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. Неорганические компоненты клеток

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.