Die chemische Zusammensetzung lebender Organismen. Die chemische Zusammensetzung lebender Organismen aus naturwissenschaftlicher Sicht Was sagt die chemische Zusammensetzung lebender Organismen aus

Die Grundlage der Lebewesen besteht aus zwei Klassen chemischer Verbindungen - Eichhörnchen und Nukleinsäuren. Darüber hinaus zeichnen sich diese Verbindungen in lebenden Organismen im Gegensatz zu unbelebter Materie durch die sogenannte chirale Reinheit aus. Insbesondere, Eichhörnchen gebaut nur auf Basis von Linkshänder (Polarisationslicht nach links) Aminosäuren, a Nukleinsäuren bestehen ausschließlich aus rechtsdrehenden Zucker. Diese chirale Reinheit entwickelte sich in den allerersten Stadien der Evolution lebender Materie. Es wird angenommen, dass die Mindestzeit des globalen Übergangs von vollständigem Chaos zu chiraler Reinheit 1 bis 10 Millionen Jahre beträgt. Folglich könnte in diesem Sinne die Entstehung des Lebens auf der Erde relativ augenblicklich über einen Zeitraum stattgefunden haben, der 5.000 Mal kürzer ist als das geschätzte Alter des Planeten.

Eichhörnchen hauptsächlich für den Stoffwechsel und die Energie in einem lebenden System verantwortlich, d.h. für alle Synthese- und Zerfallsreaktionen, die in jedem Organismus von der Geburt bis zum Tod stattfinden. Nukleinsäuren bieten lebenden Systemen die Fähigkeit, sich selbst zu reproduzieren. Sie sind die Grundlage der Matrix, der erstaunlichen „Erfindung“ der Natur. Die Matrix stellt eine Art Bauplan dar, also einen vollständigen Satz von Informationen, auf deren Grundlage artspezifische Eiweißmoleküle synthetisiert werden.

Neben Proteinen und Nukleinsäuren gehören lebende Organismen dazu Lipide (Fette) , Kohlenhydrate und sehr oft Vitamin C .

Viele chemische Elemente, die in der Umwelt vorhanden sind, wurden in lebenden Systemen gefunden, aber nur etwa 20 davon sind lebensnotwendig. Diese Elemente werden biogen genannt. Im Durchschnitt sind etwa 70% der Masse der Organismen Sauerstoff , 18% - Kohlenstoff , 10% - Wasserstoff(Substanzen-Organogene). Als nächstes kommen Stickstoff- , Phosphor , Kalium , Kalzium , Schwefel , Magnesium , Natrium , Chlor ,Eisen. Diese sogenannten universellen biogenen Elemente, die in den Zellen aller Organismen vorhanden sind, werden oft genannt Makronährstoffe .

Einige Elemente kommen in Organismen in extrem niedrigen Konzentrationen vor (nicht höher als ein Tausendstel Prozent), aber sie sind auch für das normale Leben notwendig. Diese sind biogen Spurenelemente. Ihre Funktionen und Rollen sind sehr vielfältig. Viele Spurenelemente sind Teil der Reihe Enzyme , Vitamine , Atmungspigmente, einige beeinflussen das Wachstum, die Entwicklungsrate, die Fortpflanzung usw.

Das Vorhandensein einer Reihe von Elementen in den Zellen hängt nicht nur von den Eigenschaften des Organismus ab, sondern auch von der Zusammensetzung der Umwelt, der Nahrung, den Umweltbedingungen, insbesondere von der Löslichkeit und Konzentration von Salzen in der Bodenlösung. Ein starker Mangel oder Überschuss an biogenen Elementen führt zu einer abnormalen Entwicklung des Organismus oder sogar zu seinem Tod. Zusätze von biogenen Elementen zum Boden, um ihre optimalen Konzentrationen zu erreichen, werden in großem Umfang in der Landwirtschaft verwendet.

Mineralstoffe, auch Bioelemente genannt, spielen im menschlichen Körper eine wichtige Rolle: Sie sind ein Baustoff (Kalzium, Phosphor, Eisen); regulieren viele biochemische Prozesse während des Stoffwechsels (Kalium, Natrium, Jod, Chlor, Kupfer, Mangan, Selen und andere); am Prozess der Blutgerinnung (Kalzium) teilnehmen; halten den Wasserhaushalt des Körpers aufrecht (Natrium, Kalium); die Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Gleichgewichts beeinflussen; sind Bestandteil von Enzymen (Enzyme). Bioelemente werden in zwei Gruppen eingeteilt: Makronährstoffe, die in großen Mengen in der Nahrung vorhanden sind (bis zu mehreren Prozent des Trockengewichts) und für den Körper in bestimmten Gewichtsmengen für sein ordnungsgemäßes Funktionieren notwendig sind. Vom Körper benötigte Spurenelemente in Spurenmengen (in der Größenordnung von 10-2 bis 10-11 % des Lebendgewichts des Körpers). Sie sind sehr wichtig für Stoffwechselvorgänge und die Produktion von Hormonen und Enzymen.

(zusätzlich mehr Material) Alle lebenden Organismen beziehen sich selektiv auf die Umwelt. Die Zusammensetzung der chemischen Elemente lebender Systeme unterscheidet sich von den chemischen Elementen der Erdkruste. In der Erdkruste O, Si, Al, Na, Fe, K, in lebenden Organismen H, O, C, N. Alle anderen Elemente weniger als 1 %. In jedem lebenden Organismus findet man alle Elemente der Umwelt, jedoch in unterschiedlichen Mengen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass sie notwendig sind. 20 chemische Elemente werden benötigt - solche, ohne die ein lebendes System nicht auskommt. Je nach Umgebung und Stoffwechsel ist die Menge dieser Stoffe unterschiedlich. Einige chemische Elemente sind Bestandteil aller lebenden Organismen (universelle chemische Elemente) H, C, N, O. Na, Mg, P, S, Ca, K, Cl, Fe, Cu, Mn, Zn, B, v, Si, co, Mo. Silizium ist Teil der Mucopolysaccharide des Bindegewebes.

Die Zusammensetzung lebender Organismen umfasst 4 Elemente, die überraschend geeignet sind, die Funktionen eines Lebewesens zu erfüllen: O, C, H, N. Sie teilen die gemeinsame Eigenschaft, dass sie durch Elektronenpaarung leicht kovalente Bindungen bilden. C-Atome haben die Eigenschaft, dass sie sich zu langen Ketten und Ringen verbinden können, an die sich andere chemische Elemente binden können. Es gibt viele C-Verbindungen. Silizium ist Kohlenstoff am nächsten, aber C bildet CO2, das in der Natur weit verbreitet und für jeden verfügbar ist, und Siliziumoxid ist ein Element von Sand (unlöslich).

Makromoleküle - Nukleinsäuren, Proteine, Polypeptide, Lipide, Polysaccharide - Polymere, die aus Monomeren bestehen, die durch kovalente Bindungen verbunden sind. Jeder lebende Organismus besteht zu 90 % aus 6 chemischen Elementen - C, O, H, P, N, S - Bioelemente(biogene Elemente).

Zelle

Alle lebenden Organismen verwenden gemeinsame Materialien für das Leben. Es werden etwa 120 verwendet (20 Aminosäuren, 5 stickstoffhaltige Basen, 4 Klassen von Lipiden, kleine Moleküle - einfache Säuren, Wasser, Phosphate - 70). Diese sind Produkte der chemischen Evolution (organische Verbindungen lebender Systeme und Bestandteile unbelebter Materie).

Wie Biochemie. Wie wir bereits wissen, bestehen alle lebenden Organismen aus Zellen. Zellen wiederum bestehen aus chemischen Elementen. Man nennt die chemischen Elemente, ohne die ein Leben auf der Erde nicht möglich wäre Nährstoffe.

Biogene Elemente sind chemische Elemente, die Teil der Körperzellen sind, sowie jene Elemente, ohne die die lebenswichtige Aktivität der Zellen unmöglich ist: organische und anorganische Substanzen, polymer und niedermolekular. Jeder von uns weiß seit seiner Kindheit, dass mehr als die Hälfte des Menschen aus Wasser besteht. Die erste und wichtigste biogene Substanz ist demnach Wasser.

Die wichtigsten chemischen Elemente von Organismen:

- Wasserstoff;

- Sauerstoff;

- Phosphor;

- Schwefel;

- Stickstoff-;

- Kohlenstoff.

Anorganische Verbindungen in lebenden Organismen:

- Karbonate;

- Phosphate;

- Ammoniumsalze;

- Sulfate.

Weitere biogene Elemente sind: Nichtmetalle:

1) Jod und Jodverbindungen sind sehr wichtig für den Körper, spielen eine große Rolle metabolische Prozesse. Jod ist Bestandteil von Thyroxin, einem Schilddrüsenhormon.

2) Chlor. Die Anionen dieses Elements halten die salzhaltige Umgebung des Körpers auf einem Niveau, das für ein ordnungsgemäßes Funktionieren erforderlich ist. Auch in einigen organischen Verbindungen enthalten.

3) Silizium. In den Bändern und Knorpeln enthalten (Orthokieselsäure), dient als Bindemittel in einigen Polysaccharidketten.

4) Selen und seine Derivate. Sie sind Bestandteil einiger Enzyme (Selenocystein).

Andere organische Substanzen, aus denen ein lebender Organismus besteht:

• Essigaldehyd;
• Essigsäure;
• Ethanol ist ein Produkt und Substrat biochemischer Reaktionen.

Ebenso wichtig sind die folgenden Verbindungen:

HEM ist eine Verbindung von Eisen mit einem Paraffinmolekül;

Cobalamin ist eine Kobaltverbindung (Vitamin B12).

Kalzium und Magnesium- unedle Metalle, die zusammen mit Eisen am häufigsten in biologischen Systemen gefunden. Magnesium und seine Ionen spielen eine wichtige Rolle für die Funktion der Zelle, genauer gesagt der Ribosomen und der Proteinsynthese in der Zelle. Auch Magnesium gehört dazu Chlorophyll. Calcium in einem lebenden Organismus kann in Form von unlöslichen Salzen vorliegen:

- Kalziumkarbonat- die Substanz, aus der Muschelschalen bestehen;

- Calciumphosphat- beteiligt sich am Bau des Skeletts.

Die Zusammensetzung der Enzyme umfasst viele Metalle der 4. Periode des Periodensystems:

1) Eisen ist am Sättigungsprozess der Zellen mit Sauerstoff beteiligt, da es Teil des Hämoglobins ist.

2) Zink-Ionen kommt in fast allen Enzymen vor.

3) Mangan Es ist auch Teil einiger Enzyme, spielt aber eine wichtigere Rolle bei der Aufrechterhaltung einer normalen äußeren Biosphäre: Es sorgt für die Freisetzung von Sauerstoff in die Atmosphäre und ist auch an der photochemischen Wiederherstellung von Wasser beteiligt.

4) Molybdän ist ein wesentlicher Bestandteil von Nitrodinase, einem Enzym stickstofffixierender Bakterien, das dabei hilft, Stickstoff von außen wieder in Ammoniak umzuwandeln.

5) Kobalt- wie wir bereits gesagt haben, gehört dazu Cobalamin oder Vitamin B12.

Niedermolekulare Verbindungen, die Teil lebender Organismen sind:

• Aminosäuren- Sie bestehen aus Proteinen.
• Mono- und Aligosaccharide- Sie bilden die strukturellen Gewebe von Organismen.
• Nucleamide Sie bestehen aus Nukleinsäuren.
• Lipide- Bestandteile von Zellmembranen.

Es gibt auch viele andere Substanzen, die aktiv am Leben lebender Organismen beteiligt sind: Coenzyme, Terpene und viele andere.

Lassen Sie uns die wichtigsten Substanzen hervorheben, die für eine vollständige Entwicklung benötigt werden.

Biochemie

Die Biochemie ist eine Wissenschaft, die die Zusammensetzung lebender Organismen untersucht, ihre Struktur, Transformation, Verteilung und Funktionen analysiert. Seine Entstehung begann Ende des 19. Jahrhunderts, als die Hauptklassen von Substanzen identifiziert wurden, die in Lebewesen enthalten sind.

Quantitative Zusammensetzung

Die chemische Zusammensetzung der Zellen lebender Organismen umfasst viele Elemente des Periodensystems. Je nach quantitativem Gehalt ist es üblich, drei Gruppen zu unterscheiden. Oft werden sie als organogen bezeichnet, da ohne sie die vollständige Existenz eines lebenden Organismus unmöglich ist. Diese Elemente sind in der Lage, kovalente Bindungen einzugehen, die die Grundlage der belebten Welt bilden.

Makronährstoffe

Unter den Makronährstoffen werden Kalium, Phosphor, Magnesium, Calcium, Chlor, Schwefel und Natrium unterschieden. Die chemischen Elemente, aus denen lebende Organismen bestehen, werden benötigt, um Stoffwechselprozesse sicherzustellen.

Spurenelemente

Kobalt, Molybdän, Zink, Jod, Vanadium, Brom sind Bestandteile von Hormonen und Enzymen. Ihr Anteil übersteigt 10 Prozent nicht.

Ultramikroelemente

Gold, Silber, Platin sind auch in lebenden Organismen vorhanden, aber ihre Menge ist vernachlässigbar. Chemische Elemente, die in lebenden Organismen vorkommen, sind in ihnen in Form von positiven oder negativen Ionen vorhanden. Sie sind wichtig für die Ernährung der Zellen, ihr vollständiges Wachstum, die Bildung von neuem Gewebe und die Aufrechterhaltung eines normalen Säure-Basen-Gleichgewichts im Körper. Wie ist die chemische Zusammensetzung lebender Organismen? Zunächst einmal kann man anhand der chemischen Zusammensetzung die Reizung oder Erregung der Zelle, das Niveau der Stoffwechselvorgänge und den Energiehaushalt beurteilen.

Die chemische Zusammensetzung lebender Organismen umfasst Mineralsalze und Wasser. In der aquatischen Umgebung wird Energie umgewandelt, alle Stoffwechselreaktionen finden in einem lebenden Organismus statt. Das Wassermolekül hat die Struktur eines Dipols, in dem es existiert: Die Verschiebung der Elektronendichte von Wasserstoffatomen zu Sauerstoff ist die Ursache für das Auftreten von Polarisationen, die die außerordentliche Bedeutung des Wassers für das Leben des Organismus bestimmen. Zwischen Wassermolekülen werden schwache Bindungen gebildet, die fast 20-mal weniger stark sind als kovalente Bindungen. Mit ihrer Hilfe werden Proteine ​​​​und Nukleinsäuren im Körper in andere Substanzen umgewandelt, der Prozess wird von der Freisetzung von Energie begleitet, die der Körper so sehr benötigt. Wasser als universelles Lösungsmittel ist im Leben des Organismus von besonderer Bedeutung, da die meisten biochemischen Umwandlungen in wässrigen Lösungen stattfinden.

Wie ist die chemische Zusammensetzung lebender Organismen? Neben anorganischen Elementen enthält es viele weitere Stoffe. Beispielsweise gibt es Proteine ​​und Nukleinsäuren. Es sind diese organischen Substanzen, die zum Schutz des Körpers notwendig sind. Zu den nicht wasserlöslichen Proteinen gehören fast alle Fette. Bei der Analyse der grundlegenden chemischen Zusammensetzung lebender Organismen stellen wir fest, dass es sich um Wasser handelt, das mit der Regulierung des Wärmeregimes im Körper verbunden ist. Die Fähigkeit des Körpers, Wärme bei plötzlichen Temperaturschwankungen aufzunehmen, hängt direkt davon ab. Diese Eigenschaft ermöglicht es dem Körper, sich vor übermäßiger Überhitzung zu schützen, um eine Überhitzung des Körpers zu verhindern, wenn die Temperatur in der Atmosphäre ansteigt. Dank Wasser erfolgt eine gleichmäßige Energieverteilung zwischen verschiedenen Geweben, eine vollwertige Wärmezirkulation in allen Organen.

Organische Zusammensetzung

Unter den im menschlichen Körper vorhandenen organischen Verbindungen sind Kohlenhydrate und Lipide von besonderer Bedeutung. Sie sind Verbindungen, die aus Fettsäuren mit hohem Molekulargewicht und dreiwertigen Alkoholen - Glycerin - gebildet werden. Lipidmoleküle sind relativ kleine Moleküle. Sie haben hydrophobe Eigenschaften, das heißt, sie lösen sich nicht in Wasser auf, sondern bilden Emulsionen. Lipide sind in unpolaren organischen Lösungsmitteln wie Benzol, Chloroform, Aceton sehr gut löslich. Was sind die wichtigsten?Zunächst sind sie Energiequellen. Darüber hinaus erfüllen diese organischen Substanzen eine Aufbaufunktion in einem lebenden Organismus. Auch Kohlenhydrate sind für das Leben des Körpers von besonderer Bedeutung. Neben der Aufbau-, Energiefunktion werden sie für die Nährstoffversorgung, sowie zum Schutz des Körpers vor Viren und Bakterien benötigt. Die regulatorischen Fähigkeiten von Kohlenhydraten liegen in den regulatorischen Fähigkeiten, die den Schutz des Körpers vor mechanischen Schäden implizieren. Proteine ​​und Proteine ​​sind Biopolymere mit großem relativen Molekulargewicht, deren Monomere organische Aminosäurereste sind.

Proteine ​​sind Hormone, sie sind notwendig, um viele Lebensprozesse von Organismen zu regulieren. Im Körper gibt es auch spezielle Proteine ​​- Enzyme, die biologische Katalysatoren sind, die chemische Reaktionen verlangsamen oder beschleunigen können. Wenn man die chemische Zusammensetzung eines lebenden Organismus kennt, kann man seine wichtigsten Funktionen und Eigenschaften vorhersagen und nach Wegen suchen, das gewonnene Wissen anzuwenden.