Химический состав клетки Неорганические вещества

Неорганические вещества клетки

В природе различают
органические и
неорганические
вещества

Тела природы состоят из элементарных химических веществ, классификация, которых дана в периодической
системе Менделеева.
Других элементов в природе во Вселенной не существует, например Солнце состоит из гелия. (ядерн. р-ция)

Вернадский В. И. разделил вещество на живое и неживое (косное).
Живое есть только на планете Земля и то по сравнению с Вселенскими размерами в очень малом, мизерном количестве.
Ноосфера – МЫСЛЯЩАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ

Элементарный химический
состав живого вещества, клетки
Неизвестных, на Земле и в космосе веществ, в клетке не обнаружено.
Из 112 химических элементов в клетке обнаружено 60.
Из них 24 (27) называются биогенными веществами, то есть выполняют в клетке, какую либо функцию.
Остальные видимо попали в организм случайно с пищей, водой, вдыхаемым воздухом.
Элементарные химические вещества в организме делят на макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы

Элементарный химический состав клетки
Макроэлементы 99,9 % составляют от всех веществ 95-98% Н, О, С, N -- так называемые органогенные вещества
Н – более 10%
О – 65-75%
С – 15-20%
N – 1,5 –3 %
1,9% остальные К, Са, Nа, F, Cl, Fe, S, Mg в клетке их десятые и сотые доли процента.

Микроэлементы – 0,1%
В, Вr, Со, Си, Мо, Zi, Wа, J,
бор, бром, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод
В клетке они представлены тысячными и миллионными долями процента
Они входят в состав ферментов, гормоном и других активных веществ
Ультрамикроэлементы
U, Ra, Аu, Hg, Ве, Cs, Sе
уран, радий, золото, ртуть, бериллий, цезий, селен
Их концентрация в клетке более миллионной доли процента

Различия в химическом составе между живым и косным веществом,
между живой и неживой природой
.
На атомарном уровне различий между живым и косным веществом, между живой и не живой природой нет.
Элементарный состав организмов и среды, в которой они обитают различен.
Кремния в почве -33%
Кислорода в почве 50%
В растениях кремния – 0,15%
В растениях кислорода - 70%

Некоторые организмы способны избирательно концентрировать в своих телах некоторые химические элементы
Например:
Водород (Н) - водоросли
Радий (Rа) - ряска
Литий (Li) - лютик
Кремний (Si) - злаки, диатомовые водоросли
Медь (Си) - моллюски и ракообразные
Железо (Fе) - позвоночные

Неорганические вещества, входящие
в состав клетки.
Содержание химических элементов в теле человека:
- Назовите химические элементы, составляющие большую часть живых организмов?
таблица

Неорганические вещества клетки: ВОДА
Вода и её роль в клетке
Все живые организмы в своём составе содержат воду в разном количестве.
Так например:
в костной ткани ---------- 20%
в жировой ткани ---------- 40%
в мозге ---------------------- 85%
в сухих семенах ---------- 15%
в теле медузы ------------- 95%
в плодах огурцов --------- 95%
в корнях огурцов --------- 60%

Вода и её роль в клетке
Причины разного количества воды в разных тканях различные. Одна из причин - разная скорость или интенсивность обменных процессов. Например:
в эмбрионах -------------- 95%
в молодом организме ---- 80%
в стареющем организме –60%
Без воды человек может прожить 5-6 дней (max 14 дней).
Другие животные дольше, верблюд в активном состоянии, спячка (зимняя, летняя) анабиоз, покой у семян, спора, циста.

Вода и её роль в клетке
Молекула воды – диполь
Молекула воды электронейтральна, но электрический заряд в молекуле расположен не равномерно.
Молекулы воды особым образом ориентируются в электрическом поле способны присоединятся к различным молекулам или участкам молекул образую так называемые гидраты.
Между молекулами воды могут образовываться водородные связи.

Диполь – Н2О

Диполь – Н2О

Водородные связи

Форма кластера удерживается за счёт взаимного притяжения друг к другу молекул, имеющих положительно и отрицательно заряженные полюса.

Водородные связи

Водородные связи

Свойства воды:
малые размеры молекулы;
полярность молекул;
способность образовывать водородные связи друг с другом.

В клетках и тканях различают две формы воды - свободную и связанную.
Свободная обладает достаточной подвижностью и участвует в основном в транспорте веществ в организме.
Связанная может формировать гидратные оболочки ионов и молекул,
образовывать коллоидные растворы белков, капиллярно связываться со стенками сосудов.

Функции воды:
Вода хороший растворитель для полярных веществ.
Если энергия притяжения молекул воды, к молекулам какого-либо вещества выше,чем энергия притяжения между молекулами воды, то вещество растворяется.

В зависимости от этого различают вещества:
(греч. Hidro - вода,
philio – люблю, phobos боязнь).
Водорастворимые, гидрофильные –
соли, щёлочи, кислоты
Водонерастворимые, гидрофобные – жироподобные вещества, каучук
и амфифильные – фосфолипиды.
Из них построена клеточная мембрана.

Вода – хороший растворитель
для полярных веществ.

Неполярные вещества,
а так же неполярные участки молекул гидрофобны,
то есть отталкивают воду, и в её присутствии притягиваются друг к другу.
Такие взаимодействия обеспечивают стабильность мембран.

Вода служит средой для транспорта различных веществ.
Вода участник многих реакций в организме, такие реакции называются реакциями гидролиза lisis – греч. - расщепление.
Расщепление белков, углеводов. Фотолиз воды при фотосинтезе.

Вода обладает большой теплоёмкостью и теплопроводностью (?)
В водоёмах суточные и годовые колебания температур меньше, и идут с меньшей скоростью.
При испарении воды расходуется большое количество тепла - терморегуляция животных и растений.
Вода играет роль в осмотическом поступлении веществ в клетку и в организм и в поддержании тургора.
В суставах вода - смазка.
Лёд защищает водоёмы от промерзания.
Вода среда обитания животных и растений.

Поверхностное натяжение: обеспечивает движение воды по капиллярам организмов;
Плотность льда меньше плотности воды: он не тонет, и водоёмы промерзают сверху вниз (в противном случае реки и озера холодных и умеренных поясов промёрзли бы за зиму насквозь);
Необходимый компонент метаболических реакций (фотосинтез, гидролиз);

Минеральные соли
Минеральные соли в организме могут находиться:
Либо в виде ионов, например:
катионы – NH3+; К+; Na+; Mg2+; Са2+
анионы – НРО42-; Н2РО4-; Сl-; НСО2-;
либо в виде нерастворимых соединений - зубы, кости, раковины моллюсков.

Роль солей в живых организмах
Поддержание т.н. трансмембранного потенциала. В частности концентрация К+ внутри клетки очень высокая, а Nа+ низкая.
В окружающей среде картина обратная. Это поддерживается благодаря работе Nа-К- насоса, который работает с затратами энергии (АТФ). Разность потенциалов обуславливает такие важные процессы, как передача возбуждения по нерву или мышце.
Пока клетка жива в ней постоянно поддерживается мембранный потенциал (-40мВт)

От наличия анионов
НРО42-; Н2РО4-; НСО2 зависят буферные свойства биологических сред.
Буферность это способность поддерживать кислотность (рН) растворов на одном уровне, при добавлении кислот или щелочей.
(Нейтральная рН 6,9-7,4
для крови рН = 7,4)

Осмос
От наличия солей зависят осмотические свойства клетки.
Рис. «Осмос через полупроницаемую мембрану»
Частицы растворителя (синие) способны пересекать мембрану, частицы растворённого вещества (красные) — нет.

Мембрана клетки полупроницаема,
т. е. проницаема для воды и непроницаема для многих ионов и других гидрофильных веществ.
Если концентрация солей в клетке будет высокой, то вода будет поступать внутрь клетка, обеспечивая
тургорное давление.

Тургорное давление (лат. turgor —набухание)— внутреннее давление, которое развивается в растительной клетке, когда в нее в результате осмоса входит вода и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку.

Катионы Mg2+; Са2+ являются активаторами ферментов.
Остатки фосфорной и серной кислот участвуют в реакциях фосфорилирования и сульфатирования.
Соляная кислота (НCl) создаёт кислую среду в желудке. Для чего?