Химические элементы составляющие 98 массы клетки. Понятие и функции белков
Все живые системы содержат в различных соотношениях химические элементы и построенные из них химические соединения, как органические, так и неорганические.
По количественному содержанию в клетке все химические элементы делят на 3 группы: макро-, микро- и ультрамикроэлементы.
Макроэлементы составляют до 99% массы клетки, из которых до 98% приходится на 4 элемента: кислород, азот, водород и углерод. В меньших количествах клетки содержат калий, натрий, магний, кальций, серу, фосфор, железо.
Микроэлементы - преимущественно ионы металлов (кобальта, меди, цинка и др.) и галогенов (йода, брома и др.). Они содержатся в количествах от 0,001% до 0,000001%.
Ультрамикроэлементы. Их концентрация ниже 0,000001%. К ним относят золото, ртуть, селен и др.
Химическое соединение - это вещество, в котором атомы одного или нескольких химических элементов соединены друг с другом посредством химических связей. Химические соединения бывают неорганическими и органическими. К неорганическим относят воду и минеральные соли. Органические соединения - это соединения углерода с другими элементами.
Основными органическими соединениями клетки являются белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.
Химические элементы и неорганические вещества клетки
Различие между живой и неживой природой отчетливо проявляется в их химическом составе. Так, земная кора на 90 % состоит из кислорода, кремния, алюминия и натрия (O, Si, Al, Na), а в живых организмах около 95 % составляют углерод, водород, кислород и азот (C, H, O, N). Кроме того, к этой группе макроэлементов относятся еще восемь химических элементов: Na - натрий, Cl - хлор, S - сера, Fe - железо, Mg - магний, P - фосфор, Ca - кальций, K - калий, содержание которых исчисляется десятыми и сотыми долями процента. В гораздо меньших количествах встречаются столь же необходимые для жизни микроэлементы: Cu - медь, Mn - марганец, Zn - цинк, Mo - молибден, Co - кобальт, F - фтор, J - йод и др.
Только 27 элементов (из 105, которые известны сегодня) выполняют определенные функции в организмах. И как мы уже отмечали, всего лишь четыре - С, H, O, N - служат основой живых организмов. Именно из них главным образом состоят органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры и т. д.).
Первое место среди макроэлементов принадлежит углероду. Он характеризуется способностью образовывать почти все типы химических связей. Углерод в большей степени, чем прочие элементы, способен к формированию крупных молекул. Его атомы могут соединяться между собой, образуя кольца и цепи. В результате возникают сложные молекулы больших размеров, характеризующиеся огромным разнообразием (на сегодня описано более 10 млн органических веществ). Кроме того, атомы углерода в одном и том же химическом соединении проявляют и окислительные, и восстановительные свойства.
Углерод выступает основой всех органических соединений. Высокое же содержание кислорода и водорода связано с наличием у них ярко выраженных окислительных и восстановительных свойств. Благодаря только трем элементам - C, H, O - существует все множество углеводов (сахаров), обобщенная формула которых выглядит как CnH2nOn (где n - число атомов). К этим трем элементам в составе белков добавляются еще атомы N и S, а в составе нуклеиновых кислот - N и P.
Существенная роль в живых организмах принадлежит и всем остальным элементам, названным выше. Так, атомы Mg входят в состав хлорофилла, а Fe - гемоглобина. Йод содержится в составе молекулы тироксина (гормона щитовидной железы), а Zn - молекулы инсулина (гормона поджелудочной железы). Наличие ионов Na и К необходимо для проведения нервного импульса, для осуществления транспорта через клеточную мембрану. Соли P и Са в большом количестве есть в костях, раковинах моллюсков, что обеспечивает высокую прочность этих образований.
Необходимо отметить, что наибольшая часть (до 85 %) химического состава живых организмов - это вода. Поскольку она универсальный растворитель для многих неорганических и органических веществ, то и оказывается идеальной средой для осуществления различных химических реакций. Вода участвует в различных биохимических реакциях (например, при фотосинтезе). С ней выводятся из организма избытки солей, продукты жизнедеятельности. Свойственные воде высокая теплоемкость и относительно высокая теплопроводность имеют существенное значение для терморегуляции организмов (при испарении пота, например, происходит охлаждение кожи).
Все живые системы на планете содержат в себе в разных объёмах химические элементы, а также органические и неорганические химические соединения.
Химическое строение клетки
В зависимости от того, какое количество того или иного химического элемента содержится в клетке, выделяют три группы химических элементов:
Макроэлементы;
Микроэлементы;
Ультра микроэлементы.
98% массы клетки составляют четыре макроэлемента: водород, углерод, азот и кислород. В значительно меньших количествах в клетке присутствуют такие макроэлементы как натрий, магний, калий, фосфор, железо и сера.
Микроэлементы формируют собой ионы галогенов и металлов (медь, кобальт, цинк, бром, йод). Микроэлементы в живой клетке содержаться в очень малых количествах (0, 00001%). К ультра микроэлементам относят ртуть, золото, селен (менее чем 0, 000001% массы клетки).
Химические соединения
Химические соединения представляют собой вещество, которое состоит из соединённых атомов двух или нескольких химических элементов. Химические соединения делятся на две группы:
Органические химические соединения (минеральные соли и вода);
Неорганические химические соединения (соединение химических элементов с углеродом).
К числу основных органических химических соединений относят белки, углеводы, жиры и нуклеиновые кислоты.
Понятие и функции белков
Белки – это высокомолекулярное органическое вещество, состоящее из остатков альфа аминокислот, соединёнными между собой пептидными связями. Белки являются очень важным веществом в процессе жизнедеятельности человека.
Функции белков:
Защитная функция. При попадании в организм вируса, белок начинает усиленное синтезирование в организме, тем самым ликвидируя его.
Структурная функция. Благодаря содержанию в белках такого компонента как коллаген, происходит процесс рубцевания повреждений в организме человека.
Двигательная. Белок принимает непосредственное участие в процессе сокращения мышечных тканей.
Транспортная. Атомы белка переносят кислород и питательные вещества к клеткам.
Энергетическая. При распаде белок освобождает энергию, необходимую человеку для жизнедеятельности.
Помимо этого белки также выступают катализаторами всех химических реакций, происходящих в организме.
Углеводы, их роль в жизнедеятельности
Углеводы – органические поли- и мономеры, содержащие в своем составе кислород, водород и углерод. Главной функцией углеводов является энергетическая функция – распад 1г углеводов освобождает 17 кДж энергии.
Углеводы в виде целлюлозы формируют стенки многих видов растений. Благодаря углеводам живые организмы также запасают питательные вещества, которые сохраняются в виде крахмала.
Жиры
К числу органических химических веществ относят также жиры . Жиры делятся на две группы: сложные и простые. Простые липиды состоят из остатков жирных кислот и глицерина. Сложные жиры представляют собой синтез простых липидов с углеводами и белками.
Все живые организмы состоят из клеток. Химический состав клеток растений и животных имеет множество общих черт. В клетках растений содержится огромное количество химических элементов, которые также могут входить в состав предметов неживой природы. Они участвуют в различных химических реакциях, происходящих внутри клетки. В химическом составе клеток живых организмов, в том числе растений, преимущественно содержатся такие элементы, как углерод, водород, кислород, азот. В целом эти элементы составляют до 98% массы клетки. Относительное содержание этих элементов в живом веществе значительно выше, чем в земной коре.
Другие элементы (калий, кальций, сера, фосфор, натрий, кремний, хлор, железо, магний) составляют десятые или сотые доли процента от общей массы клетки растения. Содержание остальных химических элементов, к примеру, цинка, меди, йода, в живом организме еще меньше (тысячные и десятитысячные доли процента). Химические элементы, соединяясь между собой, образуют неорганические и органические вещества.
Органические вещества являются важным структурным компонентом живых организмов, в том числе растений. К ним относятся углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, т.д. Белки входят в состав разнообразных клеточных образований, регулируют процессы жизнедеятельности и откладываются про запас. Жиры откладываются в семени и других частях растения.
Значение жиров состоит в том, что вследствие их расщепления освобождается необходимая для жизнедеятельности организма растения энергия. Углеводы являются основной группой органических соединений, благодаря расщеплению которых живые организмы получают энергию, необходимую для их существования.
Самым распространенным запасным углеводом, который образуется в клетках растений, благодаря фотосинтезу, является крахмал.
Огромное количество этого соединения откладывается, например, в клетках клубней картофеля или семян злаков. Другие углеводы – сахара – придают сладкий вкус плодам растений. А такой углевод, как целлюлоза, входит в состав клеточных оболочек растений. Нуклеиновым кислотам принадлежит ведущая роль в сохранении наследственной информации и передачи ее потомкам.
К неорганическим веществам в составе растительной клетки можно отнести воду и минеральные соли. Вода составляет от 60 до 95% общей массы клетки. Благодаря воде, клетка приобретает необходимую упругость, форму. Также вода принимает участие в обмене веществ.
Вода обеспечивает движение питательных веществ внутри растения и играет важную роль в регулировании температуры организма.
Примерно 1-1,5% массы клетки составляют минеральные соли, в том числе соли калия, натрия и кальция.
Большое значение играют соли магния и железа, так как они участвуют в образовании хлорофилла. Из-за недостатка либо отсутствия этих элементов листья бледнеют или вообще теряют зеленую окраску, нарушаются или приостанавливаются процессы фотосинтеза.
Таким образом, растительная клетка представляет собой своеобразную «природную лабораторию», где продуцируются и преобразуются различные химические соединения. Благодаря этому, клетку считают элементарной составной частью и функциональной единицей живого организма.
Похожие материалы:
В клетке встречается около 70 химических элементов Периодической системы Д. И. Менделеева, однако содержание этих элементов существенно отличается от их концентраций в окружающей среде, что доказывает единство органического мира.
Химические элементы, имеющиеся в клетке, делят на три большие группы: макроэлементы, мезоэлементы
(олигоэлементы) и микроэлементы
.
Содержание макроэлементов
составляет около 98 % массы клетки. К ним относятся углерод, кислород, водород и азот, входящие в состав основных органических веществ. Мезоэлементы
- это сера, фосфор, калий, кальций, натрий, железо, магний, хлор, составляющие в сумме около 1,9 % массы клетки. Сера и фосфор являются компонентами важнейших органических соединений. Химические элементы, концентрация которых в клетке около 0,1 %, относятся к микроэлементам
. Это цинк, йод, медь, марганец, фтор, кобальт и др.
Вещества клетки делят на неорганические и органические. К неорганическим веществам
относятся вода и минеральные соли.
Благодаря своим физико-химическим свойствам вода в клетке является растворителем, средой для протекания реакций, исходным веществом и продуктом химических реакций, выполняет транспортную и терморегуляторные функции, придает клетке упругость, обеспечивает ту prop растительной клетки.
Минеральные соли в клетке могут находиться в растворенном или не растворенном состояниях. Растворимые соли диссоциируют на ионы. Наиболее важными катионами являются калий и натрий, облегчающие перенос веществ через мембрану и участвующие в возникновении и проведении нервного импульса; кальций, который принимает участие в процессах сокращения мышечных волокон и свертывании крови, магний, входящий в состав хлорофилла, и железо, входящее в состав ряда белков, в том числе гемоглобина. Цинк входит в состав молекулы гормона поджелудочной железы - инсулина, медь требуется для процессов фотосинтеза и дыхания. Важнейшими анионами являются фосфат-анион, входящий в состав АТФ и нуклеиновых кислот, и остаток угольной кислоты, смягчающий колебания рН среды. Недостаток кальция и фосфора приводит к рахиту, нехватка железа - к анемии.
Органические вещества
клетки представлены углеводами, липидами, белками, нуклеиновыми кислотами, АТФ, витаминами и гормонами.
В состав углеводов
входят в основном три химических элемента: углерод, кислород и водород. Их общая формула C m (H 2 0) n . Различают простые и сложные углеводы. Простые углеводы {моносахариды) содержат единственную молекулу сахара. Их классифицируют по количеству углеродных атомов, например, пентозы (С 5) и гексозы (С 6). К пентозам относятся рибоза и дезоксирибоза. Рибоза входит в состав РНК и АТФ. Дезоксирибоза является компонентом ДНК. Гексозы - это глюкоза, фруктоза, галактоза и др. Они принимают активное участие в обмене веществ в клетке и входят в состав сложных углеводов - олигосахаридов и полисахаридов. К олигосахаридам (дисахаридам) относятся сахароза (глюкоза + фруктоза), лактоза или молочный сахар (глюкоза+галактоза) и др.
Примерами полисахаридов являются крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин. Углеводы выполняют в клетке пластическую (строительную), энергетическую (энергетическая ценность расщепления 1 г углеводов - 17,6 кДж), запасающую и опорную функции. Углеводы могут также входить в состав сложных липидов и белков.
Липиды
- это группа гидрофобных веществ. К ним относят жиры, стероиды воска, фосфолипиды и т. д.
Жир
- это сложный эфир трехатомного спирта глицерина и высших органических (жирных) кислот. В молекуле жира можно выделить гидрофильную часть - «головку» (остаток глицерина) и гидрофобную часть - «хвосты» (остатки жирных кислот), поэтому в воде молекула жира ориентируется строго определенным образом: гидрофильная часть направлена к воде, а гидрофобная - от нее.
Липиды выполняют в клетке пластическую (строительную), энергетическую (энергетическая ценность расщепления 1 г жира - 38,9 кДж), запасающую, защитную (амортизационную) и регуляторную (стероидные гормоны) функции.
Белки
- это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Аминокислоты содержат аминогруппу, карбоксильную группу и радикал. Отличаются аминокислоты только радикалами. В состав белков входит 20 основных аминокислот. Соединяются аминокислоты между собой с образованием пептидной связи. Цепочка из более чем 20 аминокислот называется полипептидом или белком. Белки образуют четыре основные структуры: первичную, вторичную, третичную и четвертичную.
- это последовательность аминокислот, соединенных пептидной связью.
Вторичная структура - это спираль, или складчатая структура, удерживаемая водородными связями между атомами кислорода и водорода пептидных группировок разных витков спирали или складок. Третичная структура (глобула) удерживается гидрофобными, водородными, дисульфидными и другими связями.
Третичная структура характерна для большинства белков организма, например, миоглобина мышц.
Четвертичная структура
наиболее сложная, образованная несколькими полипептидными цепями, соединенными в основном теми же связями, что и в третичной. Четвертичная структура характерна для гемоглобина, хлорофилла и др.
Белки могут быть простыми
и сложными
. Простые белки состоят только из аминокислот, тогда как сложные белки (липопротеины, хромопротеины, гликопротеины, нуклеопротеины и др.) содержат белковую и небелковую части. Например, в состав гемоглобина помимо четырех полипептидных цепей белка глобина входит небелковая часть - гем, в центре которой находится ион железа, придающий гемоглобину красную окраску.
Функциональная активность белков
зависит от условий окружающей среды. Утрата белковой молекулой своей структуры вплоть до первичной называется денатурацией. Обратный процесс восстановления вторичной и более высоких структур - это ренатурация. Полное разрушение белковой молекулы называется деструкцией.
Белки выполняют в клетке ряд функций: пластическую
(строительную), каталитическую
(ферментативную), энергетическую
(энергетическая ценность расщепления 1 г белка - 17,6 кДж), сигнальную
(рецепторную), сократительную
(двигательную), транспортную
, защитную
, регуляторную
, запасающую
.
Нуклеиновые кислоты
- это биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. В состав нуклеотида входят азотистое основание, остаток сахара-пентозы и остаток ортофосфорной кислоты. Выделяют два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновую (РНК) и дезоксири-бонуклеиновую (ДНК).
ДНК
включает четыре типа нуклеотидов: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). В состав этих нуклеотидов входит сахар де-зоксирибоза. Для ДНК установлены правила Чаргаффа:
1) количество адениловых нуклеотидов в ДНК равно количеству тимидиловых (А = Т);
2) количество гуаниловых нуклеотидов в ДНК равно количеству цитидиловых (Г = Ц);
3) сумма адениловых и гуаниловых нуклеотидов равна сумме тимидиловых и цитидиловых (А + Г = Т + Ц).
Структура ДНК была открыта Ф. Криком и Д. Уотсоном (Нобелевская премия по физиологии и медицине 1962 г.). Молекула ДНК представляет собой двуцепочечную спираль. Нуклеотиды соединяются между собой через остатки фосфорной кислоты, образуя фосфодиэфирную связь, при этом азотистые основания направлены вовнутрь. Расстояние между нуклеотидами в цепи равно 0,34 нм.
Нуклеотиды
разных цепей соединяются между собой водородными связями по принципу комплементарности: аденин соединяется с тими-ном двумя водородными связями (А = Т), а гуанин с цитозином - тремя (Г = Ц).
Важнейшим свойством ДНК является способность к репликации (самоудвоению). Основной функцией ДНК является хранение и передача наследственной информации.
Она сосредоточена в ядре, митохондриях и пластидах.
В состав РНК
входят также четыре нуклеотида: аденин (А), ура-цил (У), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Остаток сахара-пентозы в ней представлен рибозой. РНК - в основном одноцепочечные молекулы. Выделяют три вида РНК: информационную (и-РНК), транспортную (т-РНК) и рибосомальную (р-РНК).
Все они принимают активное участие в процессе реализации наследственной информации, которая с ДНК переписывается на и-РНК, а на последней осуществляется уже синтез белка, т-РНК в процессе синтеза белка приносит аминокислоты к рибосомам, р-РНК входит в состав самих рибосом.
111Тест «Клетка» 2 вариант 5 класс
1. Объект для исследований при работе с микроскопом и штативной лупой размещается
на предметном столике
на столе
на объективе
на штативе
2. 98% массы любой клетки составляют элементы:
углерод, водород, кислород, сера
углерод, водород, кислород, азот
углерод, водород, железо, азот
углерод, кальций, кислород, азот
3. Изобретателем микроскопа считают
Роберт Гук
Чарлз Дарвин
Архимед
Антони ван Левенгук
4. Световой микроскоп способен увеличивать объекты в:
2-20 раз
10-25 раз
200-1000 раз
80-3600 раз
5. Форма, объем клетки зависит от:
углеводов
белков
жиров
воды
6. Хлоропласты придают растениям окраску
зелёную
малиновую
фиолетовую
белую
7. Увеличение микроскопа равно:
сумме увеличений объектива и окуляра
произведению увеличений объектива и окуляра
увеличению объектива
увеличению окуляра
8. Если на клубень картофеля капнуть раствором йода, то он посинеет. Это доказывает присутствие в нем:
белков
жиров
крахмала
воды
9. Бесцветное вязкое вещество, находящееся внутри клетки, называется
целлюлоза
цитоплазма
вакуоль
клеточный сок
10. Зола, оставшаяся после сжигания семян это:
минеральные соли
углеводы
белки
жиры
11. Особенностью растительной клетки является наличие:
клеточной стенки из целлюлозы
ядра
вакуолей
хромосом
12. Хранение и передача наследственной информации в клетке осуществляется при помощи:
белков
жиров
углеводов
нуклеиновых кислот
13. При разрушении межклеточного вещества происходит:
разъединение клеток и образование межклетников
разъединение и гибель клеток
нарушение обмена веществ в клетке
нарушение перемещения цитоплазмы в клетке
14. Рассчитайте увеличение микроскопа, если его окуляр даёт 10-кратное увеличение, а объектив - 40-кратное увеличение
400
4000
15. Основной строительный материал в клетках организма
жиры
углеводы
белки
вода
16. Соматические клетки человека содержат:
6 пар хромосом
23 пары хромосом
32 пары хромосом
46 пар хромосом
17. Особые отверстия в клеточной мембране называются
митохондрии
вакуоли
поры
ворсинки
18. Часть микроскопа и штативной лупы, предназначенная для фокусировки на объекте исследования
штатив
тубус
объектив
винт
19. Клетки живых организмов открыл учёный
Антони ван Левенгук
Роберт Гук
Роберт Броун
Карл Линней
20. В растительной клетке целлюлоза входит в состав органоида
Ядро
Пластиды
Клеточная мембрана
Клеточная оболочка
21. Пластиды могут быть. (Выберите три правильных ответа)
синими
белыми
чёрными
зелёными
бесцветными
красными, жёлтыми или оранжевыми
22. Что за предмет изображен. Сделайте подписи к рисунку.
1
2
3
4
1 –
2 –
3 –
4 –
23. Установите правильную последовательность деления клетки.
A. Удвоение числа хромосом
Б. Увеличение размеров ядра
B. Расхождение парных хромосом к полюсам клетки
Г. Рассасывание оболочки ядра
Д. Выстраивание хромосом в области экватора клетки
Е. Рассасывание ядрышка
Ж. Образование дочерних клеток
З. Деление цитоплазмы
И. Формирование ядра
24. Установите соответствие между возрастом клетки и особенностями её строения и функций:
25. Установите соответствие между процессами жизнедеятельности и особенностями протекания этих процессов.
АПитание
Рост
Раздражимость
Размножение клеток
Реакция организма на внешние и внутренние раздражители
Поглощение кислорода и выделение углекислого газа
Увеличение размеров клетки
Поглощение питательных веществ и выделение продуктов распада
