Почему углерод играет ключевую роль в жизни клетки. Объяснение
Углерод - поистине удивительный химический элемент. Он является основой всего живого на Земле. Давайте разберемся, почему углерод играет именно ключевую роль в жизни клетки.
Углерод - основа органической жизни
В чем заключается уникальность углерода? Дело в том, что этот элемент способен образовывать очень прочные химические связи сразу с 4 другими атомами. Это позволяет ему создавать сложные молекулы, которые лежат в основе всех органических веществ.
Углерод является структурной единицей громадного количества органических соединений, благодаря тому, что может образовывать прочные связи (одинарные, двойные, тройные).
К основным группам органических веществ, необходимых для жизни клетки, относятся:
- Углеводы - источник энергии и строительный материал для клетки
- Жиры - запас энергии, теплоизоляция и компонент клеточных мембран
- Белки - выполняют каталитическую, транспортную, защитную функции
- Нуклеиновые кислоты - хранят и передают наследственную информацию
Таким образом, углерод является незаменимым элементом для синтеза всех органических веществ в клетке. Без них невозможны практически все процессы жизнедеятельности.
Например, при делении клетки происходят такие процессы:
- Удвоение молекулы ДНК
- Синтез органических веществ (липиды, белки) для формирования дочерних клеток
Очевидно, что без участия соединений углерода эти процессы были бы невозможны.
Роль углерода в ключевых процессах клетки
Давайте посмотрим поподробнее, как конкретно углерод участвует в важнейших процессах жизнедеятельности клетки.
1. Обеспечение клетки энергией. Основным источником энергии служат углеводы, которые в процессе дыхания разлагаются с выделением энергии. Жиры также могут использоваться в качестве источника энергии. В результате этих процессов синтезируются молекулы АТФ - основные аккумуляторы энергии в клетке.
2. Синтез белков. Необходимой матрицей для этого процесса служат нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК. А транспорт аминокислот для синтеза белка осуществляют специальные белки-переносчики.
Таким образом, углерод играет действительно ключевую роль во всех важнейших процессах жизнедеятельности клетки. Без органических соединений на его основе существование клетки было бы невозможно.
Роль углерода в делении и росте клетки
Рассмотрим более детально, как углерод участвует в таких важнейших процессах жизнедеятельности клетки, как деление и рост.
Для того, чтобы клетка могла делиться, необходимо удвоение молекулы ДНК. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, каждая из которых построена на основе молекул сахара дезоксирибозы и фосфатных групп. В состав этих структур, естественно, входит углерод.
Также в процессе деления происходит синтез липидов и белков для формирования мембран и других структур новых клеток. И в состав липидов, и белков также входит углерод.
Углерод - основа биосинтеза в клетке
Рассмотрим теперь такой важный процесс жизнедеятельности клетки как биосинтез. Под биосинтезом понимают образование сложных органических веществ из более простых соединений.
Очевидно, что в основе любого биосинтеза лежат реакции с участием органических соединений углерода. Углеводы, жиры и аминокислоты - то "сырье", из которого клетка производит все необходимые ей структуры.
Без углерода синтез АТФ, гормонов, ферментов, витаминов и тысяч других органических веществ был бы невозможен.
Регуляция активности генов
Почему углерод незаменим и для такого важнейшего процесса как регуляция активности генов?
Дело в том, что "включение" и "выключение" генов происходит при участии особых регуляторных белков. Эти белки связываются с определенными участками ДНК и либо активируют, либо блокируют транскрипцию.
А поскольку белки состоят из аминокислот, в составе которых присутствует углерод, то и здесь мы видим его ключевую роль в регуляции активности генов и всего метаболизма клетки.