WAT IS DE CHEMISCHE SAMENSTELLING VAN LEVENDE WEZENS? - BIOLOGIE - 2025

De chemische samenstelling van levende wezens is gebaseerd op organische moleculen en sommige anorganische elementen, min of meer in dezelfde verhoudingen en die in al deze wezens vergelijkbare functies vervullen.

Levende organismen bestaan ​​uit cellen en deze cellen vertonen verschillende niveaus van complexiteit in hun organisatie. Sommige zijn relatief eenvoudig, zoals bacteriën, en andere worden gekenmerkt door complexere organisatiepatronen, met veel meer elementen in hun interne organisatie, zoals het geval is bij de meeste eukaryote cellen.

Foto door «oblako3011» op www.pixabay.com

De structurele elementen van levende materie bestaan ​​uit biomoleculen en de belangrijkste bestanddelen van de meeste van deze biomoleculen zijn, in het geval van mensen, bijvoorbeeld koolstof (50%), zuurstof (20%), waterstof (10%). ), stikstof (8,5%), calcium (4%) en fosfor (2,5%) (alle waarden t.o.v. drooggewicht).

Deze zes elementen vertegenwoordigen ongeveer 95% van de totale samenstelling van organische stof, de overige 5% komt overeen met andere elementen zoals: kalium, zwavel, natrium, chloor, magnesium, ijzer, mangaan en jodium.

Opgemerkt moet worden dat het grootste deel van de samenstelling van organismen (meer dan 60% van het lichaamsgewicht) water in vloeibare toestand is, wat een fundamenteel element voor het leven is, aangezien zowel de intracellulaire structuren als de cellen zelf erin zijn ondergedompeld. .

Dit vloeibare medium voorziet de cellen van de belangrijkste noodzakelijke condities en daarin vinden alle relevante biochemische reacties om te overleven plaats.

chemische samenstelling van levend wezen

- Complexe biomoleculen

Verschillende van de belangrijkste elementen die een rol spelen bij de samenstelling van levende materie combineren in verschillende verhoudingen om verschillende sets van kleine organische moleculen te vormen, die op hun beurt dienen als structurele elementen voor de vorming van meer complexe biomoleculen.

De relatie tussen deze structurele elementen en de belangrijkste complexe biomoleculen van organismen is als volgt:

- Deoxyribonucleotiden en deoxyribonucleïnezuur (DNA)

- Ribonucleotiden en ribonucleïnezuur (RNA)

- Aminozuren en eiwitten

- Monosachariden en polysachariden

- Vetzuren en lipiden

Deoxyribonucleotiden en deoxyribonucleïnezuur

Deoxyribonucleïnezuur of DNA bevat de erfelijke informatie van alle levende wezens, prokaryoten en eukaryoten. Dit belangrijke biomolecuul bepaalt ook de belangrijkste kenmerken van een cel, zowel vanuit morfologisch, metabolisch, structureel als ontwikkelingsoogpunt.

DNA codeert voor de informatie die nodig is voor eiwitsynthese, evenals voor de informatie die nodig is om RNA te synthetiseren, een ander belangrijk organisch molecuul dat nodig is voor de synthese en controle van veel cellulaire processen.

Het is een polymeer dat bestaat uit twee strengen van subeenheden, nucleotiden genaamd, waarvan de structuren worden gevormd door een molecuul deoxyribose (een monosaccharide met 5 koolstofatomen), een of meer fosfaatgroepen en een stikstofbase met een of twee ringen (purine of pyrimidine, respectievelijk).

De pure basen van DNA zijn adenine (A) en guanine (G), terwijl de pyrimidinebasen thymine (T) en cytosine (C) zijn.

Lineair zijn de nucleotiden van dezelfde DNA-streng met elkaar verbonden via fosfodiësterbindingen, die bestaan ​​uit de fosfaatgroepen en de suikers waarmee ze covalent zijn verbonden.

De basen die aanwezig zijn in een van de strengen zijn complementair met die welke tegenovergesteld zijn aan de andere streng door middel van waterstofbruggen, altijd op dezelfde manier: adenine met thymine (AT) en guanine met cytosine (GC ).

Verschillende stikstofbasen in DNA en RNA.
Bron Gebruiker: Sponkvertaling: Gebruiker: Jcfidy

Ribonucleotiden en ribonucleïnezuur

Net als DNA is ribonucleïnezuur een biomolecuul en verantwoordelijk voor het bindingsproces van aminozuren waaruit eiwitten bestaan, evenals voor andere, meer complexe processen van regulatie en controle van genexpressie.

Het is ook een biopolymeer, maar de nucleotiden die het vormen, worden ribonucleotiden genoemd, omdat het monosaccharide dat ze structureert geen deoxyribose is, zoals in DNA, maar een ribose. Ze hebben ook een of meer fosfaatgroepen en hun stikstofbasen verschillen van die van DNA doordat guanine niet aanwezig is, maar uracil (U).

Aminozuren en eiwitten

Eiwitten zijn biomoleculen die een verschillende mate van complexiteit kunnen bereiken en aanzienlijk veelzijdig zijn in termen van structuur en functie. Ze geven niet alleen structuur en vorm aan cellen, maar kunnen ook activiteiten hebben die de snelle ontwikkeling van essentiële biochemische reacties (enzymen) mogelijk maken.

Ongeacht het type eiwit in kwestie, ze bestaan ​​allemaal uit basale 'bouwstenen', aminozuren genaamd , moleculen met een 'asymmetrisch' koolstofatoom dat is bevestigd aan een aminogroep (-NH2), aan een carboxylgroep. (-COOH), een waterstofatoom (-H) en een groep R die hen onderscheidt.

Grafische weergave van de structuur van een ribosomaal eiwit (Bron: Jawahar Swaminathan en MSD-medewerkers van het European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

De meest voorkomende aminozuren in de natuur zijn 20 en worden geclassificeerd volgens de identiteit van de R-groep; dit zijn:

- asparagine, glutamine, tyrosine, serine, threonine (polaire)

- asparaginezuur, glutaminezuur, arginine, lysine, histidine (die met lading) en

- glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, tryptofaan, proline, cysteïne, methionine en fenylalanine (de apolaire).

Zodra DNA is vertaald in een RNA-molecuul, vertegenwoordigt elk nucleotide-triplet een code die de structuur vertelt die eiwitten (ribosomen) synthetiseert, welk type aminozuur moet worden opgenomen in de groeiende peptideketen.

De polypeptiden waaruit eiwitten bestaan, worden vervolgens geproduceerd dankzij de vereniging tussen hun aminozuren, die bestaat uit het tot stand brengen van een peptidebinding tussen het koolstofatoom van de carboxylgroep van een aminozuur en de stikstof van de aminogroep van het aangrenzende aminozuur.

Monosachariden en polysachariden

Koolhydraten zijn een van de meest voorkomende biomoleculen bij levende wezens. Ze vervullen basisfuncties zoals structurele, nutritionele, signaalelementen, enz. Ze zijn opgebouwd uit chemische complexen van koolstof, waterstof en zuurstof in verschillende verhoudingen.

Planten zijn een van de belangrijkste natuurlijke koolhydraatproducenten van levende wezens en de meeste dieren zijn hiervan afhankelijk om te overleven, omdat ze er energie, water en koolstof uit halen.

Cellulose, een structureel biopolymeer (Bron: Vicente Neto via Wikimedia Commons)

De structurele koolhydraten van groenten (cellulose, lignine, enz.), Evenals de reservekoolhydraten van planten (zetmeel) en van veel dieren (glycogeen), zijn min of meer complexe polysacchariden die bestaan ​​uit polymeren van enkelvoudige of suikereenheden. monosacchariden (voornamelijk glucose).

Vetzuren en lipiden

Lipiden zijn in water onoplosbare verbindingen die de fundamentele substantie vormen van biologische membranen, elementair vanuit functioneel en structureel oogpunt van alle levende cellen.

Het zijn amfipatische moleculen, dat wil zeggen moleculen met een hydrofiel en een hydrofoob uiteinde. Ze bestaan ​​uit vetzuurketens die zijn vastgemaakt aan een koolstofskelet, meestal glycerol, waarvan het derde 'vrije' koolstofatoom is vastgemaakt aan een bepaalde substituent die elk molecuul zijn identiteit geeft.

Enkele van de meest voorkomende lipiden (Bron: de oorspronkelijke uploader was Lmaps op Engelse Wikipedia. Via Wikimedia Commons)

Vetzuren zijn koolwaterstoffen, dat wil zeggen dat ze uitsluitend zijn samengesteld uit koolstof- en waterstofatomen die aan elkaar zijn gebonden.

De associatie van meerdere lipiden in de vorm van een dubbellaag maakt de vorming van een membraan mogelijk en de hydrofobische eigenschappen van deze structuur, evenals de aanwezigheid van integrale en perifere eiwitten, maken dit een semi-permeabele structuur.

- Water

Foto door José Manuel Suárez, via Wikimedia Commons

Water (H2O) is een van de belangrijkste chemische elementen voor levende wezens en de cellen waaruit ze bestaan. Een groot deel van het lichaamsgewicht van dieren en planten bestaat uit deze kleurloze vloeistof.

Door fotosynthese uitgevoerd door planten is water de belangrijkste bron van zuurstof die dieren inademen en ook van waterstofatomen die deel uitmaken van organische verbindingen.

Het wordt beschouwd als het universele oplosmiddel en zijn eigenschappen maken het vooral belangrijk voor de ontwikkeling van vrijwel alle biochemische reacties die levende organismen kenmerken.

Vanuit een cellulair oogpunt bekeken, wordt water verdeeld in "compartimenten":

• De intracellulaire ruimte, waar het cytosol wordt gevormd door water met andere stoffen gemengd, een vloeistof waarin de organellen van eukaryote cellen zijn gesuspendeerd.
• De extracellulaire ruimte, die bestaat uit de omgeving rond cellen, hetzij in een weefsel, hetzij in een natuurlijke omgeving (eencellige organismen).

- Ionen

Veel van de chemische elementen in cellen worden gevonden in de vorm van de hierboven genoemde biomoleculen en vele andere zijn weggelaten uit deze tekst. Andere belangrijke chemische elementen zijn echter in de vorm van ionen.

Celmembranen zijn over het algemeen ongevoelig voor ionen die zijn opgelost in de interne of externe omgeving van cellen, dus deze kunnen deze binnenkomen of verlaten via transporteurs of speciale kanalen.

De ionconcentratie van het extracellulaire medium of van het cytosol beïnvloedt de osmotische en elektrische eigenschappen van de cellen, evenals de verschillende cellulaire signaalprocessen die hiervan afhangen.

Tot de belangrijkste ionen voor weefsels van dieren en planten behoren calcium, kalium en natrium, chloor en magnesium.

Referenties

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Moleculaire biologie van de cel. 4e editie. New York: Garland Science; 2002. De chemische componenten van een cel. Beschikbaar vanaf: ncbi.nlm.nih.gov
2. Gladyshev, GP, Kitaeva, DK, & Ovcharenko, EN (1996). Waarom past de chemische samenstelling van levende wezens zich aan de omgeving aan? Journal of Biological Systems, 4 (04), 555-564.
3. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA en Rodwell, VW (2014). Harper's geïllustreerde biochemie. Mcgraw-heuvel.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL en Cox, MM (2008). Lehninger principes van biochemie. Macmillan.
5. Prescher, JA, en Bertozzi, CR (2005). Chemie in levende systemen. Nature chemische biologie, 1 (1), 13-21.
6. Solomon, EP, Berg, LR en Martin, DW (2011). Biologie (9e edn). Brooks / Cole, Cengage Learning: VS.