Основные химические элементы клетки и их значение для жизнедеятельности организмов

В клетках живых организмов обнаружено около 70 элементов периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Все эти элементы встречаются и в неживой природе, что указывает на единство живой и неживой природы.

Содержание химических элементов существенно отличается в клетках живых организмов и в Земной коре. Имеються различия в составе и биологической роли химических элементов в клетках растений и животных.

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

МАКРОЭЛЕМЕНТЫ › 99% О, С, Н, N, P, K, Cl, Ca, Mg, Na, Fe

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ ≈0,01% I, Co, Mn, Cu идр.

УЛЬТРАМИКРОЭЛЕМЕНТЫ От 10^-4до 10^-6% Pb, Br,Ag и др.

В зависимости от содержания химических элементов в клетке их разделяют на группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

 

Отдельную групу среди макроелементов составляют органогенные элементы (O, C, H, N), которие образуют молекулы всех органических веществ.

Макроэлементы, их роль в клетке. Органогенные элементы - кислород, углерод, водород и азот составляют ≈ 98% химического содержания клетки. Они легко образуют ковалентные связи за счет обобщения двух электронов (по одному от каждого атома) и благодаря этому формируют большое разнообразие органических веществ в клетке.

Жизненно важными являются и другие макроэлементы в клетках животных и человека (калий, натрий, магний, кальций, хлор, железо), на долю которых приходится около 1,9%.

Так, ионы Калия и Натрия регулируют осмотическое давление в клетке, обуславливают нормальный ритм сердечной деятельности, возникновение и проведение нервного импульса. Ионы Кальция принимают участие в свертывание крови, сокращении мышечных волокон. Нерастворимые соли Кальция принимают участие в формировании костей и зубов.

Ионы магния играют важную роль в функционировании рибосом и митохондрий. Железо входит в состав гемоглобина.

Микроэлементы, их роль в клетке. Биологическая роль микро- и ультрамикроэлементов определяется не их процентным содержанием, а тем, что они входят в состав ферментов, витаминов и гормонов. Например, Кобальт входит в состав витамина В₁₂, Йод – в состав гормона тироксина, Медь – в состав ферментов, катализирующих окислительно-востановительные процессы.

Ультрамикроэлементы, их роль в клетке. Их концентрация не привышает 0,000001 %. Это такие элементы: золото, серебро, свинец, уран, селен, цезий, берилий, радий, и др. Физиологическая роль многих химических элементов еще не установлена, но они необходимы для нормального функционирования организма. Например, дефицит ультрамикроэлемента Селена приводит к развитию раковых заболеваний.

Обобщенные сведения о биологическом значении основных химических элементов, содержащихся в клетках живых организмов, представлены в таблице 4.1.

При недостаче важного химического элемента в почве определенного региона, что обусловливает дефицит его в организме местных жителей, возникают так называемые эндемические болезни.

Все химические элементы содержатся в клетке в виде ионов или входят в состав химических веществ.

 

Табл. 4.1.Основные химические элементы клетки и их значение для жизнидеятольности организмов

Элемент	Символ	Содержание	Значение для клетки и организма
Углерод	o	15—18	Главный структурный компонент всех органических соединений клетки
Кислород	N	65—75 1,5—3,0	Главный структурный компонент всех органических соединений клетки
Азот	H	8—10	Обязательный компонент аминокислот
Водород	K	0.0001	Главный структурный компонент всех органических соединений клетки
Фосфор	S	0,15—0,4	Входит в состав костной ткани и зубной эмали, нуклеиновых кислот, АТФ и некоторых ферментов
Калий	Cl	0,15—0,20	Содержится в клетке только в виде ионов, активирует ферменты белкового синтеза, обуславливает ритм сердечной деятельности, участвует в процессах фотосинтеза
Сера	Ca	0,05—0,10	Входит в состав некоторых аминокислот, ферментов, витамина В
Хлор	Mg	0,04—2,00	Важнейший отрицательный ион в организме животных, компонент НС1 в желудочном соке
Кальций	Na	0,02—0,03	Входит в состав клеточной стенки растений, костей и зубов, активирует свертывание крови и сокращение мышечных волокон
Магний	Fe	0,02-0,03	Входит в состав молекул хлорофилла, а также костей и зубов, активирует энергетический обмен и синтез ДНК
Натрий	I	0,010—0,015	Содержится в клетке только в виде ионов, обуславливаетнормальный ритм сердечной деятельности, влияет на синтез гормонов
Железо	Cu	0,0001	Входит в состав многих ферментов, гемоглобина и миоглобина, участвует в биосинтезе хлорофилла, в процессах дыхания и фотосинтеза
Йод	Mn	0,0002	Входит в состав гормонов щитовидной железы
Медь	Mo	0.0001	Входит в состав некоторых ферментов, участвует в процессах кровообразования, фотосинтеза, синтеза гемоглобина
Марганец	Co	0,0001	Входит в состав некоторых ферментов или повышает их активность, принимает участие в развитии костей, ассимиляции азота и процессе фотосинтеза
Молибден	Zn	0.0001	Входит в состав некоторых ферментов, участвует н процессах связывания атмосферного азота растениями
Кобальт	o	0,0003	Входит в состав витамина В12, участвует в фиксации ат- мосферного азота растениями, развитии эритроцитов
Цинк	N	15—18	Входит в состав некоторых ферментов, участвует в синтезе растительных гормонов (фуксина) и спиртовом брожении

Химические вещества клетки

ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ

ОРГАНИЧЕСКИЕ

ВОДА 85-90%

МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ 1-1,5%

ГАЗЫ (О2,СО2)

БЕЛКИ 7-10 %

ЛИПИДЫ 1-2 %

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ 1-1,5 %

УГЛЕВОДЫ 0,2-2 %