Химический состав клетки

Главная » Валеология » Химический состав клетки

Химический состав клетки

Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Все клетки животных и растений сходны не только по строению, но и по химическому составу Они содержат как неорганические, так и органические вещества.
В состав клетки входит более 100 химических элементов. При этом на долю шести из них: углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы приходится около 99% общей массы клеток. Химические элементы находятся в клетках либо в виде ионов, либо в виде соединений.
Первое место среди веществ клетки занимает вода, которая составляет около 70% массы клетки. Большинство реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водной среде. Вода обладает теплоемкостью и теплопроводностью. Благодаря этим свойствам в клетке поддерживается тепловое равновесие. Вода является основным средством передвижения веществ в клетке и организме; многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе, и в водном же растворе выводятся из клетки отработанные продукты. Вода определяет физические свойства клетки — ее объем, упругость, при потере большого количества воды организмы погибают.
К неорганическим веществам клетки, кроме воды, относятся соли. Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны катионы К+, Na+ Ca2+, Mg2+, а также анионы Н2РО4-, C1-, НСО3-. Концентрация катионов и анионов во внутриклеточной и внеклеточной средах различна. Так, внутри клетки всегда довольно высокая концентрация ионов калия и очень низкая — ионов натрия. Напротив, в окружающей клетку среде — в тканевой жидкости меньше ионов калия и больше ионов натрия. Пока клетка жива, эти различия в концентрациях ионов калия и натрия между клеточной и межклеточной средами сохраняются постоянно. После гибели клетки содержание ионов в клетке и окружающей среде быстро выравнивается.
Органические вещества клетки (табл. 1) относятся почти все к соединениям углерода. Благодаря небольшому размеру и наличию на внешней оболочке четырех электронов атом углерода может образовывать четыре прочные ковалентные связи с другими атомами, создавая большие и сложные молекулы. Углеродосодержащие вещества характерны только для живых клеток и организмов. Большинство органических соединений, входящих в состав клетки, характеризуются большим размером молекул, поэтому их называют макромолекулами (от греч. macros — большой). Такие молекулы состоят из повторяющихся сходных по структуре и связанных между собой соединений — мономеров (от греч. monos — один). Образованную мономерами макромолекулу называют полимером (от греч. poly — много).
Таблица 1 Основные сложные органические химические вещества, присутствующие в клетках человека, их состав и функции

Белки составляют основную массу цитоплазмы и ядра клетки. В состав всех белков входят атомы серы, фосфора. Каждая молекула белка состоит из тысячи атомов, например молекула белка гемоглобина (С3832 H46I6 0872 N780 S8 Fe4). Существует огромное количество белков. Все они построены из аминокислот. Каждая аминокислота содержит карбоксильную группу (СООН), имеющую кислотные свойства, и аминогруппу (NH2), имеющую основные свойства. Участки молекул, лежащие вне амино- и карбоксильных групп, которыми отличаются аминокислоты, называются радикалами (R).
К числу важнейших аминокислот относят аланин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты, пролин, лейцин, цистеин. Соединение аминокислот друг с другом называют пептидами. Пептид из двух аминокислот называют дипептидом, из трех аминокислот — трипептидом, из многих аминокислот— полипептидом. Следовательно, белки являются полимерами, мономерами которых служат аминокислоты. В состав большинства белков входят 300—500 аминокислот, но есть и более крупные белки, состоящие из 1500 и более аминокислот.
Белки отличаются составом, числом и порядком чередования аминокислотных звеньев в полипептидной цепи. Установлено, что именно последовательность чередования аминокислот имеет первостепенное значение в существующем разнообразии белков. Многие молекулы белков имеют большую длину и молекулярную массу. Так, молекулярная масса инсулина 5700, гемоглобина — 65 000, а воды всего — 18.
Полипептидные цепи белков не всегда вытянуты в длину. Они могут скручиваться, изгибаться или свертываться самым различным образом.
Разнообразие физических и химических свойств белков обеспечивает им выполнение множества функций: строительную, ферментативную, двигательную, транспортную, защитную, энергетическую.
Углеводы — это сложные органические вещества, в состав которых входят атомы углерода, кислорода и водорода. Различают простые и сложные углеводы. Простые углеводы называют моносахаридами. Сложные углеводы представляют собой полимеры, в которых моносахариды играют роль мономеров. Из двух мономеров образуется дисахарид, из трех — трисахарид, из многих — полисахарид. Все моносахариды — бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде. Самые распространенные моносахариды в животной клетке — глюкоза, рибоза, дезоксирибоза.
Глюкоза — первичный источник энергии для клетки. Подвергаясь расщеплению, она превращается в оксид углерода и воду (С02 + Н20). В ходе этой реакции освобождается энергия (при расщеплении 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии). Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и аденозинтрифосфатной кислоты.
Липиды образованы теми же химическими элементами, что и углеводы, т.е. углеродом, водородом и кислородом. Они представляют собой органические вещества, нерастворимые в воде. Самые распространенные липиды — жиры. Жир — основной источник энергии. При его расщеплении выделяется в два раза больше энергии, чем при расщеплении углеводов. Липиды гидрофобны, они входят в состав клеточных мембран.
Нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК. Название «нуклеиновые кислоты» происходит от латинского слова «нуклеус», т.е. ядро, где они были впервые обнаружены. Нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами, т.е. представляют собой последовательно соединенные друг с другом нуклеотиды. Нуклеотилы — это химические соединения, состоящие из одной молекулы фосфорной кислоты, одной молекулы моносахарида и одной молекулы органического основания. Органические основания при взаимодействии с кислотами могут образовывать соли.
Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) представляет собой две цепи, спирально закрученные одна вокруг другой. Каждая цепь — полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, в состав которых входят азотистые основания (аденин, тимин, гуанин, цитозин), углерод (дезоксирибоза) и фосфорная кислота. При образовании двойной спирали комплементарные азотистые основания одной цепи «стыкуются» с азотистыми основаниями другой. Основания подходят друг к другу настолько близко, что между ними возникают водородные связи. В полинуклеоитидных цепях ДНК каждые три следующие друг за другом нуклеотида составляют триплет (совокупность из трех компонентов). Наибольшее число возможных триплетов 64, т.е. 43.
ДНК имеет уникальное свойство — способность к удвоению, которым не обладает ни одна из других известных молекул. В определенные моменты ДНК может существовать в виде одноцепочной молекулы. При достаточном наборе нуклеоитидов и в присутствии специальных ферментов происходит воссоздание (образование) недостающей половины на основе принципа комплементарности (дополнения к имеющейся).
Молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК) также полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, в состав которой входят азотистые основания (аденин, урацин, гуанин, цитозин), углерод (рибоза) и фосфорная кислота. РНК представляет собой одноце-почную молекулу В РНК, так же как и в ДНК, комбинации из трех нуклеотидов образуют триплеты, или информационные единицы. Каждый триплет управляет включением в белок совершенно определенной аминокислоты. Наибольшее число возможных триплетов, так же как и в ДНК, — 64.
По выполняемым функциям выделяют несколько видов РНК: транспортная РНК (тРНК) в основном содержится в цитоплазме клетки; рибосомная РНК (рРНК) составляет существенную часть структуры рибосом; информационная РНК (иРНК) или матричная РНК (мРНК) содержится в ядре и цитоплазме клетки, и переносит информацию о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит своего рода матрицей.
Ферменты. Реакции органических соединений в клетках и тканях протекают с очень низкой скоростью. В то же время живая клетка имеет особые вещества для ускорения реакций, которые называются ферментами. Ферменты, расщепляющие углеводы, называют сахаразами, расщепляющие жиры — липазами, отщепляющими водород — дегидрогеназами.

Лекция, реферат. Химический состав клетки - понятие и виды. Классификация, сущность и особенности. 2021.

Оглавление книги открыть закрыть

Взаимодействие организма с адаптогенными и деструктивными факторами
Уровни организации функциональных систем
Клетка, ее структура и протекающие в ней процессы
Строение и функции биологических мембран
Ядро клетки
Химический состав клетки
Функции клетки
Ткани и их специфика
Функциональные системы
Опорно-двигательная система
Соединения костей
Мышечная система человека
Сердечно–сосудистая система
Система дыхания
Регуляция внешнего дыхания
Механическая очистка воздуха
Нервная система
Кровь и лимфа
Группы крови
Лимфообращение
Пищеварительная система
Органы пищеварения. Общее понятие о пищеварительных ферментах.

« назад Оглавление вперед »
Ядро клетки « | » Функции клетки