Važnost najvažnijih kemijskih elemenata i spojeva za stanicu i organizam. Kemijski elementi u stanicama živih organizama - Hipermarket znanja

Elementarni sastav tijela

Po kemijski sastav Stanice različitih organizama mogu se značajno razlikovati, ali se sastoje od istih elemenata. Oko 70 elemenata periodnog sustava D.I. Mendeljejeva, ali samo 24 od njih su od velike važnosti i stalno se nalaze u živim organizmima.

Makronutrijenti - kisik, ugljikovodik, vodik, dušik - dio su molekula organskih tvari. Makroelementi nedavno uključuju kalij, natrij, kalcij, sumpor, fosfor, magnezij, željezo, klor. Njihov sadržaj u stanici je desetinke i stotinke postotka.

Magnezij je dio klorofila; željezo - hemoglobin; fosfor - koštano tkivo, nukleinske kiseline; kalcij - kosti, školjke kornjače, sumpor - u sastavu proteina; ioni kalija, natrija i klorida sudjeluju u promjeni potencijala stanične membrane.

elementi u tragovima prikazani su u ćeliji sa stotinkama i tisućinkama postotka. To su cink, bakar, jod, fluor, molibden, bor itd.

Elementi u tragovima su dio enzima, hormona, pigmenata.

Ultramikroelementi - elementi čiji sadržaj u ćeliji ne prelazi 0,000001%. To su uran, zlato, živa, cezij itd.

Voda i njezin biološki značaj

Voda se kvantitativno svrstava među kemijski spojevi prvo mjesto u svim ćelijama. Ovisno o vrsti stanica, njihovom funkcionalnom stanju, vrsti organizma i uvjetima njegove prisutnosti, njegov sadržaj u stanicama značajno varira.

Stanice koštanog tkiva ne sadrže više od 20% vode, masno tkivo - oko 40%, mišićne stanice - 76%, a embrionalne stanice - više od 90%.

Napomena 1

U stanicama bilo kojeg organizma s godinama se količina vode značajno smanjuje.

Otuda zaključak da što je veća funkcionalna aktivnost organizma u cjelini i svake stanice zasebno, to je veći njihov sadržaj vode i obrnuto.

Napomena 2

Preduvjet za vitalnu aktivnost stanica je prisutnost vode. Glavni je dio citoplazme, podržava njezinu strukturu i stabilnost koloida koji čine citoplazmu.

Uloga vode u stanici određena je njezinim kemijskim i strukturnim svojstvima. Prije svega, to je zbog male veličine molekula, njihovog polariteta i sposobnosti kombiniranja pomoću vodikovih veza.

Vodikove veze nastaju uz sudjelovanje atoma vodika spojenih na elektronegativni atom (obično kisik ili dušik). U tom slučaju atom vodika dobiva tako veliki pozitivni naboj da može stvoriti novu vezu s drugim elektronegativnim atomom (kisik ili dušik). Molekule vode se također vežu jedna na drugu, pri čemu jedan kraj ima pozitivan naboj, a drugi negativan. Takva molekula se zove dipol. Elektronegativniji atom kisika jedne molekule vode privlači pozitivno nabijeni atom vodika druge molekule i stvara vodikovu vezu.

Zbog činjenice da su molekule vode polarne i sposobne stvarati vodikove veze, voda je savršeno otapalo za polarne tvari, tzv. hidrofilna. To su spojevi ionske prirode, u kojima se nabijene čestice (ioni) disociraju (odvajaju) u vodi kada se tvar (sol) otopi. Istu sposobnost imaju i neki neionski spojevi, u čijoj se molekuli nalaze nabijene (polarne) skupine (u šećerima, aminokiselinama, jednostavnim alkoholima, to su OH skupine). Tvari koje se sastoje od nepolarnih molekula (lipida) praktički su netopive u vodi, tj. hidrofobi.

Kada tvar prijeđe u otopinu, njezine strukturne čestice (molekule ili ioni) stječu sposobnost slobodnijeg gibanja, te se, sukladno tome, povećava reaktivnost tvari. Zbog toga je voda glavni medij u kojem se odvija većina kemijskih reakcija. Osim toga, sve redoks reakcije i reakcije hidrolize odvijaju se uz izravno sudjelovanje vode.

Voda ima najveći specifični toplinski kapacitet od svih poznatih tvari. To znači da sa značajnim povećanjem toplinske energije temperatura vode raste relativno malo. To je zbog upotrebe značajne količine te energije za razbijanje vodikovih veza, koje ograničavaju pokretljivost molekula vode.

Voda zbog svog velikog toplinskog kapaciteta služi kao zaštita biljnim i životinjskim tkivima od snažnog i brzog porasta temperature, a visoka toplina isparavanja temelj je pouzdane stabilizacije tjelesne temperature. Potreba za značajnom količinom energije za isparavanje vode posljedica je činjenice da između njezinih molekula postoje vodikove veze. Ta energija dolazi iz okoline pa je isparavanje popraćeno hlađenjem. Taj se proces može uočiti tijekom znojenja, u slučaju vrućine dahtanja kod pasa, važan je i u procesu hlađenja transpirijskih organa biljaka, osobito u pustinjskim uvjetima te u uvjetima suhih stepa i sušnih razdoblja u drugim krajevima.

Voda također ima visoku toplinsku vodljivost, što osigurava ravnomjernu raspodjelu topline po cijelom tijelu. Dakle, ne postoji rizik od lokalnih "vrućih točaka" koje mogu uzrokovati oštećenje staničnih elemenata. To znači da visoki specifični toplinski kapacitet i visoka toplinska vodljivost tekućine čine vodu idealnim medijem za održavanje optimalnog toplinskog režima tijela.

Voda ima visoku površinsku napetost. Ovo svojstvo je vrlo važno za procesi adsorpcije, kretanje otopina kroz tkiva (cirkulacija krvi, kretanje prema gore i dolje kroz biljku itd.).

Voda se koristi kao izvor kisika i vodika, koji se oslobađaju tijekom svjetlosne faze fotosinteze.

Važna fiziološka svojstva vode uključuju njezinu sposobnost otapanja plinova ($O_2$, $CO_2$, itd.). Osim toga, voda kao otapalo sudjeluje u procesu osmoze, koja igra važnu ulogu u životu stanica i tijela.

Svojstva ugljikovodika i njegova biološka uloga

Ako ne uzmemo u obzir vodu, možemo reći da većina staničnih molekula pripada ugljikovodičnim, takozvanim organskim spojevima.

Napomena 3

Ugljikovodik, koji ima jedinstvene kemijske sposobnosti temeljne za život, njegova je kemijska osnova.

Zahvaljujući mala veličina i dostupnost na vanjska ljuskačetiri elektrona, atom ugljikovodika može formirati četiri jake kovalentne veze s drugim atomima.

Najvažnija je sposobnost atoma ugljikovodika da se međusobno spajaju, tvoreći lance, prstenove i, konačno, kostur velikih i složenih organskih molekula.

Osim toga, ugljikovodik lako stvara kovalentne veze s drugim biogenim elementima (obično s $H, Mg, P, O, S$). To objašnjava postojanje astronomskog broja raznolikih organski spojevi koji osiguravaju postojanje živih organizama u svim njegovim manifestacijama. Njihova se raznolikost očituje u građi i veličini molekula, njihovim kemijska svojstva, stupanj zasićenosti ugljičnog kostura i drugačiji oblik molekule, što je određeno kutovima unutarmolekulskih veza.

Biopolimeri

Riječ je o visokomolekularnim (molekularne mase 103 - 109) organskim spojevima, čije se makromolekule sastoje od velikog broja ponavljajućih jedinica - monomera.

Biopolimeri su proteini, nukleinske kiseline, polisaharidi i njihovi derivati (škrob, glikogen, celuloza, hemiceluloza, pektin, hitin, itd.). Monomeri za njih su aminokiseline, nukleotidi i monosaharidi.

Napomena 4

Oko 90% suhe mase stanice čine biopolimeri: u biljkama prevladavaju polisaharidi, a u životinjama proteini.

Primjer 1

U bakterijskoj stanici nalazi se oko 3 tisuće vrsta proteina i 1 tisuću nukleinskih kiselina, a kod ljudi se broj proteina procjenjuje na 5 milijuna.

Biopolimeri ne samo da čine strukturnu osnovu živih organizama, već imaju i vodeću ulogu u životnim procesima.

Strukturna osnova biopolimera su linearni (proteini, nukleinske kiseline, celuloza) ili razgranati (glikogen) lanci.

I nukleinske kiseline, imunološke reakcije, metaboličke reakcije - i provode se zbog stvaranja biopolimernih kompleksa i drugih svojstava biopolimera.

Danas je mnogo toga otkriveno i izolirano u svom čistom obliku kemijski elementi periodne tablice, a petina ih se nalazi u svakom živom organizmu. Oni su, poput cigle, glavne komponente organskih i anorganske tvari.

Koji su kemijski elementi dio stanice, biologija kojih se tvari može koristiti za procjenu njihove prisutnosti u tijelu - sve ćemo to razmotriti kasnije u članku.

Kolika je postojanost kemijskog sastava

Za održavanje stabilnosti u tijelu, svaka stanica mora održavati koncentraciju svake svoje komponente na konstantnoj razini. Ovu razinu određuju vrste, stanište, okolišni čimbenici.

Da bismo odgovorili na pitanje koji su kemijski elementi dio stanice, potrebno je jasno razumjeti da bilo koja tvar sadrži bilo koju od komponenti periodnog sustava.

Ponekad u pitanju oko stotinki i tisućinki postotka sadržaja određenog elementa u ćeliji, ali u isto vrijeme promjena imenovanog broja za barem tisućiti dio već može nositi ozbiljne posljedice za tijelo.

Od 118 kemijskih elemenata u ljudskoj stanici trebalo bi ih biti najmanje 24. Ne postoje takve komponente koje bi se nalazile u živom organizmu, a nisu bile dio neživih objekata prirode. Ova činjenica potvrđuje blisku povezanost živog i neživog u ekosustavu.

Uloga raznih elemenata koji čine stanicu

Dakle, koji su kemijski elementi koji čine stanicu? Njihova uloga u životu organizma, valja napomenuti, izravno ovisi o učestalosti pojavljivanja i njihovoj koncentraciji u citoplazmi. Međutim, unatoč različit sadržaj elemenata u ćeliji, značaj svakog od njih je jednako velik. Nedostatak bilo kojeg od njih može dovesti do štetnog učinka na tijelo, isključujući najvažnije bio kemijske reakcije.

Navodeći koji su kemijski elementi dio ljudske stanice, moramo spomenuti tri glavne vrste, koje ćemo razmotriti u nastavku:

Glavni biogeni elementi stanice

Nije iznenađujuće da su elementi O, C, H, N biogeni, jer tvore sve organske i mnoge anorganske tvari. Nemoguće je zamisliti proteine, masti, ugljikohidrate ili nukleinske kiseline bez ovih bitnih komponenti za tijelo.

Funkcija ovih elemenata odredila je njihov visok sadržaj u tijelu. Zajedno čine 98% ukupne suhe tjelesne težine. Kako se još može očitovati aktivnost ovih enzima?

Kisik. Njegov sadržaj u stanici je oko 62% ukupne suhe mase. Funkcije: izgradnja organskih i anorganskih tvari, sudjelovanje u respiratornom lancu;
Ugljik. Njegov sadržaj doseže 20%. Glavna funkcija: uključeno u sve;
Vodik. Njegova koncentracija zauzima vrijednost od 10%. Osim što je sastavni dio organske tvari i vode, ovaj element također sudjeluje u energetskim transformacijama;
Dušik. Iznos ne prelazi 3-5%. Njegova glavna uloga je stvaranje aminokiselina, nukleinskih kiselina, ATP-a, mnogih vitamina, hemoglobina, hemocijanina, klorofila.

To su kemijski elementi koji čine stanicu i čine većinu tvari potrebnih za normalan život.

Važnost makronutrijenata

Makronutrijenti će također pomoći da se sugerira koji su kemijski elementi dio stanice. Iz kolegija biologije postaje jasno da, osim glavnih, 2% suhe mase čine i druge komponente periodnog sustava. A makronutrijenti uključuju one čiji sadržaj nije niži od 0,01%. Njihove glavne funkcije prikazane su u obliku tablice.


kalcij (Ca)		Odgovoran za kontrakciju mišićnih vlakana, dio je pektina, kostiju i zuba. Poboljšava zgrušavanje krvi.
fosfor (P)		Dio je najvažnijeg izvora energije – ATP-a.
		Sudjeluje u stvaranju disulfidnih mostova tijekom savijanja proteina u tercijarnu strukturu. Uključeno u sastav cisteina i metionina, nekih vitamina.
		Kalijevi ioni su uključeni u stanice i također utječu na membranski potencijal.
		Glavni anion u tijelu
natrij (Na)		Analog kalija uključen u iste procese.
magnezij (Mg)		Magnezijevi ioni su regulatori procesa U središtu molekule klorofila nalazi se i atom magnezija.
		Sudjeluje u transportu elektrona kroz ETC disanja i fotosinteze, strukturna je karika mioglobina, hemoglobina i mnogih enzima.

Nadamo se da je iz navedenog lako odrediti koji su kemijski elementi dio stanice i makroelementi.

elementi u tragovima

Postoje i takve komponente stanice, bez kojih tijelo ne može normalno funkcionirati, ali je njihov sadržaj uvijek manji od 0,01%. Odredimo koji su kemijski elementi dio stanice i pripadaju skupini mikroelemenata.


		Dio je enzima DNA i RNA polimeraza, kao i mnogih hormona (na primjer, inzulina).
		Sudjeluje u procesima fotosinteze, sinteze hemocijanina i nekih enzima.
		Strukturna je komponenta hormona T3 i T4 štitnjače
mangan (Mn)	manje od 0,001	Uključeno u enzime, kosti. Sudjeluje u fiksaciji dušika u bakterijama
	manje od 0,001	Utječe na proces rasta biljaka.
		Dio je kostiju i zubne cakline.

Organske i anorganske tvari

Osim ovih, koji su još kemijski elementi uključeni u sastav stanice? Odgovori se mogu pronaći jednostavnim proučavanjem strukture većine tvari u tijelu. Među njima se razlikuju molekule organskog i anorganskog podrijetla, a svaka od tih skupina u svom sastavu ima fiksni skup elemenata.

Glavne klase organskih tvari su proteini, nukleinske kiseline, masti i ugljikohidrati. U potpunosti su izgrađeni od glavnih biogenih elemenata: kostur molekule uvijek čini ugljik, a vodik, kisik i dušik dio su radikala. Kod životinja dominantna klasa su proteini, a u biljkama polisaharidi.

Anorganske tvari su sve mineralne soli i, naravno, voda. Među svim anorganskim tvarima u stanici najviše je H 2 O u kojem su otopljene ostale tvari.

Sve navedeno pomoći će vam da odredite koji su kemijski elementi dio stanice, a njihove funkcije u tijelu vam više neće biti misterij.

U stanicama različitih organizama pronađeno je oko 70 elemenata periodični sustav elemenata D. I. Mendelejeva, ali samo 24 od njih imaju dobro utvrđenu vrijednost i nalaze se stalno u svim vrstama stanica.

najveći specifična gravitacija u elementarnom sastavu stanice otpada na kisik, ugljik, vodik i dušik. To su tzv glavni ili hranjive tvari. Ti elementi čine više od 95% mase stanica, a njihov je relativni sadržaj u živoj tvari mnogo veći nego u Zemljina kora. Također su vitalni kalcij, fosfor, sumpor, kalij, klor, natrij, magnezij, jod i željezo. Njihov sadržaj u ćeliji izračunava se u desetinkama i stotinkama postotka. Navedeni elementi čine grupu makronutrijenti.

Ostali kemijski elementi: bakar, mangan, molibden, kobalt, cink, bor, fluor, krom, selen, aluminij, jod, željezo, silicij – nalaze se u iznimno malim količinama (manje od 0,01% mase stanice). Oni pripadaju grupi elementi u tragovima.

Postotak jednog ili drugog elementa u tijelu ni na koji način ne karakterizira stupanj njegove važnosti i nužnosti u tijelu. Tako, na primjer, mnogi elementi u tragovima su dio raznih biološki aktivnih tvari - enzima, vitamina (kobalt je dio vitamina B 12), hormona (jod je dio tiroksina); utječu na rast i razvoj organizama (cink, mangan, bakar) , hematopoezu (željezo, bakar), procese staničnog disanja (bakar, cink) itd. Sadržaj i značaj za život stanica i tijela u cjelini raznih kemijskih elemenata dat je u tablici:

Najvažniji kemijski elementi stanice

Element	Simbol	Okvirni sadržaj, %	Značaj za stanicu i organizam
Kisik	O	62	Uključeno u vodu i organske tvari; uključeni u stanično disanje
Ugljik	C	20	Uključeno u sve organske tvari
Vodik	H	10	Uključeno u vodu i organske tvari; sudjeluje u procesima pretvorbe energije
Dušik	N	3	Uključeno u aminokiseline, proteine, nukleinske kiseline, ATP, klorofil, vitamine
Kalcij	ca	2,5	Dio je stanične stijenke biljaka, kostiju i zuba, povećava zgrušavanje krvi i kontraktilnost mišićnih vlakana
Fosfor	P	1,0	Uključeno u koštano tkivo i zubnu caklinu, nukleinske kiseline, ATP, neke enzime
Sumpor	S	0,25	Uključen u aminokiseline (cistein, cistin i metionin), neke vitamine, sudjeluje u stvaranju disulfidnih veza u stvaranju tercijarne strukture proteina
Kalij	K	0,25	Sadrži se u stanici samo u obliku iona, aktivira enzime sinteze proteina, uzrokuje normalan ritam srčane aktivnosti, sudjeluje u procesima fotosinteze, stvaranju bioelektričnih potencijala
Klor	Cl	0,2	U tijelu životinja prevladava negativni ion. Komponenta klorovodične kiseline u želučanom soku
Natrij	Na	0,10	Sadrži u stanici samo u obliku iona, uzrokuje normalan ritam srčane aktivnosti, utječe na sintezu hormona
Magnezij	mg	0,07	Uključen u molekule klorofila, kao i kosti i zube, aktivira energetski metabolizam i sintezu DNK
Jod	ja	0,01	Uključeno u hormone štitnjače
Željezo	Fe	0,01	Dio je mnogih enzima, hemoglobina i mioglobina, sudjeluje u biosintezi klorofila, u transportu elektrona, u procesima disanja i fotosinteze
Bakar	Cu	Tragovi	Uključen je u sastav hemocijanina u beskralježnjaka, u sastav nekih enzima, sudjeluje u procesima hematopoeze, fotosinteze, sinteze hemoglobina
Mangan	Mn	Tragovi	Dio je ili povećava aktivnost određenih enzima, sudjeluje u razvoju kostiju, asimilaciji dušika i procesu fotosinteze
Molibden	Mo	Tragovi	Dio je nekih enzima (nitrat reduktaze), sudjeluje u procesima vezanja atmosferskog dušika bakterijama nodula
Kobalt	co	Tragovi	Uključen u vitamin B 12, sudjeluje u fiksaciji atmosferskog dušika bakterijama kvržica
Bor	B	Tragovi	Utječe na procese rasta biljaka, aktivira obnavljajuće enzime disanja
Cinkov	Zn	Tragovi	Dio je nekih enzima koji razgrađuju polipeptide, sudjeluje u sintezi biljnih hormona (auksina) i glikolizi
Fluor	F	Tragovi	Dio cakline zuba i kostiju

Stanica je osnovna jedinica života na Zemlji. Ima sve karakteristike živog organizma: raste, razmnožava se, izmjenjuje tvari i energiju s okolinom te reagira na vanjske podražaje. Početak biološke evolucije povezan je s pojavom staničnih oblika života na Zemlji. Jednostanični organizmi su stanice koje postoje odvojeno jedna od druge. Tijelo svih višestaničnih organizama – životinja i biljaka – građeno je od više ili manje stanica, koje su svojevrsni gradivni blokovi koji čine složeni organizam. Bez obzira na to je li stanica integralni živi sustav - zaseban organizam ili je samo njegov dio, ona je obdarena skupom značajki i svojstava zajedničkih za sve stanice.

Kemijski sastav stanice

U stanicama je pronađeno oko 60 elemenata periodnog sustava Mendeljejeva, koji se nalaze i u neživoj prirodi. Ovo je jedan od dokaza zajedništva žive i nežive prirode. U živim organizmima najčešći su vodik, kisik, ugljik i dušik, koji čine oko 98% mase stanica. To je zbog osobitosti kemijskih svojstava vodika, kisika, ugljika i dušika, zbog čega su se pokazali najprikladnijima za stvaranje molekula koje obavljaju biološke funkcije. Ova četiri elementa mogu formirati vrlo jake kovalentne veze kroz uparivanje elektrona koji pripadaju dva atoma. Kovalentno vezani atomi ugljika mogu tvoriti okosnicu nebrojenih različitih organskih molekula. Budući da atomi ugljika lako stvaraju kovalentne veze s kisikom, vodikom, dušikom, a također i sa sumporom, organske molekule postižu iznimnu složenost i raznoliku strukturu.

Osim četiri glavna elementa, stanica sadrži željezo, kalij, natrij, kalcij, magnezij, klor, fosfor i sumpor u zamjetnim količinama (10. i 100. dio postotka). Svi ostali elementi (cink, bakar, jod, fluor, kobalt, mangan itd.) nalaze se u stanici u vrlo malim količinama i zato se nazivaju mikroelementima.

Kemijski elementi su dio anorganskih i organskih spojeva. Anorganski spojevi uključuju vodu, mineralne soli, ugljični dioksid, kiseline i baze. Organski spojevi su proteini, nukleinske kiseline, ugljikohidrati, masti (lipidi) i lipoidi. Osim kisika, vodika, ugljika i dušika, u njihov sastav mogu biti uključeni i drugi elementi. Neki proteini sadrže sumpor. Fosfor je sastavni dio nukleinskih kiselina. Molekula hemoglobina uključuje željezo, magnezij je uključen u izgradnju molekule klorofila. Elementi u tragovima, unatoč iznimno niskom sadržaju u živim organizmima, igraju važnu ulogu u životnim procesima. Jod je dio hormona štitnjače - tiroksin, kobalt - u sastavu vitamina B 12 hormon otočića gušterače - inzulin - sadrži cink. Kod nekih riba mjesto željeza u molekulama pigmenata koji nose kisik zauzima bakar.

anorganske tvari

Voda. H 2 O je najčešći spoj u živim organizmima. Njegov sadržaj u različitim stanicama varira u prilično širokom rasponu: od 10% u zubnoj caklini do 98% u tijelu meduze, ali u prosjeku iznosi oko 80% tjelesne težine. Izuzetno važnu ulogu vode u osiguravanju životnih procesa duguje njezinoj fizička i kemijska svojstva. Polaritet molekula i sposobnost stvaranja vodikovih veza čine vodu dobrim otapalom za ogroman broj tvari. Većina kemijskih reakcija koje se odvijaju u stanici može se dogoditi samo u vodenoj otopini. Voda je također uključena u mnoge kemijske transformacije.

Ukupni broj vodikovih veza između molekula vode varira ovisno o t °. Na t ° otapanje leda uništava približno 15% vodikovih veza, na t ° 40 ° C - pola. Pri prijelazu u plinovito stanje sve vodikove veze se razaraju. Ovo objašnjava visoku određena toplina voda. Kada se promijeni t° vanjskog okruženja, voda apsorbira ili otpušta toplinu zbog pucanja ili novog stvaranja vodikovih veza. Na taj način su fluktuacije t° unutar ćelije manje nego u okoliš. Visoka toplina isparavanja temelj je učinkovitog mehanizma prijenosa topline u biljkama i životinjama.

Voda kao otapalo sudjeluje u fenomenima osmoze, koja igra važnu ulogu u vitalnoj aktivnosti tjelesnih stanica. Osmoza se odnosi na prodiranje molekula otapala kroz polupropusnu membranu u otopinu tvari. Polupropusne membrane su membrane koje propuštaju molekule otapala, ali ne propuštaju molekule (ili ione) otopljene tvari. Stoga je osmoza jednosmjerna difuzija molekula vode u smjeru otopine.

mineralne soli. Većina anorganskih in-stanica je u obliku soli u disociranom ili čvrstom stanju. Koncentracija kationa i aniona u stanici i u njenom okruženju nije ista. Stanica sadrži dosta K i puno Na. U izvanstaničnom okruženju, na primjer, u krvnoj plazmi, u morskoj vodi, naprotiv, ima puno natrija, a malo kalija. Podražljivost stanica ovisi o omjeru koncentracija iona Na +, K+, Ca 2+, Mg 2+. U tkivima višestaničnih životinja K je dio višestanične tvari koja osigurava koheziju stanica i njihov uredan raspored. Osmotski tlak u stanici i njezina puferska svojstva uvelike ovise o koncentraciji soli. Puferiranje je sposobnost stanice da održava blago alkalnu reakciju svog sadržaja na konstantnoj razini. Puferiranje unutar stanice osiguravaju uglavnom ioni H 2 PO 4 i HPO 4 2-. U izvanstaničnim tekućinama i u krvi, H 2 CO 3 i HCO 3 - igraju ulogu pufera. Anioni vežu H ione i hidroksidne ione (OH -), zbog čega se reakcija unutar stanice izvanstaničnih tekućina praktički ne mijenja. Netopljive mineralne soli (na primjer, Ca fosfat) daju snagu koštanom tkivu kralježnjaka i školjki mekušaca.

Organska tvar stanice

Vjeverice. Među organskim tvarima stanice bjelančevine su na prvom mjestu i po količini (10-12% ukupne mase stanice) i po vrijednosti. Proteini su polimeri visoke molekularne težine (s molekulskom težinom od 6000 do 1 milijun ili više) čiji su monomeri aminokiseline. Živi organizmi koriste 20 aminokiselina, iako ih ima mnogo više. Sastav bilo koje aminokiseline uključuje amino skupinu (-NH 2), koja ima bazična svojstva, i karboksilnu skupinu (-COOH), koja ima kisela svojstva. Dvije aminokiseline se spajaju u jednu molekulu uspostavljanjem HN-CO veze uz oslobađanje molekule vode. Veza između amino skupine jedne aminokiseline i karboksilne skupine druge zove se peptidna veza. Proteini su polipeptidi koji sadrže desetke ili stotine aminokiselina. Molekule različitih proteina razlikuju se jedna od druge po molekularnoj težini, broju, sastavu aminokiselina i njihovom slijedu u polipeptidnom lancu. Jasno je, dakle, da su proteini velike raznolikosti, njihov broj u svim vrstama živih organizama procjenjuje se na 10 10 - 10 12.

Lanac aminokiselinskih jedinica povezanih kovalentnim peptidnim vezama u određenom slijedu naziva se primarna struktura proteina. U stanicama proteini imaju oblik spiralno uvijenih vlakana ili kuglica (globula). To je zbog činjenice da je u prirodnom proteinu polipeptidni lanac presavijen na strogo definiran način, ovisno o kemijska struktura njegove sastavne aminokiseline.

Najprije se polipeptidni lanac smota u spiralu. Privlačenje nastaje između atoma susjednih zavoja i stvaraju se vodikove veze, posebno između NH- i CO grupe nalazi na susjednim zavojima. Lanac aminokiselina, uvijen u obliku spirale, tvori sekundarnu strukturu proteina. Kao rezultat daljnjeg savijanja spirale, nastaje konfiguracija specifična za svaki protein, nazvana tercijarna struktura. Tercijarna struktura je posljedica djelovanja kohezivnih sila između hidrofobnih radikala prisutnih u nekim aminokiselinama i kovalentnih veza između SH skupina aminokiselina cisteina ( S-S priključci). Broj hidrofobnih radikala aminokiselina i cisteina, kao i redoslijed njihovog rasporeda u polipeptidnom lancu, specifičan je za svaki protein. Posljedično, značajke tercijarne strukture proteina određene su njegovom primarnom strukturom. Protein pokazuje biološku aktivnost samo u obliku tercijarne strukture. Stoga, zamjena čak i jedne aminokiseline u polipeptidnom lancu može dovesti do promjene konfiguracije proteina i do smanjenja ili gubitka njegove biološke aktivnosti.

U nekim slučajevima, proteinske molekule se međusobno kombiniraju i svoju funkciju mogu obavljati samo u obliku kompleksa. Dakle, hemoglobin je kompleks od četiri molekule i samo u tom obliku je sposoban vezati i transportirati kisik.Takvi agregati predstavljaju kvarternu strukturu proteina. Prema svom sastavu, proteini se dijele u dvije glavne klase - jednostavne i složene. Jednostavni proteini sastoje se samo od aminokiselina nukleinskih kiselina (nukleotida), lipida (lipoproteina), Me (proteini metala), P (fosfoproteini).

Funkcije proteina u stanici iznimno su raznolike. Jedna od najvažnijih je građevna funkcija: proteini sudjeluju u stvaranju svih staničnih membrana i staničnih organela, kao i unutarstaničnih struktura. Od iznimne je važnosti enzimska (katalitička) uloga proteina. Enzimi ubrzavaju kemijske reakcije koje se odvijaju u stanici za 10 ki i 100 milijuna puta. Motoričku funkciju osiguravaju posebni kontraktilni proteini. Ovi proteini sudjeluju u svim vrstama pokreta za koje su stanice i organizmi sposobne: treperenje trepljica i lupanje bića u protozoa, kontrakcija mišića kod životinja, kretanje lišća u biljkama itd. Transportna funkcija proteina je vezanje kemijskih elemenata. (npr. hemoglobin veže O) ili biološki aktivne tvari (hormone) i prenosi ih u tkiva i organe tijela. Zaštitna funkcija se izražava u obliku proizvodnje posebnih proteina, nazvanih antitijela, kao odgovor na prodor stranih proteina ili stanica u tijelo. Antitijela vežu i neutraliziraju strane tvari. Proteini imaju važnu ulogu kao izvori energije. S potpunim cijepanjem od 1g. proteina se oslobađa 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Ugljikohidrati. Ugljikohidrati ili saharidi su organski spojevi opća formula(CH20) n. Većina ugljikohidrata ima dvostruko veći broj H atoma više broja O atomi, kao u molekulama vode. Stoga su se te tvari nazivale ugljikohidratima. U živoj stanici ugljikohidrati se nalaze u količinama ne većim od 1-2, ponekad i 5% (u jetri, u mišićima). Biljne stanice su najbogatije ugljikohidratima, gdje njihov sadržaj u nekim slučajevima doseže 90% mase suhe tvari (sjemenke, gomolji krumpira i dr.).

Ugljikohidrati su jednostavni i složeni. jednostavni ugljikohidrati nazvani monosaharidi. Ovisno o broju atoma ugljikohidrata u molekuli, monosaharidi se nazivaju trioze, tetroze, pentoze ili heksoze. Od šest ugljikovih monosaharida najvažnije su heksoze, glukoza, fruktoza i galaktoza. Glukoza je sadržana u krvi (0,1-0,12%). Pentoze riboza i deoksiriboza dio su nukleinskih kiselina i ATP-a. Ako se dva monosaharida spoje u jednu molekulu, takav spoj naziva se disaharid. Dijetalni šećer, dobiven od trske ili šećerne repe, sastoji se od jedne molekule glukoze i jedne molekule fruktoze, mliječni šećer - od glukoze i galaktoze.

Složeni ugljikohidrati formirani od mnogih monosaharida nazivaju se polisaharidi. Monomer takvih polisaharida kao što su škrob, glikogen, celuloza je glukoza. Ugljikohidrati obavljaju dvije glavne funkcije: izgradnju i energiju. Celuloza tvori stijenke biljnih stanica. Složeni polisaharid hitin glavna je strukturna komponenta egzoskeleta člankonožaca. Hitin također obavlja graditeljsku funkciju u gljivama. Ugljikohidrati imaju ulogu glavnog izvora energije u stanici. U procesu oksidacije 1 g ugljikohidrata oslobađa se 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Škrob u biljkama i glikogen u životinjama pohranjuju se u stanicama i služe kao rezerva energije.

Nukleinske kiseline. Vrijednost nukleinskih kiselina u stanici je vrlo visoka. Osobitosti njihove kemijske strukture pružaju mogućnost pohrane, prijenosa i prijenosa nasljeđivanjem stanicama kćerima informacija o strukturi proteinskih molekula koje se sintetiziraju u svakom tkivu u određenoj fazi. individualni razvoj. Budući da je većina svojstava i značajki stanica zaslužna za proteine, jasno je da je stabilnost nukleinskih kiselina bitno stanje normalno funkcioniranje stanica i cijelih organizama. Bilo kakve promjene u strukturi stanica ili aktivnosti fizioloških procesa u njima, čime utječu na život. Proučavanje strukture nukleinskih kiselina iznimno je važno za razumijevanje nasljeđivanja osobina u organizmima i obrazaca funkcioniranja kako pojedinih stanica tako i staničnog sustava – tkiva i organa.

Postoje 2 vrste nukleinskih kiselina - DNK i RNA. DNK je polimer koji se sastoji od dvije nukleotidne spirale, zatvorene tako da se formira dvostruka spirala. Monomeri molekula DNA su nukleotidi koji se sastoje od dušične baze (adenin, timin, gvanin ili citozin), ugljikohidrata (deoksiriboza) i ostatka fosforne kiseline. Dušične baze u molekuli DNA međusobno su povezane nejednakim brojem H-veza i raspoređene su u parovima: adenin (A) je uvijek protiv timina (T), gvanin (G) protiv citozina (C). Shematski, raspored nukleotida u molekuli DNK može se prikazati na sljedeći način:

Slika 1. Raspored nukleotida u molekuli DNA

Sa sl.1. Može se vidjeti da su nukleotidi međusobno povezani ne nasumično, već selektivno. Sposobnost selektivne interakcije adenina s timinom i guanina s citozinom naziva se komplementarnost. Komplementarna interakcija određenih nukleotida objašnjava se osobitostima prostornog rasporeda atoma u njihovim molekulama, što im omogućuje da se međusobno približavaju i tvore H-veze. U polinukleotidnom lancu, susjedni nukleotidi su međusobno povezani preko šećera (deoksiriboze) i ostatka fosforne kiseline. RNK je, kao i DNK, polimer čiji su monomeri nukleotidi. Dušične baze triju nukleotida su iste kao i one koje čine DNK (A, G, C); četvrti - uracil (U) - prisutan je u molekuli RNA umjesto timina. RNA nukleotidi se razlikuju od nukleotida DNK po strukturi ugljikohidrata (riboza umjesto deoksiriboze).

U RNA lancu, nukleotidi su povezani formiranjem kovalentne veze između riboze jednog nukleotida i ostatka fosforne kiseline drugog. Dvolančane RNA razlikuju se po strukturi. Dvolančane RNA čuvari su genetskih informacija u brojnim virusima, t.j. obavljaju funkcije kromosoma. Jednolančane RNA provode prijenos informacija o strukturi proteina od kromosoma do mjesta njihove sinteze i sudjeluju u sintezi proteina.

Postoji nekoliko tipova jednolančane RNA. Njihova imena su posljedica njihove funkcije ili položaja u ćeliji. Većina citoplazmatske RNA (do 80-90%) je ribosomska RNA (rRNA) sadržana u ribosomima. rRNA molekule su relativno male i sastoje se u prosjeku od 10 nukleotida. Druga vrsta RNA (mRNA) koja nosi informacije o slijedu aminokiselina u proteinima koji se sintetiziraju u ribosome. Veličina ovih RNA ovisi o duljini segmenta DNK iz kojeg su sintetizirane. Prijenosne RNA obavljaju nekoliko funkcija. Oni dostavljaju aminokiseline na mjesto sinteze proteina, "prepoznaju" (prema principu komplementarnosti) triplet i RNA koji odgovaraju prenesenoj aminokiselini i provode točnu orijentaciju aminokiseline na ribosomu.

Masti i lipoidi. Masti su spojevi masnih makromolekularnih kiselina i trihidričnog alkohola glicerola. Masti se ne otapaju u vodi – hidrofobne su. U stanici uvijek postoje i druge složene hidrofobne tvari slične mastima, zvane lipoidi. Jedna od glavnih funkcija masti je energija. Prilikom razgradnje 1 g masti do CO 2 i H 2 O oslobađa se veliki broj energija - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Sadržaj masti u stanici kreće se od 5-15% mase suhe tvari. U stanicama živog tkiva količina masti se povećava na 90%. Glavna funkcija masti u životinjskom (i dijelom biljnom) svijetu je skladištenje.

Potpunom oksidacijom 1 g masti (u ugljični dioksid i vodu) oslobađa se oko 9 kcal energije. (1 kcal \u003d 1000 cal; kalorija (cal, cal) je izvansustavna jedinica količine rada i energije, jednaka količini topline potrebne za zagrijavanje 1 ml vode za 1 ° C pri standardnom atmosferskom tlaku od 101,325 kPa; 1 kcal \u003d 4,19 kJ). Kada se oksidira (u tijelu) 1 g proteina ili ugljikohidrata, oslobađa se samo oko 4 kcal/g. U velikom broju vodenih organizama - od jednostaničnih dijatomeja do divovskih morskih pasa - masnoća će "plutati", smanjujući prosječnu tjelesnu gustoću. Gustoća životinjskih masti je oko 0,91-0,95 g/cm³. Gustoća kostiju kralježnjaka je blizu 1,7-1,8 g/cm³, a prosječna gustoća većine ostalih tkiva je blizu 1 g/cm³. Jasno je da je potrebno dosta sala da bi se "uravnotežio" težak kostur.

Masti i lipoidi izvode i građevna funkcija: Dio su staničnih membrana. Zbog loše toplinske vodljivosti, mast ima zaštitnu funkciju. Kod nekih životinja (tuljani, kitovi) taloži se u potkožnom masnom tkivu stvarajući sloj debljine do 1 m. Stvaranje nekih lipoida prethodi sintezi niza hormona. Posljedično, ove tvari imaju i funkciju regulacije metaboličkih procesa.

NA modernim uvjetima jedan od najhitnijih problema nastave kemije je osigurati praktičnu usmjerenost predmetnog znanja. To znači potrebu da se razjasni bliski odnos između proučavanih teorijskih stajališta i životne prakse, da se pokaže primijenjena priroda kemijskog znanja. Učenici su oduševljeni učenjem kemije. Kako bi se održao kognitivni interes učenika, potrebno ih je uvjeriti u učinkovitost kemijskih znanja, formirati osobnu potrebu za svladavanjem nastavnog gradiva.

Svrha ove lekcije: proširiti vidike učenika i povećati kognitivni interes za proučavanje predmeta, formirati svjetonazorske pojmove o spoznatnosti prirode. Predlaže se da se ovaj sat održi u 8. razredu nakon proučavanja kemijskih elemenata periodnog sustava, kada djeca već imaju predodžbu o njihovoj raznolikosti.

TIJEKOM NASTAVE

Učitelj, nastavnik, profesor:

Ništa drugo u prirodi nema
Ni tu ni tamo, u dubinama svemira:
Sve - od malih zrna pijeska do planeta -
Sastoji se od pojedinačnih elemenata.
Kao formula, kao raspored rada,
Struktura Mendeljejevskog sustava je stroga.
Svijet oko vas je živ
Uđite u njega, udahnite, dodirnite ga rukama.

Sat počinje kazališnom scenom "Tko je najvažniji za stolom?" (cm. dodatak 1).

Učitelj, nastavnik, profesor: Ljudsko tijelo sadrži 81 kemijski element od 92 koja se nalaze u prirodi. Ljudsko tijelo je složen kemijski laboratorij. Teško je zamisliti da naša svakodnevna dobrobit, raspoloženje, pa čak i apetit mogu ovisiti o mineralima. Bez njih vitamini su beskorisni, sinteza i razgradnja proteina, masti i ugljikohidrata su nemogući.

Na stolovima učenika nalaze se tablice “Biološka uloga kemijskih elemenata” (vidi. Prilog 2). Uzmite si vremena da je upoznate. Učitelj zajedno s učenicima analizira tablicu postavljajući pitanja.

Učitelj, nastavnik, profesor: Osnova života je šest elemenata iz prva tri razdoblja (H, C, N, O, P, S), koji čine 98% mase žive tvari (preostali elementi periodnog sustava nisu više od 2%).
Tri glavna svojstva biogenih elemenata (H, C, N, O, P, S):

male veličine atoma
mali rođak atomska masa,
sposobnost stvaranja jakih kovalentnih veza.

Učenicima se daju tekstovi (vidi. Dodatak 3). Zadatak: pažljivo pročitati tekst; istaknuti elemente potrebne za život i elemente opasne za žive organizme; pronaći ih u periodnom sustavu i objasniti njihovu ulogu.
Nakon obavljenog zadatka nekoliko učenika analizira različite tekstove.

Učitelj, nastavnik, profesor: Elementi-analozi u prirodnom okolišu ulaze u natjecanje i mogu se izmjenjivati u živim organizmima, negativno utječući na njih.
Zamjena natrija i kalija u organizmima životinja i ljudi litijem uzrokuje poremećaje živčanog sustava, budući da u tom slučaju stanice ne provode živčani impuls. Takvi poremećaji dovode do shizofrenije.
Talij, biološki konkurent kalija, zamjenjuje ga u staničnim stijenkama, utječe na središnji i periferni živčani sustav, gastrointestinalni trakt i bubrege.
Selen može zamijeniti sumpor u proteinima. To je jedini element koji u visokim razinama u biljkama može uzrokovati iznenadnu smrt životinja i ljudi koji ih jedu.
Kalcij, kada ga nedostaje u tlu, u tijelu se zamjenjuje stroncijem, koji postupno narušava normalnu strukturu kostura. Posebno je opasna zamjena kalcija stroncijem-90, koji se nakuplja u ogromnim količinama na mjestima nuklearnih eksplozija (prilikom testiranja nuklearnog oružja) ili tijekom nesreća u nuklearnim elektranama. Ovaj radionuklid uništava koštanu srž.
Kadmij se natječe s cinkom. Ovaj element smanjuje aktivnost probavnih enzima, remeti stvaranje glikogena u jetri, uzrokuje deformaciju skeleta, inhibira rast kostiju, a također uzrokuje jake bolove u donjem dijelu leđa i mišićima nogu, krhkost kostiju (na primjer, slomljena rebra pri kašljanju) . Ostale negativne posljedice su rak pluća i rektuma, disfunkcija gušterače. Oštećenje bubrega, smanjene razine željeza, kalcija, fosfora u krvi. Ovaj element inhibira procese samopročišćavanja u vodenim i kopnenim biljkama (na primjer, bilježi se 20-30 puta povećanje kadmija u listovima duhana).
Halogeni se vrlo lako mogu zamijeniti u tijelu. Višak fluora u okolišu (fluorirana voda, onečišćenje tla spojevima fluora oko pogona za proizvodnju aluminija i drugi razlozi) sprječava ulazak joda u ljudsko tijelo. Kao rezultat toga, bolest štitnjače endokrilni sustav općenito.

Unaprijed pripremljene poruke učenika.

1. učenik:

Srednjovjekovni alkemičari su zlato smatrali savršenstvom, a druge metale pogreškom u činu stvaranja i, kao što znate, uložili su velike napore da tu pogrešku otklone. Ideja o uvođenju zlata u medicinsku praksu pripisuje se Paracelzusu, koji je proglasio da cilj kemije ne bi trebao biti pretvaranje svih metala u zlato, već priprema lijekova. Lijekovi napravljeni od zlata i njegovih spojeva isprobani su u liječenju mnogih bolesti. Liječili su se od gube, lupusa i tuberkuloze. Kod osoba osjetljivih na zlato može uzrokovati poremećaj sastava krvi, reakciju bubrega, jetre, utjecati na raspoloženje, rast zuba, kose. Zlato osigurava rad živčanog sustava. Nalazi se u kukuruzu. A snaga krvnih žila ovisi o germaniju. Jedini prehrambeni proizvod koji sadrži germanij je češnjak.

2. učenik:

NA ljudsko tijelo najveća količina bakra nalazi se u mozgu i jetri, a sama ta okolnost ukazuje na njegovu važnost u životu. Utvrđeno je da se s bolovima povećava koncentracija bakra u krvi i cerebrospinalnoj tekućini. U Siriji i Egiptu novorođenčad nose bakrene narukvice kako bi spriječili rahitis i epilepsiju.

3. učenik:

ALUMINIJ

Aluminijsko posuđe naziva se priborom siromašnih, jer ovaj metal doprinosi razvoju senilne ateroskleroze. Prilikom kuhanja u takvim jelima, aluminij djelomično prelazi u tijelo, gdje se nakuplja.

4. učenik:

Koji se element nalazi u jabukama? (Željezo.)
Koja je njegova biološka uloga? (Tijelo sadrži 3 g željeza, od čega je 2 g u krvi. Željezo je dio hemoglobina. Nedovoljna količina željeza dovodi do glavobolja, brzi zamor.)

Zatim učenici provode laboratorijski pokus čija je svrha eksperimentalno dokazati djelovanje soli određenih metala na proteine. Pomiješaju protein s otopinama lužine i bakrenog sulfata i promatraju taloženje ljubičastog taloga. Donesite zaključak o uništenju proteina.

5. učenik:

Čovjek je također priroda.
On je također zalazak i izlazak sunca.
I ima četiri godišnja doba.
I poseban potez u glazbi.

I poseban sakrament boje,
Sad okrutnom, sad dobrom vatrom.
Čovjek je zima. Ili ljeto.
Ili jesen. Uz grmljavinu i kišu.

Sve sadržano u sebi - milje i vrijeme.
I od atomskih oluja bio je slijep.
Čovjek je i tlo i sjeme.
I korov usred polja. I kruh.

A kakvo je vrijeme u njemu?
Koliko je tu samoće? Sastanci?
I čovjek je priroda...
Pa pazimo na prirodu!

(S. Ostrovoj)

Za konsolidaciju znanja stečenog na lekciji provodi se test "Osmijeh" (vidi. Dodatak 4).
Zatim se predlaže popuniti križaljku "Kemijski kaleidoskop" (vidi. Prilog 5).
Učitelj sažima sat, bilježi najaktivnije učenike.

6. učenik:

Promjena, promjena!
Poziv pljušti.
Konačno je gotovo
Dosadna lekcija!

Povlačeći sumpor za pigtail,
Magnezij je projurio.
Jod je ispario iz učionice
Kao da se uopće nije dogodilo.

Fluor je slučajno zapalio vodu,
Klor je pojeo tuđu knjigu.
Ugljik iznenada s vodikom
Uspio sam postati nevidljiv.

U kutu se bore kalij i brom:
Ne dijele elektron.
Kisik - nestašan na bor
Prošla je galopirala na konju.

rabljene knjige:

O.V. Baidalina O primijenjenom aspektu kemijskog znanja. “Kemija u školi” broj 5, 2005
Kemija i ekologija u školskom kolegiju. “Prvi rujan” broj 14, 2005
I. N. Pimenova, A. V. Pimenov“Predavanja o opća biologija”, tutorial, Saratov, JSC Izdavačka kuća "Lyceum", 2003
O kemiji u stihovima, Tko je najvažniji u tablici? “Prvi rujan”, broj 15, 2005
Metali u ljudskom tijelu “Kemija u školi”, br. 6, 2005
Križaljka "Kemijski kaleidoskop". “Prvi rujan”, broj 1 4, 2005
– Idem na sat kemije. Knjiga za učitelja. M. “Prvi rujan”, 2002., str. 12.