Кислоты и соли в клетки. Особенности строения минеральных солей
Минеральные соли в водном растворе клетки диссоциируют на катионы и анионы; некоторые из них могут включаться в комплексы с различными органическими соединениями. Содержание неорганических ионов обычно не превышает 1 % от массы клетки. Катионы солей, такие как калий, натрий, обеспечивают раздражимость клеток. Кальций способствует сцеплению клеток между собой. Анионы слабых кислот отвечают за буферные свойства цитоплазмы, поддерживая в клетках слабощелочную реакцию.
Ниже в качестве примера приводится биологическая роль важнейших химических элементов клетки:
Кислород Компонент органических веществ, воды, анионов неорганических кислот
Углерод Компонент всех органических веществ, углекислого газа, угольной кислоты;
Водород Компонент воды, органических веществ, в форме протона регулирует кислотность среды и обеспечивает формирование трансмембранного потенциала;
Азот Компонент нуклеотидов, аминокислот, пигментов фотосинтеза и многих витаминов;
Сера Компонент аминокислот (цистеин, цистин, метионин), витамина В 1 и некоторых коферментов;
Фосфор Компонент нуклеиновых кислот, пирофосфата, ортофосфорной кислоты, нуклеотидтрифосфатов, некоторых коферментов;
Кальций Участвует в передаче сигналов в клетке;
Калий Влияет на активность ферментов белкового синтеза, участвует в процессах фотосинтеза;
Магний Активатор энергетического обмена и синтеза ДНК, входит в состав молекулы хлорофилла, необходим для сборки микротрубочек веретена деления;
Железо Компонент многих ферментов, участвует в биосинтезе хлорофилла, в процессах дыхания и фотосинтеза;
Медь Компонент некоторых ферментов, участвует в процессах фотосинтеза;
Марганец Является компонентом или регулирует активность некоторых ферментов, участвует в ассимиляции азота и в процессе фотосинтеза;
Молибден Компонент нитратредуктазы, участвует в фиксации молекулярного азота;
Кобальт Компонент витамина В 12 , участвует в азотфиксации
Бор Регулятор роста растений, активатор восстановительных ферментов дыхания;
Цинк Компонент некоторых пептидаз, участвует в синтезе ауксинов (растительных гормонов) и спиртовом брожении.
Существенным является не только содержание элементов, но и их соотношение. Так в клетке поддерживается высокая концентрация ионов К + и низкая Na + , в окружающей среде (морская вода, межклеточная жидкость, кровь) наоборот.
Основные наиболее важные биологические функции минеральных элементов:
1. Поддержание кислотно-щелочного равновесия в клетке;
2. Создание буферных свойств цитоплазмы;
3. Активация ферментов;
4. Создание осмотического давления в клетке;
5. Участие в создании мембранных потенциалов клеток;
6. Образование внутреннего и наружного скелета (простейшие, диатомовые водоросли).
2. Органические вещества
Органические вещества составляют от 20 до 30 % массы живой клетки. Из них примерно 3% приходится на долю низкомолекулярных соединений: аминокислот, нуклеотидов, витаминов, гормонов, пигментов и некоторых других веществ. Основную же часть сухого вещества клетки составляют органические макромолекулы: белки, нуклеиновые кислоты, липиды и полисахариды. В животных клетках, как правило, преобладают белки, в растительных - полисахариды. Существуют определенные различия в соотношении этих соединений и между клетками прокариот и эукариот (табл. 1)
Таблица 1
|
Соединение |
% от массы живой клетки |
|
|
Бактерии |
Животные |
|
|
Полисахариды | ||
2.1. Белки - важнейшие незаменимые азотсодержащие органические соединения клетки. Белковые тела играют решающую роль и в построении живой материи и в осуществлении всех процессов жизнедеятельности. Это –главные носители жизни, благодаря тому, что они обладают рядом особенностей, к числу наиболее важных из которых относятся: неисчерпаемое многообразие структуры и вместе с тем ее высокая видовая уникальность; широкий диапазон физических и химических превращений; способность в ответ на внешнее воздействие обратимо и закономерно изменять конфигурацию молекулы; склонность ко образованию надмолекулярных структур, комплексов с другими химическими соединениями; наличие биологической активности - гормональной, ферментативной, патогенной и др.
Белки представляют собой полимерные молекулы, построенные из 20 аминокислот * , расположенных в различной последовательности и соединенных пептидной связью (С-N-одинарная и С=N- двойная). Если количество аминокислот в цепочке не превышает двадцати, такая цепочка называется олигопептидом, от20 до 50 - полипептидом**, более 50 - белком.
Масса белковых молекул колеблется от 6 тыс. до 1 млн и более дальтон (дальтон - единица молекулярной массы, равная массе атома водорода –(1,674x10 -27 кг). В клетках бактерий содержится до трех тысяч различных белков, в организме человека это разнообразие возрастает до пяти миллионов.
Белки содержат 50-55% углерода, 6,5- 7,3% водорода, 15-18% азота, 21-24% кислорода, до 2,5% серы. В составе некоторых белков обнаружены фосфор, железо, цинк, медь и другие элементы. В отличие от других элементов клетки для большинства белков характерна постоянная доля азота (в среднем 16% от сухого вещества). Этот показатель используют при расчете белка по азоту: (масса азота × 6,25). (100: 16 = 6,25).
Молекулы белка имеют несколько структурных уровней.
Первичная структура - это последовательность аминокислот в полипептидной цепи.
Вторичная структура α-спираль или складчатая β-структура, которые формируются за счет стабилизации молекулы электростатическими водородными связями, которые образуются между -С=О и –NН -группами аминокислот.
Третичная структура - пространственная организация молекулы, определяемая первичной структурой. Она стабилизируется водородными, ионными и дисульфидными (-S-S-) связями, которые образуются между серосодержащими аминокислотами, а также гидрофобными взаимодействиями.
Четвертичную структуру имеют только белки, состоящие из двух или нескольких полипептидных цепей, она формируется при объединении отдельных белковых молекул в одно целое. Определенная пространственная организация (глобулярная или фибриллярная) необходима для высокоспецифичной работы белковых молекул. Большинство белков активны только в форме, обеспечиваемой третичной или четвертичной структурой. Вторичной структуры достаточно для функционирования лишь немногих структурных белков. Это фибриллярные белки, а большинство ферментов и транспортных белков имеют глобулярную форму.
Белки, состоящие только из полипептидных цепей, называют простыми (протеины), а имеющие в своем составе компоненты другой природы - сложными (протеиды). Например, в молекуле гликопротеинов содержится углеводныйфрагмент, в молекулу металлопротеинов входят ионы металлов и т.д.
По растворимости в отдельных растворителях: водорастворимые; растворимые в солевых растворах - альбумины, спирторастворимые - альбумины; растворимые в щелочах - глютелины.
Аминокислоты по своей природе амфотерны. Если аминокислота имеет несколько карбоксильных групп, то преобладают кислотные свойства, если несколько аминогрупп - основные. В зависимости от преобладания тех или иных аминокислот, белки также могут иметь основные или кислотные свойства. У глобулярных белков имеется изоэлектрическая точка - значение рН, при котором суммарный заряд белка равен нулю. При более низких значениях рН белок имеет положительный заряд, при более высоких - отрицательный. Поскольку электростатическое отталкивание препятствует слипанию белковых молекул, в изоэлектрической точке растворимость становится минимальной и белок выпадает в осадок. Например, белок молока казеина имеет изоэлектрическую точку при рН 4,7. Когда молочнокислые бактерии подкисляют молоко до этого значения, казеин выпадает в осадок и молоко "сворачивается".
Денатурацией белка называется нарушение третичной и вторичной структуры под действием изменения рН, температуры, некоторых неорганических веществ и т.д. Если при этом первичная структура не была нарушена, то при восстановлении нормальных условий происходит ренатурация - самопроизвольное восстановление третичной структуры и активности белка. Это свойство имеет большое значение при производстве сухих пищевых концентратов и медицинских препаратов, которые содержат денатурированный белок.
*Аминокислоты-соединения, содержащие одну карбоксильную и одну аминную группы, связанные с одним атомом углерода, к которому присоединена боковая цепь - какой-либо радикал. Известно более 200 аминокислот, но в образовании белков участвуют 20, называемых основными или фундаментальными. В зависимости от радикала аминокислоты делятся на неполярные (аланин, метионин, валин, пролин, лейцин, изолейцин, триптофан, фенилаланин), полярные незаряженные (аспарагин, глутамин, серин, глицин, тирозин, треонин, цистеин) и полярные заряженные (основные: аргинин, гистидин, лизин, кислые: аспарагиновая и глутаминовая кислоты). Неполярные аминокислоты гидрофобны, и построенные из них белки ведут себя как капли жира. Полярные аминокислоты гидрофильны.
**Пептиды могут быть получены в результате реакций поликондесации аминокислот, а также при неполном гидролизе белков. Выполняют в клетке регуляторные функции. Ряд гормонов (окситоцин, вазопрессин) являются олигопептидами. Это брадикидин (пептид боли) это опиаты (естественные наркотики - эндорфины, энкефалины) человеческого организма, которые обладают обезболивающим действием. (Наркотики разрушают опиаты, поэтому человек становится очень чувствительным к малейшим нарушениям в организме - ломка). Пептидами являются некоторые токсины (дифтерийный), антибиотики (грамицидин А).
Функции белков:
1. Структурная . Белки служат строительным материалом для всех органелл клетки и некоторых внеклеточных структур.
2. Каталитическая. Благодаря особому строению молекулы или наличию активных групп многие белки обладают способностью каталитически ускорять ход химических реакций. От неорганических катализаторов ферменты отличаются высокой специфичностью, работой в узких температурных рамках (от 35 до 45° С), при слабощелочном рН и атмосферном давлении. Скорость реакций, катализируемых ферментами, намного выше скорости, обеспечиваемой неорганическими катализаторами.
3. Двигательная . Специальные сократительные белки обеспечивают все виды движения клеток. Жгутики прокариот построены из флагеллинов, а жгутики эукариотических клеток - из тубулинов.
4. Транспортная . Транспортные белки переносят вещества в клетку и из клетки. Например, белки порины способствуют переносу ионов; гемоглобин переносит кислород, альбумин - жирные кислоты. Транспортную функцию осуществляют белки - переносчики плазматических мембран.
5. Защитная . Белки-антитела связывают и обезвреживают чужеродные для организма вещества. Группа антиоксидантных ферментов (каталаза, супероксиддисмутаза) препятствует образованию свободных радикалов. Иммуноглобулины крови, фибрин, тромбин участвуют в свертываемости крови и тем самым останавливают кровотечения. Образование токсинов белковой природы, например, дифтерийного токсина или токсина Васillus turingiensis, в ряде случаев также можно рассматривать как средство защиты, хотя данные белки чаще служат для поражения жертвы в процессе добывания пищи.
6. Регуляторная . Регуляцию работы многоклеточного организма осуществляют гормоны белковой природы. Ферменты, управляя скоростями химических реакций, регулируют внутриклеточный метаболизм.
7. Сигнальная. В цитоплазматической мембране расположены белки, способные реагировать на изменения окружающей среды изменением своей конформацию. Эти сигнальные молекулы отвечают за передачу внешних сигналов в клетку.
8. Энергетическая . Белки могут служить резервом запасных веществ, используемых с целью получения энергии. Расщепление 1 грамма белка обеспечивает выделение 17,6 кДж энергии.
Минеральные соли в водном растворе клетки диссоциируют на катионы и анионы; некоторые из них могут включаться в комплексы с различными органическими соединениями. Содержание неорганических ионов обычно не превышает 1 % от массы клетки. Катионы солей, такие как калий, натрий, обеспечивают раздражимость клеток. Кальций способствует сцеплению клеток между собой. Анионы слабых кислот отвечают за буферные свойства цитоплазмы, поддерживая в клетках слабощелочную реакцию.
Ниже в качестве примера приводится биологическая роль важнейших химических элементов клетки:
Кислород Компонент органических веществ, воды, анионов неорганических кислот
Углерод Компонент всех органических веществ, углекислого газа, угольной кислоты;
Водород Компонент воды, органических веществ, в форме протона регулирует кислотность среды и обеспечивает формирование трансмембранного потенциала;
Азот Компонент нуклеотидов, аминокислот, пигментов фотосинтеза и многих витаминов;
Сера Компонент аминокислот (цистеин, цистин, метионин), витамина В 1 и некоторых коферментов;
Фосфор Компонент нуклеиновых кислот, пирофосфата, ортофосфорной кислоты, нуклеотидтрифосфатов, некоторых коферментов;
Кальций Участвует в передаче сигналов в клетке;
Калий Влияет на активность ферментов белкового синтеза, участвует в процессах фотосинтеза;
Магний Активатор энергетического обмена и синтеза ДНК, входит в состав молекулы хлорофилла, необходим для сборки микротрубочек веретена деления;
Железо Компонент многих ферментов, участвует в биосинтезе хлорофилла, в процессах дыхания и фотосинтеза;
Медь Компонент некоторых ферментов, участвует в процессах фотосинтеза;
Марганец Является компонентом или регулирует активность некоторых ферментов, участвует в ассимиляции азота и в процессе фотосинтеза;
Молибден Компонент нитратредуктазы, участвует в фиксации молекулярного азота;
Кобальт Компонент витамина В 12 , участвует в азотфиксации
Бор Регулятор роста растений, активатор восстановительных ферментов дыхания;
Цинк Компонент некоторых пептидаз, участвует в синтезе ауксинов (растительных гормонов) и спиртовом брожении.
Существенным является не только содержание элементов, но и их соотношение. Так в клетке поддерживается высокая концентрация ионов К + и низкая Na + , в окружающей среде (морская вода, межклеточная жидкость, кровь) наоборот.
Основные наиболее важные биологические функции минеральных элементов:
1. Поддержание кислотно-щелочного равновесия в клетке;
2. Создание буферных свойств цитоплазмы;
3. Активация ферментов;
4. Создание осмотического давления в клетке;
5. Участие в создании мембранных потенциалов клеток;
6. Образование внутреннего и наружного скелета (простейшие, диатомовые водоросли).
В состав клетки входят неорганические вещества: вода, минеральные соли, – и органические: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
Вода составляет до 80% массы клетки, играет важную роль:
все химические процессы в клетках происходят в водных растворах;
переносит питательные вещества, растения всасывают минеральные соли в растворенном виде;
с водой происходит удаление из организма вредных веществ;
большая теплоемкость воды уменьшает колебания температуры организма;
малая сжимаемость воды обеспечивает упругость (тургор) клетки;
испарение воды способствует охлаждению животных и растений.
Минеральные вещества:
участвуют в поддержании гомеостаза, регулируя поступление воды в клетку, кислотность (pH) среды (буферные системы клетки);
разность концентрации ионов натрия, калия, водорода и др. создают на мембранах клеток разность потенциалов, необходимую для синтеза АТФ, передачи нервных импульсов;
минеральные соли, в первую очередь, фосфаты и карбонаты кальция, придают твердость костной ткани и раковинам моллюсков.
-
Роль воды и минеральных веществ в жизни клетки и организма . В состав клетки входят неорганические вещества : вода , минеральные соли, – и органические: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
все химические процессы в клетках происходят в водных растворах... -
Химический состав клетки . Роль воды и минеральных веществ в жизни клетки и организма . В состав клетки входят неорганические вещества : вода , минеральные соли, – и органические: белки, жир. Загрузка. -
Химический состав клетки . Роль воды и минеральных веществ в жизни клетки и организма . В состав клетки входят неорганические вещества : вода , минеральные соли, – и органические: белки, жир. -
Химический состав клетки . Роль воды и минеральных веществ в жизни клетки и организма . В состав клетки входят неорганические вещества : вода , минеральные соли, – и органические: белки, жир... подробнее ». -
Особенности химического состава живых организмов . Органические вещества , их роль в организме . Живые организмы содержат те же химические элементы, что и неживая природа.
В состав клеток входят вода (до 80%) и минеральные соли. -
Неорганические вещества . Элементарный состав . Сходство химического состава клеток всего организма является доказательством единства живой природы. -
Бытовые аллергены Главную роль составу аллерге.
на определенные клетки (тучные клетки ) выделяются химически активные вещества (гиста-мин -
Бытовые аллергены Главную роль среди них играет домашняя пыль. Это сложный по своему составу аллерге.
на определенные клетки (тучные клетки ) выделяются химически активные вещества (гиста-мин , серотонин, брадикинин и др.), которые инициируют аллергическую... -
Минеральные вещества . Роль и значение в питании человека. Магния в организме содержится до 25 г
В теле человека обнаружено более 70 химических элементов, из них более 33 – в крови. С учетом вышесказанного минеральные вещества делятся на вещества -
Состав клетки . Все живые системы содержат в различных соотношениях химические элементы как органические, так и неорганические.
К неорганическим относят воду и минеральные соли.
Найдено похожих страниц:10
Вода . Из неорганических веществ, входящих в состав клетки, важнейшим является вода. Количество ее составляет от 60 до 95% общей массы клетки. Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания.
Вода как компонент биологических систем выполняет следующие важнейшие функции:
Вода-универсальный растворитель для полярных веществ, например солей, Сахаров, спиртов, кислот и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными. Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно; соответственно возрастает реакционная способность вещества. Именно по этой причине большая часть химических реакций в клетке протекает в водных растворах. Ее молекулы участвуют во многих химических реакциях, например при образовании или гидролизе полимеров. В процессе фотосинтеза вода является донором электронов, источником ионов водорода и свободного кислорода.
Неполярные вещества вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку не может образовывать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. Гидрофобные молекулы или их части отталкиваются водой, а в ее присутствии притягиваются друг к другу. Такие взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеиновых кислот и ряда субклеточных структур.
Вода обладает высокой удельной теплоемкостью . Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде. Кроме того, вода отличается высокой теплопроводностью, что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.
Вода характеризуется высокой теплотой парообразования , т. е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла при одновременном охлаждении организма. Благодаря этому свойству воды, проявляющемуся при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и других животных, транспирации у растений, предотвращается их перегрев.
Для воды характерно исключительно высокое поверхностное натяжение . Это свойство имеет очень важное значение для адсорбционных процессов, для передвижения растворов по тканям (кровообращение, восходящий и нисходящий токи в растениях). Многим мелким организмам поверхностное натяжение позволяет удерживаться на воде или скользить по ее поверхности.
Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.
У растений вода определяет тургор клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие).
Вода - составная часть смазывающих жидкостей (синовиальной - в суставах позвоночных, плевральной - в плевральной полости, перикардиальной - в околосердечной сумке) и слизей (облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др.
Минеральные соли . Неорганические вещества в клетке, кроме воды, представлены минеральными солями. Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы (К+, Na+, Са2+, Mg:+, NH4+) и анионы (С1 , Н2Р04 -, НР042- , НС03 -, NO32--, SO4 2-) Существенным является не только содержание, но и соотношение ионов в клетке.
Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения. Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану, а также преобразование энергии.
Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6,9.
Угольная кислота и ее анионы формируют бикарбонатную буферную систему, поддерживающую рН внеклеточной среды (плазма крови) на уровне 7,4.
Некоторые ионы участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.
Ряд катионов и анионов необходим дпясинтеза важных органических веществ (например, фосфолипидов, АТФ, нуклеоти-дов, гемоглобина, гемоцианина, хлорофилла и др.), а также аминокислот, являясь источниками атомов азота и серы.
«Растворы солей» - Опыт 3 Химические свойства солей в свете. Принадлежность солей к электролитам подтверждается их способностью изменять окраску индикаторов. Соли образованы ионной связью, поэтому диссоциируют полностью, не ступенчато. Гипотеза. Отношение солей к кислотам, основаниям и другим солям. Опыт 1. Испытание растворов солей индикатором.
«Минеральные соли» - Когда мы нервничаем, нас тянет на сладкое, а зря - нужно пить воду. Очень полезно для здоровья купание в морской воде. полезна для здоровья людей. Основные способы обучения. Вода. Минеральная вода. Круговорот воды в природе». Я решила узнать, какую воду называют минеральной. Вода испарилась, а на крышке осталась соль.
«Минеральные вещества» - Необходим для передачи нервных импульсов. Цинк: Две трети всего йода в организме человека находится в щитовидной железе. Облегчит соблюдение диеты, сжигая избыточный жир. О пользе: Содержание в продуктах: Оптимальное количество селена 50-70 мг в день. Важен для правильной работы сердца. Придает вам больше энергии.
«Минеральные ресурсы» - По большинству видов минерального сырья оценки запасов постоянно увеличиваются. Кристаллы серы. Кварцит в природе. Размещение полезных ископаемых. Открытый способ добычи угля. Климатические. Выветривание кварцитов у г. Круглая. Мраморная лестница Крыша из каменных гнейс пластин Ваза Пустынниковский кварцит.
«Применение солей» - Хлораты. Хлораты применяют как окислители, гербициды и дефолианты. Нитраты токсичны. Нитраты - соли азотной кислоты HNO3, твердые хорошо растворимые в воде вещества. Цвет раствора калия перманганата, красно-фиолетовый. Мел. Сернокислая медь растворяется в воде. Калия перманганат, KMnO4, темно-фиолетовые кристаллы.
