących metabolizm.

• Miedź (Cu)

  • Składnik enzymów biorących udział w oddychaniu komórkowym i tworzeniu tkanki łącznej.

• Kobalt (Co)

  • Składnik witaminy B₁₂ (kobalaminy), niezbędnej do tworzenia czerwonych krwinek i funkcjonowania układu nerwowego.

Oddziaływania chemiczne

• Oddziaływania chemiczne:

  • Wiązania chemiczne:

  • Łączą atomy w cząsteczki pierwiastków lub związków chemicznych.

  • Siły: silne (wiązania chemiczne, np. kowalencyjne, jonowe) lub słabe (oddziaływania międzycząsteczkowe).

  • Słabe oddziaływania międzycząsteczkowe (np. wiązania wodorowe, siły Van der Waalsa, oddziaływania hydrofobowe) są kluczowe dla struktury białek i kwasów nukleinowych.

  • Rodzaje wiązań chemicznych:

  • Kowalencyjne (polarne i niepolarne)

  • Jonowe

Budowa i funkcje lipidów

2.3. Lipidy (tłuszczowce)

• Główne składniki błon biologicznych, tworząc ich dwuwarstwową strukturę.

• Pełnią funkcję substancji zapasowych, magazynując energię (ponad dwukrotnie więcej niż węglowodany).

• U zwierząt: termoizolacja (warstwa tłuszczu pod skórą) i ochrona narządów wewnętrznych (amortyzacja).

Budowa lipidów

• Lipidy zbudowane z:

  • Węgiel (C)

  • Wodór (H)

  • Tlen (O)

  • Czasami azot (N) i fosfor (P)

• Lipidy są hydrofobowe (niepolarna budowa), nierozpuszczalne w wodzie.

• Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych, np. benzynie, eterze, chloroformie.

Podział lipidów według budowy cząsteczki

• Proste

  • Tłuszcze właściwe (triglicerydy)

  • Woski

• Złożone

  • Fosfolipidy

  • Glikolipidy

• Izoprenowe

  • Steroidy

  • Karotenoidy

Lipidy proste

• Estry alkoholu i kwasu karboksylowego.

• Tłuszcze właściwe: glicerol + kwasy tłuszczowe.

  • Kwasy tłuszczowe: nasycone (brak wiązań podwójnych w łańcuchu węglowym, np. kwas palmitynowy) lub nienasycone (przynajmniej jedno wiązanie podwójne, np. kwas oleinowy).

  • Tłuszcze zawierające dużo kwasów nasyconych są zazwyczaj stałe w temperaturze pokojowej (np. masło), natomiast te z kwasami nienasyconymi są płynne (np. oleje roślinne).

• Funkcje tłuszczów właściwych w organizmach:

  • Zapas energii (najobfitsze źródło).

  • Termoizolacja.

  • Ochrona narządów.

Woski

• Estry kwasów tłuszczowych i alkoholi o długich łańcuchach.

• Pełnią funkcje ochronne i budulcowe, tworząc np. warstwę ochronną na liściach roślin (kutikula), piórach ptaków, czy futrach ssaków, zapobiegając utracie wody.

Lipidy złożone

• Estry alkoholi (np. glicerolu) i kwasów tłuszczowych, zawierające dodatkowe grupy, takie jak fosforan (w fosfolipidach) lub cukier (w glikolipidach).

• Fosfolipidy: zawierają resztę kwasu fosforowego, mają hydrofilowe głowy (polarne) i hydrofobowe ogony (niepolarne). Są amfipatyczne.

• Tworzą dwuwarstwę lipidową w wodzie, co jest podstawą budowy wszystkich błon biologicznych.

Lipidy izoprenowe

• Nie są estrami, ale mają hydrofobowe cząsteczki, pochodzące od jednostek izoprenowych.

• Zalicza się do nich karotenoidy i steroidy:

  • Karotenoidy: Barwniki roślinne (np. karoteny, ksantofile), biorą udział w fotosyntezie jako barwniki pomocnicze oraz chronią chloroplasty przed reaktywnymi formami tlenu.

  • Steroidy: Cholesterol jako budulec błon komórkowych (wpływa na ich płynność) i prekursor hormonów sterydowych (np. testosteron, estrogen, kortyzol) oraz witaminy D.

Dwie twarze cholesterolu

• Potrzebny do funkcji życiowych, ale nadmiar w diecie prowadzi do problem

Sorry, I didn't get that. Can you try again?