§ 5 Химический состав клетки

При существующем в природе большом разнообразии клеток все они со­стоят из одних и тех же типов химических веществ, претерпевающих одинако­вые превращения.

Живую клетку отличают две особенности: 1) в ней много воды, и поэтому все химические соединения (вещества) находятся в растворе; 2) в ней много сложных органических веществ.

Все клетки живых организмов сходны по химическому составу.

В клетках содержится более 70 химических элементов. Одни из них пред­ставлены в больших количествах (кислород, углерод, водород, азот, сера, желе­зо, фосфор, кальций, калий и др.), их называют макроэлементами. Другие эле­менты, такие как марганец, медь, селен, кобальт, цинк, иод, никель, обнаружи­ваются в незначительном количестве, их называют микроэлементами. Несмот­ря на очень малое содержание, микроэлементы играют важную роль, так как влияют на обмен веществ в клетке.

Живая клетка характеризуется постоянством своего химического соста­ва. Это постоянство обеспечивается особыми физиологическими механизмами и сохраняется при любых внешних воздействиях. Способность клетки сохра­нять устойчивость (стабильность) своего состава и, следовательно, свойств на­зывается гомеостазом (от греч. homoios— «одинаковый» и statis— «состояние»).

В клетках содержатся неорганические и органические вещества (со­единения).

Неорганические вещества клетки — это вода, различные минеральные соли, углекислый газ, кислоты и основания.

Вода является важнейшим компонентом содержимого живой клетки. Она составляет в среднем около 70% ее массы. Вода придает клетке упругость и объем, обеспечивает постоянство состава, участвует в химических реакциях и в построении органических молекул, делает возможным протекание всех процессов жизнедеятельности клетки. Вода является растворителем химичес­ких веществ, которые поступают в клетку и выводятся из нее.

Минеральные соли составляют всего 1-1,5% общей массы клетки, но роль их значительна. В растворенном виде они являются необходимой средой для химических процессов, обусловливающих жизнь клетки.

В клетках находится много разных солей. Животные с помощью выдели­тельной системы удаляют из организма избыточные соли, а у растений они на­капливаются и кристаллизуются в различных органоидах или в вакуолях. Чаще это бывают соли кальция. Их форма в клетках растений может быть различ­ной: иглы, ромбы, кристаллики — одиночные или сросшиеся вместе (друзы) (рис. 5).

Органические вещества — это углеводы, липиды (жиры), белки и нукле­иновые кислоты.

В органических соединениях важным элементом выступает углерод. Мно­гочисленные превращения молекул и образование различных крупных моле­кул органических соединений происходят благодаря уникальному свойству углеродных атомов. Это свойство заключается в том, что атомы углерода, имеющие четыре валентные связи, способны в определенном порядке объеди­няться в длинные цепи и замкнутые кольцевые структуры. Эти углеродные цепи и кольца являются «скелетами» сложных органических молекул.

Благодаря углероду возможно образование таких сложных и разнообраз­ных соединений, как органические вещества.

В клетках живых организмов синтезируются всевозможные большие и ма­лые органические молекулы. Малые молекулы называют мономерами (от греч. monos— «один» и meros— «часть», «доля»). Мономеры, как строительные блоки, могут соединяться друг с другом, образуя полимеры (греч. polys— «многочислен­ный») (рис. 6). Все молекулы белков, жиров и нуклеиновых кислот являются полимерами, а углеводы могут быть и мономерами, и полимерами.

Углеводы представляют собой органические вещества, в состав которых входят углерод, водород и кислород. Они выполняют в клетке различные функ­ции: энергетическую (сахароза, глюкоза), защитную (целлюлоза), резервную (крахмал, гликоген), являются важнейшими компонентами органических ве­ществ клетки и имеются у всех без исключения живых организмов.

В углеводах мономерами являются простые сахара, из них самые распространен­ные — рибозы (С5) и гексозы (С₆). Их называют моносахаридами. Простые сахара, соединившись вместе, могут образовать дисахариды: сахарозу, мальтозу, лактозу. Например, сахароза, или тростниковый сахар, состоит из фруктозы и части моле­кулы глюкозы, а мальтоза (солодовый сахар) — из двух молекул глюкозы. Путем соеди­нения многих моносахаридов образуются полисахариды, такие как гликоген, крахмал, целлюлоза. Моносахариды и дисахариды обладают сладким вкусом и обычно хоро­шо растворяются в воде. Полисахариды в воде почти не растворяются, безвкусны.

Липиды — это нерастворимые в воде вещества, в состав которых входят части молекул глицерина и трех жирных кислот.

Липиды представлены в клетках в виде жиров, восков и других жироподобных веществ. Их биологическая роль многообразна. Липиды входят в со­став клеточной мембраны, влияют на проницаемость клеток и активность фер­ментов, участвуют в передаче нервных импульсов, выполняют энергетическую функцию и другие.

Без липидов, так же как без воды и углеводов, жизнь клетки невозможна.

Жиры могут быть твердыми (животного происхождения) и жидкими (масла). Расщепле­ние 1 г жира сопровождается выделением 9,3 ккал энергии. Запасание питательных веществ в виде жиров оказывается наиболее энергетически выгодным. Жир плохо проводит тепло, поэтому, например, у многих животных подкожная жировая прослой­ка обеспечивает не только питание, но и сохранение тепла, защиту органов от меха­нических повреждений.

Для жизнедеятельности клетки и всего организма необходимы и другие органические вещества — белки и нуклеиновые кислоты.

1. Поясните, почему углерод особенно важен в жизни клетки.

2. Замените выделенные слова одним словом.

• Неорганическое вещество, широко распространенное в природе, — важ­ный химический компонент клетки.

• Малые молекулы органических веществ образуют в клетке сложные мо­лекулы.

3*. Расскажите, как образуются полимерные молекулы органических веществ.