Клітина складається приблизно з 70 основних елементів , які можна знайти у таблиці Менделєєва. З них тільки 24 зустрічаються абсолютно у всіх клітинах.
Основні елементи – водень, вуглець, кисень та азот. Це основні клітинні елементи, але не менш важливу роль відіграють такі елементи, як калій, йод, магній, хлор, залізо, кальцій і сірка. Це макроелементи, яких у клітинах міститься відносно невелика кількість (до десятих часток відсотка).
Мікроелементів у клітинах ще менше (менше 0,01% маси клітин). До них відносяться мідь, молібден, бор, фтор, хром, цинк, кремній та кобальт.
Значення та вміст у клітинах організмів елементів наведено у таблиці.
Елемент | Символ | Зміст у % | Значення для клітини та організму |
Кисень | Про | 62 | Входить до складу води та органічних речовин; бере участь у клітинному диханні |
Вуглець | З | 20 | Входить до складу всіх органічних речовин |
Водень | Н | 10 | Входить до складу води та органічних речовин; бере участь у процесах перетворення енергії |
Азот | N | 3 | Входить до складу амінокислот, білків, нуклеїнових кислот, АТФ, хлорофілу, вітамінів |
Кальцій | Са | 2,5 | Входить до складу клітинної стінки у рослин, кісток та зубів, підвищує згортання крові та скоротливість м'язових волокон. |
Фосфор | Р | 1,0 | Входить до складу кісткової тканини та зубної емалі, нуклеїнових кислот, АТФ, деяких ферментів |
Сірка | S | 0,25 | Входить до складу амінокислот (цистеїн, цистин та метіонін), деяких вітамінів, бере участь в утворенні дисульфідних зв'язків при утворенні третинної структури білків |
Калій | До | 0,25 | Міститься в клітині тільки у вигляді іонів, активує ферменти білкового синтезу, зумовлює нормальний ритм серцевої діяльності, бере участь у процесах фотосинтезу, генерації біоелектричних потенціалів |
Хлор | Cl | 0,2 | Переважає негативний іон у організмі тварин. Компонент соляної кислоти у шлунковому соку |
Натрій | Na | 0,10 | Міститься у клітці лише у вигляді іонів, обумовлює нормальний ритм серцевої діяльності, впливає на синтез гормонів |
Магній | Mg | 0,07 | Входить до складу молекул хлорофілу, а також кісток та зубів, активує енергетичний обмін та синтез ДНК |
Йод | 1 | 0,01 | Входить до складу гормонів щитовидної залози |
Залізо | Fe | 0,01 | Входить до складу багатьох ферментів, гемоглобіну та міоглобіну, бере участь у біосинтезі хлорофілу, у транспорті електронів, у процесах дихання та фотосинтезу. |
Мідь | Cu | Сліди | Входить до складу гемоціанінів у безхребетних, до складу деяких ферментів, бере участь у процесах кровотворення, фотосинтезу, синтезу гемоглобіну |
Марганець | Mn | Сліди | Входить до складу або підвищує активність деяких ферментів, бере участь у розвитку кісток, асиміляції азоту та процесу фотосинтезу |
Молібден | Mo | Сліди | Входить до складу деяких ферментів (нітратредуктазу), бере участь у процесах зв'язування атмосферного азоту бульбочковими бактеріями |
Кобальт | Co | Сліди | Входить до складу вітаміну В12, бере участь у фіксації атмосферного азоту бульбочковими бактеріями. |
Бор | У | Сліди | Впливає на ростові процеси рослин, активує відновлювальні ферменти дихання |
Цинк | Zn | Сліди | Входить до складу деяких ферментів, що розщеплюють поліпептиди, бере участь у синтезі рослинних гормонів (ауксинів) та гліколізу |
Фтор | F | Сліди | Входить до складу емалі зубів та кісток |
>> Хімія: Хімічні елементи у клітинах живих організмів
У складі речовин, що утворюють клітини всіх живих організмів (людини, тварин, рослин), виявлено понад 70 елементів. Ці елементи прийнято ділити на дві групи: макроелементи та мікроелементи.
Макроелементи містяться у клітинах у великих кількостях. Насамперед це вуглець, кисень, азот і водень. У сумі вони становлять майже 98% всього вмісту клітини. Крім названих елементів до макроелементів відносять також магній, калій, кальцій, натрій, фосфор, сірку та хлор. Сумарний їхній вміст 1,9%. Отже, частку інших хімічних елементів припадає близько 0,1%. Це мікроелементи. До них відносять залізо, цинк, марганець, бор, мідь, йод, кобальт, бром, фтор, алюміній та ін.
У молоці ссавців виявлено 23 мікроелементи: літій, рубідій, мідь, срібло, барій, стронцій, титан, миш'як, ванадій, хром, молібден, йод, фтор, марганець, залізо, кобальт, нікель та ін.
До складу крові ссавців входить 24 мікроелементи, а до складу головного мозку людини – 18 мікроелементів.
Як можна помітити, у клітці немає якихось особливих елементів, характерних тільки для живої природи, тобто на атомному рівні відмінностей між живою та неживою природою немає. Ці відмінності виявляються лише на рівні складних речовин – на молекулярному рівні. Так, поряд з неорганічними речовинами (водою та мінеральними солями) клітини живих організмів містять речовини, характерні тільки для них, - органічні речовини (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти, вітаміни, гормони та ін.). Ці речовини побудовані переважно з вуглецю, водню, кисню та азоту, т. е. з макроелементів. Мікроелементи містяться у цих речовинах у незначних кількостях, проте їх роль нормальної життєдіяльності організмів величезна. Наприклад, сполуки бору, марганцю, цинку, кобальту різко збільшують врожайність окремих сільськогосподарських рослин і підвищують їх опірність до різноманітних захворювань.
Людина і тварини отримують необхідні їм для нормальної життєдіяльності мікроелементи через рослини, якими харчуються. Якщо їжі не вистачає марганцю, то можлива затримка зростання, уповільнення настання статевої зрілості, порушення обміну речовин для формування скелета . Додавання часток міліграма солей марганцю до добового раціону тварин усуває ці захворювання.
Кобальт входить до складу вітаміну В12, який відповідає за роботу кровотворних органів. Нестача кобальту в їжі часто спричиняє серйозне захворювання, що призводить до виснаження організму і навіть до загибелі.
Значення мікроелементів для людини вперше було виявлено щодо такого захворювання, як ендемічний зоб, яке викликалося недоліком йоду в їжі та воді. Прийом солі, що містить йод, призводить до одужання, а добавка його до їжі в малих кількостях запобігає захворюванню. З цією метою проводять йодування харчової кухонної солі, до якої додають 0,001-0,01% іодиду калію.
До складу більшості біологічних каталізаторів-ферментів входять цинк, молібден та деякі інші метали. Ці елементи, які у клітинах живих організмів у дуже малих кількостях, забезпечують нормальну роботу найтонших біохімічних механізмів, є справжніми регуляторами процесів життєдіяльності.
Багато мікроелементів містяться у вітамінах - органічних речовинах різної хімічної природи, що надходять в організм з їжею в малих дозах і дуже впливають на обмін речовин і загальну життєдіяльність організму. За своєю біологічною дією вони близькі до ферментів, але ферменти утворюються клітинами організму, а вітаміни зазвичай надходять із їжею. Джерелами вітамінів служать рослини: цитрусові, шипшина, петрушка, цибуля, часник та багато інших. Деякі вітаміни – А, В1, В2, К – отримують синтетичним шляхом. Свою назву вітаміни отримали від двох слів: віта – життя та амін – містить азот.
Мікроелементи входять також до складу гормонів - біологічно активних речовин, що регулюють роботу органів та систем органів людини та тварин. Назву свою вони беруть від грецького слова хармао – перемагаю. Гормони виробляються залозами внутрішньої секреції та надходять у кров, яка розносить їх по всьому організму. Деякі гормони одержують синтетичним шляхом.
1. Макроелементи та мікроелементи.
2. Роль мікроелементів у життєдіяльності рослин, тварин та людини.
3. Органічні речовини: білки, жири, вуглеводи.
4. Ферменти.
5. Вітаміни.
6. Гормони.
На якому рівні форм існування хімічного елемента починається різниця між живою та неживою природою?
Чому окремі макроелементи називають також біогенними? Перерахуйте їх.
Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні урокикалендарний план на рік методичні рекомендаціїпрограми обговорення Інтегровані урокиУ клітинах різних організмів виявлено близько 70 елементів періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва, але лише 24 їх мають цілком встановлене значення і зустрічаються постійно у всіх типах клітин.
Найбільша питома вага в елементному складі клітини посідає кисень, вуглець, водень і азот. Це так звані основніабо біогенніелементи. Перед цих елементів припадає понад 95 % маси клітин, причому їх відносний вміст у живому речовині набагато вище, ніж у земної кори. Життєво важливими є також кальцій, фосфор, сірка, калій, хлор, натрій, магній, йод та залізо. Їх вміст у клітині обчислюється десятими та сотими частками відсотка. Перелічені елементи становлять групу макроелементів.
Інші хімічні елементи: мідь, марганець, молібден, кобальт, цинк, бір, фтор, хром, селен, алюміній, йод, залізо, кремній містяться у виключно малих кількостях (менше 0,01 % маси клітин). Вони відносяться до групи мікроелементів.
Відсотковий вміст в організмі того чи іншого елемента аж ніяк не характеризує ступінь його важливості та необхідності в організмі. Так, наприклад, багато мікроелементів входять до складу різних біологічно активних речовин - ферментів, вітамінів (кобальт входить до складу вітаміну B12), гормонів (йод входить до складу тироксину); впливають на ріст і розвиток організмів (цинк, марганець, мідь), кровотворення (залізо, мідь), процеси клітинного дихання (мідь, цинк) і т.д.
Елемент | Символ | Зразковий зміст, % | Значення для клітини та організму |
---|---|---|---|
Кисень | O | 62 | Входить до складу води та органічних речовин; бере участь у клітинному диханні |
Вуглець | C | 20 | Входить до складу всіх органічних речовин |
Водень | H | 10 | Входить до складу води та органічних речовин; бере участь у процесах перетворення енергії |
Азот | N | 3 | Входить до складу амінокислот, білків, нуклеїнових кислот, АТФ, хлорофілу, вітамінів |
Кальцій | Ca | 2,5 | Входить до складу клітинної стінки у рослин, кісток та зубів, підвищує згортання крові та скоротливість м'язових волокон. |
Фосфор | P | 1,0 | Входить до складу кісткової тканини та зубної емалі, нуклеїнових кислот, АТФ, деяких ферментів |
Сірка | S | 0,25 | Входить до складу амінокислот (цистеїн, цистин та метіонін), деяких вітамінів, бере участь в утворенні дисульфідних зв'язків при утворенні третинної структури білків |
Калій | K | 0,25 | Міститься в клітині тільки у вигляді іонів, активує ферменти білкового синтезу, зумовлює нормальний ритм серцевої діяльності, бере участь у процесах фотосинтезу, генерації біоелектричних потенціалів |
Хлор | Cl | 0,2 | Переважає негативний іон у організмі тварин. Компонент соляної кислоти у шлунковому соку |
Натрій | Na | 0,1 | Міститься у клітці лише у вигляді іонів, зумовлює нормальний рит серцевої діяльності, впливає на синтез гормонів |
Магній | Mg | 0,07 | Входить до складу молекул хлорофілу, а також кісток та зубів, активує енергетичний обмін та синтез ДНК |
Йод | I | 0,01 | Входить до складу гормонів щитовидної залози |
Залізо | Fe | Сліди | Входить до складу багатьох ферментів, гемоглобіну та міоглобіну, бере участь у біосинтезі хлорофілу, у транспорті електронів, у процесах дихання та фотосинтезу. |
Мідь | Cu | Сліди | Входить до складу гемоціанінів у безхребетних, до складу деяких ферментів, бере участь у процесах кровотворення, фотосинтезу, синтезу гемоглобіну |
Марганець | Mn | Сліди | Входить до складу або підвищує активність деяких ферментів, бере участь у розвитку кісток, асиміляції азоту та процесі фотосинтезу |
Молібден | Mo | Сліди | Входить до складу деяких ферментів (нітратредуктазу), бере участь у процесах зв'язування атмосферного азоту бульбочковими бактеріями |
Кобальт | Co | Сліди | Входить до складу вітаміну B12, бере участь у фіксації атмосферного азоту бульбочковими бактеріями. |
Бор | B | Сліди | Впливає на ростові процеси рослин, активує відновлювальні ферменти дихання |
Цинк | Zn | Сліди | Входить до складу деяких ферментів, що розщеплюють поліпептиди, бере участь у синтезі рослинних гормонів (ауксинів) та гліколізу |
Фтор | F | Сліди | Входить до складу емалі зубів та кісток |
До них відносяться вода та мінеральні солі.
Воданеобхідна реалізації життєвих процесів у клітині. Її вміст становить 70-80% від маси клітини. Основні функції води:
є універсальним розчинником;
є середовищем, у якому протікають біохімічні реакції;
визначає фізіологічні властивості клітини (еластичність, об'єм);
бере участь у хімічних реакціях;
підтримує теплову рівновагу організму завдяки високій теплоємності та теплопровідності;
є основним засобом транспорту речовин.
Мінеральні соліприсутні в клітині у вигляді іонів: катіони К +, Na +, Ca 2+, Mg 2+; аніони – Cl-, HCO3-, H2РО4-.
3. Органічні речовини клітини.
Органічні сполуки клітини складаються з багатьох елементів (мономерів), що повторюються, і являють собою великі молекули - полімери. До них відносять білки, жири, вуглеводи та нуклеїнові кислоти. Їх вміст у клітині: білки –10-20%; жири – 1-5%; вуглеводи – 0,2-2,0%; нуклеїнові кислоти – 1-2%; низькомолекулярні органічні речовини - 01-05%.
Білки - Високомолекулярні (з великою молекулярною масою) органічні речовини. Структурною одиницею їхньої молекули є амінокислота. У освіті білків беруть участь 20 амінокислот. До складу молекули кожного білка входять лише певні амінокислоти у властивому цьому білку порядку розташування. Амінокислота має таку формулу:
H 2 N – CH – COOH
До складу амінокислот входять NH 2 – аміногрупа, що має основні властивості; СООН – карбоксильна група із кислотними властивостями; радикали, що відрізняють амінокислоти одна від одної.
Існують первинна, вторинна, третинна та четвертинна структури білка. Амінокислоти, з'єднані між собою пептидними зв'язками, визначають його первинну структуру. Білки первинної структури з допомогою водневих зв'язків з'єднуються у спіраль та утворюють вторинну структуру. Поліпептидні ланцюги, скручуючись певним чином компактну структуру, утворюють глобулу (куля) - третинна структура білка. Більшість білків має третинну структуру. Слід зазначити, що амінокислоти активні лише з поверхні глобули. Білки з глобулярною структурою поєднуються і формують четвертинну структуру (наприклад, гемоглобін). При дії високої температури, кислот та інших факторів руйнуються складні білкові молекули – денатурація білка. При поліпшенні умов денатурований білок здатний відновлювати свою структуру, а то й руйнується його первинна структура. Цей процес називається ренатурації.
Білки відрізняються видовою специфічністю: кожному за виду тварин характерний набір певних білків.
Розрізняють білки прості та складні. Прості складаються лише з амінокислот (наприклад, альбуміни, глобуліни, фібриноген, міозин та ін.). До складу складних білків, крім амінокислот, входять інші органічні сполуки, наприклад, жири і вуглеводи (ліпопротеїди, глікопротеїди та ін.).
Білки виконують такі функції:
ферментативну (наприклад, фермент амілаза розщеплює вуглеводи);
структурну (наприклад, входять до складу мембран та ін. органоїдів клітини);
рецепторну (наприклад, білок родопсин сприяє кращому зору);
транспортну (наприклад, гемоглобін переносить кисень або вуглекислий газ);
захисну (наприклад, білки імуноглобуліни беруть участь у формуванні імунітету);
рухову (наприклад, актин та міозин беруть участь у скороченні м'язових волокон);
гормональну (наприклад, інсулін перетворює глюкозу на глікоген);
енергетичну (при розщепленні 1 г білка виділяється 4,2 ккал енергії).
Жири (ліпіди) - сполуки трихатомного спирту гліцерину та високомолекулярних жирних кислот. Хімічна формулажирів:
CH 2 -O-C(O)-R¹
CH 2 -O-C(O)-R³, де радикали можуть бути різними.
Функції ліпідів у клітині:
структурна (беруть участь у побудові клітинної мембрани);
енергетична (при розпаді в організмі 1 г жиру виділяється 92 ккал енергії);
захисна (зберігають від втрати тепла, механічних пошкоджень);
жир - джерело ендогенної води (при окисненні 10 г жиру виділяється 11 г води);
регуляція обміну речовин.
Вуглеводи - Їх молекулу можна представити загальною формулою С n (Н 2 О) n - вуглець і вода.
Вуглеводи ділять на три групи: моносахариди (включають одну молекулу цукру – глюкоза, фруктоза та ін.), олігосахариди (включають від 2 до 10 залишків моносахаридів: сахароза, лактоза) та полісахариди (високомолекулярні сполуки – глікоген, крохмаль та ін.).
Функції вуглеводів:
служать вихідними елементами для побудови різноманітних органічних речовин, наприклад, при фотосинтезі – глюкоза;
основне джерело енергії для організму, при розкладанні з використанням кисню виділяється більше енергії, ніж при окисленні жиру;
захисна (наприклад, слиз, що виділяється різними залозами, містить багато вуглеводів; вона оберігає стінки порожнистих органів (бронхи, шлунок, кишечник) від механічних пошкоджень; маючи антисептичні властивості);
структурна та опорна функції: входять до складу плазматичної мембрани.
Нуклеїнові кислоти - Це біополімери, що містять фосфор. До них відносяться дезоксирибонуклеїнова (ДНК)і рибонуклеїнова (РНК) кислоти.
ДНК -найбільші біополімери, їх мономером є нуклеотид. Він складається із залишків трьох речовин: азотистої основи, вуглеводу дезоксирибози та фосфорної кислоти. Відомі 4 нуклеотиди, що беруть участь у освіті молекули ДНК. Дві азотисті основи є похідними піримідину - тимін і цитозин. Аденін і гуанін відносять до похідних пурину.
Відповідно до моделі ДНК, запропонованої Дж. Вотсоном і Ф. Криком (1953), молекула ДНК являє собою дві нитки, що спірально обвивають один одного.
Дві нитки молекули утримуються разом водневими зв'язками, які виникають між ними комплементарнимиазотистими основами. Аденін комплементарний тиміну, а гуанін – цитозину. ДНК у клітинах перебуває у ядрі, де вона разом із білками утворює хромосоми. ДНК є також у мітохондріях і пластидах, де їх молекули розташовуються у вигляді кільця. Основна функція ДНК- Зберігання спадкової інформації, укладеної в послідовності нуклеотидів, що утворюють її молекулу, та передача цієї інформації дочірнім клітинам.
Рибонуклеїнова кислотаодноланцюжкова. Нуклеотид РНК складається з однієї з азотистих основ (аденіну, гуаніну, цитозину або урацилу), вуглеводу рибози та залишку фосфорної кислоти.
Розрізняють кілька видів РНК.
Рибосомальна РНК(Р-РНК) у поєднанні з білком входить до складу рибосом. На рибосомах здійснюється синтез білка. Інформаційна РНК(РНК) переносить інформацію про синтез білка з ядра в цитоплазму. Транспортна РНК(Т-РНК) знаходиться в цитоплазмі; приєднує до себе певні амінокислоти та доставляє їх до рибосом – місця синтезу білка.
РНК знаходиться в ядерці, цитоплазмі, рибосомах, мітохондріях та пластидах. У природі є ще один вид РНК – вірусна. В одних вірусів вона виконує функцію зберігання та передачі спадкової інформації. В інших вірусів цю функцію виконує вірусна ДНК.
Аденозинтрифосфорна кислота (АТФ) - є особливим нуклеотидом, утвореним азотистою основою аденіном, вуглеводом рибозою та трьома залишками фосфорної кислоти.
АТФ - універсальне джерело енергії, необхідної для біологічних процесів, що протікають у клітині. Молекула АТФ дуже нестійка і здатна відщеплювати одну чи дві молекули фосфату із виділенням великої кількості енергії. Ця енергія витрачається забезпечення всіх життєвих функцій клітини – біосинтезу, руху, генерації електричного імпульсу та інших. Зв'язки у молекулі АТФ називаються макроергічними. Відщеплення фосфату від молекули АТФ супроводжується виділенням 40 кДж енергії. Синтез АТФ відбувається у мітохондріях.
Інструкція
Основні елементи, що зустрічаються у клітинах – це водень, вуглець, кисень та азот. Ці хімічні елементи називаються біогенними, оскільки грають вирішальну роль життєдіяльності клітин. Саме на їхню частку припадає дев'яносто п'ять відсотків від усієї клітинної маси. Доповнюють ці елементи такі речовини, як сірка та фосфор, які разом із біогенними елементами утворюють молекули основних органічних сполуку клітинах.
Не менш важливою для функціонування є наявність макроелементів. Їхня кількість невелика, менше відсотка від загальної маси, але неоціненна. До макроелементів належать такі речовини, як натрій, калій, хлор, магній та кальцій.
Всі макроелементи знаходяться в клітинах у вигляді іонів і беруть безпосередню участь у ряді клітинних процесів, наприклад, іони кальцію беруть участь у м'язових скороченнях, рухових функціях та зсіданні крові, а іони відповідають за роботу рибосом. Рослинні клітини так само не обходяться без магнію – він входить до складу хлорофілу та забезпечують функціонування мітохондрій. Натрій і калій, елементи, які у людських клітинах, своєю чергою, відповідають за передачу нервових імпульсів і серцевого ритму.
Не менш важливим функціональним значенням мають і мікроелементи - речовини, що не перевищують свій вміст в одну соту відсотка від усієї маси клітин. Це залізо, цинк, марганець, мідь, кобальт, цинк, а певного типу клітин ще й бор, алюміній, хром, фтор, селен, молібден, йод і кремній.
Важливість елементів, що входять до складу клітин, не відображається у відсотковому співвідношенні. Наприклад, без міді функціонування окислювально-відновних процесів буде під великим питанням, причому цей елемент, незважаючи на мінімальний вміст у клітинах, має велике значення в житті молюсків, відповідаючи за транспортування кисню по організму.
Залізо – такий самий мікроелемент, як і мідь, та його вміст у клітинах невеликий. Але без цієї речовини здорову людину уявити просто неможливо. Гем гемоглобіну та багато ферментів не можуть обходитися без цього елемента. Залізо також є переносником електронів.
Клітини водоростей, губок, хвощів та молюсків потребують такого елементу, як кремній. Його роль у хребетних тварин не менш виражена – його найбільший вміст у зв'язках та хрящах. Фтор у великих кількостях зустрічається у клітинах емалі зубів та кісток, а бор відповідає за зростання рослинних організмів. Навіть найдрібніший вміст мікроелементів у клітинах має своє значення та відіграє свою непомітну, але важливу роль.