Różnorodność substancji chemicznych w organizmach
żywych oraz ich rola w życiu organizmów
Wszystko , co nas otacza zbudowane jest z różnorakich substancji chemicznych ,tak więc i
organizmy żywe są z nich zbudowane.
Życie na naszej planecie mogło się rozwinąć dzięki:
- dostępności w środowisku w wystarczającej ilości wszystkich substancji  czyli pierwiastków-
chemicznych niezbędnych dla organizmów ,
- korzystnej temperaturze panującej na planecie ,
- występowaniu wody w postaci cieczy ,
- dostępowi energii słonecznej
- atmosferze izolującej powierzchnie Ziemi od promieniowania o wysokiej energii.
Podstawową jednostką strukturalną i funkcjonalną ,zarówno organizmów roślinnych , jak i
zwierzęcych jest komórka.
W komórce występują różnego rodzaju składniki , które ze względu na ich chemizm ,dzielimy na
związki organiczne i nieorganiczne ,zaś ze względu na sposób wykorzystania ich przez
komórkę- na budulcowe, regulacyjne i zapasowe.
Najważniejsze związki organiczne występujące w komórce to:
cukrowce , tłuszczowce , białka i kwasy nukleinowe.
Cukrowce (węglowodany)są związkami budowanymi przez węgiel, wodór i tlen. Biorąc pod
uwagę budowę i wielkość cząsteczki , wyróżnia się cukry proste oraz cukry złożone.
Cukry proste (mnosacharydy),łatwo krystalizują i łatwo rozpuszczają się w wodzie .Typowym
przykładem mnosacharydów jest glukoza. Cukry proste w swoich cząsteczkach mogą zawierać
trzy do siedmiu atomów węgla.
W zależności od ilości atomów węgla wyróżniamy triozy(3 atomy węgla), pentozy(5 atomów
węgla , oraz najczęściej spotykane w przyrodzie heksozy
(6 atomów węgla).
Cukry złożone składają się z kilku lub wielu cząsteczek cukrów prostych.
Połączenie dwóch cząsteczek cukrów prostych daje dwucukier(disacharyd).Przykładem takiej
substancji jest maltoza (zbudowana z 2 cząsteczek glukozy ), sacharoza (zbudowana z fruktozy
i glukozy).
Skrobia , glikogen i celuloza zbudowane są z wielu cząsteczek jednocukrów , dlatego zaliczają
się do polisacharydów(wielocukrów)
Cukrowce mogą w organizmie pełnić zarówno funkcje budulcowe jak również funkcje
regulatorów. Te ostatnie to głównie składniki odżywcze pełniące w organizmach głównie funkcje
energetyczne (stanowią z
ródło energii).Inaczej mówiąc , cukry te są swego rodzaju paliwem ,
które ulega biologicznemu spaleniu a uwolniona energia pozwala na realizowanie czynności
życiowych.
Dla żywych komórek zdecydowanie najpowszechniejszym  paliwem jest glukoza. Natomiast
wielocukry współtworzą elementy budulcowe nb. ściany komórkowe, stanowią także materiał
zapasowy(u roślin  skrobia , u zwierząt  glikogen).Typowymi regulatorami wykorzystywanymi
przez komórkę jako z
ródło energii są monosacharydy np. glukoza.
W cząsteczkach cukrów zarówno polisacharydów , jak i monosacharydów , mogą występować
dodatkowe grupy np. grupy kwasowe, metylowe lub aminowe. Związki takie mają wówczas
odmienne od cukrów właściwości i stanowić mogą np. składniki ścianki komórkowej, a także
mogą wchodzić w skład soku komórkowego niektórych komórek.
Tłuszczowce (lipidy)są to związki organiczne nierozpuszczalne w wodzie , a rozpuszczalne w
rozpuszczalnikach organicznych , przede wszystkim w mieszaninie chloroformu i metanolu ,
będące najczęściej estrami gliceryny (trójwodorotlenowy alkohol) i kwasów tłuszczowych. Lipidy
możemy podzielić na proste ( tłuszcze , sterole , woski ) i złożone (fosfolipidy i glikolipidy) -
takie związki tłuszczowe stanowią bardzo ważny składnik błon komórkowych. W komórce pełnią
głównie funkcje odżywcze i energetyczne.
Oprócz wyżej wymienionych składników w budowie cząsteczki tłuszczów występować mogą
dodatkowe podstawniki , jak np. grupy cukrowe lub fosforanowe.
Tłuszcze są estrami kwasów tłuszczowych i trójwodorotlenowego alkoholu -glicerolu .
Kwasy tłuszczowe chodzące w skład tłuszczów mogą być nasycone - gdy wszystkie wiązania
między kolejnymi atomami węgla są pojedyncze, lub nienasycone  gdy przynajmniej jedno z
wiązań jest podwójne.
Zarówno u roślin , jak i u zwierząt tłuszcze pełnia rolę materiału zapasowego
i energetycznego. W wyniku przekształceń chemicznych różne substancje pokarmowe zostają
przekształcone w tłuszcze i w tej postaci zmagazynowane.
Tłuszcze zgromadzone w tkance tłuszczowej zwierząt pełnią ponadto
funkcje ochronne i termoizolacyjne - warstwa tłuszczu podskórnego oddziela wnętrze organizmu
o określonej temperaturze od środowiska zewnętrznego.
Wiele lipidów jest związanych z błonami biologicznymi tj. błoną komórkową i błonami
wewnątrzkomórkowymi. Fosfolipidy ,których cząsteczki składają się z hydrofilowych
fosforanowych  główek i hydrofobowych tłuszczowych  ogonków stanowią podstawowy
budulec błon.
Glikolipidy występują przede wszystkim w zewnętrznej warstwie błony komórkowej. Cholesterol
jest niezbędnym składnikiem błon- pełni funkcję strukturalną. Jego niewielkie cząsteczki
usztywniają błony.
Niektóre cząsteczki lipidowe biorą udział w przekazywaniu do wnętrza komórek sygnałów z
otoczenia , a także jako hormony (np. kory nadnerczy, narządów rozrodczych) przenoszą ważne
informacje w organizmach zwierząt.
Woski spotykane są zarówno u roślin (np. na powierzchni liści) ,jak i u zwierząt
( np. wosk pszczeli).
Białka są związkami o skomplikowanej budowie , pełniącymi w komórce zarówno funkcje
budulcowe jak , i regulatorowe. Podstawowymi jednostkami budulcowymi białek są aminokwasy
(mówimy , że są cegiełkami budującymi białka). Każdy aminokwas zawiera grup aminowa i
grupę karboksylową (stąd nazwa tej grupy związków). W przyrodzie występuje 20 rodzajów
aminokwasów , różniących się podstawnikami (łańcuchami bocznymi), które oznaczamy ogólnie
jako R. Aminokwasy łączą się ze sobą wiązaniami peptydowymi (grupa aminowa jednego
aminokwasu łączy się z grupą karboksylową drugiego aminokwasu).Powstają wówczas peptydy.
Połączenie 100 aminokwasów prowadzi do powstania białka.(zwykle w jednym białku jest
kilkaset aminokwasów , ale może być ich nawet kilka tysięcy).
Jeśli cząsteczka białka zbudowana jest wyłącznie z aminokwasów , nazywamy ją białkiem
prostym. W przypadku gdy oprócz aminokwasów zawiera ona jeszcze dodatkowe , niebiałkowe
podstawniki , mówimy o białku złożonym.
Białka złożone mogą zawierać w swej cząsteczce np. grupy cukrowe (są to glikoproteidy) lub
grupy tłuszczowe (są to lipoproteidy).
Białka pełnią w komórkach rozliczne funkcje , m.in. budulcową , wzmacniającą oraz
regulatorową. Z białek złożonych najistotniejsze znaczenie dla komórki mają enzymy pełniące
funkcje biokatalizatorów  związków , które przyspieszają zachodzące w komórce reakcje
chemiczne. Inną ważną grupę białek złożonych, występujących we wszystkich komórkach ,
stanowią nukleoproteidy  połączenia części białkowej z grupą niebiałkową , która stanowi kwas
nukleinowy.
Kwasy nukleinowe powstają przez połączenie ze sobą licznych nukleotydów .
W skład każdego nukleotydu wchodzi po jednej cząsteczce :cukru 5-cio węglowego, zasady
azotowej oraz kwasu fosforowego .Połączenie cząsteczki cukru z zasadą azotową nosi nazwę
nukleozytu. Nukleozyt z resztą kwasu fosforowego tworzy nukleotyd.
W komórkach , zarówno roślinnych , jak i zwierzęcych występują dwa rodzaje kwasów
nukleinowych: kwasy dezoksyrybonukleinowe, zawierające w swej cząsteczce jako cukier
dezoksyrybozę i rybonukleinowe , w których część cukrową cząsteczki stanowi ryboza. Kwasy
nukleinowe występują w postaci długich łańcuchów powstałych przez połączenia nukleotydów.
Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) zbudowany jest z dwóch nici.
Poszczególne nukleotydy należące do obu nici łączą się ze sobą za pomocą zasad przy czym
połączenia te nie są przypadkowe, a mianowicie określona zasada purynowa jednego z
nukleotydów łączy się z określoną zasadą pirymidynową drugiego nukleotydu.
Kwas rybonukleinowy (RNA) występuje głównie w postaci jednoniciowej.
Nukleoproteidy mają istotne znaczenie dla komórki: stanowią matrycę
i nośnik informacji dla syntezy białek , a także wchodzą w skład niektórych organelli
komórkowych jako element strukturalny.
DNA jest podstawowym nośnikiem informacji genetycznej, co oznacza , że musi zawierać
bardzo dużo elementów niosących informację.
Kopiowanie DNA , czyli replikacja , prowadzi do powstania cząsteczek potomnych , dokładnie
takich jak cząsteczka macierzysta.
Cząsteczki RNA spełniają natomiast funkcje pomocnicze :
- pośredniczą w przekazywaniu informacji genetycznej do miejsc syntezy białek
- dostarczają aminokwasy w czasie syntezy białek
- współtworzą organelle zwane rybosomami.
W komórce występują liczne składniki nieorganiczne .
Spośród nich należy wymienić wodę. Zawartość wody w różnych komórkach jest odmienna ,
zależy też od aktualnie realizowanych czynności życiowych,
Jest składnikiem budulcowym płynów ustrojowych zwierząt:
krwi , limfy , płynu mózgowo  rdzeniowego , moczu , soków trawiennych , żółci , łez , potu ,
oraz roślin - roztworów krążących w tkance przewodzącej. Rozpuszczanie różnych substancji w
wodzie umożliwia ich transport w tych płynach.
Woda stanowi jedyne środowisko dla większości procesów biochemicznych zachodzących w
komórkach. Jest substancją dość bierną chemicznie , zwykle nie reaguje więc z rozpuszczonymi
w niej związkami.
Dla niektórych procesów jest jednak bardzo ważnym substratem albo produktem. Woda stanowi
też dobry rozpuszczalnik dla wielu związków organicznych np. niektórych białek , a także
związków nieorganicznych.
Składnikami nieorganicznymi komórki są również jony pierwiastków i związków chemicznych.
Tworzą one sole mineralne albo połączenia ze związkami organicznymi. Najczęściej
występującymi pierwiastkami w postaci jonowej są : fosfor , siarka , chlor , sód , potas ,
magnez , wapń.
Komórki starają się utrzymać korzystny dla siebie stopień uwodnienia.
Poziom występujących w komórce pierwiastków tworzących jony musi być stały , od ich stężenia
zależy bowiem prawidłowy przebieg procesów metabolicznych ( biochemicznych i
fizjologicznych).
Woda bierze również udział w termoregulacji  dzięki temu, że ma wysoką pojemność cieplną .
Oznacza to , że nagrzewając się może przyjąć duże ilości ciepła , które wolno oddaje podczas
ochładzania się.
Nagrzewanie się wody wchodzącej w skład krwi w narządach produkujących duże ilości
(wątroba , mięśnie ) i jej odprowadzanie do innych części organizmu powoduje wyrównanie
temperatur w ciele.
Woda wydzielana z organizmów w postaci cieczy (pot) lub pary wodnej ( w powietrzu
wydychanym prze zwierzęta , podczas transpiracji z ciała roślin) odprowadza nadmierne ilości
ciepła.
Roztwór wodny pobierany przez rośliny z gleby i pokarmy zjadane przez zwierzęta soli
mineralnych , których cząsteczki są zazwyczaj zdysocjowane na kationy i aniony. Sole
mineralne wnoszą pierwiastki chemiczne niezbędne do budowy związków chemicznych. Do
budowy białek na przykład , oprócz węgla , wodoru i tlenu , niezbędne są: azot , fosfor i siarka .
Niektóre ważne dla metabolizmu komórek zawierają atomy pierwiastków , takich jak :żelazo ,
miedz
, czy cynk. Często obecność określonych jonów w środowisku jest niezbędna, by mogła
zajść dana reakcja.
Dla prawidłowego funkcjonowania każdego organizmu niezbędne są również witaminy.
Witaminy są to niskocząsteczkowe związki organiczne niezbędne dla organizmu w niewielkich
ilościach, ale przez ten organizm nie wytwarzane - musza być zatem dostarczane w pożywieniu.
Pod względem struktury cząsteczek witaminy znacznie różnią się między sobą.
Pojęcie  witamina jest względne. Związek chemiczny będący witaminą dla człowieka nie musi
być witaminą dla np. szczura , jeśli organizm tego ostatniego potrafi ten związek wytwarzać
samodzielnie.
W przypadku roślin w ogóle nie możemy mówić o witaminach, ponieważ rośliny są w stanie
wyprodukować wszystkie niezbędne substancje na drodze metabolizmu. Większość witamin lub
ich pochodnych wytworzonych w organizmie w wyniku przekształcenia cząsteczek witamin pełni
w komórkach rolę koenzymów. Inne regulują przebieg istotnych procesów w organizmach
zwierząt.
Jak więc wynika z powyższego opracowania różnorodność substancji chemicznych w
organizmach żywych jest ogromna. Każda z tych substancji-pierwiastków- chemicznych jest
niezbędna w określonym zakresie funkcjonowania danego organizm
u.
Jak można zaobserwować olbrzymia rola tych substancji w organizmach żywych jest
niepodważalna. Są (i były) one niezbędne od początku istnienia życia na ziemi.