Химический состав клетки

Как вы уже знаете, все живые организмы состоят из клеток. А все клетки состоят из химических элементов.

На уроках химии в старших классах вы познакомитесь со всеми известными химическими элементами и таблицей Менделеева, которую в 1869 году изобрёл русский учёный-химик Дмитрий Иванович Менделеев.

Сегодня мы познакомим вас лишь с некоторыми веществами, которые составляют основу живых организмов.

Земная кора, например, наполовину состоит из кислорода.

Кислород — это простое вещество, которое при нормальных условиях представляет собой газ без цвета, вкуса и запаха.

На четверть земная кора состоит из кремния. Он обозначается символом Si (силициум). Кремний входит в состав песка.

Также в состав земной коры входит алюминий ― лёгкий металл серебристо-белого цвета, железо, кальций ― щёлочноземельный металл − и другие элементы.

А все живые организмы на 98 % состоят из четырёх основных элементов ― углерода, кислорода, водорода и азота. Относительное содержание этих химических элементов в живом веществе значительно выше, чем, например, в земной коре.

Как видим и живые организмы, и неживая природа содержат одинаковые химические элементы например кислород. Кстати, у человека массой 70 кг до 40 кг кислорода. То есть больше половины тела.

Итак, мы сказали, что все живые организмы на 98 % состоят из четырёх основных элементов: углерода, кислорода, водорода и азота.

Оставшиеся 2 % массы клетки приходятся на следующие элементы: калий, натрий, кальций, хлор, магний, железо, фосфор и серу. Остальные химические элементы (например, цинк и йод) содержатся в очень маленьких количествах.

В клетках живых существ найдено около 80 химических элементов. Соотношение химических элементов в живой и неживой природе различно.

Если мы внимательнее присмотримся к химическому составу живых организмов, то обнаружим, что разные организмы и даже клетки, выполняющие разные функции, могут существенно отличаться друг от друга. Например, лютики накапливают литий, ряска ― радий, а водоросли ― элемент, необходимый для нормального функционирования нашей щитовидной железы, ― йод.

Поговорим о биологической роли некоторых химических элементов.

Водород, кислород, углерод, азот ― это основа органических веществ клетки.

Водород как отдельный элемент не обладает биологической ценностью. Для организма важны соединения, в состав которых он входит, а именно: вода, белки, жиры, углеводы, и др. Наибольшую ценность, конечно, представляет соединение водорода с кислородом ― вода, которая является средой существования всех клеток организма.

Кислород участвует во многих реакциях организма. Образует «мокрое» вещество клетки ― воду.

Углерод ― самый важный химический элемент организма.

Благодаря своим уникальным химическим свойствам он составляет химическую основу жизни. Образуя связи с другими атомами, он составляет скелет различных по химическому составу, строению, длине и форме органических молекул. 

Азот ― простое вещество, газ без цвета, вкуса и запаха. Один из самых распространённых элементов на Земле.

Чистый азот сам по себе не обладает какой-либо биологической ролью. Свои основные функции он выполняет в составе соединений: в составе белков (важных компонентов всех живых организмов), в составе ДНК (благодаря которой передается вся информация внутри клетки и по наследству), а также в составе гемоглобина крови. Гемоглобин — это белок, который связывается с кислородом и обеспечивает его перенос по кровяному руслу.

Кальций ― мягкий металл серебристо-белого цвета. Он входит в состав костей и зубов. Участвует в нервной и мышечной деятельности, свёртываемости крови. У растений входит в состав клеточной стенки.

Фосфор также входит в состав органических веществ ― в основном, белков и нуклеиновой кислоты (ДНК). Кроме того, фосфор ― обязательная составляющая костей и зубной эмали.

Калий входит в состав всех клеток, обеспечивает проведение нервного импульса, а также регуляцию сердечной деятельности.

Натрий зачастую работает вместе с калием. А вместе с хлором натрий поддерживает осмотическое давление в клетке, которое делает ее прочной и упругой.

Магний входит в состав хлорофилла, необходимого для процессов фотосинтеза.

Фотосинтез — это процесс преобразования солнечной энергии в энергию химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов (хлоропластов). Этот процесс осуществляют зеленые растения.

Железо мы найдём в составе многих ферментов, которые ускоряют химические реакции в организме. Также железо находится в гемоглобине крови.

Неживая природа примерно на четверть состоит из кремния. Он участвует в формировании костей, а также входит в состав клеточной оболочки растений.

Цинк участвует в процессе, который регулирует содержание сахара в крови.

Медь у некоторых беспозвоночных животных (членистоногих, моллюсков) окрашивает жидкость, которая выполняет те же функции, что и кровь, в голубой цвет.

Фтор входит в состав зубной эмали. В нашем организме он накапливается в костной ткани.

Йод нужен для нормального функционирования щитовидной железы.

Кобальт ― принимает участие в процессах кроветворения.

Как мы видим, каждый химический элемент выполняет свою роль в живых организмах. Для одних функций необходимо высокое содержание определённого элемента, а для других ― низкое. Но абсолютно все они являются жизненно необходимыми.

Химические элементы соединяясь между собой, образуют неорганические и органические вещества.

Неорганические вещества клетки ― это вода и минеральные соли. Важнейшее из неорганических веществ − это вода. Больше всего воды содержится в клетках (от 40 до 95 % общей массы клетки). Вода придаёт клетке упругость, определяет ее форму, участвует в обмене веществ.

Приблизительно 1–1,5 % общей массы клетки составляют минеральные соли, в частности соли кальция, калия, фосфора и др.

А соединения азота, фосфора, кальция и другие неорганические вещества используются для синтеза органических молекул (белков, нуклеиновых кислот и др.)

Органические вещества входят в состав всех живых организмов. К ним относят углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты и другие вещества.

Белки играют важнейшую роль в жизни клеток. Они входят в состав разнообразных клеточных структур, регулируют процессы жизнедеятельности.

Белки переносят важные вещества по организму. Например, гемоглобин переносит кислород из лёгких к клеткам других тканей.

Специфические белки выполняют защитную функцию. Они защищают организм от вторжения чужеродных организмов и от повреждения. Например, на проникновение в организм чужеродных белков реагирует иммунная система.

Белки также являются источником энергии, при их расщеплении происходит ее выделение.

Углеводы ― это важная группа органических веществ, в результате расщепления, которых клетки также получают энергию, необходимую для их жизнедеятельности. Углеводы входят в состав оболочек клеток в виде целлюлозы, придавая им прочность.

Запасающие вещества в клетках ― крахмал и сахара − также относятся к углеводам.

Жиры откладываются в клетках. При их расщеплении также освобождается необходимая живым организмам энергия.