В состав клетки входит около 70 элементов Периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы:
o макроэлементы – H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
o микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;
o ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.
Другой принцип классификации элементов:
· органогены (кислород, водород, углерод, азот),
· макроэлементы,
· микроэлементы.
В состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.
Неорганические соединения клетки – вода и неорганические ионы.
Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
| Физические свойства воды | Значение для биологических процессов |
| Высокая теплоемкость (из-за водородных связей между молекулами) и теплопроводность (из-за небольших размеров молекул) | Транспирация Потоотделение Периодическое выпадение осадков |
| Прозрачность в видимом участке спектра | Высокопродуктивные биоценозы прудов, озер, рек (из-за возможности фотосинтеза на небольшой глубине) |
| Практически полная несжимаемость (из-за сил межмолекулярного сцепления) | Поддержание формы организмов: форма сочных органов растений, положение трав в пространстве, гидростатический скелет круглых червей, медуз, амниотическая жидкость поддерживает и защищает плод млекопитающих |
| Подвижность молекул (из-за слабости водородных связей) | Осмос: поступление воды из почвы; плазмолиз |
| Вязкость (водородные связи) | Смазывающие свойства: синовиальная жидкость в суставах, плевральная жидкость |
| Растворитель (полярность молекул) | Кровь, тканевая жидкость, лимфа, желудочный сок, слюна, у животных; клеточный сок у растений; водные организмы используют растворенный в воде кислород |
| Способность образовывать гидратационную оболочку вокруг макромолекул (из-за полярности молекул) | Дисперсионная среда в коллоидной системе цитоплазмы |
| Оптимальное для биологических систем значение сил поверхностного натяжения (из-за сил межмолекулярного сцепления) | Водные растворы – средство передвижения веществ в организме |
| Расширение при замерзании (из-за образования каждой молекулой максимального числа – 4 – водородных связей_ | Лед легче воды, выполняет в водоемах функцию теплоизолятора |
Неорганические ионы:
катионы K+, Na+, Ca2+, Mg2+ и анионы Cl–, NO3-, PO4 2-, CO32-, НPO42-.
Разность между количеством катионов и анионов (Nа +, К +, Сl-) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.
Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6—9.
Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7—4.
Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот.
Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих.
Ионы кальция входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.
Таблица. Роль макроэлементов на клеточном и организменном уровне организации.
Таблица. Роль микроэлементов в жизни клетки, растительного и животного организмов.
