Лекция 2 Химический состав клетки. Вода и минеральные вещества

Основу химической организации клетки составляют неорганические и органические вещества. К неорганическим соединениям относят воду и мине­ральные вещества, а к органическим — белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, аденозинфосфорные кислоты и витамины.

Химические элементы клетки. Все клетки сходны по своему химическому составу. Они образованы теми же химическими элементами, что и различные объекты неживой природы, но соотношение этих элементов неодинаковое. Сравним распространение элементов в земной коре и их содержание в живых телах — организмах (рис. 24).

Основу организмов составляют четыре элемента — кислород, углерод, водо­род и азот. Содержание в земной коре каждого из этих элементов, за исключе­нием кислорода, весьма незначительно — менее 1 %. В организмах на долю этих элементов приходится более 95%. Из всех известных химических элементов в организмах встречаются примерно 60, а наиболее распространены почти 20. Элементы, входящие в состав организмов, называют элементпами-биогенами (рис. 25).

Они сосредоточены в первых четырёх периодах Периодической системы Д. И. Менделеева. Атомы элементов-биогенов имеют относительно малые радиусы и атомную массу, способны образовывать прочные ковалентные связи. Этими свойствами объясняется их биологическое значение.

По процентному содержанию в клетках элементы-биогены можно разделить на три группы. Первую группу составляют макроэлементы, на долю кото­рых приходится основная масса клетки — почти 99 %. Вторая группа — это микроэлементы, количество которых в клетке колеблется от 0,1 до 0,001%. В третью группу входят ультрамикроэлементы, количество которых в клетке весьма незначительно. Некоторые из них могут присутствовать иногда только в следовых количествах. Это золото, цезий, уран, бериллий, селен, ртуть и другие элементы (табл. 2).

Вода. Из неорганических веществ в клетке наибольшее значение имеет вода. Её содержание колеблется от 60 до 98% в зависимости от типа клеток. Жизнь на нашей планете возникла в воде, что и обусловило её исключительное значение. Строение всех биосистем связано с уникальными свойствами воды: полярностью её молекул, их способностью к образованию водородных связей, большим поверхностным натяжением, аномально высокой теплоёмкостью, а также высокими температурами плавления и кипения.

Уникальные свойства воды связаны со строением её молекулы. Вода имеет угловую структуру, в вершине которой располагается атом кислорода, а на лучах — два атома водорода. За счёт высокой электроотрицательности атом кислорода смещает к себе электронную плотность связи О—Н, при этом от­рицательный заряд сосредоточивается на кислороде, а положительный — на атомах водорода. Молекула воды имеет вид диполя (рис. 26).