Раздел 1.
Молекулярный уровень организации живого
Тема 2.
Химическая организация клетки. Элементный состав клеток. Неорганические вещества: вода и минеральные соли
1. Основные вопросы теории
Молекулярный уровень организации живого
Это самый низкий уровень организации живого, представленный отдельными молекулами органических и неорганических веществ, входящих в состав клеток организма. Жизнь можно представить как организационную иерархию вещества. В живых существах элементы образуют очень сложные органические молекулы, из которых в свою очередь состоят клетки, а из тех – целый организм. Жизнедеятельность всех живых систем проявляется во взаимодействии молекул различных химических веществ.
Элементный состав клетки
В составе живой природы обнаружено более 80 химических элементов, 27 из них выполняют определенные функции.
| ↓ | ↓ | ↓ |
| макроэлементы | микроэлементы | ультрамикроэлементы |
| 99 % | 10-3 % | 10-6 % |
| 98% – биогенные: О, С, Н, N K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl, S, P. | B, Mn, Zn, Cu, Co, F, I, Br, Mo. | U, Au, Be, Hg, Se, Ra, Cs. |
Некоторые организмы – интенсивные накопители определенных элементов: бактерии способны накапливать марганец, морские водоросли – йод, ряска – радий, моллюски и ракообразные – медь, позвоночные – железо.
Каждый из химических элементов выполняет важную функцию в клетке.
| Элемент | Биологическая роль |
| О, Н | входят в состав воды. |
| С, О, Н, N | входят в состав белков, липидов, нуклеиновых кислот, полисахаридов. |
| K, Na, Cl | обеспечивают проведение нервного импульса. |
| Ca | компонент костей, зубов, необходим для мышечного сокращения, компонент свертывания крови, посредник в механизме действия гормонов. |
| Mg | структурный компонент хлорофилла, поддерживает работу рибосом и митохондрий. |
| Fe | структурный компонент гемоглобина, миоглобина. |
| S | входит в состав серосодержащих аминокислот, белков. |
| P | входит в состав нуклеиновых кислот, костной ткани. |
| B | необходим некоторым растениям. |
| Mn, Zn, Cu | активаторы ферментов, влияют на процессы тканевого дыхания. |
| Zn | входит в состав инсулина. |
| Cu | входит в состав окислительных ферментов, переносит кислород в тканях моллюсков. |
| Co | входит в состав витамина В12. |
| F | входит в состав эмали зубов. |
| I | входит в состав тироксина. |
| Химические вещества клетки | |
| ↓ | ↓ |
| неорганические | органические |
| вода – 75‑85%; минеральные соли – 1‑1,5%. | белки – 10 – 20%; углеводы – 0,2 – 2%; липиды – 1 – 5%; нуклеиновые кислоты – 1 – 2%. |
Уникальное строение воды, её свойства и роль в живой природе
|
|
| Строение и свойства воды | Биологические функции воды |
1. Малые размеры молекул воды, молекула воды нелинейна.
| 1. Вода – среда для протекания биохимических реакций в клетках. 2. Вода – донор электронов, источник ионов водорода и свободного кислорода при фотосинтезе. 3. Вода необходима для гидролиза макромолекул до мономеров, например, в пищеварении. 4. Вода обусловливает рН среды, что определяется концентрацией Н+ и ОН-. |
2. Полярность, молекула воды – диполь.
| 5. Вода – универсальный растворитель для полярных веществ. По растворимости в воде все вещества подразделяют на гидрофильные (водорастворимые) и гидрофобные (нерастворимые). 6. Вода – среда для транспорта веществ. |
3. Способность образовывать водородные связи, подвижность молекул воды.
… – водородная связь.
| 7. Вода обладает высокой теплопроводностью и большой теплоемкостью, выполняет функцию терморегуляции в живых организмах (т.к. для разрыва водородных связей нужно много Е). 8. При замерзании вода расширяется (т.к. образуется много водородных связей), лед легче воды, плавает на её поверхности, самая «тяжелая вода» при t +40, что спасает жизнь водным обитателям зимой. |
| 4. Силы межмолекулярного сцепления не позволяют воде сжиматься. | 9. Вода служит для поддержания формы организмов (гидростатический скелет, тургорное давление). 10. Вода – смазывающее вещество в биологических системах (синовиальная жидкость, плевральная жидкость, слизь). |
|
|