Химични компоненти на клетката. Химични елементи в клетките на живите организми. Основни въпроси за преглед

Клетките на живите организми според техния химичен съставсе различават значително от заобикалящата ни нежива среда както по структурата на химичните съединения, така и по набора и съдържанието на химични елементи. Общо в живите организми присъстват (открити до момента) около 90 химични елемента, които в зависимост от съдържанието си се разделят на 3 основни групи: макроелементи , микроелементи И ултрамикроелементи .

Макроелементи.

Макронутриенти присъстват в значителни количества в живите организми, вариращи от стотни от процента до десетки процента. Ако съдържанието на някое химично вещество в тялото надвишава 0,005% от телесното тегло, такова вещество се класифицира като макронутриент. Те са част от основните тъкани: кръв, кости и мускули. Те включват например следните химични елементи: водород, кислород, въглерод, азот, фосфор, сяра, натрий, калций, калий, хлор. Макроелементите съставляват общо около 99% от масата на живите клетки, като по-голямата част (98%) са водород, кислород, въглерод и азот.

Таблицата по-долу показва основните макронутриенти в тялото:

И четирите най-често срещани елемента в живите организми (водород, кислород, въглерод, азот, както беше споменато по-рано) се характеризират с едно общо свойство. Тези елементи нямат един или повече електрони във външната орбита, за да образуват стабилни електронни връзки. По този начин на водородния атом липсва един електрон във външната му орбита, за да образува стабилна електронна връзка; кислородните, азотните и въглеродните атоми се нуждаят съответно от два, три и четири електрона. В тази връзка тези химични елементи лесно образуват ковалентни връзки поради електронно сдвояване и могат лесно да взаимодействат помежду си, запълвайки външните си електронни обвивки. В допълнение, кислородът, въглеродът и азотът могат да образуват не само единични, но и двойни връзки. В резултат на това значително се увеличава броят на химичните съединения, които могат да се образуват от тези елементи.

В допълнение, въглеродът, водородът и кислородът са най-леките сред елементите, които могат да образуват ковалентни връзки. Следователно те се оказаха най-подходящи за образуването на съединения, които изграждат живата материя. Необходимо е отделно да се отбележи друго важно свойство на въглеродните атоми - способността да се образуват ковалентни връзки с четири други въглеродни атома наведнъж. Благодарение на тази способност се създават рамки от огромен брой различни органични молекули.

Микроелементи.

Въпреки че съдържанието микроелементи не надвишава 0,005% за всеки отделен елемент, а общо те съставляват само около 1% от клетъчната маса, необходими за живота на организмите. При тяхното отсъствие или недостатъчно съдържание могат да възникнат различни заболявания. Много микроелементи са част от небелтъчните групи ензими и са необходими за тяхната каталитична функция.
Например желязото е компонент на хема, който е част от цитохромите, които са компоненти на веригата за транспортиране на електрони, и хемоглобина, протеин, който транспортира кислород от белите дробове до тъканите. Недостигът на желязо в човешкото тяло причинява развитие на анемия. А липсата на йод, който е част от хормона на щитовидната жлеза - тироксин, води до заболявания, свързани с дефицит на този хормон, като ендемична гуша или кретинизъм.

Примери за микроелементи са представени в таблицата по-долу:

Ултрамикроелементи.

Към групата ултрамикроелементи включва елементи, чието съдържание в тялото е изключително ниско (по-малко от 10-12%). Те включват бром, злато, селен, сребро, ванадий и много други елементи. Повечето от тях са необходими и за нормалното функциониране на живите организми. Например, липсата на селен може да доведе до рак, а липсата на бор е причина за някои заболявания по растенията. Много елементи от тази група, както и микроелементите, са част от ензимите.

Повече, други - по-малко.

На атомно ниво няма разлики между органичния и неорганичния свят на живата природа: живите организми се състоят от същите атоми като телата на неживата природа. Съотношението на различните химични елементи в живите организми и в земната кора обаче варира значително. Освен това живите организми могат да се различават от околната среда по изотопния състав на химичните елементи.

Условно всички елементи на клетката могат да бъдат разделени на три групи.

Макронутриенти

Цинк- влиза в състава на ензимите, участващи в алкохолната ферментация и инсулина

Мед- е част от окислителните ензими, участващи в синтеза на цитохроми.

Селен- участва в регулаторните процеси на организма.

Ултрамикроелементи

Ултрамикроелементите съставляват по-малко от 0,0000001% в организмите на живите същества, включително злато, сребро, имат бактерициден ефект, потискат реабсорбцията на вода в бъбречните тубули, засягат ензимите. Ултрамикроелементите също включват платина и цезий. Някои хора включват в тази група и селен; при неговия дефицит се развива рак. Функциите на ултрамикроелементите все още са слабо разбрани.

Молекулен състав на клетката

Вижте също

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е „Химичен състав на клетка“ в други речници:

Клетки - вземете действащ купон за отстъпка в Академика Галерия Козметикс или купете изгодни клетки с безплатна доставка на разпродажба в Галерия Козметикс

Общата структура на бактериалната клетка е показана на фигура 2. Вътрешната организация на бактериалната клетка е сложна. Всяка систематична група микроорганизми има свои специфични структурни особености. Клетъчна стена... ... Биологична енциклопедия

Уникалността на вътреклетъчната структура на червените водорасли се състои както от характеристиките на обикновените клетъчни компоненти, така и от наличието на специфични вътреклетъчни включвания. Клетъчни мембрани. В мембраните на червените кръвни клетки...... Биологична енциклопедия

- (Argentum, argent, Silber), химикал. Ag знак. С. е един от металите, познати на човека от древността. В природата се среща както в естествено състояние, така и под формата на съединения с други тела (със сяра, например Ag 2S... ...

- (Argentum, argent, Silber), химикал. Ag знак. С. е един от металите, познати на човека от древността. В природата се среща както в естествено състояние, така и под формата на съединения с други тела (със сяра, например Ag2S сребро ... Енциклопедичен речник F.A. Brockhaus и I.A. Ефрон

Този термин има други значения, вижте Клетка (значения). Човешки кръвни клетки (HBC) ... Уикипедия

Терминът биология е предложен от изключителния френски натуралист и еволюционист Жан Батист Ламарк през 1802 г., за да обозначи науката за живота като специален феномен на природата. Днес биологията е комплекс от науки, които изучават... ... Уикипедия

Клетката е елементарна единица на структурата и жизнената дейност на всички живи организми (с изключение на вирусите, които често се наричат ​​неклетъчни форми на живот), притежаваща собствен метаболизъм, способна на самостоятелно съществуване,... ... Уикипедия

- (цито + химия) раздел от цитологията, който изучава химичния състав на клетката и нейните компоненти, както и метаболитни процеси и химични реакции, които са в основата на живота на клетката... Голям медицински речник

Клетката е елементарна единица на живо същество, притежаваща всички характеристики на организма: способност за възпроизвеждане, растеж, обмен на вещества и енергия с околната среда, раздразнителност и постоянство на химическата продукция.
Макроелементите са елементи, чието количество в клетката е до 0,001% от телесното тегло. Примери за това са кислород, въглерод, азот, фосфор, водород, сяра, желязо, натрий, калций и др.
Микроелементите са елементи, чието количество в клетката варира от 0,001% до 0,000001% от телесното тегло. Примери за това са бор, мед, кобалт, цинк, йод и др.
Ултрамикроелементите са елементи, чието съдържание в една клетка не надвишава 0,000001% от телесното тегло. Примери за това са злато, живак, цезий, селен и др.

2. Направете диаграма на „Клетъчни вещества“.

3. Какво показва научният факт за сходството на елементарния химичен състав на живата и неживата природа?
Това показва общността на живата и неживата природа.

Неорганични вещества. Ролята на водата и минералите в живота на клетката.
1. Дайте определения на понятията.
Неорганичните вещества са вода, минерални соли, киселини, аниони и катиони, присъстващи както в живи, така и в неживи организми.
Водата е едно от най-разпространените неорганични вещества в природата, чиято молекула се състои от два водородни атома и един кислороден атом.

2. Начертайте диаграма на “Структурата на водата”.

3. Какви структурни характеристики на водните молекули й придават уникални свойства, без които животът е невъзможен?
Структурата на водната молекула се формира от два водородни атома и един кислороден атом, които образуват дипол, тоест водата има две полярности „+” и „-”, което допринася за нейната пропускливост през стените на мембраната, способността да разтварят химикали. В допълнение, водните диполи са свързани чрез водородни връзки помежду си, което осигурява способността му да бъде в различни агрегатни състояния, както и да разтваря или не разтваря различни вещества.

4. Попълнете таблицата „Ролята на водата и минералите в клетката“.

5. Какво е значението на относителното постоянство на вътрешната среда на клетката за осигуряване на нейните жизнени процеси?
Постоянността на вътрешната среда на клетката се нарича хомеостаза. Нарушаването на хомеостазата води до увреждане на клетката или до нейната смърт, пластичният метаболизъм и обменът на енергия непрекъснато се случват в клетката, това са два компонента на метаболизма, а нарушаването на този процес води до увреждане или смърт на целия организъм.

6. Каква е целта на буферните системи на живите организми и какъв е принципът на тяхното функциониране?
Буферните системи поддържат определена стойност на pH (показател за киселинност) на средата в биологичните течности. Принципът на действие е, че рН на средата зависи от концентрацията на протони в тази среда (Н+). Буферната система е способна да абсорбира или дарява протони в зависимост от тяхното навлизане в околната среда отвън или, обратно, отстраняване от околната среда, докато pH няма да се промени. Наличието на буферни системи е необходимо в живия организъм, тъй като поради промени в условията на околната среда рН може да варира значително и повечето ензими работят само при определена стойност на рН.
Примери за буферни системи:
карбонат-хидрокарбонат (смес от Na2CO3 и NaHCO3)
фосфат (смес от K2HPO4 и KH2PO4).

Органични вещества. Ролята на въглехидратите, липидите и протеините в живота на клетката.
1. Дайте определения на понятията.
Органичните вещества са вещества, които задължително съдържат въглерод; те са част от живите организми и се образуват само с тяхно участие.
Протеините са органични вещества с високо молекулно тегло, състоящи се от алфа аминокиселини, свързани във верига чрез пептидна връзка.
Липидите са голяма група естествени органични съединения, включително мазнини и мастноподобни вещества. Молекулите на простите липиди се състоят от алкохол и мастни киселини, сложните - от алкохол, високомолекулни мастни киселини и други компоненти.
Въглехидратите са органични вещества, съдържащи карбонилни и няколко хидроксилни групи и иначе се наричат ​​захари.

2. Попълнете таблицата с липсващата информация "Структура и функции на органичните вещества на клетката."

3. Какво се разбира под денатурация на протеин?
Денатурацията на протеина е загубата на естествената структура на протеина.

Нуклеинови киселини, АТФ и други органични съединения на клетката.
1. Дайте определения на понятията.
Нуклеиновите киселини са биополимери, състоящи се от мономери - нуклеотиди.
АТФ е съединение, състоящо се от азотната основа аденин, въглехидратната рибоза и три остатъка от фосфорна киселина.
Нуклеотидът е мономер на нуклеинова киселина, който се състои от фосфатна група, петвъглеродна захар (пентоза) и азотна основа.
Макроергичната връзка е връзка между остатъците от фосфорна киселина в АТФ.
Комплементарността е пространственото взаимно съответствие на нуклеотидите.

2. Докажете, че нуклеиновите киселини са биополимери.
Нуклеиновите киселини се състоят от голям брой повтарящи се нуклеотиди и имат маса от 10 000 до няколко милиона въглеродни единици.

3. Опишете структурните характеристики на нуклеотидната молекула.
Нуклеотидът е съединение от три компонента: остатък от фосфорна киселина, петвъглеродна захар (рибоза) и едно от азотните съединения (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).

4. Каква е структурата на ДНК молекулата?
ДНК е двойна спирала, състояща се от много нуклеотиди, които са последователно свързани един с друг поради ковалентни връзки между дезоксирибозата на един и остатъка от фосфорна киселина на друг нуклеотид. Азотните бази, които са разположени от едната страна на гръбнака на една верига, са свързани чрез Н-връзки с азотните бази на втората верига съгласно принципа на комплементарност.

5. Прилагайки принципа на комплементарността, конструирайте втората верига на ДНК.
T-A-T-C-A-G-A-C-C-T-A-C
А-Т-А-Г-Т-Ц-Т-Г-Г-А-Т-Г.

6. Какви са основните функции на ДНК в клетката?
С помощта на четири вида нуклеотиди ДНК записва цялата важна информация в клетката за организма, която се предава на следващите поколения.

7. По какво се различава РНК молекулата от ДНК молекулата?
РНК е единична верига, по-малка от ДНК. Нуклеотидите съдържат захарта рибоза, а не дезоксирибоза, както в ДНК. Азотната основа, вместо тимин, е урацил.

8. Какво е общото между структурите на ДНК и РНК молекулите?
И РНК, и ДНК са биополимери, изградени от нуклеотиди. Общото в структурата на нуклеотидите е наличието на остатък от фосфорна киселина и основите аденин, гуанин и цитозин.

9. Попълнете таблицата „Видове РНК и техните функции в клетката“.

10. Какво е АТФ? Каква е неговата роля в клетката?
АТФ – аденозин трифосфат, високоенергийно съединение. Функциите му са универсален съхраняващ и носител на енергия в клетката.

11. Каква е структурата на молекулата на АТФ?
АТФ се състои от три остатъка от фосфорна киселина, рибоза и аденин.

12. Какво представляват витамините? На какви две големи групи са разделени?
Витамините са биологично активни органични съединения, които играят важна роля в метаболитните процеси. Те се делят на водоразтворими (С, В1, В2 и др.) и мастноразтворими (А, Е и др.).

13. Попълнете таблицата „Витамини и тяхната роля в човешкото тяло“.

Отделна група сред макроелементите се състои от органогенни елементи(O, C, H, N), които образуват молекулите на всички органични вещества.

Макроелементи, тяхната роля в клетката.Органогенни елементи -кислород, въглерод, водород и азот съставляват ≈98% от химичното съдържание на клетката. Те лесно образуват ковалентни връзки чрез споделяне на два електрона (по един от всеки атом) и по този начин образуват голямо разнообразие от органични вещества в клетката.

Други макроелементи в животинските и човешките клетки (калий, натрий, магнезий, калций, хлор, желязо) също са жизненоважни, съставлявайки около 1,9%.

По този начин йоните на калия и натрия регулират осмотичното налягане в клетката, определят нормалния ритъм на сърдечната дейност, възникването и провеждането на нервен импулс. Калциевите йони участват в кръвосъсирването и свиването на мускулните влакна. Неразтворимите калциеви соли участват в образуването на костите и зъбите.

Магнезиевите йони играят важна роля във функционирането на рибозомите и митохондриите. Желязото е част от хемоглобина.

Микроелементи, тяхната роля в клетката.Биологичната роля на микро- и ултрамикроелементите се определя не от процентното им съдържание, а от факта, че те влизат в състава на ензими, витамини и хормони. Например кобалтът е част от витамин В12, йодът е част от хормона тироксин, медта е част от ензимите, които катализират редокс процесите.

Ултрамикроелементи, тяхната роля в клетката.Тяхната концентрация не надвишава 0,000001%. Това са следните елементи: злато, сребро, олово, уран, селен, цезий, берилий, радий и др. Физиологичната роля на много химични елементи все още не е установена, но те са необходими за нормалното функциониране на организма. Например недостигът на ултрамикроелемента Селен води до развитие на рак.

Обобщена информация за биологичното значение на основните химични елементи, съдържащи се в клетките на живите организми, е представена в таблица 4.1.

Когато има недостиг на важен химичен елемент в почвата на даден регион, което причинява неговия дефицит в организма на местните жители, т.нар. ендемични заболявания.

Всички химични елементи се съдържат в клетката под формата на йони или са част от химични вещества.

Таблица 4.1.Основни химични елементи на клетката и тяхното значение за живота и дейността на организмите

Клетъчни химикали

>> Химия: Химични елементи в клетките на живите организми

Повече от 70 елемента са открити във веществата, които образуват клетките на всички живи организми (човек, животни, растения). Тези елементи обикновено се разделят на две групи: макроелементи и микроелементи.

Макроелементите се съдържат в клетките в големи количества. На първо място, това са въглерод, кислород, азот и водород. Заедно те съставляват почти 98% от общото съдържание на клетката. В допълнение към тези елементи макроелементите включват също магнезий, калий, калций, натрий, фосфор, сяра и хлор. Общото им съдържание е 1,9%. Така делът на другите химични елементи е около 0,1%. Това са микроелементи. Те включват желязо, цинк, манган, бор, мед, йод, кобалт, бром, флуор, алуминий и др.

В млякото на бозайниците са открити 23 микроелемента: литий, рубидий, мед, сребро, барий, стронций, титан, арсен, ванадий, хром, молибден, йод, флуор, манган, желязо, кобалт, никел и др.

Кръвта на бозайниците съдържа 24 микроелемента, а човешкият мозък съдържа 18 микроелемента.

Както можете да видите, в клетката няма специални елементи, характерни само за живата природа, тоест на атомно ниво няма разлики между живата и неживата природа. Тези различия се срещат само на ниво сложни вещества - на молекулярно ниво. Така наред с неорганичните вещества (вода и минерални соли) клетките на живите организми съдържат и характерни само за тях вещества – органични вещества (белтъчини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини, витамини, хормони и др.). Тези вещества са изградени главно от въглерод, водород, кислород и азот, т.е. от макроелементи. Микроелементите се съдържат в тези вещества в малки количества, но тяхната роля за нормалното функциониране на организмите е огромна. Например, съединенията на бор, манган, цинк и кобалт рязко повишават добива на отделни селскостопански растения и повишават устойчивостта им към различни заболявания.

Човекът и животните получават необходимите за нормален живот микроелементи чрез растенията, които ядат. Ако в храната няма достатъчно манган, тогава е възможно забавяне на растежа, забавен пубертет и метаболитни нарушения по време на формирането на скелета. Добавянето на частици от милиграм манганови соли към ежедневната диета на животните елиминира тези заболявания.

Кобалтът е част от витамин В12, който е отговорен за функционирането на кръвотворните органи. Липсата на кобалт в храната често причинява сериозни заболявания, които водят до изчерпване на тялото и дори смърт.

Значението на микроелементите за хората беше разкрито за първи път по време на изследване на заболяване като ендемична гуша, причинено от липса на йод в храната и водата. Приемането на сол, съдържаща йод, води до възстановяване, а добавянето й към храната в малки количества предотвратява заболяването. За целта се йодира трапезната сол, към която се добавя 0,001-0,01% калиев йодид.

Повечето биологични ензимни катализатори съдържат цинк, молибден и някои други метали. Тези елементи, съдържащи се в много малки количества в клетките на живите организми, осигуряват нормалното функциониране на най-фините биохимични механизми и са истински регулатори на жизнените процеси.

Много микроелементи се съдържат във витамините - органични вещества с различно химично естество, които влизат в тялото с храната в малки дози и оказват голямо влияние върху метаболизма и цялостното функциониране на организма. По своето биологично действие те са близки до ензимите, но ензимите се образуват от клетките на тялото, а витамините обикновено идват от храната. Източници на витамини са растенията: цитрусови плодове, шипки, магданоз, лук, чесън и много други. Някои витамини – А, В1, В2, К – се получават синтетично. Витамините са получили името си от две думи: vita - живот и амин - съдържащ азот.

Микроелементите също са част от хормоните - биологично активни вещества, които регулират функционирането на органите и органните системи при хората и животните. Носят името си от гръцката дума harmao - побеждавам. Хормоните се произвеждат от жлезите с вътрешна секреция и навлизат в кръвта, която ги разнася по цялото тяло. Някои хормони се получават синтетично.

1. Макроелементи и микроелементи.

2. Ролята на микроелементите в живота на растенията, животните и човека.

3. Органични вещества: протеини, мазнини, въглехидрати.

4. Ензими.

5. Витамини.

6. Хормони.

На какво ниво на формите на съществуване на химичния елемент започва разликата между живата и неживата природа?

Защо отделните макроелементи се наричат ​​още биогенни? Избройте ги.