برای درک سازمان شیمیایی سلول در آغاز می‌بایست مولکولها و مواد اصلی سازنده آن را شناخت و اطلاعات کافی از ترکیبات با وزن مولکولی زیاد نظیر پروتئینها ، اسیدهای هسته‌ای ، لیپیدها ، گلوسیدها که بخش عمده‌ای از ساختمانهای زیستی را شامل می‌شوند، بدست آورد.

دید کلی

در گذشته ساده‌ترین راه مطالعه ترکیبات سلول ، تجربه شیمیایی بافتهای مختلفی نظیر بافت کبد ، مغز یا بافت مریستم گیاهان بود. این روش کار ، ارزش سلول شناسی محدودی به همراه داشت. زیرا مواد مورد تجزیه بطور معمول مخلوطی از انواع ترکیبات سلولهای یک بافت و مواد بین سلولی آن بود. در سالهای اخیر ، تکمیل روشهای بیوشیمیایی نظیر خرد کردن و سانتریفوگاسیون اجزای سلولی و یا فنون میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی و مانند آن ، امکان تشخیص ذرات و ترکیبات مولکولی سازنده سلولها را فراهم آورده و اطلاعات دقیقی از ساختمان ، نحوه تغییر و سنتز مواد در سلولها ، بدست داده است.

ترکیبات شیمیایی سلول را می‌توان به دو گروه غیر آلی (آب ، نمکهای کانی و یونهای کانی) و ترکیبات آلی (پروتئینها ، کربوهیدراتها ، اسیدهای نوکلئیک و لیپیدها) تقسیم بندی کرد. بطور کلی پروتوپلاسم یک سلول گیاهی یا سلول جانوری شامل حدود 85 - 75 درصد آب ، 20 - 10 درصد پروتئین ، 3 - 2 درصد لیپید ، 1درصد کربوهیدرات و یک درصد نمکهای کانی می‌باشد.

آب

بهترین حلال طبیعی اغلب مواد کانی و عده زیادی از ترکیبات آلی است. آب به منظور ایجاد فشار اسمزی مناسب در سلولها لازم است و امکان مبادلات سلول با محیطش را فراهم می‌سازد. مولکول آب به علت ضریب حرارتی بالایی که دارد قادر به جذب گرمای زیاد است و با ذخیره حرارتی بالایی از تغییرات حرارتی شدید در درون سلولها جلوگیری می‌کند. همچنین آب نقش محیط پراکنده کننده (Dispersion media) ماکرومولکولها در سیستم کلوئیدی پروتوپلاسم را به عهده دارد. واکنشهای زیستی از جمله فعالیتهای آنزیمی فقط در محیط مایع انجام می‌شوند. آب به دو صورت در سلول وجود دارد.

آب آزاد

95 درصد کل آب موجود در سلول را می‌سازد و آبی است که به عنوان حلال یا محیط پراکنده کننده سیستم کلوئیدی در سلول وجود دارد. همچنین آب موجود در واکوئل سلولهای گیاهی را نیز شامل می‌شود.

آب پیوسته

5 - 4 درصد کل آب سلول را تشکیل می‌دهد و به حالت ترکیب در ساختمان مولکولهای سازنده سلول وارد است. این آب با اتصالهای سستی از طریق پیوند هیدروژنی و سایر پیوندها ، به مولکولهای پروتئینی متصل می‌شود. این بخش شامل آب غیر متحرکی که در بین ساختمانهای رشته‌ای ماکرومولکولها وجود دارد، نیز می‌گردد.

نمکهای کانی و یونها

در بسیاری از واکنشهای زیستی و نیز برای تنظیم فشار اسمزی و PH مناسب در سلولها به نمکهای کانی نیاز است. سلول با آب خالی زنده نمی‌ماند. نمکهای تفکیک شده به آنیونها مثل یون کلر و کاتیونها مثل سدیم و پتاسیم برای ایجاد فشار اسمزی و توازن اسید و باز سلول اهمیت زیادی دارند. برخی یونهای غیر آلی نظیر منیزیم ، به صورت کو آنزیم برای بعضی فعالیتهای آنزیمی ضروری هستند. برخی دیگر مثل فسفات در ترکیب مواد مختلف از جمله ATP با پیوندهای پرانرژی وارد شده، از طریق فسفوریلاسیون اکسیداتیو ، انرژی شیمیایی لازم را برای سلول تامین می کنند.

یونهای اصلی لازم برای سلولها ، فسفاتها و بی‌کربناتها هستند. یونهای کلسیم بیشتر در محیط داخلی در حال گردش در اطراف سلولها وجود دارند. در استخوانها ، این یونها به منظور تشکیل یک زمینه با یونهای فسفات و بی‌کربنات ، ترکیب می‌شوند. یونهای فسفات آزاد در خون و مایعات بافتی وجود دارند، اما قسمت اعظم فسفات به صورت فسفولیپیدها ، نوکلئوتیدها ، فسفوپروتئینها و قندهای فسفردار است. فسفات یک ظرفیتی (H₂PO₄) و فسفات دو ظرفیتی (HPO₄) سیستم تامپونی موجود زنده را می‌سازد و همچنین PH خون و مایعات بافتها را تثبیت می‌کنند. برخی ترکیبات معدنی به صورت غیر یونی هستند. به عنوان مثال آهن با اتصالهای فلز - کربن در ساختمان هموگلوبین ، فریتین ، سیتوکرومها و برخی آنزیمها (مثل کاتالاز و سیتوکروم اکسیداز) وجود دارد. منگنز ، مس ، کبالت ، ید ، سلنیوم ، نیکل ، مولیبدن و روی ، برای فعالیتهای طبیعی سلولها ضروری هستند.

ماکرومولکولها

ساختمان و برخی از خواص سلولها ، اساسا وابسته به مولکولهای بزرگی است که از واحدهای تکرار شونده‌ای شده‌اند که بوسیله پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل می‌شوند. این واحدها را مونومر می‌نامند و ماکرومولکولهای حاصل از تکرار آنها ، پلیمر نامیده می‌شوند. افزایش تعداد مونومرها در یک ماکرومولکول موجب بروز خصوصیات کاملا جدید و متفاوتی با ویژگیهای مونومر سازنده آن می‌شود. به عنوان مثال هیدروکربورهایی مثل متان و اتیلن به صورت گاز هستند، در حالی که پلیمر بزرگی از آنها حالت روغنی دارد و در نهایت همانند پارافین شکل جامد به خود می‌گیرد. سه نمونه اصلی پلیمرهای موجود در سلول زنده عبارتند از:

اسیدهای نوکلئیک

این ترکیبات که از تکرار 4 واحد مختلف که هر یک را نوکلئوتید می‌نامند، تشکیل می‌شوند. تکرار این واحدها در مولکول DNA ، منشا اصلی اطلاعات ژنتیکی را بوجود می‌آورد.

پلی‌ساکاریدها

پلیمرهای متشکل از مونوساکاریدها هستند. نمونه‌های مهم آنها نشاسته ، سلولز و گلیکوژن می‌باشد. در ترکیب آنها مواد دیگری نیز به منظور تشکیل پلی ساکاریدهای خیلی پیچیده‌تر می‌تواند موجود باشد.

پروتئینها و پلی‌پپتیدها

از مونومرهایی به نام اسیدهای آمینه ، ساخته شده‌اند. تعداد و نسبت اسیدهای آمینه در آنها مختلف است و بطور کلی از 20 اسید آمینه مختلف که بوسیله پیوندهای پپتیدی به یکدیگر متصل می‌شوند، تشکیل می‌گردند. ترتیب قرار گرفتن اسیدهای آمینه ، ترکیبات بسیار متفاوتی را در پروتئینهای مختلف بوجود می‌آورد که نه تنها خواص آنها ، بلکه نوع فعالیتهای زیستی آنها را نیز مشخص می‌سازد.

ترکیبات ویژه

از جمله ترکیباتی که در متابولیسم سلول نقشهای ویژه‌ای دارند، می‌توان از فسفاتهای نوکلئوزیدی (AMP ، ADP و ATP) پیریدین نوکلئوتیدها (NADP و NAD) و ویتامینها را نام برد.

فسفاتهای نوکلئوزیدی

فعالیتهای متابولیکی سلولها با یک سری از تغییر شکلهای انرژی همراه است. مواد حد واسط در این تغییرات ، انرژی فسفاتهای نوکلئوزیدی هستند. برگشت پذیری سریع ATP (تبدیل AMP و ADP به ATP) گویای نقش حیاتی آن در متابولیسم است. در یک انسان معادل نصف وزن بدن او در هر روز ATP مصرف می‌شود و بایستی معادل همان مقدار هم ساخته شود. سه گروه فسفات ATP (آدنوزین تری فسفات) در PH فیزیولوژیکی به حالت یونیزه بوده و چهار اتم اکسیژن آن با بارهای شدیدا منفی ، همدگیر را دفع می‌کنند. در موقع هیدرولیز ATP ، هر دو فرآورده بار منفی داشته و شروع به دفع یکدیگر می‌کنند، مقدار انرژی مورد لزوم برای الحاق این دو آنیون و تشکیل مجدد ATP ، به مقدار انرژی تولید شده در هنگام هیدرولیز بستگی دارد.

پیریدین نوکلئوتیدها

پیریدین نوکلئوتیدهای NAD (نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید) و NADP ( نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید فسفات) ، معمولا به صورت کوآنزیم در بعضی از واکنشهای دهیدروژناسیون درون سلولی عمل می‌کنند. هیدروژنهایی که بوسیله آنزیمهای دهیدروژناز از بعضی ترکیبات برداشته شده‌اند، توسط پیریدین نوکلئوتیدها پذیرفته می‌شوند. هیدروژنها را معمولا به صورت جفت بر می‌دارند که یکی از هیدروژنها به صورت یون هیدرید به کو آنزیم وصل شده و دیگری به صورت یون وارد محلول می‌شود.

ویتامینها

ویتامینها نوعی مواد آلی هستند که به مقدار کم در تمام سلولها وجود داشته و در بعضی از مراحل متابولیسم سلولی ضروری هستند. اگر چه ویتامینها به مقدار زیاد به وسیله سلول مصرف نمی‌شوند، اما کمبود هر کدام از آنها ، با نشانه‌های بیماران آن مشخص می‌شود. همه موجودات زنده به تولید تمامی ویتامینهای مورد نیاز خود در متابولیسم ، قادر نبوده و بنابراین نیازمند منابع خارجی از طریق تغذیه هستند.

نقش بیشتر ویتامینها با اعمال آنزیمها مرتبط بوده و آنها تمامی یا قسمتی از جز غیر پروتئینی آنزیمها که کو آنزیم خوانده می‌شود را تشکیل می‌دهند. ویتامینها به دو گروه محلول در چربی (ویتامینهای A ، D ، E و K) و محلول در آب (ویتامینهای B و C) تقسیم می‌شوند. برعکس جانوران که برای بیشتر ویتامینها به منابع خارجی نیازمند هستند، گیاهان تمام ویتامینهای مورد نیاز خود را در بافتهای سبز خود می‌سازند.

مباحث مرتبط با عنوان

• اسید آمینه
• اسید نوکلئیک
• آنزیم
• پروتئین
• چربی
• ساختمان سلول
• سلول
• طبقه‌بندی کو آنزیمها
• ماکرومولکولها
• هیدرات کربن
• ویتامینها