Які хімічні елементи становлять 98 мас клітини. Органічні речовини клітини

У клітинах виявлено близько 60 елементів періодичної системи Менделєєва, що трапляються й у неживій природі. Це один із доказів спільності живої та неживої природи. У живих організмах найбільш поширені водень, кисень, вуглець та азот, що становлять близько 98% маси клітин. Таке зумовлено особливостями хімічних властивостей водню, кисню, вуглецю та азоту, внаслідок чого вони виявилися найбільш підходящими для утворення молекул, що виконують біологічні функції. Ці чотири елементи здатні утворювати дуже міцні ковалентні зв'язки за допомогою парування електронів, що належать двом атомам. Ковалентно пов'язані атоми вуглецю можуть формувати каркаси незліченної множини різних органічних молекул. Оскільки атоми вуглецю легко утворюють ковалентні зв'язки з киснем, воднем, азотом, а також із сіркою, органічні молекули досягають виняткової складності та різноманітності будови.

Крім чотирьох основних елементів у клітині у помітних кількостях (10 ї

та 100 ї

частки відсотка) містяться залізо, калій, натрій, кальцій, магній, хлор, фосфор та сірка. Решта елементів (цинк, мідь, йод, фтор, кобальт, марганець та інших.) перебувають у клітці у дуже малих кількостях і тому називаються мікроелементами.

Хімічні елементи входять до складу неорганічних та органічних сполук. До неорганічних сполук відносяться вода, мінеральні солі, діоксид вуглецю, кислоти та основи. Органічні сполуки – це білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, жири (ліпіди) та ліпоїди. Крім кисню, водню, вуглецю та азоту до їх складу можуть входити інші елементи. Деякі білки містять сірку. Складовою частиною нуклеїнових кислот є фосфор. Молекула гемоглобіну включає залізо, магній бере участь у побудові молекули хлорофілу. Мікроелементи, незважаючи на вкрай низький вміст живих організмів, відіграють важливу роль у процесах життєдіяльності. Йод входить до складу гормону щитовидної залози - тироксину, кобальт - до складу вітаміну В 12

Гормон острівцевої частини підшлункової залози – інсулін – містить цинк. У деяких риб місце заліза в молекулах пігментів, що переносять кисень, займає мідь.

Інші статті:

Монофілетичне походження людства: теорії поліцентризму та моноцентризму
В історії антропології питання про те, чи відбуваються всі людські раси від одного загального кореня або від кількох різних коренів, ставилося по-різному: протягом XVIII і до середини XIX ст. – у площині систематики, починаючи з другої...

Природні фактори розутворення
Якою є роль природних факторів розутворення? Фахівці зіставляли географічні варіації тих чи інших ознак із кліматичними характеристиками. В результаті отримані переконливі позитивні кореляції між шириною носа і порівнюють...

Най-най
Найменша жаба – чорногруда жаба (Bufo taitanus beiranus), яка мешкає в Африці. Найбільший екземпляр мав 24 мм завдовжки. «Найменша жаба» Найменша жаба і водночас найменша амфібія – кубинський карлик.

"Біологія. Живий організм. 6 клас". Н.І. Сонін

Хімічний склад рослинної та тваринної клітин

Запитання 1.
До складу клітини входить близько 80 хімічних елементів періодичної системи Д. І. Менделєєва. Всі ці елементи зустрічаються і в неживій природі, що є одним із доказів спільності живої та неживої природи. Проте співвідношення хімічних елементів у живих організмах інше, ніж об'єктах неживої природи. Тільки живих організмах містяться органічні речовини: білки, жири, вуглеводи і нуклеїнові кислоти.

Запитання 2.
Хімічний складрослинної та тваринної клітин подібний. Всі живі організми складаються з тих самих елементів, неорганічних і органічних сполук. Але зміст різних елементів у різних клітинах відрізняється. У кожен тип клітин входить неоднакова кількість певних органічних молекул. У рослинних клітинах переважають складні вуглеводи (клітковина, крохмаль), у тварин більше білків та жирів. Кожна з груп органічних речовин (білки, вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти) у будь-якому типі клітин виконує властиві їй функції (нуклеїнова кислота зберігання та передачу спадкової інформації, вуглеводи - енергетичну тощо).

Запитання 3.
У клітині виявлено багато елементів періодичної системи Менделєєва. Функції 27 їх визначено. Найбільш поширені вуглець, водень, азот, кисень, фосфор та сірка. Вони становлять 99% від загальної маси клітини.
Хімічні елементи, що входять до складу клітин, ділять на три групи: макроелементи, мікроелементи, ультрамікроелементи.
1. Макроелементи: З, Н, N, Са, К, Мg, Na, Fе, S, Р, С1. Перед цих елементів припадає понад 99% всієї маси клітини. Концентрація деяких із них велика. На кисень припадає 65-75%; вуглець – 15-18%; азот – 1,5-3%.
2. Мікроелементи: Сі, В, Со, Мо, Мn, Ni, Вr, I та інші На частку в клітині сумарно припадає понад 0,1%; концентрація кожного вбирається у 0,001%. Це іони металів, що входять до складу біологічно активних речовин (гормонів, ферментів та ін.). Наприклад, кобальт входить до складу вітаміну ВО, С, Н, N, Са, К, Мg, Nа, Fе 12 , що бере участь у кровотворенні, а фтор - клітини емалі зубів.
3. Ультрамікроелементи: уран, золото, берилій, ртуть, цезій, селен та інші. Їхня концентрація не перевищує 0,000001%. Фізіологічна роль багатьох із них не встановлена.

Запитання 4.
Органічні сполуки становлять загалом 10% маси клітини живого організму. До них відносяться біологічні полімери - білки, нуклеїнові кислоти та вуглеводи, а також жири та ряд невеликих молекул -

Запитання 5.
Білки- високомолекулярні полімерні органічні речовини, що визначають структуру та життєдіяльність клітини та організму в цілому. Білки становлять 10-18% загальної маси клітини.
Білки виконують такі функції:
ферментативну (наприклад, амілаза, що розщеплює вуглеводи);
структурну (наприклад, входять до складу мембран клітини);
рецепторну (наприклад, родопсин, сприяє кращому зору);
транспортну (наприклад, гемоглобін, що переносить кисень або діоксид вуглецю);
захисну (наприклад, імуноглобуліни, що беруть участь в утворенні імунітету);
рухову (наприклад, актин, міозин, беруть участь у скороченні м'язових волокон);
гормональну (наприклад, інсулін, що перетворює глюкозу на глікоген);
енергетичну (при розщепленні 1 г білка виділяється 4,2 ккал енергії).

Запитання 6.
Вуглеводи відіграють роль основного джерела енергії у клітині. У процесі окиснення 1г вуглеводів звільняється 17,6 кДж енергії. Крохмаль у рослин і глікоген у тварин, відкладаючись у клітинах, є енергетичним резервом. Живі організми можуть запасати вуглеводи у вигляді крохмалю (у рослин) та глікогену (у тварин та грибів). У бульбах картоплі крохмаль може становити до 80% маси, а у тварин особливо багато вуглеводів у клітинах печінки та м'язах – до 5%.
Вуглеводи виконують інші функції, наприклад опорну і захисну. Наприклад, целюлоза утворює стінки рослинних клітин: складний полісахарид хітін- Головний структурний компонент зовнішнього скелета членистоногих. Будівельну функцію хітин виконує у грибів. Входять до складу ДНК, РНК та АТФ у вигляді дезоксирибози та рибози.

Запитання 7.
Жири виконують в організмі низку функцій:
структурна (беруть участь у побудові мембрани);
енергетична (при розпаді в організмі 1 г жиру виділяється 9,2 ккал енергії – у 2,5 рази більше, ніж при розпаді тієї ж кількості вуглеводів);
захисна (від втрати тепла, механічних ушкоджень);
жир – джерело ендогенної води (при окисленні 10 г жиру виділяється 11 г води). Це дуже важливо для тварин, що впадають у зимову сплячку, - ховрахів, бабаків: завдяки своїм підшкірним жировим запасам вони можуть не пити в цей час до двох місяців. Верблюди під час переходів пустелею обходяться без пиття до двох тижнів - необхідну організму воду вони витягають зі своїх горбів - вмістилищ жиру.
регуляція обміну речовин (наприклад, стероїдні гормони – кортикостерон та ін.).

Запитання 8.
Найпоширеніша неорганічна сполука у живих організмах - вода. Її вміст і клітинах різного типу коливається в широких межах: у клітинах емалі зубів води близько 10%, а в клітинах зародка, що розмножується, - більше 90%. У тілі медузи води до 98%. Але у середньому у багатоклітинному організмі вода становить близько 80% маси тіла. Її основні функції такі:
1. Універсальний розчинник.
2. Середовище, в якому протікають біохімічні реакції.
3. Визначає фізіологічні властивості клітини (її еластичність, об'єм).
4. Бере участь у хімічних реакціях.
5. Підтримує теплову рівновагу клітини та організму загалом завдяки високій теплоємності та теплопровідності.
6. Основний засіб для транспортування речовин.

Запитання 9.
До вуглеводів відносять такі природні органічні сполуки: глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, лактозу, рибозу, дезоксирибозу, хітин, крохмаль, глікоген та целюлозу.

Запитання 10.
Значення нуклеїнових кислот дуже велике. Особливості їхньої хімічної будови забезпечують можливість зберігання, перенесення в цитоплазму та передачі у спадок дочірнім клітинам інформації про структуру білкових молекул, які синтезуються в кожній клітині. Вони входять до складу хромосом - спеціальних структур, розташованих у клітинному ядрі. Нуклеїнові кислоти знаходяться також у цитоплазмі та її органоїдах.

Запитання 11.
У земній корі найбільш поширені кремній, алюміній, кисень та натрій (близько 90%). У живих організмах близько 98% маси становлять чотири елементи: водень, кисень, вуглець та азот. Така відмінність обумовлена особливостями хімічних властивостей перелічених елементів, унаслідок чого вони виявилися найбільш підходящими для формування молекул, що виконують біологічні функції. Водень, кисень, вуглець і азот здатні утворювати міцні хімічні зв'язки, завдяки чому виходять найрізноманітніші хімічні сполуки. До складу живих організмів входять органічні речовини (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти) та неорганічні речовини (вода, мінеральні солі).

Усі живі організми складаються із клітин. Хімічний склад клітин рослин та тварин має безліч загальних рис. У клітинах рослин міститься величезна кількість хімічних елементів, які можуть входити до складу предметів неживої природи. Вони беруть участь у різних хімічних реакціях, що відбуваються усередині клітини. У хімічному складі клітин живих організмів, зокрема рослин, переважно містяться такі елементи, як вуглець, водень, кисень, азот. У цілому нині ці елементи становлять до 98% маси клітини. Відносний вміст цих елементів у живій речовині значно вищий, ніж у земній корі.

Інші елементи (калій, кальцій, сірка, фосфор, натрій, кремній, хлор, залізо, магній) становлять десяті або соті частки відсотка загальної маси клітини рослини. Зміст інших хімічних елементів, наприклад, цинку, міді, йоду, у живому організмі набагато менше (тисячні і десятитисячні частки відсотка). Хімічні елементи, з'єднуючись між собою, утворюють неорганічні та органічні речовини.

Органічні речовини є важливим структурним компонентом живих організмів, зокрема рослин. До них відносяться вуглеводи, жири, білки, нуклеїнові кислоти тощо. Білки входять до складу різноманітних клітинних утворень, регулюють процеси життєдіяльності і відкладаються про запас. Жири відкладаються у насінні та інших частинах рослини.

Значення жирів у тому, що внаслідок їх розщеплення звільняється необхідна життєдіяльності організму рослини енергія. Вуглеводи є основною групою органічних сполук, завдяки розщепленню яких живі організми отримують енергію, необхідну їхнього існування.

Найпоширенішим запасним вуглеводом, який утворюється у клітинах рослин, завдяки фотосинтезу є крохмаль.

Величезна кількість цієї сполуки відкладається, наприклад, у клітинах бульб картоплі або насіння злаків. Інші вуглеводи – цукру – надають солодкого смаку плодам рослин. А такий вуглевод, як целюлоза, входить до складу клітинних оболонок рослин. Нуклеїновим кислотам належить провідна роль збереженні спадкової інформації та передачі її нащадкам.

До неорганічних речовин у складі рослинної клітини можна віднести воду та мінеральні солі. Вода становить від 60 до 95% від загальної маси клітини. Завдяки воді, клітина набуває необхідної пружності, форми. Вода також бере участь в обміні речовин.

Вода забезпечує рух поживних речовин усередині рослини та відіграє важливу роль у регулюванні температури організму.

Приблизно 1-1,5% маси клітини становлять мінеральні солі, зокрема солі калію, натрію та кальцію.

Велике значення грають солі магнію і заліза, оскільки вони беруть участь у освіті хлорофілу. Через нестачу або відсутність цих елементів листя блідне або взагалі втрачає зелене забарвлення, порушуються або зупиняються процеси фотосинтезу.

Таким чином, рослинна клітина є своєрідною «природною лабораторією», де продукуються і перетворюються різні хімічні сполуки. Завдяки цьому клітину вважають елементарною складовою і функціональною одиницею живого організму.

Схожі матеріали:

У клітці зустрічається близько 70 хімічних елементівПеріодична система Д. І. Менделєєва, однак зміст цих елементів істотно відрізняється від їх концентрацій у навколишньому середовищі, що доводить єдність органічного світу.

Хімічні елементи, що є в клітині, ділять на три великі групи: макроелементи, мезоелементи(олігоелементи) та мікроелементи.
Зміст макроелементівстановить близько 98% маси клітини. До них відносяться вуглець, кисень, водень та азот, що входять до складу основних органічних речовин. Мезоелементи- це сірка, фосфор, калій, кальцій, натрій, залізо, магній, хлор, що становлять у сумі близько 1,9 % маси клітини. Сірка та фосфор є компонентами найважливіших органічних сполук. Хімічні елементи, концентрація яких у клітині близько 0,1 %, відносяться мікроелементів. Це цинк, йод, мідь, марганець, фтор, кобальт та ін.
Речовини клітини поділяють на неорганічні та органічні. До неорганічних речовинвідносяться вода та мінеральні солі.
Завдяки своїм фізико-хімічним властивостям вода в клітині є розчинником, середовищем для протікання реакцій, вихідною речовиною та продуктом хімічних реакцій, виконує транспортну та терморегуляторну функції, надає клітині пружність, забезпечує ту prop рослинної клітини.

Мінеральні солі в клітині можуть перебувати в розчиненому або не розчиненому стані. Розчинні солі дисоціюють на іони. Найбільш важливими катіонами є калій і натрій, що полегшують перенесення речовин через мембрану та беруть участь у виникненні та проведенні нервового імпульсу; кальцій, який бере участь у процесах скорочення м'язових волокон та зсіданні крові, магній, що входить до складу хлорофілу, та залізо, що входить до складу ряду білків, у тому числі гемоглобіну. Цинк входить до складу молекули гормону підшлункової залози – інсуліну, мідь потрібна для процесів фотосинтезу та дихання. Найважливішими аніонами є фосфат-аніон, що входить до складу АТФ та нуклеїнових кислот, та залишок вугільної кислоти, що пом'якшує коливання рН середовища. Нестача кальцію та фосфору призводить до рахіту, нестача заліза – до анемії.

Органічні речовиниклітини представлені вуглеводами, ліпідами, білками, нуклеїновими кислотами, АТФ, вітамінами та гормонами.
В склад вуглеводіввходять в основному три хімічні елементи: вуглець, кисень та водень. Їхня загальна формула C m (H 2 0) n . Розрізняють прості та складні вуглеводи. Прості вуглеводи (моносахариди) містять єдину молекулу цукру. Їх класифікують за кількістю вуглецевих атомів, наприклад, пентози (5) і гексози (6). До пентозів належать рибоза та дезоксирибоза. Рибоза входить до складу РНК та АТФ. Дезоксирибозу є компонентом ДНК. Гексози – це глюкоза, фруктоза, галактоза та ін. Вони беруть активну участь в обміні речовин у клітині та входять до складу складних вуглеводів – олігосахаридів та полісахаридів. До олігосахаридів (дисахаридів) відносяться сахароза (глюкоза + фруктоза), лактоза або молочний цукор (глюкоза + галактоза) та ін.

Прикладами полісахаридів є крохмаль, глікоген, целюлоза та хітин. Вуглеводи виконують у клітині пластичну (будівельну), енергетичну (енергетична цінність розщеплення 1 г вуглеводів - 17,6 кДж), запасну та опорну функції. Вуглеводи можуть входити до складу складних ліпідів і білків.
Ліпіди- Це група гідрофобних речовин. До них відносять жири, стероїди воску, фосфоліпіди і т.д.

Жир- це складний ефір триатомного спирту гліцерину та вищих органічних (жирних) кислот. У молекулі жиру можна виділити гідрофільну частину - "головку" (залишок гліцерину) і гідрофобну частину - "хвости" (залишки жирних кислот), тому у воді молекула жиру орієнтується строго певним чином: гідрофільна частина спрямована до води, а гідрофобна - від неї.
Ліпіди виконують у клітині пластичну (будівельну), енергетичну (енергетична цінність розщеплення 1 г жиру - 38,9 кДж), запасну, захисну (амортизаційну) та регуляторну (стероїдні гормони) функції.
Білки– це біополімери, мономерами яких є амінокислоти. Амінокислоти містять аміногрупу, карбоксильну групу та радикал. Відрізняються амінокислоти лише радикалами. До складу білків входить 20 основних амінокислот. Поєднуються амінокислоти між собою з утворенням пептидного зв'язку. Ланцюжок більш ніж з 20 амінокислот називається поліпептидом або білком. Білки утворюють чотири основні структури: первинну, вторинну, третинну та четвертинну.
- це послідовність амінокислот, з'єднаних пептидним зв'язком.

Вторинна структура- це спіраль, або складчаста структура, яка утримується водневими зв'язками між атомами кисню та водню пептидних угруповань різних витків спіралі чи складок. Третинна структура (глобула) утримується гідрофобними, водневими, дисульфідними та іншими зв'язками.

Третинна структурахарактерна більшість білків організму, наприклад, міоглобіну м'язів.

Четвертична структуранайбільш складна, утворена декількома поліпептидними ланцюгами, з'єднаними в основному тими ж зв'язками, що і в третинному. Четвертична структура характерна для гемоглобіну, хлорофілу та ін.
Білки можуть бути простимиі складними. Прості білки складаються тільки з амінокислот, тоді як складні білки (ліпопротеїни, хромопротеїни, глікопротеїни, нуклеопротеїни та ін) містять білкову та небілкову частини. Наприклад, до складу гемоглобіну крім чотирьох поліпептидних ланцюгів білка глобіну входить небілкова частина - гем, в центрі якої знаходиться іон заліза, що надає гемоглобіну червоного забарвлення.
Функціональна активність білківзалежить від умов довкілля. Втрата білкової молекулою своєї структури до первинної називається денатурацією. Зворотний процес відновлення вторинної та вищих структур - це ренатурація. Повне руйнування білкової молекули називається деструкцією.
Білки виконують у клітині ряд функцій: пластичну(будівельну), каталітичну(ферментативну), енергетичну(енергетична цінність розщеплення 1 г білка – 17,6 кДж), сигнальну(рецепторну), скорочувальну(рухову), транспортну, захисну,регуляторну, запасаючу.
Нуклеїнові кислоти– це біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. До складу нуклеотиду входять азотна основа, залишок цукру-пентози та залишок ортофосфорної кислоти. Виділяють два типи нуклеїнових кислот: рибонуклеїнову (РНК) та дезоксирі-бонуклеїнову (ДНК).
ДНКвключає чотири типи нуклеотидів: аденін (А), тимін (Т), гуанін (Г) та цитозин (Ц). До складу цих нуклеотидів входить цукор дезоксирибозу. Для ДНК встановлені правила Чаргафа:
1) кількість аденілових нуклеотидів у ДНК дорівнює кількості тимідилових (А = Т);
2) кількість гуанілових нуклеотидів у ДНК дорівнює кількості цитидилових (Г = Ц);
3) сума аденілових та гуанілових нуклеотидів дорівнює сумі тимідилових і цитидилових (А + Г = Т + Ц).
Структура ДНК була відкрита Ф. Криком та Д. Вотсоном (Нобелівська премія з фізіології та медицини 1962 р.). Молекула ДНК є дволанцюжковою спіраль. Нуклеотиди з'єднуються між собою через залишки фосфорної кислоти, утворюючи фосфодіефірний зв'язок, при цьому азотисті основи спрямовані всередину. Відстань між нуклеотидами в ланцюзі дорівнює 0,34 нм.
Нуклеотидирізних ланцюгів з'єднуються між собою водневими зв'язками за принципом комплементарності: аденін з'єднується з тиміном двома водневими зв'язками (А = Т), а гуанін з цитозином - трьома (Г = Ц).

Найважливішою властивістю ДНКє здатність до реплікації (самоподвоєння). Основною функцією ДНК є зберігання та передача спадкової інформації.

Вона зосереджена в ядрі, мітохондріях та пластидах.
В склад РНКвходять також чотири нуклеотиди: аденін (А), ура-цил (У), гуанін (Г) та цитозин (Ц). Залишок цукру-пентози у ній представлений рибозою. РНК - переважно одноланцюгові молекули. Виділяють три види РНК: інформаційну (і-РНК), транспортну (т-РНК) та рибосомальну (р-РНК).

Всі вони беруть активну участь у процесі реалізації спадкової інформації, яка з ДНК переписується на і-РНК, а на останній здійснюється синтез білка, т-РНК у процесі синтезу білка приносить амінокислоти до рибосом, р-РНК входить до складу самих рибосом.

111

Клітина– елементарна одиниця життя Землі. Вона має всі ознаки живого організму: росте, розмножується, обмінюється з навколишнім середовищем речовинами та енергією, реагує на зовнішні подразники. Початок біологічної еволюції пов'язані з появою Землі клітинних форм життя. Одноклітинні організми є існуючі окремо один від одного клітини. Тіло всіх багатоклітинних – тварин і рослин – побудовано з більшої чи меншої кількості клітин, які є свого роду блоками, що становлять складний організм. Незалежно від того, чи є клітина цілісною живою системою – окремим організмом або становить лише його частину, вона наділена набором ознак і властивостей, загальним для всіх клітин.

Хімічний склад клітини

Крім чотирьох основних елементів у клітині в помітних кількостях (10-і і 100-і частки відсотка) містяться залізо, калій, натрій, кальцій, магній, хлор, фосфор і сірка. Решта елементів (цинк, мідь, йод, фтор, кобальт, марганець та інших.) перебувають у клітці у дуже малих кількостях і тому називаються мікроелементами.

Неорганічні речовини

Вода

Н 2 О – найпоширеніша сполука у живих організмах. Зміст її у різних клітинах коливається у досить широких межах: від 10% в емалі зубів до 98% у тілі медузи, але в середньому вона становить близько 80% маси тіла. Винятково важлива роль води у забезпеченні процесів життєдіяльності обумовлена її фізико-хімічними властивостями. Полярність молекул і здатність утворювати водневі зв'язки роблять воду добрим розчинником для великої кількості речовин. Більшість хімічних реакцій, що протікають у клітині, може відбуватися лише у водному розчині. Вода бере участь у багатьох хімічних перетвореннях.

Загальна кількість водневих зв'язків між молекулами води змінюється залежно від t °. При t ° танення льоду руйнується приблизно 15% водневих зв'язків, при t° 40°С – половина. При переході до газоподібного стану руйнуються всі водневі зв'язки. Цим пояснюється висока питома теплоємність води. При зміні t° довкілля вода поглинає або виділяє теплоту внаслідок розриву або новоутворення водневих зв'язків. Таким шляхом коливання t° усередині клітини виявляються меншими, ніж у навколишньому середовищі. Висока теплота випаровування лежить в основі ефективного механізму тепловіддачі у рослин та тварин.

Вода як розчинник бере участь у явищах осмосу, що відіграє важливу роль у життєдіяльності клітини організму. Осмосом називають проникнення молекул розчинника через напівпроникну мембрану в розчин будь-якої речовини. Напівпроникними називаються мембрани, що пропускають молекули розчинника, але не пропускають молекули (або іони) розчиненої речовини. Отже, осмос – одностороння дифузія молекул води у бік розчину.

Мінеральні солі

Більшість неорганічних в-в клітини знаходиться у вигляді солей в дисоційованому, або в твердому стані. Концентрація катіонів і аніонів у клітині та навколишньому середовищі неоднакова. У клітині міститься досить багато і дуже багато Nа. У позаклітинному середовищі, наприклад, у плазмі крові, у морській воді, навпаки, багато натрію і мало калію. Роздратування клітини залежить від співвідношення концентрацій іонів Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ . У тканинах багатоклітинних тварин До входить до складу багатоклітинної речовини, що забезпечує зчепленість клітин і впорядковане їхнє розташування. Від концентрації солей великою мірою залежать осмотичний тиск у клітині та її буферні властивості. Буферністю називається здатність клітини підтримувати слаболужну реакцію її вмісту постійному рівні. Буферність усередині клітини забезпечується головним чином іонами Н 2 РО 4 і НРО 4 2-. У позаклітинних рідинах і в крові роль буфера грають Н 2 3 і НСО 3 - . Аніони зв'язують іони Н і гідроксид-іони (ВІН), завдяки чому реакція всередині клітини позаклітинних рідин практично не змінюється. Нерозчинні мінеральні солі (наприклад, фосфорнокислий Са) забезпечує міцність кісткової тканини хребетних та раковин молюсків.

Органічні речовини клітини

Білки

Серед органічних речовин клітини білки стоять першому місці як у кількості (10 – 12% від загальної маси клітини), і за значенням. Білки є високомолекулярними полімерами (з молекулярною масою від 6000 до 1 млн. і вище), мономерами яких є амінокислоти. Живими організмами використовують 20 амінокислот, хоча їх існує значно більше. До складу будь-якої амінокислоти входить аміногрупа (-NH 2), що володіє основними властивостями, і карбоксильна група (-СООН), що має кислотні властивості. Дві амінокислоти поєднуються в одну молекулу шляхом встановлення зв'язку HN-CO з виділенням молекули води. Зв'язок між аміногрупою однієї амінокислоти та карбоксилом іншої називається пептидною. Білки є поліпептидами, що містять десятки і сотні амінокислот. Молекули різних білків відрізняються один від одного молекулярною масою, числом, складом амінокислот та послідовністю розташування їх у поліпептидному ланцюзі. Відомо тому, що білки відрізняються величезним розмаїттям, їх кількість всіх видів живих організмів оцінюється числом 10 10 – 10 12 .

Ланцюг амінокислотних ланок, з'єднаних ковалентними пептидними зв'язками у певній послідовності, називається первинною структурою білка. У клітинах білки мають вигляд спірально закручених волокон чи кульок (глобул). Це пояснюється тим, що в природному білку поліпептидний ланцюжок укладений строго певним чином залежно від хімічної будови амінокислот, що входять до її складу.

Спочатку поліпептидний ланцюг згортається в спіраль. Між атомами сусідніх витків виникає тяжіння та утворюються водневі зв'язки, зокрема, між NH- та СО-групами, розташованими на сусідніх витках. Ланцюжок амінокислот, закручений у вигляді спіралі, утворює вторинну структуру білка. У результаті подальшого укладання спіралі виникає специфічна кожному за білка конфігурація, звана третинної структурою. Третинна структура обумовлена дією сил зчеплення між гідрофобними радикалами, що є у деяких амінокислот, і ковалентними зв'язками між SH-групами амінокислоти цистеїну (S-S-зв'язку). Кількість амінокислот гідрофобними радикалами та цистеїном, а також порядок їх розташування в поліпептидному ланцюжку специфічні для кожного білка. Отже особливості третинної структури білка визначаються його первинною структурою. Біологічну активність білок виявляє лише у вигляді третинної структури. Тому заміна навіть однієї амінокислоти в поліпептидному ланцюжку може призвести до зміни конфігурації білка і зниження або втрати його біологічної активності.

У деяких випадках білкові молекули поєднуються один з одним і можуть виконувати свою функцію лише у вигляді комплексів. Так, гемоглобін – це комплекс із чотирьох молекул і тільки в такій формі здатний приєднувати та транспортувати О. подібні агрегати є четвертинною структурою білка. За своїм складом білки поділяються на два основні класи – прості та складні. Прості білки складаються тільки з амінокислот нуклеїнові кислоти (нуклеотиди), ліпіди (ліпопротеїди), Ме (металопротеїди), Р (фосфопротеїди).

Функції білків у клітині надзвичайно різноманітні. Одна з найважливіших – будівельна функція: білки беруть участь у освіті всіх клітинних мембран і органоїдів клітини, і навіть внутрішньоклітинних структур. Винятково важливе значення має ферментативна (каталітична) роль білків. Ферменти прискорюють хімічні реакції, що протікають у клітині, в 10 ки і 100 мільйонів разів. Двигуна функція забезпечується спеціальними скорочувальними білками. Ці білки беруть участь у всіх видах рухів, до яких здатні клітини і організми: мерехтіння вій і биття джгутиків у найпростіших, скорочення м'язів у тварин, рух листя у рослин та ін. або біологічно активних речовин (гормонів) та перенесення їх до тканин та органів тіла. Захисна функція виявляється у формі вироблення спеціальних білків, званих антитілами, у відповідь на проникнення в організм чужорідних білків або клітин. Антитіла пов'язують та знешкоджують чужорідні речовини. Білки відіграють важливу роль джерела енергії. При повному розщепленні 1г. білків виділяється 17,6 кДж (~4,2 ккал).

Вуглеводи

Вуглеводи, або сахариди - органічні речовини із загальною формулою (СН 2 Про) n . У більшості вуглеводів число атомів Н вдвічі більше від числа атомів О, як у молекулах води. Тому ці речовини були названі вуглеводами. У живій клітині вуглеводи знаходяться в кількостях, що не перевищують 1-2, іноді 5% (у печінці, м'язах). Найбільш багаті на вуглеводи рослинні клітини, де їх вміст досягає в деяких випадках 90% від маси сухої речовини (насіння, бульби картоплі і т.д.).

Вуглеводи бувають прості та складні. Прості вуглеводи називаються моносахаридами. Залежно кількості атомів вуглеводу в молекулі моносахариды називаються тріозами, тетрозами, пентозами чи гексозами. З шести вуглецевих моносахаридів – гексоз – найважливіше значення мають глюкоза, фруктоза та галактоза. Глюкоза міститься у крові (0,1-0,12%). Пентози рибозу та дезоксирибозу входять до складу нуклеїнових кислот та АТФ. Якщо в одній молекулі поєднуються два моносахариди, така сполука називається дисахаридом. Харчовий цукор, що отримується з очерету або цукрових буряків, складається з однієї молекули глюкози та однієї молекули фруктози, молочний цукор – з глюкози та галактози.

Складні вуглеводи, утворені багатьма моносахаридами, називають полісахаридами. Мономером таких полісахаридів, як крохмаль, глікоген, целюлоза є глюкоза. Вуглеводи виконують дві основні функції: будівельну та енергетичну. Целюлоза утворює стінки рослинних клітин. Складний полісахарид хітин служить основним структурним компонентом зовнішнього кістяка членистоногих. Будівельну функцію хітин виконує у грибів. Вуглеводи відіграють роль основного джерела енергії у клітині. У процесі окислення 1 р вуглеводів звільняється 17,6 кДж (~4,2 ккал). Крохмаль у рослин та глікоген у тварин відкладаються в клітинах і служать енергетичним резервом.

Нуклеїнові кислоти

Значення нуклеїнових кислот у клітині дуже велике. Особливості їхньої хімічної будови забезпечують можливість зберігання, перенесення та передачі у спадок дочірнім клітинам інформації про структуру білкових молекул, які синтезуються в кожній тканині на певному етапі індивідуального розвитку. Оскільки більшість властивостей та ознак клітин обумовлено білками, то зрозуміло, що стабільність нуклеїнових кислот – найважливіша умова нормальної життєдіяльності клітин та цілих організмів. Будь-які зміни структури клітин чи активності фізіологічних процесів у них, впливаючи, в такий спосіб, на життєдіяльність. Вивчення структури нуклеїнових кислот має виключно важливе значення для успадкування ознак у організмів та закономірностей функціонування, як окремих клітин, так і клітинних систем – тканин та органів.

Існують 2 типи нуклеїнових кислот – ДНК та РНК. ДНК – полімер, що складається з двох нуклеотидних спіралей, ув'язнених так, що утворюється подвійна спіраль. Мономери молекул ДНК є нуклеотидами, що складаються з азотистої основи (аденіну, тиміну, гуаніну або цитозину), вуглеводу (дезоксирибози) та залишку фосфорної кислоти. Азотисті основи в молекулі ДНК з'єднані між собою неоднаковою кількістю Н-зв'язків і розташовуються попарно: аденін (А) завжди проти тиміну (Т), гуанін (Г) проти цитозину (Ц).

Нуклеотиди пов'язані один з одним невипадково, а вибірково. Здатність до вибіркової взаємодії аденіну з тиміном та гуаніну з цитозином називається комплементарністю. Комплементарна взаємодія певних нуклеотидів пояснюється особливостями просторового розташування атомів у їх молекулах, які дозволяють їм зближуватися та утворювати Н-зв'язки. У полінуклеотидному ланцюжку сусідні нуклеотиди пов'язані між собою через цукор (дезоксирибозу) та залишок фосфорної кислоти. РНК так само, як і ДНК, є полімером, мономерами якого є нуклеотиди. Азотисті основи трьох нуклеотидів ті самі, що входять до складу ДНК (А, Г, Ц); четверте - урацил (У) - присутній в молекулі РНК замість тиміну. Нуклеотиди РНК відрізняються від нуклеотидів ДНК і за будовою вуглеводу, що входить до їх складу (рибоза замість дизоксирибози).

У ланцюжку РНК нуклеотиди з'єднуються шляхом утворення ковалентних зв'язків між рибозою одного нуклеотиду та залишком фосфорної кислоти іншого. За структурою розрізняються дві ланцюжкові РНК. Двох ланцюжкові РНК є зберігачами генетичної інформації в низки вірусів, тобто. виконують вони функції хромосом. Одна ланцюжкова РНК здійснюють перенесення інформації про структуру білків від хромосоми до місця їх синтезу та беруть участь у синтезі білків.

Існує кілька видів одноланцюгової РНК. Їх назви обумовлені виконуваною функцією чи місцем перебування у клітині. Більшість РНК цитоплазми (до 80-90%) становить рибосомальна РНК (рРНК), що міститься в рибосомах. Молекули рРНК відносно невеликі і складаються у середньому із 10 нуклеотидів. Інший вид РНК (іРНК), які переносять до рибосом інформації про послідовність амінокислот в білках, які повинні синтезуватися. Розмір цих РНК залежить від довжини ділянки ДНК, де вони були синтезовані. Транспортні РНК виконують кілька функций. Вони доставляють амінокислоти до місця синтезу білка, «дізнаються» (за принципом комплементарності) триплет і РНК, відповідний амінокислоті, що переноситься, здійснюють точну орієнтацію амінокислоти на рибосомі.

Жири та ліпіди

Жири є сполуками жирних високомолекулярних кислот і триатомного спирту гліцерину. Жири не розчиняються у воді – вони гідрофобні. У клітці завжди є інші складні гідрофобні жироподібні речовини, звані ліпоїдами. Одна з основних функцій жирів – енергетична. У результаті розщеплення 1 р. жирів до СО 2 і Н 2 Про звільняється дуже багато енергії – 38,9 кДж (~9,3 ккал). Вміст жиру у клітині коливається не більше 5-15% від маси сухої речовини. У клітинах живої тканини кількість жиру зростає до 90%. Головна функція жирів у тваринному (і частково – рослинному) світі – запасаюча.

При повному окисленні 1 г жиру (до вуглекислого газу та води) виділяється близько 9 ккал енергії. (1 ккал = 1000 кал; калорія (кал, cal) - позасистемна одиниця кількості роботи та енергії, що дорівнює кількості теплоти, необхідної для нагрівання 1 мл води на 1 °C при стандартному атмосферному тиску 101,325 кПа; 1 ккал = 4,19 кДж) . При окисленні (в організмі) 1 г білків чи вуглеводів виділяється лише близько 4 ккал/г. У різних водних організмів - від одноклітинних діатомових водоростей до гігантських акул - жир стане «поплавком», зменшуючи середню щільність тіла. Щільність тваринних жирів становить близько 0,91-0,95 г/см³. Щільність кісткової тканини хребетних близька до 1,7-1.8 г/см3, а середня щільність більшості інших тканин близька до 1 г/см3. Зрозуміло, що жиру потрібно багато, щоб «врівноважити» важкий скелет.

Жири та ліпіди виконують і будівельну функцію: вони входять до складу клітинних мембран. Завдяки поганій теплопровідності жир здатний до захисної функції. У деяких тварин (тюлені, кити) він відкладається у підшкірній жировій тканині, утворюючи шар завтовшки до 1 м. Утворення деяких ліпоїдів передує синтезу низки гормонів. Отже, цим речовин властива і функція регуляції обмінних процесів.