Химический состав клетки (элементарный, молекулярный – неорганические и органические вещества)

32. Химический состав клетки (элементарный, молекулярный – неорганические и органические вещества)

Химические соединения, входящие с состав клетки разделят условно на органические и неорганические.

К органическим относятся:

БЕЛКИ - 10-20%;

ЖИРЫ - 1-5%;

УГЛЕВОДЫ - 0,2-2%;

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ - 1-2%;

АТФ - 0,1-0,5%.

К неорганическим относятся:

ВОДА - 70-85%;

МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ - 1-1,5%.

Остановимся более подробно на функциях химических соединений, входящих в состав клетки.

Вода выполняет следующие функции:

1) является универсальным растворителем;

2) необходима для гидролиза и окисления высокомолекулярных веществ (белков, жиров, углеводов);

3) обеспечивает перенос необходимых веществ и выделение вредных продуктов;

4) теплорегулятор клетки и организма в целом;

5) осморегулятор.

Минеральные вещества выполняют функции:

1) поддерживают постоянство внутренней среды организма за счет влияния на кислотно-щелочное равновесие крови, плазмы, межклеточной жидкости;

2) обеспечивают постоянство осмотического давления, следовательно, поступление воды в клетку;

3) активация ферментов;

4) соединение с органическими веществами.

Белки - это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Белки обладают первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурами. Белки делятся на два класса: фибриллярные и глобулярные.

Белки выполняют следующие функции:

1) ферментативную (входят в состав ферментов);

2) структурную (входят в состав мембран, рибосом, хромосом);

3) транспортную (переносят кислород- гемоглобин);

4) двигательную (обеспечивают сокращение мускулатуры, движение жгутиков, ресничек, хромосом при делении и т.д.);

5) защитную (входят в состав антител и защитных покровов: волос рогов, копыт и т.д.);

6) энергетическую (при расщеплении 1г белка выделяется 17,1 кДж энергии).

Углеводы подразделяют на моносахариды и полисахариды.

Их функции следующие:

1) основной источник энергии в клетке (окисление 1г глюкозы дает 17,1 кДж энергии);

2) структурная (строительный материал) - целлюлозная стенка у растений;

3) играют роль запасных питательных веществ: крахмал в растительных клетках, гликоген - в животных;

4) исходное органическое вещество в цепи питания.

Липиды — жироподобные вещества, у которых одна молекула жирной кислоты замещена Н3РО4.

Липиды выполняют следующие функции:

1) структурная (входит в состав мембран);

2) форма депонирования энергии (окисление 1г жира дает 39 кДж энергии);

3) защитная функция (защитный каркас для внутренних органов, теплорегуляция, подкожный жир обеспечивает эластичность);

4) компонент витаминов, растительных пигментов;

5) источник воды для животных организмов.

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В состав нуклеиновых кислот входят: азотистое основание, углевод, остаток фосфорной кислоты.

ДНК выполняет в клетке следующие функции:

1) химическая основа хромосомного генетического материала (гена);

2) синтез ДНК;

3) синтез РНК;

4) закодированная информация о структуре белков.

Функции РНК:

1) иРНК (информационная) передает закодированную информацию о первичной структуре белковой молекулы;

2) рРНК (рибосомная) входит в состав рибосом;

3) тРНК (транспортная) переносит аминокислоты к рибосомам.

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). В состав АТФ входят: аденин, 3 остатка фосфорной кислоты, углевод (рибоза).

АТФ в клетке выполняет следующие функции:

1) отщепление фосфорной группы сопровождается выделением 40 кДж энергии (при разрыве обычной химической связи выделяется 12 кДж), поэтому АТФ обеспечивает энергией процессы жизнедеятельности клетки.

33. Биосфера – определение. Учение В.И. Вернадского о биосфере

Термин «биосфера» был введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. для обозначения оболочки Земли, населенной живыми организмами.

Более глубоко и широко биосфера представлена в трудах Владимира Ивановича Вернадского.

БИОСФЕРА - это вместилище жизни, сложная, целостная система, динамическое равновесие которой проявляется множеством параметров. Само слово «биосфера» произошло от слов «био» и «сфера» - это область активной жизни, охватывающей нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и гидросферу.

В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда обитания органически связаны между, собой и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему.

В.И.Вернадский писал: «Биосфера - это среда нашей жизни, это та «природа», о которой мы говорим в разговорном языке. Человек, прежде всего, своим дыханием, проявлением своих функций, неразрывно связан с этой «природой», хотя бы он жил в городе или в уединенном домике».

«Человек ... как и все живые организмы, как всякое живое вещество, есть определенная функция биосферы ... составляет определенную закономерность строения биосферы».

БИОСФЕРА — это совокупность всех живых существ в природе, которая имеет свои границы.

Основные идеи Вернадского по проблемам биосферы сложились в начале прошлого столетия. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основа которой - взаимодействие живого и косного веществ. Сама биосфера является продуктом длительного развития нашей планеты.

Главной особенностью биосферы ученый считал миграцию атомов химических соединений, вызываемой энергией Солнца и проявляющуюся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов.

Эта биогенная миграция подчиняется двум биогеохимическим принципам:

1) стремится к максимальному проявлению - возникает «всюдность» жизни;

2) приводит к выживанию организмов, увеличивающих биологическую миграцию атомов.

Исходя из этого, можно сказать, что БИОСФЕРА - это область земной коры, занятая трансформаторами, переводящими космическую энергию в земную - электрическую, химическую, механическую, тепловую и т.д.

Биосфера включает в себя:

1) живые организмы;

2) биогенное вещество (уголь, нефть, известняки и др., ископаемые материалы, органического характера);

3) косное вещество (в его образовании живое не участвует);

4) биокосное вещество (создается с помощью живых организмов);

5) вещество космического происхождения.

В главных чертах охарактеризуем биосферу по отдельным оболочкам, которые она охватывает.

АТМОСФЕРА.

Ее протяженность - 2-3 тыс. км. Граница жизни распространяется до 10 км (споры грибов и бактерий обнаруживают на высоте до 20 км). Атмосферу составляют оболочки: тропосфера, стратосфера и ионосфера.

ТРОПОСФЕРА - нижний слой атмосферы высотой 15 км, включает взвешенные в воздухе водяные пары, перемешивающиеся при неравномерном нагревании поверхности Земли.

СТРАТОСФЕРА - слой, лежащий выше тропосферы до высоты 40 км. В верхней части свободный кислород превращается в озон, который образует экран, поглощающий космические излучения и коротковолновые ультрафиолетовые лучи Солнца, губительные для живого.

ИОНОСФЕРА - слой, находящийся выше стратосферы, где преобладают разряженные газы.

ЛИТОСФЕРА.

Ее протяженность составляет 30-70 км, а границы жизни - 6-8 м (до 100 м). Это твердая каменная оболочка Земли. Верхняя часть литосферы состоит из осадочных горных пород. Под ними лежат гранитные и базальтовые слои. На поверхности литосферы находится почва - слой Земли, изменяемый атмосферой и организмами. Остатки живых организмов разлагаются в почве редуцентами, которые включают в круговорот химические элементы, использующиеся зелеными растениями. Растения играют космическую роль, являясь посредником между Солнцем и всем живым на Земле, так как выделяют кислород и синтезируют органические вещества.

ГИДРОСФЕРА.

Занимает 70% поверхности Земли, ее протяженность - 11 км (Марианская впадина).

Это водная оболочка Земли, расположенная между атмосферой и земной корой. Мировой океан имеет среднюю глубину 3,8 км, максимальную - до 11 км, в нем растворены соединения до 100 химических элементов и, что особенно важно для животных и растений - кислород и углекислый газ. Живые организмы, населяющие Мировой океан, подразделяются на планктон и бентос. Планктон - населяет водную толщу, а бентос - прикреплен ко дну. Океан оказывает большое влияние на климат - смягчает жару и холод. На дне происходят процессы отложения осадочных пород.

Биосфера - это саморегулирующаяся система, в которой все живые организмы связаны между собой. Эта система формировалась сотни тысяч лет и имела три этапа развития:

1) нижний палеолит, во времена которого происходило основное формирование биомассы планеты, - верхний палеолит;

2) от верхнего палеолита до начала нашего тысячелетия. Это время, когда вмешательство человека, считающего себя высшим существом, привело к первому крупнейшему экологическому кризису, повлекшему за собой вымирание многих видов крупных животных;

3) развитие научно-технического прогресса и нерациональное природопользование. Он продолжается до наших дней.