Химический состав живых организмов свидетельствует об их материальном единстве с неживой природой: клетки состоят из тех же атомов, что и объекты неживого мира, однако в живых системах эти элементы образуют сложные молекулы, не встречающиеся в других местах. Основу химической организации составляют неорганические (вода, минеральные соли) и органические соединения (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты).
Элементарный состав клетки
В живых клетках обнаружено около 70 химических элементов, которые принято делить на группы в зависимости от их содержания.
· Макроэлементы (составляют почти 98% массы): кислород, углерод, водород и азот. К этой же группе относятся кальций, фосфор, калий, сера, хлор, натрий и магний, содержание которых исчисляется десятыми и сотыми долями процента.
· Микроэлементы (менее 0,01%): железо, цинк, медь, марганец, кобальт, молибден, фтор, йод и др.. Несмотря на малые количества, они входят в состав ферментов, витаминов и гормонов, обеспечивая нормальное функционирование организма.
· Ультрамикроэлементы (менее 0,000001%): золото, серебро, платина, ртуть и др.
Неорганические вещества
Вода является самым распространенным веществом в клетке, составляя от 60 до 95% её массы. Благодаря полярности своих молекул (диполей) и способности образовывать водородные связи, она выполняет ряд критических функций:
1. Универсальный растворитель: в ней протекают почти все биохимические реакции.
2. Транспортная функция: обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме.
3. Терморегуляция: благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности защищает клетку от резких перепадов температур.
4. Поддержание структуры: обеспечивает тургор (внутриклеточное давление), определяя упругость тканей.
Минеральные соли в клетке находятся в виде ионов или твердых осадков. Катионы K+ и Na+ создают мембранный потенциал, необходимый для проведения нервных импульсов. Анионы фосфорной и угольной кислот образуют буферные системы, которые поддерживают постоянство pH внутренней среды клетки.
Органические вещества
Органические соединения составляют 20–30% массы клетки и включают как малые молекулы (мономеры), так и гигантские биополимеры.
Белки (протеины): являются непериодическими полимерами, мономерами которых служат 20 видов аминокислот. Они выполняют колоссальное количество функций: строительную (коллаген), каталитическую (ферменты), транспортную (гемоглобин), защитную (антитела), регуляторную (гормоны) и двигательную (актин, миозин. При расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.
Углеводы: состоят из углерода, водорода и кислорода. Моносахариды (глюкоза, рибоза) служат источниками энергии и компонентами нуклеотидов. Полисахариды выполняют запасающую (крахмал у растений, гликоген у животных) и структурную функции (целлюлоза, хитин).
Липиды: гидрофобные соединения, включающие жиры, фосфолипиды, воска и стероиды. Жиры - основной резерв энергии (при окислении 1 г выделяется 38,9 кДж). Фосфолипиды составляют основу всех биологических мембран.
Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК): биополимеры, построенные из нуклеотидов. ДНК хранит и передает наследственную информацию, а РНК участвует в реализации этой информации через синтез белка.
АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) является универсальным носителем и основным источником энергии для всех внутриклеточных процессов. Энергия запасается в её макроэргических связях, при разрыве которых выделяется около 40 кДж/моль.
Клетку по её химическому наполнению можно сравнить с автоматизированным химическим заводом: здесь вода служит универсальной рабочей средой, минеральные ионы поддерживают «электрическое напряжение» на конвейерах, белки работают как высокоточные станки (ферменты), а ДНК выступает в роли главного архива с чертежами всех деталей.
Стань покорителем биологии вместе с нами!
Для сдачи ЕГЭ на высокие баллы необходимо научиться применять знания на заданиях формата экзамена. В онлайн школе Lomonosov.school вы сможете не только наработать свои знания для сдачи ЕГЭ, но и научитесь применять их для решения заданий.