Betydelsen av de viktigaste kemiska grundämnena och föreningarna för cellen och organismen. Kemiska element i cellerna hos levande organismer - Kunskapsstormarknad

Kroppens elementära sammansättning

Förbi kemisk sammansättning Olika organismers celler kan skilja sig markant åt, men de består av samma element. Cirka 70 element i det periodiska systemet för D.I. Mendeleev, men bara 24 av dem är av stor betydelse och finns ständigt i levande organismer.

Makronäringsämnen - syre, kolväte, väte, kväve - är en del av organiska ämnens molekyler. Makroelement inkluderar nyligen kalium, natrium, kalcium, svavel, fosfor, magnesium, järn, klor. Deras innehåll i cellen är tiondelar och hundradelar av en procent.

Magnesium är en del av klorofyll; järn - hemoglobin; fosfor - benvävnad, nukleinsyror; kalcium - ben, skaldjurssköldpaddor, svavel - i sammansättningen av proteiner; kalium-, natrium- och kloridjoner deltar i att förändra cellmembranets potential.

spårelement presenteras i en cell med hundradelar och tusendelar av en procent. Dessa är zink, koppar, jod, fluor, molybden, bor, etc.

Spårämnen är en del av enzymer, hormoner, pigment.

Ultramikroelement - element vars innehåll i cellen inte överstiger 0,000001 %. Dessa är uran, guld, kvicksilver, cesium, etc.

Vatten och dess biologiska betydelse

Vatten rankas kvantitativt bland kemiska föreningar första plats i alla celler. Beroende på typen av celler, deras funktionella tillstånd, typen av organism och villkoren för dess närvaro, varierar dess innehåll i celler avsevärt.

Benvävnadsceller innehåller inte mer än 20% vatten, fettvävnad - cirka 40%, muskelceller - 76% och embryonala celler - mer än 90%.

Anmärkning 1

I alla organismers celler minskar mängden vatten markant med åldern.

Därav slutsatsen att ju högre funktionell aktivitet hos organismen som helhet och för varje cell separat, desto större vatteninnehåll, och vice versa.

Anmärkning 2

En förutsättning för cellers vitala aktivitet är närvaron av vatten. Det är huvuddelen av cytoplasman, stöder dess struktur och stabiliteten hos kolloiderna som utgör cytoplasman.

Vattnets roll i en cell bestäms av dess kemiska och strukturella egenskaper. Först och främst beror detta på den lilla storleken på molekylerna, deras polaritet och förmågan att kombinera med vätebindningar.

Vätebindningar bildas med deltagande av väteatomer kopplade till en elektronegativ atom (vanligtvis syre eller kväve). I detta fall får väteatomen en så stor positiv laddning att den kan bilda en ny bindning med en annan elektronegativ atom (syre eller kväve). Vattenmolekyler binder också till varandra, där ena änden har en positiv laddning, och den andra är negativ. En sådan molekyl kallas dipol. Den mer elektronegativa syreatomen i en vattenmolekyl attraheras till den positivt laddade väteatomen i en annan molekyl för att bilda en vätebindning.

På grund av att vattenmolekyler är polära och kapabla att bilda vätebindningar är vatten ett perfekt lösningsmedel för polära ämnen, som kallas hydrofila. Dessa är föreningar av jonisk natur, i vilka laddade partiklar (joner) dissocierar (separerar) i vatten när ett ämne (salt) löses upp. Vissa icke-joniska föreningar har samma förmåga, i vars molekyl det finns laddade (polära) grupper (i sockerarter, aminosyror, enkla alkoholer, dessa är OH-grupper). Ämnen som består av opolära molekyler (lipider) är praktiskt taget olösliga i vatten, det vill säga de hydrofober.

När ett ämne passerar in i en lösning får dess strukturella partiklar (molekyler eller joner) förmågan att röra sig mer fritt, och följaktligen ökar ämnets reaktivitet. På grund av detta är vatten det huvudsakliga mediet där de flesta kemiska reaktioner äger rum. Dessutom sker alla redoxreaktioner och hydrolysreaktioner med direkt deltagande av vatten.

Vatten har den högsta specifika värmekapaciteten av alla kända ämnen. Detta innebär att med en betydande ökning av termisk energi stiger vattentemperaturen relativt lite. Detta beror på användningen av en betydande mängd av denna energi för att bryta vätebindningar, vilket begränsar rörligheten för vattenmolekyler.

På grund av sin höga värmekapacitet tjänar vatten som ett skydd för växt- och djurvävnader från en kraftig och snabb temperaturökning, och den höga förångningsvärmen är grunden för tillförlitlig stabilisering av kroppstemperaturen. Behovet av en betydande mängd energi för att avdunsta vatten beror på att det finns vätebindningar mellan dess molekyler. Denna energi kommer från miljön, så avdunstning åtföljs av kylning. Denna process kan observeras under svettning, i fallet med värmeflåsande hos hundar, är det också viktigt i processen att kyla de transpirerande organen hos växter, särskilt i ökenförhållanden och under förhållanden med torra stäpper och perioder av torka i andra regioner.

Vatten har också en hög värmeledningsförmåga, vilket säkerställer en jämn fördelning av värme i hela kroppen. Det finns alltså ingen risk för lokala "hot spots" som kan orsaka skador på cellelement. Detta betyder att den höga specifika värmekapaciteten och den höga värmeledningsförmågan för en vätska gör vatten till ett idealiskt medium för att upprätthålla kroppens optimala termiska regim.

Vatten har en hög ytspänning. Denna egenskap är mycket viktig för adsorptionsprocesser, rörelse av lösningar genom vävnader (blodcirkulation, rörelse uppåt och nedåt genom växten, etc.).

Vatten används som en källa till syre och väte, som frigörs under fotosyntesens ljusa fas.

Viktiga fysiologiska egenskaper hos vatten inkluderar dess förmåga att lösa upp gaser ($O_2$, $CO_2$, etc.). Dessutom är vatten som lösningsmedel involverat i osmosprocessen, som spelar en viktig roll i cellers och kroppens liv.

Kolvätens egenskaper och dess biologiska roll

Om vi inte tar hänsyn till vatten kan vi säga att de flesta av cellmolekylerna tillhör kolväten, så kallade organiska föreningar.

Anmärkning 3

Kolväten, som har unika kemiska förmågor som är grundläggande för livet, är dess kemiska grund.

Tack vare liten storlek och tillgänglighet på yttre skal fyra elektroner kan en kolväteatom bilda fyra starka kovalenta bindningar med andra atomer.

Viktigast är kolväteatomernas förmåga att förbinda sig med varandra, bilda kedjor, ringar och i slutändan skelettet av stora och komplexa organiska molekyler.

Dessutom bildar kolvätet lätt kovalenta bindningar med andra biogena element (vanligtvis med $H, Mg, P, O, S$). Detta förklarar förekomsten av ett astronomiskt antal olika organiska föreningar som säkerställer existensen av levande organismer i alla dess manifestationer. Deras mångfald manifesteras i strukturen och storleken på molekyler, deras kemiska egenskaper, mättnadsgrad av kolskelettet och annan form molekyler, som bestäms av vinklarna för intramolekylära bindningar.

Biopolymerer

Dessa är högmolekylära (molekylvikt 103 - 109) organiska föreningar, vars makromolekyler består av ett stort antal upprepade enheter - monomerer.

Biopolymerer är proteiner, nukleinsyror polysackarider och deras derivat (stärkelse, glykogen, cellulosa, hemicellulosa, pektin, kitin, etc.). Monomererna för dem är aminosyror, nukleotider respektive monosackarider.

Anmärkning 4

Cirka 90 % av en cells torrmassa består av biopolymerer: polysackarider dominerar i växter, medan proteiner dominerar hos djur.

Exempel 1

I en bakteriecell finns det cirka 3 tusen typer av proteiner och 1 tusen nukleinsyror, och hos människor uppskattas antalet proteiner till 5 miljoner.

Biopolymerer utgör inte bara den strukturella basen för levande organismer, utan spelar också en ledande roll i livsprocesser.

Den strukturella basen för biopolymerer är linjära (proteiner, nukleinsyror, cellulosa) eller grenade (glykogen) kedjor.

Och nukleinsyror, immunreaktioner, metaboliska reaktioner - och utförs på grund av bildandet av biopolymerkomplex och andra egenskaper hos biopolymerer.

Idag har mycket upptäckts och isolerats i sin rena form kemiska grundämnen periodiska system, och en femtedel av dem finns i varje levande organism. De, liksom tegelstenar, är huvudkomponenterna i ekologiska och oorganiska ämnen.

Vilka kemiska element är en del av cellen, enligt biologin av vilka ämnen man kan bedöma deras närvaro i kroppen - vi kommer att överväga allt detta senare i artikeln.

Vad är beständigheten för den kemiska sammansättningen

För att upprätthålla stabilitet i kroppen måste varje cell hålla koncentrationen av var och en av dess komponenter på en konstant nivå. Denna nivå bestäms av arter, livsmiljöer, miljöfaktorer.

För att svara på frågan om vilka kemiska element som är en del av cellen, är det nödvändigt att tydligt förstå att något ämne innehåller någon av komponenterna i det periodiska systemet.

Ibland i fråga ungefär hundradelar och tusendelar av en procent av innehållet i ett visst element i en cell, men samtidigt kan en förändring av det namngivna numret med minst en tusendel redan bära seriösa konsekvenser för kroppen.

Av de 118 kemiska elementen i en mänsklig cell bör det finnas minst 24. Det finns inga sådana komponenter som skulle finnas i en levande organism, men som inte var en del av livlösa naturobjekt. Detta faktum bekräftar det nära förhållandet mellan levande och icke-levande i ekosystemet.

Rollen för olika element som utgör cellen

Så vilka är de kemiska grundämnena som utgör en cell? Deras roll i organismens liv, det bör noteras, beror direkt på förekomstens frekvens och deras koncentration i cytoplasman. Dock trots olika innehåll element i cellen, är betydelsen av var och en av dem lika hög. Brist på någon av dem kan leda till en skadlig effekt på kroppen och stänga av den viktigaste bio kemiska reaktioner.

Genom att lista vilka kemiska element som är en del av den mänskliga cellen måste vi nämna tre huvudtyper, som vi kommer att överväga nedan:

De huvudsakliga biogena elementen i cellen

Det är inte förvånande att elementen O, C, H, N är biogena, eftersom de bildar alla organiska och många oorganiska ämnen. Det är omöjligt att föreställa sig proteiner, fetter, kolhydrater eller nukleinsyror utan dessa väsentliga komponenter för kroppen.

Funktionen av dessa element bestämde deras höga innehåll i kroppen. Tillsammans står de för 98% av den totala torra kroppsvikten. Hur kan annars aktiviteten hos dessa enzymer manifesteras?

Syre. Dess innehåll i cellen är cirka 62% av den totala torrmassan. Funktioner: konstruktion av organiska och oorganiska ämnen, deltagande i andningskedjan;
Kol. Dess innehåll når 20%. Huvudfunktion: ingår i alla;
Väte. Dess koncentration tar ett värde av 10%. Förutom att vara en komponent i organiskt material och vatten deltar detta element även i energiomvandlingar;
Kväve. Beloppet överstiger inte 3-5%. Dess huvudsakliga roll är bildandet av aminosyror, nukleinsyror, ATP, många vitaminer, hemoglobin, hemocyanin, klorofyll.

Dessa är de kemiska grundämnena som utgör cellen och bildar de flesta av de ämnen som är nödvändiga för ett normalt liv.

Betydelsen av makronäringsämnen

Makronäringsämnen hjälper också till att föreslå vilka kemiska element som är en del av cellen. Från biologikursen blir det tydligt att, förutom de huvudsakliga, 2% av torrmassan består av andra komponenter i det periodiska systemet. Och makronäringsämnen inkluderar de vars innehåll inte är lägre än 0,01%. Deras huvudfunktioner presenteras i form av en tabell.


Kalcium (Ca)		Ansvarig för sammandragningen av muskelfibrer, är en del av pektin, ben och tänder. Förbättrar blodets koagulering.
Fosfor (P)		Det är en del av den viktigaste energikällan - ATP.
		Deltar i bildandet av disulfidbryggor under proteinveckning till en tertiär struktur. Ingår i sammansättningen av cystein och metionin, vissa vitaminer.
		Kaliumjoner är involverade i celler och påverkar även membranpotentialen.
		Större anjon i kroppen
Natrium (Na)		Analog av kalium involverad i samma processer.
Magnesium (Mg)		Magnesiumjoner är regulatorer av processen I mitten av klorofyllmolekylen finns också en magnesiumatom.
		Deltar i transporten av elektroner genom ETC av andning och fotosyntes, är en strukturell länk av myoglobin, hemoglobin och många enzymer.

Vi hoppas att det från ovanstående är lätt att avgöra vilka kemiska element som ingår i cellen och är makroelement.

spårelement

Det finns också sådana komponenter i cellen, utan vilka kroppen inte kan fungera normalt, men deras innehåll är alltid mindre än 0,01%. Låt oss avgöra vilka kemiska grundämnen som är en del av cellen och tillhör gruppen mikroelement.


		Det är en del av enzymerna i DNA- och RNA-polymeraser, såväl som många hormoner (till exempel insulin).
		Deltar i processerna för fotosyntes, syntes av hemocyanin och vissa enzymer.
		Det är en strukturell komponent av hormonerna T3 och T4 i sköldkörteln
Mangan (Mn)	mindre än 0,001	Ingår i enzymer, ben. Deltar i kvävefixering i bakterier
	mindre än 0,001	Påverkar processen för växttillväxt.
		Det är en del av benen och tandemaljen.

Organiska och oorganiska ämnen

Utöver dessa, vilka andra kemiska grundämnen ingår i cellens sammansättning? Svaren kan hittas helt enkelt genom att studera strukturen hos de flesta ämnen i kroppen. Bland dem urskiljs molekyler av organiskt och oorganiskt ursprung, och var och en av dessa grupper har en fast uppsättning element i sin sammansättning.

Huvudklasserna av organiska ämnen är proteiner, nukleinsyror, fetter och kolhydrater. De är helt byggda av de biogena huvudelementen: molekylens skelett bildas alltid av kol, och väte, syre och kväve är en del av radikalerna. Hos djur är proteiner den dominerande klassen och hos växter polysackarider.

Oorganiska ämnen är alla mineralsalter och naturligtvis vatten. Bland alla oorganiska ämnen i cellen är det mest H 2 O, i vilket resten av ämnena är lösta.

Allt ovanstående hjälper dig att avgöra vilka kemiska element som är en del av cellen, och deras funktioner i kroppen kommer inte längre att vara ett mysterium för dig.

Cirka 70 grundämnen har hittats i cellerna hos olika organismer periodiska systemet element av D. I. Mendeleev, men endast 24 av dem har ett väletablerat värde och finns ständigt i alla typer av celler.

största Specifik gravitation i den elementära sammansättningen av cellen faller på syre, kol, väte och kväve. Dessa är de så kallade huvud eller näringsämnen. Dessa grundämnen står för mer än 95 % av cellernas massa, och deras relativa innehåll i levande materia är mycket högre än i jordskorpan. Också viktiga är kalcium, fosfor, svavel, kalium, klor, natrium, magnesium, jod och järn. Deras innehåll i cellen beräknas i tiondelar och hundradelar av en procent. De listade elementen bildar en grupp makronäringsämnen.

Andra kemiska grundämnen: koppar, mangan, molybden, kobolt, zink, bor, fluor, krom, selen, aluminium, jod, järn, kisel - finns i extremt små mängder (mindre än 0,01 % av cellmassan). De tillhör gruppen spårelement.

Procentandelen av ett eller annat element i kroppen kännetecknar inte på något sätt graden av dess betydelse och nödvändighet i kroppen. Så till exempel är många spårämnen en del av olika biologiskt aktiva ämnen - enzymer, vitaminer (kobolt är en del av vitamin B 12), hormoner (jod är en del av tyroxin); påverkar tillväxten och utvecklingen av organismer (zink, mangan, koppar), hematopoiesis (järn, koppar), cellulära andningsprocesser (koppar, zink), etc. Innehållet och betydelsen för cellers liv och kroppen som helhet av olika kemiska grundämnen anges i tabellen:

De viktigaste kemiska elementen i cellen

Element	Symbol	Ungefärligt innehåll, %	Betydelse för cellen och organismen
Syre	O	62	Ingår i vatten och organiskt material; involverad i cellandning
Kol	C	20	Ingår i alla organiska ämnen
Väte	H	10	Ingår i vatten och organiskt material; deltar i energiomvandlingsprocesser
Kväve	N	3	Ingår i aminosyror, proteiner, nukleinsyror, ATP, klorofyll, vitaminer
Kalcium	Ca	2,5	Det är en del av cellväggen i växter, ben och tänder, ökar blodkoagulering och kontraktilitet av muskelfibrer
Fosfor	P	1,0	Ingår i benvävnad och tandemalj, nukleinsyror, ATP, vissa enzymer
Svavel	S	0,25	Ingår i aminosyror (cystein, cystin och metionin), vissa vitaminer, deltar i bildandet av disulfidbindningar i bildandet av den tertiära strukturen av proteiner
Kalium	K	0,25	Det finns i cellen endast i form av joner, aktiverar enzymerna för proteinsyntes, orsakar en normal hjärtaktivitetsrytm, deltar i processerna för fotosyntes, generering av bioelektriska potentialer
Klor	Cl	0,2	Den negativa jonen dominerar i djurkroppen. Saltsyrakomponent i magsaft
Natrium	Na	0,10	Innehålls i cellen endast i form av joner, orsakar en normal hjärtaktivitetsrytm, påverkar syntesen av hormoner
Magnesium	mg	0,07	Ingår i klorofyllmolekyler, såväl som ben och tänder, aktiverar energimetabolism och DNA-syntes
Jod	jag	0,01	Ingår i sköldkörtelhormoner
Järn	Fe	0,01	Det är en del av många enzymer, hemoglobin och myoglobin, deltar i biosyntesen av klorofyll, i elektrontransport, i andnings- och fotosyntesprocesserna
Koppar	Cu	Spår	Inkluderad i sammansättningen av hemocyaniner hos ryggradslösa djur, i sammansättningen av vissa enzymer, deltar i processerna för hematopoiesis, fotosyntes, hemoglobinsyntes
Mangan	Mn	Spår	Det är en del av eller ökar aktiviteten hos vissa enzymer, deltar i utvecklingen av ben, kväveassimilering och fotosyntesprocessen
Molybden	Mo	Spår	Det är en del av vissa enzymer (nitratreduktas), deltar i processerna för att binda atmosfäriskt kväve av knölbakterier
Kobolt	co	Spår	Ingår i vitamin B 12, deltar i fixeringen av atmosfäriskt kväve av knölbakterier
Bor	B	Spår	Påverkar växternas tillväxtprocesser, aktiverar andningsenzymer som återställer
Zink	Zn	Spår	Det är en del av vissa enzymer som bryter ner polypeptider, är involverat i syntesen av växthormoner (auxiner) och glykolys
Fluor	F	Spår	En del av emaljen av tänder och ben

Cellen är den grundläggande enheten för livet på jorden. Den har alla egenskaper hos en levande organism: den växer, reproducerar sig, utbyter ämnen och energi med miljön och reagerar på yttre stimuli. Början av biologisk evolution är förknippad med uppkomsten av cellulära livsformer på jorden. Encelliga organismer är celler som existerar separat från varandra. Kroppen hos alla flercelliga organismer – djur och växter – är uppbyggd av mer eller mindre celler, som är ett slags byggstenar som utgör en komplex organism. Oavsett om cellen är ett integrerat levande system - en separat organism eller bara är en del av den, är den utrustad med en uppsättning egenskaper och egenskaper som är gemensamma för alla celler.

Cellens kemiska sammansättning

Cirka 60 element i Mendeleevs periodiska system hittades i celler, som också finns i den livlösa naturen. Detta är ett av bevisen på likheten mellan livlig och livlös natur. Väte, syre, kol och kväve är de vanligaste i levande organismer, som utgör cirka 98 % av cellmassan. Detta beror på särdragen hos de kemiska egenskaperna hos väte, syre, kol och kväve, som ett resultat av vilket de visade sig vara de mest lämpliga för bildandet av molekyler som utför biologiska funktioner. Dessa fyra grundämnen kan bilda mycket starka kovalenta bindningar genom parning av elektroner som tillhör två atomer. Kovalent bundna kolatomer kan bilda ryggraden i otaliga olika organiska molekyler. Eftersom kolatomer lätt bildar kovalenta bindningar med syre, väte, kväve och även med svavel, når organiska molekyler en exceptionell komplexitet och variation av struktur.

Förutom de fyra huvudämnena innehåller cellen järn, kalium, natrium, kalcium, magnesium, klor, fosfor och svavel i märkbara mängder (10:e och 100:e delar av en procent). Alla andra grundämnen (zink, koppar, jod, fluor, kobolt, mangan etc.) finns i cellen i mycket små mängder och kallas därför mikroelement.

Kemiska grundämnen är en del av oorganiska och organiska föreningar. Oorganiska föreningar inkluderar vatten, mineralsalter, koldioxid, syror och baser. Organiska föreningar är proteiner, nukleinsyror, kolhydrater, fetter (lipider) och lipoider. Förutom syre, väte, kol och kväve kan andra grundämnen inkluderas i deras sammansättning. Vissa proteiner innehåller svavel. Fosfor är en beståndsdel i nukleinsyror. Hemoglobinmolekylen innehåller järn, magnesium är involverat i konstruktionen av klorofyllmolekylen. Spårämnen spelar, trots sitt extremt låga innehåll i levande organismer, en viktig roll i livsprocesser. Jod är en del av sköldkörtelhormonet - tyroxin, kobolt - i sammansättningen av vitamin B 12 hormon i bukspottkörtelns ö - insulin - innehåller zink. Hos vissa fiskar upptas järnets plats i molekylerna av syrebärande pigment av koppar.

oorganiska ämnen

Vatten. H 2 O är den vanligaste föreningen i levande organismer. Dess innehåll i olika celler varierar inom ett ganska brett intervall: från 10% i tandemaljen till 98% i kroppen på en manet, men i genomsnitt är det cirka 80% av kroppsvikten. Vattnets extremt viktiga roll för att säkerställa livsprocesser beror på dess fysiska och kemiska egenskaper. Molekylernas polaritet och förmågan att bilda vätebindningar gör vatten till ett bra lösningsmedel för ett stort antal ämnen. De flesta av de kemiska reaktioner som sker i en cell kan bara ske i en vattenlösning. Vatten är också involverat i många kemiska omvandlingar.

Det totala antalet vätebindningar mellan vattenmolekyler varierar beroende på t °. Vid t ° smältande is förstör cirka 15% av vätebindningarna, vid t ° 40 ° C - hälften. Vid övergången till det gasformiga tillståndet förstörs alla vätebindningar. Detta förklarar det höga specifik värme vatten. När t ° för den yttre miljön förändras, absorberar eller avger vatten värme på grund av bristning eller nybildning av vätebindningar. På detta sätt är fluktuationerna i t ° inuti cellen mindre än i miljö. Den höga avdunstningsvärmen ligger till grund för den effektiva mekanismen för värmeöverföring i växter och djur.

Vatten som lösningsmedel deltar i fenomenet osmos, som spelar en viktig roll i den vitala aktiviteten hos kroppens celler. Osmos hänvisar till penetrering av lösningsmedelsmolekyler genom ett semipermeabelt membran in i en lösning av ett ämne. Semipermeabla membran är membran som tillåter molekyler av lösningsmedlet att passera igenom, men som inte passerar molekyler (eller joner) av det lösta ämnet. Därför är osmos envägsdiffusion av vattenmolekyler i lösningens riktning.

Mineral salt. De flesta av de oorganiska in-cellerna är i form av salter i dissocierat eller fast tillstånd. Koncentrationen av katjoner och anjoner i cellen och i dess miljö är inte densamma. Cellen innehåller ganska mycket K och mycket Na. I den extracellulära miljön, till exempel i blodplasma, i havsvatten, tvärtom, finns det mycket natrium och lite kalium. Cellirritabilitet beror på förhållandet mellan koncentrationer av Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ joner. I flercelliga djurs vävnader är K en del av en flercellig substans som säkerställer cellernas sammanhållning och deras ordnade arrangemang. Det osmotiska trycket i cellen och dess buffertegenskaper beror till stor del på koncentrationen av salter. Buffring är förmågan hos en cell att upprätthålla en lätt alkalisk reaktion av dess innehåll på en konstant nivå. Buffring inuti cellen tillhandahålls huvudsakligen av H 2 PO 4 och HPO 4 2- joner. I extracellulära vätskor och i blodet spelar H 2 CO 3 och HCO 3 rollen som buffert. Anjoner binder H-joner och hydroxidjoner (OH -), på grund av vilka reaktionen inuti cellen av extracellulära vätskor praktiskt taget inte förändras. Olösliga mineralsalter (till exempel Ca-fosfat) ger styrka till benvävnaden hos ryggradsdjur och blötdjursskal.

Cellens organiska material

Ekorrar. Bland cellens organiska ämnen är proteiner på första plats både i kvantitet (10–12 % av den totala cellmassan) och i värde. Proteiner är polymerer med hög molekylvikt (med en molekylvikt på 6 000 till 1 miljon eller mer) vars monomerer är aminosyror. Levande organismer använder 20 aminosyror, även om det finns många fler. Sammansättningen av vilken aminosyra som helst inkluderar en aminogrupp (-NH 2), som har grundläggande egenskaper, och en karboxylgrupp (-COOH), som har sura egenskaper. Två aminosyror kombineras till en molekyl genom att upprätta en HN-CO-bindning med frisättningen av en vattenmolekyl. Bindningen mellan aminogruppen i en aminosyra och karboxylgruppen i en annan kallas en peptidbindning. Proteiner är polypeptider som innehåller tiotals eller hundratals aminosyror. Molekyler av olika proteiner skiljer sig från varandra i molekylvikt, antal, sammansättning av aminosyror och deras sekvens i polypeptidkedjan. Det är därför tydligt att proteiner är av stor mångfald, deras antal i alla typer av levande organismer uppskattas till 10 10 - 10 12.

En kedja av aminosyraenheter sammankopplade med kovalenta peptidbindningar i en viss sekvens kallas för ett proteins primära struktur. I celler har proteiner formen av spiralformade fibrer eller kulor (kulor). Detta beror på att i ett naturligt protein är polypeptidkedjan veckad på ett strikt definierat sätt, beroende på kemisk struktur dess ingående aminosyror.

Först lindas polypeptidkedjan till en helix. Attraktion uppstår mellan atomerna i angränsande varv och vätebindningar bildas, särskilt mellan NH- och CO-grupper ligger på intilliggande svängar. En kedja av aminosyror, vriden i form av en spiral, bildar den sekundära strukturen av ett protein. Som ett resultat av ytterligare veckning av helixen uppstår en konfiguration som är specifik för varje protein, som kallas den tertiära strukturen. Den tertiära strukturen beror på verkan av kohesionskrafter mellan de hydrofoba radikalerna som finns i vissa aminosyror och kovalenta bindningar mellan SH-grupperna i aminosyran cystein ( S-S-anslutningar). Antalet aminosyror hydrofoba radikaler och cystein, såväl som ordningen för deras arrangemang i polypeptidkedjan, är specifik för varje protein. Följaktligen bestäms egenskaperna hos den tertiära strukturen av ett protein av dess primära struktur. Proteinet uppvisar biologisk aktivitet endast i form av en tertiär struktur. Därför kan ersättningen av till och med en aminosyra i polypeptidkedjan leda till en förändring i proteinets konfiguration och till en minskning eller förlust av dess biologiska aktivitet.

I vissa fall kombineras proteinmolekyler med varandra och kan endast utföra sin funktion i form av komplex. Så, hemoglobin är ett komplex av fyra molekyler och endast i denna form kan det fästa och transportera syre. Sådana aggregat representerar proteinets kvartära struktur. Enligt deras sammansättning är proteiner indelade i två huvudklasser - enkla och komplexa. Enkla proteiner består endast av aminosyror nukleinsyror (nukleotider), lipider (lipoproteiner), Me (metallproteiner), P (fosfoproteiner).

Funktionerna hos proteiner i cellen är extremt olika. En av de viktigaste är byggnadsfunktionen: proteiner är involverade i bildandet av alla cellmembran och cellorganeller, såväl som intracellulära strukturer. Av exceptionell betydelse är proteiners enzymatiska (katalytiska) roll. Enzymer påskyndar de kemiska reaktionerna som sker i cellen med 10 ki och 100 miljoner gånger. Motorisk funktion tillhandahålls av speciella kontraktila proteiner. Dessa proteiner är involverade i alla typer av rörelser som celler och organismer är kapabla till: flimmer av flimmerhår och slag av flageller i protozoer, muskelsammandragning hos djur, rörelse av löv i växter etc. Proteiners transportfunktion är att fästa kemiska element (till exempel, hemoglobin fäster O) eller biologiskt aktiva ämnen (hormoner) och överför dem till vävnader och organ i kroppen. Den skyddande funktionen uttrycks i form av produktion av speciella proteiner, så kallade antikroppar, som svar på inträngning av främmande proteiner eller celler i kroppen. Antikroppar binder och neutraliserar främmande ämnen. Proteiner spelar en viktig roll som energikällor. Med fullständig delning på 1g. proteiner frisätts 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Kolhydrater. Kolhydrater eller sackarider är organiska föreningar allmän formel(CH2O) n. De flesta kolhydrater har dubbelt så många H-atomer fler antal O-atomer, som i vattenmolekyler. Därför kallades dessa ämnen för kolhydrater. I en levande cell finns kolhydrater i mängder som inte överstiger 1-2, ibland 5% (i levern, i musklerna). Växtceller är de rikaste på kolhydrater, där deras innehåll i vissa fall når upp till 90 % av torrsubstansmassan (fröer, potatisknölar etc.).

Kolhydrater är enkla och komplexa. enkla kolhydrater kallas monosackarider. Beroende på antalet kolhydratatomer i molekylen kallas monosackarider trioser, tetroser, pentoser eller hexoser. Av de sex kolmonosackariderna är hexoser, glukos, fruktos och galaktos de viktigaste. Glukos finns i blodet (0,1-0,12%). Pentoserna ribos och deoxiribos är en del av nukleinsyror och ATP. Om två monosackarider kombineras i en molekyl kallas en sådan förening en disackarid. Dietsocker, erhållet från rör eller sockerbetor, består av en molekyl glukos och en molekyl fruktos, mjölksocker - av glukos och galaktos.

Komplexa kolhydrater som bildas av många monosackarider kallas polysackarider. Monomeren av sådana polysackarider som stärkelse, glykogen, cellulosa är glukos. Kolhydrater har två huvudfunktioner: konstruktion och energi. Cellulosa bildar väggarna i växtceller. Den komplexa polysackariden kitin är den huvudsakliga strukturella komponenten i exoskelettet hos leddjur. Kitin fyller också en uppbyggande funktion hos svampar. Kolhydrater spelar rollen som den huvudsakliga energikällan i cellen. Vid oxidationsprocessen av 1 g kolhydrater frigörs 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Stärkelse i växter och glykogen hos djur lagras i celler och fungerar som energireserv.

Nukleinsyror. Värdet av nukleinsyror i cellen är mycket högt. Egenskaperna i deras kemiska struktur ger möjlighet att lagra, överföra och överföra genom arv till dotterceller information om strukturen hos proteinmolekyler som syntetiseras i varje vävnad vid ett visst stadium. individuell utveckling. Eftersom de flesta egenskaper och egenskaper hos celler beror på proteiner, är det tydligt att stabiliteten hos nukleinsyror är väsentligt tillstånd normal funktion av celler och hela organismer. Eventuella förändringar i strukturen av celler eller aktiviteten av fysiologiska processer i dem, vilket påverkar livet. Studiet av strukturen hos nukleinsyror är extremt viktigt för att förstå nedärvningen av egenskaper hos organismer och funktionsmönstren för både enskilda celler och cellulära system - vävnader och organ.

Det finns 2 typer av nukleinsyror - DNA och RNA. DNA är en polymer som består av två nukleotidhelixar, inneslutna så att en dubbelhelix bildas. Monomerer av DNA-molekyler är nukleotider som består av en kvävebas (adenin, tymin, guanin eller cytosin), en kolhydrat (deoxiribos) och en fosforsyrarest. Kvävebaserna i DNA-molekylen är sammankopplade av ett ojämnt antal H-bindningar och är ordnade i par: adenin (A) är alltid mot tymin (T), guanin (G) mot cytosin (C). Schematiskt kan arrangemanget av nukleotider i en DNA-molekyl avbildas enligt följande:

Fig. 1. Arrangemang av nukleotider i en DNA-molekyl

Från Fig.1. Det kan ses att nukleotiderna är kopplade till varandra inte slumpmässigt, utan selektivt. Förmågan till selektiv interaktion av adenin med tymin och guanin med cytosin kallas komplementaritet. Den komplementära interaktionen mellan vissa nukleotider förklaras av särdragen hos det rumsliga arrangemanget av atomer i deras molekyler, vilket gör att de kan närma sig varandra och bilda H-bindningar. I en polynukleotidkedja är intilliggande nukleotider sammanlänkade genom en socker (deoxiribos) och en fosforsyrarest. RNA, liksom DNA, är en polymer vars monomerer är nukleotider. Kvävebaserna i de tre nukleotiderna är desamma som de som utgör DNA (A, G, C); den fjärde - uracil (U) - finns i RNA-molekylen istället för tymin. RNA-nukleotider skiljer sig från DNA-nukleotider i strukturen av deras kolhydrat (ribos istället för deoxiribos).

I en RNA-kedja kopplas nukleotider samman genom att de bildas kovalenta bindningar mellan ribosen i en nukleotid och fosforsyraresten i en annan. Tvåsträngade RNA skiljer sig i struktur. Dubbelsträngade RNA är innehavare av genetisk information i ett antal virus, d.v.s. utföra kromosomernas funktioner. Enkelsträngade RNA utför överföringen av information om proteiners struktur från kromosomen till platsen för deras syntes och deltar i proteinsyntesen.

Det finns flera typer av enkelsträngat RNA. Deras namn beror på deras funktion eller plats i cellen. Det mesta av det cytoplasmatiska RNA:t (upp till 80-90%) är ribosomalt RNA (rRNA) som finns i ribosomer. rRNA-molekyler är relativt små och består av i genomsnitt 10 nukleotider. En annan typ av RNA (mRNA) som bär information om sekvensen av aminosyror i proteiner som ska syntetiseras till ribosomer. Storleken på dessa RNA beror på längden på DNA-segmentet från vilket de syntetiserades. Transfer-RNA utför flera funktioner. De levererar aminosyror till platsen för proteinsyntes, "känner igen" (enligt komplementaritetsprincipen) tripletten och RNA:t som motsvarar den överförda aminosyran, och utför den exakta orienteringen av aminosyran på ribosomen.

Fetter och lipoider. Fetter är föreningar av feta makromolekylära syror och den trevärda alkoholen glycerol. Fetter löser sig inte i vatten – de är hydrofoba. Det finns alltid andra komplexa hydrofoba fettliknande ämnen i cellen, så kallade lipoider. En av fetternas huvudfunktioner är energi. Vid nedbrytningen av 1 g fett till CO 2 och H 2 O frigörs det Ett stort antal energi - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Fetthalten i cellen varierar från 5-15 % av torrsubstansmassan. I cellerna i levande vävnad ökar mängden fett till 90%. Fetternas huvudsakliga funktion i djurvärlden (och delvis växtvärlden) är lagring.

Med fullständig oxidation av 1 g fett (till koldioxid och vatten) frigörs cirka 9 kcal energi. (1 kcal \u003d 1000 cal; kalori (cal, cal) är en enhet utanför systemet för mängden arbete och energi, lika med mängden värme som krävs för att värma 1 ml vatten med 1 ° C vid ett standardatmosfärstryck på 101,325 kPa; 1 kcal \u003d 4,19 kJ) . Vid oxidation (i kroppen) 1 g proteiner eller kolhydrater frigörs endast cirka 4 kcal/g. I en mängd olika vattenlevande organismer - från encelliga kiselalger till jättehajar - kommer fett att "flyta", vilket minskar den genomsnittliga kroppstätheten. Densiteten av animaliskt fett är cirka 0,91-0,95 g/cm³. Bentätheten hos ryggradsdjur är nära 1,7-1,8 g/cm³, och medeldensiteten för de flesta andra vävnader är nära 1 g/cm³. Det är klart att det behövs ganska mycket fett för att "balansera" ett tungt skelett.

Fetter och lipoider utför och byggnadsfunktion: De är en del av cellmembranen. På grund av dålig värmeledningsförmåga kan fett ha en skyddande funktion. Hos vissa djur (sälar, valar) deponeras det i den subkutana fettvävnaden och bildar ett lager upp till 1 m tjockt. Bildandet av vissa lipoider föregår syntesen av ett antal hormoner. Följaktligen har dessa ämnen också funktionen att reglera metaboliska processer.

PÅ moderna förhållanden ett av de mest akuta problemen med att undervisa i kemi är att säkerställa den praktiska orienteringen av ämneskunskaper. Detta innebär behovet av att klargöra det nära sambandet mellan de studerade teoretiska positionerna och livets praktik, för att visa den tillämpade naturen av kemisk kunskap. Eleverna är glada över att lära sig kemi. För att upprätthålla elevernas kognitiva intresse är det nödvändigt att övertyga dem om effektiviteten av kemisk kunskap, för att bilda ett personligt behov av att bemästra utbildningsmaterial.

Syftet med denna lektion: vidga elevernas vyer och öka det kognitiva intresset för studiet av ämnet, bilda världsbildsbegrepp om naturens igenkännbarhet. Denna lektion föreslås hållas i 8:e klass efter att ha studerat de kemiska elementen i det periodiska systemet, när barnen redan har en uppfattning om sin mångfald.

UNDER Lektionerna

Lärare:

Det finns inget annat i naturen
Varken här eller där, i rymdens djup:
Allt - från små sandkorn till planeter -
Den består av enstaka element.
Som en formel, som ett arbetsschema,
Strukturen i Mendeleev-systemet är strikt.
Världen omkring dig är levande
Gå in i den, andas in, rör vid den med händerna.

Lektionen börjar med en teatralisk scen "Vem är den viktigaste i tabellen?" (centimeter. Bilaga 1).

Lärare: Människokroppen innehåller 81 kemiska grundämnen av 92 som finns i naturen. Människokroppen är ett komplext kemiskt laboratorium. Det är svårt att föreställa sig att vårt dagliga välbefinnande, humör och till och med aptit kan bero på mineraler. Utan dem är vitaminer värdelösa, syntes och nedbrytning av proteiner, fetter och kolhydrater är omöjliga.

På elevernas bord finns tabeller "Kemiska grundämnens biologiska roll" (se. Bilaga 2). Ta dig tid att lära känna henne. Läraren analyserar tillsammans med eleverna tabellen genom att ställa frågor.

Lärare: Grunden för livet är de sex elementen i de tre första perioderna (H, C, N, O, P, S), som står för 98 % av massan av levande materia (de återstående elementen i det periodiska systemet är inte mer än 2 %).
Tre huvudattribut för biogena element (H, C, N, O, P, S):

liten storlek på atomer
liten släkting atomisk massa,
förmågan att bilda starka kovalenta bindningar.

Eleverna får texter (se. Bilaga 3). Uppgift: läs texten noggrant; lyfta fram de element som är nödvändiga för liv och de element som är farliga för levande organismer; hitta dem i det periodiska systemet och förklara deras roll.
Efter att ha gjort uppgiften analyserar flera elever olika texter.

Lärare: Element-analoger i den naturliga miljön deltar i konkurrens och kan bytas ut i levande organismer, vilket påverkar dem negativt.
Att ersätta natrium och kalium i djurs och människors organismer med litium orsakar störningar i nervsystemet, eftersom cellerna i detta fall inte leder en nervimpuls. Sådana störningar leder till schizofreni.
Tallium, en biologisk konkurrent till kalium, ersätter det i cellväggarna, påverkar det centrala och perifera nervsystemet, mag-tarmkanalen och njurarna.
Selen kan ersätta svavel i proteiner. Detta är det enda ämnet som, när det finns i höga koncentrationer i växter, kan orsaka plötslig död hos djur och människor som äter dem.
Kalcium, när det är bristfälligt i jorden, ersätts i kroppen av strontium, vilket gradvis stör skelettets normala struktur. Särskilt farligt är att ersätta kalcium med strontium-90, som ackumuleras i enorma mängder på platser för kärnvapenexplosioner (när man testar kärnvapen) eller under olyckor i kärnkraftverk. Denna radionuklid förstör benmärgen.
Kadmium konkurrerar med zink. Detta element minskar aktiviteten hos matsmältningsenzymer, stör bildningen av glykogen i levern, orsakar skelettdeformitet, hämmar bentillväxt och orsakar också svår smärta i nedre delen av ryggen och benmusklerna, benskörhet (till exempel brutna revben vid hosta) . Andra negativa konsekvenser är lung- och rektalcancer, bukspottkörteldysfunktion. Njurskador, minskade blodnivåer av järn, kalcium, fosfor. Detta element hämmar självreningsprocesser i vatten- och landväxter (till exempel en 20-30-faldig ökning av kadmium i tobaksblad noteras).
Halogener kan mycket lätt bytas ut i kroppen. Ett överskott av fluor i miljön (fluorerat vatten, markförorening med fluorföreningar runt en aluminiumproduktionsanläggning och andra orsaker) hindrar jod från att komma in i människokroppen. Som ett resultat, sköldkörtelsjukdom endokrina systemet rent generellt.

Elevmeddelanden förberedda i förväg.

1:a elev:

Medeltida alkemister ansåg att guld var perfektion och andra metaller - ett misstag i skapandet och, som ni vet, gjorde stora ansträngningar för att eliminera detta fel. Idén om att introducera guld i medicinsk praxis tillskrivs Paracelsus, som förkunnade att målet för kemin inte borde vara omvandlingen av alla metaller till guld, utan beredningen av läkemedel. Läkemedel gjorda av guld och dess föreningar har prövats för att behandla många sjukdomar. De behandlades för spetälska, lupus och tuberkulos. Hos människor som är känsliga för guld kan det orsaka en kränkning av blodets sammansättning, en reaktion från njurarna, levern, påverka humöret, tillväxt av tänder, hår. Guld säkerställer nervsystemets funktion. Det finns i majs. Och blodkärlens styrka beror på germanium. Den enda livsmedelsprodukten som innehåller germanium är vitlök.

2:a elev:

PÅ människokropp den största mängden koppar finns i hjärnan och levern, och endast denna omständighet indikerar dess betydelse i livet. Man fann att med smärta ökar koncentrationen av koppar i blodet och cerebrospinalvätskan. I Syrien och Egypten bär nyfödda koppararmband för att förhindra rakitis och epilepsi.

3:e elev:

ALUMINIUM

Aluminiumredskap kallas de fattigas redskap, eftersom denna metall bidrar till utvecklingen av senil ateroskleros. När man lagar mat i sådana rätter passerar aluminium delvis in i kroppen, där det ackumuleras.

4:e elev:

Vilket grundämne finns i äpplen? (Järn.)
Vilken är dess biologiska roll? (Kroppen innehåller 3 g järn, varav 2 g finns i blodet. Järn ingår i hemoglobinet. Otillräckligt med järn leder till huvudvärk, snabb trötthet.)

Därefter genomför eleverna ett laboratorieexperiment vars syfte är att experimentellt bevisa effekten av salter av vissa metaller på protein. De blandar proteinet med lösningar av alkali och kopparsulfat och observerar utfällningen av en lila fällning. Gör en slutsats om förstörelsen av proteinet.

5:e elev:

Människan är också natur.
Han är också en solnedgång och en soluppgång.
Och den har fyra årstider.
Och ett speciellt drag inom musiken.

Och ett speciellt färgsakrament,
Nu med grym, nu med bra eld.
Människan är vinter. Eller sommar.
Eller hösten. Med åska och regn.

Allt innehöll i sig självt - mil och tid.
Och från atomstormar var han blind.
Människan är både jord och frö.
Och ogräs mitt på åkern. Och bröd.

Och hur är vädret i den?
Hur mycket ensamhet är det? Möten?
Människan är också natur...
Så låt oss ta hand om naturen!

(S. Ostrovoy)

För att konsolidera kunskapen som erhållits i lektionen genomförs "Smile"-testet (se. Bilaga 4).
Därefter föreslås det att fylla i korsordet "Kemiskt Kalejdoskop" (se. Bilaga 5).
Läraren sammanfattar lektionen och noterar de mest aktiva eleverna.

6:e elev:

Ändra, ändra!
Samtalet strömmar.
Äntligen är det färdigt
Tråkig lektion!

Dra svavel i flätan,
Magnesium rann förbi.
Jod avdunstade från klassrummet
Det är som att det aldrig hänt alls.

Fluor satte eld på vatten av misstag,
Klor åt någon annans bok.
Kol plötsligt med väte
Jag lyckades bli osynlig.

Kalium, brom kämpar i hörnet:
De delar inte en elektron.
Oxygen - stygg på bor
Förbi galopperade till häst.

Begagnade böcker:

O.V. Baidalina Om den tillämpade aspekten av kemisk kunskap. ”Kemi i skolan” nr 5, 2005
Kemi och ekologi i skolkursen. "Första september" nr 14, 2005
I. N. Pimenova, A. V. Pimenov”Föreläsningar om allmän biologi”, handledning, Saratov, JSC Publishing house "Lyceum", 2003
Om kemi på vers, Vem är den viktigaste i tabellen? "Första september", nr 15, 2005
Metaller i människokroppen "Kemi i skolan", nr 6, 2005
Korsord "Kemiskt kalejdoskop". "Första september", nr 1 4, 2005
"Jag ska på kemilektionen." Boken för läraren. M. "Första september", 2002, s. 12.