1. Особенности химического состава клетки
Химические элементы клетки
Живые организмы состоят из веществ, образованных атомами тех же химических элементов, которые входят в состав тел неживой природы. Этот факт говорит о взаимосвязи живой и неживой природы. В клетках разных живых организмов находятся атомы одинаковых химических элементов, что подтверждает единство всех живых организмов.
Из известных в настоящее время более \(115\) элементов около \(80\) обнаружено в составе клетки.
В зависимости от содержания химических элементов в клетках живых организмов их делят на три группы.
К макроэлементам относят элементы, содержание которых превышает \(0,001\) % от массы тела. \(98\) % массы любого организма составляют органогены: кислород, углерод, водород и азот.
- Кислород (до \(75\) %) входит в состав воды, органических и минеральных веществ клетки.
- Углерод (около \(15\) %) является обязательной составной частью всех органических молекул.
- Водород (\(8\) %) содержится в воде и в органических веществах.
- Азот (около \(3\) %) входит в состав белков, нуклеиновых кислот, АТФ.
Приблизительно \(2\) % от массы клетки приходится ещё на восемь макроэлементов. Это магний (Mg), натрий (Na), кальций (Ca), железо (Fe), калий (K), фосфор (P), хлор (Cl), сера (S).
К микроэлементам относятся те элементы, на долю которых приходится от \(0,000001\) % до \(0,001\) %: бор (B), никель (Ni), кобальт (Co), медь (Cu), молибден (Mo), цинк (Zn) и др.
Третья группа — ультрамикроэлементы, содержание которых не превышает \(0,000001\) %: уран (U), радий (Ra), золото (Au), ртуть (Hg), свинец (Pb), цезий (Cs), селен (Se) и др.
Рис. \(1\). Содержание химических элементов в живых организмах
Количество химического элемента не определяет его значение для организма. Например, йод относится к микроэлементам, но он входит в состав гормонов щитовидной железы, которые регулируют обмен веществ в организме человека.
Химические вещества клетки
Элементы в виде атомов образуют молекулы неорганических и органических соединений клетки.
Рис. \(2\). Содержание химических веществ в клетке
К неорганическим соединениям относятся вода и минеральные соли.
Органические соединения характерны только для живых организмов, в то время как неорганические существуют и в неживой природе. К органическим веществам относятся соединения углерода, содержащие также атомы водорода, кислорода, азота, фосфора.
В клетках находятся низкомолекулярные соединения: аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, витамины, а также высокомолекулярные (полимеры): белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты.
Рис. \(3\). Органические вещества клетки
Молекулы этих веществ (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев. Белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты содержатся во всех живых клетках и выполняют важнейшие функции, обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Поэтому их называют биополимерами.
Простые вещества, из которых образуются макромолекулы, называются мономерами. Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды, белков — аминокислоты, а макромолекулы полисахаридов состоят из остатков глюкозы.Рис. \(4\). Модель молекулы белка
Источники:
Рис. 1. Содержание химических элементов в живых организмах © ЯКласс.
Рис. 2. Содержание химических веществ в клетке © ЯКласс.
Рис. 3. Органические вещества клетки © ЯКласс.
Рис. 4. Модель молекулы белка https://cdn.pixabay.com/photo/2015/08/02/23/26/adrenomedullin-872350_960_720.jpg. 09.09.2021.
2. Вода и её роль в жизнедеятельности клетки
Вода (h3O) — важнейшее неорганическое вещество клетки. В клетке в количественном отношении вода занимает первое место среди других химических соединений. Вода входит в состав цитоплазмы, она придаёт клетке объём и упругость, участвует во всех химических реакциях. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Чем интенсивнее протекает в клетке обмен веществ, тем выше в ней содержание воды.
Вода заполняет пространства между клетками, она составляет основу клеточного сока в вакуолях. Транспорт веществ в живых организмах осуществляется в виде водных растворов.
У воды имеется ряд свойств, которые обуславливают её значение для живых организмов.
Структура молекулы воды
Особые свойства воды связаны со строением её молекулы.
Связи между атомами водорода и кислорода в молекуле воды полярные. Из-за большей электроотрицательности атома кислорода электроны общих электронных пар сдвинуты к нему. Поэтому на атоме кислорода имеется частичный отрицательный заряд, а на атомах водорода — частичные положительные заряды. Так как молекула воды имеет угловое строение, разные заряды в ней находятся у разных полюсов. Молекула полярная, она является диполем.
Рис. \(1\). Молекула воды
Полярные молекулы воды взаимодействуют между собой с образованием водородных связей, обуславливающих многие особенности физических и химических свойств вещества.
Рис. \(2\). Водородные связи
Свойства воды
Вода — полярный растворитель, в ней растворяются другие полярные вещества. Такие вещества называют гидрофильными. К этой группе относятся многие соли, моно- и дисахариды, аминокислоты, минеральные кислоты. В растворённом состоянии молекулы или ионы веществ могут свободно двигаться, и они легче вступают в химические реакции.
Вещества, нерастворимые в воде, называются гидрофобными. К ним относятся жиры, многие белки и нуклеиновые кислоты. Гидрофобность некоторых веществ имеет важное значение для живых организмов (например, из таких веществ формируются клеточные мембраны)
Важное свойство воды — способность растворять газообразные вещества (O2, CO2 и др.).
У воды высокая теплоёмкость, т. е. способностью поглощать много тепла при незначительном возрастании собственной температуры. Высокая теплоёмкость сглаживает температурные колебания и защищает организмы от быстрого и сильного охлаждения или нагревания.
Вода имеет высокую теплоту парообразования, для её испарения необходима довольно большая энергия. Использование значительного количества энергии на разрыв водородных связей при испарении воды способствует её охлаждению. Это свойство воды предохраняет организмы от перегрева. Примеры: испарение воды листьями растений и выделение пота у животных.
У воды также высокая теплопроводность, которая обеспечивает быстрое распределение тепла по всему организму.
Вода не сжимается. Она создаёт тургорное давление и поддерживается упругость тканей и органов. У некоторых беспозвоночных (например, у круглых червей) полостная жидкость выполняет функцию гидростатического скелета.
У воды высокое поверхностное натяжение. Поэтому кровь движется по капиллярам у животных и поднимается по сосудам в растениях.
Функции воды
1. Вода является универсальным растворителем. Благодаря разной растворимости веществ в воде формируются плазматические мембраны.
2. Вода выполняет в живых организмах транспортную функцию. Вещества поступают в клетки и организмы, а также переносятся внутри них в виде водных растворов.
3. Вода участвует в биохимических реакциях, протекающих в клетке (гидролиз веществ), является источником кислорода и водорода при фотолизе в световую фазу фотосинтеза.
4. Вода играет важную роль в осуществлении теплорегуляции.
5. Вода является составной частью слизей, образующихся в органах дыхания и пищеварения, а также секретов некоторых желез и органов: пищеварительных соков, желчи, слюны, пота, слёз и т. д.
Источники:
Рис. 1. Молекула воды © ЯКласс.
Рис. 2. Водородные связи. Автор: chris 論 (vectorisation), Raimund Apfelbach — File:Wasserstoffbrückenbindungen Wasser.png, Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8973461. 07.09.2021.
4. Состав, свойства и функции углеводов
Углеводы — это природные органические соединения, содержащиеся во всех клетках живых организмов и выполняющие важные функции.
Состав и классификация углеводов
Молекулы углеводов состоят из атомов трёх элементов — углерода, водорода и кислорода. Состав большинства углеводов можно выразить формулой: Cn(h3O)m. В состав производных углеводов могут входить и другие элементы. Так, в хитине содержатся ещё и атомы азота.
Углеводы делят на три класса.
Рис. \(1\). Классификация углеводов
Самое простое строение имеют моносахариды. Наиболее распространённый моносахарид — это глюкоза.
Рис. \(2\). Модель молекулы глюкозы
Глюкоза является главным источником энергии в клетках всех живых организмов.
Фруктоза содержится в мёде, ягодах и фруктах.
Рибоза входит в состав важных химических соединений — РНК, АТФ, некоторых ферментов.
Дезоксирибоза — компонент молекул ДНК.
Все моносахариды — это сладкие на вкус кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде.
Олигосахариды
Олигосахариды содержат в молекулах от двух до десяти остатков моносахаридов. Молекулы дисахаридов образуются в результате соединения двух молекул моносахаридов. По свойствам они похожи на моносахариды: хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.
Сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы. В растениях это вещество является растворимым запасным углеводом, а также продуктом фотосинтеза, который транспортируется от листьев к другим органам. Знакома всем как сахар (свекловичный или тростниковый).
Лактоза (молочный сахар) образована молекулами глюкозы и галактозы. Содержится в молоке.
Мальтоза (солодовый сахар) состоит из глюкозы. Образуется из крахмала при прорастании семян, является источником энергии для процесса прорастания.
Полисахариды
Молекулы полисахаридов состоят из большого числа остатков моносахаридов. Эти вещества не имеют вкуса и не растворяются в воде.
Крахмал — запасной углевод растений. Его молекулы образованы остатками глюкозы, соединёнными в линейные или разветвлённые цепи.
Целлюлоза входит в состав клеточных стенок грибов и растений и придаёт им прочность. Молекулы целлюлозы тоже образованы остатками глюкозы, но они намного длиннее молекул крахмала. Целлюлоза не растворяется в воде и других растворителях.
Гликоген похож по строению на крахмал. Это запасной углевод у животных.
Хитин похож по строению на целлюлозу, но отличается наличием в его молекулах атомов азота.
Функции углеводов
1. Энергетическая функция углеводов заключается в том, что под влиянием ферментов происходит их расщепление и окисление с выделением энергии. Важно, что углеводы могут расщепляться как в присутствии кислорода, так и без него. Продуктами полного окисления этих веществ являются углекислый газ и вода.
2. Запасающая функция проявляется в накоплении излишков углеводов в клетках: у растений — крахмала, у животных и грибов — гликогена. При необходимости запасные углеводы расщепляются до глюкозы и используются клеткой для получения энергии.
3. Строительная функция заключается в том, что углеводы служат строительным материалом: целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, а хитин образует клеточные стенки грибов и кутикулу членистоногих. Эти же углеводы выполняют защитную функцию.
4. Сигнальная (рецепторная) функция состоит в том, что гликопротеины (комплексные соединения углеводов и белков), расположенные на поверхности клетки, воспринимают и передают в клетку сигналы из внешней среды.
Источники:
Рис. 1. Классификация углеводов. © ЯКласс.
Рис. 2. Модель молекулы глюкозы. https://image.shutterstock.com/image-illustration/molecule-glucose-isolated-on-white-600w-570551413
Презентация «Неорганические вещества, входящие в состав клетки»
Слайд 1
Неорганические вещества, входящие в состав клетки Биология 9 кл . Корнева Ира 2017Слайд 2
Химический состав клетки. В живых организмах содержится большое количество химических элементов. Они образуют два класса соединений – органические и неорганические.
Слайд 3
Неорганические вещества, входящие в состав клетки. В клетках разных организмов обнаружено около 70 элементов периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, но лишь 24 из них имеют установленное значение и встречаются постоянно во всех типах клеток. Наибольший удельный вес в элементном составе клетки приходится на кислород, углерод, водород и азот. Это так называемые основные или биогенные элементы. На долю этих элементов приходится более 95% массы клеток, причем их относительное содержание в живом веществе гораздо выше, чем в земной коре.
Слайд 4
Жизненно важными являются кальций, фосфор, сера, калий, хлор, натрий, магний и железо. Их содержание в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Перечисленные элементы составляют группу макроэлементов. Другие химические элементы: медь, кобальт, марганец, молибден, цинк, бор, фтор, хром, селен, алюминий, йод, кремний – содержатся исключительно в малых количествах (менее 0,01% массы клеток). Они относятся к группе микроэлентов . Процентное содержание в организме того или иного элемента никоим образом не характеризует степень важности и необходимости в организме. Так, например, многие микроэлементы входят в состав различных биологически активных веществ – ферментов, витаминов, гормонов, оказывают влияние на рост и развитие, кроветворение, процессы клеточного дыхания и т.д.
Слайд 5
Вода . Играет важную роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того, что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания. Роль воды в клетке определяется ее свойствами. Свойства эти довольно уникальны и связаны главным образом с малыми размерами молекул воды, с полярностью ее молекул и с их способностью соединяться друг с другом водородными связями. Молекулы воды имеют нелинейную пространственную структуру. Атомы в молекуле воды удерживаются посредством полярных ковалентных связей, которые связывают один атом кислорода с двумя атомами водорода. Полярность ковалентных связей объясняется в данном случае сильной электроотрицательностью атомов кислорода по отношению к атому водорода; атом кислорода оттягивает на себя электроны их общих электронных пар. Вследствие этого на атоме кислорода возникает частично отрицательный заряд, а на атомах водорода – частично положительный. Между атомами кислорода и водорода соседних молекул воды возникают водородные связи.
Слайд 6
Вода является превосходным растворителем для полярных веществ, например солей, сахаров, спиртов, кислот. Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными. Не растворимые в воде вещества называются гидрофобными.
Слайд 7
Вода обладает высокой теплоемкостью . Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде. Кроме того, вода обладает высокой теплопроводностью , что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме. Вода обладает также высокой теплотой парообразования , т.е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла, охлаждая организм. Это свойство воды используется при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и транспирации (испарении) у растений, предотвращая их перегрев.
Слайд 8
Биологические свойства воды: Транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. Метаболическая. Вода является средой для многих биохимических реакций в клетке. Структурная . Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95% воды. У растений вода определяет тургор клеток. Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей . Она входит в состав слюны, желчи, слез и т.д.
Слайд 9
Минеральные соли Б ольшая часть неорганических веществ клетки находится в виде солей. В водном растворе молекулы солей диссоциируют на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы: K+, Na +, Ca2+, Mg2+ и анионы: Cl -, h3PO4-, HPO42-, HCO3-, NO3-, SO42-. Существенным является не только содержание, но и соотношение ионов в клетке.
Слайд 10
От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства клетки. Буферностью называют способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне.
Органические и неорганические вещества — презентация онлайн
Областное государственное бюджетное профессиональное училищеРязанский колледж электроники
Органические и неорганические
вещества входящие в состав
клетки. Нуклеиновые кислоты и их
роль в клетке.
Презентация по дисциплине «Биология»
Выполнил:
Студент КС-108
Асмолова Александра
Преподаватель:
Пряхина О. П.
Рязань, 2016
2. Органические и неорганические вещества, входящие в состав клетки.
3. Органические вещества
называютуглеродосодержащими соединениями,
потому что в из состав входят атомы
углерода. К органическим веществам,
входящих в состав клетки, относятся те
вещества, которых нет в неживой природе:
Белки
Липиды
Углеводы
Нуклеиновые кислоты
Большое значение в жизнедеятельности клетки
имеет вода. В среднем в многоклеточном
организме вода составляет около 80% массы
тела.
Вода играет важную роль во многих
реакциях организма. Например, в
реакциях гидролиза. С помощью
воды обеспечивается процесс
переноса необходимых веществ
другой.
Другие неорганические вещества — соли —
находятся в клетке в виде анионов и катионов в
растворах и в виде соединений с органическими
веществами.
6. Нуклеиновые кислоты и их роль в клетке.
Нуклеиновые кислоты — это высокомолекулярныеорганические соединения.
Нуклеиновые
кислоты
Дезоксирибонуклеиновая
(ДНК) находится в ядре
клетки, в митохондриях
и пластидах
эукариотических клеток.
Рибонуклеиновая (РНК)
находится в ядре и
цитоплазме клетки.
Они хранят и передают наследственную
информацию.
ДНК образуется и содержится преимущественно в
ядре клетки, РНК, возникая в ядре, выполняет
свои функции в цитоплазме и ядре.
Молекула ДНК состоит из двух
полинуклеотидных цепей,
свитых вместе вокруг одной
продольной оси, в результате
чего образуется двойная спираль.
Молекулярная структура РНК близка
к таковой ДНК. Но РНК в отличие
от ДНК в большинстве случаев
бывает одноцепочечной.
8. РНК, ДНК и их строение
Аденозжтрифосфат (АТФ) входит в составлюбой клетки, где выполняет одну из
важнейших функций — накопителя
энергии.
Неустойчивые химические связи, которыми
соединены молекулы фосфорной кислоты в
АТФ, очень богаты энергией
(макроэргические связи). При разрыве этих
связей энергия высвобождается и
используется в живой клетке, обеспечивая
процессы жизнедеятельности и синтеза
органических веществ.
Следовательно, АТФ — главное макроэнергическое
соединение клетки, используемое для
осуществления различных процессов, на которые
затрачивается энергия.
Областное государственное бюджетное профессиональное училище
Рязанский колледж электроники
Органические и неорганические
вещества входящие в состав
клетки. Нуклеиновые кислоты и их
роль в клетке.
Презентация по дисциплине «Биология»
Выполнил:
Студент КС-108
Асмолова Александра
Пряхина О. П.
Рязань, 2016
§ 21. Неорганические вещества, входящие в состав клетки
1. Укажите содержание (в %) макро- и микроэлементов в живой клетке.
Макроэлементы – 98, микроэлементы – 2
2. Известно, что химические элементы выполняют в организме разнообразные жизненно важные функции. Укажите, о каких элементах идет речь (выпишите название или химический символ каждого из них).
1. Входят в структуру эмали – кальций, фтор, фосфор.
2. Обеспечивают проведение импульсов по нервным волокнам – натрий, калий, хлор.
3. Необходимы для функционирования ферментов – магний, цинк.
4. Входят в состав гормонов (в частности, тироксина) – йод.
5. Являются структурными компонентами костной ткани – кальций, фосфор.
6. Входят в состав витаминов – кобальт.
7. Связывают и переносят кислород – железо.
8. Принимает участие в свертывании крови – кальций.
3. Закончите предложение.
Из всех химических и физических свойств воды наибольшее значение для понимания ее биологической роли имеют полярность молекулы и способность их соединяться между собой при помощи водородных связей.
4. Перечислите основные функции воды в живых организмах.
1. Необходимый компонент составляющих клеток живых организмов.
2. Растворитель.
3. Вступает в реакции гидролиза, в результате которых образуются новые вещества с новыми свойствами.
4. Высокая теплопроводность и теплоемкость воды обеспечивают неизменную внутриклеточную температуру.
5. Ответьте, в каких химических формах встречаются минеральные компоненты в клетках и тканях.
Большая часть неорганических веществ клетки находится в виде солей – либо в ионном состоянии, либо в виде твердой нерастворимой соли.
| Неорганические вещества клеток растений. Доказательства их наличия и роли в растении.Выполнил: Котов Роман1-2КЮСодержание |
Неорганические вещества — обзор
15.1.1 Фитормедиация и создание биопродуктов с добавленной стоимостью
Органические и неорганические соединения накапливаются в окружающей среде в результате сельскохозяйственной, промышленной и бытовой деятельности. Неконтролируемое распространение необработанных отходов жизнедеятельности человека и сельскохозяйственных стоков являются наиболее распространенными источниками загрязнения воды и почвы. Накопились экологические и экологические последствия загрязнения человека и необработанных отходов, которые необходимо устранить, чтобы избежать дальнейших негативных последствий.Чтобы смягчить последствия промышленного и муниципального загрязнения, практика очистки сточных вод должна значительно расшириться и в глобальном масштабе. Из-за недостатков во многих наших современных методах очистки воды качество пресной воды становится такой же серьезной проблемой, как и ее дефицит. Практика очистки отходов помогает снизить загрязнение воды и почвы из-за перегрузки питательными веществами и других токсичных загрязнителей. Неочищенные сточные воды содержат в растворе питательные вещества, которые вызывают эвтрофикацию экосистемы или доставляют токсичные соединения в окружающую среду.Эвтрофные условия стимулируют дисбаланс экосистемы, который, если его не устранить, может обостриться и создать условия, угрожающие здоровью человека. Помимо потенциальных негативных последствий перегрузки биогенными веществами, трудно устранить последствия загрязнения воды и почвы тяжелыми металлами и химическими веществами.
Потребность в рентабельных средствах удаления или нейтрализации опасных соединений растет с каждым днем. База данных известных соединений в Химической реферативной службе (CAS) в настоящее время пополняется из известных 66 миллионов зарегистрированных соединений с добавлением около 12 000 новых соединений каждый день (CAS, 2012).Сброс этих соединений в водоемы или их распыление на почву сильно повлиял на окружающую среду и будет продолжаться. Промышленность и человеческое развитие уже повлияли на качество почвы и воды во всем мире. Рост урбанизации и индустриализации, в частности, привел к возникновению экологических проблем, связанных с городскими отходами. Городские сточные воды являются значительным источником ухудшения состояния окружающей среды из-за бытовых продуктов и фармацевтических препаратов, а также эвтрофикации из-за перегрузки биогенными веществами.
Микроводоросли и цианобактерии положительно реагируют на широкий спектр органических и неорганических загрязнителей. Эти организмы способны удалять соединения из раствора за счет биоаккумуляции соединений в теле клетки, а также на поверхности клетки, в дополнение к активности минерализации, связанной с метаболизмом клетки. Водоросли и цианобактерии могут расти в воде с низкой или высокой питательной ценностью, а также в более суровых экосистемах, таких как высокая или гипер-соленость или экстремальный pH. В дополнение к универсальным механизмам выживания каждого организма, некоторые виды микроводорослей обладают способностью использовать как аутотрофию, так и гетеротрофию, что делает их миксотрофными в правильных условиях.В присутствии высоких уровней загрязнителей водоросли и цианобактерии испытывают физиологические изменения (Fogg, 2001), а также генетические реакции (Gonzalez et al., 2012), которые позволяют водорослям быстро размножаться или цвести. Эта адаптация делает микроводоросли и цианобактерии идеальными для восстановления загрязнителей окружающей среды, а также для связывания CO 2 . Phycoremediation — это использование определенных видов микроводорослей или макроводорослей для удаления или биоразложения дополнительных соединений окружающей среды.Phycoremediation — важный инструмент для обработки загрязненной почвы и воды, и он охватывает множество применений, которые включают, помимо прочего, стабилизацию кислотного загрязнения, удаление металлов в загрязненных водах, удаление избыточных питательных веществ из воды и разложение. или связывание токсичных соединений из воды и почвы.
Для того, чтобы фоновая медиация могла эффективно контролировать загрязняющие вещества, необходимо выбрать использование определенных видов или комбинации видов, которые способны лечить загрязнение или благоприятно взаимодействовать с ним.Такие качества, как устойчивость к экстремальным температурам, потенциал для продуктов с добавленной стоимостью (таких как липиды, углеводы и / или белки), миксотрофия и седиментация, являются ключевыми элементами для исследования. Исследователи изучили очистку сточных вод, загрязненных рядом источников, чтобы изучить задачи, выполняемые различными видами водорослей на каждой стадии процесса очистки (Abdel-Raouf et al., 2012). В таблице 15.1 представлены эти исследования с указанием типа сточных вод, которые исследовались в каждом исследовании.Эти исследования демонстрируют, что для каждой задачи, связанной с утилизацией определенных отходов, может быть несколько видов, способных выполнить эту задачу.
Таблица 15.1. Диапазон Phycoremediation
| Сектор | Организм | Ссылка |
|---|---|---|
| Городские сточные воды | ||
| Удаление N / P | Gloeocapsa gelatinosa , Euglena viridis и Synedra30 affin Sengar et al.(2011) | |
| Разрушители эндокринной системы | Anabaena cylindrica , Chlorococcus , S. platensis , Chlorella , S. quadricauda , Anabaena vax | Shi and |
| Моча | Spirulina Plantensis | Ying et al., (2011) |
| Сельское хозяйство | ||
| Отходы птицы | C. Vulgaris | Murugesan et al.(2010a, b) |
| Органические пестициды | Обширный каталог | Subashchandrabose et al. (2013) |
| Свиной навоз | Scendesmus intermediateus , Nannochloris sp. | Jimenez-Perez et al. (2004) |
| Промышленность | ||
| Тяжелые металлы | Anabaena variabilis | Parameswari et al. (2010) |
| Spirogya | Gupta et al.(2001) | |
| Кожевенное растение | C. Vulgaris | Rao et al. (2011) |
| Альгинат | Chroococcus turgidus | Sivasubramanian et al. (2009) |
| Пищевая промышленность | ||
| Оливковая мельница | Scenedesmus obliqus | Hodaifa et al. (2013) |
Следует отметить, что успешное культивирование водорослей и цианобактерий зависит не только от питательных веществ, присутствующих в данной экосистеме.Сочетание сложных факторов окружающей среды и их взаимодействия влияют на развитие клеток водорослей и цианобактерий. Такие факторы, как pH воды или почвы (Азов и Шелеф, 1987), доступность и интенсивность света, температура и множество биотических факторов, действующих в воде и почве, влияют на развитие клеток водорослей.
Использование фоновой медиации для очистки сточных вод предлагает решения некоторых проблем, связанных с традиционными методами очистки. Некоторые из недостатков традиционных методов обработки связаны с изменчивостью химической эффективности в зависимости от удаляемого соединения или питательного вещества.Другой недостаток традиционных методов очистки, включающих химическое восстановление, состоит в том, что химические вещества, используемые для обработки воды, попадают в окружающую среду. Некоторые из этих химикатов остаются активными, что приводит к разной степени экологического ущерба от воздействия «очищенных» сточных вод. Кроме того, De la Noue et al. (1992) указали, что при утилизации богатой питательными веществами воды (обработанной или необработанной) возникают экономические потери, совпадающие с потерей ценных питательных веществ, которые можно было бы восстановить, переработать и использовать повторно.Тела клеток водорослей удерживают питательные вещества в процессе фитомедиации, а полученная биомасса делает питательные вещества доступными для сбора и повторного использования (Pizarro et al., 2006). Собранные питательные вещества в виде биомассы водорослей можно использовать для множества экономически ценных целей, включая, помимо прочего, восстановление почвы, органические удобрения, ферментативные процессы и другие сельскохозяйственные / промышленные процессы.
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Исследователи разрабатывают искусственные неорганические клеточно-подобные структуры для воссоздания функций живых клеток
Исследователи разработали искусственные клеточно-подобные структуры с использованием неорганического вещества, которые автономно поглощают, обрабатывают и выталкивают материал; воссоздание важной функции живых клеток.
Их статья, опубликованная в журнале Nature , представляет собой план создания «имитаторов клеток» с потенциальными приложениями, начиная от доставки лекарств и заканчивая наукой об окружающей среде.
Фундаментальная функция живых клеток — их способность собирать энергию из окружающей среды, чтобы закачивать молекулы в свои системы и из них. Когда энергия используется для перемещения этих молекул из областей с более низкой концентрацией в области с более высокой концентрацией, этот процесс называется активным переносом.Активный транспорт позволяет клеткам принимать необходимые молекулы, такие как глюкоза или аминокислоты, накапливать энергию и извлекать отходы.
На протяжении десятилетий исследователи работали над созданием искусственных клеток; инженерные микроскопические структуры, имитирующие особенности и поведение биологических клеток. Но эти имитаторы клеток, как правило, не способны выполнять сложные клеточные процессы, такие как активный транспорт.
В исследовании Nature исследователи из Нью-Йоркского и Чикагского университетов описывают новый, полностью синтетический имитатор клеток, который на один шаг ближе к воспроизведению функции живых клеток.При развертывании в смеси различных частиц имитаторы клеток могут выполнять активные транспортные задачи, автономно улавливая, концентрируя, храня и доставляя микроскопические грузы. Эти искусственные клетки изготавливаются с использованием минимального количества ингредиентов и не заимствуют материалы из биологии.
Чтобы создать имитацию клеток, исследователи создали сферическую мембрану размером с эритроцит, используя полимер, заменяющий клеточную мембрану, которая контролирует то, что входит и выходит из клетки.Они проделали микроскопическое отверстие в сферической мембране, создав наноканал, через который можно обмениваться веществом, имитируя белковый канал клетки.
Но для того, чтобы выполнять задачи, необходимые для активного транспорта, имитаторам клеток требовался механизм, приводящий в действие клеточно-подобную структуру, чтобы втягивать и выталкивать материал. В живой клетке митохондрии и АТФ обеспечивают необходимую энергию для активного транспорта. В имитации клетки исследователи добавили химически активный компонент внутрь наноканала, который при активации светом действует как насос.Когда свет попадает на насос, он запускает химическую реакцию, превращая насос в крошечный вакуум и втягивая груз в мембрану. Когда насос выключен, груз захватывается и обрабатывается внутри имитатора ячейки. А когда химическая реакция обратная, груз выталкивается по требованию.
Наша концепция дизайна позволяет этим искусственным имитаторам клеток работать автономно и выполнять активные транспортные задачи, которые до сих пор ограничивались областью живых клеток.В основе конструкции клеточной структуры лежит синергия между активным элементом, который питает ее изнутри, и физическими ограничениями, налагаемыми клеточными стенками, позволяющими им поглощать, обрабатывать и изгонять инородные тела ».
Стефано Саканна, ведущий автор исследования и доцент химии, Нью-Йоркский университет
Исследователи протестировали имитаторы клеток в различных средах. В одном эксперименте они подвесили имитаторов клеток в воде, активировали их светом и наблюдали, как они поглощают частицы или примеси из окружающей их воды, что иллюстрирует потенциальное применение для очистки воды от микроскопических загрязнителей.
«Думайте о имитаторах клеток, как о видеоигре PAC-MAN — они едят загрязнители и удаляют их из окружающей среды», — сказала Саканна.
В другом эксперименте они продемонстрировали, что имитаторы клеток могут заглатывать бактерий E. coli и улавливать их внутри мембраны, потенциально предлагая новый метод борьбы с бактериями в организме. Другим будущим применением имитаторов клеток может стать доставка лекарств, учитывая, что они могут высвобождать предварительно загруженное вещество при активации.
Исследователи продолжают разрабатывать и изучать имитаторы клеток, в том числе создавать такие, которые выполняют разные задачи и изучают, как разные типы взаимодействуют друг с другом.
Источник:
Ссылка на журнал:
Xu, Z., et al . (2021) Трансмембранный транспорт в неорганических имитаторах коллоидных клеток. Природа . doi.org/10.1038/s41586-021-03774-y.
Cell Energy, Функции клеток | Изучайте науку в Scitable
Рис. 5. Молекула АТФ
АТФ состоит из аденозинового основания (синий), рибозного сахара (розовый) и фосфатной цепи.Высокоэнергетическая фосфатная связь в этой фосфатной цепи является ключом к потенциалу хранения энергии АТФ.
Конкретный энергетический путь, который использует клетка, во многом зависит от того, является ли эта клетка эукариотом или прокариотом. Эукариотические клетки используют три основных процесса для преобразования энергии, содержащейся в химических связях молекул пищи, в более удобные для использования формы — часто богатые энергией молекулы-носители.Аденозин-5′-трифосфат, или АТФ, является самой распространенной молекулой энергоносителя в клетках. Эта молекула состоит из азотистое основание (аденин), сахар рибоза и три фосфатные группы. Слово аденозин относится к аденину и сахару рибозы. Связь между вторым и третий фосфат представляет собой высокоэнергетическую связь (рис. 5).Первый процесс в пути эукариотической энергии — это гликолиз , что буквально означает «расщепление сахара». Во время гликолиза отдельные молекулы глюкозы расщепляются и в конечном итоге превращаются в две молекулы вещества, называемого пируватом ; поскольку каждая глюкоза содержит шесть атомов углерода, каждый образующийся пируват содержит всего три атома углерода.Гликолиз на самом деле представляет собой серию из десяти химических реакций, требующих ввода двух молекул АТФ. Этот ввод используется для генерации четырех новых молекул АТФ, что означает, что гликолиз приводит к чистому приросту двух АТФ. Также производятся две молекулы НАДН; эти молекулы служат переносчиками электронов для других биохимических реакций в клетке.
Гликолиз — это древний основной путь производства АТФ, который встречается почти во всех клетках, как у эукариот, так и у прокариот. Этот процесс, который также известен как ферментация , происходит в цитоплазме и не требует кислорода.Однако судьба пирувата, образующегося во время гликолиза, зависит от присутствия кислорода. В отсутствие кислорода пируват не может быть полностью окислен до диоксида углерода, поэтому возникают различные промежуточные продукты. Например, при низком уровне кислорода клетки скелетных мышц полагаются на гликолиз, чтобы удовлетворить свои интенсивные потребности в энергии. Эта зависимость от гликолиза приводит к накоплению промежуточного продукта, известного как молочная кислота, который может вызывать у человека ощущение, будто они «горят».«Точно так же дрожжи, которые являются одноклеточными эукариотами, производят спирт (вместо углекислого газа) в условиях дефицита кислорода.
Напротив, когда кислород доступен, пируваты, продуцируемые гликолизом, становятся входом для следующей части пути эукариотической энергии. На этом этапе каждая молекула пирувата в цитоплазме попадает в митохондрию, где она превращается в ацетил-КоА , двухуглеродный носитель энергии, а ее третий углерод соединяется с кислородом и выделяется в виде диоксида углерода.В то же время также генерируется носитель NADH. Затем ацетил-КоА вступает в путь, называемый циклом лимонной кислоты , который является вторым основным энергетическим процессом, используемым клетками. Восьмиступенчатый цикл лимонной кислоты генерирует еще три молекулы НАДН и две другие молекулы-носители: FADH 2 и GTP (рис. 6, в центре).
Рис. 6. Метаболизм в эукариотической клетке: гликолиз, цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование
Гликолиз происходит в цитоплазме.Внутри митохондрии цикл лимонной кислоты происходит в митохондриальном матриксе, а окислительный метаболизм происходит во внутренних складчатых митохондриальных мембранах (кристах).
Третий важный процесс в пути эукариотической энергии включает цепи переноса электронов , катализируемый несколькими белковыми комплексами, расположенными во внутренней мембране митохондрий.Этот процесс, называемый окислительным фосфорилированием , переносит электроны от НАДН и ФАДН 2 через мембранные белковые комплексы и, в конечном итоге, к кислороду, где они объединяются с образованием воды. Когда электроны проходят через белковые комплексы в цепи, через митохондриальную мембрану образуется градиент ионов водорода или протонов. Клетки используют энергию этого протонного градиента для создания трех дополнительных молекул АТФ для каждого электрона, перемещающегося по цепи.В целом, комбинация цикла лимонной кислоты и окислительного фосфорилирования дает гораздо больше энергии, чем ферментация — в 15 раз больше энергии на молекулу глюкозы! Вместе эти процессы, которые происходят внутри митохондии, цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование, называются дыханием , , термин, используемый для процессов, которые сочетают поглощение кислорода и производство углекислого газа (рис. 6).
Цепь переноса электронов в митохондриальной мембране — не единственная цепь, которая генерирует энергию в живых клетках.В растительных и других фотосинтетических клетках хлоропласты также имеют цепь переноса электронов, которая собирает солнечную энергию. Несмотря на то, что они не содержат миткондрии или хлороплатсс, у прокариот есть другие типы энергодобывающих цепей переноса электронов внутри своих плазматических мембран, которые также генерируют энергию.
автотрофов | Национальное географическое общество
Автотроф — это организм, который может производить свою собственную пищу, используя свет, воду, углекислый газ или другие химические вещества. Поскольку автотрофы сами производят еду, их иногда называют производителями.
Растения — наиболее известный тип автотрофов, но существует множество различных видов автотрофных организмов. Водоросли, обитающие в воде и более крупные формы которых известны как водоросли, являются автотрофными. Фитопланктон, крошечные организмы, обитающие в океане, являются автотрофами. Некоторые виды бактерий являются автотрофами.
Большинство автотрофов для приготовления пищи используют процесс, называемый фотосинтезом. При фотосинтезе автотрофы используют энергию солнца для преобразования воды из почвы и углекислого газа из воздуха в питательное вещество, называемое глюкозой.Глюкоза — это разновидность сахара. Глюкоза дает растениям энергию. Растения также используют глюкозу для производства целлюлозы — вещества, которое они используют для роста и построения клеточных стенок.
Все растения с зелеными листьями, от мельчайших мхов до высоких елей, синтезируют или создают себе пищу посредством фотосинтеза. Водоросли, фитопланктон и некоторые бактерии также осуществляют фотосинтез.
Некоторые редкие автотрофы производят пищу посредством процесса, называемого хемосинтезом, а не посредством фотосинтеза. Автотрофы, выполняющие хемосинтез, не используют энергию солнца для производства пищи.Вместо этого они производят пищу, используя энергию химических реакций, часто соединяя сероводород или метан с кислородом.
Организмы, использующие хемосинтез, живут в экстремальных условиях, где обнаружены токсичные химические вещества, необходимые для окисления. Например, бактерии, живущие в действующих вулканах, окисляют серу для производства собственной пищи. В Йеллоустонском национальном парке в американских штатах Вайоминг, Айдахо и Монтана в горячих источниках были обнаружены бактерии, способные к хемосинтезу.
Бактерии, обитающие в глубинах океана, возле гидротермальных источников, также производят пищу посредством хемосинтеза.Гидротермальный источник — это узкая трещина на морском дне. Морская вода просачивается через трещину в горячую, частично расплавленную породу внизу. Затем кипящая вода возвращается обратно в океан, наполненная минералами из раскаленных камней. Эти минералы включают сероводород, который бактерии используют в хемосинтезе.
Автотрофные бактерии, которые производят пищу посредством хемосинтеза, также были обнаружены в местах на морском дне, называемых холодными просачиваниями. При холодных выходах сероводород и метан просачиваются из-под морского дна и смешиваются с океанской водой и растворенным углекислым газом.Автотрофные бактерии окисляют эти химические вещества для производства энергии.
Автотрофы в пищевой цепи
Чтобы объяснить пищевую цепочку — описание того, какие организмы питаются другими организмами в дикой природе, ученые сгруппировали организмы по трофическим или питательным уровням. Есть три трофических уровня. Поскольку автотрофы не потребляют другие организмы, они находятся на первом трофическом уровне.
Автотрофов поедают травоядные, организмы, питающиеся растениями.Травоядные животные — второй трофический уровень. Плотоядные, существа, которые едят мясо, и всеядные, существа, которые едят все типы организмов, составляют третий трофический уровень.
Травоядные, плотоядные и всеядные животные являются потребителями — они потребляют питательные вещества, а не производят свои собственные. Основными потребителями являются травоядные животные. Плотоядные и всеядные животные являются вторичными потребителями.
Все пищевые цепочки начинаются с какого-то автотрофа (производителя). Например, в Скалистых горах растут автотрофы, такие как травы.Олени-мулы — травоядные животные (основные потребители), питающиеся автотрофными травами. Плотоядные животные (вторичные потребители), такие как горные львы, охотятся и поедают оленей.
В гидротермальных источниках производителем пищевой цепи являются автотрофные бактерии. Основные потребители, такие как улитки и мидии, потребляют автотрофов. Плотоядные животные, такие как осьминоги, потребляют улиток и мидий.
Увеличение количества автотрофов обычно приводит к увеличению количества животных, которые их поедают.Однако уменьшение количества и разнообразия автотрофов в районе может разрушить всю пищевую цепочку. Если лесной участок загорится в результате лесного пожара или будет расчищен для строительства торгового центра, травоядные животные, такие как кролики, больше не смогут найти пищу. Некоторые кролики могут переехать в лучшую среду обитания, а некоторые могут умереть. Без кроликов лисы и другие мясоеды, которые ими питаются, также теряют источник пищи. Они тоже должны двигаться, чтобы выжить.
University of Glasgow — Новости университета — Архив новостей — 2011 —
сентябряУченые делают первый шаг к созданию «неорганической жизни»
Ли Кронин [mp4]
Ученые из Университета Глазго говорят, что они сделали первые пробные шаги к созданию «жизни» из неорганических химикатов, потенциально определяющих новую область «неорганической биологии».
Профессор Ли Кронин, заведующий кафедрой химии Гардинерского колледжа науки и техники, и его команда продемонстрировали новый способ создания неорганических химических клеток или iCHELLS.
Профессор Кронин сказал: «Вся жизнь на Земле основана на органической биологии (т.е.углерод в форме аминокислот, нуклеотидов, сахаров и т. Д.), Но неорганический мир считается неодушевленным.
Хранитель: «Пришельцев можно сделать из железа»
«Мы пытаемся создать самовоспроизводящиеся развивающиеся неорганические клетки, которые, по сути, были бы живыми.Вы могли бы назвать это неорганической биологией ».
Клетки можно разделить на части, создав внутренние мембраны, которые контролируют прохождение материалов и энергии через них, что означает, что несколько химических процессов могут быть изолированы в одной и той же клетке — точно так же, как биологические клетки.
Исследователи говорят, что клетки, которые также могут накапливать электричество, потенциально могут быть использованы во всех сферах медицины, в качестве датчиков или для ограничения химических реакций.
Исследование является частью проекта профессора Кронина, целью которого является продемонстрировать, что неорганические химические соединения способны к самовоспроизведению и эволюции — так же, как это делают органические, биологические клетки на основе углерода.
Исследование создания «неорганической жизни» находится на начальной стадии, но профессор Кронин считает, что это вполне осуществимо.
Профессор Кронин сказал: «Главная цель — построить сложные химические клетки с похожими на жизнь свойствами, которые могли бы помочь нам понять, как возникла жизнь, а также использовать этот подход для определения новой технологии, основанной на эволюции в материальном мире — своего рода неорганические живые технологии.
«Бактерии — это, по сути, одноклеточные микроорганизмы, состоящие из органических химикатов, так почему же мы не можем создать микроорганизмы из неорганических химикатов и позволить им развиваться?
«В случае успеха это даст нам невероятное понимание эволюции и покажет, что это не просто биологический процесс.Это также означало бы, что мы доказали бы, что неуглеродная жизнь может существовать, и полностью изменили бы наши представления о дизайне ».
Статья «Модульные окислительно-восстановительные неорганические химические клетки: iCHELLs» опубликована в журнале Angewandte Chemie.
За дополнительной информацией обращайтесь к Стюарту Форсайту из отдела по связям со СМИ Университета Глазго по телефону 0141 330 4831 или по электронной почте [email protected]
Заметки для редакторов
Видеозапись лекции профессора Кронина на TED можно найти здесь.
Впервые опубликовано: 12 сентября 2011 г.
Ученые делают первый шаг к оживлению неорганической материи
Вся жизнь на Земле основана на углероде, что привело к широко распространенному предположению, что любая другая жизнь, которая может существовать во Вселенной, также будет основана на углероде. Исключение возможности других элементов помимо углерода, составляющих основу жизни, часто называют углеродным шовинизмом, и исследователи из Университета Глазго стремятся преодолеть эту предвзятость и предоставить новое понимание эволюции, пытаясь создать «жизнь» из безуглеродных материалов. , неорганические химические вещества.Сейчас они сделали первые пробные шаги к этой цели, создав неорганические химические клетки или iCHELLS.
Так же, как биологические клетки, клетки, созданные профессором Ли Кронином, кафедрой химии Гардинера в Колледже науки и техники, позволяют изолировать в себе несколько химических процессов. Их можно разделить на части, создав внутренние мембраны, контролирующие прохождение через них материалов и энергии. Исследователи говорят, что клетки, которые также могут накапливать электричество, потенциально могут использоваться во всех видах приложений, таких как датчики или для ограничения химических реакций.
Однако конечная цель проекта — продемонстрировать, что неорганические химические соединения способны к самовоспроизведению и развитию, как и органические, биологические клетки на основе углерода.
Профессор Кронин говорит, что нынешняя теория эволюции на самом деле является специальной теорией эволюции, потому что она применима только к органической биологии. Он говорит, что если ему и его команде удастся создать жизнь из неорганической материи, это может привести к общей теории эволюции.
«Главная цель — построить сложные химические клетки с похожими на жизнь свойствами, которые могли бы помочь нам понять, как возникла жизнь, а также использовать этот подход для определения новой технологии, основанной на эволюции в материальном мире — своего рода неорганической живой технологии. , — сказал профессор Кронин.«В случае успеха это дало бы нам невероятное понимание эволюции и показало бы, что это не просто биологический процесс. Это также означало бы, что мы бы доказали, что неуглеродная жизнь может существовать, и полностью изменили бы наши представления о дизайне».
Профессор Кронин выступал с докладом на TED Global в начале этого года в Эдинбурге, где сказал, что, если его команде удастся создать жизнь, исключив углерод из уравнения, это может выявить, какие другие элементы могут создавать жизнь где-нибудь в другом месте.
