Билет № 16

1. Химический состав клетки. Роль воды и минеральных веществ в жизни клетки и организма.

В состав клетки входит около 70 химических эле­ментов периодической системы Д. И. Менделеева. Все эти элементы встречаются и в неживой природе, что служит одним из доказательств общности живой и неживой природы. Однако соотношение химических элементов в живых организмах иное, чем в объектах неодушевленной природы.

Кроме четырех основных элементов в клетке в за­метных количествах (десятые и сотые доли процента) со­держатся натрий, калий, кальций, хлор, фосфор, сера, железо, магний. Каждый из них выполняет важную функцию в клетке. Например, ионы Na+, К и С1 обес­печивают проницаемость клеточных мембран для раз­личных веществ и проведение импульса по нервному во­локну. Кальций и фосфор участвуют в формировании костной ткани, обеспечивая прочность кости. Кроме того, кальций — один из факторов, влияющих на про­цесс свертывания крови. Железо входит в состав гемо­глобина — белка эритроцитов, связывающего кислород. Магний в клетках зеленых растений — компонент хлорофилла — пигмента, обеспечивающего преобразова­ние солнечной энергии в энергию химических связей (фотосинтез), в клетках животных находится в составе ряда ферментов.

Остальные элементы (цинк, медь, иод, фтор и др.) содержатся в живых организмах в очень малых коли­чествах — в общей сложности до 0,02%. Они встре­чаются главным образом в специализированных клет­ках, где участвуют в образовании биологически актив­ных веществ. Так, цинк входит в молекулу гормона поджелудочной железы инсулина, регулирующего уг­леводный обмен, иод — компонент гормона щито­видной железы тироксина, регулирующего интенсив­ность обмена веществ и рост организма в процессе раз­вития.

Все химические элементы находятся в организме ли­бо в виде ионов, либо входят в состав тех или иных со­единений — молекул неорганических и органических веществ.

Неорганические соединения, входящие в состав клетки

Вода. Самое распространенное неорганическое соединение в живых организмах — вода. Ее содержание в клетках разного типа колеблется в широких пределах: в клетках эмали зубов воды около 10%, а в клетках раз­вивающегося зародыша — более 90%. В теле медузы воды до 98%. Но в среднем в многоклеточном организ­ме вода составляет около 80% массы тела.

Важная роль воды в клетке обусловлена ее химиче­ской природой. Дипольный характер строения молекул воды объясняет их способность активно вступать во взаимодействие с различными веществами. Для многих веществ энергия связи между атомами меньше, чем энергия притяжения этих атомов к молекулам воды. На этом основано явление растворимости — диссоциации молекул на ионы в водной среде.

Вода — хороший растворитель для огромного коли­чества органических и неорганических веществ. Боль­шинство химических реакций в клетке происходит между растворенными в воде веществами. Проникнове­ние веществ в клетку и выведение из нее продуктов жизнедеятельности также возможно только в раство­ренном виде.

Вода принимает участие в явлениях осмоса, играю­щего важную роль в поддержании постоянства химиче­ского состава клетки. Осмосом называется проникно­вение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор какого-либо вещества. Полупрони­цаемыми называются мембраны, которые пропускают молекулы растворителя, но не пропускают молекулы (или ионы) растворенного вещества. Следовательно, осмос — это односторонняя диффузия молекул воды в направлении раствора.

Не менее важна для клетки и чисто химическая роль воды. Под действием специальных ферментов она всту­пает в реакции гидролиза, т. е. в реакции, при которых к свободным валентностям различных молекул присо­единяются ионы ОН или Н воды. В результате обра­зуются новые вещества с новыми свойствами.

Вода обладает хорошей теплопроводностью и боль­шой теплоемкостью, поэтому температура внутри клет­ки (и организма) более устойчива, чем в окружающей среде.

Минеральные соли. Подавляющая часть неорганиче­ских веществ клетки находится в виде солей — либо диссоциированных на ионы, либо в твердом состоянии. Среди первых большое значение имеют катионы К+ , Na+, Ca2+ , которые обеспечивают такое важнейшее свойство живых организмов, как раздражимость. В тка­нях многоклеточных животных кальций входит в состав межклеточного «цемента», обусловливающего сцепле­ние клеток между собой и упорядоченное их располо­жение в тканях. Следует обратить внимание на то, что содержание катионов в клетке и в окружающей клетку среде — регулируемый процесс. Например, в цитоплаз­ме клеток довольно много калия и очень мало натрия. Во внеклеточной среде (в плазме крови, в межклеточ­ной жидкости, в морской воде) много натрия и мало калия.

От концентрации солей зависят буферные свойства клетки. Буферностью называется способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содер­жимого на постоянном уровне. Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами Н2РО4- и НРО42-. Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют Н2СО3 и НСО3-. Анионы слабых кислот и слабые щелочи связывают ионы водорода и гидроксилионы (ОН-), благодаря чему реакция внутри клетки практически не меняется.

Нерастворимые минеральные соли, например фос­форнокислый кальций, обеспечивают прочность кост­ной ткани позвоночных и раковины моллюсков.