>> Хімія: Хімічні елементи у клітинах живих організмів

У складі речовин, що утворюють клітини всіх живих організмів (людини, тварин, рослин), виявлено понад 70 елементів. Ці елементи прийнято ділити на дві групи: макроелементи та мікроелементи.

Макроелементи містяться в клітинах великих кількостях. Насамперед це вуглець, кисень, азот і водень. У сумі вони становлять майже 98% всього вмісту клітини. Крім названих елементів до макроелементів відносять також магній, калій, кальцій, натрій, фосфор, сірку та хлор. Сумарний їхній вміст 1,9%. Отже, частку інших хімічних елементів припадає близько 0,1%. Це мікроелементи. До них відносять залізо, цинк, марганець, бор, мідь, йод, кобальт, бром, фтор, алюміній та ін.

У молоці ссавців виявлено 23 мікроелементи: літій, рубідій, мідь, срібло, барій, стронцій, титан, миш'як, ванадій, хром, молібден, йод, фтор, марганець, залізо, кобальт, нікель та ін.

До складу крові ссавців входить 24 мікроелементи, а до складу головного мозку людини – 18 мікроелементів.

Як можна помітити, у клітці немає якихось особливих елементів, характерних тільки для живої природи, тобто на атомному рівні відмінностей між живою та неживою природою немає. Ці відмінності виявляються лише на рівні складних речовин - на молекулярному рівні. Так, поряд з неорганічними речовинами (водою та мінеральними солями) клітини живих організмів містять речовини, характерні тільки для них, - органічні речовини (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти, вітаміни, гормони та ін.). Ці речовини побудовані переважно з вуглецю, водню, кисню та азоту, т. е. з макроелементів. Мікроелементи містяться у цих речовинах у незначних кількостях, проте їх роль нормальної життєдіяльності організмів величезна. Наприклад, сполуки бору, марганцю, цинку, кобальту різко збільшують врожайність окремих сільськогосподарських рослин і підвищують їх опірність до різноманітних захворювань.

Людина і тварини отримують необхідні їм для нормальної життєдіяльності мікроелементи через рослини, якими харчуються. Якщо їжі не вистачає марганцю, то можлива затримка зростання, уповільнення настання статевої зрілості, порушення обміну речовин для формування скелета . Додавання часток міліграма солей марганцю до добового раціону тварин усуває ці захворювання.

Кобальт входить до складу вітаміну В12, який відповідає за роботу кровотворних органів. Нестача кобальту в їжі часто спричиняє серйозне захворювання, що призводить до виснаження організму і навіть до загибелі.

Значення мікроелементів для людини вперше було виявлено щодо такого захворювання, як ендемічний зоб, яке викликалося недоліком йоду в їжі та воді. Прийом солі, що містить йод, призводить до одужання, а добавка його до їжі в малих кількостях запобігає захворюванню. З цією метою проводять йодування харчової кухонної солі, до якої додають 0,001-0,01% іодиду калію.

До складу більшості біологічних каталізаторів-ферментів входять цинк, молібден та деякі інші метали. Ці елементи, які у клітинах живих організмів у дуже малих кількостях, забезпечують нормальну роботу найтонших біохімічних механізмів, є справжніми регуляторами процесів життєдіяльності.

Багато мікроелементів містяться у вітамінах - органічних речовинах різної хімічної природи, що надходять в організм з їжею в малих дозах і мають великий вплив на обмін речовин і загальну життєдіяльність організму. По своєму біологічній діївони близькі до ферментів, але ферменти утворюються клітинами організму, а вітаміни зазвичай надходять із їжею. Джерелами вітамінів служать рослини: цитрусові, шипшина, петрушка, цибуля, часник та багато інших. Деякі вітаміни – А, В1, В2, К – отримують синтетичним шляхом. Свою назву вітаміни отримали від двох слів: віта – життя та амін – містить азот.

Мікроелементи входять також до складу гормонів - біологічно активних речовин, що регулюють роботу органів та систем органів людини та тварин. Назву свою вони беруть від грецького слова хармао – перемагаю. Гормони виробляються залозами внутрішньої секреції та надходять у кров, яка розносить їх по всьому організму. Деякі гормони одержують синтетичним шляхом.

1. Макроелементи та мікроелементи.

2. Роль мікроелементів у життєдіяльності рослин, тварин та людини.

3. Органічні речовини: білки, жири, вуглеводи.

4. Ферменти.

5. Вітаміни.

6. Гормони.

На якому рівні форм існування хімічного елемента починається різниця між живою та неживою природою?

Чому окремі макроелементи називають також біогенними? Перерахуйте їх.

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні уроки календарний планна рік методичні рекомендаціїпрограми обговорення Інтегровані уроки

Усі живі організми, крім вірусів, складаються з клітин. Давайте розберемося, що це таке і яка її структура.

Що таке клітка?

Це основна структурна одиниця живих істот. У неї є власний обмін речовин. Клітина може існувати як самостійний організм: прикладом цього є інфузорії, амеби, хламидомонады тощо. буд. Ця структура складається з різноманітних речовин, як органічних, і неорганічних. всі хімічні речовиниклітини грають певну функцію у її будові та обміні.

Хімічні елементи

У складі клітини налічується близько 70 різних хімічних елементів, але основними є кисень, вуглець, водень, калій, фосфор, азот, сірка, хлор, натрій, магній, кальцій, залізо, цинк, мідь. Перші три є основою всіх органічних сполук. Усі хімічні елементи клітини відіграють певну роль.

Кисень

Кількість цього елемента становить 65-75 відсотків маси всієї клітини. Він входить до складу практично всіх органічних сполук, а також води, цим і обумовлено такий високий вміст. Цей елемент виконує дуже важливу функцію в клітинах організмів: кисень служить окислювачем у процесі клітинного дихання, внаслідок якого синтезується енергія.

Вуглець

Цей елемент, як і водень, міститься у всіх органічних речовинах. До хімічного складу клітини входить його близько 15-18 відсотків. Вуглець у вигляді СО бере участь у процесах регуляції клітинних функцій, також він у вигляді СО 2 бере участь у фотосинтезі.

Водень

Даного елемента у клітині міститься приблизно 8-10 відсотків. Найбільша його кількість знаходиться у молекулах води. Клітини деяких бактерій молекулярний водень окислюється для синтезу енергії.

Калій

До хімічного складу клітини входить близько 0,15-0,4 % цього хімічного елемента. Він виконує дуже важливу рольберучи участь у процесах генерації нервового імпульсу Ось чому для зміцнення нервової системирекомендується вживати препарати із вмістом калію. Також цей елемент сприяє підтримці мембранного потенціалу клітини.

Фосфор

Кількість цього елемента у складі клітини дорівнює 0,2-1% від її загальної ваги. Він входить до складу молекул АТФ, а також деякі ліпіди. Фосфор присутній у міжклітинній речовині та у цитоплазмі у вигляді іонів. Велика його концентрація спостерігається у клітинах м'язової та кісткової тканини. Крім того, неорганічні сполуки, що включають цей елемент, використовуються клітиною для синтезу органічних речовин

Азот

Цей елемент входить у хімічний склад клітини у кількості 2-3%. Він міститься в білках, нуклеїнових кислотах, амінокислотах та нуклеотидах.

Сірка

Вона входить до складу багатьох білків, оскільки міститься в сірковмісних амінокислотах. У малій концентрації присутній у цитоплазмі та міжклітинній речовині у вигляді іонів.

Хлор

Міститься у кількості 0,05-0,1%. Підтримує електронейтральність клітини.

Натрій

Цей елемент є у складі клітини у кількості 0,02-0,03 %. Він виконує самі функції, як і калій, і навіть бере участь у процесах осморегуляції.

Кальцій

Кількість цього хімічного елемента становить 0,04-2%. Кальцій бере участь у процесі підтримки мембранного потенціалу клітини та екзоцитозу, тобто виділення з неї назовні певних речовин (гормонів, білків тощо)

Магній

До хімічного складу клітини входить 0,02-0,03% цього елемента. Він бере участь в енергетичному обміні та синтезі ДНК, є складовою ферментів, хлорофілу, міститься в рибосомах та мітохондріях.

Залізо

Кількість цього елемента становить 0,01-0,015%. Однак в еритроцитах його набагато більше, оскільки він є основою гемоглобіну.

Цинк

Міститься в інсуліні, а також у багатьох ферментах.

Мідь

Цей елемент є однією із складових окисних ферментів, які беруть участь у синтезі цитохромів.

Білки

Це найскладніші сполуки у клітині, основні речовини, з яких вона складається. Вони складаються з амінокислот, з'єднаних у певному порядку в ланцюжок, а потім закручених у клубок, форма якого специфічна для кожного виду білка. Ці речовини виконують безліч важливих функцій у життєдіяльності клітини. Однією з найважливіших є ферментативна функція. Білки виступають як природні каталізатори, прискорюючи процес хімічної реакціїу сотні тисяч разів — розщеплення та синтез будь-яких речовин неможливі без них. Кожен вид ферментів бере участь лише в одній певній реакції і не може вступати до іншої. Також білки виконують захисну функцію. Речовини цієї групи, що охороняють клітину від попадання до неї чужорідних білків, називаються антитілами. Ці речовини також захищають від хвороботворних вірусів та бактерій весь організм загалом. Крім того, ці з'єднання виконують транспортну функцію. Вона полягає в тому, що в мембранах існують білки-транспортери, які переносять назовні або всередину клітини певні речовини. Пластична функція цих речовин також є дуже важливою. Вони є основним будівельним матеріалом, З якого складається клітина, її мембрани та органели. Іноді білки також здійснюють енергетичну функцію - при нестачі жирів та вуглеводів клітина розщеплює ці речовини.

Ліпіди

До цієї групи речовин належать жири та фосфоліпіди. Перші - основне джерело енергії. Вони також можуть накопичуватися як запасні речовини на випадок голодування організму. Другі є основною складовою клітинних мембран.

Вуглеводи

Найпоширенішою речовиною цієї групи є глюкоза. Вона і подібні до неї прості вуглеводи виконують енергетичну функцію. Також до вуглеводів належать полісахариди, молекули яких складаються з тисяч об'єднаних молекул – моносахаридів. Вони переважно виконують структурну роль, входячи до складу мембран. Основні полісахариди рослинних клітин – це крохмаль та целюлоза, тварин – глікоген.

Нуклеїнові кислоти

У цю групу хімічних сполуквходять ДНК, РНК та АТФ.

ДНК

Ця речовина виконує найважливішу функцію - вона відповідає за зберігання та спадкову передачу генетичної інформації. ДНК знаходиться у хромосомах ядра. Макромолекули цієї речовини утворюються з нуклеотидів, які, у свою чергу, складаються з азотистої основи, представленої пуринами та піримідинами, вуглеводнем та залишками фосфорної кислоти. Вони бувають чотирьох видів: аденілові, гуанілові, тимідилові та цитидилові. Назва нуклеотиду залежить від того, які пурини входять до його складу, це може бути аденін, гуанін, тимін та цитозин. Молекула ДНК має форму двох ланцюжків, закручених у спіраль.

РНК

Ця сполука виконує функцію реалізації інформації, що знаходиться в ДНК, через синтез білків, склад яких зашифрований. Ця речовина дуже схожа на описану вище нуклеїнову кислоту. Основною їхньою відмінністю є те, що РНК складається з одного ланцюжка, а не двох. Також до складу нуклеотидів РНК входить азотна основа урацил замість тиміну і рибозу. Тому дана речовинаформується з таких нуклеотидів, як аденіловий, гуаніловий, уридиловий та цитидиловий.

АТФ

Будь-яка енергія, отримана рослинними клітинами в процесі фотосинтезу або тваринами внаслідок окислення жирів та вуглеводів, запасається в кінцевому рахунку в АТФ, з якої клітина отримує її, коли це потрібно.

1. Дайте визначення понять.
Елемент- Сукупність атомів з однаковим зарядом ядра і числом протонів, що збігаються з порядковим (атомним) номером у таблиці Менделєєва.
Мікроелемент - Елемент, який в організмі знаходиться в дуже низьких концентраціях.
Макроелемент - Елемент, який в організмі знаходиться у високих концентраціях.
Біоелемент- Хімічний елемент, що бере участь у життєдіяльності клітини, становить основу біомолекул.
Елементний склад клітини - Відсотковий вміст хімічних елементів у клітині.

2. Що є одним із доказів спільності живої та неживої природи?
Єдність хімічного складу. Жодних елементів, характерних тільки для неживої природи, не існує.

3. Заповніть таблицю.

ЕЛЕМЕНТНИЙ СКЛАД КЛІТИНИ

4. Наведіть приклади органічних речовин, молекули яких складаються з трьох, чотирьох та п'яти макроелементів.
3 елементи: вуглеводи та ліпіди.
4 елементи: білки.
5 елементів: нуклеїнові кислоти, білки.

5. Заповніть таблицю.

БІОЛОГІЧНА РОЛЬ ЕЛЕМЕНТІВ

6. Вивчіть у § 2.2 розділ «Роль зовнішніх факторів у формуванні хімічного складу живої природи» і дайте відповідь на запитання: «Що таке біохімічні ендемії, і які причини їх походження?»
Біохімічні ендемії – це захворювання рослин, тварин і людини, викликані різким недоліком чи надлишком будь-якого елемента у певній області.

7. Які вам відомі захворювання, пов'язані з нестачею мікроелементів?
Нестача йоду – ендемічний зоб. Зниження синтезу тироксину та розростання внаслідок цього тканин щитовидної залози.
Нестача заліза – залізодефіцитна анемія.

8. Згадайте, за якою ознакою хімічні елементи розподіляють на макро-, мікро- та ультрамікроелементи. Запропонуйте свою альтернативну класифікацію хімічних елементів (наприклад, за функціями в живій клітині).
Мікро-, макро- та ультрамікроелементи діляться за ознакою, заснованою на процентному вмісті їх у клітині. Крім того, можна класифікувати елементи за функціями, що регулюють діяльність певних систем органів: нервової, м'язової, кровоносної та серцево-судинної, травної тощо.

9. Виберіть правильну відповідь.
Тест 1.
Якими хімічними елементами утворено більшість органічних речовин?
2) З, Про, Н, N;

Тест 2.
До макроелементів не належить:
4) марганець.

Тест 3.
Живі організми потребують азоту, оскільки він служить:
1) складовим компонентом білків та нуклеїнових кислот; 10. Визначте ознаку, за якою всі нижчеперелічені елементи, крім одного, об'єднані в одну групу. Підкресліть цей "зайвий" елемент.
Кисень, водень, сірка, залізо, вуглець, фосфор, азот. Входить до складу лише ДНК. А решта все в білках.

11. Поясніть походження та загальне значенняслова (терміну), спираючись на значення коренів, що його складають.

12. Виберіть термін та поясніть, наскільки його сучасне значеннявідповідає первісному значенню його коріння.
Вибраний термін- Органоген.
Відповідність:термін, у принципі, відповідає своєму первісному значенню, але сьогодні є більш точне визначення. Раніше значення було таким, що елементи бере участь лише у побудові тканин та клітин органів. Тепер з'ясовано, що біологічно важливі елементине тільки утворюють хімічні молекули в клітинах і т.д., а й регулюють усі процеси в клітинах, тканинах та органах. Вони входять до складу гормонів, вітамінів, ферментів та інших біомолекул.

13. Сформулюйте та запишіть основні ідеї § 2.2.
Елементний склад клітини - це відсотковий вміст хімічних елементів у клітині. Елементи клітини прийнято класифікувати, залежно від їхнього відсоткового вмісту, на мікро-, макро- та ультрамікроелементи. Ті елементи, які беруть участь у життєдіяльності клітини, є основою біомолекул, називаються біоелементи.
До макроелементів відносяться: C N H O. Вони – головні компоненти всіх органічних сполук у клітині. Крім того, PS K Ca Na Fe Cl Mg – входять до складу всіх найважливіших біомолекул. Без них неможливе функціонування організму. Нестача їх призводить до смерті.
До мікроелементів: Al Cu Mn Zn Mo Co Ni I Se Br F B та ін. Вони також потрібні для нормального функціонування організму, але не так критично. Нестача їх викликає хвороба. Вони входять до складу біологічно активних сполук, впливають обмін речовин.
Є ультрамікроелементи: Au Ag Be та ін. Фізіологічна роль остаточно не встановлена. Але вони важливі клітини.
Існує поняття «біохімічні ендемії» – захворювання рослин, тварин і людини, викликані різким недоліком чи надлишком будь-якого елемента у певній області. Наприклад, ендемічний зоб (недолік йоду).
При нестачі елемента через спосіб живлення може виникнути захворювання або нездужання. Наприклад, при нестачі заліза – анемія. При нестачі кальцію – часті переломи, випадання волосся, зубів, біль у м'язах.

Клітина

З погляду концепції живих систем за А. Ленінджером.

Жива клітина – це здатна до саморегуляції та самовідтворення ізотермічна система органічних молекул, що отримує енергію та ресурси з навколишнього середовища.

У клітці протікає велика кількістьпослідовних реакцій, швидкість яких регулюється клітиною.

Клітина підтримує себе у стаціонарному динамічному стані, далекому від рівноваги з довкіллям.

Клітини функціонують за принципом мінімальної витрати компонентів та процесів.

Т.о. клітина – елементарна жива відкрита система, здатна до самостійного існування, відтворення та розвитку. Вона є елементарною структурно-функціональною одиницею всіх живих організмів.

Хімічний складклітин.

Зі 110 елементів періодичної системи Менделєєва в організмі людини виявлено 86 постійно присутніх. 25 їх необхідні нормальної життєдіяльності, причому 18 їх необхідні абсолютно, а 7 - корисні. Відповідно до процентного вмісту в клітині хімічні елементи ділять на три групи:

Макроелементи Основні елементи (органогени) – водень, вуглець, кисень, азот. Їхня концентрація: 98 – 99,9 %. Вони є універсальними компонентами органічних сполук клітини.

Мікроелементи – натрій, магній, фосфор, сірка, хлор, калій, кальцій, залізо. Їхня концентрація 0,1%.

Ультрамікроелементи – бір, кремній, ванадій, марганець, кобальт, мідь, цинк, молібден, селен, йод, бром, фтор. Вони впливають обмін речовин. Їх відсутність є причиною захворювань (цинк – цукровий діабет, йод – ендемічний зоб, залізо – злоякісна анемія тощо).

Сучасній медицині відомі факти негативної взаємодії вітамінів та мінералів:

Цинк знижує засвоєння міді та конкурує за засвоєння із залізом та кальцієм; (а дефіцит цинку викликає ослаблення імунної системиряд патологічних станів з боку залоз внутрішньої секреції).

Кальцій та залізо знижують засвоєння марганцю;

Вітамін Е погано поєднується із залізом, а вітамін С – з вітамінами групи В.

Позитивний взаємовплив:

Вітамін Е та селен, а також кальцій та вітамін К діють синергічно;

Для засвоєння кальцію потрібен вітамін Д;

Мідь сприяє засвоєнню та підвищує ефективність використання заліза в організмі.

Неорганічні компоненти клітки.

Вода– найважливіша складова частинаклітини, універсальне дисперсійне середовище живої матерії. Активні клітини наземних організмів складаються з 60 – 95% з води. У клітинах, що покояться, і тканинах (насіння, суперечки) води 10 - 20%. Вода в клітині знаходиться у двох формах – вільної та пов'язаної з клітинними колоїдами. Вільна вода є розчинником та дисперсійним середовищем колоїдної системи протоплазми. Її 95%. Пов'язана вода(4 – 5 %) усієї води клітини утворює неміцні водневі та гідроксильні зв'язки з білками.

Властивості води:

Вода – природний розчинник для мінеральних іонів та інших речовин.

Вода – дисперсійна фаза колоїдної системи протоплазми.

Вода є середовищем реакцій метаболізму клітини, т.к. Фізіологічні процеси відбуваються у виключно водному середовищі. Забезпечує реакції гідролізу, гідратації, набухання.

Бере участь у багатьох ферментативних реакціях клітини та утворюється у процесі обміну речовин.

Вода - джерело іонів водню при фотосинтезі рослин.

Біологічне значення води:

Більшість біохімічних реакцій йде тільки в водному розчині, багато речовин надходять і виводяться з клітин у розчиненому вигляді. Це характеризує транспортну функцію води.

Вода забезпечує реакції гідролізу – розщеплення білків, жирів, вуглеводів під впливом води.

Завдяки великій теплоті випаровування відбувається охолодження організму. Наприклад, потовиділення у людини або транспірація у рослин.

Велика теплоємність та теплопровідність води сприяє рівномірному розподілу тепла у клітині.

Завдяки силам адгезії (вода – ґрунт) та когезії (вода – вода) вода має властивість капілярності.

Нестискання води визначає напружений стан клітинних стінок (тургор), гідростатичний скелет у круглих черв'яків.

Більше, інших – менше.

На атомарному рівні відмінностей між органічним та неорганічним світом живої природи немає: живі організми складаються з тих самих атомів, що й тіла неживої природи. Однак співвідношення різних хімічних елементів у живих організмах та у земній корі сильно різниться. Крім того, живі організми можуть відрізнятися від навколишнього середовища за ізотопним складом хімічних елементів.

Умовно всі елементи клітини можна поділити на три групи.

Макроелементи

Цинк- входить до складу ферментів, що беруть участь у спиртовому бродінні, до складу інсуліну

Мідь- входить до складу окисних ферментів, що беруть участь у синтезі цитохромів.

Селен- бере участь у регуляторних процесах організму.

Ультрамікроелементи

Ультрамікроелементи становлять менше 0,0000001% в організмах живих істот, до них відносять золото, срібло мають бактерицидну дію, пригнічує зворотне всмоктування води в ниркових канальцях, впливаючи на ферменти. Також до ультрамікроелементів відносять платину і цезій. Деякі до цієї групи відносять і селен, за його нестачі розвиваються ракові захворювання. Функції ультрамікроелементів ще мало зрозумілі.

Молекулярний склад клітини

Див. також

• Порівняння будови клітин бактерій, рослин та тварин

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Хімічний склад клітини" в інших словниках:

Загальна схемабудови бактеріальної клітини показано малюнку 2. Внутрішня організаціябактеріальна клітина складна. Кожна систематична група мікроорганізмів має специфічні особливості будови. Клітинна стінка. Біологічна енциклопедія

Своєрідність внутрішньоклітинного будови червоних водоростей складається як із особливостей звичайних клітинних компонентів, і з наявності специфічних внутрішньоклітинних включень. Клітинні оболонки. У клітинних оболонках червоних. Біологічна енциклопедія

- (Argentum, argent, Silber), хім. Ag знак. С. належить до металів, відомих людиніще в давнину. У природі воно зустрічається як у самородному стані, так і у вигляді сполук з іншими тілами (з сіркою, напр. Ag 2S…

- (Argentum, argent, Silber), хім. Ag знак. С. належить до металів, відомих людині ще в давнину. У природі воно зустрічається як у самородному стані, так і у вигляді сполук з іншими тілами (з сіркою, напр. Ag2S срібний … Енциклопедичний словникФ.А. Брокгауза та І.А. Єфрона

Цей термін має й інші значення, див. Клітина (значення). Клітини крові людини (РЕМ) … Вікіпедія

Термін Біологія був запропонований видатним французьким натуралістом і еволюціоністом Жаном Батистом Ламарком в 1802 для позначення науки про життя як особливе явище природи. Сьогодні біологія є комплексом наук, що вивчають… … Вікіпедія