- Вміст хімічних елементів у клітці Подібність елементарного хімічного складу клітин всіх організмів...
- Будова і біологічні функції органічних речовин, що входять до складу клітини
Вміст хімічних елементів у клітці
Подібність елементарного хімічного складу клітин всіх організмів свідчить про єдність живої природи. Разом з тим немає жодного хімічного елемента живих організмів, що не зустрічалися б в тілах неживої природи. Цим підтверджується єдність неживої і живої природи.
Найбільше процентний вміст у клітині складають чотири елементи:
- кисень (65 - 70%),
- вуглець (15 - 18%),
- водень (8 - 10%),
- азот (2 - 3%).
Це органогенні елементи.
В цілому вони складають 95 - 98% загальної маси живого організму.
Такі елементи, як кальцій, калій, фосфор, сірка, кремній, натрій, хлор, магній, залізо складають в живому організмі десяті частки відсотка. Перераховані елементи відносяться до макроелементів.
Кобальт, цинк, мідь, марганець, хром, бром, бром, йод, літій, радій містяться в дуже малих кількостях, менших за 0,01%. Їх називають мікроелементами.
Важливість того чи іншого хімічного елемента для живих істот не визначається його кількістю.
Ряд мікроелементів входять до складу ферментів, гормонів та інших життєво важливих сполук, які впливають на процеси розмноження, кровотворення та ін.
Нічого не зрозуміло?
Спробуй звернутися за допомогою до викладачів
приклад 1
Цинк входить до складу молекули інсуліну; кобальт - до складу цианокобаламина (вітамін В12) і т. п.
Всі живі організми різко відрізняються від навколишнього неорганічної природи за кількісним складом хімічних елементів.
приклад 2
Вуглецю в рослинах міститься близько 18%, а в грунті - менше 1%, а кремнію, навпаки, в рослинах - 0,15%, а в грунті - 33%.
зауваження 1
Великий вміст вуглецю в складі живих організмів визначається наявністю в них вуглецевих сполук, які називаються органічними.
У деяких живих організмах нагромаджуються певні хімічні елементи.
приклад 3
У водоростях нагромаджується йод, в Лютикова - літій, а в болотної рясці - радій і т. П.
Вода та інші неорганічні речовини, їх роль в життєдіяльності клітини
З неорганічних сполук у клітині найбільше води.
Чим вище інтенсивність обміну речовин в тій чи іншій тканини, тим більше вона містить води.
приклад 4
В ембріоні людини у віці 1,5 місяців вода становить 97,5%, у восьмимісячного - 83, у новонародженої дитини - 74, у дорослої людини в середньому 66%.
Вміст води у людини в різних органах і тканинах теж різний.
приклад 5
Мозок дорослої людини містить 86% води, печінка - 70, кістки - 20% води.
З віком її зміст в тканинах зменшується.
Вода виконує в клітинах багато функцій:
- збереження обсягу,
- пружність клітини,
- розчинення різних хімічних речовин.
Крім того, вода - це те середовище, в якій відбуваються всі хімічні процеси. Вона безпосередньо бере участь у всіх хімічних реакціях: жири, вуглеводи та інші органічні сполуки розщеплюються в результаті хімічного взаємодії дії їх з водою.
Завдяки високій теплоємності вода оберігає цитоплазму від різких коливань температури і сприяє терморегуляції клітин і організму.
Частина молекул води (близько 15%) в клітинах знаходиться в зв'язаному стані з білковими молекулами. Вони ізолюють молекули білка один від одного в колоїдних розчинах.
Велика кількість органічних речовин клітини (ліпіди) мають низьку розчинність в воді. Тяжіння молекул води до цих речовин досить слабке, тому вони, складаючи основу клітинної мембрани, обмежують перехід води з клітини в зовнішнє середовище і навпаки, а також з одних ділянок клітини в інші.
Мінеральні солі у великій кількості містяться в клітинах опорних органів - хітинових панцирів, черепашок молюсків, кісток. У цитоплазмі інших клітин більша частина солей міститься в дисоційованому стані у вигляді катіонів та аніонів - калію, натрію, кальцію, хлору та ін.
Зміст в клітці катіонів має важливе значення для її функціонування. Надходження води в клітину залежить від концентрації солей, тому що клітинна мембрана проникна для молекул води і непроникна для багатьох великих молекул і іонів. Якщо в навколишньому середовищі міститься менша кількість іонів, ніж в цитоплазмі клітини, то вода надходить в клітку до вирівнювання концентрації солей (осмос).
Наявність солей в цитоплазмі визначає її буферні властивості - здатність підтримувати рН на постійному рівні (близько до нейтральної реакції), незважаючи на те, що в процесі обміну речовин безперервно утворюються кислі і лужні продукти.
Будова і біологічні функції органічних речовин, що входять до складу клітини
Різні клітини можуть дуже відрізнятися за змістом органічних речовин.
зауваження 2
У перерахунку на суху масу в клітинах міститься ліпідів - 5-15%, білків близько 10-12, вуглеводів - 0,2-2, нуклеїнових кислот - 1-2% маси клітини.
Більшість органічних сполук мають довгі молекули (полімери), що складаються з ланцюга більш простих молекул (однорідні або різнорідні мономери).
Вуглеводи у великій кількості містяться в рослинних клітинах. У деяких плодах, насінні, бульбах кількість їх іноді досягає 90%.
У тваринних клітинах вуглеводів значно менше - до 5%.
Прості вуглеводи називаються моносахаридами, складні - полісахариди.
З моносахаридів в організмах зустрічаються пентози (мають 5 атомів вуглецю) і гексози (6 атомів вуглецю). Серед пентоз найбільш важливі рибоза (складова РНК) і дезоксирибоза (складова ДНК). Серед гексоз - глюкоза і фруктоза: їх багато міститься в плодах рослин і в меді, ніж обумовлюється їх солодкий смак. Глюкоза міститься і в крові людини (близько 0,12%). Цей вуглевод - основний енергетичний матеріал обміну речовин для всіх клітин.
В результаті полімеризації двох або декількох моносахаридів утворюються полісахариди.
Серед дисахаридів найбільш поширені сахароза (складається з молекул глюкози і фруктози) і лактоза, або молочний цукор (складається з молекул глюкози і галактози).
З полімерів в природі найчастіше крохмаль, целюлоза (клітковина; у рослин) і глікоген (у тварин). Загальна формула їх - (С6Н10О5) n, а мономером цих полісахаридів є глюкоза.
приклад 6
Кожна клітина клітковини (целюлози) утворена ланцюгом з 150 - 200 молекул глюкози.
Вуглеводи - своєрідне «паливо» для живої клітини: окислюючись, вони звільняють хімічну енергію (1 г - 17,6 кДж), яка використовується кліткою на всі процеси життєдіяльності. У рослин вуглеводи виконують і будівельні функції: з них утворюються оболонки клітин.
Ліпіди - це низькомолекулярні речовини з гідрофобними властивостями. Разом з білками і вуглеводами це основні компоненти всіх видів клітин. У різних органах і тканинах вміст ліпідів неоднаково. Особливо багато їх у нервовій тканині, серці, печінці, нирках, крові, насінні і плодах деяких рослин.
За хімічною будовою ліпіди досить різноманітні. До їх складу входять вищі жирні кислоти, спирти, альдегіди, азотисті основи, амінокислоти, аміноспірти, вуглеводи, фосфорна кислота і ін. Між цими сполуками можуть утворюватися зв'язку: ефірні, складноефірні, гликозидні, амідні, фосфоефірную і т. П.
Класифікація ліпідів дуже складна через складність будови молекул цих речовин і їх різноманітність. Зараз все ліпіди прийнято ділити на нейтральні (жири) і фосфоліпіди.
Нейтральні ліпіди - це похідні вищих жирних кислот і трьохатомної спирту гліцерину. Як і вуглеводи, жири використовуються як джерело енергії: при розщепленні одного грама жиру виділяється 38,9 кДж енергії.
Підшкірний жир грає важливу теплоізоляційну роль для багатьох тварин. У тварин, що впадають в сплячку, жири забезпечують організм необхідною енергією, оскільки поживні речовини ззовні в цей час не роблю. Основний запас поживних речовин жири становлять і в насінні багатьох рослин.
Фосфоліпіди - найбільша частина ліпідів, які входять до складу мембран. Якщо в середньому на ліпіди припадає 40% сухої маси мембран, то з них: 80% - на фосфоліпіди. Звідси зрозуміло, що основні функції мембран (регулювання проникливості різних речовин і клітинного вмісту, функціонування іонних насосів, сприйняття, обробка і передача всередину клітини інформації з її поверхні, імунна відповідь, синтез білків і багато іншого) здійснюються за участю фосфоліпідів.
зауваження 3
Саме ліпіди є розчинниками деяких жиророзчинних вітамінів, оскільки самі не розчиняються у воді, але добре розчиняються в органічних розчинниках.
Білки, або протеїни, складають 50 - 80% всіх органічних речовин клітини, вони входять до складу міжклітинної рідини, лімфи, плазми крові. Всі білки - полімери, мономерами яких є амінокислоти. До складу білків входить приблизно 20 різних амінокислот.
Значення білків досить велике, тому що життя завжди пов'язана з білками. Білки входять до складу всіх органоїдів і мембран клітини складаючи головний структурний матеріал.
Дуже важлива рухова функція білків. Комплекси з молекул деяких білків (наприклад, актину і міозину) здатні до скорочення. Завдяки цій здатності білків здійснюється скорочення м'язів, рух війок і джгутиків, переміщення хромосом в клітці і т.п.
Деякі білки виконують в організмі сигнальні функції. З ними пов'язана дратівливість клітин і організмів.
Ще одна функція білків - захисна, яка забезпечується особливими білками ( антитілами ), Які знешкоджують, нейтралізують сторонні (чужорідні) для організму речовини.
Зрештою, білки є джерелом енергії. В процесі розщеплення білкової молекули на окремі амінокислоти частина їх може використовуватися для біосинтезу нових молекул білка, а частина розщеплюється остаточно, звільняючи енергію. При повному розщеплюванні 1 г білка звільняється 17,6 кДж енергії.
Величезне значення мають білки як біокаталізатори, або ферменти.
Молекули одних ферментів складаються тільки з білків, а інші можуть функціонувати лише при наявності в молекулі двох компонентів - білкового (апофермента) і небілкового (коферменту). Коферментами можуть бути різні органічні речовини, в тому числі і вітаміни.
Жодна реакція в клітці не може відбуватися з нормальною швидкістю без участі ферментів як біологічних каталізаторів.
При класифікації ферментів враховуються як специфіка їх дії на субстрат, так і хімічні реакції. Розрізняють ферменти - ліпази (розщеплюють ліпіди), амілази (розщеплюють вуглеводи), пептідази (розщеплюють білки), а також ферменти окисно-відновних реакцій, реакцій гідролізу і синтезу, реакцій перенесення, приєднання або відщеплення певних органічних сполук. Сьогодні складений каталог ферментів, в якому кожен з них має свій номер і систематичне назва.
приклад 7
Пепсин по номенклатурі ферментів позначається - 3.4.4.1 (пептид-пептідогідролаз), а ліпаза - 3.1.1.3 (гідролаза ефірів гліцерину).
Вибірковість дії ферментів на різні хімічні речовини пов'язана з їх будовою. Молекули всіх ферментів мають один або кілька активних центрів, якими вони прикріплюються до тих речовин, на які здатні діяти. Тому дія ферментів завжди специфічно.
приклад 8
Два травних ферменту - пепсин і трипсин - беруть участь у розщепленні молекул білків до невеликих фрагментів, але кожен з них діє по-різному. Пепсин руйнує зв'язку амінокислоти тирозину, а трипсин - амінокислот аргініну і лізину, причому перший діє на аміногрупи, а другий - на карбоксильні групи амінокислот.
Зазвичай ферменти каталізують багато послідовних реакцій, причому речовини, вознікщій за участю першого ферменту, служать субстратом для іншого і т.п.
Дія ферментів в клітці завжди узгоджено і відбувається в певній послідовності. Це досягається завдяки тому, що ферменти локалізовані в різних ділянках клітинної мембрани. В органелах клітини ферменти також розташовані послідовно, утворюючи впорядковані системи.
Залежно від наявності комплексу ферментів у різних видів організмів і в різних органах обмін речовин відбувається по-різному. Для функціонування кожного ферменту необхідні оптимальні температура і реакція середовища, оскільки одні активні в нейтральній (ферменти слини), інші - в кислому (ферменти шлункового соку) або лужної (ферменти підшлункової залози) середовищі. При нагріванні вище 60 градусів багато ферментів інактивуються (відбувається денатурація білка).
Нуклеїнові кислоти (лат. Nucleus - ядро) були вперше виявлені і виділені з ядер клітин. Існує два види нуклеїнових кислот - дезоксирибонуклеїнової (ДНК) і рибонуклеїнова (РНК). Основна частина ДНК зосереджена в хромосомах клітини і лише невелика її кількість міститься в мітохондріях і пластидах. РНК міститься в ядерцях, а також в цитоплазмі.
Нічого не зрозуміло?
