неорганические вещества в клетке
TRANSCRIPT
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ
• В состав клетки входит около 70 элементов Периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток.
Вещества в составе организмов
Органические
Малые молекулы
Моносахариды
Аминокислоты
Нуклеотиды
Липиды
Макромолекулы (биополимеры)
Полисахариды (углеводы)
Белки
Нуклеиновые кислоты
Неорганические
Соединения
Вода
Соли
Кислоты
Основания
Другие
Ионы
Анионы (-)
Катионы (+)
ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОДЕРЖАНИЯ В КЛЕТКЕ ВЕЩЕСТВА ДЕЛЯТСЯ НА:
• Макроэлементы (до 0,001%)А) 98%(от всех макроэлементов)- O,H, N, CБ)от 0,1 до 0,001%- K Mg Na Ca Fe S P Cl• Микроэлементы (от 0,001 до 0,000001%)- Ионы тяжелых металлов, входящих в состав
ферментов, гормонов и др.- B Co Cu Mo Zn J Br и др.
• Ультрамикроэлементы ( менее 0,000001%)- Их роль в организме не всегда установлена-
U(уран) Au( золото) Hg (ртуть) Be(бериллий) Se (селен)
ДРУГОЙ ПРИНЦИП КЛАССИФИКАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ:
• Органогены\биогены (кислород, водород, углерод, азот),
• макроэлементы,• микроэлементы.
БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
• Биогенные элементы – химические элементы которые входят в состав клеток и выполняют биологические функции (H, O, N, C, P, S)
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
ВОДА И СОЛИБЕЛКИ, ЖИРЫ, УГЛЕВОДЫ,
НУКЛ.КИСЛОТЫ,ГОРМОНЫ, АТФ, ВИТАМИНЫ
СОДЕРЖАТСЯ В ТЕЛАХ НЕЖИВОЙ
И ЖИВОЙ ПРИРОДЫ
ОБРАЗУЮТСЯ ТОЛЬКО В ЖИВЫХ
ОРГАНИЗМАХ
СОДЕРЖАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В КЛЕТКЕ
Химическое соединение
Содержание в клетке
Вода 75-85%
Белки 10-20%
Жиры 1-5%
Углеводы 0,2-2%
Нуклеиновые кислоты
1-2%
Неорганические вещества
1-1,5%
1. Ионная связь, которая образуется тогда, когда атом отдает другому атому один из нескольких электронов.
В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ ВАЖНУЮ РОЛЬ ИГРАЮТ ТРИ ТИПА ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ:
2. Ковалентная связь, образующаяся при возникновении у двух атомов обобществленной пары электронов – по
одному электрону от каждого атома.
В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ ВАЖНУЮ РОЛЬ ИГРАЮТ
ТРИ ТИПА ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ:
3. Водородная связь, в образовании которой участвует водородный атом, соединенный с каким-нибудь другим атомом ковалентной полярной связью. В сравнении с ионной или ковалентной связью одиночная водородная связь – слабая. Она легко рвется, но множество таких связей способно породить силу, на которой в прямом смысле и «держится» все живое.
В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ ВАЖНУЮ РОЛЬ ИГРАЮТ
ТРИ ТИПА ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ:
ВОДА
Вода – одно из самых распространенных веществ на Земле, она покрывает большую часть земной поверхности и входит в состав всех живых организмов.
Среди веществ клетки на первом месте по массе стоит вода. Содержание воды в разных
клетках колеблется от 60 до 98%.
В клетках эмбриона- 90-95%, в
старых организмах
– 60%
Это зависит от типа клеток
и интенсивности обмена веществ.
Нейрон – 85%
Кости – 20%
Зубная эмаль – 10%
СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ВОДЫ
Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода и при этом электронейтральна. Но электрический заряд внутри молекулы распределен неравномерно. Следовательно, частица воды – диполь.
СВОЙСТВА ВОДЫ
Свойства воды довольно необычны и связаны с малыми размерами молекулы воды, с полярностью ее молекул и с их способностью соединяться друг с другом водородными связями.
СВОЙСТВА ВОДЫ
СВОЙСТВО ВОДЫ СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ЯВЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ И В ФИЗИОЛОГИИ.
Высокая теплоемкость (из-за водородных связей между молекулами) и теплопроводность (из-за небольших размеров молекул)
• Транспирация• Потоотделение• Периодическое
выпадение осадков
СВОЙСТВА ВОДЫСВОЙСТВО ВОДЫ СВЯЗАННЫЕ С НИМИ
ЯВЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ И В ФИЗИОЛОГИИ.
Практически полная несжимаемость (из-за сил межмолекулярного сцепления)
Поддержание формы организмов: форма сочных органов растений, положение трав в пространстве, гидростатический скелет круглых червей, медуз, амниотическая жидкость поддерживает и защищает плод млекопитающихЦитоплазма клеток содержит от 60 до 95 % воды.
У растений вода определяет тургор клеток, а у некото рых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие).
СВОЙСТВА ВОДЫ
СВОЙСТВО ВОДЫ СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ЯВЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ И В ФИЗИОЛОГИИ.
Прозрачность в видимом участке спектра
Высокая продуктивность биоценозов прудов, озер, рек ( из-за возможности фотосинтеза на небольшой глубине)
СВОЙСТВА ВОДЫ
СВОЙСТВО ВОДЫ СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ЯВЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ И В ФИЗИОЛОГИИ.
Подвижность молекул (из-за слабости водородных связей)
Осмос: поступление воды из почвы; плазмолиз
СВОЙСТВА ВОДЫ
СВОЙСТВО ВОДЫ СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ЯВЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ И В ФИЗИОЛОГИИ.
Вязкость (водородные связи) Смазывающие свойства.
СМАЗЫВАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ:• синовиальная в суставах позвоночных; • плевральная в плевральной полости, • перикардиальная в околосердечной сумке
СЛИЗИ: (которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). • Слюна• Желчь• Слезы и т.д.
СВОЙСТВА ВОДЫ
СВОЙСТВО ВОДЫ СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ЯВЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ И В ФИЗИОЛОГИИ.
Растворитель (полярность молекул)
Растворительная способность крови, тканевой жидкости, лимфы, желудочного сока, слюны у животных; клеточного сока у растений; Способность водных организмов использовать растворенный в воде кислород
Растворимые вещества в воде называются гидрофильными.Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. Они не образуют с водой водородные связи.
СВОЙСТВА ВОДЫ
СВОЙСТВО ВОДЫ СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ЯВЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ И В ФИЗИОЛОГИИ.
Способность образовывать гидратационную оболочку вокруг макромолекул (из-за полярности молекул)
Дисперсионная среда в коллоидной системе цитоплазмы
СВОЙСТВА ВОДЫ
СВОЙСТВО ВОДЫ СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ЯВЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ И В ФИЗИОЛОГИИ.
Оптимальное для биологических систем значение сил поверхностного натяжения (из-за сил межмолекулярного сцепления)
Водные растворы – средство передвижения веществ в организме
СВОЙСТВА ВОДЫ
СВОЙСТВО ВОДЫ СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ЯВЛЕНИЯ В ПРИРОДЕ И В ФИЗИОЛОГИИ.
Расширение при замерзании (из-за образования каждой молекулой максимального числа – 4 – водородных связей)
Лед легче воды, выполняет в водоемах функцию теплоизолятора
ВОДА – СРЕДА ДЛЯ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
а) реакции гидролиза б) В процессе фотосинтеза вода является
донором электронов и источником атомов водорода.
Она же является источником свободного кислорода.
Фотолиз воды – расщепление воды под действием света до Н+ и О2 – основа световой фазы фотосинтеза.
ПОТЕРЯ ВОДЫ
При потере большей части воды многиеорганизмы гибнут, а ряд одноклеточных и дажемногоклеточных организмов временно утрачивают все признаки жизни (анабиоз):• При потере воды до 2% массы тела (1-1,5 л) появляется жажда, при утрате 6-8% наступает полуобморочное состояние, • При нехватке 10% появляются галлюцинации, нарушается глотание. • При потере воды в объеме 12 % от массы
тела, человек погибает.
МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ КЛЕТКИ
• Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы.
СОЛЬ
Диссоциация
Ионы
Положительно заряженные(катионы)
Сl- HCO3- HSO4
-
Отрицательно заряженные(анионы)
К+ Na+ Ca2+
ЗНАЧЕНИЕ ИОНОВ СОЛЕЙ
• Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения. (Nа+, К+, Сl-)
• Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану, а также преобразование энергии.
ЗНАЧЕНИЕ ИОНОВ СОЛЕЙ
• Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6—9.
• Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7—4.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Магний (Mg)
Кофактор многих ферментов, участвующих в синтезе ДНК и энергетическом обмене
Роль
Для растений
Входит в состав молекулы хлорофилла
Для животных
Входит в состав ферментов, необходимых для функционирования мышечной, нервной и костной ткани.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Натрий (Na)
Участвует в создании и поддержании биоэлектрического потенциала на мембранах клеток (натрий-калиевый насос)
Роль
Для растений
Участвует в поддержании осмотического потенциала клетки, что обеспечивает поглощение воды из почвы
Для животных
Влияет на работу почек, работу сердечной мышцы, вместе с ионами хлора составляет большую часть минеральных веществ крови, регуляция кислотно-щелочного баланса, входит в состав буферной системы.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Натрий (Na)
Участвует в создании и поддержании биоэлектрического потенциала на мембранах клеток (натрий-калиевый насос)
Роль
Для растений
Участвует в поддержании осмотического потенциала клетки, что обеспечивает поглощение воды из почвы
Для животных
Влияет на работу почек, работу сердечной мышцы, вместе с ионами хлора составляет большую часть минеральных веществ крови, регуляция кислотно-щелочного баланса, входит в состав буферной системы.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Кальций (Сa)
Регуляция избирательной проницаемости клеточной мембраны.Участвуют в процессах соединения ДНК с белками.
Роль
Для растений
Придают твердость межклеточному веществу, участвуют в формировании срединной пластинки при делении клеток.
Для животных
Нерастворимые соли входят в состав наружнего скелета беспозвоночных, Ионы участвуют в образовании желчи, повышают возбудимость спинного мозга, участвуют в синаптической передаче нервного импульса, в процессах свертывания крови, активируют ферменты при сокращении мышц.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Железо (Fe)
Входит в состав цитохром-ферментов – переносчиков электронов при энергетическом обмене и фотосинтезе.
Роль
Для растений
Участвует в биосинтезе хлорофилла, входит в состав дыхательных ферментов.
Для животных
Входит в состав гема белка – гемоглобина (переносчик кислорода) и миоглобина (кислород-запасающий белок в мышцах)
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Калий (К)
Поддерживает коллоидные свойства цитоплазмы, создает и поддерживает биоэлектрический потенциал в клетке (натрий-калиевый насос), активирует ферменты, лежащие в основе синтеза белка, входит в состав ферментов, участвующих в гликолизе.
Роль
Для растений
Регуляция водного режима, компонент клеточного сока.
Для животных
Поддержание сердечного ритма, проведение нервных импульсов.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Сера (S)
Входит в состав серосодержащих аминокислот, участвует в создании третичной структуры белка, участвует в бактериальном фотосинтезе, входит в состав Кофермента-А
Роль
Для растений
В основном предопределяется ролью этого элемента в клетке.
Для животных
Входит в состав инсулина, витамина В1 и биотина
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Фосфор (Р)
Входит в состав АТФ, нуклеотидов, ДНК, РНК, коферментов НАДФ, ФАД, фосфолипидов, многих ферментов. Входит в состав всех мембранных структур.
Роль
Для растений
В основном предопределяется ролью этого элемента в клетке.
Для животных
Входит в состав костной ткани, зубной эмали.Образует фосфорную буферную систему, поддерживает рН тканевой жидкости.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Хлор (Cl)
Поддерживает электронейтральность клетки.
Роль
Для растений
Регуляция тургорного давления
Для животных
Формирование осмотического потенциала плазмы крови, процессы возбуждения и торможения в нервных клетках, входит в состав соляной кислоты (основной компонент желудочного сока).
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Цинк (Zn)
Входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении
Роль
Для растений
Входит в состав ферментов, активизирующих расщепление угольной кислоты и синтез растительных гормонов.
Для животных
Входит в состав фермента, осуществляющего транспорт углекислого газа в крови, фермента, активизирующего расщепление белков, входит в состав ферментов, необходимых для нормального роста.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Медь (Cu)
Входит в состав ферментов-цитохромов (переносчиков электронов)
Роль
Для растений
Входит в состав ферментов темновой фазы фотосинтеза.
Для животных
Участвует в кроветворении, синтезе гемоглобина.Входит в состав фермента, участвующего в синтезе меланина.У беспозвоночных основной компонент переносчика кислорода крови (гемолимфы) – гемоцианина.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Йод (I)Роль
Для растений
-
Для животных
Входит в состав гормона щитовидной железы – тироксина.Активизирует обменные процессы в организме.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Марганец (Mn)
Входит в состав ферментов, участвующих в дыхании.Повышает активность ферментов.
Роль
Для растений
Входит в состав ферментов, участвующих в темновой фазе фотосинтеза.Восстанавливает нитраты.
Для животных
Входит в состав фосфатаз – ферментов, необходимых для роста костей.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Бор (В)Роль
Для растений
Влияет на ростовые процессы.Недостаток приводит к отмиранию верхушечных почек, цветков, завязей, проводящих тканей.
Для животных
-
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Молибден (Мо)
Входит в состав ферментов, участвующих в фиксации азота (у азотнокислых бактерий)
Роль
Для растений
Регулирует работу устьичного аппарата, синтез аминокислот.
Для животных
Регулирует синтез аминокислот.
РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ.
Молибден (Мо)
Входит в состав ферментов, участвующих в фиксации азота (у азотнокислых бактерий)
Роль
Для растений
Регулирует работу устьичного аппарата, синтез аминокислот.
Для животных
Регулирует синтез аминокислот.