Роль химических элементов в жизни клеток.

Таблица№2. «Роль химических элементов в жизни клеток».

Макроэлементы: N, O, C, H- органогенные элементы, входящие в состав всех веществ в орга­низме. Также к макроэлементам относят:
Ca, CaCO3, Ca3(PO4)2	Образует ткани зубов и скелета
K, Na, Cl, P	Находятся в составе солей, участвуют в поддержании осмотического давления в клетке.
S	1.содержится в составе некоторых аминокислот (метионина, цистеина). 2. также важна для нормального функционирования кожи и роста волос. 3. дисульфидные связи (S-S) поддерживают третичную форму белка. 4.входит в состав витаминов (В1) 5. в составе эфирных масел лука, редьки играет защитную функцию.
P	1. Входит в состав нуклеиновых кислот, ДНК, РНК, АТФ. 2. Фосфолипиды входят в состав мембран клетки ткани.
Mg	Входит в состав хлорофилла и некоторых других ферментов.
Fe	Входит в состав ферментов, участвующих в синтезе АТФ. Содержится в транспортных белках гемоглобине и миоглобине.
Cl	Содержится в соляной кислоте, которая входит в состав желудочного сока.
Микроэлементы:
Cu	В составе фермента гемоцианина, придающего голубой цвет гемолимфе членистоно­гих и моллюсков. Является составной частью ферментов, участвующих в клеточном дыхании.
Zn	Входит в состав инсулина и более 100 ферментов.
Co	Содержится в витамине В12, регулирующем кроветворную функцию.
I	Содержится в гормоне тироксине, вырабатывающимся щитовидной железой. В организме повышает интенсивность окислительных реакций в клетках и выделе­ние тепла, участвует в процессах роста и развития, поддерживает гормональную возбудимость нервных центров и сердечной мышцы.
F	Содержится в костной ткани и в дентине и эмали зубов.

Молекулярный состав клеток

Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов или компонентов молекул неорганических и органических веществ.

Неорганические вещества – относительно простые вещества, в состав которых необязательно вхо­дит углерод.

Такие вещества встречаются как в живой, так и в неживой природе.

Неорганическими веществами в клетке являются:

А) Вода(70 - 80%)

Б) Минеральные вещества (1 - 2%)

Органические вещества – сложные химические высокомолекулярные соединения углерода, синте­зирующиеся живыми организмами.

К органическим веществам относят:

А) Белки(10 – 20%)

Б) Жиры и липиды (1 – 5%)

В) Углеводы (1 – 2%)

Г) Нуклеиновые кислоты (1 – 2%)

Вода как часть живой клетки.

Вода – одно из самых распространенных веществ и преобладающий компонент в клетке.

Основной частью клетки является вода(70 – 80%).

В человеческом теле содержание воды в разных клетках неодинаково и зависит от уровня обмена ве­ществ.

Вода в клетках находится в 3 формах:

· Свободная (95% от всей воды организма)

· Связанная (4 – 5%)

· Обменная (ее количество зависти от состояния клетки).

Физические свойства воды

Уникальные физико-химические свойства воды определяются:

1. Малыми размерами молекул воды.

2. Полярностью каждой молекулы воды.

3. Способностью молекул соединяться друг с другом посредством водородных связей.

Образование водородных связей

В молекуле воды кислород связан с двумя атомами водорода. Кислород, как более сильный элемент, притягивает электронное облако атома водорода, и молекула становится диполем, т.е. молекулой, один конец которой имеет частично положительный заряд, а другой конец - частично отрицательный. По законам физики, разноименные заряды притягиваются, поэтому молекулы как бы «склеиваются». Возникают водородные связи.

Но молекула способна образовывать 4 связи, и эта возможность влияет на физико-химические свой­ства воды: большая теплоемкость, парообразование (объясняется тем, что большая часть тепла ухо­дит на разрыв водородных связей).

Биологическая роль воды

1. Универсальный растворитель (в клетке множество реакций могут происходить только в вод­ной среде). По отношению к воде вещества делятся на гидрофильные (хорошо растворимые - соли, кислоты, простые сахара, спирты, щелочи) и гидрофобные (плохорастворимые или нерастворимые – жиры, нуклеиновые кислоты, белки).

2. Вода – среда для многих физиологических и биохимических процессов, все реакции гидро­лиза (расщепления) происходят с участием ферментов в водной среде.

3. Вода определяет физические свойства клеток (упругость, пластичность) благодаря тургор­ному давлению.

4. Вода – терморегулятор, благодаря большой теплоемкости и большой теплоте испарения.

5. Адгезия – процесс сцепления молекул различных тел друг с другом под действием сил притяже­ния.

Когезия – процесс сцепления молекул одного вещества между собой под действием сил притяжения.

6. Вода является источником кислорода в процессе фотосинтеза.

 

Неорганические ионы, их роль.

Минеральные вещества в клетке представлены солями, которые диссоциируют на ионы. Для процес­сов жизнедеятельности наиболее важны:

Катионы Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺; анионы Сl^-, HCO₃^-, HPO₄^2-,H₂PO₄^-.

Концентрация катионов и анионов в клетке и окружающей среде различно и поддерживается на по­стоянном уровне (внутри клетки преобладают катионы K⁺, а вне клетки Na⁺ и Сl^-).

Благодаря разной концентрации ионов, образуются разные потенциалы на наружной и внутренней мембране клетки, обеспечивая возбуждение по нервному и мышечному волокну.

Биологическое значение:

1. Na⁺, K⁺, и Cl^- участвуют в проведении импульсов и обеспечении раздражимости.

2. Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺ необходимы для функционирования многих ферментов и витаминов.

3. Mg²⁺ входит в состав хлорофилла и необходим для синтеза углеводов.

4. Являются компонентами буферных систем – систем, регулирующих слабо-щелочную реак­цию содержания клетки на постоянном уровне.

Роль неорганических веществ в жизнедеятельности организма

1. HCl входит в состав желудочного сока и участвует в переваривании белков.

2. Остатки H₂SO₄ выводят нерастворимые вещества из организма.

3. Соли Ca²⁺ и P входят в состав костной ткани.

4. Соли Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ являются важными компонентами питания растений.

 

Органические вещества клетки.

Они составляют 20-30% от массы клетки. К ним относятся:

1. Биополимеры (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты)

2. Жиры и ряд низкомолекулярных веществ (аминокислоты и т.п.).

В состав обязательно входят атомы углерода, способные вступать в прочные связи и образовывать различные соединения.

Большинство органических веществ обладает огромной массой и их молекулы называют макромолеку­лами. В зависимости от массы молекулы различают высокомолекулярные (биополимеры) и низкомоле­кулярные (мономеры).

Биополимеры – высокомолекулярные вещества, служащие структурными компонентами и играющие важную роль (белки, полисахариды, ДНК, РНК).

Структурными частями являются мономеры (аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды).

В зависимости от строения различают:

Регулярные	Нерегулярные
Одинаковые по строению мономеры	Различные по строению звенья
-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-	-А-В-С-А-В-С-В-А-С-В-А-А-В-С-С-А-В-С-А-В-
Полисахариды	Белки, нуклеиновые кислоты

 

Пептиды.

Пептиды – органические вещества, состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью.

Пептидная связь – ковалентная химическая связь, возникающая между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты.

До 10 остатков - аминопептиды

Более 10 остатков - полипептиды

Белки.

Белки – высокомолекулярные органические вещества, состоящие из мономеров аминокислот.

Химический состав: C, H, O, N и S, Fe, P.

Имеют огромную молекулярную массу. Альбумин – 36000; гемоглобин – 152000.

Мономерами белков являются аминокислоты (АК).

АК – класс органических соединений, содержащих карбоксильную группу (СООН) и амино-группу (NH₂), имеющий свойства, как кислот, так и оснований.

По составу:

Простые (протеины) – только из АК.	Сложные (протеиды) – кроме АК имеется небелковая часть.
	Липопротеиды – в составе мембран
Гликопротеиды – ферменты
Фосфопротеиды - казеин
Гемопротеиды – гемоглобин
Нуклеопротеиды – ДНК, РНК, вирусы, рибосомы, хромосомы.

Соединения аминокислот.

Общая формула:

Таблица№3. Основные группы аминокислот.

Группа	Структура
Углеводородная	Изолейцин (иле) Глицин (гли) Аланин (ала) Валин (вал) Лейцин (лей)
Окси - группа	Серин (сер) Треонин (тре)
Сера	Цистеин (цис) Метионин (мет)
Кислые	Аспарагиновая кислота (асп) Глутаминовая кислота (глу)
Амидоаминокислота	Аспарагин (асн) Глутамин (глн)
Амидные	Лизин (лиз) Аргинин (арг)
Циклические кислоты	Тирозин (тир) Фенилаланин (фен) Триптофан (трп)
Гетероциклические кислоты	Гистидин (гис) Пролин (про)

 

По структуре белки бывают:

1. Глобурярные (полипептидные цепи в виде клубков). Гемоглобин, неоглобин, инсулин.

2. Фибриллярные (цепи в виде длинных нитей, нерастворимы). Коллаген, казеин.