Хімічний склад клітини

У природі можна зустріти велику різноманітність клітин (рис. 1). Вони відрізняються за розміром, функціями, формі, є свободноживущими або ж входять до складу багатоклітинних організмів, але при всьому цьому розмаїтті все вони складаються з одних і тих же типів хімічних речовин, що зазнають однакові перетворення.

Мал. 1. Різноманітність клітин ( джерело )

Живу клітину відрізняють дві важливі особливості:

1. Високий вміст води.

2. Велика кількість складних органічних речовин.

У живій клітині можна зустріти різні хімічні елементи. Вчені підрахували, що в клітці міститься більше 70 хімічних елементів, тобто більше половини всіх існуючих, тільки 24 з них постійно зустрічаються в різних типах клітин. За кількістю елементи, що містяться в клітинах, діляться на макро- і мікроелементи (рис. 2).

Мал. 2. Макро-, мікро- та ультрамікроелементи ( джерело )

Макроелементи зустрічаються в клітинах у великій кількості. До них відносяться кисень, вуглець, водень, азот, сірка, залізо, фосфор, кальцій, калій і так далі. Мікроелементи представлені в клітинах в невеликій кількості, це такі елементи, як марганець, мідь, селен, кобальт, цинк, йод, нікель і так далі. Незважаючи на дуже малий вміст, мікроелементи відіграють важливу роль, так як впливають на обмін речовин в клітині. Крім макро- і мікроелементів, виділяють ще групу ультрамікроелементов, які складають менше однієї мільйонної відсотка в організмах живих істот. До них, наприклад, відносяться золото і срібло, які надають бактерицидну дію. Ртуть пригнічує зворотне всмоктування води в ниркових канальцях, надаючи вплив на ферменти. Також до ультрамікроелементів відносять платину і цезій. Деякі до цієї групи відносять і селен, при його нестачі розвиваються ракові захворювання. Процентний вміст в організмі того чи іншого елемента ні в якому разі не характеризує ступінь його важливості і необхідності в організмі.

Багато мікроелементи входять до складу біологічно активних речовин: ферментів, вітамінів, наприклад, кобальт входить до складу вітаміну B12 (рис. 3), а також гормонів. Вони впливають на ріст і розвиток організмів, кровотворення (залізо і мідь), процеси клітинного дихання (мідь, цинк) і так далі.

Мал. 3. Вітамін В 12 ( джерело )

Ці 70 елементів в складі клітини утворюють тисячі хімічних речовин, які можна розділити на дві великі групи (рис. 4).

Мал. 4. Органічні і неорганічні речовини ( джерело )

Це неорганічні і органічні речовини, що входять до складу клітини. Неорганічні речовини - це вода, мінеральні солі, вуглекислий газ, різні кислоти і підстави. Вода є найважливішим компонентом вмісту живої клітини, вона становить в середньому близько 70% її маси (рис. 5).

Мал. 5. Склад клітини ( джерело )

Вода надає клітині пружність і обсяг, забезпечує сталість її складу, бере участь в хімічних реакціях і в побудові хімічних молекул, робить можливим протікання всіх процесів життєдіяльності клітини. Вода є універсальним розчинником всіх речовин, що надходять в клітину, і тих, які з неї виводяться. Мінеральні солі складають приблизно від 1 до 1,5% від загальної маси клітини, але роль, яку вони виконують, дуже важлива. У розчиненому вигляді мінеральні солі є необхідне середовище для хімічних процесів, які протікають в клітині.

У клітинах можна зустріти багато різних солей. Тварини їх надлишок виводять за допомогою видільної системи. А у рослин вони накопичуються і кристалізуються в різних органелах або вакуолях, найчастіше це буває сіль і кальцій. Їх форма в клітинах рослин може бути різною: голки, ромби, кристалики, самотні або зрощені разом, так звані друзи (рис. 6). Органічні речовини клітини називають так тому, що вперше виділені вони були саме з організмів. До них відносяться такі речовини, як білки, ліпіди (або жири), вуглеводи і нуклеїнові кислоти.

Мал. 6. Форма різних солей в клітках рослин ( джерело )

Органічна хімія - це хімія сполуки такого дивного елемента, як вуглець. Його дивовижність і унікальність в тому, що численні перетворення молекул і утворення різних великих і навіть гігантських молекул органічних сполук відбувається завдяки тому, що вуглець, будучи чотирьохвалентним, здатний об'єднуватися в довгі ланцюги і замкнуті кільцеві структури (рис. 7).

Мал. 7. Модель кристалічної структури вуглецю ( джерело ) Ці вуглецеві ланцюги і кільця є скелетами складних органічних молекул. У клітинах живих організмів синтезуються різноманітні великі і малі органічні молекули.

Деякі малі молекули можуть з'єднуватися між собою і утворюють великі молекули - полімери (від грецького слова polis - «численний» і meros - «частина, частка»). Малі молекули, що стали ланками полімерного ланцюга, називають мономерами (від слова monos - один) (рис. 8).

Мал. 8. Мономери і полімери ( джерело )

Вуглеводи - це органічні речовини, до складу яких входить вуглець, водень і кисень, тобто, по суті, вуглець і вода, звідси і назва - вуглеводи.

Мал. 9. Вуглеводи ( джерело )

Вони виконують в клітці різні функції:

- енергетичну, як сахароза, глюкоза;

- захисну, як целюлоза;

- резервну, як крохмаль або глікоген.

Вуглеводи часто виступають в ролі дуже важливих компонентів інших органічних сполук клітини, які зустрічаються практично у всіх організмів, що живуть на Землі.

Ліпіди - це речовини, які практично не розчиняються у воді, але зате добре розчиняються в органічних розчинниках (рис. 10).

Мал. 10. Ліпіди ( джерело )

Багато з них утворені за участю жирних кислот. Добре знайомі нам ліпіди - жири, які ми вживаємо в їжу, наприклад вершкове масло. Це не що інше, як з'єднання жирних кислот і трехатомного спирту гліцерину. Роль ліпідів в життєвому циклі клітини не зводиться до одного лише запасання енергії, хоча завдяки своїм властивостям цю функцію вони виконують блискуче. Різні види ліпідів включаються в самі різні процеси, що протікають в клітині, наприклад фосфоліпіди (рис. 11), до складу яких входить залишок фосфорної кислоти.

Мал. 11. Фосфоліпіди ( джерело )

Ці сполуки - головний компонент плазматичноїмембрани, мембран хлоропластів, мітохондрій, ядра і так далі (рис. 12).

Мал. 12. З'єднання ліпідів ( джерело )

Існують ліпіди, які входять до складу гормонів і беруть участь в регуляції обміну речовин в організмі.

Ми розглянули хімічний склад клітини, органічні речовини, що входять до складу клітини - ліпіди і вуглеводи, обговорили їх функції. Нуклеїнові кислоти і білки ми розглянемо на наступному уроці.

Список літератури

1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова І.Б., Сонін Н.І. Біологія. Загальні закономірності. - Дрофа 2009.
2. Пономарьова І.М., Корнілова О.А., Чернова Н.М. Основи загальної біології. 9 клас: Підручник для учнів 9 класу загальноосвітніх установ / За ред. проф. І.М. Пономарьової. - 2-е изд., Перераб. - М .: Вентана-Граф, 2005.
3. Пасічник В.В., Каменський А.А., Кріксунов Е.А. Біологія. Введення в загальну біологію та екологію: Підручник для 9 класу, 3-е изд., Стереотип. - М .: Дрофа, 2002.

Додаткові рекомендовані посилання на ресурси мережі Інтернет

1. Article-factory.ru ( джерело ).
2. Yaklass.ru ( джерело ).
3. Beaplanet.ru ( джерело ).

Домашнє завдання

1. Які особливості відрізняють живу клітину і на які групи діляться хімічні речовини, що входять до її складу?
2. Яка роль неорганічних речовин в житті клітини?
3. Які функції виконують вуглеводи і ліпіди?