Тірі жасушаның құрылысын зерттейтін ғылым цитология деп аталады. Жасушалардың химиялық құрамы мен организмдегі заттардың өзгеруін биохимия ғылымы қарастырады.
Адам ағзасында Д.И. Менделеевтің периодтық кестесіндегі 86 тұрақты элементтер ұсынылады. Оның 25-і өмірді сақтау үшін қажет, оның 18-і өте қажет, ал 7-уі пайдалы. Төрт химиялық макроэлементтер — оттегі, сутегі, көміртегі және азот — жасуша массасының шамамен 98% құрайды. Онда басқа элементтер аз мөлшерде болады: күкірт 0,15-0,2%, мырыш 0,003%, йод — тек 0,000001%.
Дененің химиялық құрылымын құрайтын барлық элементтерді шартты түрде үш топқа бөлуге болады:
- макроэлементтер;
- микроэлементтер;
- ультрамикроэлементтер.
Макроэлементтерге, жаңа айтылғандай — сутегі, көміртегі, оттегі және азот жатады. Бұл макроэлементтер органогендік деп аталады, өйткені олар органикалық заттардың (белоктар, нуклеин қышқылдары, майлар, көмірсулар) молекулаларын құрайды. Макроэлементтерге калий, натрий, кальций, магний, темір, хлор, күкірт, фосфор жатады.
Микроэлементтер жүз пайыздың мыңнан бір пайызына дейінгі мөлшерде қол жетімді. Мысалы, хром, мыс, мырыш және басқалары. Жасушадағы ультрамикроэлементтердің мөлшері өте төмен — пайыздың миллионнан бірі.
Жасушада тек тірі табиғатқа ғана тән элементтер табылған жоқ. Тізімде көрсетілген химиялық элементтердің барлығы да жансыз табиғаттың бөлігі болып табылады. Бұл тірі және жансыз табиғаттың бірлігін көрсетеді.
Кез-келген элементтің жетіспеуі ауруға, тіпті өлімге әкелуі мүмкін, өйткені әрбір элемент белгілі бір рөл атқарады. Бірінші топтағы макроэлементтер биополимерлердің негізін құрайды — белоктар, көмірсулар, нуклеин қышқылдары, сонымен қатар липидтер, оларсыз тіршілік ету мүмкін емес. Күкірт — кейбір белоктардың, фосфор — нуклеин қышқылдарының, темір — гемоглобиннің, магний — хлорофиллдің бөлігі. Кальций метаболизмде маңызды рөл атқарады.
Жасушаның құрамындағы кейбір химиялық элементтер бейорганикалық заттардың құрамына кіреді — минералды тұздар мен су.
Минералды тұздар жасушада, әдетте, катиондар түрінде (К +, Na +, Ca2 +, Mg2 +) және аниондар түрінде болады (HPO2- / 4, H2PO- / 4, СI-, НСО3), олардың арақатынасы жасушалардың тіршілік әрекеті үшін маңызды қоршаған ортаның қышқылдығын анықтайды.
Тірі табиғаттағы бейорганикалық заттардың ішінде су үлкен рөл атқарады.
_____ Сусыз өмір мүмкін емес. Ол көптеген жасушалардың маңызды массасын құрайды. Адам миы мен эмбриондарының жасушаларында көп су бар: 80% -дан астам су; май тіндерінің жасушаларында — тек 40.% Қартайған кезде жасушалардағы су мөлшері азаяды. Судың 20% жоғалтқан адам қайтыс болады. _____
Судың ерекше қасиеттері оның организмдегі рөлін анықтайды. Ол жылуды реттеуге қатысады, бұл судың жоғары жылу сыйымдылығымен — қыздыру кезінде энергияның көп мөлшерін тұтынумен байланысты. Судың жоғары жылу сыйымдылығы немен анықталады?
Су молекуласында оттегі атомы екі сутек атомымен ковалентті байланысады. Су молекуласы полярлы, өйткені оттегі атомы жартылай теріс зарядталған, ал екі сутек атомының әрқайсысы жартылай оң зарядталған. Бір су молекуласының оттегі атомы мен екінші молекуланың сутегі атомы арасында сутектік байланыс түзіледі. Сутегі байланыстары көптеген су молекулаларын байланыстырады. Суды қыздырғанда энергияның едәуір бөлігі оның жоғары жылу сыйымдылығын анықтайтын сутектік байланыстарды үзуге жұмсалады.
Су жақсы еріткіш. Полярлылығының арқасында оның молекулалары оң және теріс зарядталған иондармен әрекеттеседі, сол арқылы заттың еруіне ықпал етеді. Суға қатысты барлық жасушалық заттар гидрофильді және гидрофобты болып бөлінеді.
Гидрофильді (грекше hydro — су және phileo — мен жақсы көремін) — суда еритін заттар. Оларға иондық қосылыстар жатады (мысалы, тұздар) және кейбір иондық емес қосылыстар (мысалы, қанттар).
Гидрофобты (грек тілінен аударғанда hydro — су және phobos- қорқыныш) — суда ерімейтін заттар. Оларға, мысалы, липидтер жатады.
Су ерітінділеріндегі жасушадағы химиялық реакцияларда су маңызды рөл атқарады. Ол организмге қажет емес метаболизм өнімдерін ерітеді және сол арқылы олардың организмнен шығарылуын жеңілдетеді. Жасушадағы судың көп мөлшері оған серпімділік береді. Су әртүрлі заттардың жасуша ішінде немесе жасушадан қозғалуын жеңілдетеді.
Тірі және жансыз табиғат денелері бірдей химиялық элементтерден тұрады. Тірі организмдерде бейорганикалық заттар — су мен минералды тұздар бар. Жасушадағы судың өмірлік маңызды функциялары оның молекулаларының ерекшеліктеріне байланысты: олардың полярлығы, сутектік байланыс түзу қабілеті.
Ферменттер. Ақуыздардың ең маңызды қызметі — каталитикалық. Жасушадағы химиялық реакциялардың жылдамдығын бірнеше рет жоғарылататын ақуыз молекулалары ферменттер деп аталады. Денедегі бірде-бір биохимиялық процесс ферменттердің қатысуынсыз жүрмейді.
Қазіргі уақытта 2000-нан астам ферменттер табылды. Олардың тиімділігі өндірісте қолданылатын бейорганикалық катализаторлардың тиімділігіне қарағанда бірнеше есе жоғары. Сонымен, каталаза ферментіндегі 1 мг темір 10 тонна бейорганикалық темірді алмастырады. Каталаза сутегі асқын тотығының (H2O2) ыдырау жылдамдығын 1011 есе арттырады. Көмір қышқылының түзілуін катализдейтін фермент (CO2 + H2O = H2CO3) реакцияны 107 есе жылдамдатады.
Нуклеин қышқылдары. Нуклеин қышқылдары 19 ғасырдың екінші жартысында ашылды. Азот пен фосфордың көп мөлшері бар затты жасушалардың ядроларынан бөліп алған және оны «нуклеин» (латын ядросынан — ядро) деп атаған швейцариялық биохимик Ф.Мишер.
Нуклеин қышқылдары жердегі барлық жасушалар мен барлық тіршілік иелерінің құрылысы мен жұмыс істеуі туралы тұқым қуалайтын ақпаратты сақтайды. Нуклеин қышқылдарының екі түрі бар — ДНҚ (дезоксирибонуклеин қышқылы) және РНҚ (рибонуклеин қышқылы). Нуклеин қышқылдары, белоктар сияқты, түрге тән, яғни әр түрдің өзіндік ДНҚ типі болады. Нуклеин қышқылының молекулалары — бұл көптеген жүздеген, тіпті миллиондаған нуклеотидтерден тұратын өте ұзын тізбектер. Кез-келген нуклеин қышқылында нуклеотидтердің тек төрт түрі болады. Нуклеин қышқылы молекулаларының қызметі олардың құрылымына, оларды құрайтын нуклеотидтерге, тізбектегі санына және молекуладағы қосылыстың реттілігіне байланысты.
Әрбір нуклеотид үш компоненттен тұрады: азотты негіз, көмірсу және фосфор қышқылы. Әрбір ДНҚ нуклеотидінің құрамында азотты негіздердің төрт түрінің бірі бар (аденин — А, тимин — Т, гуанин — G, немесе цитозин — С), сонымен қатар дезоксирибозды су көміртегі және фосфор қышқылының қалдығы.
1953 жылы американдық биолог Дж.Уотсон мен ағылшын физигі Ф.Крик ДНҚ молекуласының құрылымының моделін жасады. Ғалымдар әр ДНҚ молекуласы бір-бірімен байланысқан және спираль түрінде бұралған екі тізбектен тұратындығын анықтады. Бұл қос спираль тәрізді. Әрбір тізбекте нуклеотидтердің төрт типі кезектесіп ауысады.
ATФ. Барлық организмдердің жасушаларында АТФ молекулалары — аденозинтрифосфор қышқылы бар. АТФ — молекуласы энергияға бай байланысқа ие әмбебап жасушалық зат. АТФ молекуласы — бұл ерекше нуклеотид, ол басқа нуклеотидтер сияқты үш компоненттен тұрады: азотты негіз — аденин, көмірсу — рибоза, бірақ оның орнына фосфор қышқылы молекулаларының үш қалдықтары бар. Әрбір АТФ молекуласында екі жоғары энергетикалық байланыс болады.
Қолданылған әдебиеттер: Керімқұлова А.Р. Биомедициналық нанотехнология: оқу құралы.