Химический состав клетки

Химический состав клетки

Клетки живых организмов отличаются друг от друга не только по строению и выполняемым функциям, но и по химическому составу. В состав разных клеток входят практически одни и те же химические элементы.

В клетке встречается около 80 химических элементов Периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева. Это практически все элементы, которые присутствуют на нашей планете и известны на сегодняшний день. Выполняемая функция данных элементов мало изучена, так как из 80 элементов только у 24 определена функция, которую они выполняют в клетке.

Химические элементы, которые встречаются в клетке, делят на три большие группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

Распределение химических элементов в клетке неравномерно. Большую часть, примерно 98% от массы любой клетки, составляют макроэлементы. В первую очередь, это кислород (75%), углерод (15%), водород (8%), азот (3%). Из этих элементов состоят молекулы органических веществ, а кислород и водород входят в состав воды, которая является основным неорганическим веществом клетки. Так же к макроэлементам относят фосфор, калий, серу, железо, магний, натрий и кальций. Массовая доля любого макроэлемента в клетке составляет не менее 0,001%.

 Химические элементы, на долю которых в клетке приходится от 0,001% до 0,000001% (читать: от 1 тысячной до 1 миллионной процента) называются микроэлементами. Это цинк, йод, медь, марганец, фтор, кобальт, бром и другие.

Процентное содержание в организме того или иного элемента никоим образом не характеризует степень его важности и необходимости в организме.

Например, кобальт входит в состав витамина В₁₂, йод — в состав гормонов тироксина и тиронИна, а медь — в состав ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные процессы. Кроме того, медь участвует в переносе кислорода в тканях моллюсков. Значительное число ферментов с разнообразным механизмом действия содержат ионы цинка, марганца, кобальта и молибдена.

Кремний встречается у диатомовых водорослей, хвощей, губок и моллюсков. В хрящах и связках позвоночных животных его содержание может достигать нескольких сотых долей процента.

Бор влияет на рост растений, фтор входит в состав эмали зубов и костей.

На долю ультрамикроэлементов приходится менее 0,000001% от массы клетки. К этой группе относятся радий, цезий, ртуть, уран, золото и другие.

Все вещества клетки делят на две группы: неорганические и органические.

Основным неорганическим веществом клетки является вода. Благодаря своим физико-химическим свойствам вода – это хороший растворитель, следовательно, является средой для протекания химических реакций в клетке. Благодаря полярности молекул вода легко растворяет ионные соединения (соли, кислоты, основания). Вещества, хорошо растворимые в воде, называют гидрофильными. Жиры, нуклеиновые кислоты и некоторые белки плохо растворяются в воде или не растворяются вообще. Такие вещества называют гидрофобными.

Вода играет важную роль в жизнедеятельности организмов благодаря своим свойствам:

• Благодаря высокой теплоёмкости, вода способна поглощать тепловую энергию при минимальном повышении собственной температуры. Выделение воды (транспирация у растений, потоотделение у животных) предохраняет организм от перегревания.
• Обладая высокой теплопроводностью, вода способствует равномерному распределению тепла по организму.
• Практически не сжимаясь, вода создаёт тУргорное давление, определяющее объём и упругость клеток.
• Благодаря образованию водородных связей между молекулами воды и молекулами других веществ, вода обладает оптимальным для биологических систем значением силы поверхностного натяжения, благодаря которой осуществляется капиллярный кровоток и движение растворов в растениях.

Минеральные соли в клетке могут находиться в растворённом или не растворённом состояниях. Растворимые соли диссоциируют на ионы. Наиболее важными катионами являются:

калий и натрий, которые отвечают за перенос веществ через клеточную мембрану и участвуют в возникновении и проведении нервного импульса;

кальций принимает участие в процессах сокращения мышечных волокон и свертывании крови. Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов, карбонат кальция — в образовании раковин моллюсков, укреплении оболочек клеток некоторых видов растений;

магний входит в состав хлорофилла;

железо входит в состав ряда белков, в том числе гемоглобина.

Цинк входит в состав молекулы гормона поджелудочной железы — инсулина, медь участвует в процессах фотосинтеза и дыхания.

Важнейшими анионами являются фосфат-анион, входящий в состав АТФ и нуклеиновых кислот, и остаток угольной кислоты, регулирующий колебания рН среды.

Органические вещества клетки представлены углеводами, липидами, белками, нуклеиновыми кислотами, АТФ, витаминами и гормонами.