Bunka - chemické zloženie bunky
Chémia
Chemické zloženie základnej protoplazmy bolo dlho nepresné. To preto, že všetky analýzy vychádzali z analýz celých buniek, alebo buniek zbavených určitých štruktúr, napríklad bunkovej membrány, jadra, alebo bunečných cytoplazmatických štruktúr. Pri takýchto chemických analytických postupoch sú z buniek odstránené určité vo vode, liehu, étery, alebo v tukoch rozpustné komponenty. Určiť presné chemické zloženie základnej cytoplazmy bolo možné iba nepriamo – porovnaním výsledkov analýz celých buniek s výsledkami analýz jednotlivých frakcií. Dnes je zloženie živej hmoty už známe. V telách buniek sa našlo vyše 60 chemických prvkov, pričom nie je medzi nimi ani jeden, ktorý by nebol známy aj z neživej prírody. Špeciálne „prvky života“ teda neexistujú. Analýza sa môže zaoberať prvkovým a látkovým zloženín živej hmoty. To podľa toho, čo sa v analytickom výsledku sleduje. Prvkové zastúpenie, alebo zastúpenie druhov chemických zlúčenín v bunke, teda chemických látok.
Výsledky kvalitatívnej analýzy udávajú, čo daná vzorka v našom prípade bunka obsahuje. Závery kvantitatívnej ana-lýzy zas udávajú množstvo danej zistenej látky vo vzorke.
Prvkové zloženie živej hmoty
Prvky ktoré tvoria živú hmotu označujeme biogénne prvky. Delia sa do dvoch rôzne veľkých skupín. To podľa toho v akom percentuálnom množstve sa v bioplazme vyskytujú. Všetky sú známe a nachádzajú sa v periodickej sústave D. I. Mendelejeva. Makroelementy – ich výskyt je až do 99,9%, mikroelementy – ich výskyt je do 0,1%. Preto sa označujú aj ako stopové prvky.
Makroelementy a mikroelementy
Makroelementy
Patria sem: síra (S), uhlík (C), kyslík (O), vodík (H), dusík (N), fosfor P), vápnik (Ca), železo (Fe), sodík (Na), chlór (Cl), draslík (K) a iné. Síra, uhlík, kyslík, vodík a dusík sa nachádzajú hlavne v organických zlúčeninách (cukry, tuky, bielkoviny), ale aj v produktoch metabolizmu, napr. močovina (CON2H4). Vodík a kyslík tvoria hlavne vodu a popritom sú súčasťou organických zlúčenín. Fosfor a vápnik sú dôležité pre vývoj a osifikáciu kostí (kostnatenie chrupaviek na kosti). Železo sa nachádza v červenom krvnom farbive hemoglobíne, ktorý je zodpovedný za transport kyslíka po tele. Nedostatok železa zapríčiňuje anémie. Sodík, draslík a chlór sa vyskytujú v iónovej forme napr. v telových tekutinách ako krv, sliny, hlieny, pot. Sodík viaže na seba vodu a tým ovplyvňuje krvný tlak. Draslík je zodpovedný za pravidelnú činnosť srdca. Vodík a chlór dávajú spolu kyselinu chlorovodíkovú, ktorá zabezpečuje kyslé prostredie (pH menšie ako 7) v žalúdku cicavcov. pH je stupnica na určenie hodnoty kyslosti a zásaditosti prostredia. pH = 0 – 6 je kyslé, pH = 7 je neutrálne a pH = 8 – 14 je zásadité. Hodnota kyslosti stúpa smerom k 0 a hodnota zásaditosti stúpa smerom k 14. Silne kyslé pH je 0 – 3, slabo kyslé 4 – 6. Slabo zásadité pH má hodnoty 8 – 10, silne zásadité 11 – 14.
Mikroelementy
Väčšina z týchto chemických prvkov je charakteristická len pre určitú skupinu organizmov. Ide napr.: o meď (Cu), mangán (Mn), kobalt (Co), selén (Se), zinok (Zn), jód (I), bróm (Br) a kremík (Si). Ich výskyt v bunke je nepatrný, ale veľmi dôležitý.
Stopové prvky často katalyzujú biochemické, vnútrobunkové reakcie a ich nedostatok môže zapríčiniť spomalenie, alebo zastavenie činnosti niektorej žľazy, alebo také znaky, ktoré sú viditeľné, ako je lámavosť nechtov a peria, vypadávanie peria a srsti, nedokonalé operenie, zlyhávanie imunity, celkovú slabosť, malátnosť a podobne. Napríklad jód ako stopový prvok je nevyhnutný pre optimálnu činnosť štítnej žľazy – glandula thyreoidea (u vtákov je to párový orgán). A ako najstaršia žľaza s vnútornou sekréciou, ktorá sa vyskytuje už pri rybách, produkuje hormóny obsahujúce jód (tyroxín a trijódtyreonín), regulujúce intenzitu metabolizmu. (Zdroj: Google/Hormonálna regulácia živočíchov/Fylogenéza hormonálnej sústavy). Tieto hormóny spolu s kalcitonínom sú zodpovedné okrem toho aj za hospodárenie organizmu s vodou a vápnikom v krvi, za kvalitu pokožky, často aj za potenie, nespavosť, triašku, nervozitu, priberanie, pulz, búšenie srdca a srdcové arytmie. Nedostatku jódu predchádzame kuchynskou soľou, ktorá je už výrobcom jodidovaná. Niektoré chemické prvky môžu byť pre jeden druh organizmu makroelementom, ale pre iný organizmus mikroelementom. Jód je pre stavovce (vrátane človeka) mikroelement, ale pre hnedé morské riasy (chaluhy) je jód makroelement, lebo riasy ho z morskej vody koncentrujú vo svojich bunkách s vysokým percentuálnym obsahom.
Látkové zloženie živej hmoty
Pri týchto analýzach zisťujeme, ktoré chemické zlúčeniny tvoria živú hmotu. Principiálne to sú látky:
Anorganické: predovšetkým voda a nej rozpustné soli, chloridy, fosforečnany, uhličitany, hydrogénuhličitany, sírany, dusičnany, dusitany a iné. Pozri napríklad zloženie niektorej minerálnej vody – anióny. Katióny nie, lebo to sú chemické prvky a tie nie sú ani anorganické, ani organické. Sú proste len chemické prvky.
Organické: patria sem bielkoviny, sacharidy, tuky, nukleové kyseliny, ale aj enzýmy, vitamíny, hormóny, rôzne farbivá, ktoré však majú základ alebo bielkovinový, sacharidový, alebo tukový. Táto problematika je spracovaná na samostatných stránkach tohto webu.
Anorganické látky živej hmoty
1. Voda
Voda (H2O) je najviac rozšírenou chemickou zlúčeninou, látkou v živých organizmoch, je nutnou podmienkou života, v žiadnom prípade nie podstatou života. Je dobrým vodičom tepla, teda môže privádzať i odvádzať teplo vznikajúce pri exergonických reakciách (exotermické). Má vysoké povrchové napätie, javí kapilárnu eleváciu – stúpa v kapilárach aj proti zemskej gravitácii. Prebieha v nej ionizácia anorganických zlúčenín, ktorých biochemické reakcie prebiehajú takmer výlučne vo vodných roztokoch. Priemerný obsah vody v rôznych bunkách kolíše a literatúra uvádza rozpätie 70% – 80%. Len výnimočne dosahuje až 98% ako napríklad v telových bunkách medúzy, alebo naopak, sotva 5% v suchých semenách niektorých rastlín, v kôre stromov, v starej pokožke, v rohovine, v perí vtákov a podobne. Množstvo vody v bunkách závisí aj od prostredia (osmotický tlak), veku buniek a od eventuálnych patologických stavov.
Obr. 1 Vznik molekuly vody
2. Minerálne soli rozputené vo vode
Priemerný obsah solí je v živočíšnych bunkách 4,3 % a 2,5 % v bunkách rastlinných. Avšak niektoré tkanivá, napríklad kostné tkanivo obsahuje až 70 % solí. Všeobecne v bunkách sa najčastejšie vyskytujú tieto soli: uhličitany a hydrogénuhličitany (soli kys. uhličitej H2CO3), chloridy (soli kyseliny chlorovodíkovej HCl), bromidy (soli kyseliny brómovodíkovej HBr), sírany a hydrogénsírany (soli kyseliny sírovej H2SO4) a fosforečnany a hydrogénfosforečnany (soli kyseliny fosforečnej H3PO4) a iné. Minerálne soli ovplyvňujú fyzikálne vlastnosti živej hmoty a v nej priebeh chemických reakcií v bunke. Vďaka rozpusteným soliam vo vode sa bioplazma stáva elektricky vodivou a prejavuje elektrolytické účinky. Množstvo prítomných rozpustených solí vo vode sa označuje ako tvrdosť vody. Čím je viac mineralizovaná, tým je tvrdšia. Naopak dažďová voda sa považuje za mäkkú vodu.
Obrázok je dostupný na internete.
Autor: RNDr. Ondrej Molčan