Неорганические вещества.

Химический состав клетки.

Химический состав клетки тесно связан с особенностями строения и функционирования этой элементарной и функциональной единицы живого. Как и в морфологическом отношении, наиболее общим и универсальным для клеточных представителей всех царств является химический состав протопласта:

89% воды,

10% органических веществ

1% солей.

Ведущую роль в образовании протопласта среди них имеют, прежде всего, белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы.

По составу химических элементов протопласт чрезвычайно сложен. В нем содержатся вещества как с небольшим молекулярным весом так, так и вещества с крупной молекулой. 80% веса протопласта составляют высокомолекулярные вещества и лишь 20% приходится на низкомолекулярные соединения. В то же время на каждую макромолекулу приходятся сотни, а на каждую крупную макромолекулы тысячи и десятки тысяч молекул.

В состав любой клетки входят более 60 элементов периодической таблицы Менделеева.

По частоте встречаемости элементы можно поделить на три группы:

Основные элементы. Это углерод (С), водород (Н), азот (N), кислород (О). Их содержание в клетке превышает 97%. Они входят в состав всех органических веществ (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот) и составляют их основу.

Макроэлементы. К ним относятся железо (Fе), сера (S), кальций (Са), калий (К), натрий (Na), фосфор (Р), хлор (Сl). На долю макроэлементов приходится около 2%. Они входят в состав многих органических и неорганических веществ.

Микроэлементы. Имеют самое большое разнообразие (их более 50-ти), но в клетке даже взятые все вместе они менее 1 %. Микроэлементы в чрезвычайно малых количествах входят в состав многих ферментов, гормонов или специфичных тканей, но определяют их свойства. Так, фтор (F), входит в состав зубной эмали, укрепляя ее. Йод (I) участвует в строении гормона щитовидной железы тироксина, магний (Мg) входит в состав хлорофилла растительной клетки, медь (Сu) и селен (Sе) встречаются в ферментах, защищающих клетки от мутаций, цинк (Zn) связан с процессами памяти.

Все клетки животных и растительных организмов, а также микроорганизмов сходны по химическому составу, что свидетельствует о единстве органического мира.

Содержание химических элементов в клетке

Элементы Количество (в %)

Кислород 65-75

Кальций 0.04-2.00

Углерод 15-16

Магний 0.02-0,03

Водород 8-10

Натрий 0,02-0,03

Азот 1.5-3,0

Железо 0.01 -0,015

Фосфор 0,2-1,0

Цинк 0,0003

Калий 0,15-0,4

Медь 0.0002

Сера 0,15-0.2

Йод 0.0001

Хлор 0,05-0,1

Фтор 0,0001

В таблице приведены данные об атомном составе клеток. Из 109 элементов периодической системы Менделеева в клетках обнаружено значительное их большинство. Таким образом, в клетке нет каких-нибудь особенных элементов, характерных только для живой природы. Это указывает на связь и единство живой и неживой природы. На атомном уровне различий между химическим составом органического и неорганического мира нет. Различия обнаруживаются на более высоком уровне организации – молекулярном.

Все элементы клетки входят в состав различных молекул, образуют вещества, которые делятся на два класса: неорганические и органические.

Неорганические вещества.

Неорганические вещества имеют малый молекулярный вес, встречаются и синтезируются как в живой клетке, так и в неживой природе. В клетке эти вещества представлены главным образом водой и растворенной в ней солями.

а) Вода.

Вода составляет около 70% клетки. Благодаря своему особому свойству поляризации молекул вода играет огромную роль в жизни клетки.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Электрохимическая структура молекулы такова, что на кислороде имеется небольшой избыток отрицательного заряда, а на атомах водорода - положительного, то есть молекула воды имеет две части, которые притягивают другие молекулы воды разноименно заряженными частями. Это приводит к увеличению связи между молекулами, что в свою очередь определяет жидкое агрегатное состояние при температурах от 0 до 1000⁰С, несмотря на относительно малый молекулярный вес. Вместе с тем, поляризованные молекулы воды обеспечивают лучшую растворимость солей.

б) Соли.

Соли находятся в клетке, как правило, в растворенном виде, то есть в виде анионов (отрицательно заряженных ионов) и катионов (положительно заряженных ионов).

Большая часть неорганических веществ клетки находиться в виде солей, или диссоциированых на ионы.

Важнейшими анионами клетки являются гидроскид (ОН^-), карбонат (СО₃^2-), гидрокарбонат (СО₃^-), фосфат (РО₄^3-), гидрофосфат (НРO₄^-), дигидрофосфат (Н₂РO₄^-). Роль анионов огромна. Фосфат обеспечивает образование макроэргических связей (химических связей с большой энергией). Карбонаты обеспечивают буферные свойства цитоплазмы. Буферность - это способность поддерживать постоянной кислотность раствора.

К важнейшим катионам относятся протон (Н⁺), калий (К⁺), натрий (Nа⁺). Протон участвует во многих биохимических реакциях, а так же своей концентрацией определяет такую важную характеристику цитоплазмы как ее кислотность. Ионы

1) Катионы K Na Zн - обеспечивают раздражимость.

2) Ионы солей способствуют нормализации буферных свойств клетки – способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне.

Внутри клетки буферность обеспечивается анионами Н₂Po₄ , HPO₄.

Анионы слабых кислот и слабые щелочи связывают ионы водорода и гидроксид ионы (OH), благодаря чему, реакция внутри клетки практически не меняется.

3) Нерастворимые мин. соли (фосфорнокислый кальций) входят в состав межклеточного вещества костной ткани, обеспечивая прочность.

Важные биологические функции элементов мин. питания

· Сохранение кислотно-щелочного равновесия

· Активизация ферментов

· Участие в создании мембранных потенциалов клеток

· Создание осмотического давления в клетке

· Образование внутреннего и наружного скелета (раковины малюсков)

Клетка является той элементарной структурой, в которой осуществляются все основные этапы биологического обмена веществ и содержатся все основные химические компоненты живой материи. 80% веса протопласта составляют высокомолекулярные вещества - белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, АТФ. Органические вещества клетки представлены различными биохимическими полимерами, то есть такими молекулами, которые состоят из многочисленных повторений более простых, сходных по структуре участков (мономеров).