Основы цитологии. Химический состав клетки

Процентное содержание веществ в клетке
В клетках обнаружено более 80 химических элементов, однако только в отношении 27 из них известна физиологическая роль.
Макроэлементы: O, C, N, H. 98%
Микроэлементы: K, P, S, Ca, Mg, Cl, Na. 1,9%
Ультрамикроэлементы: Cu, I, Zn, Co, Br. 0 ,01%

Макроэлементы
К макроэлементам относят
кислород (65—75 %),
углерод (15—18 %),
водород (8—10 %),
азот (2,0—3,0 %),
калий (0,15—0,4 %),
сера (0,15—0,2 %),
фосфор (0,2—1,0 %),
хлор (0,05—0,1 %),
магний (0,02—0,03 %),
натрий (0,02—0,03 %),
кальций (0,04—2,00 %),
железо (0,01—0,015 %).

Углерод
Входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO2 фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO3 входит в состав минеральных скелетов.

Водород
Входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.

Кислород
Входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды.

Азот
Входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты как конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления.

Сера
Входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.

Фосфор
Входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты), в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов).

Магний
Кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.

Кальций
Участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные процессы (в том числе участвует в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза). Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.

Калий
Участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы.Содержится в межклеточных веществах.

Натрий
Участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессах осморегуляции (в том числе в работе почек у человека) и создании буферной системы крови.

Калий
Участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы.Содержится в межклеточных веществах.

Хлор
Поддерживает электронейтральность клетки.

Микроэлементы
К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы тела живых существ, относят
ванадий,
германий,
йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы),
кобальт (витамин В12),
марганец,
никель,
рутений,
селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк

Ультрамикроэлементы
Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны.

H2O
Свойства воды:
Не имеет вкуса, цвета и запаха
Обладает плотностью и вязкостью
t пл – 0 C, t кип – 100 С
Обладает дипольным свойством
Универсальный растворитель

Особенности строения молекулы воды
Гидрофильные вещества
Гидрофобныевещества

Особенности строения минеральных солей
а)в диссоциированном состоянии в виде катионов: К+, Na+, Ca++, Mg++
в виде анионов: H2PO4-, Cl-, HCO3-, HPO4--
б) в связанном с органическими веществами состоянии обеспечивают многие функции

Функции минеральных солей
Влияют на:
Кислотно –щелочное равновесие(буферность) в организме
Осмотическое давление, поступление воды в клетку.
В связанном с органическими веществами состоянии
обеспечивают многие функции:
Железо участвует в построении молекулы гемоглобина;
Магний входит в состав хлорофилла;
Медь входит в состав многих окислительных ферментов;
Йод содержится в составе молекул тироксина;
Натрий и калий обеспечивают электрический заряд на мембранах нервных волокон;
Кобальт входит в состав витамина В12 и т.д.

Органические соединения
Углеводы - 0,2 -2,0 % сух. вещ. кл.
Белки - 10 -20% сух. вещ. кл.
Жиры-1 -5 % сух. вещ. кл.
Нуклеиновые кислоты– 1-2 %
АТФ
Ферменты.
Алкалоиды
Низкомолекулярные органические вещества
( НМВ) - 0,1 -0,5 %

Углеводы
Это органические соединения, в состав которых входят водород (Н), углерод (С) и кислород (О).
Углеводы образуются из воды (Н2О) и углекислого газа
(СО2) в процессе фотосинтеза.
Фруктоза и глюкоза постоянно присутствуют в клетках
плодов растений, придавая им сладкий вкус.
Функции:
1. Энергетическая (при распаде 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДжэнергии)
2. Структурная (хитин в скелете насекомых и
в стенке клеток грибов)
3. Запасающая (крахмал в растительных
клетках, гликоген – в животных)

Липиды
Группа жироподобных органических соединений, нерастворимых в воде, но хорошо растворимых в неполярных органических растворителях (бензоле, бензине и т.д.).
Жиры – один из классов липидов, сложные эфиры глицерина и жирных кислот. В клетках содержится от 1 до 5% жиров.
Функции:
1. Энергетическая (при окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии)
2. Структурная (фосфолипиды – основный
элементы мембран клетки)
3. Защитная (термоизоляция)

Белки.
Уровни организации белков.

Функции белков:
Структурная
Каталитическая
Двигательная
Транспортная
Защитная
Регуляторная
Энергетическая
Запасающая
Рецепторная

Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах.