10 класс. Биология. Минеральные вещества и их роль в жизнедеятельности клетки

Комментарии преподавателя

 1. Введение. Минеральные вещества в клетке

Ми­не­раль­ные ве­ще­ства со­став­ля­ют от 1 до 1,5% от сырой массы клет­ки, и на­хо­дят­ся в клет­ке в виде солей дис­со­ци­и­ро­ван­ных на ионы, либо в твер­дом со­сто­я­нии (рис. 1).

Рис. 1. Хи­ми­че­ский со­став кле­ток живых ор­га­низ­мов

В ци­то­плаз­ме любой клет­ки на­хо­дят­ся кри­стал­ли­че­ские вклю­че­ния, ко­то­рые пред­став­ле­ны сла­бо­рас­тво­ри­мы­ми со­ля­ми каль­ция и фос­фо­ра; кроме них могут на­хо­дить­ся оксид крем­ния и дру­гие неор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния, ко­то­рые участ­ву­ют в об­ра­зо­ва­нии опор­ных струк­тур клет­ки – в слу­чае ми­не­раль­но­го ске­ле­та ра­дио­ля­рий – и ор­га­низ­ма, то есть об­ра­зу­ют ми­не­раль­ное ве­ще­ство кост­ной ткани.

 2. Неорганические ионы: катионы и анионы

Неор­га­ни­че­ские ионы, име­ю­щие зна­че­ние для жиз­не­де­я­тель­но­сти клет­ки (рис. 2).

Рис. 2. Фор­му­лы ос­нов­ных ионов клет­ки

Ка­ти­о­ны – калий, на­трий, маг­ний и каль­ций.

Ани­о­ны – хло­рид анион, гид­ро­кар­бо­нат анион, гид­ро­фос­фат анион, ди­гид­ро­фос­фат анион, кар­бо­нат анион, фос­фат анион и нит­рат анион.

Рас­смот­рим зна­че­ние ионов.

Ионы, рас­по­ла­га­ясь по раз­ные сто­ро­ны кле­точ­ных мем­бран, об­ра­зу­ют так на­зы­ва­е­мый транс­мем­бран­ный по­тен­ци­ал. Мно­гие ионы нерав­но­мер­но рас­пре­де­ле­ны между клет­кой и окру­жа­ю­щей сре­дой. Так, кон­цен­тра­ция ионов калия (К+) в клет­ке в 20–30 раз выше, чем в окру­жа­ю­щей среде; а кон­цен­тра­ция ионов на­трия (Na+) в де­сять раз ниже в клет­ке, чем в окру­жа­ю­щей среде.

Бла­го­да­ря су­ще­ство­ва­нию гра­ди­ен­тов кон­цен­тра­ции, осу­ществ­ля­ют­ся мно­гие жиз­нен­но важ­ные про­цес­сы, такие как со­кра­ще­ние мы­шеч­ных во­ло­кон, воз­буж­де­ние нерв­ных кле­ток, пе­ре­нос ве­ществ через мем­бра­ну.

Ка­ти­о­ны вли­я­ют на вяз­кость и те­ку­честь ци­то­плаз­мы. Ионы калия умень­ша­ют вяз­кость и уве­ли­чи­ва­ют те­ку­честь, ионы каль­ция (Са2+) об­ла­да­ют про­ти­во­по­лож­ным дей­стви­ем на ци­то­плаз­му клет­ки.

Ани­о­ны сла­бых кис­лот – гид­ро­кар­бо­нат анион (НСО3-), гид­ро­фос­фат анион (НРО42-) – участ­ву­ют в под­дер­жа­нии кис­лот­но-ще­лоч­но­го ба­лан­са клет­ки, то есть pH среды. По своей ре­ак­ции рас­тво­ры могут быть кис­лы­ми, ней­траль­ны­ми и ос­нов­ны­ми.

Кис­лот­ность или ос­нов­ность рас­тво­ра опре­де­ля­ет­ся кон­цен­тра­ци­ей в нем ионов во­до­ро­да (рис. 3).

Рис. 3. Опре­де­ле­ние кис­лот­но­сти рас­тво­ра при по­мо­щи уни­вер­саль­но­го ин­ди­ка­то­ра

Эту кон­цен­тра­цию вы­ра­жа­ют с по­мо­щью во­до­род­но­го по­ка­за­те­ля pH, про­тя­жен­ность шкалы от 0 до 14. Ней­траль­ная среда pH – около 7. Кис­лая – мень­ше 7. Ос­нов­ная – боль­ше 7. Быст­ро опре­де­лить pH среды можно с по­мо­щью ин­ди­ка­тор­ных бу­ма­жек, или по­ло­сок (см. видео).

Мы опус­ка­ем ин­ди­ка­тор­ную бу­маж­ку в рас­твор, затем по­лос­ку вы­ни­ма­ем и сразу же срав­ни­ва­ем окра­ши­ва­ние ин­ди­ка­тор­ной зоны по­лос­ки с цве­та­ми стан­дарт­ной шкалы срав­не­ния, ко­то­рая вхо­дит в ком­плект, оце­ни­вая схо­жесть окра­ши­ва­ния и опре­де­ляя зна­че­ние pH (см. видео).

 3. рН среды и роль ионов в его поддержании

Зна­че­ние pH в клет­ке при­мер­но рав­ня­ет­ся 7.

Из­ме­не­ние pH в ту или иную сто­ро­ну гу­би­тель­но дей­ству­ет на клет­ку, по­сколь­ку сразу же из­ме­ня­ют­ся био­хи­ми­че­ские про­цес­сы, про­хо­дя­щие в клет­ке.

По­сто­ян­ство pH клет­ки под­дер­жи­ва­ет­ся бла­го­да­ря бу­фер­ным свой­ствам её со­дер­жи­мо­го. Бу­фер­ным на­зы­ва­ют рас­твор, ко­то­рый под­дер­жи­ва­ет по­сто­ян­ное зна­че­ние pH среды. Обыч­но бу­фер­ная си­сте­ма со­сто­ит из силь­но­го и сла­бо­го элек­тро­ли­та: соли и сла­бо­го ос­но­ва­ния или сла­бой кис­ло­ты, ко­то­рые её об­ра­зу­ют (Ис­точ­ник).

Дей­ствие бу­фер­но­го рас­тво­ра за­клю­ча­ет­ся в том, что он про­ти­во­сто­ит из­ме­не­ни­ям pH среды. Из­ме­не­ние pH среды может воз­ник­нуть вслед­ствие кон­цен­три­ро­ва­ния рас­тво­ра или раз­бав­ле­ния его водой, кис­ло­той или ще­ло­чью. Когда кис­лот­ность, то есть кон­цен­тра­ция ионов во­до­ро­да воз­рас­та­ет, сво­бод­ные ани­о­ны, ис­точ­ни­ком ко­то­рых слу­жит соль, вза­и­мо­дей­ству­ют с про­то­на­ми и уда­ля­ют их из рас­тво­ра. Когда кис­лот­ность сни­жа­ет­ся, то уси­ли­ва­ет­ся тен­ден­ция к осво­бож­де­нию про­то­нов. Таким об­ра­зом под­дер­жи­ва­ет­ся pH на опре­де­лен­ном уровне, то есть под­дер­жи­ва­ет­ся кон­цен­тра­ция про­то­нов на опре­де­лен­ном по­сто­ян­ном уровне.

Неко­то­рые ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния, в част­но­сти белки, также об­ла­да­ют бу­фер­ны­ми свой­ства­ми.

Ка­ти­о­ны маг­ния, каль­ция, же­ле­за, цинка, ко­баль­та, мар­ган­ца вхо­дят в со­став фер­мен­тов и ви­та­ми­нов (см. видео).

Ка­ти­о­ны ме­тал­лов вхо­дят в со­став гор­мо­нов.

Цинк вхо­дит в со­став ин­су­ли­на. Ин­су­лин – это гор­мон под­же­лу­доч­ной же­ле­зы, ко­то­рый ре­гу­ли­ру­ет уро­вень глю­ко­зы в крови.

Маг­ний вхо­дит в со­став хло­ро­фил­ла.

Же­ле­зо вхо­дит в со­став ге­мо­гло­би­на.

При недо­стат­ке этих ка­ти­о­нов на­ру­ша­ет­ся про­цес­сы жиз­не­де­я­тель­но­сти клет­ки.

 4. Ионы металлов как кофакторы

Зна­че­ние ионов на­трия и калия 

Ионы на­трия и калия рас­пре­де­ле­ны по всему объ­е­му ор­га­низ­ма, при этом ионы на­трия вхо­дят, в ос­нов­ном, в со­став меж­кле­точ­ной жид­ко­сти, а ионы калия со­дер­жат­ся внут­ри кле­ток: 95% ионов калия со­дер­жат­ся внут­ри кле­ток, а 95% ионов на­трия со­дер­жат­ся в меж­кле­точ­ных жид­ко­стях (рис. 4).

Рис. 4.

С иона­ми на­трия свя­за­но ос­мо­ти­че­ское дав­ле­ние жид­ко­стей, удер­жа­ние воды тка­ня­ми, а также пе­ре­нос, или транс­порт таких ве­ществ как ами­но­кис­ло­ты и са­ха­ра через мем­бра­ну.

Зна­че­ние каль­ция в ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка

Каль­ций яв­ля­ет­ся одним из самых рас­про­стра­нен­ных эле­мен­тов в ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка. Ос­нов­ная масса каль­ция вхо­дит в со­став ко­стей и зубов. Фрак­ция вне­кост­но­го каль­ция со­став­ля­ет 1% от об­ще­го ко­ли­че­ства каль­ция в ор­га­низ­ме. Вне­кост­ный каль­ций вли­я­ет на свер­ты­ва­е­мость крови, а также нерв­но-мы­шеч­ную воз­бу­ди­мость и со­кра­ще­ние мы­шеч­ных во­ло­кон.

Фос­фат­ная бу­фер­ная си­сте­ма

Фос­фат­ная бу­фер­ная си­сте­ма иг­ра­ет роль в под­дер­жа­нии кис­лот­но-ще­лоч­но­го ба­лан­са ор­га­низ­ма, кроме этого она под­дер­жи­ва­ет ба­ланс в про­све­те ка­наль­цев почек, а также внут­ри­кле­точ­ной жид­ко­сти.

Фос­фат­ная бу­фер­ная си­сте­ма со­сто­ит из ди­гид­ро­фос­фа­та и гид­ро­фос­фа­та. Гид­ро­фос­фат свя­зы­ва­ет, то есть ней­тра­ли­зу­ет про­тон. Ди­гид­ро­фос­фат вы­сво­бож­да­ет про­тон и вза­и­мо­дей­ству­ет с по­сту­пив­ши­ми в кровь ще­лоч­ны­ми про­дук­та­ми.

Фос­фат­ная бу­фер­ная си­сте­ма вхо­дит в бу­фер­ную си­сте­му крови (Рис. 5).

Рис. 5.

Бу­фер­ная си­сте­ма крови

В ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка все­гда име­ют­ся опре­де­лен­ные усло­вия для сдви­га нор­маль­ной ре­ак­ции среды ткани, на­при­мер, крови, в сто­ро­ну аци­до­за (за­кис­ле­ния) или ал­ка­ло­за (рас­кис­ле­ния – сме­ще­ния рН в боль­шую сто­ро­ну).

В кровь по­сту­па­ют раз­лич­ные про­дук­ты, на­при­мер, мо­лоч­ная кис­ло­та, фос­фор­ная кис­ло­та, сер­ни­стая кис­ло­та, об­ра­зу­ю­щи­е­ся в ре­зуль­та­те окис­ле­ния фос­фор­ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний либо се­ро­со­дер­жа­щих бел­ков. При этом ре­ак­ция крови, может сдви­гать­ся в сто­ро­ну кис­лых про­дук­тов.

При упо­треб­ле­нии мяс­ных про­дук­тов, в кровь по­сту­па­ют кис­лые со­еди­не­ния. При упо­треб­ле­нии рас­ти­тель­ной пищи, в кровь по­сту­па­ют ос­но­ва­ния.

Тем не менее, pH крови оста­ет­ся на опре­де­лен­ном по­сто­ян­ном уровне.

В крови име­ют­ся бу­фер­ные си­сте­мы, ко­то­рые под­дер­жи­ва­ют pH на опре­де­лен­ном уровне.

К бу­фер­ным си­сте­мам крови от­но­сят­ся:

- кар­бо­нат­ная бу­фер­ная си­сте­ма,

- фос­фат­ная бу­фер­ная си­сте­ма,

- бу­фер­ная си­сте­ма ге­мо­гло­би­на,

- бу­фер­ная си­сте­ма бел­ков плаз­мы (Рис. 6).

Вза­и­мо­дей­ствие этих бу­фер­ных си­стем со­зда­ет опре­де­лен­ное по­сто­ян­ное pH крови.

Рис. 6.

Таким об­ра­зом, се­год­ня мы с вами рас­смот­ре­ли ми­не­раль­ные ве­ще­ства и их роль в жиз­не­де­я­тель­но­сти клет­ки.

источник конспекта - http://interneturok.ru/ru/school/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/mineralnye-veschestva-i-ih-rol-v-zhiznedeyatelnosti-kletki

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=CBnMa9UZ6ew

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=qGEPowGxT7o

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=ERp-BAlAJ4M

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=UFGm6ToJwGM

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=6o6GCP3ROqo

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=SHCFQwbMW4g

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

Файлы