Химические элементы и неорганические вещества, входящие в состав клеток

Какие химические элементы входят в состав клетки?

Группы химических элементов. В живых клетках обнаружено более 80 химических элементов. Их принято делить на три группы: макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы.

Макроэлеленты составляют 99%массы клетки. Из них 98% приходится на такие элементы, как кислород, углерод, водород и азот. Особую роль в составе живых организмов играет углерод. Везде, где его находят, есть жизнь (или когда-то была). Углерод обладает уникальными, наиболее важными для жизни химическими свойствами. Его атомы, соединяясь между собой ковалентными связями, образуют стабильные цепи (прямые или разветвленные) или кольца, создавая «скелет» молекул органических соединений и обеспечивая их бесконечное разнообразие. К макроэлементам относятся также калий, магний, натрий, кальций, железо, сера, фосфор, хлор. Их содержание в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента.

Микроэлементы содержатся в клетках в небольших количествах: от тысячных до миллионных долей процента. К ним относятся кобальт, медь, цинк, йод, бром, фтор. Атомы этих элементов входят в состав ферментов, гормонов, витаминов. Несмотря на незначительное содержание микроэлементов в клетке, в случае их недостатка возникают серьезные нарушения обмена веществ.

Ультрамикроэлемеяты обнаруживаются в клетках в следовых (ничтожно малых) количествах. К ним относятся уран, радий, золото, цезий и др. Физиологическая роль большинства из них недостаточно ясна.

Неорганические вещества. К неорганическим веществам клетки относятся вода и минеральные соли. Минеральные соли обычно находятся в клетке в диссоциированном состоянии, в виде ионов. Положительно заряженные ионы (катионы) – калия, натрия, кальция, магния. Ионы калия и натрия участвуют в передаче нервных импульсов.

Основные отрицательно заряженные ионы (анионы) – остатки фосфорной, угольной и соляной кислот – участвуют в поддержании постоянства внутренней среды организма, влияя на кислотно-щелочное равновесие крови и межклеточной жидкости.

Ионы могут находиться в клетке в связанном состоянии с органическими веществами. Например, ионы железа входят в состав гемоглобина, а ионы магния содержатся в молекулах хлорофилла, многие ионы (цинка, железа, кобальта, хрома, марганца) влияют на активность некоторых ферментов и других макромолекул. Минеральные соли могут находиться в организмах и в твердом состоянии; в костной ткани (фосфаты кальция и магния), в раковинах моллюсков (карбонат кальция).

Почти 80% массы клетки составляет вода. Вода – хороший растворитель. Это связано с тем, что ее молекулы обладают полярностью. В молекуле воды атомы водорода имеют частично положительный заряд, атом кислорода – частично отрицательный. Более электроотрицательный атом кислорода притягивает электроны атомов водорода, получается диполь (два полюса), за счет чего между молекулами воды образуется водородная связь. Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества больше, чем энергия водородных связей между молекулами воды, то вещество растворяется в воде. К водорастворимым веществам относят многие минеральные соли, щелочи, некоторые углеводы (глюкоза, фруктоза, сахароза), спирты. В клетках живых организмов большинство реакций протекает в водных растворах.
Вода, кроме того что служит растворителем, является средой, обеспечивающей диффузию веществ в клетку и выведение из нее продуктов жизнедеятельности. Вода участвует как реагент во многих реакциях, происходящих в клетке. Например, реакции световой фазы фотосинтеза протекают с участием молекул воды.

Вода входит в состав клеток и обеспечивает их объем и упругость. Она участвует в образовании внутренней среды организма (кровь, тканевая жидкость, лимфа).
Благодаря высокой теплоемкости вода предохраняет организм от резких колебаний температуры. Высокая теплоемкость воды определяет то, что поглощение водой значительного количества тепла вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры, т. е. термостабильность. Высокая теплопроводность воды обеспечивает равномерное распределение тепла в тканях.

Большая теплота испарения обусловливает роль воды в теплообмене организмов. Испарение сопровождается охлаждением поверхностей, с которых этот процесс происходит. Именно поэтому при потоотделении кожа охлаждается, а испарение воды с поверхности листьев предупреждает перегрев растений.

Вода – один из компонентов естественных смазок, уменьшающих трение при соприкосновении органов, например в суставах, в околосердечной сумке.

У растительных и животных организмов води служит той средой, в которой происходит оплодотворение, а для водных организмов вода – среда жизни.

Вопросы и задания

  1. Какие химические элементы относятся к макро- и микроэлементам клетки?
  2. В каких минеральных солях нуждается организм человека? Почему?
  3. Каково значение воды в клетке? Приведите примеры.
  4. Для каких организмов вода выступает средой жизни?
  5. Почему именно вода, а не любое другое вещество выполняет такое множество функций в клетке и организме?