Неорганические компоненты клеток

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТОК

Все живые системы содержат в различных соотношениях химические элементы и построенные из них химические соединения, как органические, так и неорганические.

Ярким подтверждением единства живой природы служит очень близкое соотношение элементов в клетках самых различных организмов, причем это соотношение иное, чем в окружающей их неживой природе. В земной коре наряду с кислородом преобладают кремний, алюминий, натрий, железо и магний, тогда как более 98 % массы живых организмов приходится на углерод, кислород, водород и азот. Эти четыре элемента называют биоэлементами живых клеток. Ко второй группе элементов — макроэлементов, чье содержание составляет десятые и сотые доли процента, относятся натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, железо, кальций. К микроэлементам относятся цинк, медь, марганец, кобальт, иод, молибден и некоторые другие. Их содержание не превышает сотой доли процента, но они также являются жизненно важными элементами, недостаток которых может привести к серьезным нарушениям в работе живых клеток.

Сами по себе элементы в чистом виде крайне редко играют значимую роль в строении и жизнедеятельности организмов. Главная роль элементов — они образуют молекулы, из которых состоит живое вещество.

1.1. Вода. Преобладающим веществом подавляющего большинства живых клеток является вода. Ее содержание зависит от вида организма, от типа, возраста и функционального состояния клеток, от условий окружающей среды. Активные клетки состоят из воды на 60-95%, в покоящихся, например, в семенах и спорах содержание воды понижается до 20% и менее. Старение и снижение активности клеток также сопровождается частичным обезвоживанием.

Вода в клетке находится в двух формах свободной и связанной. Свободная вода составляет около 95% всей воды в клетке. Она служит растворителем и дисперсионной средой протоплазмы. Связанная вода соединена с белками водородными и другими связями.

Свойства воды определяются малыми размерами ее молекул, их полярностью и способностью образовывать водородные связи. Молекулы воды химически устойчивы. За счет большого внутреннего сцепления молекул вода имеет высокие температуры плавления, кипения и испарения.

Функции воды:

1. Дипольный характер строения молекул воды обеспечивает растворимость веществ, т.е. их расщепление на анионы и катионы (большинсво химических реакций есть взаимодействие между растворенными веществами). Вода служит растворителем для полярных веществ: минеральных солей, сахаров, спиртов. Вода – растворитель.

2. В качестве растворителя вода обеспечивает приток веществ в клетку, доставку веществ к различным органам и органеллам и удаление продуктов жизнедеятельности. Выполняет транспортную функцию.

3. Вода участвует в метаболизме клеток не только как среда, в которой протекают метаболические реакции, но и в качестве реагента, например, в реакциях гидролиза, при которых к свободным валентностям различных молекул под действием определенных ферментов (катализаторов) присоединяются ионы Н⁺ или ОН^-, образуя новые вещества. Вода может образовываться в ходе синтеза биополимеров из мономеров. Вода – реагент.

4. Вода служит донором электронов при фотосинтезе.

5. Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95% воды, которая является дисперсионной фазой для коллоидной системы цитоплазмы. Вода обладает свойством проникать через полупроницаемые мембраны в направлении растворов большей концентрации, создавая тем самым осмотическое давление и обеспечивая в клетках явление тургора. Именно вода придает клеткам форму. В данном случае вода выполняет структурную функцию.

6. Высокая теплоемкость воды позволяет ей смягчать влияние на организм значительных перепадов температуры в окружающей среде поддерживать относительную устойчивость температуры внутри клетки. За счет большой теплоты испарения вода защищает организмы от перегревания. Т.е выполняет функции термостабилизатора и терморегулятора.

7. Для многих организмов вода является средой обитания.