Химические элементы, входящие в состав клетки

Из курса химии вам известно, что все химические вещества получаются в процессе взаимодействия химических элементов. Не являются исключением и вещества, из которых состоят клетки живых организмов. Они построены из таких же химических элементов, что и объекты неживой природы.

Классификация химических элементов

В зависимости от относительного количества в клетке химические элементы делятся на несколько групп:

• органогены;
• макроэлементы;
• микроэлементы.

Органогены являются наибольшей группой химических элементов, представленных в клетке. К ним относят:

• углерод (С);
• водород (Н);
• кислород (О);
• азот (N).

Из первых 3-х элементов чаще всего состоят липиды и углеводы. При добавлении азота и серы (S) получаются аминокислоты и белки. Если серу заменить фосфором (Р), то образуются нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.

Содержание макроэлементов в клетке составляет не менее 0,001 %. К ним относят:

• магний (Mg);
• калий (К);
• кальций (Са);
• натрий (Na);
• железо (Fe);
• серу;
• фосфор;
• хлор (Cl).

Микроэлементы названы так, потому что содержатся в клетках в минимальном количестве – до 0,001 %. К таким элементам относят:

• цинк (Zn);
• медь (Cu);
• йод (I);
• фтор (F);
• марганец (Mn);
• бор (В);
• молибден (Мо);
• кобальт (Со);
• никель (Ni) и остальные элементы таблицы Менделеева.

Функции химических элементов

Все перечисленные химические элементы выполняют в клетке свои функции. Кальций участвует в передаче внутриклеточных сигналов, свертывании крови, сокращении мышц, формировании скелета. Фосфор является составляющим элементом нуклеотидов, фосфолипидов и белков, участвует в поддержании кислотно-щелочного баланса (pH) в плазме крови, необходим для формирования костей и эмали зубов. При присоединении к белкам остатков фосфорной кислоты регулируется их активность. Вместе с этими элементами в состав костей входит фтор.

Магний является кофактором многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК, и входит в состав хлорофилла, обеспечивающего процесс фотосинтеза. К кофакторам различных ферментов также относят цинк, медь, марганец и молибден.

Натрий участвует в работе почек, создании биоэлектрического потенциала на мембране клетки, а также в поддержании pH плазмы крови и тургора (внутреннего давления) в клетках растений. Сера входит в состав некоторых аминокислот и кофермента А (играет важную роль в синтезе и окислении жирных кислот), а также необходима для хемосинтеза.

Йод входит в состав гормонов щитовидной железы, кобальт – витамина В12.

Химические вещества

Химические вещества образуются из химических элементов. Их классифицируют на:

1. Неорганические.
2. Органические.

На долю минеральных солей приходится всего 1 – 1,5 %.

К органическим веществам относятся белки, содержание которых в клетке составляют 10 – 20 % от массы, жиры – от 1 до 5 %, углеводы – от 0,2 до 2 %, нуклеиновые кислоты – от 1 до 2 %. Остальная часть клетки представлена АТФ и другими низкомолекулярными соединениями – от 0,1 до 0,5 %.

Считается, что жизнь зародилась в воде, поэтому она составляет основу всех живых организмов. Она выполняет несколько функций:

• является универсальным растворителем – средой для химических реакций;
• транспортная – вещества поступают в клетки и организмы, а затем переносятся внутри них в виде водных растворов;
• отвечает за терморегуляцию – участвует в таких процессах, как потоотделение и транспирация (испаряясь, вода охлаждает организм);
• участвует в поддержании формы как это происходит при функционировании гидростатического скелета;
• является основой для смазывающих жидкостей (синовиальная – уменьшает трение в суставах, жидкость в плевральной полости);
• участвует в химических реакциях, происходящих в организме.

Органические вещества в клетке могут быть представлены в виде мономеров или полимеров. Последние дополнительно делятся на гомо- и гетерополимеры.

Молекулы полимеров отличаются огромной молекулярной массой – от нескольких тысяч до нескольких миллионов атомных единиц массы. Имеют линейную или разветвленную форму.

Этим они и отличаются от гомополимеров. В составе последних полимеров присутствует лишь единственный тип мономеров.