Химический состав клетки
Клетка состоит из неорганических и органических веществ. Их соотношение и свойства определяют строение клетки, обмен веществ, хранение наследственной информации, рост, движение и размножение организма.
Какие вещества входят в состав клетки
В клетке обнаружено множество химических элементов, но особенно важны кислород, углерод, водород и азот. На их долю приходится основная масса живого вещества. Также клеткам необходимы фосфор, сера, кальций, калий, натрий, магний, железо и другие элементы.
| Группа веществ | Примеры | Основная роль |
|---|---|---|
| Неорганические | Вода, минеральные соли | Растворитель, поддержание постоянства среды, участие в реакциях |
| Органические | Белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, АТФ | Строение, получение и запас энергии, хранение наследственной информации |
| Макроэлементы | O, C, H, N, P, S, Ca, K, Na, Mg | Входят в состав основных веществ и регулируют процессы |
| Микроэлементы | Fe, Cu, Zn, I, F и другие | Нужны в очень малых количествах, но необходимы для работы ферментов и гормонов |
Неорганические вещества обычно имеют сравнительно простое строение; к ним относят воду и минеральные соли. Органические вещества содержат углерод и образуются в клетках или поступают в организм с пищей. К ним относят углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и АТФ.
Органические вещества клетки построены главным образом из небольшого набора элементов: углерода, водорода, кислорода и азота. Различия между веществами определяются составом, строением молекул и связями между атомами.
Неорганические вещества: вода и минеральные соли
Вода в клетке обычно составляет большую часть её массы. Благодаря полярности молекул вода хорошо растворяет многие вещества, участвует в химических реакциях, переносит растворённые соединения и помогает поддерживать постоянную температуру. Вода почти не сжимается, поэтому создаёт внутреннее давление в клетках растений и поддерживает их форму.
- Вода — универсальный растворитель для ионов и многих органических соединений.
- Вода участвует в реакциях гидролиза и фотосинтеза.
- Высокая теплоёмкость воды защищает клетку от резких изменений температуры.
- Испарение воды с поверхности организма обеспечивает охлаждение.
Минеральные вещества клетки находятся в виде ионов или солей. Ионы натрия и калия участвуют в возникновении нервного импульса и поддержании разности зарядов на мембране. Кальций нужен для сокращения мышц, свёртывания крови и работы некоторых ферментов. Фосфаты входят в состав АТФ и нуклеиновых кислот, а железо — в состав гемоглобина и ряда ферментов.
В клетке или растворе содержится 3 г минеральной соли и 97 г воды. Найдём массовую долю соли.
Какое свойство воды особенно важно для протекания большинства клеточных реакций?
Органические вещества и их функции
Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. Простые углеводы, например глюкоза, быстро используются как источник энергии. Сложные углеводы выполняют запасную и строительную функции: крахмал запасается в клетках растений, гликоген — в клетках животных и грибов, целлюлоза входит в состав клеточной стенки растений.
Липиды плохо растворяются в воде. Они входят в состав клеточных мембран, служат запасом энергии и участвуют в защите организма. Жировые капли могут накапливаться в клетках как энергетический резерв. Некоторые липиды входят в состав гормонов и других регуляторных веществ.
Белки — полимеры, состоящие из аминокислот. Последовательность аминокислот определяет сворачивание белка и его свойства. Белки выполняют строительную, ферментативную, транспортную, защитную, двигательную и регуляторную функции. Ферменты ускоряют химические реакции, не расходуясь в процессе реакции.
Нуклеиновые кислоты представлены ДНК и РНК. ДНК хранит наследственную информацию. РНК участвует в реализации этой информации, в том числе в синтезе белка. Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды.
АТФ — универсальный переносчик энергии в клетке. Энергия запасается в химических связях между фосфатными группами и высвобождается при отщеплении остатка фосфорной кислоты. АТФ используется для синтеза веществ, активного транспорта, движения и других процессов.
| Вещество | Строительные единицы или состав | Главные функции |
|---|---|---|
| Углеводы | Моносахариды | Энергетическая, запасная, строительная |
| Липиды | Глицерин и жирные кислоты; у некоторых есть фосфат | Энергетическая, мембранная, защитная |
| Белки | Аминокислоты | Ферментативная, строительная, транспортная, защитная |
| ДНК и РНК | Нуклеотиды | Хранение и передача наследственной информации |
| АТФ | Аденин, рибоза, три фосфатные группы | Перенос энергии |
Как вещества связаны с процессами клетки
Клеточные вещества не действуют изолированно. Углеводы расщепляются, и выделившаяся энергия используется для синтеза АТФ. АТФ обеспечивает энергией синтез белков, транспорт веществ через мембрану и движение клеточных структур. Белки-ферменты управляют скоростью реакций, а нуклеиновые кислоты определяют, какие белки будут синтезироваться.
В клетке постоянно идут реакции обмена веществ. Пластические реакции обеспечивают образование сложных веществ из простых и требуют затрат энергии. Энергетические реакции сопровождаются расщеплением веществ и выделением энергии. Вода и минеральные ионы создают условия, в которых эти реакции могут происходить.
Функция вещества зависит от его химического строения. Например, длинные углеводные цепи подходят для запаса и построения, белки могут приобретать разнообразную пространственную форму, а фосфолипиды образуют основу клеточных мембран.
- Клетка получает вещества из окружающей среды или образует их сама.
- Вещества вступают в реакции обмена.
- Энергия запасается в АТФ или используется непосредственно.
- Продукты реакций применяются для роста, восстановления и размножения клетки.
Не путайте органические вещества с веществами, поступающими только с пищей: растения сами синтезируют многие органические соединения. Не утверждайте, что белки являются главным запасом энергии: у животных запас обычно представлен жирами и гликогеном. Не называйте АТФ постоянным запасом энергии: это прежде всего быстрый переносчик энергии. Вода не является органическим веществом, потому что не содержит углерода.
Сначала определите группу вещества, затем вспомните его состав и главную функцию. Если в варианте ответа указаны несколько функций, выбирайте наиболее характерную: для ДНК — хранение наследственной информации, для ферментов — ускорение реакций, для липидов — мембранная и запасная функции, для АТФ — перенос энергии.
Quick-test
Проверьте понимание темы
Главное
- В состав клетки входят неорганические вещества — вода и минеральные соли — и органические вещества — углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и АТФ.
- Вода является растворителем, участвует в реакциях и помогает поддерживать постоянство внутренней среды.
- Органические вещества выполняют строительную, энергетическую, запасную, информационную и регуляторную функции.
- Белки ускоряют реакции, ДНК хранит наследственную информацию, а АТФ переносит энергию.
- При решении заданий связывайте строение вещества с его основной функцией.