10 класс. Биология. Особенности химического состава клетки

Комментарии преподавателя

 1. Химический состав клетки

Клет­ки живых ор­га­низ­мов со­сто­ят из раз­ных хи­ми­че­ских эле­мен­тов.

Атомы этих эле­мен­тов об­ра­зу­ют два клас­са хи­ми­че­ских со­еди­не­ний: неор­га­ни­че­ские и ор­га­ни­че­ские (см. Рис. 1).

Рис. 1. Услов­ное де­ле­ние хи­ми­че­ских ве­ществ, из ко­то­рых со­сто­ит живой ор­га­низм

Из из­вест­ных на дан­ный мо­мент 118 хи­ми­че­ских эле­мен­тов в со­став живых кле­ток обя­за­тель­но вхо­дят 24 эле­мен­та. Эти эле­мен­ты об­ра­зу­ют с водой лег­ко­рас­тво­ри­мые со­еди­не­ния. Они со­дер­жат­ся и в объ­ек­тах нежи­вой при­ро­ды, но со­от­но­ше­ние этих эле­мен­тов в живом и нежи­вом ве­ще­стве раз­ли­ча­ет­ся (рис. 2).

Рис. 2. От­но­си­тель­ное со­дер­жа­ние хи­ми­че­ских эле­мен­тов в зем­ной коре и ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка

В нежи­вой при­ро­де пре­об­ла­да­ю­щи­ми эле­мен­та­ми яв­ля­ют­ся кис­ло­род, крем­ний, алю­ми­ний и на­трий.

В живых ор­га­низ­мах пре­об­ла­да­ю­щи­ми эле­мен­та­ми яв­ля­ют­ся во­до­род, кис­ло­род, уг­ле­род и азот. Кроме этого вы­де­ля­ют ещё два важ­ных для живых ор­га­низ­мов эле­мен­та, а имен­но: фос­фор исеру.

Эти 6 эле­мен­тов, а имен­но уг­ле­род, во­до­род, азот, кис­ло­род, фос­фор и сера (C, H, N, O, P, S), на­зы­ва­ют ор­га­но­ген­ны­ми, или био­ген­ны­ми эле­мен­та­ми, так как имен­но они вхо­дят в со­став ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний, а эле­мен­ты кис­ло­род и во­до­род, кроме того, об­ра­зу­ют мо­ле­ку­лы воды. На долю со­еди­не­ний био­ген­ных эле­мен­тов при­хо­дит­ся 98% от массы любой клет­ки.

 2. Шесть основных химических элементов для живого организма

Важ­ней­шей от­ли­чи­тель­ной спо­соб­но­стью эле­мен­тов C, H, N, O яв­ля­ет­ся то, что они об­ра­зу­ют проч­ные ко­ва­лент­ные связи, и из всех ато­мов, об­ра­зу­ю­щих ко­ва­лент­ные связи, они самые лег­кие. Кроме этого, уг­ле­род, азот и кис­ло­род об­ра­зу­ют оди­нар­ные и двой­ные связи, бла­го­да­ря ко­то­рым они могут да­вать самые раз­но­об­раз­ные хи­ми­че­ские со­еди­не­ния. Атомы уг­ле­ро­да спо­соб­ны также об­ра­зо­вы­вать трой­ные связи как с дру­ги­ми уг­ле­род­ны­ми ато­ма­ми, так и ато­ма­ми азота – в си­ниль­ной кис­ло­те связь между уг­ле­ро­дом и азо­том трой­ная (рис. 3)

Рис 3. Струк­тур­ная фор­му­ла ци­а­ни­да во­до­ро­да – си­ниль­ной кис­ло­ты

Это объ­яс­ня­ет раз­но­об­ра­зие со­еди­не­ний уг­ле­ро­да в при­ро­де. Кроме этого, ва­лент­ные связи об­ра­зу­ют во­круг атома уг­ле­ро­да тет­ра­эдр (рис. 4), бла­го­да­ря этому раз­лич­ные типы ор­га­ни­че­ских мо­ле­кул об­ла­да­ют раз­лич­ной трех­мер­ной струк­ту­рой.

Рис. 4. Тет­ра­эд­ри­че­ская форма мо­ле­ку­лы ме­та­на. В цен­тре оран­же­вый атом уг­ле­ро­да, во­круг че­ты­ре синих атома во­до­ро­да об­ра­зу­ют вер­ши­ны тет­ра­эд­ра.

Толь­ко уг­ле­род может со­зда­вать ста­биль­ные мо­ле­ку­лы с раз­но­об­раз­ны­ми кон­фи­гу­ра­ци­я­ми и раз­ме­ра­ми и боль­шим раз­но­об­ра­зи­ем функ­ци­о­наль­ных групп (рис. 5).

Рис 5. При­мер струк­тур­ных фор­мул раз­лич­ных со­еди­не­ний уг­ле­ро­да.

Около 2% от массы кле­ток при­хо­дит­ся на сле­ду­ю­щие эле­мен­ты: калий, на­трий, каль­ций, хлор, маг­ний, же­ле­зо. Осталь­ные хи­ми­че­ские эле­мен­ты со­дер­жат­ся в клет­ке в зна­чи­тель­но мень­шем ко­ли­че­стве.

Таким об­ра­зом, все хи­ми­че­ские эле­мен­ты по со­дер­жа­нию в живом ор­га­низ­ме де­лят­ся на три боль­шие груп­пы.

 3. Микро-, макро- и ультрамикроэлементы в живом организме

Эле­мен­ты, ко­ли­че­ство ко­то­рых со­став­ля­ет до 10-2 % от массы тела – это мак­ро­эле­мен­ты.

Те эле­мен­ты, на долю ко­то­рых при­хо­дит от 10-2 до10-6 – мик­ро­эле­мен­ты.

Эле­мен­ты, со­дер­жа­ние ко­то­рых не пре­вы­ша­ет 10-6 % массы тела – уль­тра­мик­ро­эле­мен­ты (рис. 6).

Рис. 6. Хи­ми­че­ские эле­мен­ты в живом ор­га­низ­ме

Рус­ский и укра­ин­ский уче­ный В. И. Вер­над­ский до­ка­зал, что все живые ор­га­низ­мы спо­соб­ны усва­и­вать (ас­си­ми­ли­ро­вать) эле­мен­ты из внеш­ней среды и на­кап­ли­вать (кон­цен­три­ро­вать) их в опре­де­лен­ных ор­га­нах и тка­нях. На­при­мер, боль­шое ко­ли­че­ство мик­ро­эле­мен­тов на­кап­ли­ва­ет­ся в пе­че­ни, в кост­ной и мы­шеч­ной ткани.

 4. Сродство микроэлементов к определённым органам и тканям

От­дель­ные эле­мен­ты имеют срод­ство к опре­де­лен­ным ор­га­нам и тка­ням. На­при­мер, в ко­стях и зубах на­кап­ли­ва­ет­ся каль­ций. Цинка много в под­же­лу­доч­ной же­ле­зе. Мо­либ­де­на много в поч­ках. Бария в сет­чат­ке глаза. Йода в щи­то­вид­ной же­ле­зе. Мар­ган­ца, брома и хрома много в ги­по­фи­зе (см. таб­ли­цу «На­коп­ле­ние хи­ми­че­ских эле­мен­тов во внут­рен­них ор­га­нах че­ло­ве­ка»).

Для нор­маль­но­го про­те­ка­ния про­цес­сов жиз­не­де­я­тель­но­сти необ­хо­ди­мо стро­гое со­от­но­ше­ние хи­ми­че­ских эле­мен­тов в ор­га­низ­ме. В про­тив­ном слу­чае воз­ни­ка­ют тя­же­лые отрав­ле­ния, свя­зан­ные с недо­стат­ком или из­быт­ком био­филь­ных эле­мен­тов.

 5. Организмы, избирательно накапливающие микроэлементы

Неко­то­рые живые ор­га­низ­мы могут быть ин­ди­ка­то­ра­ми хи­ми­че­ских усло­вий среды бла­го­да­ря тому, что они из­би­ра­тель­но на­кап­ли­ва­ют в ор­га­нах и тка­нях опре­де­лен­ные хи­ми­че­ские эле­мен­ты (рис. 7, 8).

Рис. 7. Жи­вот­ные, на­кап­ли­ва­ю­щие в теле неко­то­рые хи­ми­че­ские эле­мен­ты. Слева на­пра­во: лу­че­ви­ки (каль­ций и строн­ций), кор­не­нож­ки (барий и каль­ций), ас­ци­дии (ва­на­дий)

Рис. 8. Рас­те­ния, на­кап­ли­ва­ю­щие в теле неко­то­рые хи­ми­че­ские эле­мен­ты. Слева на­пра­во: во­до­росль (йод), лютик (литий), ряска (радий)

 6. Вещества, входящие в состав организмов

Хи­ми­че­ские со­еди­не­ния в живых ор­га­низ­мах 

Хи­ми­че­ские эле­мен­ты об­ра­зу­ют неор­га­ни­че­ские и ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства (см. схему «Ве­ще­ства, вхо­дя­щие в со­став живых ор­га­низ­мов»).

Неор­га­ни­че­ские ве­ще­ства в ор­га­низ­мах: вода и ми­не­раль­ные ве­ще­ства (ионы солей; ка­ти­о­ны: калий, на­трий, каль­ций и маг­ний; ани­о­ны: хлор, суль­фат анион, гид­ро­кар­бо­нат анион).

Ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства: мо­но­ме­ры (мо­но­са­ха­ри­ды, ами­но­кис­ло­ты, нук­лео­ти­ды, жир­ные кис­ло­ты и ли­пи­ды) и по­ли­ме­ры (по­ли­са­ха­ри­ды, белки, нук­ле­и­но­вые кис­ло­ты).

Схема 1.

Из неор­га­ни­че­ских ве­ществ, в клет­ке боль­ше всего воды (от 40 до 95%), среди ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний в клет­ках жи­вот­ных пре­об­ла­да­ют белки (10-20%), а в клет­ках рас­те­ний – по­ли­са­ха­ри­ды (кле­точ­ная стен­ка со­сто­ит из цел­лю­ло­зы, а ос­нов­ное за­пас­ное пи­та­тель­ные ве­ще­ство рас­те­ний – крах­мал).

Таким об­ра­зом, мы с вами рас­смот­ре­ли ос­нов­ные хи­ми­че­ские эле­мен­ты, ко­то­рые вхо­дят в со­став живых ор­га­низ­мов, и со­еди­не­ния, ко­то­рые они могут об­ра­зо­вы­вать (см. Схему 1).

Зна­че­ние био­ген­ных эле­мен­тов

Рас­смот­рим зна­че­ние био­ген­ных эле­мен­тов для живых ор­га­низ­мов (рис. 9).

Рис. 9.

Эле­мент уг­ле­род (кар­бон) вхо­дит в со­став всех ор­га­ни­че­ских ве­ществ, их ос­но­ву со­став­ля­ет уг­ле­род­ный ске­лет. Эле­мент кис­ло­род (ок­си­ген) вхо­дит в со­став воды и ор­га­ни­че­ских ве­ществ. Эле­мент во­до­род (гид­ро­ген) тоже вхо­дит в со­став всех ор­га­ни­че­ских ве­ществ и воды. Азот (нит­ро­ген) вхо­дит в со­став бел­ков, нук­ле­и­но­вых кис­лот и их мо­но­ме­ров (ами­но­кис­лот и нук­лео­ти­дов). Сера(суль­фур) вхо­дит в со­став се­ро­со­дер­жа­щих ами­но­кис­лот, вы­пол­ня­ет функ­цию аген­та пе­ре­но­са энер­гии. Фос­фор вхо­дит в со­став АТФ, нук­лео­ти­дов и нук­ле­и­но­вых кис­лот, ми­не­раль­ные соли фос­фо­ра – ком­по­нент эмали зубов, кост­ной и хря­ще­вой тка­ней.

Эко­ло­ги­че­ские ас­пек­ты дей­ствия неор­га­ни­че­ских ве­ществ

Про­бле­ма охра­ны окру­жа­ю­щей среды в первую оче­редь свя­за­на с пре­ду­пре­жде­ни­ем за­гряз­не­ния окру­жа­ю­щей среды раз­лич­ны­ми неор­га­ни­че­ски­ми ве­ще­ства­ми. Ос­нов­ны­ми за­гряз­ни­те­ля­ми яв­ля­ют­ся тя­же­лые ме­тал­лы, ко­то­рые на­кап­ли­ва­ют­ся в почве, при­род­ных водах.

Ос­нов­ны­ми за­гряз­ни­те­ля­ми воз­ду­ха яв­ля­ют­ся ок­си­ды серы и азота.

В ре­зуль­та­те быст­ро­го раз­ви­тия тех­ни­ки, ко­ли­че­ство ме­тал­лов ис­поль­зу­е­мых в про­из­вод­стве, необы­чай­но вы­рос­ло. Ме­тал­лы по­па­да­ют в ор­га­низм че­ло­ве­ка, вса­сы­ва­ют­ся в кровь, а затем на­кап­ли­ва­ют­ся в ор­га­нах и тка­нях: пе­че­ни, поч­ках, кост­ной и мы­шеч­ной тка­нях. Из ор­га­низ­ма ме­тал­лы вы­во­дят­ся через кожу, почки и ки­шеч­ник. Ионы ме­тал­лов, ко­то­рые от­но­сят­ся к наи­бо­лее ток­сич­ным (см. спи­сок «Наи­бо­лее ток­сич­ные ионы», рис. 10): ртуть, уран, кад­мий, талий и мы­шьяк, вы­зы­ва­ют ост­рые хро­ни­че­ские отрав­ле­ния.

Рис. 10.

Мно­го­чис­лен­на и груп­па уме­рен­но-ток­сич­ных ме­тал­лов (рис. 11), к ним от­но­сят­ся мар­га­нец, хром, осмий, строн­ций и сурь­ма. Эти эле­мен­ты спо­соб­ны вы­зы­вать хро­ни­че­ские отрав­ле­ния с до­воль­но тя­же­лы­ми, но редко ле­таль­ны­ми кли­ни­че­ски­ми про­яв­ле­ни­я­ми.

Рис. 11.

Ма­ло­ток­сич­ные ме­тал­лы не об­ла­да­ют за­мет­ной из­би­ра­тель­но­стью. Аэро­зо­ли ма­ло­ток­сич­ных ме­тал­лов, на­при­мер, ще­лоч­ных, ще­лоч­но­зе­мель­ных, могут вы­зы­вать из­ме­не­ния лег­ких.

источник конспекта - http://interneturok.ru/ru/school/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/osobennosti-himicheskogo-sostava-kletki

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=MPLb_ByYc7U

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=vO9K_AJvrDc

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=oYmFfkJqWVs

источник презентации - http://www.myshared.ru/slide/download/

Файлы