Пятница, 20 Апреля 2018, 17:39

Биология в лицее

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Неорганические вещества клетки

В клетках содержатся неорганические и органические вещества (соединения).

Неорганические вещества клетки – это вода, различные минеральные соли, углекислый газ, кислоты и основания.

Неорганические вещества клетки
Вода (составляет 70–80% массы клетки)	Минеральные соли (составляют 1–1,5% общей массы клетки)
придаёт клетке упругость и объём; универсальный растворитель; водные растворы образуют внутреннюю среду клетки; средство транспорта для растворённых веществ в клетку и из неё; служит средой, в которой протекают химические реакции; является ускорителем многих химических процессов; обеспечивает теплоёмкость; обладает высокой теплопроводностью; участвует в терморегуляции живых организмов.	присутствуют в виде ионов или твёрдых нерастворимых солей; создают кислую или щелочную реакцию среды; Ca²⁺ входит в состав костей и зубов, участвует в свёртывании крови; K⁺ и Na⁺ обеспечивают раздражимость клеток; Cl^– входит в состав желудочного сока; Mg²⁺ содержится в хлорофилле; I ^– компонент тироксина (гормона щитовидной железы); Fe²⁺ входит в состав гемоглобина; Cu, Mn, B участвуют в кроветворении, фотосинтезе, влияют на рост растений.

Вода является важнейшим компонентом содержимого живой клетки. Вода придает клетке упругость и объем, обеспечивает постоянство состава, участвует в химических реакциях и в построении органических молекул, делает возможным протекание всех процессов жизнедеятельности клетки. Вода является растворителем химических веществ, которые поступают в клетку и выводятся из нее.

Вода (оксид водорода, Н₂O) — прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. В природных условиях содержит растворённые вещества (соли, газы). Вода имеет ключевое значение в жизни клеток и живых организмов, в формировании климата и погоды.

Количество воды в клетке составляет от 60 до 95% общей массы. Роль воды в клетке определяется её уникальными химическими и физическими свойствами, связанными с малыми размерами молекул, их полярностью и способностью образовывать водородные связи.

Вода как компонент биологических систем

Вода — универсальный растворитель для полярных веществ — солей, сахаров, кислот и др. Она увеличивает их реакционную способность, поэтому большая часть химических реакций в клетке протекает в водных растворах.
Неполярные вещества в воде нерастворимы (не происходит образования водородных связей). Притягиваясь друг к другу, гидрофобные вещества в присутствии воды образуют различные комплексы (например, биологические мембраны).
Высокая удельная теплоёмкость воды (т. е. поглощение большого количества энергии для разрыва водородных связей) обеспечивает поддержание теплового баланса организма при перепадах температуры окружающей среды.
Высокая теплота парообразования (способность молекул уносить с собой значительное количество тепла при охлаждении организма) предотвращает перегрев организма.
Высокое поверхностное натяжение обеспечивает передвижение растворов по тканям.
Вода обеспечивает выведение продуктов метаболизма.
У растений вода поддерживает тургор клеток, у некоторых животных выполняет опорные функции (гидростатический скелет).
Вода входит в состав различных биологических жидкостей (крови, слюны, слизи, желчи, слёз, спермы, синовиальной и плевральной жидкостей и др.).

Молекула воды имеет угловую форму: атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный приблизительно 104,5°.

Из-за высокой электроотрицательности атома кислорода связь О—H полярна. Атомы водорода несут частичный положительный заряд, а атом кислорода — частичный отрицательный.

Диполь создаёт вокруг себя магнитное поле на больших по сравнению с его размерами расстояниях.

При испарении воды разрушение водородных связей требует больших затрат энергии.

Содержание воды в различных организмах и органах (в %)
Растения или части растений		Животные или органы животных
Водоросли	до 98	Медузы	до 95
Высшие растения	от 70 до 80	Виноградные улитки	80
Листья деревьев	от 50 до 97	Тело человека	60
Клубни картофеля	75	Кровь человека	79
Сочные плоды фруктов	до 95	Мышцы человека	от 77 до 83
Одревесневшие части растений	от 40 до 80	Сердце человека	70
Сухие семена	от 5 до 9

Неорганические вещества в клетке, кроме воды, представлены минеральными солями.

Минеральные соли составляют всего 1–1,5% общей массы клетки, но роль их значительна. В растворенном виде они являются необходимой средой для химических процессов, обусловливающих жизнь клетки.

В клетках находится много разных солей. Животные с помощью выделительной системы удаляют из организма избыточные соли, а у растений они накапливаются и кристаллизуются в различных органоидах или в вакуолях. Чаще это бывают соли кальция. Их форма в клетках растений может быть различной: иглы, ромбы, кристаллики – одиночные или сросшиеся вместе (друзы).

Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы (К⁺, Na⁺, Са²⁺, Mg⁺, NH₄⁺) и анионы (Сl^-, Н₂Р0₄^-, НР0₄^2-, НС0₃^-, NO₃^-, SO₄^2-).

Концентрация различных ионов неодинакова в различных частях клетки, а также в клетке и окружающей среде. Концентрация ионов натрия всегда выше вне клетки, а ионов калия и магния — внутри клетки. Разность между количеством катионов и анионов внутри клетки и на её поверхности обеспечивает активный перенос веществ через мембрану.

От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства цитоплазмы — способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов в условиях постоянного образования кислых и щелочных веществ при метаболизме.

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6,9.

Угольная кислота и её анионы формируют бикарбонатную буферную систему, поддерживающую рН внеклеточной среды (плазма крови) на уровне 7,4.

Некоторые ионы участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др. Ряд катионов и анионов необходим для синтеза важных органических веществ.

< Предыдущая страница "Элементарный химический состав клетки"

Следующая страница "Органические вещества. Белки" >