Химические соединения ( вещества ) клетки

• содержание ( концентрация ) химических веществ в клетке поддерживается на постоянном уровне ( строгий гомеостаз )

I . Неорганические вещества ( в % на сырую массу ) :

вода - 75 - 85 %

минеральные соли - 1 - 1,5 % ( находятся в клетке в определённых соотношениях )

II . Органические вещества :

белки - 10 - 20 %

жиры - 1 - 5 %

углеводы - 0.2 - 2 %

нуклеиновые кислоты - 1 - 2 %

АТФ и другие низкомолекулярные органические вещества - 0,1 - 0,5 %

• все клетки имеют сходный элементарный и химический состав ( свидетельство общности происхождения )

Неорганические вещества клетки

Вода , её свойства и биологические функции

• на первом месте по массе в клетке ( в среднем составляет 2 \ 3 массы клетки )

• источники воды для клетки : 1) поступление из окружающей среды ( у растений )

2. образование в клетке в результате расщепления органических веществ - жиров , углеводов , белков и из внешней среды ( у животных )

• местонахождение и преобразование в клетке - в цитоплазме , вакуолях , матриксе органелл , , ядерном соке , клеточной стенке , межклетниках

• содержание воды в клетке зависит от фазы онтогенеза организма и активности клеточного метаболизма ( чем «моложе» клетка и интенсивнее её метаболизм - тем больше ) : в клетках эмбриона - 95 % , молодой организм - 80 % , клетках пожилых людей - 60 % , нейронах - 85 % , мышечные клетки - 76 % , жировая ткань - 40 % , костная ткань - 20%

• с возрастом количество воды в клетках любого организма заметно снижается

• потеря 20 % веса за счёт воды смертельна для организма

• без воды и пищи организм может существовать не более 3 - 4 дней

• роль воды в клетке определяется ее физико-химическими , химическими и структурными свойствами

Физико-химические особенности молекулы воды

1. Небольшой размер молекул ( легко проникает через клеточные мембраны по градиенту концентрации , поры )

2. Несжимаемость (придание формы сочным органам и тканям )

3. Способность к электролитической диссоциации ( НОН = Н+ + ОН⁺ )

4. Дипольная структура ( асимметричное распределение зарядов атомов + и - )

5. Способность к образованию Н - связей ( благодаря им все молекулы природной и клеточной воды ассоциированы , отдельные молекулы только при температуре 400⁰ С )

• Н - связи в 20 раз слабее ковалентных

2. Высокая теплота испарения ( охлаждение организма )

2. Высокая теплопроводность ( быстрое и равномерное распределение тепла )

3. Большая удельная теплоёмкость ( самая большая из всех известных жидкостей )

• защита тканей от быстрого и сильного повышения температуры

• избыточная энергия ( тепло ) расходуется на разрыв Н - связей

2. Большая теплота плавления (уменьшает вероятность замерзания содержимого клеток и окружающих её жидкостей )

3. Поверхностное натяжение и когезия ( самое большое из всех жидкостей )

Когезия - сцепление молекул физического тела под действием сил притяжения

• обеспечивает движение воды по сосудам ксилемы ( проводящей ткани растений )

• передвижение растворов по тканям ( восходящий и нисходящий токи по растению , кровообращение и т. д. )

2. Прозрачность в видимом спектре ( фотосинтез , испарение )

3. Максимальная плотность при температуре 4 ⁰ С

4. Способность растворять газы ( О₂ , СО₂ и др. . )

Биологические функции воды

• все живые клетки могут существовать только в жидкой среде

1. Вода - универсальный растворитель ( для полярных молекул и неполярных соединений )

• По степени растворимости вещества разделяются на :

Гидрофильные ( хорошо растворимы в воде ) - соли , моно - и дисахариды , простые спирты , кислоты , щёлочи , аминокислоты , пептиды

• гидрофильность определяется наличием групп атомов ( радикалов ) - ОН- , СН₃^- , NН₂^- и др .

Гидрофобные (плохо растворимые или нерастворимые в воде ) - липиды , жиры , жироподобные вещества , каучук, некоторые органические растворители ( бензол , эфир ) , жирные кислот , полисахариды, глобулярные белки

• гидрофобность определяется наличием неполярных молекулярных группировок :

СН₃ - , СН₂ - СН₃ -

• гидрофобные вещества могут разделять водные растворы на отдельные компартаменты(фракции)

• гидрофобные вещества отталкиваются водой и притягиваются друг к другу (гидрофобные взаимодействия )

Амфифильные – фосфолипиды , жирные кислоты

• имеют в составе молекулы и ОН- , NН₂- , СООН- и СН₃- , СН₂ - СН₃-

• в волных растворах образуют бимолекулярный слой

2. Обеспечивает тургорные явления (тургесцентность ) в растительных клетках

Тургор - упругость растительных клеток , тканей и органов создаваемое внутриклеточной жидкостью

• обуславливает форму , упругость клеток и рост клеток , движения устьиц , транспирацию (испарение воды ) , всасывание воды корнями

3. Среда для осуществления диффузии (простой и облегчённой )

4. Обуславливает осмотические явления и осморегуляцию

Осмос - процесс диффузии воды и растворённых в ней химических веществ сквозь полупроницаемую мембрану по градиенту концентрации ( в сторону повышенной концентрации )

• лежит в основе транспорта гидрофильных веществ через мембрану клетки , всасывании продуктов пищеварения в кишечнике , воды корнями и т. д.

5. Поступление веществ в клетку (в основном в виде водного раствора )

6. Выведение метаболитов ( продуктов обмена веществ ) из клетки - экскреция

• осуществляется преимущественно в виде водных растворов

7.Обеспечивает коллоидную консистенцию (систему ) цитоплазмы - дисперсность внутриклеточной среды

8. Обеспечивает стабильность клеточных биополимеров - белков , нуклеиновых кислот

9. Определяет функциональную активность макромолекул , которая зависит от толщины гидратной (водной ) оболочки вокруг них

10. Создаёт и поддерживает химическую среду для физиологических и биохимических процессов - const pH+ - строгий гомеостаз для оптимальной реализации функций ферментов

11. Создаёт среду для протекания химических реакций синтеза и распада ( большая часть протекает только в виде водных растворов )

12. Вода - химический реагент ( важнейший метаболит )

• реакции гидролиза , расщепления и пищеварения белков , углеводов , липидов , запасных биополимеров , макроэргов – АТФ, нуклеиновых кислот

• участвует в реакциях синтеза , окислительно-восстановительные реакциях

13. Основа образования жидкой внутренней среды организма - крови , лимфы , тканевой жидкости , ликвора

14. Обеспечивает транспорт неорганических ионов и органических молекул в клетке и организме ( по жидким средам организма , цитоплазме ,проводящей ткани - ксилеме , флоэме

15. Источник кислорода , выделяющегося при фотосинтезе

16. Донор атомов водорода , необходимого для восстановления продуктов ассимиляции СО₂ в процессе фотосинтеза

17. Обеспечивает стабильность субклеточных структур ( клеточных органоидов ) и клеточных мембран

18. Терморегуляция (поглощение или выделение тепла вследствие разрыва или образования водородных связей) - const t^o C

19. Среда обитания одноклеточных организмов

20. Опорная функция ( гидростатистический скелет у животных )

21. Защитная функция (слезная жидкость , слизь )

22. Служит средой , в которой происходит оплодотворение

23. Распространение гамет , семян , личиночных стадий водных организмов

24. Способствует миграции организмов