Pomen najpomembnejših kemičnih elementov in spojin za celico in organizem. Kemični elementi v celicah živih organizmov - Hipermarket znanja

Elementarna sestava telesa

Avtor kemična sestava Celice različnih organizmov se lahko izrazito razlikujejo, vendar so sestavljene iz istih elementov. Približno 70 elementov periodnega sistema D.I. Mendelejeva, vendar jih je le 24 zelo pomembnih in jih nenehno najdemo v živih organizmih.

Makrohranila - kisik, ogljikovodik, vodik, dušik - so del molekul organskih snovi. Makroelementi v zadnjem času vključujejo kalij, natrij, kalcij, žveplo, fosfor, magnezij, železo, klor. Njihova vsebnost v celici je desetinke in stotinke odstotka.

Magnezij je del klorofila; železo - hemoglobin; fosfor - kostno tkivo, nukleinske kisline; kalcij - kosti, školjke želve, žveplo - v sestavi beljakovin; kalijevi, natrijevi in kloridni ioni sodelujejo pri spreminjanju potenciala celične membrane.

elementi v sledovih so predstavljeni v celici s stotinkami in tisočinkami odstotka. To so cink, baker, jod, fluor, molibden, bor itd.

Elementi v sledovih so del encimov, hormonov, pigmentov.

Ultramikroelementi - elementi, katerih vsebnost v celici ne presega 0,000001%. To so uran, zlato, živo srebro, cezij itd.

Voda in njen biološki pomen

Voda se količinsko uvršča med kemične spojine prvo mesto v vseh celicah. Glede na vrsto celic, njihovo funkcionalno stanje, vrsto organizma in pogoje njegove prisotnosti se njegova vsebnost v celicah močno razlikuje.

Celice kostnega tkiva ne vsebujejo več kot 20% vode, maščobno tkivo - približno 40%, mišične celice - 76% in celice zarodka - več kot 90%.

Opomba 1

V celicah katerega koli organizma se s starostjo količina vode izrazito zmanjša.

Od tod - sklep, da večja kot je funkcionalna aktivnost organizma kot celote in vsake celice posebej, večja je njihova vsebnost vode in obratno.

Opomba 2

Predpogoj za vitalno aktivnost celic je prisotnost vode. Je glavni del citoplazme, podpira njeno strukturo in stabilnost koloidov, ki sestavljajo citoplazmo.

Vloga vode v celici je odvisna od njenih kemičnih in strukturnih lastnosti. Najprej je to posledica majhne velikosti molekul, njihove polarnosti in sposobnosti združevanja z uporabo vodikovih vezi.

Vodikove vezi nastanejo s sodelovanjem atomov vodika, povezanih z elektronegativnim atomom (običajno kisika ali dušika). V tem primeru atom vodika pridobi tako velik pozitiven naboj, da lahko tvori novo vez z drugim elektronegativnim atomom (kisik ali dušik). Med seboj se vežejo tudi molekule vode, pri čemer ima en konec pozitiven naboj, drugi pa negativen. Takšna molekula se imenuje dipol. Bolj elektronegativni atom kisika ene molekule vode privlači pozitivno nabiti atom vodika druge molekule, da tvori vodikovo vez.

Zaradi dejstva, da so molekule vode polarne in sposobne tvoriti vodikove vezi, je voda odlično topilo za polarne snovi, ki se imenujejo hidrofilna. To so spojine ionske narave, v katerih se nabiti delci (ioni) disociirajo (ločijo) v vodi, ko se snov (sol) raztopi. Enako sposobnost imajo nekatere neionske spojine, v molekuli katerih so nabite (polarne) skupine (v sladkorjih, aminokislinah, enostavnih alkoholih so to OH skupine). Snovi, sestavljene iz nepolarnih molekul (lipidov), so praktično netopne v vodi, tj. hidrofobi.

Ko snov preide v raztopino, njeni strukturni delci (molekule ali ioni) pridobijo sposobnost prostnejšega gibanja in s tem se poveča reaktivnost snovi. Zaradi tega je voda glavni medij, kjer poteka večina kemičnih reakcij. Poleg tega vse redoks reakcije in reakcije hidrolize potekajo z neposredno udeležbo vode.

Voda ima najvišjo specifično toplotno kapaciteto od vseh znanih snovi. To pomeni, da se ob občutnem povečanju toplotne energije temperatura vode relativno rahlo dvigne. To je posledica uporabe znatne količine te energije za prekinitev vodikovih vezi, ki omejujejo mobilnost vodnih molekul.

Zaradi visoke toplotne kapacitete voda služi rastlinskim in živalskim tkivom kot zaščita pred močnim in hitrim dvigom temperature, visoka toplota izhlapevanja pa je osnova za zanesljivo stabilizacijo telesne temperature. Potreba po znatni količini energije za izhlapevanje vode je posledica dejstva, da med njenimi molekulami obstajajo vodikove vezi. Ta energija prihaja iz okolja, zato izhlapevanje spremlja hlajenje. Ta proces lahko opazimo med potenjem, v primeru vročine pri psih, pomemben pa je tudi v procesu hlajenja transpirijskih organov rastlin, zlasti v puščavskih razmerah ter v razmerah suhih step in sušnih obdobij v drugih regijah. .

Voda ima tudi visoko toplotno prevodnost, kar zagotavlja enakomerno porazdelitev toplote po telesu. Tako ni nevarnosti lokalnih "vročih točk", ki lahko poškodujejo celične elemente. To pomeni, da je zaradi visoke specifične toplotne kapacitete in visoke toplotne prevodnosti za tekočino voda idealen medij za vzdrževanje optimalnega toplotnega režima telesa.

Voda ima visoko površinsko napetost. Ta lastnost je zelo pomembna za adsorpcijskih procesov, gibanje raztopin po tkivih (krvni obtok, naraščajoče in padajoče gibanje skozi rastlino itd.).

Voda se uporablja kot vir kisika in vodika, ki se sproščata v svetlobni fazi fotosinteze.

Pomembne fiziološke lastnosti vode vključujejo njeno sposobnost raztapljanja plinov ($O_2$, $CO_2$ itd.). Poleg tega je voda kot topilo vključena v proces osmoze, ki igra pomembno vlogo v življenju celic in telesa.

Lastnosti ogljikovodikov in njegova biološka vloga

Če ne upoštevamo vode, lahko rečemo, da večina celičnih molekul spada med ogljikovodike, tako imenovane organske spojine.

Opomba 3

Njegova kemična osnova je ogljikovodik, ki ima edinstvene kemične sposobnosti, ki so bistvene za življenje.

Zahvale gredo majhna velikost in razpoložljivost na zunanja lupinaštiri elektrone, lahko ogljikovodikov atom tvori štiri močne kovalentne vezi z drugimi atomi.

Najpomembnejša je sposobnost ogljikovodikovih atomov, da se združujejo med seboj, tvorijo verige, obroče in končno okostje velikih in kompleksnih organskih molekul.

Poleg tega ogljikovodik zlahka tvori kovalentne vezi z drugimi biogenimi elementi (običajno z $H, Mg, P, O, S$). To pojasnjuje obstoj astronomskega števila raznolikih organske spojine ki zagotavljajo obstoj živih organizmov v vseh njegovih pojavnih oblikah. Njihova raznolikost se kaže v strukturi in velikosti molekul, njihovih kemične lastnosti, stopnja nasičenosti ogljikovega skeleta in drugačna oblika molekul, kar je določeno s koti znotrajmolekulskih vezi.

Biopolimeri

To so visokomolekularne (molekulske mase 103 - 109) organske spojine, katerih makromolekule so sestavljene iz velikega števila ponavljajočih se enot - monomerov.

Biopolimeri so beljakovine, nukleinska kislina, polisaharidi in njihovi derivati (škrob, glikogen, celuloza, hemiceluloza, pektin, hitin itd.). Monomeri zanje so aminokisline, nukleotidi in monosaharidi.

Opomba 4

Približno 90 % suhe mase celice sestavljajo biopolimeri: v rastlinah prevladujejo polisaharidi, pri živalih pa beljakovine.

Primer 1

V bakterijski celici je približno 3 tisoč vrst beljakovin in 1 tisoč nukleinskih kislin, pri ljudeh pa je število beljakovin ocenjeno na 5 milijonov.

Biopolimeri ne tvorijo le strukturne osnove živih organizmov, ampak imajo tudi vodilno vlogo v življenjskih procesih.

Strukturna osnova biopolimerov so linearne (beljakovine, nukleinske kisline, celuloza) ali razvejene (glikogen) verige.

In nukleinske kisline, imunske reakcije, presnovne reakcije - in se izvajajo zaradi tvorbe biopolimernih kompleksov in drugih lastnosti biopolimerov.

Danes je bilo veliko odkritih in izoliranih v čisti obliki kemični elementi periodične tabele, petina pa jih najdemo v vsakem živem organizmu. Tako kot opeke so glavne sestavine organskih in anorganske snovi.

Kateri kemični elementi so del celice, biologijo katerih snovi je mogoče uporabiti za presojo njihove prisotnosti v telesu - vse to bomo obravnavali kasneje v članku.

Kakšna je konstantnost kemične sestave

Za ohranjanje stabilnosti v telesu mora vsaka celica vzdrževati koncentracijo vsake od svojih komponent na konstantni ravni. To raven določajo vrsta, habitat, okoljski dejavniki.

Da bi odgovorili na vprašanje, kateri kemični elementi so del celice, je treba jasno razumeti, da katera koli snov vsebuje katero koli komponento periodnega sistema.

Včasih pod vprašajem približno stotinke in tisočinke odstotka vsebnosti določenega elementa v celici, hkrati pa lahko sprememba poimenovane številke za vsaj tisočinki del že nosi resne posledice za telo.

Od 118 kemičnih elementov v človeški celici bi jih moralo biti vsaj 24. Ni takšnih sestavin, ki bi jih našli v živem organizmu, a ne bi bili del neživih predmetov narave. To dejstvo potrjuje tesno povezavo med živim in neživim v ekosistemu.

Vloga različnih elementov, ki sestavljajo celico

Kateri so torej kemični elementi, ki sestavljajo celico? Opozoriti je treba, da je njihova vloga v življenju organizma neposredno odvisna od pogostosti pojavljanja in njihove koncentracije v citoplazmi. Vendar kljub različne vsebine elementov v celici, je pomen vsakega od njih enako velik. Pomanjkanje katerega koli od njih lahko povzroči škodljiv učinek na telo in izklopi najpomembnejšo bio kemične reakcije.

Če naštejemo, kateri kemični elementi so del človeške celice, moramo omeniti tri glavne vrste, ki jih bomo obravnavali v nadaljevanju:

Glavni biogeni elementi celice

Ni presenetljivo, da so elementi O, C, H, N biogeni, saj tvorijo vse organske in številne anorganske snovi. Nemogoče si je predstavljati beljakovine, maščobe, ogljikove hidrate ali nukleinske kisline brez teh bistvenih sestavin za telo.

Funkcija teh elementov je določila njihovo visoko vsebnost v telesu. Skupaj predstavljajo 98 % celotne suhe telesne teže. Kako se še lahko pokaže aktivnost teh encimov?

Kisik. Njegova vsebnost v celici je približno 62% celotne suhe mase. Funkcije: gradnja organskih in anorganskih snovi, sodelovanje v dihalni verigi;
ogljik. Njegova vsebnost doseže 20%. Glavna funkcija: vključeno v vse;
vodik. Njegova koncentracija je 10%. Poleg tega, da je sestavni del organske snovi in vode, ta element sodeluje tudi pri energetskih transformacijah;
dušik. Znesek ne presega 3-5%. Njegova glavna vloga je tvorba aminokislin, nukleinskih kislin, ATP, številnih vitaminov, hemoglobina, hemocianina, klorofila.

To so kemični elementi, ki sestavljajo celico in tvorijo večino snovi, ki so potrebne za normalno življenje.

Pomen makrohranil

Makrohranila bodo pomagala tudi namigovati, kateri kemični elementi so del celice. Iz tečaja biologije postane jasno, da poleg glavnih 2% suhe mase sestavljajo druge komponente periodnega sistema. In makrohranila vključujejo tiste, katerih vsebnost ni nižja od 0,01%. Njihove glavne funkcije so predstavljene v obliki tabele.


kalcij (Ca)		Odgovoren za krčenje mišičnih vlaken, je del pektina, kosti in zob. Izboljša strjevanje krvi.
fosfor (P)		Je del najpomembnejšega vira energije – ATP.
		Sodeluje pri tvorbi disulfidnih mostov med zlaganjem beljakovin v terciarno strukturo. Vključeno v sestavo cisteina in metionina, nekaterih vitaminov.
		Kalijevi ioni so vključeni v celice in vplivajo tudi na membranski potencial.
		Glavni anion v telesu
natrij (Na)		Analog kalija, ki je vključen v iste procese.
magnezij (Mg)		Magnezijevi ioni so regulatorji procesa V središču molekule klorofila je tudi atom magnezija.
		Sodeluje pri transportu elektronov skozi ETC dihanja in fotosinteze, je strukturna povezava mioglobina, hemoglobina in številnih encimov.

Upamo, da je iz zgoraj navedenega enostavno ugotoviti, kateri kemični elementi so del celice in so makroelementi.

elementi v sledovih

Obstajajo tudi takšne komponente celice, brez katerih telo ne more normalno delovati, vendar je njihova vsebnost vedno manjša od 0,01%. Ugotovimo, kateri kemični elementi so del celice in spadajo v skupino mikroelementov.


		Je del encimov DNA in RNA polimeraz, pa tudi mnogih hormonov (na primer insulina).
		Sodeluje v procesih fotosinteze, sinteze hemocianina in nekaterih encimov.
		Je strukturna komponenta hormonov T3 in T4 ščitnice
mangan (Mn)	manj kot 0,001	Vključeno v encime, kosti. Sodeluje pri fiksaciji dušika v bakterijah
	manj kot 0,001	Vpliva na proces rasti rastlin.
		Je del kosti in zobne sklenine.

Organske in anorganske snovi

Kateri drugi kemični elementi so poleg teh vključeni v sestavo celice? Odgovore lahko najdete preprosto s preučevanjem strukture večine snovi v telesu. Med njimi ločimo molekule organskega in anorganskega izvora, vsaka od teh skupin pa ima v svoji sestavi določen nabor elementov.

Glavni razredi organskih snovi so beljakovine, nukleinske kisline, maščobe in ogljikovi hidrati. V celoti so zgrajene iz glavnih biogenih elementov: skelet molekule vedno tvori ogljik, vodik, kisik in dušik pa so del radikalov. Pri živalih prevladujejo beljakovine, v rastlinah pa polisaharidi.

Anorganske snovi so vse mineralne soli in seveda voda. Med vsemi anorganskimi snovmi v celici je največ H 2 O, v kateri so raztopljene ostale snovi.

Vse našteto vam bo pomagalo ugotoviti, kateri kemični elementi so del celice, njihove funkcije v telesu pa vam ne bodo več skrivnost.

V celicah različnih organizmov je bilo najdenih okoli 70 elementov periodični sistem elementov D. I. Mendelejeva, vendar ima le 24 od njih dobro uveljavljeno vrednost in jih nenehno najdemo v vseh vrstah celic.

največji specifična težnost v elementarni sestavi celice spadajo kisik, ogljik, vodik in dušik. To so t.i glavni oz hranila. Ti elementi predstavljajo več kot 95 % mase celic, njihova relativna vsebnost v živih snoveh pa je veliko višja kot v zemeljsko skorjo. Bistveni so tudi kalcij, fosfor, žveplo, kalij, klor, natrij, magnezij, jod in železo. Njihova vsebnost v celici se izračuna v desetinkah in stotinkah odstotka. Našteti elementi tvorijo skupino makrohranila.

Drugi kemični elementi: baker, mangan, molibden, kobalt, cink, bor, fluor, krom, selen, aluminij, jod, železo, silicij – se nahajajo v izjemno majhnih količinah (manj kot 0,01 % celične mase). Pripadajo skupini elementi v sledovih.

Odstotek enega ali drugega elementa v telesu nikakor ne označuje stopnje njegovega pomena in nujnosti v telesu. Tako so na primer številni elementi v sledovih del različnih biološko aktivnih snovi - encimov, vitaminov (kobalt je del vitamina B 12), hormonov (jod je del tiroksina); vpliva na rast in razvoj organizmov (cink, mangan, baker), hematopoezo (železo, baker), procese celičnega dihanja (baker, cink) itd. Vsebina in pomen za življenje celic in telesa kot celote različnih kemičnih elementov sta podana v tabeli:

Najpomembnejši kemični elementi celice

Element	Simbol	Približna vsebina, %	Pomen za celico in organizem
Kisik	O	62	Vključeno v vodo in organske snovi; sodeluje pri celičnem dihanju
ogljik	C	20	Vključeno v vse organske snovi
vodik	H	10	Vključeno v vodo in organske snovi; sodeluje v procesih pretvorbe energije
dušik	N	3	Vključeno v aminokisline, beljakovine, nukleinske kisline, ATP, klorofil, vitamine
kalcij	pribl	2,5	Je del celične stene v rastlinah, kosteh in zobeh, povečuje strjevanje krvi in kontraktilnost mišičnih vlaken
Fosfor	P	1,0	Vključeno v kostno tkivo in zobno sklenino, nukleinske kisline, ATP, nekatere encime
žveplo	S	0,25	Vključen v aminokisline (cistein, cistin in metionin), nekatere vitamine, sodeluje pri tvorbi disulfidnih vezi pri tvorbi terciarne strukture beljakovin
kalij	K	0,25	Vsebuje ga v celici le v obliki ionov, aktivira encime sinteze beljakovin, povzroča normalen ritem srčne aktivnosti, sodeluje v procesih fotosinteze, ustvarjanju bioelektričnih potencialov.
klor	Cl	0,2	V telesu živali prevladuje negativni ion. Sestavina klorovodikove kisline v želodčnem soku
natrij	Na	0,10	Vsebuje se v celici samo v obliki ionov, povzroča normalen ritem srčne aktivnosti, vpliva na sintezo hormonov
magnezija	mg	0,07	Vključen v molekule klorofila, pa tudi kosti in zobe, aktivira energetski metabolizem in sintezo DNK
jod	jaz	0,01	Vključeno v ščitnične hormone
železo	Fe	0,01	Je del številnih encimov, hemoglobina in mioglobina, sodeluje pri biosintezi klorofila, pri transportu elektronov, v procesih dihanja in fotosinteze.
baker	Cu	Sledi	Vključen je v sestavo hemocianinov pri nevretenčarjih, v sestavo nekaterih encimov, sodeluje v procesih hematopoeze, fotosinteze, sinteze hemoglobina
mangan	Mn	Sledi	Je del ali povečuje aktivnost določenih encimov, sodeluje pri razvoju kosti, asimilaciji dušika in procesu fotosinteze.
molibden	Mo	Sledi	Je del nekaterih encimov (nitrat reduktaze), sodeluje v procesih vezave atmosferskega dušika s pomočjo nodusnih bakterij
kobalt	co	Sledi	Vključen v vitamin B 12, sodeluje pri fiksaciji atmosferskega dušika z bakterijami vozličev
Bor	B	Sledi	Vpliva na rastne procese rastlin, aktivira obnovitvene encime dihanja
Cink	Zn	Sledi	Je del nekaterih encimov, ki razgrajujejo polipeptide, sodelujejo pri sintezi rastlinskih hormonov (avksinov) in glikolizi
Fluor	F	Sledi	Del sklenine zob in kosti

Celica je osnovna enota življenja na Zemlji. Ima vse značilnosti živega organizma: raste, se razmnožuje, izmenjuje snovi in energijo z okoljem ter reagira na zunanje dražljaje. Začetek biološke evolucije je povezan s pojavom celičnih življenjskih oblik na Zemlji. Enocelični organizmi so celice, ki obstajajo ločeno ena od druge. Telo vseh večceličnih organizmov – živali in rastlin – je zgrajeno iz več ali manj celic, ki so nekakšni gradniki, ki sestavljajo kompleksen organizem. Ne glede na to, ali je celica sestavni živi sistem - ločen organizem ali je le njegov del, je obdarjena z nizom lastnosti in lastnosti, ki so skupne vsem celicam.

Kemična sestava celice

V celicah je bilo najdenih približno 60 elementov periodnega sistema Mendelejeva, ki jih najdemo tudi v neživi naravi. To je eden od dokazov o skupnosti žive in nežive narave. V živih organizmih so najpogostejši vodik, kisik, ogljik in dušik, ki predstavljajo približno 98 % mase celic. To je posledica posebnosti kemičnih lastnosti vodika, kisika, ogljika in dušika, zaradi česar so se izkazali za najprimernejše za tvorbo molekul, ki opravljajo biološke funkcije. Ti štirje elementi so sposobni tvoriti zelo močne kovalentne vezi z združevanjem elektronov, ki pripadajo dvema atomoma. Kovalentno vezani ogljikovi atomi lahko tvorijo hrbtenico neštetih različnih organskih molekul. Ker ogljikovi atomi zlahka tvorijo kovalentne vezi s kisikom, vodikom, dušikom in tudi z žveplom, dosegajo organske molekule izjemno kompleksnost in raznoliko strukturo.

Poleg štirih glavnih elementov celica vsebuje železo, kalij, natrij, kalcij, magnezij, klor, fosfor in žveplo v znatnih količinah (10. in 100. delež odstotka). Vsi ostali elementi (cink, baker, jod, fluor, kobalt, mangan itd.) se nahajajo v celici v zelo majhnih količinah in jih zato imenujemo mikroelementi.

Kemični elementi so del anorganskih in organskih spojin. Anorganske spojine vključujejo vodo, mineralne soli, ogljikov dioksid, kisline in baze. Organske spojine so beljakovine, nukleinske kisline, ogljikovi hidrati, maščobe (lipidi) in lipoidi. Poleg kisika, vodika, ogljika in dušika lahko v njihovo sestavo vključimo tudi druge elemente. Nekatere beljakovine vsebujejo žveplo. Fosfor je sestavni del nukleinskih kislin. Molekula hemoglobina vključuje železo, magnezij sodeluje pri gradnji molekule klorofila. Elementi v sledovih imajo kljub izjemno nizki vsebnosti v živih organizmih pomembno vlogo v življenjskih procesih. Jod je del ščitničnega hormona - tiroksin, kobalt - v sestavi vitamina B 12 hormon otočka trebušne slinavke - insulin - vsebuje cink. Pri nekaterih ribah mesto železa v molekulah pigmentov, ki prenašajo kisik, zaseda baker.

anorganske snovi

Voda. H 2 O je najpogostejša spojina v živih organizmih. Njegova vsebnost v različnih celicah se razlikuje v precej širokem razponu: od 10 % v zobni sklenini do 98 % v telesu meduze, v povprečju pa je približno 80 % telesne teže. Izjemno pomembna vloga vode pri zagotavljanju življenjskih procesov je posledica njene fizikalne in kemijske lastnosti. Zaradi polarnosti molekul in sposobnosti tvorbe vodikovih vezi je voda dobro topilo za ogromno snovi. Večina kemičnih reakcij, ki potekajo v celici, se lahko zgodi le v vodni raztopini. Voda je vključena tudi v številne kemične preobrazbe.

Skupno število vodikovih vezi med molekulami vode se spreminja glede na t °. Pri t ° taljenje ledu uniči približno 15% vodikovih vezi, pri t ° 40 ° C - polovico. Ob prehodu v plinasto stanje se vse vodikove vezi uničijo. To pojasnjuje visoko Specifična toplota voda. Ko se spremeni t ° zunanjega okolja, voda absorbira ali oddaja toploto zaradi pretrganja ali novega nastanka vodikovih vezi. Na ta način so nihanja t ° znotraj celice manjša kot v okolje. Visoka toplota izhlapevanja je osnova učinkovitega mehanizma prenosa toplote pri rastlinah in živalih.

Voda kot topilo sodeluje pri pojavih osmoze, ki igra pomembno vlogo pri vitalni aktivnosti telesnih celic. Osmoza se nanaša na prodiranje molekul topila skozi polprepustno membrano v raztopino snovi. Polprepustne membrane so membrane, ki omogočajo prehod molekul topila, vendar ne prepuščajo molekul (ali ionov) topljenca. Zato je osmoza enosmerna difuzija vodnih molekul v smeri raztopine.

mineralne soli. Večina anorganskih notranjih celic je v obliki soli v disociiranem ali trdnem stanju. Koncentracija kationov in anionov v celici in v njenem okolju ni enaka. Celica vsebuje precej K in veliko Na. V zunajceličnem okolju, na primer, v krvni plazmi, v morski vodi, nasprotno, je veliko natrija in malo kalija. Razdražljivost celic je odvisna od razmerja koncentracij ionov Na +, K+, Ca 2+, Mg 2+. V tkivih večceličnih živali je K del večcelične snovi, ki zagotavlja kohezijo celic in njihovo urejeno razporeditev. Osmotski tlak v celici in njene puferske lastnosti so v veliki meri odvisne od koncentracije soli. Puferiranje je sposobnost celice, da vzdržuje rahlo alkalno reakcijo svoje vsebine na konstantni ravni. Puferiranje znotraj celice zagotavljajo predvsem ioni H 2 PO 4 in HPO 4 2-. V zunajceličnih tekočinah in v krvi imata H 2 CO 3 in HCO 3 vlogo pufra. Anioni vežejo ione H in hidroksidne ione (OH -), zaradi česar se reakcija znotraj celice zunajceličnih tekočin praktično ne spremeni. Netopne mineralne soli (na primer Ca fosfat) zagotavljajo moč kostnemu tkivu vretenčarjev in školjk mehkužcev.

Organska snov celice

veverice. Med organskimi snovmi celice so beljakovine na prvem mestu tako po količini (10–12 % celotne celične mase) kot po vrednosti. Beljakovine so polimeri z visoko molekulsko maso (z molekulsko maso od 6000 do 1 milijona ali več), katerih monomeri so aminokisline. Živi organizmi uporabljajo 20 aminokislin, čeprav jih je veliko več. Sestava katere koli aminokisline vključuje amino skupino (-NH 2), ki ima bazične lastnosti, in karboksilno skupino (-COOH), ki ima kislinske lastnosti. Dve aminokislini se združita v eno molekulo tako, da vzpostavita vez HN-CO s sproščanjem molekule vode. Vez med amino skupino ene aminokisline in karboksilno skupino druge imenujemo peptidna vez. Beljakovine so polipeptidi, ki vsebujejo desetine ali stotine aminokislin. Molekule različnih beljakovin se med seboj razlikujejo po molekulski masi, številu, sestavi aminokislin in njihovem zaporedju v polipeptidni verigi. Jasno je torej, da so beljakovine zelo raznolike, njihovo število v vseh vrstah živih organizmov je ocenjeno na 10 10 - 10 12.

Veriga aminokislinskih enot, povezanih s kovalentnimi peptidnimi vezmi v določenem zaporedju, se imenuje primarna struktura proteina. V celicah imajo beljakovine obliko spiralno zvitih vlaken ali kroglic (globul). To je posledica dejstva, da je v naravnem proteinu polipeptidna veriga zložena na strogo določen način, odvisno od kemična struktura njegove sestavne aminokisline.

Najprej se polipeptidna veriga zvije v vijačnico. Med atomi sosednjih zavojev nastane privlačnost in tvorijo se vodikove vezi, zlasti med NH- in CO skupine ki se nahajajo na sosednjih zavojih. Veriga aminokislin, zvita v obliki spirale, tvori sekundarno strukturo proteina. Kot rezultat nadaljnjega zlaganja vijačnice nastane konfiguracija, značilna za vsak protein, imenovana terciarna struktura. Terciarna struktura je posledica delovanja kohezijskih sil med hidrofobnimi radikali, ki so prisotni v nekaterih aminokislinah, in kovalentnimi vezmi med skupinami SH aminokisline cisteina ( S-S povezave). Število hidrofobnih radikalov aminokislin in cisteina ter vrstni red njihove razporeditve v polipeptidni verigi je specifičen za vsak protein. Posledično so značilnosti terciarne strukture proteina določene z njegovo primarno strukturo. Protein izkazuje biološko aktivnost le v obliki terciarne strukture. Zato lahko zamenjava celo ene aminokisline v polipeptidni verigi povzroči spremembo konfiguracije proteina in zmanjšanje ali izgubo njegove biološke aktivnosti.

V nekaterih primerih se beljakovinske molekule med seboj kombinirajo in lahko opravljajo svojo funkcijo le v obliki kompleksov. Hemoglobin je torej kompleks štirih molekul in le v tej obliki je sposoben vezati in prenašati kisik.Takšni agregati predstavljajo kvartarno strukturo proteina. Glede na sestavo so beljakovine razdeljene v dva glavna razreda - preproste in zapletene. Enostavne beljakovine so sestavljene samo iz aminokislin: nukleinske kisline (nukleotidi), lipidi (lipoproteini), Me (kovinske beljakovine), P (fosfoproteini).

Funkcije beljakovin v celici so izjemno raznolike. Ena najpomembnejših je gradbena funkcija: beljakovine sodelujejo pri tvorbi vseh celičnih membran in celičnih organelov ter znotrajceličnih struktur. Izjemnega pomena je encimska (katalitična) vloga beljakovin. Encimi pospešijo kemične reakcije, ki potekajo v celici, za 10 ki in 100 milijonov krat. Motorno funkcijo zagotavljajo posebni kontraktilni proteini. Te beljakovine so vključene v vse vrste gibov, ki so jih celice in organizmi sposobne: utripanje cilijev in udarjanje bičk pri praživalih, krčenje mišic pri živalih, gibanje listov pri rastlinah itd. Transportna funkcija beljakovin je pritrjevanje kemičnih elementov. (na primer hemoglobin veže O) ali biološko aktivne snovi (hormone) in jih prenaša v tkiva in organe telesa. Zaščitna funkcija se izraža v obliki proizvodnje posebnih beljakovin, imenovanih protitelesa, kot odgovor na prodor tujih beljakovin ali celic v telo. Protitelesa vežejo in nevtralizirajo tuje snovi. Beljakovine igrajo pomembno vlogo kot vir energije. S popolnim cepljenjem 1g. beljakovin se sprosti 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Ogljikovi hidrati. Ogljikovi hidrati ali saharidi so organske spojine splošna formula(CH2O) n. Večina ogljikovih hidratov ima dvakrat večje število atomov H več številka O atomi, kot v molekulah vode. Zato so te snovi imenovali ogljikovi hidrati. V živi celici se ogljikovi hidrati nahajajo v količinah, ki ne presegajo 1-2, včasih 5% (v jetrih, v mišicah). Rastlinske celice so najbogatejše z ogljikovimi hidrati, kjer njihova vsebnost v nekaterih primerih doseže 90 % mase suhe snovi (semena, gomolji krompirja itd.).

Ogljikovi hidrati so preprosti in zapleteni. enostavni ogljikovi hidrati imenovani monosaharidi. Glede na število atomov ogljikovih hidratov v molekuli se monosaharidi imenujejo trioze, tetroze, pentoze ali heksoze. Od šestih ogljikovih monosaharidov so najpomembnejše heksoze, glukoza, fruktoza in galaktoza. Glukoza je v krvi (0,1-0,12%). Pentozi riboza in deoksiriboza sta del nukleinskih kislin in ATP. Če se dva monosaharida združita v eni molekuli, se taka spojina imenuje disaharid. Prehranski sladkor, pridobljen iz trsa ali sladkorne pese, je sestavljen iz ene molekule glukoze in ene molekule fruktoze, mlečni sladkor - iz glukoze in galaktoze.

Kompleksni ogljikovi hidrati, ki jih tvorijo številni monosaharidi, se imenujejo polisaharidi. Monomer polisaharidov, kot so škrob, glikogen, celuloza, je glukoza. Ogljikovi hidrati opravljajo dve glavni funkciji: konstrukcijsko in energijsko. Celuloza tvori stene rastlinskih celic. Kompleksni polisaharid hitin je glavna strukturna komponenta eksoskeleta členonožcev. Hitin opravlja tudi gradbeno funkcijo v glivah. Ogljikovi hidrati igrajo vlogo glavnega vira energije v celici. V procesu oksidacije 1 g ogljikovih hidratov se sprosti 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Škrob v rastlinah in glikogen pri živalih sta shranjena v celicah in služita kot energetska rezerva.

Nukleinska kislina. Vrednost nukleinskih kislin v celici je zelo visoka. Posebnosti njihove kemične strukture zagotavljajo možnost shranjevanja, prenosa in prenosa z dedovanjem na hčerinske celice informacij o strukturi beljakovinskih molekul, ki se sintetizirajo v vsakem tkivu na določeni stopnji. individualni razvoj. Ker je večina lastnosti in lastnosti celic posledica beljakovin, je jasno, da je stabilnost nukleinskih kislin bistveni pogoj normalno delovanje celic in celih organizmov. Vsaka sprememba strukture celic ali aktivnost fizioloških procesov v njih, ki tako vplivajo na življenje. Proučevanje zgradbe nukleinskih kislin je izjemno pomembno za razumevanje dedovanja lastnosti v organizmih in vzorcev delovanja tako posameznih celic kot celičnih sistemov – tkiv in organov.

Obstajata 2 vrsti nukleinskih kislin - DNK in RNA. DNK je polimer, sestavljen iz dveh nukleotidnih vijačnic, zaprtih tako, da nastane dvojna vijačnica. Monomeri molekul DNK so nukleotidi, sestavljeni iz dušikove baze (adenin, timin, gvanin ali citozin), ogljikovega hidrata (deoksiriboza) in ostanka fosforne kisline. Dušikove baze v molekuli DNK so med seboj povezane z neenakim številom H-vezi in so razporejene v parih: adenin (A) je vedno proti timinu (T), gvanin (G) proti citozinu (C). Shematično lahko razporeditev nukleotidov v molekuli DNK prikažemo na naslednji način:

Slika 1. Razporeditev nukleotidov v molekuli DNK

Iz sl.1. Vidi se, da so nukleotidi med seboj povezani ne naključno, ampak selektivno. Sposobnost selektivne interakcije adenina s timinom in gvanina s citozinom se imenuje komplementarnost. Komplementarno interakcijo določenih nukleotidov pojasnjujejo posebnosti prostorske razporeditve atomov v njihovih molekulah, ki jim omogočajo, da se približajo drug drugemu in tvorijo H-vezi. V polinukleotidni verigi so sosednji nukleotidi povezani prek sladkorja (deoksiriboze) in ostanka fosforne kisline. RNA je, tako kot DNK, polimer, katerega monomeri so nukleotidi. Dušikove baze treh nukleotidov so enake tistim, ki sestavljajo DNK (A, G, C); četrti - uracil (U) - je prisoten v molekuli RNA namesto timina. Nukleotidi RNA se od nukleotidov DNK razlikujejo po strukturi ogljikovih hidratov (riboza namesto deoksiriboze).

V verigi RNA so nukleotidi povezani z tvorbo kovalentne vezi med ribozo enega nukleotida in ostankom fosforne kisline drugega. Dvoverižne RNA se razlikujejo po strukturi. Dvoverižne RNA so nosilci genetskih informacij v številnih virusih, t.j. opravljajo funkcije kromosomov. Enoverižne RNA izvajajo prenos informacij o strukturi beljakovin s kromosoma na mesto njihove sinteze in sodelujejo pri sintezi beljakovin.

Obstaja več vrst enoverižne RNA. Njihova imena so posledica njihove funkcije ali lokacije v celici. Večina citoplazemske RNA (do 80-90%) je ribosomska RNA (rRNA), ki jo vsebujejo ribosomi. Molekule rRNA so relativno majhne in so sestavljene iz povprečno 10 nukleotidov. Druga vrsta RNA (mRNA), ki nosi informacije o zaporedju aminokislin v beljakovinah, ki se sintetizirajo v ribosome. Velikost teh RNA je odvisna od dolžine segmenta DNK, iz katerega so bile sintetizirane. Prenosne RNA opravljajo več funkcij. Dostavljajo aminokisline na mesto sinteze beljakovin, »prepoznajo« (po principu komplementarnosti) triplet in RNA, ki ustrezata preneseni aminokislini, ter izvedejo natančno orientacijo aminokisline na ribosomu.

Maščobe in lipoidi. Maščobe so spojine maščobnih makromolekularnih kislin in trihidričnega alkohola glicerola. Maščobe se v vodi ne raztopijo – so hidrofobne. V celici so vedno druge kompleksne hidrofobne maščobe podobne snovi, imenovane lipoidi. Ena od glavnih funkcij maščob je energija. Med razgradnjo 1 g maščobe na CO 2 in H 2 O se sprosti veliko število energija - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Vsebnost maščobe v celici se giblje od 5-15% mase suhe snovi. V celicah živega tkiva se količina maščobe poveča na 90%. Glavna funkcija maščob v živalskem (in deloma rastlinskem) svetu je shranjevanje.

S popolno oksidacijo 1 g maščobe (v ogljikov dioksid in vodo) se sprosti približno 9 kcal energije. (1 kcal = 1000 cal; kalorija (cal, cal) je zunajsistemska enota količine dela in energije, ki je enaka količini toplote, ki je potrebna za segrevanje 1 ml vode za 1 ° C pri standardnem atmosferskem tlaku 101,325 kPa; 1 kcal \u003d 4,19 kJ). Pri oksidaciji (v telesu) 1 g beljakovin ali ogljikovih hidratov se sprosti le približno 4 kcal / g. V najrazličnejših vodnih organizmih – od enoceličnih diatomejev do orjaških morskih psov – bo maščoba "plavala", kar bo zmanjšalo povprečno gostoto telesa. Gostota živalskih maščob je približno 0,91-0,95 g/cm³. Gostota kosti vretenčarjev je blizu 1,7-1,8 g/cm³, povprečna gostota večine drugih tkiv pa je blizu 1 g/cm³. Jasno je, da je za "uravnoteženje" težkega okostja potrebno precej maščobe.

Maščobe in lipoidi opravljajo in gradbena funkcija: So del celičnih membran. Zaradi slabe toplotne prevodnosti ima maščoba zaščitno funkcijo. Pri nekaterih živalih (tjulnji, kiti) se odlaga v podkožno maščobno tkivo in tvori plast debeline do 1 m. Nastajanje nekaterih lipoidov je pred sintezo številnih hormonov. Posledično imajo te snovi tudi funkcijo uravnavanja presnovnih procesov.

AT sodobnih razmerah eden najbolj perečih problemov pouka kemije je zagotavljanje praktične usmerjenosti predmetnega znanja. To pomeni, da je treba razjasniti tesno povezavo med preučevanimi teoretičnimi stališči in življenjsko prakso, pokazati uporabno naravo kemijskega znanja. Učenci se z veseljem učijo kemije. Za ohranjanje kognitivnega interesa učencev jih je treba prepričati o učinkovitosti kemijskega znanja, oblikovati osebno potrebo po obvladovanju učnega gradiva.

Namen te lekcije: razširiti obzorja učencev in povečati kognitivni interes za študij predmeta, oblikovati svetovnonazorske pojme o spoznavnosti narave. Predlagamo, da se ta pouk izvede v 8. razredu po preučevanju kemičnih elementov periodnega sistema, ko imajo otroci že predstavo o njihovi raznolikosti.

MED POUKOM

Učitelj:

V naravi ni nič drugega
Niti sem ne tam, v globinah vesolja:
Vse - od majhnih zrnc peska do planetov -
Sestavljen je iz posameznih elementov.
Kot formula, kot urnik dela,
Struktura sistema Mendelejeva je stroga.
Svet okoli vas je živ
Vstopite vanj, vdihnite, se ga dotaknite z rokami.

Lekcija se začne z gledališkim prizorom "Kdo je najpomembnejši v mizi?" (cm. Priloga 1).

Učitelj:Človeško telo vsebuje 81 kemičnih elementov od 92, ki jih najdemo v naravi. Človeško telo je zapleten kemični laboratorij. Težko si je predstavljati, da je naše vsakodnevno počutje, razpoloženje in celo apetit lahko odvisni od mineralov. Brez njih so vitamini neuporabni, sinteza in razgradnja beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov je nemogoča.

Na mizah učencev so tabele "Biološka vloga kemičnih elementov" (gl. Priloga 2). Vzemite si čas, da jo spoznate. Učitelj skupaj z učenci analizira tabelo z vprašanji.

Učitelj: Osnova življenja je šest elementov prvih treh obdobij (H, C, N, O, P, S), ki predstavljajo 98 % mase žive snovi (preostali elementi periodnega sistema niso več kot 2 %).
Trije glavni atributi biogenih elementov (H, C, N, O, P, S):

majhna velikost atomov
majhen sorodnik atomska masa,
sposobnost tvorbe močnih kovalentnih vezi.

Učenci dobijo besedila (gl. Priloga 3). Naloga: pozorno preberite besedilo; izpostaviti elemente, ki so potrebni za življenje, in elemente, nevarne za žive organizme; poiščite jih v periodnem sistemu in razložite njihovo vlogo.
Po opravljeni nalogi več učencev analizira različna besedila.

Učitelj: Elementi-analogi v naravnem okolju nastopajo v konkurenci in se lahko v živih organizmih zamenjajo, kar negativno vpliva nanje.
Zamenjava natrija in kalija v organizmih živali in ljudi z litijem povzroči motnje živčnega sistema, saj celice v tem primeru ne izvajajo živčnega impulza. Takšne motnje vodijo v shizofrenijo.
Talij, biološki konkurent kalija, ga nadomešča v celičnih stenah, vpliva na centralni in periferni živčni sistem, prebavila in ledvice.
Selen lahko nadomesti žveplo v beljakovinah. To je edini element, ki lahko v visokih koncentracijah v rastlinah povzroči nenadno smrt živali in ljudi, ki jih jedo.
Kalcij, ko ga v tleh primanjkuje, v telesu nadomesti stroncij, ki postopoma poruši normalno strukturo skeleta. Še posebej nevarna je zamenjava kalcija s stroncijem-90, ki se kopiči v ogromnih količinah na mestih jedrskih eksplozij (pri testiranju jedrskega orožja) ali ob nesrečah v jedrskih elektrarnah. Ta radionuklid uničuje kostni mozeg.
Kadmij tekmuje s cinkom. Ta element zmanjšuje aktivnost prebavnih encimov, moti tvorbo glikogena v jetrih, povzroča deformacijo skeleta, zavira rast kosti, povzroča pa tudi hude bolečine v križu in mišicah nog, krhkost kosti (na primer zlomljena rebra pri kašljanju) . Druge negativne posledice so rak pljuč in danke, disfunkcija trebušne slinavke. Poškodbe ledvic, znižane ravni železa, kalcija, fosforja v krvi. Ta element zavira procese samočiščenja v vodnih in kopenskih rastlinah (opaženo je na primer 20-30-kratno povečanje kadmija v listih tobaka).
Halogeni se v telesu zelo enostavno zamenjajo. Presežek fluora v okolju (fluorirana voda, onesnaženost tal s fluorovimi spojinami okoli obrata za proizvodnjo aluminija in drugi razlogi) preprečuje vstop joda v človeško telo. Posledično bolezen ščitnice endokrini sistem na splošno.

Vnaprej pripravljena sporočila študentov.

1. študent:

Srednjeveški alkimiki so smatrali zlato za popolnost, druge kovine pa za napako pri ustvarjanju in, kot veste, so si zelo prizadevali, da bi to napako odpravili. Idejo o uvedbi zlata v medicinsko prakso pripisujejo Paracelzusu, ki je razglasil, da cilj kemije ne sme biti preoblikovanje vseh kovin v zlato, ampak priprava zdravil. Zdravila iz zlata in njegovih spojin so poskusili zdraviti številne bolezni. Zdravili so se zaradi gobavosti, lupusa in tuberkuloze. Pri ljudeh, občutljivih na zlato, lahko povzroči kršitev sestave krvi, reakcijo ledvic, jeter, vpliva na razpoloženje, rast zob, las. Zlato zagotavlja delovanje živčnega sistema. Najdemo ga v koruzi. In moč krvnih žil je odvisna od germanija. Edini prehrambeni izdelek, ki vsebuje germanij, je česen.

2. študent:

AT Človeško telo največja količina bakra se nahaja v možganih in jetrih in že ta okoliščina kaže na njegov pomen v življenju. Ugotovljeno je bilo, da se z bolečino poveča koncentracija bakra v krvi in cerebrospinalni tekočini. V Siriji in Egiptu novorojenčki nosijo bakrene zapestnice za preprečevanje rahitisa in epilepsije.

3. učenec:

ALUMINIJ

Aluminijastim pripomočkom pravimo pribor revnih, saj ta kovina prispeva k razvoju senilne ateroskleroze. Pri kuhanju v takšnih posodah aluminij delno prehaja v telo, kjer se kopiči.

4. učenec:

Kateri element najdemo v jabolkih? (železo.)
Kakšna je njegova biološka vloga? (Telo vsebuje 3 g železa, od tega 2 g v krvi. Železo je del hemoglobina. Pomanjkanje železa vodi v glavobol, hitra utrujenost.)

Nato študentje izvedejo laboratorijski poskus, katerega namen je eksperimentalno dokazati vpliv soli določenih kovin na beljakovine. Beljakovino zmešajo z raztopinami alkalij in bakrovega sulfata in opazujejo obarjanje vijolične oborine. Naredite sklep o uničenju beljakovin.

5. učenec:

Človek je tudi narava.
On je tudi sončni zahod in sončni vzhod.
In ima štiri letne čase.
In posebna poteza v glasbi.

In poseben zakrament barve,
Zdaj s krutim, zdaj z dobrim ognjem.
Človek je zima. Ali poletje.
Ali jeseni. Z grmenjem in dežjem.

Vse je v sebi – kilometri in čas.
In zaradi atomskih neviht je bil slep.
Človek je hkrati zemlja in seme.
In plevel sredi polja. In kruh.

In kakšno je vreme v njem?
Koliko je osamljenosti? Sestanki?
Tudi človek je narava...
Zato poskrbimo za naravo!

(S. Ostrovoj)

Za utrjevanje znanja, pridobljenega v lekciji, se izvede test "Nasmeh" (glej. Dodatek 4).
Nato se predlaga, da se izpolni križanka "Kemični kalejdoskop" (glej. Priloga 5).
Učitelj povzame lekcijo in opozori na najbolj aktivne učence.

6. učenec:

Spremeni, spremeni!
Klic kar deže.
Končno je končano
Dolgočasna lekcija!

Vlečenje žvepla za pujski rep,
Magnezij je tekel mimo.
Jod je izhlapel iz učilnice
Kot da se sploh nikoli ni zgodilo.

Fluor je po nesreči zažgal vodo,
Klor je pojedel knjigo nekoga drugega.
Ogljik nenadoma z vodikom
Uspelo mi je postati neviden.

V kotu se borita kalij in brom:
Ne delijo si elektrona.
Kisik - poreden na bor
Mimo galopirali na konju.

Rabljene knjige:

O.V. Baidalina O uporabnem vidiku kemijskega znanja. “Kemija v šoli” št. 5, 2005
Kemija in ekologija v šolskem tečaju. “Prvi september” št. 14, 2005
I. N. Pimenova, A. V. Pimenov»Predavanja o splošna biologija”, vadnica, Saratov, JSC Založba "Lyceum", 2003
O kemiji v verzih, Kdo je najpomembnejši v tabeli? “Prvi september”, št. 15, 2005
Kovine v človeškem telesu "Kemija v šoli", št. 6, 2005
Križanka "Kemični kalejdoskop". “Prvi september”, št. 1 4, 2005
"Grem k pouku kemije." Knjiga za učitelja. M. "Prvi september", 2002, str.