Тема 2. Химический состав клетки: неорганические вещества

Задание № 1

1.Прочитайте ниже изложенный учебный материал.

2.Проанализируйте таблицы из приложения

3.Ответьте на вопросы самоконтроля.

В живых организмах обнаружено около 80 химических элементов. Но достоверно известно о функциях в организмах лишь в отношении 27 из них. В состав живых организмов входят атомы тех же элементов, что и в состав неживой природы, но их содержание иное.

По количественному содержанию в живом веществе элементы делятся на три группы.

1.Макроэлементы их концентрация в клетке достигает 99,9 %

А.Основные элементы (органогенные,) – водород, углерод, азот, кислород. Концентрация основных элементов в клетке достигает 98 % . Они являются универсальными компонентами органических соединений клетки.

Б.Макроэлементы – Na, К, Са, Cl, P, S, Fe, Mg. Их концентрация превышает 1-2%. Они также имеют универсальное значение в клетке. Например, натрий, калий и хлор обеспечивают проницаемость клеточных мембран для различных веществ и проведение импульса по нервному волокну. Кальций и фосфор участвуют в формировании межклеточного вещества костной такни, определяя прочность кости. Кроме того, кальций – один из факторов, от которых зависит нормальная свертываемость крови. Железо входит в состав гемоглобина и т.д

Водород, кислород, углерод, азот, серу фосфор еще часто называю биоэлементами, так как они являются необходимыми составными частями молекул биологических полимеров – белков и нуклеиновых кислот

3.Микроэлементы – Al, Ni, Br, F, B, Zn, I, Cu, F, Мn, Мо, Со и многие другие. Их суммарная доля составляет 0,1%. Входят в состав биологически активных соединений (ферментов, гормонов и витаминов) и влияют на усвоение организмом других макроэлементов; могут накапливаться в живых организмах(например, водоросли накапливают йод, лютики-литий)

3.Ультрамикроэлементы –Au, Be, Ag, Hg, Se и др. Концентрация ультрамикроэлементов в клетке менее 0,01%. Физиологическая роль этих компонентов в живых организмах пока не установлена (Приложения).

Неорганические вещества клетки: вода и минеральные соли.

К неорганическим соединениям относятся вода и минеральные соли. В количественном отношении первое место среди химических соединений любой клетки занимает вода. Ее содержание колеблется в зависимости от вида организма, условий его местообитания, типа клеток и их функционального состояния (в среднем доля воды от общей массы клетки составляет 70%) так, в клетках костной ткани содержится не более 20% воды, жировой ткани – около 40, в мышечных клетках -76, а в клетках развивающегося зародыша более 90%. С возрастом количество воды в клетках любого организма заметно снижается. Отсюда следует, что чем выше функциональная активность клеток и организма в целом, тем больше содержание воды в них, и наоборот.

Вода в клетке находится в двух формах - свободной и связанной.

Основными свойствами воды являются следующие.

1.Вода – универсальный растворитель для органических и неорганических молекул, вследствие полярности своих молекул. Благодаря полярности молекул и способности образовывать водородные связи, вода является хорошим растворителем для полярных веществ, называемых гидрофильными. К ним относятся ионные соединения, у которых заряженные частицы (ионы) диссоциируют (отделяются друг от друга) в воде, когда вещество растворяется (например, соли). Такой способностью обладают и некоторые не ионные соединения, в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы ( сахаров, аминокислот, простых спиртов это ОН – группы). Неполярные вещества, например, липиды, практически нерастворимы в воде, т.е. они гидрофобны.

2.Вода служит средой для протекания химических реакций, а также участник многих химических реакций. Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы имеют возможность двигаться более свободно и соответственно его реакционная способность возрастает. По этой причине вода является основной средой, где протекают большинство реакций. Кроме того, все реакции гидролиза и многочисленные окислительно-восстановительные реакции идут при непосредственном участии воды.

3.Обеспечивает приток веществ в клетку и удаление из нее продуктов жизнедеятельности, поскольку большинство химических соединений может проникнуть через наружную цитоплазматическую мембрану только в растворенном виде.

4.Теплорегулятор. Вода обладает наивысшей удельной теплоемкостью из всех известных жидкостей. Это значит, что существенное увеличение тепловой энергии вызывает сравнительно небольшое повышение ее температуры. Такое явление обусловлено тем, что значительная часть этой энергии расходуется на разрыв водородных связей, ограничивающих подвижность молекул вода. Большая теплоемкость воды защищает ткани растений и животных от быстрого и сильного повышения температуры, тогда как высокая теплота парообразования обеспечивает надежную стабилизацию температуры тела организма. Необходимость значительных количеств энергии для испарения воды обусловлена наличием водородных связей между ее молекулами. Эта энергия черпается из окружающей среды, поэтому испарение сопровождается охлаждением. Указанное явление используется у животных при потоотделении, при тепловой одышке у собак, которые в жаркую погоду сидят с открытым ртом; оно играет важную физиологическую роль в охлаждении транспирирующих органов растений, особенно в условиях пустынь и сухих степей.

5.Своеобразный «скелет клетки – поддерживает ее форму.

Минеральные соли находятся в клетке либо в виде ионов, либо в твердом состоянии.

Среди ионов наибольшее значение имеют: катионы натрия, калия, кальция, которые обеспечивают такое важное свойство живых организмов как раздражимость. В тканях многоклеточных животных ионы кальция входят в состав межклеточного «цемента», обуславливающего сцепление клеток между собой и упорядоченное их расположение в тканях. От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства клетки.

Буферность – способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне. Буферные растворы характеризуются тем, что внесение в них или образование в процессе обмена веществ небольших количеств кислоты или щелочи не оказывает влияния на значения рН вследствие образования соединений с карбонатами, фосфатами или органическими молекулами. Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами Н₂РО^-. Во внеклеточной жидкости и крови роль буфера играют НСО₃^-.Анионы слабых кислот и слабые щелочи связывают ионы водорода (Н⁺) и гидроксоионы (ОН^-), благодаря чему реакция внутри клетки практически не меняется.

Нерастворимые минеральные соли, например, фосфорнокислый кальций, входят в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков, обеспечивая прочность этих образований.