16.1: Енергія і жива клітина

Мета навчання

• Знайте подібності та відмінності між рослинними та тваринними клітинами.
• Знати функції основних частин рослинних і тваринних клітин.

Біохімія, яку іноді називають біологічною хімією, - це вивчення хімічних процесів всередині і пов'язаних з живими організмами. Біохімічні процеси породжують складність життя. Біохімія зосереджена на розумінні того, як біологічні молекули породжують процеси, що відбуваються всередині живих клітин і між клітинами, що, в свою чергу, значною мірою стосується вивчення та розуміння тканин, органів та структури та функції організму. Значна частина біохімії займається структурами, функціями та взаємодіями біологічних макромолекул, таких як білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи та ліпіди, які забезпечують структуру клітин і виконують багато функцій, пов'язаних з життям. Механізми, за допомогою яких клітини використовують енергію з навколишнього середовища за допомогою хімічних реакцій, відомі як метаболізм. Результати біохімії застосовуються насамперед у медицині, харчуванні та сільському господарстві. У медицині біохіміки досліджують причини і ліки захворювань. У харчуванні вони вивчають, як підтримувати здоров'я і вивчають наслідки дефіциту поживних речовин. У сільському господарстві біохіміки досліджують ґрунт і добрива, а також намагаються виявити шляхи поліпшення вирощування сільськогосподарських культур, зберігання сільськогосподарських культур та боротьби з шкідниками.

Основні частини рослинних і тваринних клітин (рис.\(\PageIndex{1}\)) включають плазматичну мембрану, ядро, рибосоми та мітохондрії.

Плазмова мембрана складається з фосфоліпідного бішару з вбудованими білками, який відокремлює внутрішній вміст клітини від навколишнього її середовища. Фосфоліпід - це ліпідна молекула, що складається з двох ланцюгів жирних кислот, гліцеринового хребта та фосфатної групи. Плазмова мембрана регулює проходження деяких речовин, таких як органічні молекули, іони і вода, перешкоджаючи проходженню одних для підтримки внутрішніх умов, при цьому активно вносячи або видаляючи інші. Інші сполуки пасивно переміщаються по мембрані.

Ядро

Як правило, ядро є найбільш видатною органелою в клітині. Ядро (множина = ядра) розміщує ДНК клітини у вигляді хроматину і направляє синтез рибосом і білків.

Рибосоми

Рибосоми - це клітинні структури, що відповідають за синтез білка. При огляді через електронний мікроскоп вільні рибосоми з'являються у вигляді скупчень або окремих крихітних точок, вільно плаваючих в цитоплазмі. Рибосоми можуть прикріплюватися або до цитоплазматичної стороні плазматичної мембрани, або цитоплазматичної стороні ендоплазматичної сітки. Електронна мікроскопія показала, що рибосоми складаються з великих і малих субодиниць. Рибосоми - це ферментні комплекси, які відповідають за синтез білка.

Оскільки синтез білка необхідний для всіх клітин, рибосоми містяться практично в кожній клітині, хоча в прокаріотичних клітині вони менші. Їх особливо багато в незрілих еритроцитах для синтезу гемоглобіну, який функціонує в транспорті кисню по всьому організму.

Мітохондрії

Мітохондрії (сингулярні = мітохондріон) часто називають «електростанціями» або «енергетичними фабриками» клітини, оскільки вони відповідають за виготовлення аденозинтрифосфату (АТФ), основної молекули, що несе енергію клітини. Освіта АТФ від розпаду глюкози відомо як клітинне дихання. Відповідно до нашої теми форми, що слідує функції, важливо зазначити, що м'язові клітини мають дуже високу концентрацію мітохондрій, оскільки м'язовим клітинам потрібно багато енергії для скорочення.

Figure_03_03_01b_new.png? перегляд = 1 & розмір = найкраще підходить і ширина = 519 & висота = 476" стиль = «ширина: 490.994px; висота: 450 пікселів;» />

Малюнок\(\PageIndex{1}\): На цьому малюнку показано (а) типову тваринну клітину та (б) типову рослинну клітину.

Animal Cells versus Plant Cells

Despite their fundamental similarities, there are some striking differences between animal and plant cells. Animal cells have centrioles, centrosomes (discussed under the cytoskeleton), and lysosomes, whereas plant cells do not. Plant cells have a cell wall (made of cellulose), chloroplasts, plasmodesmata, and plastids used for storage, and a large central vacuole, whereas animal cells do not.

Energy in Biological Systems

Green plants are capable of synthesizing glucose (C₆H₁₂O₆) from carbon dioxide (CO₂) and water (H₂O) by using solar energy in the process known as photosynthesis:

\[\ce{6CO_2 + 6H_2O} + \text{686 kcal} \rightarrow \ce{C_6H_{12}O_6 + 6O_2} \label{\(\PageIndex{1}\)} \]

(The 686 kcal come from solar energy.) Chloroplasts function in photosynthesis and can be found in cells of plants and algae. The chloroplasts contain a green pigment called chlorophyll, which captures the energy of sunlight for photosynthesis. Plants can use the glucose for energy or convert it to larger carbohydrates, such as starch or cellulose. Starch provides energy for later use, perhaps as nourishment for a plant’s seeds, while cellulose is the structural material of plants. We can gather and eat the parts of a plant that store energy—seeds, roots, tubers, and fruits—and use some of that energy ourselves. Carbohydrates are also needed for the synthesis of nucleic acids and many proteins and lipids. This is the major difference between plants and animals: Plants are able to make their own food, like glucose, whereas animals must rely on other organisms for their organic compounds or food source.

Summary

The major parts of plant and animal cells (Figure \(\PageIndex{1}\)) include the plasma membrane, nucleus, ribosomes, and mitochondria.

Animal cells have centrioles, centrosomes (discussed under the cytoskeleton), and lysosomes, whereas plant cells do not.

Plant cells have a cell wall (made of cellulose), chloroplasts, plasmodesmata, and plastids used for storage, and a large central vacuole, whereas animal cells do not.

Green plants are capable of synthesizing glucose (C₆H₁₂O₆) from carbon dioxide (CO₂) and water (H₂O) by using solar energy in the process known as photosynthesis.

Contributors and Attributions

• Template:ContribOpenStaxConcepts
• Libretext: The Basics of GOB Chemistry (Ball et al.)
• Wikipedia
• Template:ContribAgnewM