Клетка: содержание химических соединений

Среди веществ клетки на первом месте по массе стоит вода. Содержание воды в разных клетках отличается, в большинстве случаев вода составляет более 2/3 массы клетки.

Содержание в клетке химических соединений (в % на сырую массу):

Неорганические соединения: Вода 75-85; Неорганические вещества 1,0-1,5

Органические соединения: Белки 10-20; Жиры 1-5; Углеводы 0,2-2,0; Нуклеиновые кислоты 1-2; Низкомолекулярные органические вещества 0,1-0,5.

Роль воды в живой системе - клетке

Высокое содержание воды в клетке - важнейшее условие ее деятельности. При потере большей части воды многие организмы гибнут, а ряд одноклеточных и даже многоклеточных организмов временно утрачивает все признаки жизни. Такое состояние называется анабиозом. После увлажнения клетки пробуждаются и становятся вновь активными.

Молекула воды электронейтральна. Но электрический заряд внутри молекулы распределен неравномерно: в области атомов водорода (точнее, протонов) преобладает положительный заряд, в области, где расположен кислород, выше плотность отрицательного заряда. Следовательно, частица воды - это диполь. Дипольным свойством молекулы воды объясняется способность ее ориентироваться в электрическом поле, присоединяться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд. В результате этого образуются гидраты. Способностью воды образовывать гидраты обусловлены ее универсальные растворяющие свойства. Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества больше, чем энергия притяжения между молекулами воды, то вещество растворяется. В зависимости от этого различают гидрофильные (греч. hydros - вода и phileo - люблю) вещества, хорошо растворимые в воде (например, соли, щелочи, кислоты др.), и гидрофобные (греч. hydros - вода и phobos - боязнь) вещества, трудно или вовсе не растворимые в воде (жиры, жироподобные вещества, каучук и др.). В состав клеточных мембран входят жироподобные вещества, ограничивающие переход из наружной среды в клетки и обратно, а также из одних частей клетки в другие.

Большинство реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водном растворе. Вода - непосредственный участник многих реакций. Например, расщепление белков, углеводов и других веществ происходит в результате катализируемого ферментами взаимодействия их с водой. Такие реакции называются реакциями гидролиза (греч. hydros - вода и lysis - расщепление).

Вода имеет высокую теплоемкость и одновременно относительно высокую для жидкостей теплопроводность. Эти свойства делают воду идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма.

Вода - основная среда для протекания биохимических реакций клетки. Она источник кислорода, выделяемого при фотосинтезе, и водорода, который используется для восстановления продуктов ассимиляции углекислого газа. И наконец, вода - основное средство передвижения веществ в организме (ток крови и лимфы, восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам у растений) и в клетке.

Не все соединения, содержащиеся в клетке, специфичны для живой природы. Такие вещества, как вода или соли, широко распространены и вне живого. Но в организмах и продуктах их жизнедеятельности уже давно обнаружили большое число углеродсодержащих веществ, характерных только для живых клеток и организмов и поэтому получивших название "органических веществ".

КЛЕТКА: ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Биополимеры

В составе клеток содержится множество органических соединений. Наиболее важными группами, определяющими основные свойства клетки и организма, являются такие органические вещества, как белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, отдельные нуклеотиды, в частности АТФ.

Многие органические соединения, входящие в состав клетки, характеризуются большим размером молекул. Ввиду этого их называют макромолекулами (греч. macros - большой). Такие молекулы обычно состоят из повторяющихся сходных по структуре низкомолекулярных соединений, ковалентно связанных между собой. Эти низкомолекулярные соединения получили название мономеров (греч. monos - один). Образованная мономерами макромолекула называется полимером (греч. poly - много). Большинство природных полимеров построены из одинаковых мономеров, такие полимеры называют регулярными. Например, если мономер обозначить буквой А, то такой полимер будет выглядеть как последовательность одинаковых букв А-А-А-А-А...А. Полимеры, в которых нет определенной закономерности в последовательности мономеров, называют нерегулярными (А-Б-В- Б-А-В...). Перестановка и новые сочетания нескольких типов мономеров в длинных полимерных цепях обеспечивают построение множества их вариантов и определяют различные свойства макромолекул. Особенно отчетливо это видно на примере таких органических веществ, как нуклеиновые кислоты и белки.

После удаления воды из клетки в сухом остатке на первом месте по содержанию стоят белки. Они составляют 10-20% от сырой массы и 50-80% от сухой массы клетки. Белки называют также протеинами (греч. protos - первый, главный). Этим названием подчеркивается первостепенное значение белков для жизненного процесса.