Химический состав клетки.

В клетках живых организмов содержаться те же хим. эл., что и в окружающей неживой природе. В клетках обнаружено более 80 эл. из таблицы Д.И. Менделеева. Функции 27 из них определены.

Макро эл. около 99% от массы клетки O, C, H, N. F, K, S, Fe, Mg, Na, Ca.

Микро эл. от 0,001% до 0,000001% массы тела B, Кобальт, Cu, Молибден, Zn, ванадий, I, Br.

Ультра-микро эл. менее 0,000001% радий, золото, бериллий, цезий, силен и др.

Все эти эл. входят в состав органических и неорганических соединений.

Неорганические вещества.

I. Вода (Н2О). Живая клетка содержит около 70% Н2О от массы.

1) Универсальный растворитель.

2) Участвует в био-хим. реакциях (гидролиз, окислительно-восстановительные, фотосинтез)

3) Участвует в явлениях осмоса.

4) Транспортная.

5) Вода практически не сжимается, определяя этим тургор.

6) Обладает силой поверхностного натяжения.

7) Обладает высокой теплоёмкостью, теплопроводностью.

II. Минеральные вещества. Минеральные вещества в клетке находится в виде солей.

2) Регулируют био. – хим. процессы.

Органические вещества.

I. Углеводы (сахариды). В животных клетках 1-5% углеводов, в растительных до 90% (фотосинтез). Мономер – глюкоза.

Функции: структурная, защитная, запасающая, строительная, энергетическая.

II. Липиды – жиры, жироподобные соединения. Мономер – глицерин и высокомолекулярные жирные кислоты.

Функции: структурная (строительные), запасающая, защитная, регуляторная, энергетическая.

III. Белки – высокомолекулярные полимерные органические соединения. Содержание белков в различных клетках от 50-80%. Мономеры – аминокислоты.

Функции: структурная, рецепторная, транспортная, защитная, двигательная, регуляторная, энергетическая.

IV. ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота.

Функции: хранение наследственной информации, передача ген. информации, структурный компонент.

V. АТФ – аденозинтрифосфорная кислота.

Функции: универсальный хранитель и переносчик энергии в клетке.

Вода и минеральные вещества

Живая клетка содержит около 70% Н2О от массы. Н2О находится в двух формах:

1) Свободная (95%) – в межклеточном пространстве, сосудах, вакуолях, полостях органов.

2) Связанная (5%) – с высоко-молекулярными органическими веществами.

Свойство:

8) Универсальный растворитель. По растворимости в воде вещества делятся на гидрофильные – растворимые и гидрофобные – не растворимые (жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки).

9) Участвует в био-хим. реакциях (гидролиз, окислительно-восстановительные, фотосинтез)

10) Участвует в явлениях осмоса – прохождение растворителя через полупроницаемую оболочку в сторону растворимого вещества за счёт силы осмотического давления. Осмотическое давление у млекопитающих равно 0,9% р-р NaCl.

11) Транспортная – вещества растворимые в воде транспортируются в клетку или из неё путём диффузии.

12) Вода практически не сжимается, определяя этим тургор.

13) Обладает силой поверхностного натяжения – это сила осуществляет капиллярный кровоток восходящий и нисходящий в растениях.

14) Обладает высокой теплоёмкостью, теплопроводностью, которое поддерживает тепловое равновесие.

При недостатке Н2О нарушаются процессы обмена веществ, потеря 20% Н2О приводит к гибели.

Минеральные вещества.

Минеральные вещества в клетке находятся в виде солей. По совей реакции растворы могут быть кислыми, основными, нейтральными. Эту концентрацию выражают при помощи водородного показателя рН.

рН = 7 нейтральная реакция жидкости

рН < 7 кислая

рН > 7 основная

Изменение рН на 1-2 единицы губительно для клетки.

Функция минеральных солей:

1) Поддерживают тургор клетки.

2) Регулируют био-хим. процессы.

3) Поддерживают постоянный состав внутренней среды.

1) Ионы кальция стимулируют мышечное сокращение. Снижение концентрации в крови вызывает судороги.

2) Соли калия, натрия, кальция. Соотношение этих ионов обеспечивает нормальное сокращение сердечной системы.

3) Йод компонент щитовидной железы.

9) Органические соединения клетки: углеводы, липиды, белки, аминокислоты, ферменты.

I. Углеводы

Входят в состав клеток всех живых организмов. В животных клетках 1-5% углеводов, в растительных до 90% (фотосинтез).

Хим. состав: C, H, O. Мономер – глюкоза.

Группы углеводов:

1) Моносахариды – бесцветные, сладки, хорошо растворимы в воде (глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза).

2) Олигосахарида (дисахариды) – сладкие, растворимые (сахароза, мальтоза, лактоза).

3) Полисахариды – несладкие, плохо растворимы в воде (крахмал, целлюлоза – в растительных клетках, хитин у грибов и членистоногих, гликоген у животных и человека). Гликоген запасается в мышцах, печени. При его расщеплении выделяется глюкоза.

Функции углеводов:

1) Структурная – входит в состав оболочек растительных клеток.

2) Защитная – секреты выделяемые железами содержат углеводы, которые предохраняют полые органы (бронхи, желудок, кишечник) от мех. Повреждений, а растения от проникновения болезнетворных бактерий

3) Запасающая. Питательные вещества (крахмал, гликоген) откладываются в клетках в запас.

4) Строительная. Моносахариды служат исходным материалом для построения органических веществ.

5) Энергетическая. 60% энергии организм получает при распаде углеводов. При расщеплении 1 грамма углевода выделяется 17,6 кДж энергии.

II. Липиды (жиры, жиро-подобные соединения).

Хим. состав

C, O, H. Мономер – глицерин и высоко-молекулярные жирные кислоты.

Свойства: не растворимы в воде, растворимы в органических растворителях (бензин, хлороформ, эфир, ацетон).

По хим. строению липиды делятся на след группы:

1) Нейтральная. Они делятся на твёрдые (при 20 градусах остаются твёрдыми), мягкие (сливочное масло и жир чел. тела), жидкие (растительные масла).

2) Воска. Покрывают: кожу, шерсть, перья животных, стебли, листья, плоды растений.

Сложные эфиры образуемые жирными кислотами и многоатомным спиртом.

3) Фосфолипиды. Один, два остатка жирных кислот, замещены остатком фосфорной кислоты. Основное компонент клеточной мембраны.

4) Стероиды – это липиды не содержащие жирных кислот. К стероидам относятся гормоны (кортизон, половые), витамины (A, D, E).

Стероид холестерин: важный компонент клеточной мембраны. Избыток холестерина может привести к заболеваниям сердечно-сосудистой системы и образованию желчных камней.

Функции липидов:

1) Структурная (строительная) – входя в состав клеточных мембран.

2) Запасающая – откладываются в запас в растениях в плодах и семенах, у животных в подкожно жировой клетчатке. При окислении 1г жира вырабатывается более 1г воды.

3) Защитная – служат для теплоизоляции организмов, т.к. обладает плохой теплопроводностью.

4) Регуляторная – гормоны (кортикостерон, андрогены, эстрогены и др.) регулируют обменные процессы в организме.

5) Энергетическая: при окислении 1г жира выделяется 38,9 кДЖ.

III. Белки.

Высокомолекулярные полимерные органические соединения. Содержание белков в различных клетках от 50-80%. Каждый чел. на Земле имеет свой не повторимый набор только ему свойственных белков (исключение однояйцевые близнецы). Специфичность белковых наборов обеспечивает иммунный статус каждого человека.

Хим. состав: C, O, N, H, S, P, Fe.

Мономеры. Всего их 20, из них 9 незаменимых. Они поступают в организм с пищей в готовом виде.

Свойства:

1) Денатурация – разрушение белковых молекул под воздействием высокой температуры, кислот, хим. веществ, обезвоживания, облучения.

2) Ренатурация – восстановление прежней структуры при возвращении нормальных условий среды (кроме первичной).

Строение (уровни организации белковой молекулы):

1) Первичная структура.

Это полипептидная цепочка состоящая из последовательности аминокислот.

2) Вторичная структура.

Спирально-закрученная полипептидная цепь.

3) Третичная структура.

Спираль принимает причудливую конфигурацию – глобула.

4) Четвертичная структура.

Несколько глобул соединяются в сложный комплекс.

Функции белков:

1) Каталитическая (ферментативная) – белки служат катализаторами (ускорителями био-хим. реакций).

2) Структурная – входят в состав мембран, органелл клетки, костей, волос, сухожилий и т.д.

3) Рецепторная – белки рецепторы воспринимают сигнал из внешней среды и передают их в клетку.

4) Транспортная – белки-переносчики осуществляют перенос веществ через клеточные мембраны (белок гемоглобин переносит кислород из лёгких в клетки др. тканей).

5) Защитная – белки предохраняют организм от повреждения и вторжения чужеродных организмов (белки иммуноглобулины обезвреживают чужеродные белки. Интерферон подавляет развитие вирусов).

6) Двигательная – белки актин и лизин участвуют в сокращении мышечных волокон.

7) Регуляторная – белки гормоны регулируют физиологические процессы. Например инсулин, глюкагон регулируют уровень глюкозы в крови.

8) Энергетическая – при расщеплении 1г белка выделяется 17,6 кДЖ энергии.

IV. Аминокислоты.

Это мономер белков.

Формула:

В состав аминокислоты входят аминогруппы H2N и карбоксильная группа COOH. Аминокислоты отличаются друг от друга своими радикалами R.

Аминокислоты соединяются пептидными связями в полипептидные цепочки.

NH-CO---NH-CO---NH-CO

Полипептидная связь.

Карбоксильная группа одной аминокислоты присоединяется к аминогруппе соседней аминокислоты.

V. Ферменты.

Это белковые молекулы способные катализировать (ускорять био-хим. реакции в клетке в сони, миллионы раз).

Функции и свойства:

Ферменты специфичны, то есть катализируют только определённую хим. реакцию или сходные.

Действуют в строго определённой последовательности.

Активность ферментов зависит от температуры, реакции среды, наличия коферментов- небелковые соединения, ими могут служить витамины, ионы, различные Me. Оптимальная температура действия ферментов 37-40 градусов.

Активность ферментов регулируется:

При повышении температур усиливается, под действием лекарств, ядов, подавляется.

Отсутствие или недостаток ферментов приводит к тяжёлым заболеваниям (гемофилия вызвана недостатком фермента отвечающего за свёртываемость крови).

Ферменты используются в медицине для получения вакцин. В промышленности для получения из крахмала сахара, из сахара спирта и др. веществ.

Строение:

В активном центре субстрат взаимодействует с ферментом, которые подходят друг к другу как «ключ к замку».

10) Нуклеиновые кислоты: ДНК, РНК, АТФ.

ДНК, РНК впервые выделены из ядра клеток в 1869 г. швейцарским учёным Мишером. Нуклеиновые кислоты – это полимеры мономером которого являются нуклеотиды состоящие из 2 нуклеиновых оснований аденин и гуанин и 3 пиримидиновых цитозин, урацил, тимин.

I) ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота).

Расшифровали в 1953 г. Уотсон и Крик. 2 нити спирально обвивающие друг друга. ДНК находится в ядре.

Нуклеотид состоит из 3 остатков:

1) Углеводный – дезоксирибоза.

2) Фосфорной кислоты.

3) Азотистые основания.

Нуклеотиды отличаются друг от друга только азотистыми основаниями.

Ц – цитидиловый, Г – гуаниновый, Т – тимидиловый, А – адениновый.

Сборка молекул ДНК.

Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит посредством ковалентных связей через углевод одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты соседнего.

Соединение двух нитей.

Две нити соединяются друг с другом водородными связями между азотистыми основаниями. Азотистые основания соединяются по принципу комплементарности А-Т, Г-Ц. Комплементарность (дополнение) – строгое соответствие нуклеотидов расположенных в парных нитях ДНК. В азотистых основаниях находится генетический код.

Свойства и функции ДНК:

I) Репликация (редупликация) – само удваивание. Происходит в синтетический период интерфазы.

1) Фермент разрывает водородные связи и спирали раскручиваются.

2) Одна цепь отделяется от другой части молекулы ДНК (каждая цепь используется в качестве матрицы).

3) На молекулы воздействует фермент ДНК – полимераза.

4) Присоединение каждой цепи ДНК комплементарных нуклеотидов.

5) Образование двух молекул ДНК.

II) Хранение наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов.

III) Передача на ген. инф.

IV) Структурная ДНК присутствует в хромосоме в качестве структурного компонента.

II) РНК (рибонуклеиновая кислота).

Полимер состоящий из одной цепочки. Они находятся: в ядрышке, цитоплазме, рибосомах, митохондриях, пластидах.

Мономер – нуклеотид состоящий из 3 остатков:

1) Углеводный – рибоза.

2) Остаток фосфорной кислоты.

3) Азотистое основание (непарные) (А, Г, Ц, У – вместо тимина).

Функции РНК: передача и реализация наследственной информации через синтез белка.

Типы РНК:

1) Информационное (иРНК) или матричная (мРНК) 5% всей РНК.

Она синтезируется в процессе транскрипции на определённом участке молекулы ДНК – гене. иРНК переносит инф. О структуре белка (последовательность нуклеотидов) из ядра в цитоплазму на рибосомы и становится матрицей для синтеза белка.

2) Рибосомные (рибосомальный рРНК) 85% всей РНК, синтезируется в ядрышке, входят в состав хромосом, формируют активный центр рибосомы где происходит биосинтез белка.

3) Транспортный (тРНК) 10% всей РНК, образуется в ядре и переходит в цитоплазму и транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка, то есть к рибосомам. Поэтому имеет форму листа клевера:

III) АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).

Нуклеотид состоящий из 3 остатков:

1) Азотистое основание – аденин.

2) Углеводный остаток – рибоза.

3) Три остатка фосфорной кислоты.

Связи между остатками фосфорной кислоты богаты энергией и называются макроэлементами. При отщеплении 1 молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ, двух молекула на АМФ. При этом выделяется энергия 40 кДЖ.

АТФ (три) > АДФ (ди) > АМФ (моно).

АТФ синтезируется в митохондриях, в результате реакции фосфорилирование.

Один остаток фосфорной кислоты присоединяется к АДФ. Они всегда есть в клетке, как продукт её жизнедеятельности.

Функции АТФ: универсальный хранитель и переносчик информации.

Урок на тему

«Химический состав клеток.

Неорганические соединения клетки»

Цели урока:

1. 
   Расширение и углубление знаний учащихся о роли металлов в жизнедеятельности человеческого организма.
2. 
   Развитие навыков самостоятельной работы; умения использовать знания, полученные ранее при изучении биологии и химии; работать с таблицами; сравнивать, анализировать, делать выводы.
3. 
   Воспитание бережного отношения к здоровью человека, чувства коллективизма, ответственности за общее дело.

Задачи:

1. 
   Познакомить учащихся с биологически важными химическими элементами, входящими в состав клетки.
2. 
   Рассмотреть особенности строения молекулы воды в связи с ее функциями в клетке. Объяснить важность воды как основного неорганического вещества клетки.
3. 
   Изучить значение катионов и анионов в жизнедеятельности клеток.
4. 
   Подвести к выводу о единстве живой и неживой природы на основе знаний об элементарном составе клеток.

Оборудование: Таблица «Содержание химических элементов в клетке», «Макро-микро элементы», карточки с химическими символами, оборудование для демонстрации лабораторного опыта, видеофильм.
Ход урока.

Актуализация нового материала.

В состав живых клеток входит более 90 химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева, встречающихся и в неживой природе. Однако, соотношение химических элементов и их вклад в образование веществ, составляющих живой организм, резко отличается от объектов неживой природы. Так, в неорганическом мире преобладают фосфор, кремний, магний, железо, алюминий и др. Содержание элементов в живых клетках находится в другой пропорции.

Обращаем внимание на эпиграф, написанный на доске. «Я знаю, люди состоят из атомов, частиц, как радуги из светящихся пылинок или фразы из букв. Стоит изменить порядок, и наш смысл меняется». (А.Вознесенский). С небольшой поправкой на поэтическую вольность этот тезис можно принять.

Комбинируя по-разному эти элементарные «кирпичики», природа создала все разнообразие царств живой природы – более 2,5 млн. живых существ. И даже эти цифры все время меняются, ученые ежегодно открывают более 10 тысяч новых видов и подвидов животных и 5 тысяч видов растений.

И все это многообразие живой природы состоит из одних и тех же химических элементов, из которых львиная доля приходится всего на 25, а остальные – в следовых количествах.

О роли этих элементов и веществах, которые они образуют, нам предстоит узнать на ближайших уроках.

1. 
   Атомный состав клеток.

Элементы, по их содержанию в живых клетках можно условно разделить на три группы.

1. Макроэлементы.

Их концентрация колеблется от 60% до 0,001% массы тела.

Шесть первых наиболее значимы по их количеству от общей массы клетки.

Кислород – O (более 60%).

Углерод – С (15-18%).

Водород – Н (8-10%).

Азот – N (1,5-3%).

Фосфор – Р (0,2-1%).

Сера – S (0,15-0,2%).

На долю этих шести элементов приходится более 98% от массы клетки, поэтому такие элементы называют биоэлементами.

О первых четырех элементах этого списка немецкий поэт Фридрих Шиллер написал:

Силы четыре,

Соединяясь,

Жизнь образуют,

Мир создают.

К этой группе также относятся K, Na, Cl, Ca, Mg , Fe и некоторые другие.

Рассмотрим роль этих элементов в объектах живой природы.

1. 
   Кислород . Входит в состав воды и всех органических молекул: белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот. Важная роль в обмене веществ, как окислителя для получения энергии.
2. 
   Водород. Также входит в состав воды и всех органических соединений. Ионы водорода создают кислую среду и способствуют протеканию многих реакций, например, для пищеварения в желудке.

Особенно чувствителен организм к увеличению или уменьшению водорода, точнее иона водорода, от которого зависит кислотность внутренней среды

Если кровь станет на 8-10% кислее, чем нужно, или наоборот, это может привести к гибели человека.

1. 
   Углерод. Базовый строительный материал всех органических соединений. Вспомните, ведь органическая химия изучает углеводороды и их производные.
2. 
   Азот. Входит в состав основного строительного материала клетки – в белки. Кроме того, входит в состав ДНК и РНК, АТФ.

5. Фосфор. Участвует в энергетическом обмене, так как является составляющей частью АТФ. Соли фосфора входят в состав костей, придавая им твердость. Недостаток фосфора приводит к рахиту, снижает мышечную и умственную деятельность.

6. Сера. В основном, встречается в белках. Входит в состав витамина В1 и некоторых ферментов. Особенно большое значение имеет для хемосинтезирующих бактерий.

1. 
   Калий и натрий. Ионы этих металлов обеспечивают разность потенциалов по разные стороны клеточной мембраны, что делает возможным работу клетки. Образуют так называемый калие-натриевый барьер.

Ион натрия окружен оболочкой воды, поэтому потеря натрия ведет и к потере воды, а избыток – скопление лишней жидкости в организме , что приводит к гипертонии.

1. 
   Железо. Около 55% железа находится в эритроцитах, входит в состав белка гемоглобина. Примерно 21% откладывается «про запас» в печени и селезенке. Людям, страдающим железодефицитной анемией необходимо употреблять мясо, а чай – ограничить, так как из-за дубильных веществ в чае, они образуют трудно расщепляемый в организме комплекс.
2. 
   Кальций. Необходим для нормального развития скелета, работы нервной системы. При избытке кальция развивается мочекаменная болезнь. Способствует свертыванию крови. Входит в состав хлорофилла.

Раздать учащимся таблицы «Макро-микро элементы» с предложением самостоятельно выписать значение для жизни живых существ макроэлементов (2-3 элемента по выбору учащихся).

Не надо забывать, что недостаток того или иного элемента опасен и даже губителен для организма. Однако, избыток также опасен для живых клеток. Еще Парацельс говорил, что лишь мера определяет, быть веществу вредным или полезным.

Это золотое правило также справедливо и для химических элементов, речь о которых пойдет ниже.
2. Микроэлементы.

К этой группе относятся в основном ионы тяжелых металлов, составные компоненты ферментов, гормонов и других жизненно важных соединений.

О роли многих катионов и анионов солей мы подробно говорили в начале урока, уделяя внимание тем или иным химическим элементам, входящим в состав живых клеток.

От концентрации ионов внутри клетки зависят ее буферные свойства, то есть поддержание слабощелочной реакции содержимого клетки. Это свойство в основном обеспечивают анионы слабых кислот: фосфорной и угольной.

Буферность – способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию среды.

В нашем организме не хватает ионов натрия и хлора, хотя большинство других ионов поступает к нам в основном с овощами и фруктами. Поваренную же соль нам необходимо вносить в пищу искусственно.

О значении поваренной соли мы послушаем сообщение учащегося. (Приложение№2)
Прежде, чем подвести итоги сегодняшнего урока, мы послушаем еще одно полушутливое сообщение и рассмотрим плакат о содержании того или иного элемента или вещества в теле человека . (Приложение №3)
III. Закрепление изученного материала.

Задание № 1.

Обсудите в группах предложенные вашему вниманию тексты с ошибками. Некоторые тезисы в этом тексте ошибочны. Найдите и исправьте эти ошибки.

Текст с ошибками.

1.В состав клеток живых организмов входит более 90 из известных науке химических элементов.

2.Преобладающими элементами в живых клетках являются водород, фосфор, кремний, натрий и калий.

3. Элементы, на долю которых приходится более 98% клетки называют биоэлементами.

4. Все элементы условно делят на макро-, микро- и ультрамикроэлементы.

5. Примерами микроэлементов являются кальций, натрий, хлор, микроэлементов – медь, азот, сера ; ультрамикроэлементов – селен, золото, бром.

6. Пространственная структура воды обеспечивает ее свойства как универсального растворителя.

7. Клетки теплокровных животных способны удерживать постоянную температуру тела за счет такого свойства воды, как теплопроводность.

8. Буферность – способность клеток обеспечивать нейтральную рН-среду.

9. Недостаток йода в организме приводит к нарушению работы щитовидной железы, а недостаток цинка разрушает зубную эмаль.

10. Знания об элементарном строении живых клеток позволяет сделать вывод о единстве живой и неживой природы .

Задание № 2. Дополнительное.

Значение химических элементов в живых организмах.

Если вы разгадаете названия химических элементов в горизонтальных столбцах, то узнаете какой радиоактивный элемент содержится в организме человека в количестве 0,09мг (из расчета массы тела 70кг).

1. У глерод

2. бР ом

3. кА льций

4. селеН

Вопросы.

1. 
   Один из биоэлементов.
2. 
   Микроэлемент, уравновешивающий процессы возбуждения и торможения в коре головного мозга.
3. 
   Наибольшее количество этого макроэлемента находится в костной и зубной ткани.
4. 
   Этот редкий ультрамикроэлемент входит в состав яда самого ядовитого гриба – бледной поганки.

IV Итоги.

Подведение итогов урока. Выставление оценок. Запись домашнего задания.

Приложение №1

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ
ФТОР.

Фтор и жизнь. Казалось бы, такое словосочетание не совсем правомерно.

И все-таки оправадно. Впервые это доказал слон… обычный, правда, ископаемый слон, найденный в окрестностях Рима. В его зубах был обнаружен фтор. В его зубах случайно был обнаружен фтор. Это открытие побудило ученых провести систематическое изучение химического состава зубов человека и животных.
Оказалось, что в состав зубов входит до 0,02% фтора, который поступает в организм человека с питьевой водой. Обычно в тонне питьевой воды содержится 0,2 мг фтора. В результате накопления фтора в почве повышается его содержание в питьевой воде и в растениях, что неблагоприятно сказывается на здоровье населения.

В суточном рационе содержится до 1,6 мг фтора. При систематическом использовании воды, содержащей избыточные количества фтора, у населения развивается эндемический флюороз. Отмечается характерное поражение зубов(крапчатость эмали), нарушение процессов окостенения скелета, истощение организма. Флюороз зубов проявляется в виде непрозрачных опалесцирующих меловидных полосок или пятнышек, которые со временем увеличиваются, появляется пигментация эмали темно-желтого или коричневого цвета, наступают необратимые ее изменения. желых случаях отмечаются генерализованный остеосклероз или диффузный остеопороз костного аппарата. Избыточные количества фтора снижают обмен фосфора и кальция в костной ткани, нарушают углеводный, белковый и другие обменные процессы, угнетают тканевое дыхание и пр. Фтор является нейротропным ядом(происходит снижение подвижности нервных процессов).

Если избыток фосфора вызывает эндемический флюороз, то дефицит этого микроэлемента (меньше 0,5 мг/л) в сочетании с другими факторами (нерациональное питание, неблагоприятные условия труда и быта) вызывает кариес зубов.

Цинк – обязательная составная часть фермента крови, этот элемент ускоряет выделение углекислого газа в легких. Много цинка содержится в яде кобры и гадюки, но в то же время известно, что соли цинка угнетают активность этих самых ядов, как показал опыт под действием солей цинка яды не разрушаются. Считается, что высокое содержание цинка в яде – это то средство, которым змея защищается от собственного яда. Сравнительно недавно установлено, что в биологических молекулах – ДНК и РНК и белках в клетках при злокачественном перерождении растет содержание ионов некоторых металлов. Концентрация цинка увеличивается в 1,5 – 2 раза и даже втрое. Причина пока неизвестна, но это может указать путь к ранней диагностике рака.

Биологическая роль цинка двоякая и не до конца выяснена. Установлено, что цинк - обязательный компонент фермента карбоангидразы, содержащийся в эритроцитах. Также было показано, что цинк играет известную роль в метаболизме нуклеиновых кислот и белка. Одну из теорий возникновения сахарного диабета также связывают с недостатком цинка в организме

Приложение № 2

СОЛИ
Помимо воды, важнейшие из неор­ганических веществ живого организма - минераль­ные соли. Из нерастворимых солей строятся кости позвоночных животных (фосфат кальция), ракови­ны моллюсков, оболочка птичьих яиц (карбонат кальция). Растворённые соли в каждой клетке со­ставляют 1% от её массы. Роль их в жизнедеятель­ности клетки чрезвычайно многообразна.

Самая известная соль - поваренная, хлористый натрий. Гулливер, герой знаменитого произведения Джонатана Свифта, в одном из своих путешествий оказался без поваренной соли. Он рассказывал: «Сначала я очень болезненно ощущал отсутствие соли, но скоро привык обходиться без неё, и я убеждён, что распространённое употребление этого вещества есть результат невоздержанности. Ведь мы не знаем ни одного животного, которое любило бы соль».

Однако Гулливер ошибался. Травоядные живот­ные постоянно испытывают солевой голод и жадно слизывают соль всюду, где находят. А вот плотояд­ные животные, действительно, получают достаточно поваренной соли с поедаемым ими мясом.

Точно так же питающиеся мясом и рыбой эскимосы и чукчи прекрасно обходятся без соли. Помните реакцию на солёную пищу персонажа романа Даниэля Дефо «Приключения Ро­бинзона Крузо» - Пятницы, никогда не пробовавшего соли? «Он удивился, зачем я ем суп и мясо с солью. Он стал показывать мне знаками, что с солью не вкусно. Взяв в рот щепотку соли, он принялся отплёвываться и сделал вид, что его тошнит от неё, а потом выполо­скал рот водой. ...Лишь долгое время спустя он начал класть соль в кушанье, да и то немного». Вероятно, Пятница до встречи с Робинзо­ном питался в основном животной пищей.

Надо сказать, что поваренная соль сыграла большую роль в истории человечества: служила заменителем денег, являлась причиной «соля­ных бунтов» (Московский соляной бунт 1648 г., вызванный тем, что правительство подняло налог на соль; подобные бунты прокатились тогда по многим городам России) и «соляных походов протеста» (в Индии в начале XX в. - когда в знак неповиновения английским властям, обладавшим монополией на производство соли, её выпари­вали из морской воды).

Соль необходима живым организмам. В то же время избыток соли вреден. Увлекаясь такими продуктами, как соленья, сельдь, колбасы, люди вводят в организм слишком много соли . В сутки организму необходимо 8-9 г соли, но человек потребляет обычно вдвое большее её количество. Это приводит к повышенному кровяному давлению (гипертонии). Япония, где каждый житель потребляет около 30 г соли в день, держит первенство по числу больных этой болезнью.

Приложение №3
В фантастическом рассказе американского пи­сателя Артура Порджесса крошечный божок Йип хотел отблагодарить героя рассказа за ока­занную услугу, выполнив любую его просьбу. Но божок был очень мал, и стоимость награды не могла превышать двух долларов. В конце концов Йип помог герою покорить сердце любимой де­вушки. Причём главное условие не было нару­шено - ведь, как утверждает писатель, «стоимость всех химических веществ, входящих в состав организма человека весом около 70 кг, составляет 1 доллар 98 центов».

В организме человека, весящего 70 кг, - 45,5 кг кислорода, 12,6 кг углерода, 7 кг водоро­да, 2,1 кг азота, 1,4 кг кальция, 700 г фосфора. Всех остальных элементов, вместе взятых (в основном калия, серы, натрия, хлора, магния, железа и цинка), - около 700 г. Вот всё это «богатство» и стоило, по подсчётам писателя, 1 дол­лар 98 центов.

Всего в живых клетках можно найти около 70 химических элементов таблицы Менделеева. Среди них имеются даже такие ядовитые и экзотические, как олово, свинец, мышьяк, золото.
Для тех, кому «стоимость чело­века», подсчитанная американским писателем, по­казалась возмутительно низкой, мы можем привес­ти возражение профессора Йельского университета Г. Моровица против этого подсчёта. Он заметил, что подсчитывать надо стоимость не элементов, вхо­дящих в состав организма (углерода, кислорода и т. д.), а сложных органических соединений (бел­ков, углеводов и др.). При таком подсчёте стоимость уже только одних гормонов человека (о которых рассказано ниже) составит миллионы долларов - целое состояние!

МАКРО-МИКРО ЭЛЕМЕНТЫ

Минеральные вещества	Физиологическая роль	Реакция организма на недостаток или избыток веществ	В каких продуктах высокое содержание элемента
Макро-элементы НАТРИЙ	Регуляция кровяного давления, водного обмена	Избыток – удержание воды, нагрузка на почки, сердце, ведет к гипертонии	Хлеб, мясные и рыбные консервы, колбасы
КАЛИЙ	Водный обмен, выделение мочи, гомеостаз крови, нормализует кровяное давление	Недостаток сказывается на деятельности сердца	Растительная пища: капуста, бобовые, яблоки, тыква, абрикосы, персики
ФОСФОР	Образует минеральную основу скелета, работа нервных клеток	Недостаток – рахит, снижение умственной деятельности, переизбыток – выведение кальция из костей	Мясо, рыба, яичный желток, сыр, молоко, бобовые, хлеб, крупы
КАЛЬЦИЙ	Основа костной ткани, развитие зубов, процессы в нервной и мышечной тканях, участие в свертывании крови , противовоспалительное действие	Недостаток – плохое развитие скелета, повышенная нервная и мышечная возбудимость, спазмам. При избытке – мочекаменная болезнь	Молоко, сыр, брынза, йогурт, творог, рыба, мясо, яичный желток, ржаной хлеб, овощи, фрукты
Микро- элементы ЙОД	Работа гормона щитовидной железы – тироксина	Недостаток – эндемический зоб, микседема, избыток- Базедова болезнь	Морская рыба, морепродукты
ФТОР	В составе зубной эмали	Недостаток – кариес, избыток- флюороз (пятнистость эмали)	Морская рыба, морепродукты, чай
ЦИНК	Без цинка человек не растет. Цинк предохраняет печень и желчь от вредных веществ, предупреждает диабет (входит в состав гормона инсулина)	Недостаток – нарушение роста, полового развития, заживление ран идет медленно. При избытке появляются приступы слабости, опасность отравления	Мясо, печень, бобовые, овсяные хлопья, бананы, хлеб из цельного зерна, молоко, молочные продукты, овощи

Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ] Лернер Георгий Исаакович

2.3.1. Неорганические вещества клетки

В состав клетки входит около 70 элементов периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы:

макроэлементы – H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;

микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;

ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.

В состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.

Неорганические соединения клетки – вода и неорганические ионы.

Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие 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 . Вещества, нерастворимые в воде называются гидрофобными .

Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Вспомните, как долго нагревается до кипения чайник. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме.

Для испарения воды необходима достаточно большая энергия. Температура кипения воды выше, чем у многих других веществ. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.

Водородные связи обуславливают вязкость воды и сцепление ее молекул с молекулами других веществ. Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создается пленка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение .

При охлаждении движение молекул воды замедляется. Количество водородных связей между молекулами становится максимальным. Наибольшей плотности вода достигает при 4 С?. При замерзании вода расширяется (необходимо место для образования водородных связей) и ее плотность уменьшается. Поэтому лед плавает.

Биологические функции воды . Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.

Вода – активный участник реакций обмена веществ.

Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме. Эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке.

Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слезы, желчь, сперма и т.д.

Неорганические ионы . К неорганическим ионам клетки относятся: катионы K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , NH 3 + и анионы Cl – , NO 3 - , Н 2 PO 4 - , NCO 3 - , НPO 4 2- .

Разность между количеством катионов и анионов (Nа + , Ка + , Сl -) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему , поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6-9.

Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7-4.

Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот. Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих. Ионы кальция входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

А1. Полярностью воды обусловлена ее способность

1) проводить тепло 3) растворять хлорид натрия

2) поглощать тепло 4) растворять глицерин

А2. Больным рахитом детям необходимо давать препараты, содержащие

1) железо 2) калий 3) кальций 4) цинк

А3. Проведение нервного импульса обеспечивается ионами:

1) калия и натрия 3) железа и меди

2) фосфора и азота 4) кислорода и хлора

А4. Слабые связи между молекулами воды в ее жидкой фазе называются:

1) ковалентными 3) водородными

2) гидрофобными 4) гидрофильными

А5. В состав гемоглобина входит

1) фосфор 2) железо 3) сера 4) магний

А6. Выберите группу химических элементов, обязательно входящую в состав белков

А7. Пациентам с гипофункцией щитовидной железы дают препараты, содержащие

Часть В

В1. Выберите функции воды в клетке

1) энергетическая 4) строительная

2) ферментативная 5) смазывающая

3) транспортная 6) терморегуляционная

В2. Выберите только физические свойства воды

1) способность к диссоциации

2) гидролиз солей

3) плотность

4) теплопроводность

5) электропроводность

6) донорство электронов

Часть С

С1. Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение?

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ВК) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ИН) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (КА) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (НЕ) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ПЛ) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ПО) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (СТ) автора БСЭ

Из книги Краткая история почти всего на свете автора Брайсон Билл

Из книги Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ] автора Лернер Георгий Исаакович

Из книги Карманный справочник медицинских анализов автора Рудницкий Леонид Витальевич

24 КЛЕТКИ Это начинается с одной клетки. Первая клетка делится, чтобы стать двумя, а две становятся четырьмя и так далее. После всего 47 удвоений у вас будет около 10 тысяч триллионов (10 000 000 000 000 000) клеток, готовых ожить в виде человека*.322 И каждая из этих клеток точно знает, что

Из книги Полный справочник анализов и исследований в медицине автора Ингерлейб Михаил Борисович

2.3. Химическая организация клетки. Взаимосвязь строения и функций неорганических и органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, АТФ), входящих в состав клетки. Обоснование родства организмов на основе анализа химического состава их

Из книги Как заботиться о себе, если тебе за 40. Здоровье, красота, стройность, энергичность автора Карпухина Виктория Владимировна

2.3.2. Органические вещества клетки. Углеводы, липиды Углеводы. Общая формула Сn (H2O)n. Следовательно, углеводы содержат в своем составе только три химических элемента.Растворимые в воде углеводы.Функции растворимых углеводов: транспортная, защитная, сигнальная,

Из книги Энциклопедия доктора Мясникова о самом главном автора Мясников Александр Леонидович

4.6. Неорганические вещества Неорганические вещества в плазме и сыворотке крови (калий, натрий, кальций, фосфор, магний, железо, хлор и др.), определяют физикохимические свойства крови.Количество неорганических веществ в плазме – около 1 %. В тканях организма они находятся в

Из книги автора

Из книги автора

Из книги автора

6.9. Стволовые клетки Сейчас модно рассуждать на тему стволовых клеток. Когда меня спрашивают, что я об этом думаю, то я отвечаю вопросом на вопрос: «Где? В России или в мире?».В России и в мире ситуации в этой области совершенно разные. В мире идут интенсивные исследования и

Все химические соединения в клетке можно разделить на органические и неорганические (табл. 1).

Вода (Н 2 О)

Уникальные свойства воды определяются особенностями структуры ее молекул. Молекулы воды связаны водородными связями это обеспечивает свойство: универсальный растворитель . Молекулы воды способны "слипаться" друг с другом - это объясняеткапиллярное свойство (способность подниматься вверх по тонким трубкам, порам (сосуды растений).

Вода входит в состав жидких сред организма : - межклеточное вещество (тканевая жидкость); - кровь (плазма крови); - лимфу(плазма лимфы). Выполняет смазывающую роль: в сердечной сумке- перикардиальная жидкость; в плевральной полости- плевральная жидкость; в суставах (синовиальная жидкость).

Вода имеет две формы: свободная - составляет 95% всей воды и связанная - 4%.

Функции воды:

Универсальный растворитель

Транспортная

Терморегуляторная (поддерживает тепловое равновесие клетки и организма в целом благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности)

Осморегуляторная (влияет на ряд физиологических свойств: упругость, тургор)

Участвует в химических реакциях (участвует в обменных процессах, необходима для окисления и гидролиза белков, углеводов, жиров, служит источником H + при фотосинтезе).

Среда, в которой протекают биохимические реакции.

Минеральные соли и кислоты

Большая часть минеральных солей находится в диссоциированном состоянии в виде ионов. Наиболее важные из них катионы - это К + , Na + , Mg 2+ , NH 4 + ; анионы СI - , HPO 4 2- , HCO 3 - , H 2 PO 4 - , NO 3 - . Концентрация ионов в клетке и окружающей ее среде неодинаковая. Например, содержание калия в клетках в десятки раз выше, чем в межклеточном пространстве. Катионов натрия, наоборот, меньше в клетке, чем вне ее. Снижение концентрации ионов К в клетке приводит к уменьшению в ней воды, количество которой возрастает в межклеточном пространстве тем больше, чем выше в межклеточной жидкости концентрация Na + . Уменьшение катионов натрия в межклеточном пространстве приводит к уменьшению в нем содержания воды. Неравномерное распределение ионов калия и натрия с наружной и внутренней стороны мембран нервных и мышечных клеток обеспечивает возможность возникновения и распространения электрических импульсов. (рН=7,2).

Функции минеральных солей:

Буфферность межклеточной жидкости (кислотно-щелочное равновесие плазмы, за счет поддержания определенной концентрации ионов водорода, обеспечивающей слабощелочную рН=7,2 при участии фосфатной и бикарбонатной систем)

Постоянное осмотическое давление (7,6 атм.)

Активация ферментов.

Источник строительного материала для синтеза органических соединений (например, остаток РО 4 3- образует макроэргические связи АТФ, влияет на физиологическую активность белков и ферментов; Cl - в процессе пищеварения).

Обеспечивают раздражимость (К + , Na + , Са +2).

Обеспечивают сцепление клеток в многоклеточном организме (Са 2+).

Нерастворимые соли Са 3 (РО 4) 2 входит в состав межклеточного вещества костной ткани, раковин моллюсков, обеспечивая защиту и прочность.

В клетке содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке, - одно из основных условий ее жизни, развития и функционирования.

Основные вещества клетки = Нуклеиновые кислоты + Белки + Жиры (липиды) + Углеводы + Вода + Кислород + Углекислый газ.

В неживой природе эти вещества нигде не встречаются вместе.
По количественному содержанию в живых системах все химические элементы подразделяются на три группы.

1. Макроэлементы . Основные или биогенные элементы, на их долю приходится более 95 % массы клеток клетки, входит в состав практически всех органических веществ клетки: углерод, кислород, водород, азот. А также жизненно важные элементы, количество которых составляет до 0,001% от массы тела - кальций, фосфор, сера, калий, хлор, натрий, магний и железо.

2. Микроэлементы - элементы, количество которых составляет от 0,001% до 0, 000001 % от массы тела: цинк, медь.

3. Ультрамикроэлементы - химические элементы, количество которых не превышает от 0,000001 % от массы тела. К ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же сюда относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания.

Химические вещества, входящие в состав клетки:

Неорганические- соединения, которые встречаются и в неживой природе: в минералах, природных водах;
- органические- химические соединения, в состав которых входят атомы углерода. Органические соединения чрезвычайно многообразны, но только четыре класса их имеют всеобщее биологическое значение: белки, липиды (жиры), углеводы, нуклеиновые кислоты, АТФ.

Неорганические соединения

Вода - одно из самых распространённых и важных веществ на земле. В воде растворяется больше веществ, чем в любой другой жидкости. Именно поэтому в водной среде клетки осуществляется множество химических реакций. Вода растворяет продукты обмена веществ и выводит их из клетки и организма в целом. Вода обладает высокой теплопроводностью, что создаёт возможность равномерного распределения теплоты между тканями тела.
Вода обладает большой теплоемкостью, т.е. способностью поглощать теплоту при минимальном изменении собственной температуры. Благодаря этому она предохраняет клетку от резких изменений температуры.

Минеральные соли находятся в клетке, как правило, в виде катионов (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) и анионов (HPO42-, H2PO4-, Сl-, HCO3), соотношение которых определяет важную для жизнедеятельности клеток кислотность среды. (У многих клеток среда слабощелочная и ее pH почти не изменяется, так как в ней постоянно поддерживается определенное соотношение катионов и анионов.)

Органические соединения

Углеводы широко распространены в живых клетках. В состав молекулы углеводов входит углерод, водород и кислород.
К липидам относятся жиры, жироподобные вещества. В клетке при окислении жиров образуется большое количество энергии, которая используется на различные процессы. Жиры могут накапливаться в клетках и служить запасом энергии.

Белки - обязательная составная часть всех клеток. В состав этих биополимеров входят 20 типов мономеров. Такими мономерами являются аминокислоты. Образование линейных молекул белков происходит в результате соединения аминокислот друг с другом. Карбоксильная группа одной аминокислоты сближается с аминогруппой другой, и при отщеплении молекулы воды между аминокислотными остатками возникает прочная ковалентная связь, называемая пептидной. Соединение, состоящее из большого числа аминокислот, называется полипептидом. Каждый белок по составу является полипептидом.

Нуклеиновые кислоты. В клетках имеются два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота(ДНК) и рибонуклеиновая кислота(РНК). Нуклеиновые кислоты выполняют в клетке важнейшие биологические функции. В ДНК хранится наследственная информация обо всех свойствах клетки и организма в целом. Различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информации через синтез белка.

Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены два остатка фосфорной кислоты – аденозинтри-фосфорная кислота(АТФ). Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, нервных импульсов, то есть для всех процессов жизнедеятельности. АТФ - универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключённая в потребляемой пище, запасаются в молекулах АТФ.