К неорганическим соединениям клетки относятся к: Особенности химического состава клетки — урок. Биология, 9 класс.

Химический состав клетки. Неорганические вещества

Любая клетка состоит из органических и неорганических веществ. На этом уроке мы будем вести разговор о неорганических веществах.

К неорганическим веществам клетки относятся вода, кислоты, соли, основания. Они составляют 1-1,5% массы клетки.

Вода

Вода представляет собой важнейшее неорганическое вещество клетки. Вода – это преобладающий компонент большинства клеток (исключением является  костная ткань и эмаль зубов).

При этом количество воды зависит от интенсивности обмена веществ в определенной ткани: чем она выше, тем больше воды.

Приведу пример. Человеческий эмбрион в возрасте 1,5 месяца на 97,5% состоит из воды, в возрасте 8 месяцев — на 83%. Новорожденные состоят из воды на 74%, а что касается взрослых, то этот показатель составляет 66%.

Надо отметить, что в различных органах и тканях количество воды разное.

В мозгу взрослого человека содержится до 86% воды. Для сравнения, в печени всего 70, а в кости и того меньше — около 20%.

Чем старше становится человек, тем меньше в его тканях воды.

В молодых клетках содержится 95% воды, в старых – 60%. В клетке вода находится в свободном и связанном состоянии. Молекулы связанной воды достаточно прочно соединены с белками.

Молекула воды — это диполь – на одном конце «–» заряд, на другом «+» заряд, но в целом молекула электронейтральна. Между отдельными молекулами воды могут образовываться водородные связи, которые определяют физические и химические свойства воды.

Физические свойства воды: так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ.

Вещества растворимые  в воде, называются гидрофильными (соли, кислоты, спирты, белки, углеводы).

Вещества, нерастворимые в воде называются гидрофобными (жиры и жироподобные вещества).

Полярность молекулы воды, способность образовывать водородные связи может объяснить ее высокую удельную теплоемкость. Вследствие этого в живых организмах не происходит резких колебаний температуры.

Благодаря этому свойству воды обеспечивается поддержание теплового баланса в организме.

Воду можно называть универсальным растворителем, в ней происходят все биохимические процессы в клетке. В активных клетках на долю воды приходится до 75% — это клетки головного мозга и мышцы, в менее активных, например, в жировой ткани – 40%.

Поговорим о функциях воды:

1. Универсальный растворитель
2. Придает упругость и объем клетке
3. Участвует в реакциях гидролиза – это реакции расщепления органических соединений до простых.
4. Источник водорода и кислорода при фотосинтезе
5. По жидкой цитоплазме передвигаются  вещества в организме
6. При участии воды осуществляется терморегуляция

Почему вода так важна для организма?

Она выполняет ряд функций:

• сохраняет объем клеток;
• обеспечивает клетке упругость;
• способствует растворению различных химических веществ.

Но самым главным нужно считать тот факт, что именно в воде как среде происходят все химические процессы.

Вода принимает участие во всех химических реакциях: после химического взаимодействия с водой расщепляются жиры, углеводы и иные органические соединения.

Вода обладает высокой теплоемкостью, благодаря чему она оберегает цитоплазму от резких температурных колебаний и участвует в терморегуляции клеток и организма в целом.

Определенная часть молекул воды (около 15%) присутствует в связанном состоянии с белковыми молекулами. Они отвечают за изоляцию молекул белка друг от друга в коллоидных растворах.

Низкой растворимостью вводе характеризуется большое количество органических веществ в клетке (липиды). Молекулы воды слабо притягиваются к таким веществам. Вот почему, будучи основой клеточной мембраны, эти вещества сокращают переход воды из клетки во внешнюю среду и в обратном направлении (в том числе из одного участка клетки в другой).

Неорганические ионы

Соли диссоциируют на катионы и анионы. К наиболее значимым из них относятся:

1. Соединения азота служат источником минерального питания растений, биосинтеза белков
2. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, фосфолипидов, костей, хитинового покрова членистоногих
3. Ионы кальция входят в состав костей, кальций также необходим для мышечного сокращения и свертываемости крови
4. Ионы калия участвуют в проведении нервного импульса,
5. Магний входит в состав хлорофилла
6. Цинк входит в состав гормона поджелудочной железы инсулина
7. Железо входит в состав гемоглобина
8. Йод входит в состав гормонов щитовидной железы.
9. Минеральные соли

В клетках опорных органов содержат достаточно большое количество минеральных солей. В качестве примера можно привести хитиновые панцири черепашек и моллюсков, кости. Цитоплазма других клеток почти все соли содержит в диссоциированном состоянии — как катионы и анионы калия, натрия, хлора, кальция и др.

Для нормального функционирования клетки важно, чтобы в ней содержались катионы. Концентрация солей определяет объем поступающей в клетку воды. Это объясняется тем, что для молекул воды клеточная мембрана является проницаемой, а для большинства крупных молекул и ионов — непроницаемой.

В случае, если окружающая среда содержит меньшее количество ионов, чем клеточная цитоплазма, то поступление воды в клетку осуществляется до того момента, пока концентрация солей не выровняется (осмос).

Соли в цитоплазме задают ей определенные буферные свойства. Способность поддерживать постоянный уровень pH (около нейтральной реакции) даже в условиях непрерывного образования в процессе обмена веществ кислых и щелочных продуктов.

Содержание химических элементов клетки

Поговорим и о химических элементах клетки.

Клетки живых существ обладают значительным отличием от окружающей их среды не только по структуре химических соединений, которые входят в их состав, но также по набору и содержанию химических элементов.

Из известных сегодня химических элементов в живой природе обнаружено около 90.

В зависимости от содержания этих элементов в организмах живых существ они делятся на три группы:

• макроэлементы, то есть элементы, содержащиеся в клетках в значительных количествах (от десятков процентов до сотых долей процента). К этой группе относятся водород, кислород, углерод, азот, натрий, кальций, фосфор, сера, калий, хлор.

В сумме эти элементы составляют около 99% массы клеток, причем 98% приходится на долю первых четырех элементов (водород, кислород, углерод и азот).

• микроэлементы, на долю которых приходится менее сотых долей процента от массы живых организмов. К этим элементам относятся железо, цинк, марганец, кобальт, медь, никель, йод, фтор. В сумме они составляют примерно 1% массы клеток. И хотя содержание этих элементов в клетке мало, они необходимы для ее жизнедеятельности.

При отсутствии или низком содержании таких элементов возникают различные заболевания. Нехватка йода, например, приводит у человека к возникновению заболеваний щитовидной железы, а недостаток железа может вызвать анемию.

• ультрамикроэлементы, содержание которых в клетке крайне мало (меньше чем  10-12 %). В эту группу входят бром, золото, селен, серебро, ванадий и многие другие элементы. Большинство этих элементов тоже нужны для нормального функционирования организмов. Так, например, дефицит селена приводит к возникновению раковых заболеваний, а недостаток бора вызывает заболевание у растений.

Некоторые элементы этой группы, как и микроэлементы, входят в состав ферментов. В отличие от живых организмов, в земной коре к наиболее распространенным элементами относятся кислород, кремний, алюминий и натрий.

Так как содержание углерода, водорода и азота в живом веществе выше, чем в земной коре, следует логический вывод, что молекулы, в состав которых входят атомы этих элементов, требуются для осуществления процессов, обеспечивающих жизнедеятельность.

У четырех самых распространенных в живой материи элементов есть одно общее свойство: они с легкостью образуют ковалентные связи за счет спаривания электронов. Для того чтобы образовать стабильные электронные связи, атому водорода на внешней электронной оболочке не хватает одного электрона, атому кислорода — двух, азота — трех и углерода — четырех электронов. Эти элементы могут легко реагировать друг с другом, заполняя внешние электронные оболочки.

Кроме того, 3 элемента: азот, кислород и углерод — умеют образовывать как одинарные, так и двойные связи, благодаря чему значительно возрастает количество химических соединений, построенных из этих элементов.

Углерод, водород и кислород  — самые подходящие для образования живой материи еще и потому, что они самые легкие среди элементов, образующих ковалентные связи.

Очень важной с точки зрения биологии считается способность атома углерода образовывать ковалентные связи сразу с четырьмя другими атомами углерода. Вот так, ковалентно связанные атомы углерода могут формировать каркасы огромного количества самых разных органических молекул.

доступные цены на диагностические услуги

Органические вещества в клетках организма

В состав клеточных структур человека входит целая группа органических веществ — биологических полимеров и отдельных молекул. Основные органические соединения включают в себя:

• Белки. На их долю приходится более половины сухой массы клетки. Роль белков в организме человека трудно переоценить: они ускоряют реакции обмена веществ, формируют состав клеточных структур, отвечают за двигательные реакции, обезвреживают враждебные микроорганизмы.
• Углеводы. Главный источник энергии для человека. Могут накапливаться в организме, формируя энергетический запас.
• Жиры (липиды). Входят в состав клеточных мембран, участвуют в создании межклеточных контактов. Также липиды защищают органы от механических повреждений (жировая прослойка).
• Нуклеиновые кислоты. Передают наследственную информацию, определяют биосинтез белковых молекул в тканях и органах. Нуклеотиды, образующие этот тип химических элементов, состоят из ортофосфорной кислоты и азотистого основания.

Помимо комплексных органических веществ, химический состав клетки включает в себя отдельные молекулы гормонов, пигментов, витаминов и других микроэлементов.

При расшифровке анализа крови человека учитывается не только наличие тех или иных органических веществ, но и их концентрация. Например, высокая концентрация ортофосфорной кислоты приводит к вымыванию кальция из организма и провоцирует заболевания опорно-двигательного аппарата.

Неорганические вещества в клетках организма

К неорганическим соединениям, входящим в химический состав клетки, относятся вода и минеральные вещества (более 70 химических элементов из периодической таблицы Менделеева).

Вода занимает больше половины от общей массы клетки, она — ключевой участник химических реакций в организме человека. Именно вода обеспечивает условия для обмена веществ как внутри клеток, так и в самом организме.

Некоторые неорганические элементы могут отрицательно воздействовать на организм человека, особенно в больших дозах: например, свинец, ртуть, кадмий. Поэтому люди, работающие на вредных производствах, должны регулярно сдавать анализы на концентрацию неорганических веществ.

Макроэлементы и микроэлементы организма

При недостатке минеральных веществ органы и системы человека не могут полноценно функционировать. Однако самостоятельно производить эти элементы организм человека не умеет — поэтому поступление нужных минеральных веществ происходит с пищей и водой.

Все минеральные вещества в организме человека подразделяются на макроэлементы и микроэлементы. К макроэлементам относятся те компоненты, которые содержатся в нашем теле в достаточно большом количестве (могут исчисляться в граммах). Они входят в состав клеточных структур основных тканей: мышц, костей, крови. Например, к макроэлементам относятся:

• калий;
• натрий;
• фосфор;
• магний;
• кальций;
• хлор.

Микроэлементы входят в состав клетки в крайне малых дозах (исчисляются в миллиграммах), однако они нужны для нормального обмена веществ. В эту группу входят такие элементы, как: йод, бром, медь, молибден, цинк и другие.

Диагностика в клинике «Медицина и Красота»

В нашей клинике можно сдать кровь для анализа на макро- и микроэлементы во время приема у врача или в течение дня. Собранную кровь мы отправляем на исследование в самые современные лаборатории, с которыми сотрудничаем на постоянной основе: НАКФФ, Архимед, ЦМД и ЛИТЕХ. Там определяется состав клеточных структур, органические и неорганические соединения в крови человека, концентрация макро- и микроэлементов и других химических веществ. Эти данные помогают нашему врачу диагностировать заболевание и дополнять общую клиническую картину.

Результат анализа вы получите на электронную почту. После расшифровки анализа мы пригласим вас на консультацию для назначения или корректировки ранее назначенного лечения.

Добро пожаловать в ToxTutor — Токсикология MSDT

Большинство токсических эффектов инициируются химическими взаимодействиями, при которых чужеродный химический или физический агент взаимодействует с нормальными химическими веществами в организме или повреждает их. Это взаимодействие приводит к тому, что химическое вещество тела не может выполнять свою функцию по поддержанию гомеостаза.

Это может произойти по-разному; например:

• Нарушение абсорбции или утилизации основных питательных веществ.
  
• Нарушение передачи нервных импульсов (см. Нейротоксичность ).
  
• Повреждение органеллы клетки, препятствующее ее функционированию (см. Повреждение клеток и восстановление тканей ).
  

Типы физиологических химических веществ
Существуют три категории химических веществ, нормально функционирующих в организме:

1. Элементы — вещества, состоящие только из одного атома; например:
   • Водород
   • Кальций
   • Синглетный кислород (O)
2. Неорганические соединения — простые молекулы, обычно состоящие из одного или двух различных элементов; например:
   • Вода (h3O) — N.B — пишется с цифрой 2 в качестве нижнего индекса
     
   • Углекислый газ (CO2) — N.B — пишется с цифрой 2 в качестве нижнего индекса
     
   • Бимолекулярный кислород (O2) — N.B — пишется с цифрой 2 в качестве индекс
     
   • Хлорид натрия (NaCl)
3. Органические соединения — вещества, содержащие ковалентно связанные углерод и водород, а часто и другие элементы; например:
   • Сахара
   • Липиды
   • Аминокислоты
   • Белки

Элементы
Элементы являются компонентами всех химических соединений. Из 92 встречающихся в природе элементов только 20 обычно присутствуют в организме. Семь из них, углерод, кислород, водород, кальций, азот, фосфор и сера, составляют примерно 99% массы тела человека. В большинстве случаев элементы являются компонентами неорганических или органических соединений. Однако в некоторых случаях настоящие элементы могут вступать в химические реакции в организме, такие как кислород во время клеточного дыхания, натрий в нейротрансмиссии и мышьяк, что приводит к нарушению митохондриального метаболизма.

Неорганические соединения
Неорганические соединения важны для организма и отвечают за многие простые функции. Основными неорганическими соединениями являются вода (h3O), бимолекулярный кислород (O2), двуокись углерода (CO2) и некоторые кислоты, основания и соли. Тело на 60–75 % состоит из воды. Кислород необходим всем клеткам для клеточного метаболизма, а циркулирующая кровь должна быть хорошо насыщена кислородом для поддержания жизни. Углекислый газ является продуктом жизнедеятельности клеток и должен быть устранен, иначе может произойти серьезное изменение pH, известное как ацидоз. Баланс кислот, оснований и солей должен поддерживаться для обеспечения гомеостаза рН крови и баланса электролитов.

Органические соединения
Органические соединения участвуют почти во всех биохимических процессах, связанных с нормальным клеточным метаболизмом и функциями. Механизмы, с помощью которых ксенобиотики вызывают клеточную и биохимическую токсичность, преимущественно связаны с изменениями органических соединений. Основная особенность, отличающая органические соединения от неорганических, заключается в том, что органические соединения всегда содержат углерод. Большинство органических соединений также представляют собой относительно большие молекулы. Существует пять основных категорий органических соединений, участвующих в нормальной физиологии организма:

1. Углеводы
2. Липиды
3. Белки
4. Нуклеиновые кислоты
5. Высокоэнергетические соединения

Рисунок 1. Органические соединения участвуют в многочисленных структурах и функциях биохимических процессов в организме. Они превращаются в глюкозу, которая, в свою очередь, используется клетками для клеточного дыхания. Другие углеводы включаются в качестве структурных компонентов генетических макромолекул.

• Например, дезоксирибоза является частью ДНК, генетического материала хромосом, а рибоза является частью РНК, которая регулирует синтез белка.

Липиды
Липиды являются важными веществами всех клеток и служат основным запасом энергии. Они могут храниться в виде жирных кислот или триглицеридов. Другими типами липидов являются стероиды и фосфолипиды.

• Холестерин — это липид, который является компонентом клеточных мембран и используется для производства половых гормонов, таких как тестостерон и эстроген.
• Фосфолипиды служат основными компонентами двухслойной фосфолипидной клеточной мембраны.

Белки
Наиболее разнообразными и многочисленными органическими соединениями в организме является группа белков . Существует около 100 000 различных видов белков, на долю которых приходится около 20% массы тела. Строительными блоками для белков являются 20 аминокислот, которые содержат углерод, водород, кислород, азот и иногда серу. Большинство белковых молекул имеют большой размер и состоят из 50–1000 аминокислот, связанных друг с другом в очень точном структурном расположении. Даже малейшее изменение в белковой молекуле меняет ее функцию.

Белки  выполняют множество важных функций. Некоторые белки выполняют структурную функцию, например, белковые поры в клеточных мембранах, кератин в коже и волосах, коллаген в связках и сухожилиях и миозин в мышцах.

• Гемоглобин и альбумин — это белки, которые переносят кислород и питательные вещества в циркулирующей крови.
• Антитела и гормоны представляют собой белки.
  

Особенно важной группой белков являются ферменты.

Ферменты,  которые являются катализаторами, представляют собой соединения, которые ускоряют химические реакции, не изменяясь сами по себе. Каждый фермент специфичен тем, что катализирует только один тип реакции. Ферменты уязвимы для повреждения ксенобиотиками, и многие токсические реакции происходят при изменении формы фермента («денатурация») или при ингибировании фермента («ингибирование»).

Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты  представляют собой крупные органические соединения, которые хранят и обрабатывают информацию на молекулярном уровне практически во всех клетках организма. Присутствуют три типа нуклеиновых кислот:

• Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)
• Рибонуклеиновая кислота (РНК)
• Аденозинтрифосфат (АТФ)

Нуклеиновые кислоты представляют собой очень большие молекулы, состоящие из более мелких единиц, известных как нуклеотиды. Нуклеотид состоит из пентозного сахара, фосфатной группы и четырех азотистых оснований. Сахаром в ДНК является дезоксирибоза, а основаниями являются аденин, гуанин, цитозин и тимин. РНК состоит из сахара, рибозы, а также четырех оснований аденина, гуанина, цитозина и урацила. Эти два типа молекул известны как молекулы жизни. Ведь без них клетки не могли бы размножаться, и размножение животных не происходило бы.

ДНК находится в ядре и составляет хромосомы клеток. Это генетический код наследственных характеристик. РНК находится в цитоплазме клеток и регулирует синтез белка, используя информацию, предоставляемую ДНК. Некоторые токсические агенты могут повредить ДНК, вызывая мутацию, которая может привести к гибели клетки, раку, врожденным дефектам и наследственным изменениям у потомства. Повреждение РНК вызывает нарушение синтеза белка, ответственное за многие виды заболеваний. На рис. 2 представлена ​​структура ДНК и РНК. Обратите внимание, что ДНК является двухцепочечной и известна как двойная спираль. РНК представляет собой одну цепь нуклеотидов.

Рисунок 2. Структуры ДНК и РНК
(Источник изображения: адаптировано из iStock Photos, ©)

Высокоэнергетические соединения
Аденозинтрифосфат (АТФ)  — наиболее важное высокоэнергетическое соединение. Это специализированный нуклеотид, расположенный в цитоплазме клеток, который служит источником клеточной энергии. АТФ содержит аденин (аминокислотное основание), рибозу (сахар) и три фосфатные группы. АТФ создается из адениндифосфата с использованием энергии, высвобождаемой при метаболизме глюкозы. Позже один из фосфатов АТФ может быть высвобожден вместе с энергией из разрыва связи, вызванного клеточным ферментом.

Проверка знаний (Решения на следующей странице)

1) Вещество в организме, содержащее ковалентно связанные углерод и водород, представляет собой:
a) Органическое соединение
b) Неорганическое соединение 90 008 в) Элемент

2) Нуклеиновая кислота, расположенная в ядре, из которого состоят хромосомы клеток, это:
а) АТФ
б) РНК
в) ДНК

Предыдущий раздел

Следующий раздел

1.

5: Органические и неорганические соединения

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

2175

• Рут Лоусон
• Политехнический институт Отаго; Данидин, Новая Зеландия

Неорганические соединения включают воду, хлорид натрия, гидроксид калия и фосфат кальция.

Вода является наиболее распространенным неорганическим соединением, составляющим более 60% объема клеток и более 90% жидкостей организма, таких как кровь. Многие вещества растворяются в воде, и все химические реакции, происходящие в организме, происходят при растворении в воде. Другие неорганические молекулы помогают сохранить кислотно-щелочной баланс (pH ) и концентрация в крови и других жидкостях организма стабильны (см. главу 8).

Органические соединения включают углеводы, белки и жиры или липиды . Все органические молекулы содержат атомы углерода, и они имеют тенденцию быть более крупными и сложными молекулами, чем неорганические. Во многом это связано с тем, что каждый атом углерода может соединиться с четырьмя другими атомами. Таким образом, органические соединения могут состоять из от одного до многих тысяч атомов углерода, соединенных в цепочки, разветвленные цепи и кольца (см. схему ниже). Все органические соединения также содержат водород и могут содержать другие элементы.

---

Эта страница под названием 1.5: Органические и неорганические соединения распространяется в соответствии с лицензией CC BY-SA 3.0 и была создана, изменена и/или курирована Рут Лоусон с использованием исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.