Готовимся к ЕГЭ. Химический состав клетки. Неорганические вещества».

Молекулярный уровень организации живого

Это самый низкий уровень организации живого, представленный отдельными молекулами органических и неорганических веществ, входящих в состав клеток организма. Жизнь можно представить как организационную иерархию вещества. В живых существах элементы образуют очень сложные органические молекулы, из которых в свою очередь состоят клетки, а из тех – целый организм. Жизнедеятельность всех живых систем проявляется во взаимодействии молекул различных химических веществ.

Элементный состав клетки

В составе живой природы обнаружено более 80 химических элементов, 27  из них выполняют определенные функции.

↓	↓	↓
Макро-элементы	Микро-элементы	Ультрамикро-элементы
99 %	10-3 %	10-6 %
98% – биогенные: О, С, Н, N K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl, S, P.	B, Mn, Zn, Cu, Co, F, I, Br, Mo.	U, Au, Be, Hg, Se, Ra, Cs.

Некоторые организмы – интенсивные накопители определенных элементов: бактерии способны накапливать марганец, морские водоросли – йод, ряска – радий, моллюски и ракообразные – медь, позвоночные – железо.

Каждый из химических элементов выполняет важную функцию в клетке.

Элемент	Биологическая роль
О, Н	входят в состав воды.
С, О, Н, N	входят в состав белков, липидов, нуклеиновых кислот, полисахаридов.
K, Na, Cl	обеспечивают проведение нервного импульса.
Ca	компонент костей, зубов, необходим для мышечного сокращения, компонент свертывания крови, посредник в механизме действия гормонов.
Mg	структурный компонент хлорофилла, поддерживает работу рибосом и митохондрий.
Fe	структурный компонент гемоглобина, миоглобина.
S	входит в состав серосодержащих аминокислот, белков.
P	входит в состав нуклеиновых кислот, костной ткани.
B	необходим некоторым растениям.
Mn, Zn, Cu	активаторы ферментов, влияют на процессы тканевого дыхания.
Zn	входит в состав инсулина.
Cu	входит в состав окислительных ферментов, переносит кислород в тканях моллюсков.
Co	входит в состав витамина В12.
F	входит в состав эмали зубов.
I	входит в состав тироксина.

Химические вещества клетки
↓	↓
неорганические	органические
вода – 75‑85%; минеральные соли – 1‑1,5%.	белки – 10 – 20%; углеводы – 0,2 – 2%; липиды – 1 – 5%; нуклеиновые кислоты – 1 – 2%.

Уникальное строение воды, её свойства и роль в живой природе

Строение и свойства воды	Биологические функции воды
1. Малые размеры молекул воды, молекула воды нелинейна.	1. Вода – среда для протекания биохимических реакций в клетках. 2. Вода – донор электронов, источник ионов водорода и свободного кислорода при фотосинтезе. 3. Вода необходима для гидролиза макромолекул до мономеров, например, в пищеварении. 4. Вода обусловливает рН среды, что определяется концентрацией Н+ и ОН-.
2. Полярность, молекула воды – диполь.	5. Вода – универсальный растворитель для полярных веществ. По растворимости в воде все вещества подразделяют на гидрофильные (водорастворимые) и гидрофобные (нерастворимые). 6. Вода – среда для транспорта веществ.
3. Способность образовывать водородные связи, подвижность молекул воды.	7. Вода обладает высокой теплопроводностью и большой теплоемкостью, выполняет функцию терморегуляции в живых организмах (т.к. для разрыва водородных связей нужно много Е). 8. При замерзании вода расширяется (т.к. образуется много водородных связей), лед легче воды, плавает на её поверхности, самая «тяжелая вода» при t +40, что спасает жизнь водным обитателям зимой.
4. Силы межмолекулярного сцепления не позволяют воде сжиматься.	9. Вода служит для поддержания формы организмов (гидростатический скелет, тургорное давление). 10. Вода – смазывающее вещество в биологических системах (синовиальная жидкость, плевральная жидкость, слизь).

Минеральные соли, их значение

Минеральные соли находятся в клетке либо в диссоциированном на ионы, либо в твердом состоянии.

Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Их значение:

Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения.

Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану.

От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства клетки.

Буферные свойства клетки
↓	↓
фосфатная буферная система	бикарбонатная буферная система
анионы фосфорной кислоты (Н2РО4- , НРО42-)	анионы угольной кислоты (НСО3-)
рН внутриклеточной среды на уровне 6,9	рН внеклеточной среды на уровне 7,4

Участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.

Таким образом, функция минеральных солей в клетке состоит в поддержании постоянства внутренней среды и в обеспечении процессов жизнедеятельности.

В твердом состоянии минеральные соли Са3 (РО4)2 (фосфат кальция) входят в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков, обеспечивая прочность этих образований.

Посмотреть flesh-анимацию "Вода и минеральные соли в жизни клетки"