10 клас. Біологія. Особливості хімічного складу клітини

Коментарі викладача

Клітини живих організмів складаються з різних хімічних елементів.

Атоми цих елементів утворюють два класи хімічних сполук: неорганічні і органічні (див. Рис. 1).

Мал. 1. Умовний розподіл хімічних речовин, з яких складається живий організм

З відомих на даний момент 118 хімічних елементів до складу живих клітин обов'язково входять 24 елемента. Ці елементи утворюють з водою легкорозчинні з'єднання. Вони містяться і в об'єктах неживої природи, але співвідношення цих елементів в живому і неживому речовині різниться (рис. 2).

Мал. 2. Відносний вміст хімічних елементів в земній корі і організмі людини

У неживій природі переважаючими елементами є кисень, кремній, алюміній і натрій.

В живих організмах переважаючими елементами є водень, кисень, вуглець і азот. Крім цього виділяють ще два важливих для живих організмів елемента, а саме: фосфор і сірку.

Ці 6 елементів, а саме вуглець, водень, азот, кисень, фосфор і сірка (C, H, N, O, P, S), називають органогенних, або біогенними елементами, так як саме вони входять до складу органічних сполук, а елементи кисень і водень, крім того, утворюють молекули води. На частку з'єднань біогенних елементів припадає 98% від маси будь-якої клітини.

Найважливішою відмінною здатністю елементів C, H, N, O є те, що вони утворюють міцні ковалентні зв'язки , І з усіх атомів, що утворюють ковалентні зв'язки, вони найлегші. Крім цього, вуглець, азот і кисень утворюють одинарні та подвійні зв'язку, завдяки яким вони можуть давати найрізноманітніші хімічні сполуки. Атоми вуглецю здатні також утворювати потрійні зв'язку як з іншими вуглецевими атомами, так і атомами азоту - в синильної кислоти зв'язок між вуглецем і азотом потрійна (рис. 3)

Рис 3. Структурна формула ціаніду водню - синильної кислоти

Це пояснює різноманітність сполук вуглецю в природі. Крім цього, валентні зв'язки утворюють навколо атома вуглецю тетраедр (рис. 4), завдяки цьому різні типи органічних молекул володіють різною тривимірною структурою.

Мал. 4. Тетраедрічеськая форма молекули метану. У центрі помаранчевий атом вуглецю, навколо чотири синіх атома водню утворюють вершини тетраедра.

Тільки вуглець може створювати стабільні молекули з різноманітними конфігураціями і розмірами і великою різноманітністю функціональних груп (рис. 5).

Рис 5. Приклад структурних формул різних з'єднань вуглецю.

Близько 2% від маси клітин припадає на наступні елементи: калій, натрій, кальцій, хлор, магній, залізо. Решта хімічні елементи містяться в клітці у значно меншій кількості.

Таким чином, всі хімічні елементи за змістом в живому організмі діляться на три великі групи.

Елементи, кількість яких становить до 10-2% від маси тіла - це макроелементи.

Ті елементи, на частку яких приходить від 10-2 до10-6 - мікроелементи.

Елементи, зміст яких не перевищує 10-6% маси тіла - ультрамікроелементи (рис. 6).

Мал. 6. Хімічні елементи в живому організмі

Російська та українська вчений В. І. Вернадський довів, що всі живі організми здатні засвоювати (асимілювати) елементи із зовнішнього середовища і накопичувати (концентрувати) їх в певних органах і тканинах. Наприклад, велика кількість мікроелементів накопичується в печінці, в кісткової і м'язової тканини.

Окремі елементи мають спорідненість до певних органів і тканин. Наприклад, в кістках і зубах накопичується кальцій. Цинку багато в підшлунковій залозі. Молібдену багато в нирках. Барію в сітківці ока. Йоду в щитовидній залозі. Марганцю, брому і хрому багато в гіпофізі (див. Таблицю «Накопичення хімічних елементів у внутрішніх органах людини»).

Для нормального протікання процесів життєдіяльності необхідно суворе співвідношення хімічних елементів в організмі. В іншому випадку виникають важкі отруєння, пов'язані з нестачею або надлишком біофільние елементів.

Деякі живі організми можуть бути індикаторами хімічних умов середовища завдяки тому, що вони вибірково накопичують в органах і тканинах певні хімічні елементи (рис. 7, 8).

Мал. 7. Тварини, які накопичують в тілі деякі хімічні елементи. Зліва направо: променевиків (кальцій і стронцій), корненожки (барій і кальцій), асцидії (ванадій)

Мал. 8. Рослини, які накопичують в тілі деякі хімічні елементи. Зліва направо: водорість (йод), жовтець (літій), ряска (радій)

Хімічні сполуки в живих організмах

Хімічні елементи утворюють неорганічні і органічні речовини (див. Схему «Речовини, що входять до складу живих організмів»).

Неорганічні речовини в організмах: вода і мінеральні речовини (Іони солей; катіони: калій, натрій, кальцій і магній; аніони: хлор, сульфат аніон, гідрокарбонат аніон).

Органічні речовини: мономери (моносахариди, амінокислоти, нуклеотиди, жирні кислоти і ліпіди) і полімери (полісахариди, білки, нуклеїнові кислоти).

Схема 1.

З неорганічних речовин, в клітці найбільше води (від 40 до 95%), серед органічних сполук в клітинах тварин переважають білки (10-20%), а в клітинах рослин - полісахариди (клітинна стінка складається з целюлози, а основне запасне поживні речовини рослин - крохмаль).

Таким чином, ми з вами розглянули основні хімічні елементи, які входять до складу живих організмів, і з'єднання, які вони можуть утворювати (див. Схему 1).

Значення біогенних елементів

Розглянемо значення біогенних елементів для живих організмів (рис. 9).

Мал. 9.

Елемент вуглець (карбон) входить до складу всіх органічних речовин, їх основу становить вуглецевий скелет. Елемент кисень (оксиген) входить до складу води і органічних речовин. Елемент водень (гидроген) теж входить до складу всіх органічних речовин і води. Азот (нитроген) входить до складу білків, нуклеїнових кислот і їх мономерів (амінокислот і нуклеотидів). Сірка (сульфур) входить до складу сірковмісних амінокислот, виконує функцію агента перенесення енергії. Фосфор входить до складу АТФ, нуклеотидів і нуклеїнових кислот, мінеральні солі фосфору - компонент емалі зубів, кісткової і хрящової тканин.

Екологічні аспекти дії неорганічних речовин

Проблема охорони навколишнього середовища в першу чергу пов'язана з попередженням забруднення навколишнього середовища різними неорганічними речовинами. Основними забруднювачами є важкі метали, які накопичуються в грунті, природних водах.

Основними забруднювачами повітря є оксиди сірки та азоту.

В результаті швидкого розвитку техніки, кількість металів використовуваних у виробництві, надзвичайно зросла. Метали потрапляють в організм людини, всмоктуються в кров, а потім накопичуються в органах і тканинах: печінці, нирках, кістковій та м'язовій тканинах. З організму метали виводяться через шкіру, нирки і кишечник. Іони металів, які належать до найбільш токсичним (див. Список «Найбільш токсичні іони», рис. 10): ртуть, уран, кадмій, талій і миш'як, викликають гострі хронічні отруєння.

Мал. 10.

Численна і група помірно-токсичних металів (рис. 11), до них відносяться марганець, хром, осмій, стронцій і сурма. Ці елементи здатні викликати хронічні отруєння з досить важкими, але рідко летальними клінічними проявами.

Мал. 11.

Малотоксичні метали не володіють помітною вибірковістю. Аерозолі малотоксичних металів, наприклад, лужних, лужноземельних, можуть викликати зміни легких.

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

джерело відео - http://www.youtube.com/watch?v=MPLb_ByYc7U

джерело відео - http://www.youtube.com/watch?v=vO9K_AJvrDc

джерело відео - http://www.youtube.com/watch?v=oYmFfkJqWVs

джерело презентації - http://www.myshared.ru/slide/download/