Как найти неорганические вещества в клетке

Химические элементы в клетке

Клетки всех организмов отличаются схожестью элементарного химического состава, что является свидетельством единства живой природы. Однако стоит отметить, что любой химический элемент, присутствующий в живых организмах, встречается и в неживых организмах. Это, в свою очередь, говорит о единстве живой и неживой природы.

Какие химические элементы входят в состав клетки?

Есть 4 химических элемента в клетках живых организмов, присутствующих в них в наибольшем объеме:

• кислород — от 65 до 70%;
• углерод — от 15 до 18%;
• водород — от 8 до 10%;
• азот — от 2 до 3%.

Все эти основные химические элементы являются органогенными элементами и составляют от 95 до 98% общей массы организма.

Прочие химические вещества в клетке — элементы вроде кальция, фосфора, калия, серы, натрия, хлора, железа, силиция, магния — присутствуют в организме в небольшом количестве — это всего лишь десятые доли процента. Такие химические элементы клетки относятся к макроэлементам.

В клетке также есть микроэлементы: цинк, медь, кобальт, бром, хром, радий, марганец, йод, литий. Их меньше всего: около 0,01%.

Тем не менее, то, насколько важен для организма тот или иной элемент не зависит от того, в каком количестве он содержится в клетке. К примеру, определенные микроэлементы являются составляющими различных ферментов, гормонов и прочих важных для жизни соединений, влияющих на процессы размножения, кровообращения и др.

В состав молекулы инсулина входит цинк, а в состав цианокобаламина (это витамин В12) — кобальт.

От окружающей неорганической природы живые организмы отличаются количественным составом химических веществ в клетке.

К примеру, растения содержат примерно 18% углерода, а в почве — всего 1%. Если говорить о кремнии, то в почве его 33%, а в растениях — всего 0,15%.

В составе живых организмов имеются углеродосодержащие соединения (органические). Этим и объясняется большое количество углерода.

Отдельные организмы способны накапливать определенные химические вещества клетки.

Водоросли накапливают йод, лютиковые — литий, болотная ряска — радий.

Неорганические вещества в клетке

Вода

Вода — основное неорганическое вещество в клетке. При этом количество воды зависит от интенсивности обмена веществ в определенной ткани: чем она выше, тем больше воды.

Человеческий эмбрион в возрасте 1,5 месяца на 97,5% состоит из воды, в возрасте 8 месяцев — на 83%. Новорожденные состоят из воды на 74%, а что касается взрослых, то этот показатель составляет 66%.

При этом, в различных органах и тканях количество воды разное.

В мозгу взрослого человека содержится до 86% воды. Для сравнения, в печени всего 70, а в кости и того меньше — около 20%.

Чем старше становится человек, тем меньше в его тканях воды.

Почему вода так важна для организма? Она выполняет ряд функций:

• сохраняет объем клеток;
• обеспечивает клетке упругость;
• способствует растворению различных химических веществ.

Но самое главное заключается в том, что именно в воде как среде происходят все химические процессы. Вода принимает участие во всех химических реакциях: в результате химического взаимодействия с водой происходит расщепление таких элементов как жиры, углеводы и прочие органические соединения.

Вода обладает высокой теплоемкостью, что позволяет ей оберегать цитоплазму от резких температурных колебаний и участвовать в терморегуляции клеток и организма в целом.

Определенная часть молекул воды — примерно 15% — присутствует в связанном состоянии с белковыми молекулами. Они отвечают за изоляцию молекул белка друг от друга в коллоидных растворах.

Низкой растворимостью в воде характеризуется большое количество органических веществ в клетке (липиды). Молекулы воды слабо притягиваются к таким веществам. По этой причине, будучи основой клеточной мембраны, эти вещества сокращают переход воды из клетки во внешнюю среду и в обратном направлении (в том числе из одного участка клетки в другой).

Минеральные соли

Клетки опорных органов содержат достаточно большое количество минеральных солей. К таким органам относятся хитиновые панцири черепашек и моллюсков, кости. Цитоплазма других клеток почти все соли содержит в диссоциированном состоянии — как катионы и анионы калия, натрия, хлора, кальция и др.

Для нормального функционирования клетки важно, чтобы в ней содержались катионы. Концентрация солей определяет объем поступающей в клетку воды. Это объясняется тем, что для молекул воды клеточная мембрана является проницаемой, а для большинства крупных молекул и ионов — непроницаемой.

В случае, если окружающая среда содержит меньшее количество ионов, чем клеточная цитоплазма, то поступление воды в клетку осуществляется до того момента, пока концентрация солей не выровняется (осмос).

Соли в цитоплазме задают ей определенные буферные свойства. В частности, способность поддерживать постоянный уровень pH (около нейтральной реакции) даже в условиях непрерывного образования в процессе обмена веществ кислых и щелочных продуктов.

Органические вещества в клетке

Содержание органических веществ — то, чем довольно сильно могут различаться между собой различные клетки.

В пересчете на сухую массу, клетки содержат от 5 до 15% липидов, от 10 до 12% белков, от 0,2 до 2% углеводов и 1-2% нуклеиновых кислот.

Почти у всех органических соединений — длинные молекулы (полимеры): они состоят из цепи более простых молекул, то есть, однородных или разнородных мономеров.

Углеводы

Растительные клетки содержат огромное количество углеводов: некоторые плоды, семена и клубни — до 90%.

Животные клетки включают на порядок меньше углеводов — всего 5%.

Есть два варианта углеводов:

1. Простые или моносахариды.
2. Сложные или полисахариды.

В организмах встречаются такие моносахариды как пентозы (включают 5 атомов углерода) и гексозы (включают 6 атомов углерода). Наиболее важными для организма пентозами являются рибоза (входит в состав РНК) и дезоксирибоза (входит в состав ДНК). Глюкоза и фруктоза — самые важные гексозы. Их много в плодах растений и меде, поэтому они отличаются сладким вкусом.

Кровь человека тоже включает глюкозу — это около 0,12%. Глюкоза является основным энергетическим материалом обмена веществ для всех клеток.

Образование полисахаридов связано с полимеризацией двух или нескольких моносахаридов.

Если говорить о дисахаридах, то наиболее известными и распространенными являются сахароза (в ее составе — молекулы глюкозы и фруктозы) и лактоза, которую также называют молочным сахаром (она включает в состав молекулы глюкозы и галактозы).

Наиболее часто встречающиеся полимеры — крахмал, целлюлоза (клетчатка в растениях) и гликоген (у животных). Общая формула выглядит следующим образом: (C6H10O5)n. Глюкоза выступает мономером этих полисахаридов.

Цепь из 150-200 молекул глюкозы образуют каждую клетку клетчатки (целлюлозы).

Углеводы для живых клеток выступают в качестве топлива. При их окислении происходит освобождение химической энергии (1 грамм — 17,6 кДж). Клетка использует эту энергию для обеспечения всех процессов жизнедеятельности. В растительных клетках углеводам отводится и функция «строителей»: они образуют оболочки клеток.

Липиды

Липиды представляют собой низкомолекулярные вещества, обладающие гидрофобными свойствами.

Липиды — основной элемент всех видов клеток, наравне с белками и углеводами. Содержание липидов в различных органах и тканях неодинаковое. В сердце, печени, почках, нервной ткани, крови, плодах и семенах отдельных растений их более чем достаточно.

У липидов встречается разнообразное химическое строение. Они могут включать в свой состав высшие жирные кислоты, азотистые основания, спирты, альдегиды, аминокислоты, аминоспирты, углеводы, фосфорную кислоту и др. Между этими соединениями образуются эфирные, гликозидные, фосфоэфирные, сложноэфирные, амидные и прочие связи.

Поскольку эти молекулы отличаются сложностью строения и разнообразием, классификация липидов довольно сложная.

Липиды сегодня делят на нейтральные или жиры и фосфолипиды.

Под нейтральными липидами понимают производные высших жирных кислот и 3-атомного спирта глицерина. Жиры, также, как и углеводы, выступают в качестве источников энергии. В процессе расщепления 1 грамма жира происходит выделение 38,9 кДж энергии.

Для многих животных подкожный жир — важная составляющая теплоизоляции. Жиры обеспечивают нужной энергией организм животного, впадающего в спячку, поскольку из вне он не может ее получать.

Жиры — основной запас питательных веществ и в семенах определенных растений.

Большая часть липидов, входящих в состав мембран — фосфолипиды. В сухой массе мембран содержится до 40% липидов — из них около 80% являются фосфолипидами. При участии фосфолипидов реализуются основные функции мембран:

• регулирование проницательности различных веществ и клеточного содержимого;
• работа ионные насосов;
• восприятие;
• обработка и передача информации с поверхности клетки внутрь;
• иммунный ответ;
• синтез белков и др.

Липиды — растворители отдельных жирорастворимых витаминов. Это объясняется тем, что они не растворяются в воде, а в органических растворителях растворяются.

Белки

От 50 до 80% органических веществ в клетке — это белки или протеины. Из них состоит межклеточная жидкость, лимфа, плазма крови. Белки являются полимерами, а их мономеры — это аминокислоты.

Белки состоят примерно из 20 различных аминокислот.

Жизнь как явление неразрывно связана с белками, поэтому их значение сложно переоценить. Белки можно обнаружить в составе всех органоидов и мембран клетки — они выступают главным структурным веществом клетки.

Отдельно стоит выделить двигательную функцию белков. Способность к сокращению есть у комплексов из молекул некоторых белков. К примеру, актина и миозина. Эта способность обеспечивает сокращение мышц, движение ресничек и жгутиков, перемещение хромосом в клетке и др.

Свойственны белкам и сигнальные функции, в результате чего клетки и организмы приобретают раздражительность.

Белки также выполняют защитную функцию. За нее отвечают особенные белки — антитела: они обезвреживают и нейтрализуют посторонние организму вещества.

Кроме того, белки — источник энергии. Часть аминокислот, полученных в результате расщепления белковой молекулы, используются в процессе биосинтеза новых молекул белка. Другая часть расщепляется окончательно и освобождает энергию. Полное расщепление 1 грамма белка высвобождает 17,6 кДж энергии.

Ферменты

Большая роль белков как биокатализаторов или ферментов.

Есть молекулы ферментов, состоящие исключительно из белков. Также есть ферменты, функционирование которых зависит только от наличия в молекуле двух компонентов: белкового и небелкового (апофермента и кофермента соответственно).

В качестве коферментов могут выступать разнообразные органические вещества включая витамины.

Нормальная скорость реакций в клетке обеспечивается участием ферментов как биологических катализаторов.

Классификация ферментов имеет в виду особенности их действия на субстрат, а также химические реакции.

Выделяют следующие ферменты:

• липазы, отвечающие за расщепление липидов;
• амилазы, расщепляющие углеводы;
• пептитазы, расщепляющие белки;
• ферменты окислительно-восстановительных реакций;
• ферменты реакций гидролиза и синтеза;
• ферменты реакций перенесения, присоединения или отщепления определенных органических соединений.

В каталоге ферментов за каждым из них закреплены номер и систематическое название.

К примеру, в номенклатуре ферментов обозначение пепсина выглядит так: 3.4.4.1 (пептид-пептидогидролаза). Липаза (гидролаза эфиров глицерина) — 3.1.1.3.

Конкретное действие ферментов на различные химические вещества зависит от строения первых. В молекуле всех ферментов есть активный центр — один или несколько. С помощью этих центров молекулы прикрепляются к веществам, на которые и воздействуют. По этой причине действие ферментов является специфичным.

Пепсин и трипсин, которые являются пищеварительными ферментами, принимают участие в процессе расщепления молекул белков до небольших фрагментов. Их воздействие различается: пепсин разрушает связи аминокислоты тирозина, а трипсин — аминокислот аргинина и лизина. Первый фермент оказывает воздействие на аминогруппы, а второй — на карбоксильные группы аминокислот.

Ферменты принимают участие в катализации множества последовательных реакций. Возникшие при участии первого фермента вещества являются субстратом для другого и т. д.

Ферменты действуют в клетке не хаотично: здесь соблюдается определенная последовательность и согласованность. Это возможно в силу локализации ферментов в разных участках клеточной мембраны. Последовательное расположение ферментов характерно и для органоидов клетки, где ферменты образуют упорядоченные системы.

У различных видов организмов и в различных органах обмен веществ осуществляется по-разному. Он зависит он конкретного комплекса ферментов. Ферменты способны нормально функционировать, если соблюдается оптимальная температура и реакция среды. Что касается среды, то для одних ферментов оптимальной средой является нейтральная (для ферментов слюны), для других кислая (для ферментов желудочного сока) или щелочная (для ферментов поджелудочной железы). Когда температура превышает 60 градусов, у большинства ферментов происходит инактивация — этот процесс называется денатурация белка.

Нуклеиновые кислоты

Впервые нуклеиновые кислоты обнаружили и выделили из клеточных ядер.

Есть 2 вида нуклеиновых кислот:

1. Дезоксирибонуклеиновая или ДНК.
2. Рибонуклеиновая или РНК.

В хромосомах клетки находится основная часть ДНК. В митохондриях и пластидах ДНК представлена в небольших количествах. РНК содержат ядрышки и цитоплазма.

К
ним относятся вода и минеральные соли.

Вода
необходима для осуществления жизненных
процессов в клетке. Ее содержание
составляет 70-80% от массы клетки. Основные
функции воды:

• представляет
  собой универсальный растворитель;

• является
  средой, в которой протекают биохимические
  реакции;

• определяет
  физиологические свойства клетки
  (упругость, объем);

• участвует
  в химических реакциях;

• поддерживает
  тепловое равновесие организма благодаря
  высокой теплоемкости и теплопроводности;

• является
  основным средством для транспорта
  веществ.

Минеральные
соли
присутствуют в клетке в виде ионов:
катионы К⁺,
Na⁺,
Ca²⁺,
Mg²⁺;
анионы – Cl^–,
HCO₃^–,
H₂РО₄^–.

3. Органические вещества клетки.

Органические
соединения клетки состоят из многих
повторяющихся элементов (мономеров) и
представляют собой крупные молекулы –
полимеры. К ним относят белки, жиры,
углеводы и нуклеиновые кислоты. Их
содержание в клетке: белки -10-20%; жиры –
1-5%; углеводы – 0,2-2,0%; нуклеиновые кислоты
– 1-2%; низкомолекулярные органические
вещества – 0,1-0,5%.

Белки
–
высокомолекулярные (с большой молекулярной
массой) органические вещества. Структурной
единицей их молекулы является аминокислота.
В образовании белков принимают участие
20 аминокислот. В состав молекулы каждого
белка входят только определенные
аминокислоты в свойственном этому белку
порядке расположения. Аминокислота
имеет следующую формулу:

H₂N
– CH
– COOH

!

R

В
состав аминокислот входят NH₂
–
аминогруппа, обладающая основными
свойствами; СООН – карбоксильная группа
с кислотными свойствами; радикалы,
отличающие аминокислоты друг от друга.

Существуют
первичная, вторичная, третичная и
четвертичная структуры белка. Аминокислоты,
соединенные между собой пептидными
связями, определяют его первичную
структуру. Белки первичной структуры
с помощью водородных связей соединяются
в спираль и образуют вторичную структуру.
Полипептидные цепи, скручиваясь
определенным образом в компактную
структуру, образуют глобулу (шар) –
третичная структура белка. Большинство
белков имеет третичную структуру.
Следует отметить, что аминокислоты
активны только на поверхности глобулы.
Белки с глобулярной структурой
объединяются и формируют четвертичную
структуру (например, гемоглобин). При
воздействии высокой температуры, кислот
и других факторов сложные белковые
молекулы разрушаются – денатурация
белка.
При улучшении условий денатурированный
белок способен восстанавливать свою
структуру, если не разрушается его
первичная структура. Этот процесс
называется ренатурацией.

Белки
отличаются видовой специфичностью: для
каждого вида животных характерен набор
определенных белков.

Различают
белки простые и сложные. Простые состоят
только из аминокислот (например,
альбумины, глобулины, фибриноген, миозин
и др.). В состав сложных белков, кроме
аминокислот, входят и другие органические
соединения, например, жиры и углеводы
(липопротеиды, гликопротеиды и др.).

Белки
выполняют следующие функции:

• ферментативную
  (например, фермент амилаза расщепляет
  углеводы);

• структурную
  (например, входят в состав мембран и
  др. органоидов клетки);

• рецепторную
  (например, белок родопсин способствует
  лучшему зрению);

• транспортную
  (например, гемоглобин переносит кислород
  или углекислый газ);

• защитную
  (например, белки иммуноглобулины
  участвуют в формировании иммунитета);

• двигательную
  (например, актин и миозин участвуют в
  сокращении мышечных волокон);

• гормональную
  (например, инсулин превращает глюкозу
  в гликоген);

• энергетическую
  (при расщеплении 1 г белка выделяется
  4,2 ккал энергии).

Жиры
(липиды)
– соединения трёхатомного спирта
глицерина и высокомолекулярных жирных
кислот. Химическая формула жиров:

CH₂-O-C(O)-R¹

|

CH-О-C(O)-R²

|

CH₂-O-C(O)-R³,
где радикалы могут быть разными.

Функции
липидов в клетке:

• структурная
  (принимают участие в построении клеточной
  мембраны);

• энергетическая
  (при распаде в организме 1 г жира
  выделяется 9,2 ккал энергии);

• защитная
  (сохраняют от потери тепла, механических
  повреждений);

• жир
  – источник эндогенной воды (при окислении
  10 г жира выделяется 11 г воды);

• регуляция
  обмена веществ.

Углеводы
–
их молекулу можно представить общей
формулой С_n(Н₂О)_n
– углерод и вода.

Углеводы
делят на три группы: моносахариды
(включают одну молекулу сахара – глюкоза,
фруктоза и др.), олигосахариды (включают
от 2 до 10 остатков моносахаридов: сахароза,
лактоза) и полисахариды (высокомолекулярные
соединения – гликоген, крахмал и др.).

Функции
углеводов:

• служат
  исходными элементами для построения
  разнообразных органических веществ,
  например, при фотосинтезе – глюкоза;

• основной
  источник энергии для организма, при их
  разложении с использованием кислорода
  выделяется больше энергии, чем при
  окислении жира;

• защитная
  (например, слизь, выделяемая различными
  железами, содержит много углеводов;
  она предохраняет стенки полых органов
  (бронхи, желудок, кишечник) от механических
  повреждений; обладая антисептическими
  свойствами);

• структурная
  и опорная функции: входят в состав
  плазматической мембраны.

Нуклеиновые
кислоты
–
это фосфорсодержащие биополимеры. К
ним относятся дезоксирибонуклеиновая
(ДНК) и
рибонуклеиновая (РНК) кислоты.

ДНК
– самые
крупные биополимеры, их мономером
является нуклеотид.
Он состоит из остатков трех веществ:
азотистого основания, углевода
дезоксирибозы и фосфорной кислоты.
Известны 4 нуклеотида, участвующие в
образовании молекулы ДНК. Два азотистых
основания являются производными
пиримидина – тимин и цитозин. Аденин и
гуанин относят к производным пурина.

С

G

G

C

Согласно
модели ДНК, предложенной Дж. Уотсоном
и Ф. Криком (1953), молекула ДНК представляет
собой две спирально обвивающие друг
друга нити.

Две
нити молекулы удерживаются вместе
водородными связями, которые возникают
между их комплементарными
азотистыми основаниями. Аденин
комплементарен тимину, а гуанин –
цитозину. ДНК в клетках находится в
ядре, где она вместе с белками образует
хромосомы.
ДНК имеется также в митохондриях и
пластидах, где их молекулы располагаются
в виде кольца. Основная функция
ДНК
– хранение наследственной информации,
заключенной в последовательности
нуклеотидов, образующих ее молекулу, и
передача этой информации дочерним
клеткам.

Рибонуклеиновая
кислота одноцепочечная.
Нуклеотид РНК состоит из одного из
азотистых оснований (аденина, гуанина,
цитозина или урацила), углевода рибозы
и остатка фосфорной кислоты.

Различают
несколько видов РНК.

Рибосомальная
РНК
(р-РНК) в соединении с белком входит в
состав рибосом. На рибосомах осуществляется
синтез белка. Информационная
РНК (и-РНК)
переносит информацию о синтезе белка
из ядра в цитоплазму. Транспортная
РНК
(т-РНК) находится в цитоплазме; присоединяет
к себе определенные аминокислоты и
доставляет их к рибосомам – месту
синтеза белка.

РНК
находится в ядрышке, цитоплазме,
рибосомах, митохондриях и пластидах. В
природе есть еще один вид РНК – вирусная.
У одних вирусов она выполняет функцию
хранения и передачи наследственной
информации. У других вирусов данную
функцию выполняет вирусная ДНК.

Аденозинтрифосфорная
кислота (АТФ)
– является особым нуклеотидом, образованным
азотистым основанием аденином, углеводом
рибозой и тремя остатками фосфорной
кислоты.

АТФ
– универсальный источник энергии,
необходимой для биологических процессов,
протекающих в клетке. Молекула АТФ очень
неустойчива и способна отщеплять одну
или две молекулы фосфата с выделением
большого количества энергии. Эта энергия
расходуется на обеспечение всех жизненных
функций клетки – биосинтеза, движения,
генерации электрического импульса и
др. Связи в молекуле АТФ называются
макроэргическими. Отщепление фосфата
от молекулы АТФ сопровождается выделением
40 кДж энергии. Синтез АТФ происходит в
митохондриях.

ribose

adenine

f

f

f

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

  07.02.20159.93 Mб191_The_Good_Grammar_Book_M_Swan.pdf

• #
• #
• #

План урока:

Неорганические вещества, их роль в клетке

Органические вещества, их роль в клетке

Строение и функции белков

Нуклеиновые кислоты. АТФ

Неорганические вещества, их роль в клетке

Всякий организм содержит определенный набор химических элементов, количество которых неодинаково. Познакомимся на схеме с классификацией элементов.

Из схемы видно, что самое большое количество в клетке приходится на макроэлементы. Все они имеют огромное значение для нормальной работы организма. Макроэлементы представлены следующими химическими элементами: кислородом (75%), углеродом (15%), водородом (8%), азотом (3%). Они являются основой жизни на всей планете.

Микроэлементы в организме представлены в небольшом количестве. Однако, они также выполняют свою роль в организме. Микроэлементы входят в состав ферментов и гормонов, содержатся в тканях, принимают участие в процессах обмена веществ.

Все химические элементы составляют вещества, которые представлены двумя группами. Познакомимся с ними на схеме.

Остановимся подробнее на неорганических веществах.

В численном отношении первое место среди неорганических веществ клетки принадлежит воде. Ее содержание колеблется в зависимости от вида организма, условий его местообитания, типа клеток и их функционального состояния. В общем содержание воды в клетке составляет от 40% до 95%.

Причем с возрастом количество воды в клетках любого организма заметно снижается. Соответственно, чем выше функциональная активность клеток и организма в целом, тем больше содержание в них воды, и наоборот.

Наличие воды – обязательное условие жизненной активности клетки. Она составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру. Роль воды определяется ее физическими и химическими свойствами.

Рассмотрим основные свойства воды:

1. Данное вещество считается хорошим растворителем. По отношению к воде все вещества делятся на две группы: гидрофильные и гидрофобные.

Гидрофильные вещества имеют хорошую растворимость, так как состоят из частиц, способных при растворении отделяться друг от друга. С такими соединениями вы знакомились в курсе химии 9 класса, их называют ионные.

К ним относят такие классы неорганических соединений как соли, щелочи, кислоты и некоторые другие вещества.

В растворе молекулы или ионы данных соединений имеют возможность быстро передвигаться, что обеспечивает их высокую реакционную способность. При этом вода выполняет в клетке роль среды, в которой осуществляются химические реакции.

Гидрофобные вещества плохо либо вообще не растворимы в воде. К ним относят липиды, нуклеиновые кислоты, кое-какие углеводы, а также белки.

1. Вода как вещество, обладает физическими свойствами. Для нее характерна высокая теплоемкость, при существенном увеличении тепловой энергии происходит небольшое повышение ее температуры. Данное свойство воды способствует защите тканей живых организмов от перегревания или переохлаждения. Это проявляется, к примеру, в потоотделении у животных, при испарении у растений.

1. Немаловажным свойством воды является ее высокая теплопроводность. Благодаря этому тепло равномерно распределяется по всему организму, а не сосредоточивается в одном месте. Таким образом, основной функцией воды в клетке считается поддержание оптимального теплового режима.

1. Вода является основным источником кислорода и водорода, необходимых для протекания процессов фотосинтеза у растений.

1. Еще одним свойством воды является поверхностное натяжение. Молекулы воды сцепляются между собой с определенной силой и создают на поверхности пленку. Данное свойство обеспечивает движение крови в организме человека и животных, а также минеральных веществ у растений. Как же это происходит? Вот представьте себе, что два человека тянут канат. Каждый тянет его в свою сторону. Так и здесь. Силы, которыми связаны молекулы воды, тянут поверхность в разные стороны. Благодаря этому и происходит транспорт веществ в живом организме.

Значительную роль в организме играет и еще одна группа неорганических веществ – минеральные соли.

Все минеральные вещества могут быть в виде ионов или твердом состоянии. К примеру, цитоплазма содержит соли кальция, фосфора, кремния. Эти элементы используются для формирования опорных структур клетки – раковины моллюсков, хитиновый покров членистоногих.

Хитиновый покров жука носорога

Минеральные вещества в организме распадаются на ионы: катионы и анионы. Они поддерживают кислотно-щелочной баланс цитоплазмы, обеспечивают тургор^[1] клеточных оболочек, оказывают влияние на возбудимость нервной и мышечной ткани, активируют ферменты.

Органические вещества, их роль в клетке

Основу жизни на планете составляют органические вещества. Они представлены белками, жирами, углеводами, а также нуклеиновыми кислотами.

Первостепенной группой органических веществ организма считаются углеводы. Клетка животных содержит углеводов 1,5-2%, в клетке растений их количество достигает 86-91%.

Познакомимся с группами углеводов на рисунке.

Состав моносахаридов представлен тремя или более атомами углерода. Примером этой группы могут считаться глюкоза, фруктоза, рибоза, а также дезоксирибоза. Все моносахариды – это бесцветные кристаллические вещества со сладким вкусом, имеют хорошую растворимость.

Как большинство углеводов, моносахариды снабжают организм энергией, а также принимают участие в синтезе веществ. Рибоза и дезоксирибоза являются составными компонентами нуклеиновых кислот и АТФ.

Моносахаридом является и глюкоза, которая считается составной частью полисахаридов – крахмала, целлюлозы, гликогена. Фруктоза же входит в состав олигосахаридов, к примеру, сахарозы.

Соответственно, углеводы, образованные двумя и более моносахаридами получили название олигосахаридов, примерами которых считаются сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар).

Свойствами олигосахариды схожи с моносахаридами. К примеру, они имеют хорошую растворимость, а также сладкий вкус. С ростом числа мономеров в составе, растворимость олигосахаридов снижается, теряется сладкий вкус.

Полисахариды образуются большим количеством моносахаридов, соединенных ковалентными связями. Полисахаридами являются крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Полисахариды как вещества обладают сладким вкусом, а также отличной растворимостью. Однако, с возрастанием числа мономеров эти свойства ослабевают.

В живых организмах углеводы выполняют следующие функции:

1. Энергетическая функция – углеводы снабжают клетку энергией, которая образуется при их распаде.
2. Запасающая функция – избыточное содержание углеводов приводит к их накоплению в клетке. Данный запас может быть использован организмом для получения энергии, в случае ее нехватки.
3. Строительная функция – углеводы составляют основу оболочек клетки. К примеру, целлюлоза считается составной частью клеточных стенок растений. Хитин же составляет клеточные оболочки грибов и наружный скелет некоторых животных.

Липиды включают в себя большую группу жиров и подобных им веществ. По физическим свойствам они являются гидрофобными веществами, то есть не растворяются в воде.

Содержание этих веществ различается, посмотрим на рисунке.

Строение липидов отличается, поэтому чаще всего различают две группы: простые и сложные.

Простыми липидами считаются нейтральные жиры, состав которых представлен остатками жирных кислот, молекулой глицерина. Данные соединения при комнатной температуре бывают твердыми и жидкими. Твердые нейтральные жиры чаще всего характерны для животных и встречаются у обитателей северных широт. Жидкие липиды или масла содержатся в клетках растений, например, у подсолнечника, облепихи, оливок.

К простым липидам, помимо нейтральных жиров, принадлежат также и воска.

Представляют они собой сложные эфиры, состоящие из жирных кислот, а также многоатомных спиртов. Данная группа липидов выполняет в организме защитную функцию, предохраняя от внешнего воздействия различные органы. Восковой слой встречается у животных на коже, шерсти, перьях, а у растений – на листьях, стебле, плодах.

Пчелиный воск

Сложные липиды образованы простыми жирами, которые формируют комплексы с иными веществами. К примеру, в фосфолипидах содержатся простые липиды, а также остаток фосфорной кислоты.

Данная группа жиров имеет большое значение в организме. Фосфолипиды считаются основной составляющей клеточных мембран, осуществляя защитную функцию. В организме они не вырабатываются, поступают только с пищей, поэтому фосфолипиды являются незаменимыми соединениями.

Липиды выполняют важные функции в организме. Рассмотрим их.

1. Энергетическая функция считается первостепенной у липидов. Их распад сопровождается освобождением энергии, в количественном отношении в 2 раза большей, чем выделяется при распаде углеводов, а также белков. Соответственно, 30% всей энергии, необходимой организму, поставляется именно жирами.

1. Липиды откладываются у живых организмов как запасающее вещество. В течении жизни они могут расходоваться при недостатке энергии или воды. Распад 100г жира освобождает 105г воды. Эта жидкость необходима для некоторых жителей пустыни, например верблюдам. Многие знают, что это животное способно обходиться без воды10-12 дней. Источником воды как раз является жир, который накапливается в горбу верблюда.

Верблюды

1. Липиды обладают невысокой теплопроводностью, поэтому исполняют защитную функцию в клетке.Благодаря жировой прослойке некоторые виды животных приспособились к холодному климату. Этот слой жира препятствует охлаждению организма.

Морж

1. Также липиды осуществляют строительную функцию. К примеру, фосфолипиды являются компонентами клеточных мембран.

Строение и функции белков

Белки считаются сложными органическими соединениями, в составе которых преобладают аминокислоты. В жизни всех организмов эти вещества имеют первостепенное значение, поэтому их содержание составляет 50-80%.

Структурными единицами белков считаются аминокислоты, соединяющиеся в цепочки. Молекулы данных соединений представляет длинную цепь, состоящую из 50-1500 аминокислот скрепленных пептидной связью.

Аминокислоты выстраиваются в определенной последовательности, образуя полипептидную цепочку белка. Причем не всегда это просто цепочка, часто белки образуют различные конфигурации в пространстве. Поэтому принято выделять несколько уровней организации белковой молекулы.

Последовательная линейная цепочка аминокислот белковой молекулы является простейшим уровнем организации, названная первичной структурой. Она специфична для каждого белка, определяет его свойства, а также функции.

1. Вторичный уровень организации представлен спирально закрученной цепочкой белковой молекулы. Витки спирали скрепляются водородными связями.
2. Вследствие дальнейшей укладки спирали образуется специфичная для всякого белка конфигурация, называемая третичной структурой. Прочность обеспечивается водородными, ионными и гидрофобными взаимодействиями.
3. Четвертичная структура образуется при объединении отдельных молекул белка в единую систему. Такой уровень организации структуры белковой молекулы можно наблюдать у гемоглобина. Причем только при таком сложном строении молекула этого белка способна реализовывать транспорт кислорода.

Под влиянием различных факторов происходит трансформация структуры белка вследствие разрыва связей. Такой процесс получил обозначение денатурация белка.

Денатурацию белка способны вызывать различные физические, а также химические факторы, к примеру, температура, облучение, влияние химических веществ. Причем денатурация структуры белка способна быть обратимой, а может, и нет.

По своему составу и строению белки различаются. Познакомимся с классификацией белков. Часто их делят на две группы: простые и сложные белки или протеины и протеиды.

В состав простых белков входят только аминокислоты. К ним относятся альбумины (сыворотка крови), глобулины (фибриноген крови), гистоны (составные компоненты гемоглобина).

В сложные белки помимо аминокислот входят и некоторые иные соединения – углеводы, липиды. Сложными белками являются фосфопротеины (казеин молока), гликопротеины (плазма крови).

Белки выполняют в клетке ряд значительных функций.

Остановимся на них подробнее.

1. Эти соединения называют «кирпичиками» нашего организма. Они осуществляют строительную функцию. Белки входят в состав клеточных мембран, а также органоидов клетки. Стенки кровеносных сосудов, хрящи и сухожилия также состоят из них.

1. Двигательная функция обеспечивается особыми сократительными белками, благодаря которым осуществляется движение ресничек, жгутиков, сокращение мускулатуры.

1. Белки выполняют транспортную функцию благодаря своей способности связывать и переносить с током крови химические соединения. Здесь стоит упомянуть гемоглобин, с помощью которого происходит транспорт кислорода ко всем органам и тканям.

1. Следует отметить и защитную функцию белков в клетке. При проникновении в клетку чужеродных веществ происходит выработка особых белков – иммуноглобулинов или антител, которые их нейтрализуют.
2. Белкам, входящим в состав клеточной мембраны, присуща сигнальная функция. На оболочку оказывает воздействие какой-либо фактор и белок изменяет свою структуру, тем самым отправляя сигнал в клетку.
3. Гормоны в нашем организме имеют белковую природу и выполняют регуляторную функцию. Их основная задача поддерживать постоянство внутренней среды организма. Каталитическую функцию выполняют многочисленные ферменты из числа протеинов и протеидов.
4. Белки способны осуществлять энергетическую функцию – распад 1 г белка сопровождается выделением приблизительно 18 кДж энергии.

В природе существует значительное число белков, которые отличаются по строению и функциям. Между тем, роль белков огромна для организмов, они считаются основой жизни на планете.

Нуклеиновые кислоты. АТФ

Нуклеиновые кислоты – биополимеры, способствующие хранению и передаче наследственных данных.

Макромолекулы нуклеиновых кислот выявлены в 1869г швейцарским ученым Ф. Мишером в лейкоцитах, содержащихся в гное. Затем данные соединения найдены в клетках абсолютно всех существ.

Как и белки, нуклеиновые кислоты считаются биополимерами. Их мономером стал нуклеотид, строение его представлено на рисунке.

Мономеры соединяются и образуют полинуклеотидную цепь за счет ковалентных связей, появляющихся между углеводом одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.

Имеется 2 типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Отличия в наименованиях говорят о разном строении: молекула ДНК включает углевод дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу.

Познакомимся со строением ДНК и РНК на рисунке.

Наиболее сложное строение наблюдается у молекулы ДНК, представляющей конфигурацию из двух цепочек, скрученных спирально.

Выделяют 4 типа разнообразных нуклеотидов в молекуле ДНК, но из-за различной их очередности в цепи достигается колоссальное обилие нуклеиновых кислот.

Соединяются 2 полинуклеотидные цепи в одну молекулу при помощи водородных связей, возникающих между азотистыми основаниями. Рассмотрим принцип их объединения на рисунке.

Благодаря особенностям строения протяженность молекулы ДНК может достигать сотен тысяч нанометров, что намного больше самой крупной молекулы белка. В клетке ДНК содержится в ядре, где входит в состав хромосом, а также есть в митохондриях и пластидах. Основной функцией ДНК считается хранение наследственной информации.

Строение РНК более простое –молекула представлена одной цепью нуклеотидов, закрученной в спираль. Различают три типа РНК.

• Информационной РНК насчитывается приблизительно 6%. Основной функцией информационной РНК является перенос информации к рибосомам, где она используется для образования белка.
• Транспортная РНК образуется в ядрышках, затем перемещается в цитоплазму, где доставляет аминокислоты на рибосомы. Ее находится в клетке 10%. Всякой аминокислоте подходит своя молекула транспортной РНК.
• Больше всего в клетке имеется рибосомных РНК – 85%. Они синтезируются в ядрышках, а затем связываются с белками, создавая рибосомы. Функция рибосомной РНК: запускать и прекращать процесс присоединения аминокислот при образовании белка.

В любой клетке содержатся такие органические соединения как аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Молекула АТФ снабжает энергией большинство реакций, с ее помощью клетка движется, осуществляется синтез веществ.

Любое вещество играет конкретную роль в протекании жизненных процессов. Нехватка какого-либо вещества способно приводить к нарушению данных процессов. Чтобы этого не происходило, организм приспособился самостоятельно поддерживать постоянство состава своей внутренней среды. Обеспечивается это с помощью нервной и гуморальной регуляции организма. Вспомнить, как осуществляются эти процессы, вы можете, обратившись к уроку Организм как единое целое.

Словарь

Тургор – напряженное состояние клеточных оболочек, возникающее вследствие разного давления.

2.3.1. Неорганические вещества клетки

В состав клетки входит около 70 элементов периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы:

макроэлементы – H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;

микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;

ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.

В состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.

Неорганические соединения клетки – вода и неорганические ионы.

Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.

Физические свойства воды: так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ. Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными. Вещества, нерастворимые в воде называются гидрофобными.

Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Вспомните, как долго нагревается до кипения чайник. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме.

Для испарения воды необходима достаточно большая энергия. Температура кипения воды выше, чем у многих других веществ. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.

Водородные связи обуславливают вязкость воды и сцепление ее молекул с молекулами других веществ. Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создается пленка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.

При охлаждении движение молекул воды замедляется. Количество водородных связей между молекулами становится максимальным. Наибольшей плотности вода достигает при 4 С?. При замерзании вода расширяется (необходимо место для образования водородных связей) и ее плотность уменьшается. Поэтому лед плавает.

Биологические функции воды. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.

Вода – активный участник реакций обмена веществ.

Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме. Эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке.

Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слезы, желчь, сперма и т.д.

Неорганические ионы. К неорганическим ионам клетки относятся: катионы K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH₃⁺ и анионы Cl^–, NO₃^–, Н₂PO₄^–, NCO₃^–, НPO₄^2-.

Разность между количеством катионов и анионов (Nа⁺ , Ка⁺, Сl^–) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6—9.

Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7—4.

Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот. Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих. Ионы кальция входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть А

А1. Полярностью воды обусловлена ее способность

1) проводить тепло 3) растворять хлорид натрия

2) поглощать тепло 4) растворять глицерин

А2. Больным рахитом детям необходимо давать препараты, содержащие

1) железо 2) калий 3) кальций 4) цинк

А3. Проведение нервного импульса обеспечивается ионами:

1) калия и натрия 3) железа и меди

2) фосфора и азота 4) кислорода и хлора

А4. Слабые связи между молекулами воды в ее жидкой фазе называются:

1) ковалентными 3) водородными

2) гидрофобными 4) гидрофильными

А5. В состав гемоглобина входит

1) фосфор 2) железо 3) сера 4) магний

А6. Выберите группу химических элементов, обязательно входящую в состав белков

1) Na, K, O, S

2) N, P, C, Cl

3) C, S, Fe, O

4) C, H, O, N

А7. Пациентам с гипофункцией щитовидной железы дают препараты, содержащие

1) йод

2) железо

3) фосфор

4) натрий

Часть В

В1. Выберите функции воды в клетке

1) энергетическая 4) строительная

2) ферментативная 5) смазывающая

3) транспортная 6) терморегуляционная

В2. Выберите только физические свойства воды

1) способность к диссоциации

2) гидролиз солей

3) плотность

4) теплопроводность

5) электропроводность

6) донорство электронов

Часть С

С1. Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение?

Данный текст является ознакомительным фрагментом.