L'importance des éléments et composés chimiques les plus importants pour la cellule et l'organisme. Éléments chimiques dans les cellules des organismes vivants - Hypermarché du savoir

Composition élémentaire du corps

Par composition chimique Les cellules de différents organismes peuvent différer sensiblement, mais elles sont constituées des mêmes éléments. Environ 70 éléments du tableau périodique de D.I. Mendeleev, mais seuls 24 d'entre eux sont d'une grande importance et se retrouvent constamment dans les organismes vivants.

Macronutriments - oxygène, hydrocarbure, hydrogène, azote - font partie des molécules de substances organiques. Les macroéléments incluent récemment le potassium, le sodium, le calcium, le soufre, le phosphore, le magnésium, le fer, le chlore. Leur contenu dans la cellule est de dixièmes et centièmes de pour cent.

Le magnésium fait partie de la chlorophylle ; fer - hémoglobine; phosphore - tissu osseux, acides nucléiques; calcium - os, tortues de crustacés, soufre - dans la composition des protéines; les ions potassium, sodium et chlorure participent à la modification du potentiel de la membrane cellulaire.

oligo-éléments sont présentés dans une cellule avec des centièmes et des millièmes de pour cent. Ce sont le zinc, le cuivre, l'iode, le fluor, le molybdène, le bore, etc.

Les oligo-éléments font partie des enzymes, des hormones, des pigments.

Ultramicroéléments - éléments dont le contenu dans la cellule ne dépasse pas 0,000001%. Ce sont l'uranium, l'or, le mercure, le césium, etc.

L'eau et sa signification biologique

L'eau se classe quantitativement parmi composants chimiques première place dans toutes les cellules. Selon le type de cellules, leur état fonctionnel, le type d'organisme et les conditions de sa présence, son contenu en cellules varie considérablement.

Les cellules du tissu osseux ne contiennent pas plus de 20% d'eau, le tissu adipeux - environ 40%, les cellules musculaires - 76% et les cellules embryonnaires - plus de 90%.

Remarque 1

Dans les cellules de tout organisme, la quantité d'eau diminue nettement avec l'âge.

D'où la conclusion que plus l'activité fonctionnelle de l'organisme dans son ensemble et de chaque cellule séparément est élevée, plus leur teneur en eau est élevée, et vice versa.

Remarque 2

Une condition préalable à l'activité vitale des cellules est la présence d'eau. C'est la partie principale du cytoplasme, soutient sa structure et la stabilité des colloïdes qui composent le cytoplasme.

Le rôle de l'eau dans une cellule est déterminé par ses propriétés chimiques et structurelles. Tout d'abord, cela est dû à la petite taille des molécules, à leur polarité et à leur capacité à se combiner à l'aide de liaisons hydrogène.

Les liaisons hydrogène sont formées avec la participation d'atomes d'hydrogène connectés à un atome électronégatif (généralement de l'oxygène ou de l'azote). Dans ce cas, l'atome d'hydrogène acquiert une charge positive si importante qu'il peut former une nouvelle liaison avec un autre atome électronégatif (oxygène ou azote). Les molécules d'eau se lient également les unes aux autres, dans lesquelles une extrémité a une charge positive et l'autre est négative. Une telle molécule est appelée dipôle. L'atome d'oxygène le plus électronégatif d'une molécule d'eau est attiré par l'atome d'hydrogène chargé positivement d'une autre molécule pour former une liaison hydrogène.

Du fait que les molécules d'eau sont polaires et capables de former des liaisons hydrogène, l'eau est un solvant parfait pour les substances polaires, appelées hydrophile. Ce sont des composés de nature ionique, dans lesquels des particules chargées (ions) se dissocient (se séparent) dans l'eau lorsqu'une substance (sel) est dissoute. Certains composés non ioniques ont la même capacité, dans la molécule desquels se trouvent des groupes chargés (polaires) (dans les sucres, les acides aminés, les alcools simples, ce sont des groupes OH). Les substances constituées de molécules non polaires (lipides) sont pratiquement insolubles dans l'eau, c'est-à-dire qu'elles hydrophobes.

Lorsqu'une substance passe dans une solution, ses particules structurelles (molécules ou ions) acquièrent la capacité de se déplacer plus librement et, par conséquent, la réactivité de la substance augmente. De ce fait, l'eau est le principal milieu où se produisent la plupart des réactions chimiques. De plus, toutes les réactions redox et les réactions d'hydrolyse ont lieu avec la participation directe de l'eau.

L'eau a la capacité thermique spécifique la plus élevée de toutes les substances connues. Cela signifie qu'avec une augmentation significative de l'énergie thermique, la température de l'eau augmente relativement légèrement. Cela est dû à l'utilisation d'une quantité importante de cette énergie pour rompre les liaisons hydrogène, qui limitent la mobilité des molécules d'eau.

En raison de sa capacité calorifique élevée, l'eau sert de protection aux tissus végétaux et animaux contre une augmentation forte et rapide de la température, et la chaleur élevée de vaporisation est la base d'une stabilisation fiable de la température corporelle. Le besoin d'une quantité importante d'énergie pour évaporer l'eau est dû au fait que des liaisons hydrogène existent entre ses molécules. Cette énergie provient de l'environnement, l'évaporation s'accompagne donc d'un refroidissement. Ce processus peut être observé lors de la transpiration, dans le cas d'un halètement de chaleur chez le chien, et il est également important dans le processus de refroidissement des organes transpirants des plantes, en particulier dans des conditions désertiques et dans des conditions de steppes sèches et de périodes de sécheresse dans d'autres régions. .

L'eau a également une conductivité thermique élevée, ce qui assure une répartition uniforme de la chaleur dans tout le corps. Ainsi, il n'y a pas de risque de "points chauds" locaux pouvant endommager les éléments cellulaires. Cela signifie que la capacité thermique spécifique élevée et la conductivité thermique élevée d'un liquide font de l'eau un milieu idéal pour maintenir le régime thermique optimal du corps.

L'eau a une tension superficielle élevée. Cette propriété est très importante pour procédés d'adsorption, mouvement des solutions à travers les tissus (circulation sanguine, mouvement ascendant et descendant à travers la plante, etc.).

L'eau est utilisée comme source d'oxygène et d'hydrogène, qui sont libérés pendant la phase lumineuse de la photosynthèse.

Les propriétés physiologiques importantes de l'eau incluent sa capacité à dissoudre les gaz ($O_2$, $CO_2$, etc.). De plus, l'eau en tant que solvant est impliquée dans le processus d'osmose, qui joue un rôle important dans la vie des cellules et du corps.

Propriétés de l'hydrocarbure et son rôle biologique

Si l'on ne tient pas compte de l'eau, on peut dire que la plupart des molécules cellulaires appartiennent à des hydrocarbures, des composés dits organiques.

Remarque 3

L'hydrocarbure, ayant des capacités chimiques uniques fondamentales pour la vie, est sa base chimique.

Grâce à petite taille et disponibilité sur coque extérieure quatre électrons, un atome d'hydrocarbure peut former quatre liaisons covalentes fortes avec d'autres atomes.

Le plus important est la capacité des atomes d'hydrocarbures à se connecter les uns aux autres, formant des chaînes, des anneaux et, finalement, le squelette de molécules organiques grandes et complexes.

De plus, l'hydrocarbure forme facilement des liaisons covalentes avec d'autres éléments biogéniques (généralement avec $H, Mg, P, O, S$). Ceci explique l'existence d'un nombre astronomique de divers composés organiques qui assurent l'existence des organismes vivants dans toutes ses manifestations. Leur diversité se manifeste dans la structure et la taille des molécules, leur propriétés chimiques, degré de saturation du squelette carboné et forme différente molécules, qui est déterminée par les angles des liaisons intramoléculaires.

Biopolymères

Ce sont des composés organiques de haut poids moléculaire (poids moléculaire 103 - 109), dont les macromolécules sont constituées d'un grand nombre d'unités répétitives - monomères.

Les biopolymères sont des protéines, acides nucléiques, polysaccharides et leurs dérivés (amidon, glycogène, cellulose, hémicellulose, pectine, chitine, etc.). Leurs monomères sont respectivement des acides aminés, des nucléotides et des monosaccharides.

Remarque 4

Environ 90 % de la masse sèche d'une cellule est constituée de biopolymères : les polysaccharides prédominent chez les végétaux, tandis que les protéines prédominent chez les animaux.

Exemple 1

Dans une cellule bactérienne, il existe environ 3 000 types de protéines et 1 000 acides nucléiques, et chez l'homme, le nombre de protéines est estimé à 5 millions.

Les biopolymères forment non seulement la base structurelle des organismes vivants, mais jouent également un rôle conducteur dans les processus vitaux.

Les bases structurelles des biopolymères sont des chaînes linéaires (protéines, acides nucléiques, cellulose) ou ramifiées (glycogène).

Et les acides nucléiques, les réactions immunitaires, les réactions métaboliques - et sont réalisés en raison de la formation de complexes de biopolymères et d'autres propriétés des biopolymères.

Aujourd'hui, beaucoup a été découvert et isolé dans sa forme pure éléments chimiques tableau périodique, et un cinquième d'entre eux se trouvent dans chaque organisme vivant. Ils sont, comme les briques, les principaux composants des matières organiques et substances inorganiques.

Quels éléments chimiques font partie de la cellule, la biologie de quelles substances peut être utilisée pour juger de leur présence dans le corps - nous examinerons tout cela plus tard dans l'article.

Quelle est la constance de la composition chimique

Pour maintenir la stabilité dans le corps, chaque cellule doit maintenir la concentration de chacun de ses composants à un niveau constant. Ce niveau est déterminé par les espèces, l'habitat, les facteurs environnementaux.

Pour répondre à la question de savoir quels éléments chimiques font partie de la cellule, il est nécessaire de bien comprendre que toute substance contient l'un des composants du tableau périodique.

Parfois Dans la question environ des centièmes et des millièmes de pour cent du contenu d'un certain élément dans une cellule, mais en même temps, une modification du nombre nommé d'au moins un millième peut déjà porter des conséquences sérieuses pour le corps.

Sur les 118 éléments chimiques d'une cellule humaine, il devrait y en avoir au moins 24. Il n'y a pas de tels composants qui se trouveraient dans un organisme vivant, mais ne faisaient pas partie d'objets inanimés de la nature. Ce fait confirme la relation étroite entre le vivant et le non-vivant dans l'écosystème.

Le rôle des différents éléments qui composent la cellule

Quels sont donc les éléments chimiques qui composent une cellule ? Leur rôle dans la vie de l'organisme, il faut le noter, dépend directement de la fréquence d'apparition et de leur concentration dans le cytoplasme. Cependant, malgré contenu différentéléments dans la cellule, la signification de chacun d'eux est également élevée. La carence de l'un d'entre eux peut avoir un effet néfaste sur le corps, éteignant le bio le plus important réactions chimiques.

En énumérant les éléments chimiques qui font partie de la cellule humaine, nous devons mentionner trois types principaux, que nous examinerons ci-dessous :

Les principaux éléments biogéniques de la cellule

Il n'est pas surprenant que les éléments O, C, H, N soient biogéniques, car ils forment toutes les substances organiques et de nombreuses substances inorganiques. Il est impossible d'imaginer des protéines, des lipides, des glucides ou des acides nucléiques sans ces composants essentiels pour l'organisme.

La fonction de ces éléments a déterminé leur teneur élevée dans le corps. Ensemble, ils représentent 98 % du poids corporel sec total. Comment l'activité de ces enzymes peut-elle se manifester autrement ?

Oxygène. Son contenu dans la cellule est d'environ 62% de la masse sèche totale. Fonctions : construction de substances organiques et inorganiques, participation à la chaîne respiratoire ;
Carbone. Son contenu atteint 20%. Fonction principale : inclus dans tout ;
Hydrogène. Sa concentration prend une valeur de 10%. En plus d'être un composant de la matière organique et de l'eau, cet élément participe également aux transformations énergétiques ;
Azote. Le montant ne dépasse pas 3-5%. Son rôle principal est la formation d'acides aminés, d'acides nucléiques, d'ATP, de nombreuses vitamines, d'hémoglobine, d'hémocyanine, de chlorophylle.

Ce sont les éléments chimiques qui composent la cellule et forment la plupart des substances nécessaires à la vie normale.

Importance des macronutriments

Les macronutriments aideront également à suggérer quels éléments chimiques font partie de la cellule. À partir du cours de biologie, il devient clair qu'en plus des principaux, 2% de la masse sèche est constituée d'autres composants du tableau périodique. Et les macronutriments comprennent ceux dont la teneur n'est pas inférieure à 0,01%. Leurs fonctions principales sont présentées sous forme de tableau.


Calcium (Ca)		Responsable de la contraction des fibres musculaires, fait partie de la pectine, des os et des dents. Améliore la coagulation du sang.
Phosphore (P)		Il fait partie de la source d'énergie la plus importante - l'ATP.
		Participe à la formation de ponts disulfure lors du repliement des protéines dans une structure tertiaire. Inclus dans la composition de la cystéine et de la méthionine, certaines vitamines.
		Les ions potassium sont impliqués dans les cellules et affectent également le potentiel membranaire.
		Anion majeur dans le corps
Sodium (Na)		Analogue du potassium impliqué dans les mêmes processus.
Magnésium (Mg)		Les ions magnésium sont les régulateurs du processus Au centre de la molécule de chlorophylle se trouve également un atome de magnésium.
		Participe au transport des électrons à travers l'ETC de la respiration et de la photosynthèse, est un lien structurel de la myoglobine, de l'hémoglobine et de nombreuses enzymes.

Nous espérons qu'à partir de ce qui précède, il est facile de déterminer quels éléments chimiques font partie de la cellule et sont des macroéléments.

oligo-éléments

Il existe également de tels composants de la cellule, sans lesquels le corps ne peut pas fonctionner normalement, mais leur contenu est toujours inférieur à 0,01%. Déterminons quels éléments chimiques font partie de la cellule et appartiennent au groupe des microéléments.


		Il fait partie des enzymes des ADN et ARN polymérases, ainsi que de nombreuses hormones (par exemple, l'insuline).
		Participe aux processus de photosynthèse, de synthèse de l'hémocyanine et de certaines enzymes.
		C'est un composant structurel des hormones T3 et T4 de la glande thyroïde
Manganèse (Mn)	moins de 0,001	Inclus dans les enzymes, les os. Participe à la fixation de l'azote chez les bactéries
	moins de 0,001	Influence le processus de croissance des plantes.
		Il fait partie des os et de l'émail des dents.

Substances organiques et inorganiques

En plus de ceux-ci, quels autres éléments chimiques entrent dans la composition de la cellule ? Les réponses peuvent être trouvées simplement en étudiant la structure de la plupart des substances dans le corps. Parmi eux, on distingue les molécules d'origine organique et inorganique, et chacun de ces groupes a un ensemble fixe d'éléments dans sa composition.

Les principales classes de substances organiques sont les protéines, les acides nucléiques, les graisses et les glucides. Ils sont entièrement construits à partir des principaux éléments biogéniques : le squelette de la molécule est toujours formé de carbone, et l'hydrogène, l'oxygène et l'azote font partie des radicaux. Chez les animaux, les protéines sont la classe dominante, et chez les plantes, les polysaccharides.

Les substances inorganiques sont tous les sels minéraux et, bien sûr, l'eau. Parmi tous les inorganiques de la cellule, le plus est H 2 O, dans lequel le reste des substances est dissous.

Tout ce qui précède vous aidera à déterminer quels éléments chimiques font partie de la cellule et leurs fonctions dans le corps ne seront plus un mystère pour vous.

Environ 70 éléments ont été trouvés dans les cellules de différents organismes système périodiqueéléments de D. I. Mendeleev, mais seulement 24 d'entre eux ont une valeur bien établie et se retrouvent constamment dans tous les types de cellules.

le plus grand gravité spécifique dans la composition élémentaire de la cellule tombe sur l'oxygène, le carbone, l'hydrogène et l'azote. Ce sont les soi-disant principale ou alors nutriments. Ces éléments représentent plus de 95 % de la masse des cellules, et leur teneur relative dans la matière vivante est beaucoup plus élevée que dans la croûte terrestre. Le calcium, le phosphore, le soufre, le potassium, le chlore, le sodium, le magnésium, l'iode et le fer sont également vitaux. Leur contenu dans la cellule est calculé en dixièmes et centièmes de pour cent. Les éléments listés forment un groupe macronutriments.

D'autres éléments chimiques : cuivre, manganèse, molybdène, cobalt, zinc, bore, fluor, chrome, sélénium, aluminium, iode, fer, silicium - se trouvent en quantités extrêmement faibles (moins de 0,01 % de la masse cellulaire). Ils appartiennent au groupe oligo-éléments.

Le pourcentage de tel ou tel élément dans le corps ne caractérise en rien le degré de son importance et de sa nécessité dans le corps. Ainsi, par exemple, de nombreux oligo-éléments font partie de diverses substances biologiquement actives - enzymes, vitamines (le cobalt fait partie de la vitamine B 12), hormones (l'iode fait partie de la thyroxine); affectent la croissance et le développement des organismes (zinc, manganèse, cuivre) , hématopoïèse (fer, cuivre), processus de respiration cellulaire (cuivre, zinc), etc. Le contenu et l'importance pour la vie des cellules et du corps dans son ensemble de divers éléments chimiques sont donnés dans le tableau:

Les éléments chimiques les plus importants de la cellule

Élément	Symbole	Contenu approximatif, %	Signification pour la cellule et l'organisme
Oxygène	O	62	Compris dans l'eau et la matière organique; impliqué dans la respiration cellulaire
Carbone	C	20	Inclus dans toutes les substances organiques
Hydrogène	H	10	Compris dans l'eau et la matière organique; participe aux processus de conversion d'énergie
Azote	N	3	Inclus dans les acides aminés, les protéines, les acides nucléiques, l'ATP, la chlorophylle, les vitamines
Calcium	Californie	2,5	Il fait partie de la paroi cellulaire des plantes, des os et des dents, augmente la coagulation du sang et la contractilité des fibres musculaires
Phosphore	P	1,0	Inclus dans le tissu osseux et l'émail des dents, les acides nucléiques, l'ATP, certaines enzymes
Soufre	S	0,25	Inclus dans les acides aminés (cystéine, cystine et méthionine), certaines vitamines, participe à la formation de liaisons disulfure dans la formation de la structure tertiaire des protéines
Potassium	K	0,25	Il est contenu dans la cellule uniquement sous forme d'ions, active les enzymes de synthèse des protéines, provoque un rythme normal de l'activité cardiaque, participe aux processus de photosynthèse, génération de potentiels bioélectriques
Chlore	CL	0,2	L'ion négatif prédomine dans le corps des animaux. Composant d'acide chlorhydrique dans le suc gastrique
Sodium	N / A	0,10	Contenu dans la cellule uniquement sous forme d'ions, provoque un rythme normal de l'activité cardiaque, affecte la synthèse des hormones
Magnésium	mg	0,07	Inclus dans les molécules de chlorophylle, ainsi que dans les os et les dents, active le métabolisme énergétique et la synthèse de l'ADN
Iode	je	0,01	Inclus dans les hormones thyroïdiennes
Fer	Fe	0,01	Il fait partie de nombreuses enzymes, l'hémoglobine et la myoglobine, participe à la biosynthèse de la chlorophylle, au transport des électrons, aux processus de respiration et de photosynthèse
Cuivre	Cu	Traces	Inclus dans la composition des hémocyanines chez les invertébrés, dans la composition de certaines enzymes, participe aux processus d'hématopoïèse, de photosynthèse, de synthèse d'hémoglobine
Manganèse	Mn	Traces	Il fait partie ou augmente l'activité de certaines enzymes, participe au développement des os, à l'assimilation de l'azote et au processus de photosynthèse
Molybdène	mois	Traces	Il fait partie de certaines enzymes (nitrate réductase), participe aux processus de liaison de l'azote atmosphérique par les bactéries nodulaires
Cobalt	co	Traces	Inclus dans la vitamine B 12, participe à la fixation de l'azote atmosphérique par les bactéries nodulaires
Bor	B	Traces	Influence les processus de croissance des plantes, active les enzymes réparatrices de la respiration
Zinc	Zn	Traces	Il fait partie de certaines enzymes qui décomposent les polypeptides, participe à la synthèse des hormones végétales (auxines) et à la glycolyse
Fluor	F	Traces	Une partie de l'émail des dents et des os

La cellule est l'unité de base de la vie sur Terre. Il possède toutes les caractéristiques d'un organisme vivant : il grandit, se reproduit, échange des substances et de l'énergie avec l'environnement et réagit aux stimuli extérieurs. Le début de l'évolution biologique est associé à l'apparition de formes de vie cellulaire sur Terre. Les organismes unicellulaires sont des cellules qui existent séparément les unes des autres. Le corps de tous les organismes multicellulaires - animaux et plantes - est construit à partir de plus ou moins de cellules, qui sont une sorte de blocs de construction qui composent un organisme complexe. Que la cellule soit un système vivant intégral - un organisme séparé ou n'en soit qu'une partie, elle est dotée d'un ensemble de caractéristiques et de propriétés communes à toutes les cellules.

La composition chimique de la cellule

Environ 60 éléments du système périodique de Mendeleev ont été trouvés dans les cellules, que l'on trouve également dans la nature inanimée. C'est l'une des preuves de la communauté de la nature animée et inanimée. L'hydrogène, l'oxygène, le carbone et l'azote sont les plus courants dans les organismes vivants, qui représentent environ 98 % de la masse des cellules. Cela est dû aux particularités des propriétés chimiques de l'hydrogène, de l'oxygène, du carbone et de l'azote, à la suite desquelles ils se sont avérés les plus adaptés à la formation de molécules remplissant des fonctions biologiques. Ces quatre éléments sont capables de former des liaisons covalentes très fortes grâce à l'appariement d'électrons appartenant à deux atomes. Les atomes de carbone liés de manière covalente peuvent former les squelettes d'innombrables molécules organiques différentes. Comme les atomes de carbone forment facilement des liaisons covalentes avec l'oxygène, l'hydrogène, l'azote, mais aussi avec le soufre, les molécules organiques atteignent une complexité et une variété de structure exceptionnelles.

En plus des quatre éléments principaux, la cellule contient du fer, du potassium, du sodium, du calcium, du magnésium, du chlore, du phosphore et du soufre en quantités notables (10e et 100e parties de pour cent). Tous les autres éléments (zinc, cuivre, iode, fluor, cobalt, manganèse, etc.) se trouvent dans la cellule en très petites quantités et sont donc appelés microéléments.

Les éléments chimiques font partie des composés inorganiques et organiques. Les composés inorganiques comprennent l'eau, les sels minéraux, le dioxyde de carbone, les acides et les bases. Les composés organiques sont les protéines, les acides nucléiques, les glucides, les graisses (lipides) et les lipoïdes. Outre l'oxygène, l'hydrogène, le carbone et l'azote, d'autres éléments peuvent entrer dans leur composition. Certaines protéines contiennent du soufre. Le phosphore est un constituant des acides nucléiques. La molécule d'hémoglobine comprend du fer, le magnésium intervient dans la construction de la molécule de chlorophylle. Les éléments traces, malgré leur teneur extrêmement faible dans les organismes vivants, jouent un rôle important dans les processus vitaux. L'iode fait partie de l'hormone thyroïdienne - thyroxine, cobalt - dans la composition de la vitamine B 12 hormone de l'îlot du pancréas - insuline - contient du zinc. Chez certains poissons, la place du fer dans les molécules de pigments porteurs d'oxygène est occupée par le cuivre.

substances inorganiques

Eau. H 2 O est le composé le plus courant dans les organismes vivants. Sa teneur en différentes cellules varie dans une fourchette assez large : de 10 % dans l'émail des dents à 98 % dans le corps d'une méduse, mais en moyenne elle représente environ 80 % du poids corporel. Le rôle extrêmement important de l'eau pour assurer les processus vitaux est dû à sa proprietes physiques et chimiques. La polarité des molécules et la capacité à former des liaisons hydrogène font de l'eau un bon solvant pour un grand nombre de substances. La plupart des réactions chimiques qui ont lieu dans une cellule ne peuvent se produire que dans une solution aqueuse. L'eau est également impliquée dans de nombreuses transformations chimiques.

Le nombre total de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau varie en fonction de t °. À t ° la fonte des glaces détruit environ 15% des liaisons hydrogène, à t° 40°C - la moitié. Lors du passage à l'état gazeux, toutes les liaisons hydrogène sont détruites. Ceci explique le haut chaleur spécifique l'eau. Lorsque la t° du milieu extérieur change, l'eau absorbe ou dégage de la chaleur du fait de la rupture ou de la nouvelle formation de liaisons hydrogène. De cette façon, les fluctuations de t° à l'intérieur de la cellule sont plus faibles que dans environnement. La chaleur élevée d'évaporation sous-tend le mécanisme efficace de transfert de chaleur chez les plantes et les animaux.

L'eau en tant que solvant participe aux phénomènes d'osmose, qui joue un rôle important dans l'activité vitale des cellules de l'organisme. L'osmose fait référence à la pénétration de molécules de solvant à travers une membrane semi-perméable dans une solution d'une substance. Les membranes semi-perméables sont des membranes qui laissent passer les molécules du solvant, mais ne laissent pas passer les molécules (ou les ions) du soluté. Par conséquent, l'osmose est la diffusion à sens unique des molécules d'eau dans la direction de la solution.

des sels minéraux. La plupart des cellules inorganiques sont sous forme de sels à l'état dissocié ou solide. La concentration des cations et des anions dans la cellule et dans son environnement n'est pas la même. La cellule contient beaucoup de K et beaucoup de Na. Dans le milieu extracellulaire, par exemple, dans le plasma sanguin, dans l'eau de mer, au contraire, il y a beaucoup de sodium et peu de potassium. L'irritabilité cellulaire dépend du rapport des concentrations des ions Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ . Dans les tissus des animaux multicellulaires, K fait partie d'une substance multicellulaire qui assure la cohésion des cellules et leur disposition ordonnée. La pression osmotique dans la cellule et ses propriétés tampons dépendent largement de la concentration en sels. Le tamponnage est la capacité d'une cellule à maintenir une réaction légèrement alcaline de son contenu à un niveau constant. Le tampon à l'intérieur de la cellule est assuré principalement par les ions H 2 PO 4 et HPO 4 2-. Dans les fluides extracellulaires et dans le sang, H 2 CO 3 et HCO 3 - jouent le rôle de tampon. Les anions se lient aux ions H et aux ions hydroxyde (OH -), grâce auxquels la réaction à l'intérieur de la cellule des fluides extracellulaires ne change pratiquement pas. Les sels minéraux insolubles (par exemple, le phosphate de Ca) renforcent le tissu osseux des vertébrés et des coquilles de mollusques.

La matière organique de la cellule

Écureuils. Parmi les substances organiques de la cellule, les protéines occupent la première place tant en quantité (10 à 12 % de la masse cellulaire totale) qu'en valeur. Les protéines sont des polymères de haut poids moléculaire (avec un poids moléculaire de 6 000 à 1 million ou plus) dont les monomères sont des acides aminés. Les organismes vivants utilisent 20 acides aminés, bien qu'il y en ait beaucoup plus. La composition de tout acide aminé comprend un groupe amino (-NH 2), qui a des propriétés basiques, et un groupe carboxyle (-COOH), qui a des propriétés acides. Deux acides aminés sont combinés en une seule molécule en établissant une liaison HN-CO avec la libération d'une molécule d'eau. La liaison entre le groupe amino d'un acide aminé et le groupe carboxyle d'un autre s'appelle une liaison peptidique. Les protéines sont des polypeptides contenant des dizaines ou des centaines d'acides aminés. Les molécules de diverses protéines diffèrent les unes des autres par leur poids moléculaire, leur nombre, leur composition en acides aminés et leur séquence dans la chaîne polypeptidique. Il est donc clair que les protéines sont d'une grande diversité, leur nombre dans tous les types d'organismes vivants est estimé à 10 10 - 10 12.

Une chaîne d'unités d'acides aminés reliées par des liaisons peptidiques covalentes dans une certaine séquence est appelée la structure primaire d'une protéine. Dans les cellules, les protéines ont la forme de fibres ou de boules torsadées en hélice (globules). Cela est dû au fait que dans une protéine naturelle, la chaîne polypeptidique est repliée de manière strictement définie, en fonction de structure chimique ses acides aminés constitutifs.

Tout d'abord, la chaîne polypeptidique s'enroule en une hélice. L'attraction se produit entre les atomes des spires voisines et des liaisons hydrogène se forment, en particulier, entre NH- et Groupes CO situés sur des virages adjacents. Une chaîne d'acides aminés, torsadée en forme de spirale, forme la structure secondaire d'une protéine. À la suite d'un repliement supplémentaire de l'hélice, une configuration spécifique à chaque protéine apparaît, appelée structure tertiaire. La structure tertiaire est due à l'action des forces de cohésion entre les radicaux hydrophobes présents dans certains acides aminés et des liaisons covalentes entre les groupements SH de l'acide aminé cystéine ( Connexions SS). Le nombre de radicaux hydrophobes d'acides aminés et de cystéine, ainsi que l'ordre de leur disposition dans la chaîne polypeptidique, est spécifique pour chaque protéine. Par conséquent, les caractéristiques de la structure tertiaire d'une protéine sont déterminées par sa structure primaire. La protéine ne présente une activité biologique que sous la forme d'une structure tertiaire. Par conséquent, le remplacement d'un seul acide aminé dans la chaîne polypeptidique peut entraîner une modification de la configuration de la protéine et une diminution ou une perte de son activité biologique.

Dans certains cas, les molécules de protéines se combinent entre elles et ne peuvent remplir leur fonction que sous forme de complexes. Ainsi, l'hémoglobine est un complexe de quatre molécules et c'est seulement sous cette forme qu'elle est capable de fixer et de transporter l'oxygène.Ces agrégats représentent la structure quaternaire de la protéine. Selon leur composition, les protéines sont divisées en deux classes principales - simples et complexes. Les protéines simples sont constituées uniquement d'acides aminés, d'acides nucléiques (nucléotides), de lipides (lipoprotéines), de Me (protéines métalliques), de P (phosphoprotéines).

Les fonctions des protéines dans la cellule sont extrêmement diverses. L'une des plus importantes est la fonction de construction : les protéines sont impliquées dans la formation de toutes les membranes cellulaires et des organites cellulaires, ainsi que des structures intracellulaires. Le rôle enzymatique (catalytique) des protéines revêt une importance exceptionnelle. Les enzymes accélèrent les réactions chimiques qui ont lieu dans la cellule de 10 ki et 100 millions de fois. La fonction motrice est assurée par des protéines contractiles spéciales. Ces protéines sont impliquées dans tous les types de mouvements dont les cellules et les organismes sont capables : scintillement des cils et battement des flagelles chez les protozoaires, contraction musculaire chez les animaux, mouvement des feuilles chez les plantes, etc. La fonction de transport des protéines est de fixer des éléments chimiques (par exemple, l'hémoglobine attache O) ou des substances biologiquement actives (hormones) et les transfèrent aux tissus et organes du corps. La fonction protectrice s'exprime sous la forme de la production de protéines spéciales, appelées anticorps, en réponse à la pénétration de protéines ou de cellules étrangères dans le corps. Les anticorps lient et neutralisent les substances étrangères. Les protéines jouent un rôle important en tant que sources d'énergie. Avec fractionnement complet de 1g. les protéines sont libérées 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Les glucides. Les glucides ou saccharides sont des composés organiques formule générale(CH 2 O) n. La plupart des glucides ont deux fois plus d'atomes H plus de nombre O atomes, comme dans les molécules d'eau. Par conséquent, ces substances étaient appelées glucides. Dans une cellule vivante, les glucides se trouvent en quantités n'excédant pas 1-2, parfois 5% (dans le foie, dans les muscles). Les cellules végétales sont les plus riches en glucides, leur teneur atteignant dans certains cas 90 % de la masse de matière sèche (graines, tubercules de pomme de terre, etc.).

Les glucides sont simples et complexes. glucides simples appelés monosaccharides. Selon le nombre d'atomes de glucides dans la molécule, les monosaccharides sont appelés trioses, tétroses, pentoses ou hexoses. Parmi les six monosaccharides carbonés, les hexoses, le glucose, le fructose et le galactose sont les plus importants. Le glucose est contenu dans le sang (0,1-0,12%). Les pentoses ribose et désoxyribose font partie des acides nucléiques et de l'ATP. Si deux monosaccharides se combinent en une seule molécule, un tel composé est appelé un disaccharide. Le sucre alimentaire, obtenu à partir de la canne ou de la betterave à sucre, est constitué d'une molécule de glucose et d'une molécule de fructose, sucre du lait - à partir de glucose et de galactose.

Les glucides complexes formés par de nombreux monosaccharides sont appelés polysaccharides. Le monomère de polysaccharides tels que l'amidon, le glycogène, la cellulose est le glucose. Les glucides remplissent deux fonctions principales : la construction et l'énergie. La cellulose forme les parois des cellules végétales. Le polysaccharide complexe chitine est le principal composant structurel de l'exosquelette des arthropodes. La chitine remplit également une fonction de construction dans les champignons. Les glucides jouent le rôle de principale source d'énergie dans la cellule. Lors du processus d'oxydation de 1 g de glucides, 17,6 kJ (~ 4,2 kcal) sont libérés. L'amidon des plantes et le glycogène des animaux sont stockés dans les cellules et servent de réserve énergétique.

Acides nucléiques. La valeur des acides nucléiques dans la cellule est très élevée. Les particularités de leur structure chimique offrent la possibilité de stocker, de transférer et de transmettre par héritage aux cellules filles des informations sur la structure des molécules de protéines synthétisées dans chaque tissu à un certain stade. développement individuel. Puisque la plupart des propriétés et caractéristiques des cellules sont dues aux protéines, il est clair que la stabilité des acides nucléiques est condition essentielle fonctionnement normal des cellules et des organismes entiers. Tout changement dans la structure des cellules ou l'activité des processus physiologiques en eux, affectant ainsi la vie. L'étude de la structure des acides nucléiques est extrêmement importante pour comprendre l'hérédité des traits dans les organismes et les schémas de fonctionnement des cellules individuelles et des systèmes cellulaires - tissus et organes.

Il existe 2 types d'acides nucléiques - l'ADN et l'ARN. L'ADN est un polymère constitué de deux hélices nucléotidiques, enfermées de manière à former une double hélice. Les monomères des molécules d'ADN sont des nucléotides constitués d'une base azotée (adénine, thymine, guanine ou cytosine), d'un glucide (désoxyribose) et d'un résidu d'acide phosphorique. Les bases azotées de la molécule d'ADN sont reliées entre elles par un nombre inégal de liaisons H et sont disposées par paires : l'adénine (A) est toujours contre la thymine (T), la guanine (G) contre la cytosine (C). Schématiquement, l'arrangement des nucléotides dans une molécule d'ADN peut être représenté comme suit :

Fig. 1. Disposition des nucléotides dans une molécule d'ADN

De la Fig.1. On peut voir que les nucléotides sont connectés les uns aux autres non pas au hasard, mais sélectivement. La capacité d'interaction sélective de l'adénine avec la thymine et de la guanine avec la cytosine est appelée complémentarité. L'interaction complémentaire de certains nucléotides s'explique par les particularités de l'arrangement spatial des atomes dans leurs molécules, qui leur permettent de se rapprocher et de former des liaisons H. Dans une chaîne polynucléotidique, les nucléotides adjacents sont liés entre eux par un sucre (désoxyribose) et un résidu d'acide phosphorique. L'ARN, comme l'ADN, est un polymère dont les monomères sont des nucléotides. Les bases azotées des trois nucléotides sont les mêmes que celles qui composent l'ADN (A, G, C) ; le quatrième - l'uracile (U) - est présent dans la molécule d'ARN à la place de la thymine. Les nucléotides d'ARN diffèrent des nucléotides d'ADN par la structure de leur glucide (ribose au lieu de désoxyribose).

Dans une chaîne d'ARN, les nucléotides sont connectés en formant des liaisons covalentes entre le ribose d'un nucléotide et le résidu d'acide phosphorique d'un autre. Les ARN à deux brins diffèrent par leur structure. Les ARN double brin sont les gardiens de l'information génétique dans un certain nombre de virus, c'est-à-dire remplissent les fonctions des chromosomes. Les ARN simple brin effectuent le transfert d'informations sur la structure des protéines du chromosome vers le site de leur synthèse et participent à la synthèse des protéines.

Il existe plusieurs types d'ARN simple brin. Leurs noms sont dus à leur fonction ou à leur emplacement dans la cellule. La majeure partie de l'ARN cytoplasmique (jusqu'à 80-90%) est de l'ARN ribosomal (ARNr) contenu dans les ribosomes. Les molécules d'ARNr sont relativement petites et se composent en moyenne de 10 nucléotides. Un autre type d'ARN (ARNm) qui porte des informations sur la séquence d'acides aminés dans les protéines à synthétiser aux ribosomes. La taille de ces ARN dépend de la longueur du segment d'ADN à partir duquel ils ont été synthétisés. Les ARN de transfert remplissent plusieurs fonctions. Ils délivrent des acides aminés sur le site de synthèse protéique, « reconnaissent » (selon le principe de complémentarité) le triplet et l'ARN correspondant à l'acide aminé transféré, et procèdent à l'orientation exacte de l'acide aminé sur le ribosome.

Graisses et lipoïdes. Les graisses sont des composés d'acides gras macromoléculaires et de l'alcool trihydrique glycérol. Les graisses ne se dissolvent pas dans l'eau - elles sont hydrophobes. Il y a toujours d'autres substances hydrophobes complexes semblables à des graisses dans la cellule, appelées lipoïdes. L'énergie est l'une des principales fonctions des graisses. Lors de la décomposition de 1 g de graisse en CO 2 et H 2 O, elle est libérée un grand nombre deénergie - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). La teneur en graisse dans la cellule varie de 5 à 15 % de la masse de matière sèche. Dans les cellules des tissus vivants, la quantité de graisse augmente à 90 %. La principale fonction des graisses dans le monde animal (et en partie végétal) est le stockage.

Avec l'oxydation complète de 1 g de graisse (en dioxyde de carbone et en eau), environ 9 kcal d'énergie sont libérées. (1 kcal \u003d 1000 cal; la calorie (cal, cal) est une unité hors système de la quantité de travail et d'énergie, égale à la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer 1 ml d'eau de 1 ° C à une pression atmosphérique standard de 101,325 kPa; 1 kcal \u003d 4,19 kJ) . Lorsqu'il est oxydé (dans le corps) 1 g de protéines ou de glucides, seulement environ 4 kcal / g sont libérés. Dans une grande variété d'organismes aquatiques - des diatomées unicellulaires aux requins géants - la graisse "flotte", réduisant la densité corporelle moyenne. La densité des graisses animales est d'environ 0,91-0,95 g/cm³. La densité osseuse des vertébrés est proche de 1,7-1,8 g/cm³, et la densité moyenne de la plupart des autres tissus est proche de 1 g/cm³. Il est clair qu'il faut pas mal de graisse pour « équilibrer » un squelette lourd.

Les graisses et les lipoïdes agissent et fonction de construction: Ils font partie des membranes cellulaires. En raison d'une mauvaise conductivité thermique, la graisse est capable d'une fonction protectrice. Chez certains animaux (phoques, baleines), il se dépose dans le tissu adipeux sous-cutané, formant une couche pouvant atteindre 1 m d'épaisseur.La formation de certains lipoïdes précède la synthèse de plusieurs hormones. Par conséquent, ces substances ont également pour fonction de réguler les processus métaboliques.

À conditions modernes l'un des problèmes les plus urgents de l'enseignement de la chimie est d'assurer l'orientation pratique des connaissances disciplinaires. Cela signifie la nécessité de clarifier la relation étroite entre les positions théoriques étudiées et la pratique de la vie, de démontrer le caractère appliqué des connaissances chimiques. Les élèves sont ravis d'apprendre la chimie. Afin de maintenir l'intérêt cognitif des élèves, il est nécessaire de les convaincre de l'efficacité des connaissances chimiques, de former un besoin personnel de maîtrise du matériel pédagogique.

Objectif de cette leçon :élargir les horizons des étudiants et accroître l'intérêt cognitif pour l'étude du sujet, former des concepts de vision du monde sur la connaissance de la nature. Il est proposé que cette leçon ait lieu en 8e année après avoir étudié les éléments chimiques du tableau périodique, lorsque les enfants ont déjà une idée de leur diversité.

PENDANT LES COURS

Prof:

Il n'y a rien d'autre dans la nature
Ni ici ni là-bas, dans les profondeurs de l'espace :
Tout - des petits grains de sable aux planètes -
Il se compose d'éléments simples.
Comme une formule, comme un horaire de travail,
La structure du système Mendeleïev est stricte.
Le monde qui t'entoure est vivant
Entrez-y, inspirez, touchez-le avec vos mains.

La leçon commence par une scène théâtrale "Qui est le plus important dans le tableau?" (cm. Annexe 1).

Prof: Le corps humain contient 81 éléments chimiques sur 92 présents dans la nature. Le corps humain est un laboratoire chimique complexe. Il est difficile d'imaginer que notre bien-être quotidien, notre humeur et même notre appétit puissent dépendre des minéraux. Sans eux, les vitamines sont inutiles, la synthèse et la dégradation des protéines, des graisses et des glucides sont impossibles.

Sur les tableaux des étudiants, il y a des tableaux «Le rôle biologique des éléments chimiques» (voir. Annexe 2). Prenez le temps de faire sa connaissance. L'enseignant, avec les élèves, analyse le tableau en posant des questions.

Prof: La base de la vie est les six éléments des trois premières périodes (H, C, N, O, P, S), qui représentent 98% de la masse de la matière vivante (les éléments restants du système périodique ne sont pas plus de 2 %).
Trois attributs principaux des éléments biogéniques (H, C, N, O, P, S) :

petite taille des atomes
petit parent masse atomique,
la capacité de former des liaisons covalentes fortes.

Les élèves reçoivent des textes (cf. Annexe 3). Tâche : lisez attentivement le texte ; mettre en évidence les éléments nécessaires à la vie et les éléments dangereux pour les organismes vivants ; trouvez-les dans le système périodique et expliquez leur rôle.
Après avoir terminé la tâche, plusieurs élèves analysent différents textes.

Prof: Les éléments analogues de l'environnement naturel entrent en compétition et peuvent être échangés dans les organismes vivants, ce qui les affecte négativement.
Le remplacement du sodium et du potassium dans les organismes des animaux et des humains par du lithium provoque des troubles du système nerveux, car dans ce cas, les cellules ne conduisent pas d'influx nerveux. De tels troubles conduisent à la schizophrénie.
Le thallium, compétiteur biologique du potassium, le remplace dans les parois cellulaires, affecte le système nerveux central et périphérique, le tractus gastro-intestinal et les reins.
Le sélénium peut remplacer le soufre dans les protéines. C'est le seul élément qui, lorsqu'il est présent à des concentrations élevées dans les plantes, peut provoquer la mort subite des animaux et des humains qui les consomment.
Le calcium, lorsqu'il est déficient dans le sol, est remplacé dans l'organisme par du strontium, qui perturbe progressivement la structure normale du squelette. Le remplacement du calcium par du strontium-90 est particulièrement dangereux, qui s'accumule en quantités énormes dans les lieux d'explosions nucléaires (lors des essais d'armes nucléaires) ou lors d'accidents dans des centrales nucléaires. Ce radionucléide détruit la moelle osseuse.
Le cadmium est en concurrence avec le zinc. Cet élément réduit l'activité des enzymes digestives, perturbe la formation de glycogène dans le foie, provoque une déformation du squelette, inhibe la croissance osseuse et provoque également de fortes douleurs dans les muscles du bas du dos et des jambes, une fragilité osseuse (par exemple, des côtes cassées en toussant) . D'autres conséquences négatives sont le cancer du poumon et du rectum, le dysfonctionnement pancréatique. Lésions rénales, diminution des taux sanguins de fer, calcium, phosphore. Cet élément inhibe les processus d'auto-purification chez les plantes aquatiques et terrestres (par exemple, on note une augmentation de 20 à 30 fois du cadmium dans les feuilles de tabac).
Les halogènes peuvent être très facilement échangés dans le corps. Un excès de fluor dans l'environnement (eau fluorée, contamination du sol par des composés fluorés autour d'une usine de production d'aluminium, etc.) empêche l'iode de pénétrer dans le corps humain. En conséquence, la maladie thyroïdienne Système endocrinien en général.

Messages étudiants préparés à l'avance.

1er étudiant :

Les alchimistes médiévaux considéraient l'or comme la perfection et les autres métaux - une erreur dans l'acte de création et, comme vous le savez, ont fait de grands efforts pour éliminer cette erreur. L'idée d'introduire l'or dans la pratique médicale est attribuée à Paracelse, qui proclamait que le but de la chimie ne devait pas être la transformation de tous les métaux en or, mais la préparation de médicaments. Des médicaments à base d'or et de ses composés ont été essayés pour traiter de nombreuses maladies. Ils ont été soignés pour la lèpre, le lupus et la tuberculose. Chez les personnes sensibles à l'or, cela pourrait provoquer une violation de la composition du sang, une réaction des reins, du foie, affecter l'humeur, la croissance des dents, des cheveux. L'or assure le fonctionnement du système nerveux. On le trouve dans le maïs. Et la force des vaisseaux sanguins dépend du germanium. Le seul produit alimentaire contenant du germanium est l'ail.

2ème étudiant :

À corps humain la plus grande quantité de cuivre se trouve dans le cerveau et le foie, et cette seule circonstance indique son importance dans la vie. Il a été constaté qu'avec la douleur, la concentration de cuivre dans le sang et le liquide céphalo-rachidien augmente. En Syrie et en Égypte, les nouveau-nés portent des bracelets en cuivre pour prévenir le rachitisme et l'épilepsie.

3ème étudiant :

ALUMINIUM

Les ustensiles en aluminium sont appelés les ustensiles des pauvres, car ce métal contribue au développement de l'athérosclérose sénile. Lors de la cuisson dans de tels plats, l'aluminium passe partiellement dans le corps, où il s'accumule.

4ème étudiant :

Quel élément trouve-t-on dans les pommes ? (Fer.)
Quel est son rôle biologique ? (Le corps contient 3 g de fer, dont 2 g dans le sang. Le fer fait partie de l'hémoglobine. Une insuffisance de fer conduit à mal de crâne, fatigue rapide.)

Ensuite, les élèves mènent une expérience de laboratoire dont le but est de prouver expérimentalement l'effet des sels de certains métaux sur les protéines. Ils mélangent la protéine avec des solutions d'alcali et de sulfate de cuivre et observent la précipitation d'un précipité violet. Faire une conclusion sur la destruction de la protéine.

5e élève :

L'homme est aussi nature.
Il est aussi un coucher de soleil et un lever de soleil.
Et il a quatre saisons.
Et un mouvement spécial dans la musique.

Et un sacrement spécial de couleur,
Maintenant avec un feu cruel, maintenant avec un bon feu.
L'homme est l'hiver. Ou l'été.
Ou l'automne. Avec le tonnerre et la pluie.

Tout contenu en soi - miles et temps.
Et des tempêtes atomiques, il était aveugle.
L'homme est à la fois sol et semence.
Et les mauvaises herbes au milieu du champ. Et du pain.

Et quel temps y fait-il ?
Combien y a-t-il de solitude ? Des réunions ?
L'homme c'est aussi la nature...
Alors prenons soin de la nature !

(S. Ostrovoy)

Pour consolider les connaissances acquises au cours de la leçon, le test «Sourire» est effectué (voir. Annexe 4).
Ensuite, il est proposé de remplir les mots croisés «Kaléidoscope chimique» (voir. Annexe 5).
L'enseignant résume la leçon en notant les élèves les plus actifs.

6e élève :

Changez, changez !
L'appel afflue.
Enfin c'est fini
Leçon ennuyeuse !

Tirant le soufre par la natte,
Le magnésium a couru.
L'iode s'est évaporé de la salle de classe
C'est comme si ça n'était jamais arrivé.

Le fluor a accidentellement mis le feu à l'eau,
Le chlore a mangé le livre de quelqu'un d'autre.
Du carbone soudain avec de l'hydrogène
J'ai réussi à devenir invisible.

Le potassium, le brome se battent dans le coin :
Ils ne partagent pas un électron.
Oxygène - méchant sur le bore
Passé au galop à cheval.

Livres d'occasion :

V.O. Baïdalina Sur l'aspect appliqué des connaissances chimiques. « La chimie à l'école » n°5, 2005
Chimie et écologie dans le cursus scolaire. "Premier septembre" n° 14, 2005
I. N. Pimenova, A. V. Pimenov« Conférences sur biologie générale”, Didacticiel, Saratov, JSC Maison d'édition "Lyceum", 2003
A propos de la chimie en vers, Qui est le plus important dans le tableau ? « Premier septembre », n° 15, 2005
Les métaux dans le corps humain « La chimie à l'école », n° 6, 2005
Mots croisés "Kaléidoscope chimique". « Premier septembre », n° 1 4, 2005
"Je vais en cours de chimie." Le livre pour le professeur. M. "Premier septembre", 2002, p. 12.