Поговорим о значении некоторых химических элементов более конкретно и начнём с больших.
Кислород, углерод, водород, азот – основа органических веществ клетки. А это более 97 % от сухого вещества. Кроме того, водород и кислород образуют «мокрое» вещество клетки – воду. В некоторых клетках её также может быть около 90 %.
Кальций составляет минеральную основу костей и зубов. Участвует в нервной и мышечной деятельности, свёртываемости крови. У растений входит в состав клеточной стенки.
Фосфор и сера также входят в состав органических веществ – в основном, белков и нуклеиновых кислот. Кроме того, фосфор – обязательная составляющая костей и зубной эмали.
Калий является одним из важнейших катионов в организме животных. Он обеспечивает проведение нервного импульса, регуляцию сердечной деятельности. У автотрофов участвует в процессах фотосинтеза.
Хлор – противоположность калию. Это один из важнейших анионов организма. Поддерживает осмотическое давление, регулирует водно-солевой баланс. В составе соляной кислоты – компонент желудочного сока животных.
Натрий зачастую работает вместе с калием. Благодаря им происходит генерация биоэлектрических потенциалов. А вместе с хлором натрий поддерживает осмотическое давление в клетке. Также натрий оказывает влияние на синтез гормонов.
Благодаря магнию на Земле существуют гетеротрофные организмы, так как он входит в состав хлорофилла, без которого был бы невозможен фотосинтез.
Итак, это были элементы, содержание которых в клетке превышает 0,01 %. Теперь о тех, которых значительно меньше. Кстати, попробуйте сравнить роль «маленьких» и «больших», маленьких и больших - в кавычках, конечно же. И проверить наше утверждение о том, что процентное содержание того или иного элемента не характеризует степень его важности в организме.
Железо мы найдём в составе многих ферментов, гемоглобина и миоглобина. Также оно участвует в процессах клеточного дыхания и фотосинтеза.
Кремний. Помните, неживая природа примерно на четверть состоит из кремния? Если проводить сравнение, то можно сказать, что в живых организмах его практически нет – всего одна тысячная процента. Но кремний у нас есть и активно работает. Он участвует в формировании костей и основного белка соединительной ткани – коллагена. Входит в состав клеточной оболочки растений.
Цинк обеспечивает регуляцию содержания глюкозы в крови – он входит в состав инсулина и некоторых других ферментов. Принимает участие в синтезе растительных гормонов.
Медь. Как там говорят? Пройти огонь, воду и медные трубы. Здесь и сейчас проходим медь. Как и магний, она также обеспечивает Землю органическими веществами – участвует в процессах фотосинтеза. Параллельно медь помогает эти органические вещества и расщеплять – обеспечивает нормальное протекание клеточного дыхания. У беспозвоночных животных окрашивает кровь и гемолимфу в благородный голубой цвет, так как входит в состав дыхательных пигментов.
Фтор. Вы, наверное, видели рекламу или сами пользуетесь зубной пастой с содержанием фтора. Дело в том, что этот химический элемент входит в состав зубной эмали. Правда, попадает ли он в зубы из пасты – вопрос достаточно спорный. Но это тема отдельного разговора.
Ещё фтор в нашем организме накапливается в костной ткани.
Йод нужен для нормального функционирования щитовидной железы. Он входит в состав её гормонов – тироксина и трийодтиронина, регулирующих обмен веществ.
Марганец входит в состав ферментов, а также регулирует их активность. Участвует в формировании костей и фотосинтезе.
Кобальт – составная часть цианкобаламина. Отсюда и название витамина B 12, имеющего самую сложную из всех витаминов структуру. Также кобальт принимает участие в процессах кроветворения.
И закончим наш обзор молибденом. Этот металл используют клубеньковые бактерии для очень важного процесса – связывания атмосферного азота и перевода его в форму, доступную для растений.
Как мы видим, каждый химический элемент выполняет свою роль в живых организмах. Для одних функций необходимо высокое содержание определённого элемента, а для других – низкое. Но абсолютно все они являются жизненно необходимыми.
Нам осталось рассмотреть то, в каком же виде находятся химические элементы в составе живых организмов. Мы уже сказали, что они могут быть составными частями молекул разнообразных неорганических и органических соединений.
Важнейшее из неорганических – вода. В ней растворены газы (кислород, углекислый газ, азот).
Органические вещества состоят, в основном, из углерода, водорода и кислорода. В составе белков к этим элементам добавляются азот и сера. А в нуклеиновых кислотах – азот и фосфор.
Кроме того, часть химических элементов выполняет свои функции в форме ионов. Например, катионов (калия, натрия, кальция, магния) и анионов (хлора, гидрокарбонат ион, гидрофосфат ион, сульфат ион).
И отдельно отметим роль углерода. Благодаря своим уникальным химическим свойствам, фундаментальным для жизни, он составляет её химическую основу. Образуя связи с другими атомами и группами атомов, он составляет скелет различных по химическому составу, строению, длине и форме органических молекул. И основная причина их разнообразия не столько отличия составляющих их атомов, сколько разнообразие порядка и связи друг с другом. Благодаря прочности ковалентных связей возникают и существуют гигантские органические молекулы – полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты. Многообразие которых практически бесконечно. И именно в этом причина разнообразия живых организмов на Земле. А может, где-то и на других планетах.
Конспект урока "Минеральные вещества клетки."
Химические вещества, входящие в состав организма, подразделяют на макро — и микроэлементы.
К макроэлементам относятся: кислород, углерод, водород, азот, фосфор, калий, сера, железо, магний, натрий и кальций.
К микроэлементам: бор, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод и бром.
Большая часть минеральных веществ клетки представлена в виде солей, диссоциированных на ионы, либо находится в твёрдом состоянии.
Ион — это частица, в которой общее число протонов не эквивалентно общему числу электронов.
Ион, в котором общее число протонов больше общего числа электронов, имеет положительный заряд и называется катионом.
Ион, в котором общее число протонов меньше общего числа электронов, имеет отрицательный заряд и называется анионом.
Неорганические ионы, имеющие немаловажное значение для обеспечения процессов жизнедеятельности клетки, представлены катионами и анионами минеральных солей.
В виде самостоятельных частиц ионы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества: газах, жидкостях, кристаллах и плазме.
Недостаток или отсутствие ионов некоторых металлов приводит к нарушению жизнедеятельности клеток. Например, ионы некоторых металлов (Мg, Са, Zе, Сu, Мn, Мо, Вr, Со) являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов, или активируют их.
Ион железа, например, входит в состав молекулы гемоглобина крови, а ион Мg в состав молекулы хлорофилла — пигмента, окрашивающего хлоропласты растений в зелёный цвет.
Кристаллические включения содержатся в цитоплазме практически любой клетки. Эти включения состоят, как правило, из слаборастворимых солей кальция и фосфора.
Кристаллические включения используются для образования опорных структур клетки, например, минерального скелета радиолярий, одноклеточных планктонных организмов, обитающих преимущественно в тёплых океанических водах.
Соли кальция входят в состав костной ткани, раковин моллюсков и хитина — основного экзоскелета членистоногих и ряда других беспозвоночных.
