Химический состав живой клетки

Химический состав клетки #48

Х Химический состав клетки составляют около 80 элементов таблицы Менделеева. Химический состав клетки определяет ее способность к жизнедеятельности и развитию организма в целом.

химических элементов в клетке

В клетках обнаружено более 80 химических элементов. Все элементы делят на три группы.

Макроэлементы, содержание которых в клетке составляет до 10-3%, – это кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций, натрий и магний; на их долю приходится свыше 99% массы клеток.

Микроэлементы, ссдержание которых колеблется от 10-3% до 10-6%. Это железо, марганец, медь, цинк, кобальт, никель, иод, фтор; на их долю приходится менее 1,0 % массы клеток.

Все перечисленные элементы входят в состав неорганических и органических веществ или содержатся в виде ионов.

Вода и минеральные соли

Неорганические соединения клеток представлены водой и минеральными солями.

воды в разных клетках зависит от интенсивности обменных процессов и колеблется от 10% в эмали зуба до 85% в нервных клетках и до 97% в клетках развивающегося зародыша. В среднем в теле многоклеточных содержится около 80% воды от массы тела.

Вода в клетках выполняет следующие функции:

• связанная вода (4 — 5% от всего ее содержания) образует водные (сольватные) оболочки вокруг молекул белков, препятствуя склеиванию их друг с другом;
• свободная вода является универсальным растворителем и способствует транспорту растворенных в ней веществ;
• вода принимает непосредственное участие в реакциях гидролиза;
• вода регулирует тепловой режим и осмотическое давление в клетках.

По отношению к воде все вещества делятся на гидрофильные (водорастворимые) – многие минеральные соли, кислоты, щелочи, моносахариды, белки, витамины (С и В) и гидрофобные (водонерастворимые) – жиры, полисахариды, некоторые соли, витамины (А, D).

Минеральные соли и химические элементы в определенных концентрациях необходимы для нормальной жизнедеятельности клеток.

Так, азот и сера входят в состав молекул белков, фосфор – в ДНК, РНК и АТФ, магний – во многие ферменты и хлорофилл, железо – в гемоглобин, цинк в гормон поджелудочной железы, иод – в гормоны щитовидной железы и т.д.

Нерастворимые соли кальция и фосфора обеспечивают прочность костной ткани, катионы натрия, калия и кальция – раздражимость клеток. Ионы кальция принимают участие в свертывании крови.

Липиды и углеводы

Органические соединения составляют около 20 — 30% массы живых клеток. К ним относятся биологические полимеры – белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды, а также липиды, гормоны, пигменты, АТФ и др.

Липиды (жиры) и липоиды являются обязательными компонентами всех клеток. жиров в клетке колеблется от 5 до 15% массы сухого вещества, а в клетках подкожной жировой клетчатки – до 90%.

Липиды представляют собой сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина, а липоиды – жирных кислот с другими спиртами. Эти соединения нерастворимы в воде (гидрофобны).

Функции жиров:

• строительная – жиры составляют основу биологических мембран;
• энергетическая – жиры являются источником энергии;
• запасающая – жиры откладываются в жировой ткани животных и в плодах и семенах растений и являются запасным источником энергии;
• источник воды – при окислении жиров выделяется вода;
• защитная – скопления жира выполняют теплоизоляционную и механическую защиту органов.

Углеводы – обязательный химический компонент клеток. В растительных клетках их содержание достигает 90% сухой массы (крахмал в клубнях картофеля), а в животных – 5% (гликоген в клетках печени). В состав молекул углеводов входят углерод, водород и кислород.

Все углеводы подразделяют на моно-, ди- и полисахариды. Моносахариды чаще содержат пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов углерода. Пентозы (рибоза и дезоксирибоза) входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ. Гексозы (глюкоза и фруктоза) постоянно присутствуют в клетках плодов растений, придавая им сладкий вкус.

Глюкоза содержится в крови и служит источником энергии для клеток и тканей животных. Дисахариды объединяют в одной молекуле два моносахарида. Пищевой сахар (сахароза) состоит из молекул глюкозы и фруктозы, молочный сахар (лактоза) включает глюкозу и галактозу. Все моно- и дисахариды хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Молекулы полисахаридов образуются в результате поликонденсации моносахаридов. Мономером полисахаридов – крахмала, гликогена, целлюлозы (клетчатки) является глюкоза. Полисахариды практически нерастворимы в воде и не обладают сладким вкусом.

Основные полисахариды – крахмал (в растительных клетках) и гликоген (в клетках животных) откладываются в виде включений и служат запасными энергетическими веществами. Целлюлоза образует стенку растительных клеток и выполняет защитную функцию.

Углеводы образуются в растениях в процессе фотосинтеза и могут использоваться в дальнейшем для биосинтеза аминокислот, жирных кислот и других соединений.

Углеводы выполняют четыре основные функции:

1. строительную – образуют стенки растительных клеток;
2. энергетическую – углеводы являются основным источником энергии;
3. запасающую – углеводы откладываются в клетках в виде гликогена или крахмала и являются запасным источником энергии;
4. защитную – целлюлоза в стенках клеток растений.

Белки

Белки составляют 10 — 18% от общей массы клетки. Молекулярная масса их колеблется от десятков тысяч до многих миллионов единиц. Белки – это биополимеры, мономерами которых являются 20 аминокислот.

Молекулы белков различаются по величине, структуре и функциям, которые определяются составом, количеством и порядком расположения аминокислот.

Помимо простых белков (альбумины, глобулины, гистоны) имеются и сложные – соединения белков с углеводами (гликопротеины), жирами (липопротеины) и нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеины).

Они способны соединяться в длинные цепочки. При этом устанавливаются прочные ковалентные (пептидные) связи между углеродом кислотной и азотом основной групп (–СО–NН–) с выделением молекулы воды.

Соединения, состоящие из двух аминокислотных остатков, называются дипептидами, из трех – трипептидами, из многих – полипептидами.

Различные свойства и функции белковых молекул определяются последовательностью соединения аминокислот, которая закодирована в ДНК. Эту последовательность называют первичной структурой молекулы белка, от которой в свою очередь зависят последующие уровни ее пространственной организации и биологические свойства белков.

Вторичная структура белковой молекулы достигается ее спирализацией благодаря установлению между атомами соседних витков спирали водородных связей. Функционирование в виде закрученной спирали характерно для некоторых фибриллярных белков (фибриноген, миозин, экшн и др.).

Многие белковые молекулы становятся функционально активными только после приобретения глобулярной (третичной) структуры. Она формируется путем многократного сворачивания спирали в трехмерное образование – глобулу.

Эта структура поддерживается ковалентными дисульфидными (–S–S–) связями, гидрофобными взаимодействиями и электростатическими связями. Глобулярную структуру имеет большинство белков (альбумины, глобулины и др.).

Для выполнения некоторых функций требуется участие белков с более высоким уровнем организации, при котором возникает объединение нескольких глобулярных белковых молекул в единую систему – четвертичную структуру (химические связи могут быть разные – гидрофобные взаимодействия, водородные и ионные связи). Например, молекула гемоглобина состоит из четырех различных глобул и небелковой части – гема, содержащего железо.

Утрата белковой молекулой своей структурной организации называется денатурацией. Причиной ее могут быть различные химические (кислоты, щелочи, спирт, соли тяжелых металлов и др.) и физические (высокая температура и давление, ионизирующие излучения и др.) факторы.

Вначале разрушается четвертичная, затем третичная, вторичная, а при более жестких условиях и первичная структура (происходит деградация).

Если под действием денатурирующего фактора не затрагивается первичная структура, то при возвращении белковых молекул в нормальные условия среды их структура полностью восстанавливаетея, т.е. происхоцит ренатурация.

Белки выполняют следующие функции:

• строительную – входят в состав большинства клеточных структур;
• каталитическую – все ферменты являются белками;
• транспортную – переносят различные вещества, напригер гемоглобин, – O2;
• двигательную – обусловливают сокращение мышц, жгутиков, ресничек;
• защитную – выполняют антитела;
• сигнальную (рецепторную) – белковые молекулы способны изменять свою структуру под действием различных факторов среды;
• регуляторную – гормоны, имеющие белковую природу (инсулин);
• энергетическую – белки являются источником энергии.

Каталитическую функцию в клетках выполняют белки-ферменты, в десятки и сотни тысяч раз ускоряющие течение биохимических реакций при нормальном давлении и температуре 37 °С.

Действие ферментов строго специфично: каждый фермент катализирует только одну реакцию, действует на одно вещество или один тип связи при определенной температуре и рН среды.

Высокая специфичность ферментов обусловлена наличием одного или нескольких активных центров, в которых происходит тесный контакт между молекулами фермента и субстратом (веществом, на которое действует данный фермент).

Нуклеиновые кислоты

Схема строения молекулы ДНК: Ф — остаток фосфорной кислоты; Д — дезоксирибоза; А,Г,Т,Ц — первые буквы названий азотистых оснований(аденин, гуанин, цитозин, тимин).

Нуклеиновые кислоты представляют собой сложные высокомолекулярные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). ДНК входит в основном в хроматин ядра, хотя небольшое ее количество содержится и в некоторых органоидах (митохондрии, пластиды). РНК содержится в ядрышках, кариолимфе, рибосомах, митохондриях, пластидах и в гиалоплазме клетки.

Структура молекулы ДНК была впервые расшифрована Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г. Она представляет собой две полинуклеотидные цепи, соединенные друг с другом. Мономерами цепей являются нуклеотиды.

В состав каждого нуклеотида входят: пятиуглеродный сахар – дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех азотистых оснований: аденин и гуанин (пуриновые основания), цитозин и тимин (пиримидиновые основания).

Нуклеотиды отличаются один от другого только азотистыми основаниями.

Нуклеотиды соединяются в цепочку путем образования фосфодиэфирных (ковалентных) связей между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого, соседнего, нуклеотида. Молекулы ДНК могут содержать от 200 до 2 * 108 нуклеотидов.

Огромное разнообразие молекул ДНК достигается разным составом, количеством и различной последовательностью нуклеотидов.

Вследствие этого нуклеотиды двух цепочек образуют пары: А — Т, Г — Ц . Строгое соответствие нуклеотидов друг другу в парных цепочках ДНК называется комплементарностью (дополнительностью). Это свойство лежит в основе репликации (самоудвоения) молекулы ДНК.

Репликация молекулы ДНК происходит следующим образом. Под действием фермента (ДНК-полимераза) разрываются водородные связи между нуклеотидами двух цепочек и к освободившимся связям по принципу комплементарности присоединяются соответствующие нуклеотиды ДНК.

Следовательно, порядок нуклеотидов в «старой» цепочке ДНК определяет порядок нуклеотидов в «новой», т.е. «старая» цепочка ДНК является матрицей для синтеза «новой». Такие реакции называются реакциями матричного синтеза; они характерны только для живого.

Роль ДНК в клетке заключается в хранении, воспроизведении и передаче генетической информации. Благоларя матричному синтезу наследственная информация дочерних клеток точно соответствует материнской.

РНК, как и ДНК, представляет собой полимер, состоящий из мономеров – нуклеотидов.

Структура нуклеотидов РНК сходна с таковой ДНК, но имеет следующие отличия: вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов РНК входит пятиуглеродный сахар – рибоза, а вместо азотистого основания тимина – урацил.

По сравнению с ДНК в состав РНК входит меньше нуклеотидов, и, следовательно, ее молекулярная масса меньше. В клетках эукариот встречаются только одноцепочечные молекулы РНК.

Имеется три типа РНК: информационная, транспортная и рибосомальная.

Информационная РНК (и-РНК) состоит из 300 — 30000 нуклеотидов и составляет примерно 5% от всей РНК, содержащейся в клетке. Она представляет собой комплементарную копию определенного участка ДНК (гена). Молекулы и-РНК выполняют роль переносчиков генетической информации от ДНК к месту синтеза белка ( в рибосомы) и непосредственно участвуют в сборке его молекул.

Транспортная РНК (т-РНК) составляет до 10% от всей РНК клетки и состоит из 75 — 85 нуклеотидов. Молекулы т-РНК транспортируют аминокислоты из цитоплазмы в рибосомы.

1. Биология для абитуриентов. Авторы: Давыдов В.В. , Бутвиловский В.Э. , Рачковская И. В. , Заяц Р.Г.

Источник: https://biobloger.ru/ximicheskij-sostav-kletki.html

Химический состав клеток

Клетка

Сточки зрения концепции живых систем поА. Ленинджеру.

1. Живая клетка – это способная к саморегуляции и самовоспроизведению изотермическая система органических молекул, извлекающая энергию и ресурсы из окружающей среды.

2. В клетке протекает большое количество последовательных реакций, скорость которых регулируется самой клеткой.

3. Клетка поддерживает себя в стационарном динамическом состоянии, далеком от равновесия с окружающей средой.

4. Клетки функционируют по принципу минимального расхода компонентов и процессов.

Т.о.клетка – элементарная живая открытаясистема, способная к самостоятельномусуществованию, воспроизведению иразвитию. Она является элементарнойструктурно-функциональной единицейвсех живых организмов.

Из110 элементов периодической системыМенделеева в организме человекаобнаружено 86 постоянно присутствующих. 25 из них необходимы для нормальнойжизнедеятельности, причем 18 из нихнеобходимы абсолютно, а 7 – полезны. Всоответствии с процентным содержаниемв клетке химические элементы делят натри группы:

1. Макроэлементы Основные элементы (органогены) – водород, углерод, кислород, азот. Их концентрация: 98 – 99,9 %. Они являются универсальными компонентами органических соединений клетки.

2. Микроэлементы – натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций, железо. Их концентрация 0,1%.

3. Ультрамикроэлементы – бор, кремний, ванадий, марганец, кобальт, медь, цинк, молибден, селен, йод, бром, фтор. Они влияют на обмен веществ. Их отсутствие является причиной заболеваний (цинк – сахарный диабет, иод – эндемический зоб, железо – злокачественная анемия и т.д.).

Современноймедицине известны факты отрицательноговзаимодействия витаминов и минералов:

• Цинк снижает усвоение меди и конкурирует за усвоение с железом и кальцием; (а дефицит цинка вызывает ослабление иммунной системы, ряд патологических состояний со стороны желез внутренней секреции).
• Кальций и железо снижают усвоение марганца;
• Витамин Е плохо совмещается с железом, а витамин С – с витаминами группы В.

Положительноевзаимовлияние:

• Витамин Е и селен, а также кальций и витамин К действуют синергично;
• Для усвоения кальция необходим витамин Д;
• Медь способствует усвоению и повышает эффективность использования железа в организме.

Неорганические компоненты клетки

Вода– важнейшая составная часть клетки,универсальная дисперсионная средаживой материи. Активные клетки наземныхорганизмов состоят на 60 – 95% из воды. Впокоящихся клетках и тканях (семена,споры) воды 10 – 20%.

Вода в клетке находитсяв двух формах – свободной и связаннойс клеточными коллоидами. Свободная водаявляется растворителем и дисперсионнойсредой коллоидной системы протоплазмы.Ее 95%.

Связанная вода (4 – 5 %) всей водыклетки образует непрочные водородныеи гидроксильные связи с белками.

Свойства воды:

1. Вода – естественный растворитель для минеральных ионов и других веществ.

2. Вода – дисперсионная фаза коллоидной системы протоплазмы.

3. Вода является средой для реакций метаболизма клетки, т.к. физиологические процессы происходят в исключительно водной среде. Обеспечивает реакции гидролиза, гидратации, набухания.

4. Участвует во многих ферментативных реакциях клетки и образуется в процессе обмена веществ.

5. Вода – источник ионов водорода при фотосинтезе у растений.

Биологическое значение воды:

1. Большинство биохимических реакций идет только в водном растворе, многие вещества поступают и выводятся из клеток в растворенном виде. Это характеризует транспортную функцию воды.

2. Вода обеспечивает реакции гидролиза – расщепление белков, жиров, углеводов под действием воды.

3. Благодаря большой теплоте испарения происходит охлаждение организма. Например, потоотделение у человека или транспирация у растений.

4. Большая теплоемкость и теплопроводность воды способствует равномерному распределению тепла в клетке.

5. Благодаря силам адгезии (вода – почва) и когезии (вода – вода) вода обладает свойством капиллярности.

6. Несжимаемость воды определяет напряженное состояние клеточных стенок (тургор), гидростатический скелет у круглых червей.

Соседние файлы в папке лекции биология

Источник: https://StudFiles.net/preview/2854557/

10 класс. Биология. Особенности химического состава клетки – Особенности химического состава клетки

Клет­ки живых ор­га­низ­мов со­сто­ят из раз­ных хи­ми­че­ских эле­мен­тов.

Атомы этих эле­мен­тов об­ра­зу­ют два клас­са хи­ми­че­ских со­еди­не­ний: неор­га­ни­че­ские и ор­га­ни­че­ские (см. Рис. 1).

Рис. 1. Услов­ное де­ле­ние хи­ми­че­ских ве­ществ, из ко­то­рых со­сто­ит живой ор­га­низм

Из из­вест­ных на дан­ный мо­мент 118 хи­ми­че­ских эле­мен­тов в со­став живых кле­ток обя­за­тель­но вхо­дят 24 эле­мен­та. Эти эле­мен­ты об­ра­зу­ют с водой лег­ко­рас­тво­ри­мые со­еди­не­ния. Они со­дер­жат­ся и в объ­ек­тах нежи­вой при­ро­ды, но со­от­но­ше­ние этих эле­мен­тов в живом и нежи­вом ве­ще­стве раз­ли­ча­ет­ся (рис. 2).

Рис. 2. От­но­си­тель­ное со­дер­жа­ние хи­ми­че­ских эле­мен­тов в зем­ной коре и ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка

В нежи­вой при­ро­де пре­об­ла­да­ю­щи­ми эле­мен­та­ми яв­ля­ют­ся кис­ло­род, крем­ний, алю­ми­ний и на­трий.

В живых ор­га­низ­мах пре­об­ла­да­ю­щи­ми эле­мен­та­ми яв­ля­ют­ся во­до­род, кис­ло­род, уг­ле­род и азот. Кроме этого вы­де­ля­ют ещё два важ­ных для живых ор­га­низ­мов эле­мен­та, а имен­но: фос­фор исеру.

Эти 6 эле­мен­тов, а имен­но уг­ле­род, во­до­род, азот, кис­ло­род, фос­фор и сера (C, H, N, O, P, S), на­зы­ва­ют ор­га­но­ген­ны­ми, или био­ген­ны­ми эле­мен­та­ми, так как имен­но они вхо­дят в со­став ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний, а эле­мен­ты кис­ло­род и во­до­род, кроме того, об­ра­зу­ют мо­ле­ку­лы воды. На долю со­еди­не­ний био­ген­ных эле­мен­тов при­хо­дит­ся 98% от массы любой клет­ки.

 2. Шесть основных химических элементов для живого организма

Важ­ней­шей от­ли­чи­тель­ной спо­соб­но­стью эле­мен­тов C, H, N, O яв­ля­ет­ся то, что они об­ра­зу­ют проч­ные ко­ва­лент­ные связи, и из всех ато­мов, об­ра­зу­ю­щих ко­ва­лент­ные связи, они самые лег­кие.

Кроме этого, уг­ле­род, азот и кис­ло­род об­ра­зу­ют оди­нар­ные и двой­ные связи, бла­го­да­ря ко­то­рым они могут да­вать самые раз­но­об­раз­ные хи­ми­че­ские со­еди­не­ния.

Атомы уг­ле­ро­да спо­соб­ны также об­ра­зо­вы­вать трой­ные связи как с дру­ги­ми уг­ле­род­ны­ми ато­ма­ми, так и ато­ма­ми азота – в си­ниль­ной кис­ло­те связь между уг­ле­ро­дом и азо­том трой­ная (рис. 3)

Рис 3. Струк­тур­ная фор­му­ла ци­а­ни­да во­до­ро­да – си­ниль­ной кис­ло­ты

Рис. 4. Тет­ра­эд­ри­че­ская форма мо­ле­ку­лы ме­та­на. В цен­тре оран­же­вый атом уг­ле­ро­да, во­круг че­ты­ре синих атома во­до­ро­да об­ра­зу­ют вер­ши­ны тет­ра­эд­ра.

Толь­ко уг­ле­род может со­зда­вать ста­биль­ные мо­ле­ку­лы с раз­но­об­раз­ны­ми кон­фи­гу­ра­ци­я­ми и раз­ме­ра­ми и боль­шим раз­но­об­ра­зи­ем функ­ци­о­наль­ных групп (рис. 5).

Рис 5. При­мер струк­тур­ных фор­мул раз­лич­ных со­еди­не­ний уг­ле­ро­да.

Около 2% от массы кле­ток при­хо­дит­ся на сле­ду­ю­щие эле­мен­ты: калий, на­трий, каль­ций, хлор, маг­ний, же­ле­зо. Осталь­ные хи­ми­че­ские эле­мен­ты со­дер­жат­ся в клет­ке в зна­чи­тель­но мень­шем ко­ли­че­стве.

Таким об­ра­зом, все хи­ми­че­ские эле­мен­ты по со­дер­жа­нию в живом ор­га­низ­ме де­лят­ся на три боль­шие груп­пы.

 3. Микро-, макро- и ультрамикроэлементы в живом организме

Эле­мен­ты, ко­ли­че­ство ко­то­рых со­став­ля­ет до 10-2 % от массы тела – это мак­ро­эле­мен­ты.

Те эле­мен­ты, на долю ко­то­рых при­хо­дит от 10-2 до10-6 – мик­ро­эле­мен­ты.

Эле­мен­ты, со­дер­жа­ние ко­то­рых не пре­вы­ша­ет 10-6 % массы тела – уль­тра­мик­ро­эле­мен­ты (рис. 6).

Рус­ский и укра­ин­ский уче­ный В. И. Вер­над­ский до­ка­зал, что все живые ор­га­низ­мы спо­соб­ны усва­и­вать (ас­си­ми­ли­ро­вать) эле­мен­ты из внеш­ней среды и на­кап­ли­вать (кон­цен­три­ро­вать) их в опре­де­лен­ных ор­га­нах и тка­нях. На­при­мер, боль­шое ко­ли­че­ство мик­ро­эле­мен­тов на­кап­ли­ва­ет­ся в пе­че­ни, в кост­ной и мы­шеч­ной ткани.

 4. Сродство микроэлементов к определённым органам и тканям

От­дель­ные эле­мен­ты имеют срод­ство к опре­де­лен­ным ор­га­нам и тка­ням. На­при­мер, в ко­стях и зубах на­кап­ли­ва­ет­ся каль­ций. Цинка много в под­же­лу­доч­ной же­ле­зе.

Мо­либ­де­на много в поч­ках. Бария в сет­чат­ке глаза. Йода в щи­то­вид­ной же­ле­зе. Мар­ган­ца, брома и хрома много в ги­по­фи­зе (см.

таб­ли­цу «На­коп­ле­ние хи­ми­че­ских эле­мен­тов во внут­рен­них ор­га­нах че­ло­ве­ка»).

Для нор­маль­но­го про­те­ка­ния про­цес­сов жиз­не­де­я­тель­но­сти необ­хо­ди­мо стро­гое со­от­но­ше­ние хи­ми­че­ских эле­мен­тов в ор­га­низ­ме. В про­тив­ном слу­чае воз­ни­ка­ют тя­же­лые отрав­ле­ния, свя­зан­ные с недо­стат­ком или из­быт­ком био­филь­ных эле­мен­тов.

 5. Организмы, избирательно накапливающие микроэлементы

Неко­то­рые живые ор­га­низ­мы могут быть ин­ди­ка­то­ра­ми хи­ми­че­ских усло­вий среды бла­го­да­ря тому, что они из­би­ра­тель­но на­кап­ли­ва­ют в ор­га­нах и тка­нях опре­де­лен­ные хи­ми­че­ские эле­мен­ты (рис. 7, 8).

Рис. 7. Жи­вот­ные, на­кап­ли­ва­ю­щие в теле неко­то­рые хи­ми­че­ские эле­мен­ты. Слева на­пра­во: лу­че­ви­ки (каль­ций и строн­ций), кор­не­нож­ки (барий и каль­ций), ас­ци­дии (ва­на­дий)

Рис. 8. Рас­те­ния, на­кап­ли­ва­ю­щие в теле неко­то­рые хи­ми­че­ские эле­мен­ты. Слева на­пра­во: во­до­росль (йод), лютик (литий), ряска (радий)

 6. Вещества, входящие в состав организмов

Хи­ми­че­ские со­еди­не­ния в живых ор­га­низ­мах 

Хи­ми­че­ские эле­мен­ты об­ра­зу­ют неор­га­ни­че­ские и ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства (см. схему «Ве­ще­ства, вхо­дя­щие в со­став живых ор­га­низ­мов»).

Неор­га­ни­че­ские ве­ще­ства в ор­га­низ­мах: вода и ми­не­раль­ные ве­ще­ства (ионы солей; ка­ти­о­ны: калий, на­трий, каль­ций и маг­ний; ани­о­ны: хлор, суль­фат анион, гид­ро­кар­бо­нат анион).

Ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства: мо­но­ме­ры (мо­но­са­ха­ри­ды, ами­но­кис­ло­ты, нук­лео­ти­ды, жир­ные кис­ло­ты и ли­пи­ды) и по­ли­ме­ры (по­ли­са­ха­ри­ды, белки, нук­ле­и­но­вые кис­ло­ты).

Схема 1.

Из неор­га­ни­че­ских ве­ществ, в клет­ке боль­ше всего воды (от 40 до 95%), среди ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний в клет­ках жи­вот­ных пре­об­ла­да­ют белки (10-20%), а в клет­ках рас­те­ний – по­ли­са­ха­ри­ды (кле­точ­ная стен­ка со­сто­ит из цел­лю­ло­зы, а ос­нов­ное за­пас­ное пи­та­тель­ные ве­ще­ство рас­те­ний – крах­мал).

Таким об­ра­зом, мы с вами рас­смот­ре­ли ос­нов­ные хи­ми­че­ские эле­мен­ты, ко­то­рые вхо­дят в со­став живых ор­га­низ­мов, и со­еди­не­ния, ко­то­рые они могут об­ра­зо­вы­вать (см. Схему 1).

Зна­че­ние био­ген­ных эле­мен­тов

Рас­смот­рим зна­че­ние био­ген­ных эле­мен­тов для живых ор­га­низ­мов (рис. 9).

Рис. 9.

Эле­мент во­до­род (гид­ро­ген) тоже вхо­дит в со­став всех ор­га­ни­че­ских ве­ществ и воды. Азот (нит­ро­ген) вхо­дит в со­став бел­ков, нук­ле­и­но­вых кис­лот и их мо­но­ме­ров (ами­но­кис­лот и нук­лео­ти­дов).

 Сера(суль­фур) вхо­дит в со­став се­ро­со­дер­жа­щих ами­но­кис­лот, вы­пол­ня­ет функ­цию аген­та пе­ре­но­са энер­гии.

 Фос­фор вхо­дит в со­став АТФ, нук­лео­ти­дов и нук­ле­и­но­вых кис­лот, ми­не­раль­ные соли фос­фо­ра – ком­по­нент эмали зубов, кост­ной и хря­ще­вой тка­ней.

Эко­ло­ги­че­ские ас­пек­ты дей­ствия неор­га­ни­че­ских ве­ществ

Про­бле­ма охра­ны окру­жа­ю­щей среды в первую оче­редь свя­за­на с пре­ду­пре­жде­ни­ем за­гряз­не­ния окру­жа­ю­щей среды раз­лич­ны­ми неор­га­ни­че­ски­ми ве­ще­ства­ми. Ос­нов­ны­ми за­гряз­ни­те­ля­ми яв­ля­ют­ся тя­же­лые ме­тал­лы, ко­то­рые на­кап­ли­ва­ют­ся в почве, при­род­ных водах.

Ос­нов­ны­ми за­гряз­ни­те­ля­ми воз­ду­ха яв­ля­ют­ся ок­си­ды серы и азота.

В ре­зуль­та­те быст­ро­го раз­ви­тия тех­ни­ки, ко­ли­че­ство ме­тал­лов ис­поль­зу­е­мых в про­из­вод­стве, необы­чай­но вы­рос­ло.

 Ме­тал­лы по­па­да­ют в ор­га­низм че­ло­ве­ка, вса­сы­ва­ют­ся в кровь, а затем на­кап­ли­ва­ют­ся в ор­га­нах и тка­нях: пе­че­ни, поч­ках, кост­ной и мы­шеч­ной тка­нях. Из ор­га­низ­ма ме­тал­лы вы­во­дят­ся через кожу, почки и ки­шеч­ник.

Ионы ме­тал­лов, ко­то­рые от­но­сят­ся к наи­бо­лее ток­сич­ным (см. спи­сок «Наи­бо­лее ток­сич­ные ионы», рис. 10): ртуть, уран, кад­мий, талий и мы­шьяк, вы­зы­ва­ют ост­рые хро­ни­че­ские отрав­ле­ния.

Рис. 10.

Мно­го­чис­лен­на и груп­па уме­рен­но-ток­сич­ных ме­тал­лов (рис. 11), к ним от­но­сят­ся мар­га­нец, хром, осмий, строн­ций и сурь­ма. Эти эле­мен­ты спо­соб­ны вы­зы­вать хро­ни­че­ские отрав­ле­ния с до­воль­но тя­же­лы­ми, но редко ле­таль­ны­ми кли­ни­че­ски­ми про­яв­ле­ни­я­ми.

Рис. 11.

Ма­ло­ток­сич­ные ме­тал­лы не об­ла­да­ют за­мет­ной из­би­ра­тель­но­стью. Аэро­зо­ли ма­ло­ток­сич­ных ме­тал­лов, на­при­мер, ще­лоч­ных, ще­лоч­но­зе­мель­ных, могут вы­зы­вать из­ме­не­ния лег­ких.

источник конспекта – http://interneturok.ru/ru/school/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/osobennosti-himicheskogo-sostava-kletki

источник видео – http://www..com/watch?v=MPLb_ByYc7U

источник видео – http://www..com/watch?v=vO9K_AJvrDc

источник видео – http://www..com/watch?v=oYmFfkJqWVs

источник презентации – http://www.myshared.ru/slide/download/

Источник: https://www.kursoteka.ru/course/3534/lesson/11915/unit/29532

Химические элементы клетки

Клетки живых организмов по своему химическому составу значительно отличаются от окружающей их неживой среды и по структуре химических соединений, и по набору и содержанию химических элементов.

Всего в живых организмах присутствует (обнаружено на сегодняшний день) около 90 химических элементов, которые, в зависимости от их содержания, разделяют на 3 основных группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

Макроэлементы

Макроэлементы в значительных количествах представлены в живых организмах, начиная от сотых долей процента до десятков процентов. Если содержание какого-либо химического вещества в организме превышает 0.005% от массы тела, такое вещество относят к макроэлементам.

Они входят в состав основных тканей: крови, костей и мышц. К ним относятся, например, следующие химические элементы: водород, кислород, углерод, азот, фосфор, сера, натрий, кальций, калий, хлор.

Макроэлементы в сумме составляют около 99% от массы живых клеток, причем большая часть (98%) приходится именно на водород, кислород, углерод и азот.

В таблице ниже представлены основные макроэлементы в организме:

Элемент	Символ
Главные макроэлементы (99.3 % всех атомов)
Водород	H (63%)
Кислород	O (26%)
Углерод	C (9%)
Азот	N (1 %)
Другие макроэлементы (0.7 % всех атомов)
Кальций	Ca
Фосфор	P
Калий	K
Сера	S
Натрий	Na
Хлор	Cl
Магний	Mg

Для всех четырех самых распространенных в живых организмах элементов (это водород, кислород, углерод, азот, как было сказано ранее) характерно одно общее свойство. Этим элементам не хватает одного или нескольких электронов на внешней орбите для образования стабильных электронных связей.

Так, атому водорода для образования стабильной электронной связи не хватает одного электрона на внешней орбите, атомам кислорода, азота и углерода — двух, трех и четырех электронов соответственно.

В связи с этим, эти химические элементы легко образуют ковалентные связи за счет спаривания электронов, и могут легко взаимодействовать друг с другом, заполняя свои внешние электронные оболочки. Кроме этого, кислород, углерод и азот могут образовывать не только одинарные, но и двойные связи.

Кроме того, углерод, водород и кислород — наиболее легкие среди элементов, способных образовывать ковалентные связи. Поэтому они оказались наиболее подходящими для образования соединений, входящих в состав живой материи.

Необходимо отметить отдельно еще одно важное свойство атомов углерода — способность образовывать ковалентные связи сразу с четырьмя другими атомами углерода.

Благодаря этой способности создаются каркасы из огромного количества разнообразных органических молекул.

Микроэлементы

Хотя содержание микроэлементов не превышает 0,005% для каждого отдельного элемента, а в сумме они составляют всего лишь около 1% массы клеток, микроэлементы необходимы для жизнедеятельности организмов.

При их отсутствии или недостаточном содержании могут возникать различные заболевания. Многие микроэлементы входят в состав небелковых групп ферментов и необходимы для осуществления их каталитической функции.

Например, железо является составной частью гема, который входит в состав цитохромов, являющихся компонентами цепи переноса электронов, и гемоглобина — белка, который обеспечивает транспорт кислорода от легких к тканям. Дефицит железа в организме человека вызывает развитие анемии.

А недостаток йода, входящего в состав гормона щитовидной железы — тироксина, приводит к возникновению заболеваний, связанных с недостаточностью этого гормона, таких как эндемический зоб или кретинизм.

Примеры микроэлементов представлены в таблице ниже:

Элемент	Символ
Микроэлементы (менее 0.01% всех атомов)
Железо	Fe
Йод	I
Медь	Cu
Цинк	Zn
Марганец	Mn
Кобальт	Co
Хром	Cr
Селен	Se
Молибден	Mo
Фтор	F
Олово	Sn
Кремний	Si
Ванадий	V

Ультрамикроэлементы

В состав группы ультрамикроэлементов входят элементы, содержание которых в организме крайне мало (менее 10-12 %). К ним относятся бром, золото, селен, серебро, ванадий и многие другие элементы.

Большинство из них также необходимы для нормального функционирования живых организмов. Например, нехватка селена может привести к возникновению раковых заболеваний, а недостаток бора — причина некоторых заболеваний у растений.

Многие элементы этой группы также, как и микроэлементы, входят в состав ферментов.

Перейти к оглавлению.

Источник: https://www.studentguru.ru/chemicals.html

Химическая организация клетки

Химическая организация клетки — совокупность всех веществ, входящих в состав клетки. В состав клетки входит большое количество химических элементов Периодической системы, из которых 86 постоянно присутствуют, 25 необходимы для нормальной жизнедеятельности организма, а 16—18 из них абсолютно необходимы[1][2].

Органогены (биоэлементы)[ | ]

Органогены — химические элементы, входящие в состав всех органических соединений и составляющие около 98% массы клетки[1].

Элемент%содержаниеФункция

Кислород	65—75	Входит в состав большинства органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды.
Углерод	15—18	Входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO2 фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO3 входит в состав минеральных скелетов.
Водород	8—10	Входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.
Азот	2—3	Входит в состав аминокислот, белков (в том числе ферментов и гемоглобина), нуклеиновых кислот, хлорофилла, некоторых витаминов.

Макроэлементы[ | ]

Элементы, представленные в клетке в меньшем количестве — десятые и сотые доли процента[1].

Элемент%содержаниеФункция

Кальций	0,04—2,00	Содержится в мембране клетки, межклеточном веществе и костях. Участвует в регуляции внутриклеточных процессов, поддержания мембранного потенциала, передаче нервных импульсов, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза. Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.
Фосфор	0,2—1,0	Входит в состав АТФ в виде остатка фосфорной кислоты (PO43-). Содержится в костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов).
Калий	0,15—0,4	Участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы. Содержится в межклеточных веществах. Участвует в фотосинтезе.
Сера	0,15—0,2	Содержится в некоторых аминокислотах, ферментах, тиамине. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.
Хлор	0,05—0,1	Участвует в формировании осмотического потенциала плазмы крови и других жидкостей в виде аниона. Содержится в желудочном соке.
Натрий	0,02—0,03	Участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессах осморегуляции(в том числе в работе почек у человека) и создании буферной системы крови.
Магний	0,02—0,03	Кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.

Микроэлементы[ | ]

К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы тела живых существ, относят ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк, молибден (участвует в связывании атмосферного азота), бор (влияет на ростковые процессы у растений).

Ультрамикроэлементы[ | ]

Ультрамикроэлементы составляют менее 0,000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро, которые оказывают бактерицидное воздействие, ртуть, подавляющую обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Также к ультрамикроэлементам относят платину и цезий, бериллий, селен, радий и уран. Функции ультрамикроэлементов ещё малопонятны.

Вода[ | ]

Основная статья: Роль воды в клетке

Вода является универсальным растворителем органических и неорганических веществ; она служит резервуаром для всех биохимических реакций клетки. При участии воды происходит теплорегуляция[3][4].

Литература[ | ]

• Билич Г. Л., Крыжановский В. А. Биология. Полный курс: В 4 т. — издание 5-е, дополненное и переработанное. — Оникс, 2009. — С. 20. — 864 с. — ISBN 978-5-488-02311-6.
• Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: в 3т. — Мир, 1993. — Т. 1. — С. 105—112. — 456 с. — ISBN 5-03-003685-7.

Источник: https://encyclopaedia.bid/%D0%B2%D0%B8%D0%BA%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D1%8F/%D0%A5%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2_%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B8

Химическое строение клетки живого организма

Химические вещества в клетке, особенно их состав, с точки зрения химии разделяют на макро- и микроэлементы. Однако существует еще и группа ультрамикроэлементов, в которую входят химические элементы, процентное соотношение которых составляет 0,0000001%.

Одних химических соединений в клетке больше, других меньше. Однако все основные элементы клетки относятся к группе макроэлентов. Приставка макро- означает много.

Живой организм на атомном уровне не отличается от предметов неживой природы. Он состоит из тех же атомов, что и неживые предметы. Однако количество химических элементов в живом организме, особенно тех, что обеспечивают основные жизненные процессы, намного больше в процентном соотношении.

Углеводы

Углеводы распространены в природе очень широко и отыграют очень важную роль в жизнедеятельности растений и животных. Они берут участие в разных процессах обмена веществ в организме и являются компонентами многих природных соединений.

В зависимости от содержания, структуры и физико-химических свойств, углеводы поделены на две группы: простые – это моносахариды и сложные – продукты конденсации моносахаридов. Среди сложных углеводов также есть две группы: олигосахариды (количество моносахаридных остатков составляет от двух до десяти) и полисахариды (количество моносахаридных остатков составляет более десяти).

Липиды

Липиды – это основной источник энергии для организмов. В составе живых организмов липиды выполняют минимум три главных функции: они являются основными структурными компонентами мембран, являются распространенным энергетическим резервом, а также играют защитную роль в составе покрова животных, растений и микроорганизмов.

Химические вещества в клетке, которые относятся к классу липидов, обладают особенным свойством – они не растворимы в воде и малорастворимые в органических растворителях.

Группа макроэлементов – основной источник жизни клетки

К группе макроэлементов относятся такие основные химические элементы как кислород, углерод, водород, азот, калий, фосфор, сера, магний, натрий, кальций, хлор и другие.

Многие из них, например, фосфор, азот, сера входят в состав разных соединений, которые отвечают за жизненные процессы клеток организма.

Каждый из этих элементов имеет свою функцию, без которой существование клетки было б невозможным.

• Кислород, например, входит практически во все органические вещества и соединения клетки. Для многих, особенно аэробных организмов, кислород выполняет функцию окислителя, что в процессе их дыхания обеспечивает клетки этого организма энергией. Самое большое количество кислорода в живых организмах находится в составе молекул воды.
• Углерод тоже входит в состав многих соединений клетки. Атомы углерода в молекуле СаСО3 составляют основу скелета живых организмов. Более того, углерод регулирует клеточные функции и играет важную роль в процессе фотосинтеза растений.
• Водород находится в клетке в молекулах воды. Его главная роль в структуре клетки заключается в том, что много микроскопических бактерий окисляют водород для того, чтобы получать энергию.
• Азот – один из главных составляющих клетки. Его атомы входят в состав нуклеиновых кислот, многих белков и аминокислот. Азот участвует в процессе регуляции кровяного давления в виде NО и выводится из живого организма в составе мочи.

Не менее важное значение для жизни организмов имеют и сера с фосфором. Первая содержится в составе многих аминокислот, поэтому и в белках. А фосфор составляет основу АТФ – основного и самого большого источника энергии живого организма. Более того, фосфор в виде минеральных солей содержится в зубной и костной тканях.

Важное значение в составе клетки организма имеют кальций и магний. Кальций свертывает кровь, поэтому он жизненно необходим живым существам. Также он регулирует много внутриклеточных процессов. Магний участвует в создании ДНК в организме, более того, он является кофактором многих ферментов.

Нужны клетке и такие макроэлементы как натрий с калием. Натрий поддерживает мембранный потенциал клетки, а калий необходим для нервного импульса и нормальной работы сердечных мышц.

Значение микроэлементов для живого организма

Все основные вещества клетки состоят не только из макроэлементов, но еще и из микроэлементов. Сюда относятся цинк, селен, йод, медь и другие.

В клетке в составе основных веществ они находятся в мизерных количествах, однако играют важнейшую роль в процессах организма.

Селен, например, регулирует много основных процессов, медь является одним из составляющих компонентов многих ферментов, а цинк является главным элементом в составе инсулина – основного гормона поджелудочной железы.

Химический состав клетки — видео

Источник: https://life-students.ru/ximicheskoe-stroenie-kletki-organizma/