Komposisi kimia makhluk hidup. Komposisi kimia organisme hidup dari sudut pandang sains

Seperti biokimia. Seperti yang sudah kita ketahui, semua organisme hidup terdiri dari sel. Sel, pada gilirannya, terdiri dari unsur-unsur kimia. Unsur-unsur kimia yang tanpanya kehidupan di bumi tidak mungkin terjadi disebut nutrisi.

Unsur biogenik adalah unsur kimia , yang merupakan bagian dari sel-sel tubuh, serta elemen-elemen yang tanpanya aktivitas vital sel tidak mungkin: organik dan tidak bahan organik , polimer dan berat molekul rendah. Kita masing-masing tahu sejak kecil bahwa lebih dari setengah manusia terdiri dari air. Dengan demikian, zat biogenik pertama dan terpenting adalah air.

Unsur kimia utama organisme:

- hidrogen;

- oksigen;

- fosfor;

- sulfur;

- nitrogen;

- karbon.

senyawa anorganik pada organisme hidup:

- karbonat;

- fosfat;

- garam amonium;

- sulfat.

Unsur biogenik lainnya termasuk: bukan logam:

1) Yodium dan senyawa yodium sangat penting bagi tubuh, berperan besar dalam proses metabolisme. Yodium adalah bagian dari tiroksin, hormon tiroid.

2) Klorin. Anion elemen ini menjaga lingkungan salin tubuh pada tingkat yang diperlukan untuk berfungsi dengan baik. Juga termasuk dalam beberapa senyawa organik.

3) silikon. Termasuk dalam ligamen dan tulang rawan (asam ortosilikat), berfungsi sebagai pengikat pada beberapa rantai polisakarida.

4) Selenium dan turunannya. Mereka adalah bagian dari beberapa enzim (selenocysteine).

Zat organik lain yang menyusun organisme hidup:

Aldehida asetat;
Asam asetat;
Etanol adalah produk dan substrat reaksi biokimia.

Sama pentingnya adalah koneksi berikut:

HEM adalah senyawa besi dengan molekul parafin;

Cobalamin adalah senyawa kobalt (vitamin B12).

kalsium dan magnesium- logam tidak mulia, yang, bersama dengan besi paling sering ditemukan dalam sistem biologis. Magnesium dan ion-ionnya berperan penting untuk berfungsinya sel, lebih tepatnya ribosom dan sintesis protein di dalam sel. Magnesium juga merupakan bagian dari klorofil. Kalsium dalam organisme hidup dapat hadir dalam bentuk garam yang tidak larut:

- kalsium karbonat- zat yang terdiri dari cangkang moluska;

- kalsium fosfat- berpartisipasi dalam pembangunan kerangka.

Komposisi enzim mencakup banyak logam dari periode ke-4 sistem periodik:

1) Besi terlibat dalam proses saturasi sel dengan oksigen, menjadi bagian dari hemoglobin.

2) Ion seng ditemukan di hampir semua enzim.

3) mangan Ini juga merupakan bagian dari beberapa enzim, tetapi memainkan peran yang lebih penting dalam menjaga biosfer eksternal yang normal: memastikan pelepasan oksigen ke atmosfer, dan juga berpartisipasi dalam pemulihan fotokimia air.

4) molibdenum merupakan bagian integral dari nitrodinase, enzim bakteri pengikat nitrogen, yang membantu mengembalikan nitrogen dari luar menjadi amonia.

5) Kobalt- seperti yang telah kami katakan, adalah bagian dari kobalamin atau vitamin B12.

Senyawa dengan berat molekul rendah yang merupakan bagian dari organisme hidup:

Asam amino- Mereka terdiri dari protein.
Mono dan aligosakarida- Mereka membentuk jaringan struktural organisme.
Nukleamida Mereka terdiri dari asam nukleat.
Lemak- komponen membran sel

Ada juga banyak zat lain yang secara aktif terlibat dalam kehidupan organisme hidup: koenzim, terpen, dan banyak lainnya.

Mari kita soroti zat utama yang dibutuhkan untuk pengembangan penuh.

Biokimia

Biokimia adalah ilmu yang mempelajari komposisi organisme hidup, menganalisis struktur, transformasi, distribusi, dan fungsinya. Pembentukannya dimulai pada akhir abad ke-19, ketika kelas utama zat yang termasuk dalam makhluk hidup diidentifikasi.

Komposisi kuantitatif

Komposisi kimia sel-sel organisme hidup mencakup banyak elemen dari tabel periodik. Bergantung pada konten kuantitatif, biasanya dibedakan tiga kelompok. Seringkali mereka disebut organogenik, karena tanpa mereka keberadaan penuh organisme hidup tidak mungkin. Unsur-unsur ini mampu membentuk ikatan kovalen, yang merupakan dasar dari dunia kehidupan.

Makronutrien

Di antara makronutrien, potasium, fosfor, magnesium, kalsium, klorin, belerang, dan natrium dibedakan. Unsur-unsur kimia yang membentuk organisme hidup diperlukan untuk memastikan proses metabolisme.

elemen jejak

Cobalt, molibdenum, seng, yodium, vanadium, bromin adalah bagian dari hormon dan enzim. Persentase mereka tidak melebihi 10 persen.

Ultramikroelemen

Emas, perak, platinum juga ada dalam organisme hidup, tetapi jumlahnya dapat diabaikan. Unsur-unsur kimia yang ada dalam organisme hidup hadir di dalamnya dalam bentuk ion positif atau negatif. Mereka penting untuk nutrisi sel, pertumbuhan penuh mereka, penciptaan jaringan baru, dan pemeliharaan keseimbangan asam-basa normal dalam tubuh. Apa komposisi kimia makhluk hidup? Pertama-tama, menurut komposisi kimianya, seseorang dapat menilai iritasi atau eksitasi sel, tingkat proses metabolisme, dan keseimbangan energi.

Komposisi kimia organisme hidup termasuk garam mineral dan air. Di lingkungan akuatik energi diubah, semua reaksi metabolisme terjadi di dalam organisme hidup. Molekul air memiliki struktur dipol, di mana ada. Pergeseran kerapatan elektron dari atom hidrogen ke oksigen adalah penyebab munculnya polarisasi, yang menentukan pentingnya air bagi kehidupan organisme. . Ikatan lemah terbentuk antara molekul air, yang hampir 20 kali lebih kuat dari ikatan kovalen. Dengan bantuan mereka, protein dan asam nukleat diubah di dalam tubuh menjadi zat lain, prosesnya disertai dengan pelepasan energi, yang sangat dibutuhkan tubuh. Air, sebagai pelarut universal, sangat penting dalam kehidupan organisme, karena sebagian besar transformasi biokimia dilakukan dalam larutan berair.

Apa komposisi kimia makhluk hidup? Selain unsur anorganik, ia mengandung banyak zat lain. Misalnya, ada protein dan asam nukleat. Zat organik inilah yang diperlukan untuk melindungi tubuh. Yang tidak larut dalam air termasuk protein, hampir semua lemak. Menganalisis komposisi kimia dasar organisme hidup, kami mencatat bahwa itu adalah air yang dikaitkan dengan pengaturan rezim termal dalam tubuh. Kemampuan tubuh untuk menyerap panas jika terjadi fluktuasi suhu yang tiba-tiba secara langsung bergantung padanya. Properti ini memungkinkan tubuh untuk melindungi diri dari panas berlebih, untuk mencegah tubuh menjadi terlalu panas ketika suhu di atmosfer naik. Berkat air, distribusi energi yang seragam antara berbagai jaringan terjadi, sirkulasi panas penuh dilakukan di seluruh organ.

Komposisi organik

Di antara senyawa organik yang ada dalam tubuh manusia, karbohidrat dan lipid sangat penting. Mereka adalah senyawa yang dibentuk oleh asam lemak dengan berat molekul tinggi dan alkohol trihidrat - gliserol. Molekul lipid adalah molekul yang relatif kecil. Mereka memiliki sifat hidrofobik, yaitu, mereka tidak larut dalam air, tetapi membentuk emulsi. Lipid sangat larut dalam pelarut organik non-polar seperti benzena, kloroform, aseton. Apa yang utama Pertama-tama, mereka adalah sumber energi. Selain itu, zat organik ini melakukan fungsi bangunan dalam organisme hidup. Karbohidrat juga sangat penting bagi kehidupan tubuh. Selain konstruksi, fungsi energi, mereka diperlukan untuk cadangan nutrisi, serta untuk melindungi tubuh dari virus dan bakteri. Kemampuan pengaturan karbohidrat terletak pada kemampuan pengaturan, menyiratkan perlindungan tubuh dari kerusakan mekanis. Protein dan protein adalah biopolimer dengan berat molekul relatif besar, yang monomernya adalah residu asam amino organik.

Protein adalah hormon, mereka diperlukan untuk mengatur banyak proses kehidupan organisme. Tubuh juga mengandung protein khusus - enzim, yang merupakan katalis biologis yang dapat memperlambat atau mempercepat reaksi kimia. Mengetahui komposisi kimia organisme hidup, seseorang dapat memprediksi fungsi utamanya, sifat-sifatnya, dan mencari cara untuk menerapkan pengetahuan yang diperoleh.

Dasar makhluk hidup terdiri dari dua kelas senyawa kimia - tupai dan asam nukleat. Selain itu, pada organisme hidup, tidak seperti benda mati, senyawa ini dicirikan oleh apa yang disebut kemurnian kiral. Khususnya, tupai dibangun hanya atas dasar kidal (cahaya polarisasi ke kiri) asam amino, sebuah asam nukleat hanya terdiri dari dekstrorotatori gula. Kemurnian kiral ini berkembang pada tahap paling awal dari evolusi materi hidup. Diyakini bahwa waktu minimum transisi global dari kekacauan total ke kemurnian kiral adalah dari 1 hingga 10 juta tahun. Akibatnya, dalam pengertian ini, asal usul kehidupan dapat terjadi di Bumi secara relatif seketika selama periode waktu 5.000 kali lebih kecil dari perkiraan usia planet.

tupai bertanggung jawab terutama untuk metabolisme dan energi dalam sistem kehidupan, yaitu. untuk semua reaksi sintesis dan pembusukan yang terjadi dalam organisme apa pun sejak lahir hingga mati. Asam nukleat memberikan kemampuan sistem kehidupan untuk mereproduksi diri mereka sendiri. Mereka adalah dasar dari matriks, "penemuan" alam yang menakjubkan. Matriks mewakili semacam cetak biru, yaitu, satu set informasi lengkap yang menjadi dasar sintesis molekul protein spesifik spesies.

Selain protein dan asam nukleat, organisme hidup termasuk: lipid (lemak) , karbohidrat dan sangat sering vitamin C .

Banyak unsur kimia yang ada di lingkungan telah ditemukan dalam sistem kehidupan, tetapi hanya sekitar 20 di antaranya yang diperlukan untuk kehidupan. Unsur-unsur ini disebut biogenik. Rata-rata, sekitar 70% dari massa organisme adalah oksigen , 18% - karbon , 10% - hidrogen(zat-organogen). Berikutnya datang nitrogen , fosfor , kalium , kalsium , sulfur , magnesium , sodium , klorin ,besi. Apa yang disebut elemen biogenik universal ini, yang ada dalam sel semua organisme, sering disebut makronutrien .

Beberapa elemen ditemukan dalam organisme dalam konsentrasi yang sangat rendah (tidak lebih tinggi dari seperseribu persen), tetapi mereka juga diperlukan untuk kehidupan normal. Ini biogenik elemen jejak. Fungsi dan perannya sangat beragam. Banyak elemen jejak adalah bagian dari seri enzim , vitamin , pigmen pernapasan, beberapa mempengaruhi pertumbuhan, laju perkembangan, reproduksi, dll.

Kehadiran sejumlah elemen dalam sel tidak hanya tergantung pada karakteristik organisme, tetapi juga pada komposisi lingkungan, makanan, kondisi lingkungan, khususnya, pada kelarutan dan konsentrasi garam dalam larutan tanah. Kekurangan atau kelebihan elemen biogenik yang tajam menyebabkan perkembangan organisme yang tidak normal atau bahkan kematiannya. Aditif elemen biogenik ke tanah untuk menciptakan konsentrasi optimalnya banyak digunakan di bidang pertanian.

Elemen mineral, juga disebut bioelemen, memainkan peran penting dalam tubuh manusia: mereka adalah bahan bangunan (kalsium, fosfor, besi); mengatur banyak proses biokimia selama metabolisme (kalium, natrium, yodium, klorin, tembaga, mangan, selenium, dan lainnya); mengambil bagian dalam proses pembekuan darah (kalsium); menjaga keseimbangan air tubuh (natrium, kalium); mempengaruhi pelestarian keseimbangan asam-basa; merupakan bagian dari enzim (enzim). Bioelements dibagi menjadi dua kelompok: Makronutrien hadir dalam jumlah besar dalam makanan (sampai beberapa persen dari berat kering) dan diperlukan untuk tubuh dalam jumlah berat tertentu untuk berfungsi dengan baik. Elemen jejak yang dibutuhkan oleh tubuh dalam jumlah kecil (dari urutan 10-2 hingga 10-11% dari berat hidup tubuh). Mereka sangat penting untuk proses metabolisme dan produksi hormon dan enzim.

(tambahan lebih banyak materi) Semua organisme hidup secara selektif berhubungan dengan lingkungan. Komposisi unsur-unsur kimia sistem kehidupan berbeda dari unsur-unsur kimia kerak bumi. Di kerak bumi O, Si, Al, Na, Fe, K, pada makhluk hidup H, O, C, N. Semua elemen lainnya kurang dari 1%. Semua elemen dapat ditemukan dalam organisme hidup apa pun. lingkungan, namun dalam jumlah yang berbeda. Namun, ini tidak berarti bahwa mereka diperlukan. Diperlukan 20 unsur kimia - yang tanpanya sistem kehidupan tidak dapat melakukannya. Tergantung pada lingkungan dan metabolisme, kumpulan zat ini berbeda. Beberapa unsur kimia merupakan bagian dari semua makhluk hidup (universal chemical elements) H, C, N, O. Na, Mg, P, S, Ca, K, Cl, Fe, Cu, Mn, Zn, B, V, Si, bersama, mo. silikon merupakan bagian dari mukopolisakarida jaringan ikat.

Komposisi organisme hidup mencakup 4 elemen yang secara mengejutkan cocok untuk menjalankan fungsi makhluk hidup: O, C, H, N. Mereka berbagi properti umum bahwa mereka siap membentuk ikatan kovalen melalui pasangan elektron. Atom C memiliki sifat yang dapat mereka gabungkan menjadi rantai dan cincin panjang, yang dengannya elemen kimia lainnya dapat mengikat. Ada banyak koneksi C. Silikon paling dekat dengan karbon, tetapi C membentuk CO2, yang tersebar luas di alam dan tersedia untuk semua orang, dan silikon oksida adalah unsur pasir (tidak larut).

Makromolekul - asam nukleat, protein, polipeptida, lipid, polisakarida - polimer yang dibentuk oleh monomer yang dihubungkan oleh ikatan kovalen. Setiap organisme hidup 90% terdiri dari 6 unsur kimia - C, O, H, P, N, S - bioelemen(elemen biogenik).

Sel

Semua organisme hidup menggunakan bahan umum untuk kehidupan. Sekitar 120 digunakan (20 asam amino, 5 basa nitrogen, 4 kelas lipid, molekul kecil - asam sederhana, air, fosfat - 70). Ini adalah produk evolusi kimia (senyawa organik dari sistem kehidupan dan komponen benda mati).