ХІМІЧНИЙ СКЛАД ОРГАНІЗМІВ
ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ
У живих клітинах виявлено понад 70 елементів періодичної системи Д. І. Менделєєва. За кількісним розподілом їх можна поділити на три групи.
Макроелементи (вміст понад 0,01%): Карбон, Гідроген, Оксиген, Нітроген, Фосфор, Сульфур, Натрій, Кальцій, Калій, Магній, Хлор, Ферум.
Мікроелементи (менше 0,01%): Цинк, Манган, Кобальт, Купрум, Флуор, Йод.
Ультрамікроелементи (менше 0,001 %): Бор, Літій, Алюміній, Силіцій, Станум, Кадмій, Селен, Ванадій, Титан, Хром, Нікель, Рубідій, Аурум тощо.
Макроелементи є компонентами органічних сполук, беруть участь в утворенні зв'язків між білковими молекулами, біоелектричних процесах. Найбільший вміст у клітині чотирьох елементів: Оксигену (65-70%), Карбону (15-18%), Гідрогену (8-10%) та Нітрогену (2-3%). Це органогенні елементи. Разом їх вміст становить 95-98% загальної маси організму
Мікроелементи забезпечують перебіг ферментативних реакцій, входять до складу гормонів і вітамінів, беруть участь у процесах дихання. Наприклад Цинк входить до складу інсуліну, Кобальт – до складу вітаміну В12.
Біологічне значення багатьох ультрамікроелементів не встановлене.
|
Речовини клітини |
||||||||
|
|
|
|||||||
|
Неорганічні |
|
Органічні |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вода 85—90 % |
|
Мінеральні солі 1—1,5 % |
|
Білки 7—10 % |
|
|
Ліпіди 1—2 % |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нуклеїнові кислоти 1—1,5 % |
|
|
Вуглеводи 0,2—2 % |
|
|||
|
|
||||||||
Елементи, що входять до складу живих організмів
|
Елемент |
Символ |
Вміст (%) |
Значення для клітини й організму |
|
Карбон |
С |
15—18 |
Головний структурний компонент усіх органічних сполук клітини |
|
Оксиген |
О |
65—75 |
Головний структурний компонент усіх органічних сполук клітини |
|
Нітроген |
N |
1,5—3,0 |
Обов'язковий компонент амінокислот |
|
Гідроген |
H |
8—10 |
Головний структурний компонент усіх органічних сполук клітини |
|
Фосфор |
P |
0,0001 |
Міститься у складі кісткової тканини і зубної емалі, нуклеїнових кислот, АТФ і деяких ферментів |
|
Калій |
K |
0,15—0,4 |
Міститься в клітині тільки у вигляді йонів, активує ферменти білкового синтезу, обумовлює ритм серцевої діяльності, бере участь у процесах фотосинтезу |
|
Сульфур |
S |
0,15—0,20 |
Міститься у складі деяких амінокислот, ферментів, вітаміну В |
|
Хлор |
Cl |
0,05—0,10 |
Найважливіший аніон в організмі тварин, компонент HCl у шлунковому соку |
|
Кальцій |
Ca |
0,04—2,00 |
Міститься у складі клітинної стінки рослин, кісток і зубів; активує згортання крові й скорочення м'язових волокон |
|
Магній |
Mg |
0,02—0,03 |
Міститься у складі молекул хлорофілу, а також кісток і зубів, активує енергетичний обмін і синтез ДНК |
|
Натрій |
Na |
0,02—0,03 |
Міститься в клітині тільки у вигляді йонів, зумовлює нормальний ритм серцевої діяльності, впливає на синтез гормонів |
|
Ферум |
Fe |
0,010—0,015 |
Міститься у складі багатьох ферментів, гемоглобіну і міоглобіну, бере участь у біосинтезі хлорофілу, у процесах дихання і фотосинтезу |
|
Іод |
I |
0,0001 |
Міститься у складі гормонів щитоподібної залози |
|
Купрум |
Cu |
0,0002 |
Міститься у складі деяких ферментів, бере участь у процесах кровотворення, фотосинтезу, синтезу гемоглобіну |
|
Манган |
Mn |
0,0001 |
Міститься у складі деяких ферментів або підвищує їх активність, бере участь у розвитку кісток, асиміляції азоту й процесі фотосинтезу |
|
Молібден |
Mo |
0,0001 |
Міститься у складі деяких ферментів, бере участь у процесах зв'язування атмосферного азоту рослинами |
|
Кобальт |
Co |
0,0001 |
Міститься у складі вітаміну B12, бере участь у фіксації атмосферного азоту рослинами, розвитку еритроцитів |
|
Цинк |
Zn |
0,0003 |
Міститься у складі деяких ферментів, бере участь у синтезі рослинних гормонів (фуксину) і спиртовому бродінні |
До неорганічних речовин, що входять до складу живих клітин, належать вода та мінеральні сполуки — солі Натрію, Калію, Кальцію, Магнію тощо.
Вода є основною неорганічною речовиною клітини, її вміст коливається від 40 % (механічна тканина рослин, жирова тканина тварин) до 99 % (клітини медузи). Унікальні фізико-хімічні властивості води забезпечують її здатність виконувати різні функції. В ембріона людини у віці 1,5 місяця вода становить 97,5%, у восьмимісячного - 83, у немовляти – 74, а у дорослої людини – 66%.
Функції води
Метаболічна. Завдяки тому що в цілому нейтральна молекула води являє собою диполь (на атомах Гідрогену зосереджений позитивний заряд, на атомі Оксигену — негативний), вона є полярним розчинником, середовищем для біохімічних реакцій (гідроліз, гідратація) і кінцевим продуктом багатьох біохімічних реакцій, а також донором електронів під час фотосинтезу. Речовини, розчинні у воді, називаються гідрофільними, нерозчинні у воді — гідрофобними (ліпіди).
Транспортна. Вода забезпечує перенесення біологічних молекул усередині клітин, з клітин, до клітин, крізь клітини, є головним компонентом транспортної системи вищих рослин і кровоносної системи тварин. Це можливо завдяки тому, що вода — універсальний розчинник і має високий коефіцієнт поверхневого натягу.
Механічна. Оскільки вода практично нестислива, вона забезпечує пружний стан клітин і тканин рослин (тургор), є амортизатором під час механічних впливів па організм, послаблює тертя між дотичними поверхнями.
Терморегуляторна. Вода забезпечує рівномірний розподіл тепла, що виділяється під час екзотермічних процесів усередині організму, а під час випаровування з поверхні тіла тварин (потовиділення) або рослин (транспірація) охолоджує організм. Це досягається за рахунок того, що вода має високу питому теплопровідність і велику питому теплоту пароутворення. Завдяки цьому температура всього тіла теплокровних тварин практично однакова, а її перепади зводяться до мінімуму.
МІНЕРАЛЬНІ СОЛІ
Мінеральні солі - неорганічні речовини, які підтримують в середині клітини стан pH, забезпечують її нормальне функціонування, утворюють опорні органи, хітиновий панцир, кістки. В цитоплазмі інших клітин більша частина солей знаходиться в дисоційованому стані в вигляді катіонів і аніонів.
Найбільш поширені йони живих організмів
|
Катіони |
Аніони |
|
H+ — Гідрогену |
OH-— гідроксиду |
|
K+ — Калію |
Cl- — хлоридної кислоти |
|
Na+ — Натрію |
HSO4-, SО42- – сульфатної кислоти |
|
Ca2+ — Кальцію |
H2PO4-, HPO42-, PO43- — ортофосфатної кислоти |
|
Mg2+ — Магнію |
HCO3- , СО32- — карбонатної кислоти |
Від концентрації солей залежить постачання води в клітину, оскільки клітинна мембрана проникна для молекул води і непроникна для багатьох великих молекул та іонів. Якщо в навколишньому середовище міститься менша кількість іонів, ніж в цитоплазмі клітини, то відбуваються поступання води в клітину до вирівнювання концентрації солей (осмос).
Розчинні солі Калію, Натрію, Кальцію забезпечують найважливішу властивість живих клітин — подразливість.
Розчин солі NaCl в концентрації 0,85% отримав назву фізіологічного.
Хлоридна кислота створює кисле середовище в шлунку хребетних тварин і людини, забезпечують цим активність ферментів шлункового соку. Залишки сульфатної кислоти, приєднуючись до нерозчинних у воді сполук, забезпечують їхню розчинність, що сприяє виведенню даних сполук з клітин і організму