Химический состав клетокОдним из свойств живого является сходство всех живых организмов по химическому составу. Из 109 элементов периодической системы Менделеева в клетках обнаружено значительное их большинство. Особенно велико содержание в клетке четырех элементов - кислорода, углерода, азота и водорода. В сумме они составляют почти 98% всего содержимого клетки. Следующую группу составляют восемь элементов, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Это сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо. В сумме они составляют 1.9%.Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых количествах (меньше 0,01%). Химические элементы входят в состав органических и минеральных веществ. Минеральные веществанаходятся в клетке, как правило, в виде катионов (K+, Na+, Ca2+, Mg2+), анионов (HPO42-, H2PO4-, Сl-, HCO3) и воды. Соотношение которых определяет важную для жизнедеятельности клеток кислотность среды. (У многих клеток среда слабощелочная и ее pH почти не изменяется, так как в ней постоянно поддерживается определенное соотношение катионов и анионов.). Из неорганических веществ наиболее распространенной в клетке является вода. Много воды содержится в клетках мозга и эмбрионов человека (более 80%); в клетках жировой ткани - всего 40%. Клетки прокариот содержат от 70 до 90% воды.К старости содержание воды в клетках снижается. Вода является хорошим растворителем и играет большую роль в химических реакциях, протекающих в клетке в водных растворах. Вода способствует перемещению различных веществ внутри клетки или из клетки в клетку. Большое содержание воды в клетке придает ей упругость. Из органических веществ в состав клетки входят углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты, АТФ. Липиды. Липиды — большая группа веществ биологического происхождения, хорошо растворимых в органических растворителях, таких, как метанол, ацетон, хлороформ и бензол. В то же время эти вещества нерастворимы или мало растворимы в воде. Функции липидов: Структурная. Ряд липидов принимает участие в образовании клеточных мембран. Типичными мембранными липидами являются фосфолипиды, гликолипиды и холестерин. Энергетическая. В количественном отношении липиды — основной энергетический резерв организма. В основном жир содержится в клетках в виде жировых капель, которые служат метаболическим «топливом». Липиды окисляются в митохондриях до воды и диоксида углерода с одновременным образованием большого количества АТФ (ATP). Теплорегулирующая. Жировые отложения в подкожной ткани и вокруг различных органов обладают высокими теплоизолирующими свойствами. Так, китов, моржей, тюленей, пингвинов защищают от переохлаждения мощные жировые отложения. У кита, например, слой подкожного жира достигает 1 м. Запасающая. Углеводы. Углеводы (сахара) — группа природных полигидроксиальдегидов и полигидроксикетонов с общей формулой (CH2O)n. Группа включает простые сахара (моносахариды), олигосахариды и полисахариды. Функции углеводов: Структурная. Так, в клеточных стенках бактерий в качестве стабилизирующего структурного компонента присутствует муреин. В растениях эту функцию выполняют целлюлоза и другие полисахариды. Так, из целлюлозы строятся клеточные стенки растений. В древесине содержится от 40 до 60% целлюлозы. Углеводы часто встречаются в связанном виде с липидами (гликолипиды) или белками (гликопротеины), входящими в состав клеточных мембран. Запасающая. Резервные полисахаридыслужат энергетическим ресурсом, из которого по мере необходимости в организм поступают моносахариды, являющиеся клеточным "топливом". Благодаря полимерной природе резервные полисахариды осмотически неактивны и поэтому могут накапливаться в клетках в больших количествах. Энергетическая. Белки. Из макромолекул являются наиболее распространенными и составляют до 55% сухого веса клетки. Функции белков в клетке: Каталитическая. Белки-катализаторы ускоряют химические реакции в клетке. Регуляторная. Например, белок инсулин регулирует содержание сахара в крови. Структурная. Молекулы белков входят в состав всех клеточных мембран. Молекулы белка коллагена составляют основу хрящей и сухожилий. Из белка состоят волосы, шерсть, ногти, рога, копыта, чешуя, перья, паутина. К структурным белкам можно отнести также гистоны, функцией которых является организация укладки ДНК в хроматине. Двигательная. Белки актин и миозин, способные вызывать сокращение мышечных волокон, а также белки, входящие в состав ресничек, жгутиков одноклеточных и специализированных клеток, например сперматозоидов многоклеточных организмов. Защитная. Иммунная система защищает организм от возбудителей болезней и чужеродных веществ. В качестве ключевого компонента этой системы здесь выступает иммуноглобулин G, который на эритроцитах образует комплекс с мембранными гликолипидами Транспортная. Наиболее известным транспортным белком является гемоглобин эритроцитов. Это белок участвует в переносе кислорода и диоксида углерода между легкими и тканями. В плазме крови содержатся множество других белков, выполняющих транспортные функции. Ионные каналы и другие интегральные мембранные белки осуществляют транспорт ионов и метаболитов через биологические мембраны. Запасающая. В растениях содержатся запасные белки, являющиеся ценными пищевыми веществами. В животных организмах мышечные белки служат резервными питательными веществами. Энергетическая. При недостатке полисахаридов и липидов белки могут выполнять энергетическую функцию. Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты построены из нуклеотидных звеньев, которые в свою очередь состоят из азотистого основания, углеводного остатка и фосфатной группы. Различают два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновые кислоты [ДНК (DNA)] и рибонуклеиновые кислоты [PHK (RNA)]. ДНК и РНК различаются по типу углеводного остатка и структуре оснований. Функции нуклеиновых кислот: генная экспрессия и биосинтез белка; хранение наследственной информации.
|
