Конспект урока: Химический состав клетки

Химические элементы в составе клетки

Рис. 1. Диаграмма распространённости химических элементов в природе

В состав тел живой и неживой природы входят химические элементы, но их количество в них различно (рис. 1–2). Изучением химического состава клетки занимается наука биохимия, возникшая в конце XIX века.  

 

Из 111 имеющихся в природе химических элементов в составе клеток можно найти 80. Но их содержание в клетке различно. 96 % приходится на углерод, водород, азот и кислород. Остальные 4 % приходятся на калий, кальций, натрий, хлор, магний и железо. Эти вещества называются макроэлементами.

Рис. 2. Диаграмма распространённости химических элементов в клетке

Другие вещества, содержание которых в клетке около 0,02 % называются микроэлементами. Это цинк, бор, марганец, медь, йод и многие другие.

 

Клетки всех живых организмов сходны по химическому составу, что является одним из доказательств единства происхождения жизни на Земле.

 

Большинство химических веществ встречаются в клетке не в чистом виде, а в виде химических соединений — веществ. По своей природе вещества бывают неорганические и органические.

Неорганические вещества

Самое уникальное и в тоже время самое распространённое вещество на Земле — вода. В живых организмах содержание воды различно (рис. 3).

Рис. 3. Содержание воды в живых организмах

В разных тканях одного организма содержание воды также отличается. Так, кровь на 92 % состоит из воды, кости содержат 20 % воды, а зубная эмаль всего 2–3 %.

Вода является прекрасным растворителем. Благодаря этому свойству она выполняет в организме транспортную роль, перенося растворённые в ней химические вещества, принимает участие в большинстве химических реакций в живом организме. Она также придаёт клеткам тела объём и упругость.

В небольших количествах в клетках живых организмов содержатся химические соединения, чаще всего в виде солей. Они играют большую роль в жизнедеятельности организма. Так соли натрия и калия принимают участие в проведении нервных импульсов, сокращении мышц. Соли кальция способствуют укреплению костей, образованию раковин у моллюсков, яичной скорлупы у птиц и рептилий.

Органические вещества

Рис. 4. Диаграмма содержания органических веществ в клетке

К органическим веществам относят белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и некоторые другие вещества (рис. 4). Доля органических веществ в клетке составляет 20–30 %.

 

Белки — основные органические вещества в живых организмах, так как на них приходится более 60 % от всех органических соединений. Они являются строительным материалом любого живого организма. Белки входят в состав клеточной мембраны, органоидов клетки. Из белков состоят все ферменты, в том числе и пищеварительные, помогающие расщеплять и переваривать пищу. Кровь содержит белок гемоглобин, который принимает участие в транспорте кислорода и углекислого газа, белки — антитела, обеспечивающие защиту организма от инфекций, а также специальные белки, принимающие участие в свёртывании крови.  Передвижение тел животных в пространстве возможно благодаря белкам, составляющим мышечную ткань.

Углеводы содержатся преимущественно в клетках растений. Они могут составлять до 90 % сухой массы (например, в семенах). В животных клетках углеводов содержится 1–2 %, в клетки печени и мышц до 5 %. 

Главная функция углеводов — обеспечение организма энергией. Глюкоза — основной углевод, при расщеплении которого выделяется энергия.

Крахмал — запасное вещество у растений, содержится в клубнях картофеля, семенах кукурузы. Целлюлоза, образующая клеточные стенки растительных клеток — это тоже углеводы. Из целлюлозы изготавливают бумагу, ткани, уксусную кислоту, смолы и много другое.

Углевод хитин входит в состав клеточных стенок грибов, наружных покровов насекомых, пауков, ракообразных.

Жиры — органические вещества, которых в клетках содержится от 1 до 5 % от сухой массы. По сравнению с углеводами они несут в себе энергии в два раза больше. 

Жиры входят в состав клеточных мембран, выполняя строительную функцию. Часто жир накапливается под слоем кожи, образуя подкожно-жировую клетчатку, защищающую многих животных от потерь тепла (киты, тюлени, моржи), а также обеспечивающую энергией зверей, впадающих в зимнюю спячку. В горбах верблюдов запасенный жир превращается в воду, благодаря чему животные могут совершать длительные переходы через пустыню.

У растений жиры называются маслами, чаще всего они содержатся в семенах (подсолнечник, лён, виноград) или плодах (олива, кокос).

Нуклеиновые кислоты (от лат. нуклеус — ядро) входят в состав специальных телец — хромосом, расположенных в ядре. Они содержат генетическую информацию об организме, отвечают за её хранение и передачу от родителей к потомству.