細胞の化学

細胞は、生物の基本的な構成要素です。それらは主に水、有機分子、および無機イオンで構成されています。

水は細胞の約70%を占めています。細胞質内のこの水性環境は、細胞の構造と細胞内で発生する多くの反応に不可欠です。

水は極性の高い分子であるため、細胞内の他の極性分子やイオンと相互作用しますが、非極性分子とは相互作用しません。

細胞質の親水性環境は、タンパク質の三次元構造の形成を促進し、コアには非極性アミノ酸、表面には極性アミノ酸があります。

膜形成の場合、リン脂質の極性頭部基は水と相互作用します。対照的に、非極性の尾は互いに相互作用し、細胞の外側に対して疎水性の障壁を作り出します。

細胞とそのコンパートメント内の体液のpHは正確に緩衝されます。細胞質のpHは約7.2で、リン酸イオンなどの分子によって調節されています。

対照的に、特殊な細胞コンパートメントであるリソソームのpHは約5です。これは、リソソームには酸性環境下で最適に機能する酵素が含まれているためです。

細胞内の有機分子には、炭水化物、タンパク質、脂質、ヌクレオチドなどがあります。これらのさまざまな高分子は、それぞれにさまざまな役割を持っています。

炭水化物は、さまざまな代謝プロセスを推進する主要なエネルギー源ですが、細胞はタンパク質や脂質を分解して燃料にすることもできます。

タンパク質は、反応を触媒する酵素である場合もあれば、細胞構造に寄与する場合もあります。

脂質は細胞膜の重要な成分です。さらに、これらの高分子は互いに共有結合して、細胞膜によく見られる糖タンパク質や糖脂質などの抱合体を形成することができます。

ヌクレオチドは遺伝物質として機能し、タンパク質と結合して、細胞内のDNAをしっかりとパッケージ化する核タンパク質を形成します。ヌクレオチドATPは、多くの細胞プロセスのエネルギー源でもあります。

細胞機能に重要な無機イオンには、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、リン酸塩、塩化物などがあります。これらのイオンは細胞質量の1%未満しか占めていませんが、細胞内ではさまざまな役割を果たしています。

例えば、カルシウムなどのイオンは細胞全体に生物学的シグナルを伝達するために使用され、マグネシウムは多くの酵素の触媒活性に不可欠です。