Importanța celor mai importanți elemente și compuși chimici pentru celulă și organism. Elemente chimice din celulele organismelor vii - Knowledge Hypermarket

Compoziția elementară a corpului

De compoziție chimică Celulele diferitelor organisme pot diferi semnificativ, dar constau din aceleași elemente. Aproximativ 70 de elemente ale tabelului periodic al lui D.I. Mendeleev, dar doar 24 dintre ele sunt de mare importanță și se găsesc constant în organismele vii.

Macronutrienți - oxigen, hidrocarbură, hidrogen, azot - fac parte din moleculele substanțelor organice. Macroelementele includ recent potasiu, sodiu, calciu, sulf, fosfor, magneziu, fier, clor. Conținutul lor în celulă este de zecimi și sutimi de procent.

Magneziul face parte din clorofila; fier - hemoglobină; fosfor - țesut osos, acizi nucleici; calciu - oase, țestoase crustacee, sulf - în compoziția proteinelor; ionii de potasiu, sodiu și clorură participă la modificarea potențialului membranei celulare.

oligoelemente sunt prezentate într-o celulă cu sutimi și miimi de procent. Acestea sunt zinc, cupru, iod, fluor, molibden, bor etc.

Oligoelementele fac parte din enzime, hormoni, pigmenți.

Ultramicroelemente - elemente, al căror conținut în celulă nu depășește 0,000001%. Acestea sunt uraniul, aurul, mercurul, cesiul etc.

Apa și semnificația ei biologică

Apa se clasează cantitativ printre compuși chimici primul loc în toate celulele. În funcție de tipul de celule, de starea lor funcțională, de tipul de organism și de condițiile prezenței acestuia, conținutul său în celule variază semnificativ.

Celulele țesutului osos nu conțin mai mult de 20% apă, țesutul adipos - aproximativ 40%, celulele musculare - 76% și celulele embrionare - mai mult de 90%.

Observație 1

În celulele oricărui organism, cantitatea de apă scade semnificativ odată cu vârsta.

De aici concluzia că, cu cât activitatea funcțională a organismului în ansamblu și a fiecărei celule separat este mai mare, cu atât conținutul lor de apă este mai mare și invers.

Observația 2

O condiție prealabilă pentru activitatea vitală a celulelor este prezența apei. Este partea principală a citoplasmei, susține structura acesteia și stabilitatea coloizilor care alcătuiesc citoplasma.

Rolul apei într-o celulă este determinat de proprietățile sale chimice și structurale. În primul rând, acest lucru se datorează dimensiunii mici a moleculelor, polarității lor și capacității de a se combina folosind legături de hidrogen.

Legăturile de hidrogen se formează cu participarea atomilor de hidrogen conectați la un atom electronegativ (de obicei oxigen sau azot). În acest caz, atomul de hidrogen capătă o sarcină pozitivă atât de mare încât poate forma o nouă legătură cu un alt atom electronegativ (oxigen sau azot). Moleculele de apă se leagă, de asemenea, unele de altele, în care un capăt are o sarcină pozitivă, iar celălalt este negativ. O astfel de moleculă se numește dipol. Atomul de oxigen mai electronegativ al unei molecule de apă este atras de atomul de hidrogen încărcat pozitiv al altei molecule pentru a forma o legătură de hidrogen.

Datorită faptului că moleculele de apă sunt polare și capabile să formeze legături de hidrogen, apa este un solvent perfect pentru substanțele polare, care sunt numite hidrofil. Aceștia sunt compuși de natură ionică, în care particulele încărcate (ionii) se disociază (se separă) în apă atunci când o substanță (sare) este dizolvată. Unii compuși neionici au aceeași capacitate, în molecula cărora se află grupe încărcate (polare) (în zaharuri, aminoacizi, alcooli simpli, acestea sunt grupe OH). Substanțele formate din molecule nepolare (lipide) sunt practic insolubile în apă, adică hidrofobe.

Când o substanță trece într-o soluție, particulele sale structurale (molecule sau ioni) dobândesc capacitatea de a se mișca mai liber și, în consecință, reactivitatea substanței crește. Din acest motiv, apa este principalul mediu în care au loc cele mai multe reacții chimice. În plus, toate reacțiile redox și reacțiile de hidroliză au loc cu participarea directă a apei.

Apa are cea mai mare capacitate termică specifică dintre toate substanțele cunoscute. Aceasta înseamnă că, odată cu o creștere semnificativă a energiei termice, temperatura apei crește relativ ușor. Acest lucru se datorează utilizării unei cantități semnificative din această energie pentru a rupe legăturile de hidrogen, care limitează mobilitatea moleculelor de apă.

Datorită capacității sale ridicate de căldură, apa servește ca protecție pentru țesuturile vegetale și animale de o creștere puternică și rapidă a temperaturii, iar căldura mare de vaporizare este baza pentru stabilizarea fiabilă a temperaturii corpului. Necesitatea unei cantități semnificative de energie pentru a evapora apa se datorează faptului că între moleculele sale există legături de hidrogen. Această energie provine din mediu, așa că evaporarea este însoțită de răcire. Acest proces poate fi observat în timpul transpirației, în cazul gâfâitului de căldură la câini, este important și în procesul de răcire a organelor transpiratoare ale plantelor, mai ales în condiții de deșert și în condiții de stepă uscată și perioade de secetă în alte regiuni.

Apa are, de asemenea, o conductivitate termică ridicată, ceea ce asigură o distribuție uniformă a căldurii în întregul corp. Astfel, nu există riscul unor „puncte fierbinți” locale care pot provoca deteriorarea elementelor celulare. Aceasta înseamnă că capacitatea ridicată de căldură specifică și conductibilitatea termică ridicată pentru un lichid fac din apa un mediu ideal pentru menținerea regimului termic optim al organismului.

Apa are o tensiune superficială ridicată. Această proprietate este foarte importantă pentru procesele de adsorbție, mișcarea soluțiilor prin țesuturi (circulația sângelui, mișcarea în sus și în jos prin plantă etc.).

Apa este folosită ca sursă de oxigen și hidrogen, care sunt eliberate în timpul fazei de lumină a fotosintezei.

Proprietățile fiziologice importante ale apei includ capacitatea sa de a dizolva gaze ($O_2$, $CO_2$ etc.). În plus, apa ca solvent este implicată în procesul de osmoză, care joacă un rol important în viața celulelor și a organismului.

Proprietățile hidrocarburilor și rolul său biologic

Dacă nu luăm în calcul apa, putem spune că majoritatea moleculelor celulare aparțin hidrocarburilor, așa-numiții compuși organici.

Observația 3

Hidrocarbura, având abilități chimice unice fundamentale pentru viață, este baza sa chimică.

Mulțumită mărime micăși disponibilitatea pe înveliș exterior patru electroni, un atom de hidrocarbură poate forma patru legături covalente puternice cu alți atomi.

Cel mai important este capacitatea atomilor de hidrocarburi de a se conecta între ei, formând lanțuri, inele și, în cele din urmă, scheletul unor molecule organice mari și complexe.

În plus, hidrocarbura formează cu ușurință legături covalente cu alte elemente biogene (de obicei cu $H, Mg, P, O, S$). Aceasta explică existența unui număr astronomic de diverse compusi organici care asigură existenţa organismelor vii în toate manifestările sale. Diversitatea lor se manifestă în structura și dimensiunea moleculelor, lor proprietăți chimice, gradul de saturație al scheletului de carbon și formă diferită molecule, care este determinată de unghiurile legăturilor intramoleculare.

Biopolimeri

Aceștia sunt compuși organici cu greutate moleculară mare (greutate moleculară 103 - 109), ale căror macromolecule constau dintr-un număr mare de unități repetate - monomeri.

Biopolimerii sunt proteine, acizi nucleici, polizaharide și derivații acestora (amidon, glicogen, celuloză, hemiceluloză, pectină, chitină etc.). Monomerii pentru ei sunt, respectiv, aminoacizi, nucleotide și monozaharide.

Observația 4

Aproximativ 90% din masa uscată a unei celule este alcătuită din biopolimeri: polizaharidele predomină la plante, în timp ce proteinele predomină la animale.

Exemplul 1

Într-o celulă bacteriană există aproximativ 3 mii de tipuri de proteine și 1 mie de acizi nucleici, iar la om numărul de proteine este estimat la 5 milioane.

Biopolimerii nu numai că formează baza structurală a organismelor vii, dar joacă și un rol conducător în procesele vieții.

Baza structurală a biopolimerilor sunt lanțuri liniare (proteine, acizi nucleici, celuloză) sau ramificate (glicogen).

Și acizi nucleici, reacții imune, reacții metabolice - și sunt efectuate datorită formării de complexe biopolimeri și alte proprietăți ale biopolimerilor.

Astăzi, multe au fost descoperite și izolate în forma sa pură elemente chimice tabele periodice, iar o cincime dintre ele se găsesc în fiecare organism viu. Ele, ca și cărămizile, sunt componentele principale ale organice și substante anorganice.

Ce elemente chimice fac parte din celulă, în funcție de biologia a căror substanțe se poate judeca prezența lor în organism - vom lua în considerare toate acestea mai târziu în articol.

Care este constanța compoziției chimice

Pentru a menține stabilitatea în organism, fiecare celulă trebuie să mențină concentrația fiecăruia dintre componentele sale la un nivel constant. Acest nivel este determinat de specii, habitat, factori de mediu.

Pentru a răspunde la întrebarea ce elemente chimice fac parte din celulă, este necesar să înțelegem clar că orice substanță conține oricare dintre componentele tabelului periodic.

Uneori în cauză aproximativ sutimi și miimi de procent din conținutul unui anumit element dintr-o celulă, dar, în același timp, o modificare a numărului numit cu cel puțin o miime parte poate duce deja consecințe serioase pentru corp.

Din cele 118 elemente chimice dintr-o celulă umană, ar trebui să existe cel puțin 24. Nu există astfel de componente care să se găsească într-un organism viu, dar să nu facă parte din obiectele neînsuflețite ale naturii. Acest fapt confirmă relația strânsă dintre vii și nevii în ecosistem.

Rolul diferitelor elemente care alcătuiesc celula

Deci, care sunt elementele chimice care alcătuiesc o celulă? Rolul lor în viața organismului, trebuie remarcat, depinde direct de frecvența de apariție și de concentrația lor în citoplasmă. Cu toate acestea, în ciuda continut diferit elemente din celulă, semnificația fiecăruia dintre ele este la fel de mare. Deficiența oricăruia dintre ele poate duce la un efect dăunător asupra organismului, dezactivând cea mai importantă bio reacții chimice.

Enumerând ce elemente chimice fac parte din celula umană, trebuie să menționăm trei tipuri principale, pe care le vom lua în considerare mai jos:

Principalele elemente biogene ale celulei

Nu este de mirare că elementele O, C, H, N sunt biogene, deoarece formează toate substanțele organice și multe substanțe anorganice. Este imposibil să ne imaginăm proteine, grăsimi, carbohidrați sau acizi nucleici fără aceste componente esențiale pentru organism.

Funcția acestor elemente a determinat conținutul lor ridicat în organism. Împreună, ele reprezintă 98% din greutatea corporală uscată totală. Cum altfel se poate manifesta activitatea acestor enzime?

Oxigen. Conținutul său în celulă este de aproximativ 62% din masa totală uscată. Funcții: construcția de substanțe organice și anorganice, participarea la lanțul respirator;
Carbon. Conținutul său ajunge la 20%. Funcția principală: inclusă în toate;
Hidrogen. Concentrația sa ia o valoare de 10%. Pe lângă faptul că este o componentă a materiei organice și a apei, acest element participă și la transformările energetice;
Azot. Suma nu depășește 3-5%. Rolul său principal este formarea de aminoacizi, acizi nucleici, ATP, multe vitamine, hemoglobină, hemocianina, clorofilă.

Acestea sunt elementele chimice care alcătuiesc celula și formează majoritatea substanțelor necesare vieții normale.

Importanța macronutrienților

Macronutrienții vor ajuta, de asemenea, să sugerăm ce elemente chimice fac parte din celulă. Din cursul de biologie, devine clar că, pe lângă cele principale, 2% din masa uscată este formată din alte componente ale tabelului periodic. Și macronutrienții includ pe cei al căror conținut nu este mai mic de 0,01%. Principalele lor funcții sunt prezentate sub forma unui tabel.


Calciu (Ca)		Responsabil de contractia fibrelor musculare, face parte din pectina, oase si dinti. Îmbunătățește coagularea sângelui.
Fosfor (P)		Face parte din cea mai importantă sursă de energie - ATP.
		Participă la formarea punților disulfurice în timpul plierii proteinelor într-o structură terțiară. Incluse în compoziția de cisteină și metionină, unele vitamine.
		Ionii de potasiu sunt implicați în celule și afectează, de asemenea, potențialul membranei.
		Anion major din organism
Sodiu (Na)		Analog al potasiului implicat în aceleași procese.
magneziu (Mg)		Ionii de magneziu sunt regulatorii procesului În centrul moleculei de clorofilă se află și un atom de magneziu.
		Participă la transportul electronilor prin ETC de respirație și fotosinteză, este o legătură structurală a mioglobinei, hemoglobinei și a multor enzime.

Sperăm că din cele de mai sus este ușor de determinat ce elemente chimice fac parte din celulă și sunt macroelemente.

oligoelemente

Există și astfel de componente ale celulei, fără de care organismul nu poate funcționa normal, dar conținutul lor este întotdeauna mai mic de 0,01%. Să determinăm ce elemente chimice fac parte din celulă și aparțin grupului de microelemente.


		Face parte din enzimele ADN și ARN polimerazelor, precum și din mulți hormoni (de exemplu, insulina).
		Participă la procesele de fotosinteză, sinteza hemocianinei și a unor enzime.
		Este o componentă structurală a hormonilor T3 și T4 ai glandei tiroide
Mangan (Mn)	mai puțin de 0,001	Inclus în enzime, oase. Participă la fixarea azotului în bacterii
	mai puțin de 0,001	Influențează procesul de creștere a plantelor.
		Face parte din oase și smalțul dinților.

Substante organice si anorganice

Pe lângă acestea, ce alte elemente chimice sunt incluse în compoziția celulei? Răspunsurile pot fi găsite pur și simplu studiind structura majorității substanțelor din organism. Printre acestea, se disting molecule de origine organică și anorganică, iar fiecare dintre aceste grupe are un set fix de elemente în compoziția sa.

Principalele clase de substanțe organice sunt proteinele, acizii nucleici, grăsimile și carbohidrații. Sunt construite în întregime din principalele elemente biogene: scheletul moleculei este întotdeauna format din carbon, iar hidrogenul, oxigenul și azotul fac parte din radicali. La animale, proteinele sunt clasa dominantă, iar la plante, polizaharidele.

Substanțele anorganice sunt toate săruri minerale și, desigur, apă. Dintre toate substanțele anorganice din celulă, cea mai mare este H 2 O, în care restul substanțelor sunt dizolvate.

Toate cele de mai sus vă vor ajuta să determinați ce elemente chimice fac parte din celulă, iar funcțiile lor în organism nu vor mai fi un mister pentru dvs.

Aproximativ 70 de elemente au fost găsite în celulele diferitelor organisme sistem periodic elemente ale lui D. I. Mendeleev, dar numai 24 dintre ele au o valoare bine stabilită și se găsesc constant în toate tipurile de celule.

cea mai mare gravitație specificăîn compoziția elementară a celulei cade pe oxigen, carbon, hidrogen și azot. Acestea sunt așa-numitele principal sau nutrienți. Aceste elemente reprezintă mai mult de 95% din masa celulelor, iar conținutul lor relativ în materia vie este mult mai mare decât în Scoarta terestra. De asemenea, vitale sunt calciul, fosforul, sulful, potasiul, clorul, sodiul, magneziul, iodul și fierul. Conținutul lor în celulă este calculat în zecimi și sutimi de procent. Elementele enumerate formează un grup macronutrienti.

Alte elemente chimice: cupru, mangan, molibden, cobalt, zinc, bor, fluor, crom, seleniu, aluminiu, iod, fier, siliciu - se gasesc in cantitati extrem de mici (mai putin de 0,01% din masa celulara). Ei aparțin grupului oligoelemente.

Procentul unuia sau altui element din organism nu caracterizează în niciun caz gradul de importanță și necesitate în organism. Deci, de exemplu, multe oligoelemente fac parte din diferite substanțe biologic active - enzime, vitamine (cobaltul face parte din vitamina B 12), hormoni (iodul face parte din tiroxină); afectează creșterea și dezvoltarea organismelor (zinc, mangan, cupru), hematopoieza (fier, cupru), procese de respirație celulară (cupru, zinc), etc. Conținutul și semnificația pentru viața celulelor și a corpului în ansamblu a diferitelor elemente chimice sunt date în tabel:

Cele mai importante elemente chimice ale celulei

Element	Simbol	Conținut aproximativ, %	Semnificație pentru celulă și organism
Oxigen	O	62	Inclus în apă și materie organică; implicate in respiratia celulara
Carbon	C	20	Inclus în toate substanțele organice
Hidrogen	H	10	Inclus în apă și materie organică; participă la procesele de conversie a energiei
Azot	N	3	Inclus în aminoacizi, proteine, acizi nucleici, ATP, clorofilă, vitamine
Calciu	Ca	2,5	Inclus în peretele celular al plantelor, oaselor și dinților, crește coagularea sângelui și contractilitatea fibrelor musculare
Fosfor	P	1,0	Inclus în țesutul osos și smalțul dinților, acizi nucleici, ATP, unele enzime
Sulf	S	0,25	Inclus în aminoacizi (cisteină, cistina și metionină), unele vitamine, participă la formarea legăturilor disulfurice la formarea structurii terțiare a proteinelor
Potasiu	K	0,25	Este conținut în celulă numai sub formă de ioni, activează enzimele sintezei proteinelor, provoacă un ritm normal al activității cardiace, participă la procesele de fotosinteză, generarea de potențiale bioelectrice.
Clor	Cl	0,2	Ionul negativ predomină în corpul animalelor. Componenta acidului clorhidric din sucul gastric
Sodiu	N / A	0,10	Conținut în celulă numai sub formă de ioni, provoacă un ritm normal al activității cardiace, afectează sinteza hormonilor
Magneziu	mg	0,07	Inclus în moleculele de clorofilă, precum și în oase și dinți, activează metabolismul energetic și sinteza ADN-ului
Iod	eu	0,01	Inclus în hormonii tiroidieni
Fier	Fe	0,01	Face parte din multe enzime, hemoglobina și mioglobina, participă la biosinteza clorofilei, la transportul de electroni, la procesele de respirație și fotosinteză.
Cupru	Cu	Urme de pasi	Inclus în compoziția hemocianinelor la nevertebrate, în compoziția unor enzime, participă la procesele de hematopoieză, fotosinteză, sinteza hemoglobinei
Mangan	Mn	Urme de pasi	Face parte din sau crește activitatea anumitor enzime, participă la dezvoltarea oaselor, asimilarea azotului și procesul de fotosinteză.
Molibden	lu	Urme de pasi	Face parte din unele enzime (nitrat reductaza), participă la procesele de legare a azotului atmosferic de către bacteriile nodulare
Cobalt	co	Urme de pasi	Inclus în vitamina B 12, participă la fixarea azotului atmosferic de către bacteriile nodulare
Bor	B	Urme de pasi	Influențează procesele de creștere ale plantelor, activează enzimele reparatoare ale respirației
Zinc	Zn	Urme de pasi	Face parte din unele enzime care descompun polipeptidele, este implicată în sinteza hormonilor vegetali (auxine) și în glicoliză.
Fluor	F	Urme de pasi	Parte a smalțului dinților și oaselor

Celula este unitatea de bază a vieții pe Pământ. Are toate caracteristicile unui organism viu: crește, se reproduce, schimbă substanțe și energie cu mediul înconjurător și reacționează la stimuli externi. Începutul evoluției biologice este asociat cu apariția formelor de viață celulară pe Pământ. Organismele unicelulare sunt celule care există separat unele de altele. Corpul tuturor organismelor multicelulare - animale și plante - este construit din mai multe sau mai puține celule, care sunt un fel de blocuri care alcătuiesc un organism complex. Indiferent dacă celula este un sistem viu integral - un organism separat sau este doar o parte a acestuia, ea este înzestrată cu un set de caracteristici și proprietăți comune tuturor celulelor.

Compoziția chimică a celulei

Aproximativ 60 de elemente ale sistemului periodic al lui Mendeleev au fost găsite în celule, care se găsesc și în natura neînsuflețită. Aceasta este una dintre dovezile comunității naturii animate și neînsuflețite. Hidrogenul, oxigenul, carbonul și azotul sunt cele mai comune în organismele vii, care reprezintă aproximativ 98% din masa celulelor. Acest lucru se datorează particularităților proprietăților chimice ale hidrogenului, oxigenului, carbonului și azotului, drept urmare s-au dovedit a fi cele mai potrivite pentru formarea de molecule care îndeplinesc funcții biologice. Aceste patru elemente sunt capabile să formeze legături covalente foarte puternice prin împerecherea electronilor aparținând la doi atomi. Atomii de carbon legați covalent pot forma coloana vertebrală a nenumărate molecule organice diferite. Deoarece atomii de carbon formează cu ușurință legături covalente cu oxigenul, hidrogenul, azotul și, de asemenea, cu sulful, moleculele organice ajung la o complexitate și o varietate excepțională de structură.

Pe lângă cele patru elemente principale, celula conține fier, potasiu, sodiu, calciu, magneziu, clor, fosfor și sulf în cantități vizibile (fracțiunile a 10-a și a 100-a de procent). Toate celelalte elemente (zinc, cupru, iod, fluor, cobalt, mangan etc.) se găsesc în celulă în cantități foarte mici și de aceea sunt numite microelemente.

Elementele chimice fac parte din compușii anorganici și organici. Compușii anorganici includ apă, săruri minerale, dioxid de carbon, acizi și baze. Compușii organici sunt proteine, acizi nucleici, carbohidrați, grăsimi (lipide) și lipoide. Pe lângă oxigen, hidrogen, carbon și azot, în compoziția lor pot fi incluse și alte elemente. Unele proteine conțin sulf. Fosforul este un constituent al acizilor nucleici. Molecula de hemoglobină include fier, magneziul este implicat în construcția moleculei de clorofilă. Oligoelemente, în ciuda conținutului lor extrem de scăzut în organismele vii, joacă un rol important în procesele vieții. Iodul face parte din hormonul tiroidian - tiroxina, cobalt - în compoziția vitaminei B 12, hormonul insulei pancreasului - insulina - conține zinc. La unii pești, locul fierului în moleculele pigmenților purtători de oxigen este ocupat de cupru.

substante anorganice

Apă. H 2 O este compusul cel mai comun în organismele vii. Conținutul său în diferite celule variază într-o gamă destul de largă: de la 10% în smalțul dinților până la 98% în corpul unei meduze, dar în medie este de aproximativ 80% din greutatea corporală. Rolul extrem de important al apei în asigurarea proceselor de viață se datorează acestuia proprietati fizice si chimice. Polaritatea moleculelor și capacitatea de a forma legături de hidrogen fac din apa un solvent bun pentru un număr mare de substanțe. Majoritatea reacțiilor chimice care au loc într-o celulă pot avea loc numai într-o soluție apoasă. Apa este, de asemenea, implicată în multe transformări chimice.

Numărul total de legături de hidrogen dintre moleculele de apă variază în funcție de t °. La or ° topirea gheții distruge aproximativ 15% din legăturile de hidrogen, la t ° 40 ° C - jumătate. La trecerea la starea gazoasă, toate legăturile de hidrogen sunt distruse. Aceasta explică înaltul căldura specifică apă. Când temperatura mediului extern se modifică, apa absoarbe sau eliberează căldură din cauza rupturii sau formării noi a legăturilor de hidrogen. În acest fel, fluctuațiile t ° în interiorul celulei sunt mai mici decât în mediu inconjurator. Căldura mare de evaporare stă la baza mecanismului eficient de transfer de căldură la plante și animale.

Apa ca solvent participă la fenomenele de osmoză, care joacă un rol important în activitatea vitală a celulelor organismului. Osmoza se referă la pătrunderea moleculelor de solvent printr-o membrană semi-permeabilă într-o soluție de substanță. Membranele semi-permeabile sunt membrane care permit trecerea moleculelor de solvent, dar nu trec moleculele (sau ionii) solutului. Prin urmare, osmoza este difuzia unidirecțională a moleculelor de apă în direcția soluției.

saruri minerale. Majoritatea celulelor anorganice din interior sunt sub formă de săruri în stare disociată sau solidă. Concentrația de cationi și anioni în celulă și în mediul ei nu este aceeași. Celula conține destul de mult K și mult Na. În mediul extracelular, de exemplu, în plasma sanguină, în apa de mare, dimpotrivă, există mult sodiu și puțin potasiu. Iritabilitatea celulară depinde de raportul dintre concentrațiile ionilor de Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+. În țesuturile animalelor pluricelulare, K face parte dintr-o substanță pluricelulară care asigură coeziunea celulelor și aranjarea ordonată a acestora. Presiunea osmotică din celulă și proprietățile sale tampon depind în mare măsură de concentrația de săruri. Buffering-ul este capacitatea unei celule de a menține o reacție ușor alcalină a conținutului său la un nivel constant. Soluția tampon în interiorul celulei este asigurată în principal de ionii H2PO4 și HPO42-. În fluidele extracelulare și în sânge, H 2 CO 3 și HCO 3 - joacă rolul de tampon. Anonii leagă ionii de H și ionii de hidroxid (OH -), datorită cărora reacția în interiorul celulei a fluidelor extracelulare practic nu se modifică. Sărurile minerale insolubile (de exemplu, fosfatul de Ca) oferă rezistență țesutului osos al vertebratelor și al cochiliilor de moluște.

Materia organică a celulei

Veverițe. Dintre substantele organice ale celulei, proteinele sunt pe primul loc atat ca cantitate (10 - 12% din masa totala celulara), cat si ca valoare. Proteinele sunt polimeri cu greutate moleculară mare (cu o greutate moleculară de 6.000 până la 1 milion sau mai mult) ai căror monomeri sunt aminoacizi. Organismele vii folosesc 20 de aminoacizi, deși sunt mult mai mulți. Compoziția oricărui aminoacid include o grupare amino (-NH2), care are proprietăți bazice și o grupare carboxil (-COOH), care are proprietăți acide. Doi aminoacizi sunt combinați într-o moleculă prin stabilirea unei legături HN-CO cu eliberarea unei molecule de apă. Legătura dintre gruparea amino a unui aminoacid și gruparea carboxil a altuia se numește legătură peptidică. Proteinele sunt polipeptide care conțin zeci sau sute de aminoacizi. Moleculele diferitelor proteine diferă unele de altele prin greutatea moleculară, numărul, compoziția aminoacizilor și secvența lor în lanțul polipeptidic. Este clar, așadar, că proteinele sunt de o mare diversitate, numărul lor în toate tipurile de organisme vii fiind estimat la 10 10 - 10 12.

Un lanț de unități de aminoacizi conectate prin legături peptidice covalente într-o anumită secvență se numește structura primară a unei proteine. În celule, proteinele au forma unor fibre sau bile (globuli) răsucite elicoidal. Acest lucru se datorează faptului că, într-o proteină naturală, lanțul polipeptidic este pliat într-un mod strict definit, în funcție de structura chimica aminoacizii săi constitutivi.

În primul rând, lanțul polipeptidic se înfășoară într-o spirală. Atractia apare intre atomii spirelor vecine si se formeaza legaturi de hidrogen, in special intre NH- si grupuri de CO situat pe viraje adiacente. Un lanț de aminoacizi, răsuciți sub formă de spirală, formează structura secundară a unei proteine. Ca urmare a plierii în continuare a helixului, apare o configurație specifică fiecărei proteine, numită structură terțiară. Structura terțiară se datorează acțiunii forțelor de coeziune dintre radicalii hidrofobi prezenți în unii aminoacizi și legăturilor covalente dintre grupările SH ale aminoacidului cisteină ( Conexiuni S-S). Numărul de radicali hidrofobi ai aminoacizilor și cisteină, precum și ordinea dispunerii acestora în lanțul polipeptidic, este specific pentru fiecare proteină. În consecință, caracteristicile structurii terțiare a unei proteine sunt determinate de structura sa primară. Proteina prezintă activitate biologică numai sub forma unei structuri terțiare. Prin urmare, înlocuirea chiar și a unui aminoacid în lanțul polipeptidic poate duce la o modificare a configurației proteinei și la scăderea sau pierderea activității sale biologice.

În unele cazuri, moleculele de proteine se combină între ele și își pot îndeplini funcția doar sub formă de complexe. Deci, hemoglobina este un complex de patru molecule și numai sub această formă este capabilă să atașeze și să transporte oxigen.Asemenea agregate reprezintă structura cuaternară a proteinei. În funcție de compoziția lor, proteinele sunt împărțite în două clase principale - simple și complexe. Proteinele simple constau numai din aminoacizi acizi nucleici (nucleotide), lipide (lipoproteine), Me (proteine metalice), P (fosfoproteine).

Funcțiile proteinelor din celulă sunt extrem de diverse. Una dintre cele mai importante este funcția de construcție: proteinele sunt implicate în formarea tuturor membranelor celulare și a organelelor celulare, precum și a structurilor intracelulare. De o importanță excepțională este rolul enzimatic (catalitic) al proteinelor. Enzimele accelerează reacțiile chimice care au loc în celulă de 10 ki și de 100 de milioane de ori. Funcția motorie este asigurată de proteine contractile speciale. Aceste proteine sunt implicate în toate tipurile de mișcări de care celulele și organismele sunt capabile: pâlpâirea cililor și bătaia flagelilor la protozoare, contracția musculară la animale, mișcarea frunzelor la plante etc. Funcția de transport a proteinelor este de a atașa elemente chimice. (de exemplu, hemoglobina atașează O) sau substanțe biologic active (hormoni) și le transferă în țesuturile și organele corpului. Funcția de protecție se exprimă sub forma producerii de proteine speciale, numite anticorpi, ca răspuns la pătrunderea proteinelor sau a celulelor străine în organism. Anticorpii leagă și neutralizează substanțele străine. Proteinele joacă un rol important ca surse de energie. Cu împărțire completă a 1g. proteinele sunt eliberate 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Carbohidrați. Carbohidrații sau zaharidele sunt compuși organici formula generala(CH20) n. Majoritatea carbohidraților au dublul numărului de atomi de H mai mult număr O atomi, ca în moleculele de apă. Prin urmare, aceste substanțe au fost numite carbohidrați. Într-o celulă vie, carbohidrații se găsesc în cantități care nu depășesc 1-2, uneori 5% (în ficat, în mușchi). Celulele vegetale sunt cele mai bogate în carbohidrați, unde conținutul lor ajunge în unele cazuri la 90% din masa de substanță uscată (semințe, tuberculi de cartofi etc.).

Carbohidrații sunt simpli și complexi. carbohidrați simpli numite monozaharide. În funcție de numărul de atomi de carbohidrați din moleculă, monozaharidele sunt numite trioze, tetroze, pentoze sau hexoze. Dintre cele șase monozaharide de carbon, hexozele, glucoza, fructoza și galactoza sunt cele mai importante. Glucoza este conținută în sânge (0,1-0,12%). Pentozele riboza și deoxiriboza fac parte din acizii nucleici și ATP. Dacă două monozaharide se combină într-o moleculă, un astfel de compus se numește dizaharidă. Zahărul alimentar, obținut din trestie sau sfeclă de zahăr, este format dintr-o moleculă de glucoză și o moleculă de fructoză, zahăr din lapte - de glucoză și galactoză.

Carbohidrații complecși formați din multe monozaharide se numesc polizaharide. Monomerul unor astfel de polizaharide precum amidonul, glicogenul, celuloza este glucoza. Carbohidrații îndeplinesc două funcții principale: construcție și energie. Celuloza formează pereții celulelor vegetale. Chitina polizaharidă complexă este principala componentă structurală a exoscheletului artropodelor. Chitina îndeplinește și o funcție de construcție în ciuperci. Carbohidrații joacă rolul principalei surse de energie din celulă. În procesul de oxidare a 1 g de carbohidrați, se eliberează 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Amidonul din plante și glicogenul la animale sunt stocați în celule și servesc drept rezervă de energie.

Acizi nucleici. Valoarea acizilor nucleici în celulă este foarte mare. Particularitățile structurii lor chimice oferă posibilitatea de a stoca, transfera și transmite prin moștenire la celulele fiice informații despre structura moleculelor de proteine care sunt sintetizate în fiecare țesut la un anumit stadiu. dezvoltarea individuală. Deoarece majoritatea proprietăților și caracteristicilor celulelor se datorează proteinelor, este clar că stabilitatea acizilor nucleici este conditie esentiala funcționarea normală a celulelor și a organismelor întregi. Orice modificări ale structurii celulelor sau ale activității proceselor fiziologice din acestea, afectând astfel viața. Studiul structurii acizilor nucleici este extrem de important pentru înțelegerea moștenirii trăsăturilor în organisme și a modelelor de funcționare atât a celulelor individuale, cât și a sistemelor celulare - țesuturi și organe.

Există 2 tipuri de acizi nucleici - ADN și ARN. ADN-ul este un polimer format din două elice de nucleotide, închise astfel încât să se formeze o spirală dublă. Monomerii moleculelor de ADN sunt nucleotide formate dintr-o bază azotată (adenină, timină, guanină sau citozină), un carbohidrat (dezoxiriboză) și un reziduu de acid fosforic. Bazele azotate din molecula de ADN sunt interconectate printr-un număr inegal de legături H și sunt dispuse în perechi: adenina (A) este întotdeauna împotriva timinei (T), guanina (G) împotriva citozinei (C). Schematic, aranjarea nucleotidelor într-o moleculă de ADN poate fi descrisă după cum urmează:

Fig. 1. Dispunerea nucleotidelor într-o moleculă de ADN

Din Fig.1. Se poate observa că nucleotidele sunt conectate între ele nu aleatoriu, ci selectiv. Capacitatea de interacțiune selectivă a adeninei cu timină și a guaninei cu citozină se numește complementaritate. Interacțiunea complementară a anumitor nucleotide se explică prin particularitățile aranjamentului spațial al atomilor în moleculele lor, care le permit să se apropie unul de celălalt și să formeze legături H. Într-un lanț de polinucleotide, nucleotidele adiacente sunt legate între ele printr-un zahăr (dezoxiriboză) și un reziduu de acid fosforic. ARN, ca și ADN-ul, este un polimer ai cărui monomeri sunt nucleotide. Bazele azotate ale celor trei nucleotide sunt aceleași cu cele care alcătuiesc ADN-ul (A, G, C); al patrulea - uracil (U) - este prezent în molecula de ARN în loc de timină. Nucleotidele ARN diferă de nucleotidele ADN prin structura carbohidraților lor (riboză în loc de deoxiriboză).

Într-un lanț de ARN, nucleotidele sunt conectate prin formare legaturi covalenteîntre riboza unei nucleotide şi restul de acid fosforic al alteia. ARN-urile cu două catete diferă ca structură. ARN-urile dublu catenare sunt deținătorii informațiilor genetice într-un număr de viruși, de ex. îndeplinesc funcțiile cromozomilor. ARN-urile monocatenar efectuează transferul de informații despre structura proteinelor de la cromozom la locul sintezei lor și participă la sinteza proteinelor.

Există mai multe tipuri de ARN monocatenar. Numele lor se datorează funcției sau locației lor în celulă. Majoritatea ARN-ului citoplasmatic (până la 80-90%) este ARN ribozomal (ARNr) conținut în ribozomi. Moleculele de ARNr sunt relativ mici și constau în medie din 10 nucleotide. Un alt tip de ARN (ARNm) care poartă informații despre secvența de aminoacizi din proteine care urmează să fie sintetizate în ribozomi. Mărimea acestor ARN depinde de lungimea segmentului de ADN din care au fost sintetizati. ARN-urile de transfer îndeplinesc mai multe funcții. Ei furnizează aminoacizi la locul sintezei proteinelor, „recunoaște” (conform principiului complementarității) tripletul și ARN-ul corespunzător aminoacidului transferat și realizează orientarea exactă a aminoacidului pe ribozom.

Grăsimi și lipoide. Grăsimile sunt compuși ai acizilor grași macromoleculari și ai alcoolului trihidroxilic glicerol. Grăsimile nu se dizolvă în apă - sunt hidrofobe. Există întotdeauna alte substanțe complexe hidrofobe asemănătoare grăsimii în celulă, numite lipoide. Una dintre funcțiile principale ale grăsimilor este energia. În timpul descompunerii a 1 g de grăsime în CO 2 și H 2 O, aceasta este eliberată un numar mare de energie - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Conținutul de grăsime din celulă variază de la 5-15% din masa de substanță uscată. În celulele țesuturilor vii, cantitatea de grăsime crește la 90%. Funcția principală a grăsimilor în lumea animală (și parțial vegetală) este depozitarea.

Odată cu oxidarea completă a 1 g de grăsime (la dioxid de carbon și apă), se eliberează aproximativ 9 kcal de energie. (1 kcal \u003d 1000 cal; caloria (cal, cal) este o unitate în afara sistemului a cantității de muncă și energie, egală cu cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 ml de apă cu 1 ° C la o presiune atmosferică standard de 101,325 kPa; 1 kcal \u003d 4,19 kJ) . Când se oxidează (în organism) 1 g de proteine sau carbohidrați, se eliberează doar aproximativ 4 kcal/g. Într-o mare varietate de organisme acvatice - de la diatomee unicelulare la rechini giganți - grăsimea va „pluti”, reducând densitatea medie a corpului. Densitatea grăsimilor animale este de aproximativ 0,91-0,95 g/cm³. Densitatea osoasă a vertebratelor este aproape de 1,7-1,8 g/cm³, iar densitatea medie a majorității celorlalte țesuturi este aproape de 1 g/cm³. Este clar că este nevoie de destul de multă grăsime pentru a „echilibra” un schelet greu.

Grăsimile și lipoidele efectuează și functia de constructie: fac parte din membranele celulare. Datorită conductivității termice slabe, grăsimea este capabilă de o funcție de protecție. La unele animale (foci, balene), se depune în țesutul adipos subcutanat, formând un strat de până la 1 m grosime.Formarea unor lipoizi precede sinteza unui număr de hormoni. În consecință, aceste substanțe au și funcția de reglare a proceselor metabolice.

ÎN conditii moderne una dintre cele mai urgente probleme ale predării chimiei este asigurarea orientării practice a cunoştinţelor subiectului. Aceasta înseamnă necesitatea clarificării relației strânse dintre pozițiile teoretice studiate și practica vieții, pentru a demonstra natura aplicativă a cunoștințelor chimice. Elevii sunt încântați să învețe chimia. Pentru a menține interesul cognitiv al elevilor, este necesar să-i convingem de eficacitatea cunoștințelor chimice, să-și formeze o nevoie personală de stăpânire a materialului educațional.

Scopul acestei lecții: lărgește orizonturile studenților și crește interesul cognitiv pentru studiul subiectului, formează concepte de viziune asupra lumii despre cunoașterea naturii. Această lecție se propune să se desfășoare în clasa a VIII-a după studierea elementelor chimice din Tabelul periodic, când copiii au deja o idee despre diversitatea lor.

ÎN CURILE CURĂRILOR

Profesor:

Nu există nimic altceva în natură
Nici aici, nici acolo, în adâncurile spațiului:
Totul - de la mici granule de nisip la planete -
Este format din elemente unice.
Ca o formulă, ca un program de muncă,
Structura sistemului Mendeleev este strictă.
Lumea din jurul tău este vie
Intră în el, inspiră, atinge-l cu mâinile.

Lecția începe cu o scenă de teatru „Cine este cel mai important din masă?” (cm. Atasamentul 1).

Profesor: Corpul uman conține 81 de elemente chimice din 92 găsite în natură. Corpul uman este un laborator chimic complex. Este greu de imaginat că bunăstarea noastră zilnică, starea de spirit și chiar pofta de mâncare pot depinde de minerale. Fără ele, vitaminele sunt inutile, sinteza și descompunerea proteinelor, grăsimilor și carbohidraților sunt imposibile.

Pe tabelele elevilor se află tabele „Rolul biologic al elementelor chimice” (vezi. Anexa 2). Fă-ți timp să o cunoști. Profesorul, împreună cu elevii, analizează tabelul punând întrebări.

Profesor: Baza vieții sunt cele șase elemente ale primelor trei perioade (H, C, N, O, P, S), care reprezintă 98% din masa materiei vii (elementele rămase ale sistemului periodic nu sunt mai mult de 2%).
Trei atribute principale ale elementelor biogene (H, C, N, O, P, S):

dimensiuni reduse ale atomilor
ruda mica masă atomică,
capacitatea de a forma legături covalente puternice.

Elevilor li se oferă texte (vezi. Anexa 3). Sarcină: citiți cu atenție textul; evidențiază elementele necesare vieții și elementele periculoase pentru organismele vii; găsiți-le în sistemul periodic și explicați rolul lor.
După finalizarea sarcinii, mai mulți elevi analizează diferite texte.

Profesor: Elementele-analogi din mediul natural intră în competiție și pot fi interschimbate în organismele vii, afectându-le negativ.
Înlocuirea sodiului și potasiului în organismele animalelor și oamenilor cu litiu provoacă tulburări ale sistemului nervos, deoarece în acest caz celulele nu conduc un impuls nervos. Astfel de tulburări duc la schizofrenie.
Taliul, un competitor biologic al potasiului, îl înlocuiește în pereții celulari, afectează sistemul nervos central și periferic, tractul gastrointestinal și rinichii.
Seleniul poate înlocui sulful în proteine. Acesta este singurul element care, atunci când se găsește în concentrații mari în plante, poate provoca moarte subită animalelor și oamenilor care le mănâncă.
Calciul, atunci când este deficitar în sol, este înlocuit în organism cu stronțiu, care perturbă treptat structura normală a scheletului. Deosebit de periculoasă este înlocuirea calciului cu stronțiu-90, care se acumulează în cantități uriașe în locurile de explozii nucleare (la testarea armelor nucleare) sau în timpul accidentelor la centralele nucleare. Acest radionuclid distruge măduva osoasă.
Cadmiul concurează cu zincul. Acest element reduce activitatea enzimelor digestive, perturbă formarea glicogenului în ficat, provoacă deformarea scheletului, inhibă creșterea oaselor și, de asemenea, provoacă dureri severe la nivelul spatelui și a mușchilor picioarelor, fragilitate osoasă (de exemplu, coaste rupte la tuse) . Alte consecințe negative sunt cancerul pulmonar și rectal, disfuncția pancreatică. Leziuni renale, scăderea nivelului sanguin de fier, calciu, fosfor. Acest element inhibă procesele de autopurificare la plantele acvatice și terestre (de exemplu, se observă o creștere de 20-30 de ori a cadmiului din frunzele de tutun).
Halogenii pot fi schimbați foarte ușor în organism. Un exces de fluor în mediu (apă fluorurată, contaminarea solului cu compuși de fluor în jurul unei fabrici de producție de aluminiu și alte motive) împiedică iodul să pătrundă în corpul uman. Ca urmare, boala tiroidiană Sistemul endocrinîn general.

Mesajele elevilor pregătite în prealabil.

Primul elev:

Alchimiștii medievali considerau aurul perfecțiune și alte metale - o greșeală în actul creației și, după cum știți, au făcut eforturi mari pentru a elimina această eroare. Ideea introducerii aurului în practica medicală este atribuită lui Paracelsus, care a proclamat că scopul chimiei nu ar trebui să fie transformarea tuturor metalelor în aur, ci prepararea medicamentelor. Medicamentele făcute din aur și compușii săi au fost încercate să trateze multe boli. Au fost tratați pentru lepră, lupus și tuberculoză. La persoanele sensibile la aur, poate provoca o încălcare a compoziției sângelui, o reacție a rinichilor, ficatului, afectează starea de spirit, creșterea dinților, părul. Aurul asigură funcționarea sistemului nervos. Se găsește în porumb. Și puterea vaselor de sânge depinde de germaniu. Singurul produs alimentar care conține germaniu este usturoiul.

al 2-lea elev:

ÎN corpul uman cea mai mare cantitate de cupru se găsește în creier și ficat și numai această circumstanță indică importanța sa în viață. S-a constatat că odată cu durerea crește concentrația de cupru în sânge și lichidul cefalorahidian. În Siria și Egipt, nou-născuții poartă brățări de cupru pentru a preveni rahitismul și epilepsia.

al 3-lea elev:

ALUMINIU

Ustensilele din aluminiu sunt numite ustensile săracilor, deoarece acest metal contribuie la dezvoltarea aterosclerozei senile. Când gătiți în astfel de feluri de mâncare, aluminiul trece parțial în corp, unde se acumulează.

al 4-lea elev:

Ce element se găsește în mere? (Fier.)
Care este rolul ei biologic? (Organismul conține 3 g de fier, din care 2 g se află în sânge. Fierul face parte din hemoglobină. Fierul insuficient duce la durere de cap, oboseală rapidă.)

Apoi elevii efectuează un experiment de laborator, al cărui scop este de a demonstra experimental efectul sărurilor anumitor metale asupra proteinelor. Ei amestecă proteina cu soluții de alcali și sulfat de cupru și observă precipitarea unui precipitat violet. Faceți o concluzie despre distrugerea proteinei.

al 5-lea elev:

Omul este și natură.
El este, de asemenea, un apus și un răsărit.
Și are patru sezoane.
Și o mișcare specială în muzică.

Și un sacrament special al culorii,
Acum cu crud, acum cu foc bun.
Omul este iarnă. Sau vara.
Sau toamna. Cu tunete și ploaie.

Toate conținute în sine - mile și timp.
Și de furtunile atomice era orb.
Omul este și pământ și sămânță.
Și buruieni în mijlocul câmpului. Și pâine.

Și cum este vremea în ea?
Câtă singurătate există? Întâlniri?
Omul este si natura...
Deci haideți să avem grijă de natură!

(S. Ostrovoy)

Pentru a consolida cunoștințele acumulate în lecție, se efectuează testul „Zâmbet” (vezi. Anexa 4).
În continuare, se propune completarea cuvintelor încrucișate „Caleidoscopul chimic” (vezi. Anexa 5).
Profesorul rezumă lecția, notând cei mai activi elevi.

al 6-lea elev:

Schimbați, schimbați!
Apelul se revarsă.
In sfarsit s-a terminat
Lecție plictisitoare!

Tragând sulful de coadă,
Magneziul a trecut pe lângă.
Iodul s-a evaporat din clasă
Parcă nu s-ar fi întâmplat deloc.

Fluorul a dat foc accidental apei,
Clorul a mâncat cartea altcuiva.
Carbon dintr-o dată cu hidrogen
Am reușit să devin invizibil.

Potasiul, bromul se luptă în colț:
Ei nu împart un electron.
Oxigen - obraznic pe bor
Trecutul a galopat călare.

Cărți folosite:

O.V. Baidalina Pe aspectul aplicat al cunoștințelor chimice. „Chimie la școală” nr. 5, 2005
Chimie și ecologie în cursul școlii. „Primul septembrie” nr. 14, 2005
I. N. Pimenova, A. V. Pimenov„Prelegeri pe biologie generală”, tutorial, Saratov, SA Editura „Liceu”, 2003
Despre chimie în versuri, Cine este cel mai important din tabel? „Primul septembrie”, nr. 15, 2005
Metalele în corpul uman „Chimie la școală”, nr. 6, 2005
Cuvânt încrucișat „caleidoscopul chimic”. „Primul septembrie”, nr. 1 4, 2005
— Mă duc la cursul de chimie. Cartea pentru profesor. M. „Primul septembrie”, 2002, p. 12.