2.3 Клетъчен химичен състав. Макро и микроелементи

• Диагностика

Видеоурок 2: Структура, свойства и функции на органичните съединения Понятието за биополимери

Лекция: Химичен състав на клетките. Макро и микроелементи. Връзката между структурата и функциите на неорганични и органични вещества

макроелементи, чието съдържание не е по-ниско от 0,01%;

микроелементи - концентрацията на които е по-малка от 0.01%.

Във всяка клетка съдържанието на микроелементи е по-малко от 1%, макроелементите съответно - повече от 99%.

Натрий, калий и хлор осигуряват много биологични процеси - тургор (вътрешно клетъчно налягане), поява на нервни електрически импулси.

Азот, кислород, водород, въглерод. Това са основните компоненти на клетката.

Фосфорът и сярата са важни компоненти на пептидите (протеините) и нуклеиновите киселини.

Калцият е в основата на всякакви скелетни образувания - зъби, кости, черупки, клетъчни стени. Той също така участва в мускулната контракция и кръвосъсирването.

Магнезият е компонент на хлорофила. Участва в синтеза на протеини.

Желязото е компонент на хемоглобина, участва в фотосинтезата, определя ефективността на ензимите.

Микроелементи съдържащи се в много ниски концентрации, важни за физиологичните процеси:

Цинкът е компонент на инсулин;

Мед - участва в фотосинтезата и дишането;

Кобалт - компонент на витамин В12;

Йод - участва в регулирането на метаболизма. Той е важен компонент на хормоните на щитовидната жлеза;

Флуоридът е компонент на зъбния емайл.

Дисбалансът в концентрацията на микро и макронутриенти води до метаболитни нарушения, до развитие на хронични заболявания. Недостиг на калций - причината за рахит, желязо - анемия, азотен дефицит на протеини, йод - намаляване на интензивността на метаболитните процеси.

Помислете за връзката между органични и неорганични вещества в клетката, тяхната структура и функция.

Клетките съдържат огромно количество микро- и макромолекули, принадлежащи към различни химически класове.

Неорганични клетъчни вещества

Вода. От общата маса на живия организъм той представлява най-голям процент - 50-90% и участва в почти всички жизнени процеси:

Капилярните процеси, тъй като той е универсален полярен разтворител, влияе върху свойствата на интерстициалната течност, метаболизма. Във връзка с водата всички химични съединения се разделят на хидрофилни (разтворими) и липофилни (разтворими в мазнини).

Интензивността на метаболизма зависи от концентрацията му в клетката - колкото повече вода, толкова по-бързо протичат процесите. Загубата на 12% вода от човешкото тяло - изисква възстановяване под наблюдението на лекар, със загуба от 20% - настъпва смърт.

Минерални соли. Съдържащи се в живи системи в разтворена форма (дисоцииране в йони) и неразтворени. Разтворените соли се включват в:

пренос на вещества през мембраната. Металните катиони осигуряват "калиево-натриева помпа", която променя осмотичното налягане на клетката. Поради това водата с вещества, разтворени в нея, се втурва в клетката или я напуска, като отнема ненужно;

образуване на нервни импулси от електрохимичен характер;

са част от протеини;

фосфатен йон - компонент на нуклеинови киселини и АТР;

карбонатен йон - поддържа Ph в цитоплазмата.

Неразтворими соли под формата на цели молекули образуват структури от черупки, черупки, кости, зъби.

Клетъчна органична материя

Обща характеристика на органичната материя е наличието на въглеродна скелетна верига. Това са биополимери и малки молекули с проста структура.

Основните класове, които се предлагат в живите организми:

Въглехидрати. Клетките съдържат различни видове - прости захари и неразтворими полимери (целулоза). Като процент, техният дял в сухото вещество на растенията е до 80%, животните - 20%. Те играят важна роля в поддържането на живота на клетките:

Фруктоза и глюкоза (монозахариди) се абсорбират бързо от организма, са включени в метаболизма, са източник на енергия.

Рибоза и дезоксирибоза (монозахариди) са един от трите основни компонента на ДНК и РНК.

Лактозата (отнасяща се за дисахарам) - синтезирана от животинското тяло, е част от млякото на бозайниците.

Захароза (дизахарид) - източник на енергия, се образува в растенията.

Малтоза (дизахарид) - осигурява покълване на семената.

Също така, прости захари изпълняват и други функции: сигнални, защитни, транспортни.
Полимерните въглехидрати са водоразтворим гликоген, както и неразтворима целулоза, хитин, нишесте. Те играят важна роля в метаболизма, извършват структурни, складови, защитни функции.

Липиди или мазнини. Те са неразтворими във вода, но се смесват добре един с друг и се разтварят в неполярни течности (несъдържащи кислород, например керосин или циклични въглеводороди са неполярни разтворители). Липидите са необходими в организма, за да го осигурят с енергия - по време на тяхната окислителна енергия и вода се образуват. Мазнините са много енергийно ефективни - с помощта на 39 kJ на грам, отделени по време на окислението, можете да повдигнете товар с тегло 4 тона на височина от 1 м. Мазнината също осигурява защитна и изолираща функция - при животните дебелият му слой спомага за запазване на топлината през студения сезон. Мастноподобните вещества предпазват перата от водолюбиви птици да се намокрит, осигуряват здрав блясък и еластичност на животинските косми, изпълняват покриваща функция върху листата на растенията. Някои хормони имат липидна структура. Мазнините формират основата на структурата на мембраната.

Протеините или протеините са хетерополимери на биогенна структура. Състоят се от аминокиселини, чиито структурни единици са: аминогрупа, радикал и карбоксилна група. Свойствата на аминокиселините и техните различия един от друг определят радикалите. Поради амфотерни свойства те могат да образуват връзки помежду си. Протеинът може да се състои от няколко или стотици аминокиселини. Като цяло структурата на протеините включва 20 аминокиселини, техните комбинации определят разнообразието от форми и свойства на протеините. Около дузина аминокиселини са незаменими - те не се синтезират в тялото на животните, а приемът им се осигурява от растителни храни. В храносмилателния тракт протеините се разделят на отделни мономери, използвани за синтезиране на техните собствени протеини.

Структурни особености на протеините:

първична структура - аминокиселинна верига;

вторична - верига, усукана в спирала, където се образуват водородни връзки между намотките;

третичен - спирала или няколко от тях, навити в глобула и свързани със слаби връзки;

Кватернерите не съществуват във всички протеини. Това са няколко глобули, свързани чрез нековалентни връзки.

Силата на структурите може да бъде счупена, а след това възстановена, докато протеинът временно губи характерните си свойства и биологичната си активност. Само разрушаването на първичната структура е необратимо.

Протеините изпълняват много функции в клетката:

ускоряване на химичните реакции (ензимна или каталитична функция, всяка от които е отговорна за специфична единична реакция);
транспорт - трансфер на йони, кислород, мастни киселини през клетъчни мембрани;

протеини на кръвта, като фибрин и фибриноген, присъстват в кръвната плазма в неактивна форма, образуват кръвни съсиреци на мястото на нараняване, дължащо се на кислород. Антителата - осигуряват имунитет.

структурните пептиди са отчасти или са в основата на клетъчните мембрани, сухожилията и другите съединителни тъкани, косата, вълната, копитата и ноктите, крилата и външните кожни обвивки. Актинът и миозинът осигуряват контрактилна мускулна активност;

регулаторни - хормонални протеини осигуряват хуморална регулация;
енергия - по време на липсата на хранителни вещества тялото започва да разгражда собствените си протеини, разрушавайки процеса на тяхната жизнена дейност. Ето защо, след дълъг глад, тялото не винаги може да се възстанови без медицинска помощ.

Нуклеинови киселини. Те съществуват 2 - ДНК и РНК. РНК е от няколко вида - информационни, транспортни и рибозомни. Открит от швейцарския швейцарец Ф. Фишър в края на 19-ти век.

ДНК е дезоксирибонуклеинова киселина. Съдържа се в ядрото, пластидите и митохондриите. Структурно това е линеен полимер, който образува двойна спирала на комплементарни нуклеотидни вериги. Концепцията за нейната пространствена структура е създадена през 1953 г. от американците Д. Уотсън и Ф. Крик.

Нейните мономерни единици са нуклеотиди, които имат принципно обща структура от:

азотна основа (принадлежаща към пуриновата група - аденин, гуанин, пиримидин - тимин и цитозин).

В структурата на полимерната молекула, нуклеотидите са комбинирани по двойки и комплементарно, което се дължи на различния брой водородни връзки: аденин + тимин - две, гуанин + цитозин - три водородни връзки.

Редът на нуклеотидите кодира структурните аминокиселинни последователности на протеинови молекули. Мутацията е промяна в реда на нуклеотидите, тъй като протеиновите молекули с различна структура ще бъдат кодирани.

РНК - рибонуклеинова киселина. Структурните особености на неговата разлика от ДНК са:

вместо тиминов нуклеотид - урацил;

рибоза вместо дезоксирибоза.

Транспортната РНК е полимерна верига, която е сгъната под формата на листа от детелина в равнината, чиято основна функция е доставянето на аминокиселина към рибозомите.

Матрицата (пратеник) РНК се формира постоянно в ядрото, допълващо всяка част от ДНК. Това е структурна матрица, на базата на нейната структура на протеинова молекула ще бъде събрана на рибозома. От общото съдържание на РНК молекули този тип е 5%.

Рибозомал - отговорен за процеса на получаване на протеинова молекула. Той се синтезира върху ядрото. В клетката е 85%.

АТФ - аденозин трифосфатна киселина. Това е нуклеотид, съдържащ:

Химични елементи на клетката.

Клетките на живите организми в техния химичен състав значително се различават от околните неживи среди и структурата на химичните съединения, както и от множеството и съдържанието на химичните елементи. Общо около 90 химични елемента присъстват (открити днес) в живите организми, които, в зависимост от тяхното съдържание, се разделят на 3 основни групи: макроелементи, микроелементи и ултрамикроелементи.

Макронутриенти.

Макроелементите в значителни количества са представени в живите организми, вариращи от стотни от процента до десетки процента. Ако съдържанието на всяко химично вещество в организма надвишава 0,005% от телесното тегло, това вещество се нарича макроелементи. Те са част от основните тъкани: кръв, кости и мускули. Те включват например следните химични елементи: водород, кислород, въглерод, азот, фосфор, сяра, натрий, калций, калий, хлор. Макроелементите са около 99% от масата на живите клетки, като повечето (98%) са водород, кислород, въглерод и азот.

Таблицата по-долу показва основните макроелементи в тялото:

За всичките четири от най-често срещаните елементи в живите организми (водород, кислород, въглерод, азот, както беше казано по-рано) е характерно едно общо свойство. Тези елементи нямат един или повече електрони във външната орбита, за да образуват стабилни електронни връзки. Следователно, водородният атом за образуване на стабилна електронна връзка няма един електрон във външната орбита, кислородните атоми, азота и въглерода - съответно два, три и четири електрона. В тази връзка, тези химични елементи лесно образуват ковалентни връзки, дължащи се на сдвояването на електрони, и могат лесно да взаимодействат помежду си, запълвайки външните си електронни обвивки. В допълнение, кислород, въглерод и азот могат да образуват не само единични връзки, но и двойни връзки. В резултат на това броят на химическите съединения, които могат да се образуват от тези елементи, се увеличава значително.

В допълнение, въглерод, водород и кислород - най-лекият сред елементите, способни да образуват ковалентни връзки. Затова те се оказаха най-подходящи за образуването на съединения, които съставляват жива материя. Трябва да се отбележи отделно друго важно свойство на въглеродните атоми - способността да се образуват едновременно ковалентни връзки с четири други въглеродни атома. Благодарение на тази способност, скелетите се създават от огромно разнообразие от органични молекули.

Микроелементи

Въпреки че съдържанието на микроелементи не надвишава 0,005% за всеки отделен елемент, и като цяло те съставляват само около 1% от масата на клетките, микроелементите са необходими за жизнената активност на организмите. При липса или липса на съдържание могат да възникнат различни заболявания. Много микроелементи са част от не-протеинови ензимни групи и са необходими за осъществяване на тяхната каталитична функция.
Например, желязото е неразделна част от хем, който е част от цитохроми, които са компоненти на веригата за пренос на електрони, и хемоглобин, протеин, който транспортира кислород от белите дробове до тъканите. Недостигът на желязо в човешкото тяло причинява развитие на анемия. Липсата на йод, който е част от тироксиновия хормон на щитовидната жлеза, води до появата на заболявания, свързани с недостатъчност на този хормон, като ендемична гуша или кретинизъм.

Примери за микроелементи са представени в таблицата по-долу:

Какви химически елементи са свързани с макро и микроелементи на клетката?

Какви химически елементи са свързани с макро и микроелементи на клетката?

Макроелементите (голям процент от тялото според съдържанието му) включват следните химични елементи:

• кислород (70%), въглерод (15%), водород (10%), азот (2%), калий (0.3%), сяра (0, 2%), фосфор (1%), хлор (0, 1%), а останалата част - магнезий, калций, натрий.

За микроелементи (малък процент от съдържанието на тялото) се включват такива химични елементи:

• кобалт, цинк, ванадий, флуор, селен, мед, хром, никел, германий, йод, рутений.

макронутриенти

Макроелементите са химични елементи, които растенията абсорбират в големи количества. Съдържанието на такива вещества в растенията варира от стотни от един процент до няколко десетки процента.

Съдържание:

елементи

Макроелементите са пряко ангажирани в изграждането на органични и неорганични съединения на растението, като съставляват по-голямата част от неговото сухо вещество. Повечето от тях са представени в клетките чрез йони.

Макроелементите и техните съединения са активни вещества на различни минерални торове. В зависимост от вида и формата, те се използват като основен, сеитбен тор и тор. Макроелементите включват: въглерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, калций, магнезий, сяра и някои други, но основните елементи на храненето на растенията са азот, фосфор и калий.

Тялото на възрастен съдържа около 4 грама желязо, 100 г натрий, 140 г калий, 700 г фосфор и 1 кг калций. Въпреки толкова различни числа, заключението е очевидно: веществата, комбинирани под името "макроелементи", са жизненоважни за нашето съществуване. Други организми също имат голяма нужда от тях: прокариоти, растения, животни.

Привържениците на една еволюционна теория твърдят, че нуждата от макроелементи се определя от условията, в които произхожда животът на Земята. Когато земята се състоеше от твърди скали, атмосферата беше наситена с въглероден диоксид, азот, метан и водни пари, а вместо дъжд на земята паднаха разтвори на киселини, а именно макроелементите бяха единствената матрица, въз основа на която могат да се появят първите органични вещества и примитивни форми на живот. Ето защо, дори и сега, милиарди години по-късно, целият живот на нашата планета продължава да усеща необходимостта от актуализиране на вътрешните ресурси на магнезий, сяра, азот и други важни елементи, които формират физическата структура на биологичните обекти.

Физични и химични свойства

Макроелементите са различни по химични и физични свойства. Сред тях са метали (калий, калций, магнезий и др.) И неметали (фосфор, сяра, азот и др.).

Някои физични и химични свойства на макронутриентите, според данните: [2]

Макро елемент

Физическо състояние при нормални условия

сребристо-бял метал

твърд бял метал

сребристо-бял метал

чупливи жълти кристали

сребърен метал

Съдържанието на макронутриенти в природата

Макроелементите се срещат навсякъде в природата: в почвата, скалите, растенията, живите организми. Някои от тях, като азот, кислород и въглерод, са неразделна част от земната атмосфера.

Симптомите на липса на определени хранителни вещества в културите, според данните: [6]

елемент

Чести симптоми

Чувствителни култури

Промяна на зеления цвят на листата до бледо зелено, жълтеникаво и кафяво,

Размерът на листата намалява,

Листата са тесни и разположени под остър ъгъл на стъблото,

Броят на плодовете (семена, зърна) рязко намалява

Бял и карфиол,

Завъртане на краищата на листата

Лилав цвят

Огън на листата,

Избелване на апикалната пъпка,

Избелване на млади листа

Върховете на листата се огъват,

Ръбовете на листата са усукани нагоре

Бял и карфиол,

Бял и карфиол,

Промяната в интензитета на зеления цвят на листата,

Ниско съдържание на протеин

Цветът на листа се променя на бял,

• Азотно свързаното състояние е във водите на реките, океаните, литосферата, атмосферата. По-голямата част от азота в атмосферата се съдържа в свободното състояние. Без азот, образуването на протеинови молекули е невъзможно. [2]
• Фосфорът лесно се окислява и в тази връзка не се среща в природата в чист вид. Въпреки това, в съединения, открити почти навсякъде. Той е важен компонент от растителни и животински протеини. [2]
• Калият присъства в почвата под формата на соли. При растенията се отлага главно в стъблата. [2]
• Магнезият е повсеместен. В масивните скали се съдържа във формата на алуминати. Почвата съдържа сулфати, карбонати и хлориди, но преобладават силикати. Под формата на йон, съдържащ се в морската вода. [1]
• Калцият е един от най-често срещаните елементи в природата. Неговите отлагания могат да бъдат намерени във вид на креда, варовик, мрамор. В растителните организми, намиращи се под формата на фосфати, сулфати, карбонати. [4]
• Serav природата е много разпространена: както в свободно състояние, така и под формата на различни съединения. Намира се както в скалите, така и в живите организми. [1]
• Желязото е един от най-често срещаните метали на земята, но в свободното състояние се среща само в метеорити. В минералите от сухоземния произход желязото присъства в сулфиди, оксиди, силикати и много други съединения. [2]

Роля в завода

Биохимични функции

Високата доходност на всяка земеделска култура е възможна само при пълно и достатъчно хранене. Освен светлината, топлината и водата, растенията се нуждаят от хранителни вещества. Съставът на растителните организми включва повече от 70 химични елемента, от които 16 абсолютно необходими са органогените (въглерод, водород, азот, кислород), микроелементи от пепел (фосфор, калий, калций, магнезий, сяра), както и желязо и манган.

Всеки елемент изпълнява функциите си в растенията и е абсолютно невъзможно да се замени един елемент с друг.

От атмосферата

• Въглеродът се абсорбира от въздуха от листата на растенията и малко от корените от почвата под формата на въглероден диоксид (CO₂). Той е в основата на състава на всички органични съединения: мазнини, протеини, въглехидрати и др.
• Водородът се консумира в състава на водата, той е изключително необходим за синтеза на органични вещества.
• Кислородът се абсорбира от листата от въздуха, от корените от почвата, и се освобождава и от други съединения. Той е необходим както за дишане, така и за синтез на органични съединения. [7]

Следващото по значение

• Азотът е съществен елемент за развитието на растенията, а именно образуването на протеинови вещества. Съдържанието му в протеини варира от 15 до 19%. Той е част от хлорофила и следователно участва в фотосинтезата. Азотът се намира в ензими - катализатори на различни процеси в организмите. [7]
• Фосфорът присъства в състава на клетъчни ядра, ензими, фитин, витамини и други също толкова важни съединения. Участва в процесите на конверсия на въглехидрати и азотсъдържащи вещества. В растенията се съдържа в органична и минерална форма. Минерални съединения - соли на ортофосфорната киселина - се използват в синтеза на въглехидрати. Растенията използват органични фосфорни съединения (хексофосфати, фосфатиди, нуклеопротеини, захарни фосфати, фитин). [7]
• Калият играе важна роля в метаболизма на протеините и въглехидратите, подобрява ефекта от използването на азот от амонячните форми. Храненето с калий е мощен фактор за развитието на отделните органи на растението. Този елемент благоприятства натрупването на захар в клетъчния сок, което увеличава устойчивостта на растенията към неблагоприятни природни фактори през зимния период, допринася за развитието на съдови снопчета и сгъстява клетките. [7]

Следните макронутриенти

• Сярата е компонент на аминокиселините - цистеин и метионин, играе важна роля както при метаболизма на протеините, така и при редокс процесите. Положителен ефект върху образуването на хлорофил, допринася за образуването на възли на корените на бобови растения, както и на възли бактерии, които асимилират азот от атмосферата. [7]
• Калций - участник в метаболизма на въглехидрати и протеини, има положителен ефект върху растежа на корените. По същество е необходимо за нормално хранене на растенията. Калцифицирането на кисели почви с калций подобрява почвеното плодородие. [7]
• Магнезият участва в фотосинтезата, съдържанието му в хлорофила достига 10% от общото му съдържание в зелените части на растенията. Необходимостта от магнезий в растенията не е същата. [7]
• Желязото не е част от хлорофила, но участва в окислително-редукционните процеси, които са от съществено значение за образуването на хлорофил. Играе голяма роля в дишането, тъй като е неразделна част от дихателните ензими. Той е необходим както за зелени растения, така и за организми без хлор. [7]

Липса (дефицит) на макроелементите в растенията

От липсата на макрос в почвата, и следователно, в растението ясно показват външни признаци. Чувствителността на всеки растителен вид към липсата на макронутриенти е строго индивидуална, но има някои подобни признаци. Например, когато има недостиг на азот, фосфор, калий и магнезий, старите листа на по-ниските нива страдат, а липсата на калций, сяра и желязо - млади органи, пресни листа и точка на отглеждане.

Особено ясно е, че липсата на хранене се проявява при високи добиви.

Излишните макронутриенти в растенията

Състоянието на растенията се влияе не само от липсата, но и от излишъка на макронутриенти. Тя се проявява предимно в стари органи и забавя растежа на растенията. Често признаците на липса и излишък от едни и същи елементи са донякъде сходни. [6]

Макро и микроелементи

В живите организми се срещат около 80 химични елемента, но само за 27 от тях се установяват техните функции в клетката и организма. Останалите елементи присъстват в малки количества и, очевидно, влизат в тялото с храна, вода и въздух.

В зависимост от концентрацията им, те се разделят на макроелементи и микроелементи.

Концентрацията на всеки от макроелементите в тялото надвишава 0,01%, а общото им съдържание е 99%. Макроелементите включват кислород, въглерод, водород, азот, фосфор, сяра, калий, калций, натрий, хлор, магнезий и желязо. Първите четири от изброените елементи (кислород, въглерод, водород и азот) се наричат ​​още органогенни, тъй като са част от основните органични съединения. Фосфорът и сярата също са компоненти на редица органични вещества, като протеини и нуклеинови киселини. Фосфорът е необходим за образуването на кости и зъби.

Без останалите макронутриенти не е възможно нормалното функциониране на организма.

Така калий, натрий и хлор участват в процесите на клетъчно възбуждане. Калцият е част от клетъчните стени на растенията, костите, зъбите и черупките на мекотелите, той е необходим за свиването на мускулните клетки и кръвосъсирването. Магнезият е компонент на хлорофила - пигмента, който осигурява потока на фотосинтезата. Участва и в биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини. Желязото е част от хемоглобина и е необходимо за функционирането на много ензими.

Микроелементите се съдържат в организма в концентрации по-малки от 0.01%, а общата им концентрация в клетката не достига 0.1%. Микроелементите включват цинк, мед, манган, кобалт, йод, флуор и др.

Цинкът е част от молекулата на хормона на панкреаса, инсулина, медта е необходима за фотосинтезата и дишането. Кобалт е компонент на витамин В12, отсъствието на което води до анемия. Йодът е необходим за синтеза на тиреоидни хормони, осигуряващ нормален поток на метаболизма, а флуорът е свързан с образуването на зъбен емайл.

Както дефицитът, така и излишният или нарушен метаболизъм на макро- и микроелементите водят до развитие на различни заболявания.

По-специално недостигът на калций и фосфор причинява рахит, дефицит на азот - тежък дефицит на протеин, недостиг на желязо - анемия, липса на йод - нарушена форма на тиреоиден хормон и намалена скорост на метаболизма, намален прием на флуорид - кариес. Оловото е токсично за почти всички организми.

Липсата на макро- и микроелементи може да бъде компенсирана чрез увеличаване на съдържанието им в храни и питейна вода, както и чрез приемане на лекарства.

Химичните елементи на клетката образуват различни съединения - неорганични и органични.

Тема 2.2. Химичен клетъчен състав. - клас 10-11, Сивозлазов (работна тетрадка част 1)

1. Дайте определенията на понятията.
Елемент е съвкупност от атоми със същия ядрен заряд и броя на протоните, съвпадащи с ординалния (атомния) номер в периодичната таблица.
Микроелемент - елемент, който е в тялото при много ниски концентрации.
Макроелемент - елемент, който е в организма във високи концентрации.
Биоелементът - химичен елемент, който участва в клетъчната активност, е в основата на биомолекулите.
Съставът на клетъчния елемент е процентът на химичните елементи в клетката.

2. Какво е едно от доказателствата за общността на живата и неживата природа?
Единството на химичния състав. Няма елементи, характерни само за неживата природа.

3. Попълнете таблицата.

ЕЛЕМЕНТЕН СЪСТАВ НА КЛЕТКИ

4. Дайте примери за органични вещества, чиито молекули се състоят от три, четири и пет макронутриенти.
3 елемента: въглехидрати и липиди.
4 елемента: катерици.
5 елемента: нуклеинови киселини, протеини.

5. Попълнете таблицата.

БИОЛОГИЧНА РОЛЯ НА ЕЛЕМЕНТИТЕ

6. Проучване в § 2.2 на раздела “Ролята на външните фактори при формирането на химичния състав на живата природа” и отговор на въпроса: “Какви са биохимичните ендемии и какви са причините за техния произход?”
Биохимичните ендемии са заболявания на растения, животни и хора, причинени от остър недостиг или излишък на даден елемент в определена област.

7. Какви са известните заболявания, свързани с липсата на микроелементи?
Дефицит на йод - ендемична гуша. Намален синтез на тироксин и произтичащата от това пролиферация на щитовидната тъкан.
Недостиг на желязо - желязодефицитна анемия.

8. Не забравяйте, на каква основа се разпределят химичните елементи по макро-, микро- и ултрамикроелементи. Предложете своя собствена, алтернативна класификация на химични елементи (например, чрез функции в жива клетка).
Микро, макро и ултра микроелементи се разделят според знака, базиран на техния процент в клетката. Освен това е възможно да се класифицират елементите според функциите, които регулират дейността на определени органични системи: нервна, мускулна, кръвоносна и сърдечно-съдова, храносмилателна и др.

9. Изберете правилния отговор.
Тест 1.
Какви химически елементи съставляват повечето органични вещества?
2) С, О, Н, N;

Тест 2.
Елементите на макросите не се прилагат:
4) манган.

Тест 3.
Живите организми се нуждаят от азот, тъй като той служи:
1) компонент на протеини и нуклеинови киселини; 10. Определете симптом, чрез който всички изброени по-долу елементи, с изключение на един, са обединени в една група. Подчертайте този „допълнителен“ елемент.
Кислород, водород, сяра, желязо, въглерод, фосфор, азот. Включено само в ДНК. А останалото е в протеини.

11. Обяснете произхода и общия смисъл на думата (термина), въз основа на значението на корените, които го съставят.

12. Изберете термин и обяснете как текущата му стойност съответства на първоначалната стойност на корените му.
Избраният термин е органоген.
Съответствие: терминът по принцип съответства на първоначалното му значение, но днес има по-точно определение. Преди това стойността беше такава, че елементите участват само в изграждането на тъкани и клетки на органи. Сега е установено, че биологично важните елементи не само образуват химични молекули в клетките и т.н., но и регулират всички процеси в клетките, тъканите и органите. Те са част от хормони, витамини, ензими и други биомолекули.

13. Формулирайте и запишете основните идеи на § 2.2.
Елементният състав на клетката е процентът на химичните елементи в клетката. Клетъчните елементи обикновено се класифицират в зависимост от техния процент на микро-, макро- и ултрамикроелементи. Тези елементи, които участват в жизнената активност на клетката, са в основата на биомолекулите, наречени биоелементи.
Макроелементите включват: C N H O. Те са основните компоненти на всички органични съединения в клетката. В допълнение, P S K Ca Na Fe Cl Mg - са включени във всички основни биомолекули. Без тях функционирането на тялото е невъзможно. Липсата им води до смърт.
За микроелементи: Al Cu Mn Zn Mo Co Ni I Se Br F B и др. Те също са необходими за нормалното функциониране на тялото, но не са толкова критични. Липсата им води до заболяване. Те са част от биологично активни съединения, повлияват метаболизма.
Има ултрамикроелементи: Au Ag Be и др., Физиологичната роля не е напълно установена. Но те са важни за клетката.
Има концепция за "биохимична ендемия" - болести на растения, животни и хора, причинени от остър недостиг или излишък на всеки елемент в определена област. Например, ендемична гуша (йоден дефицит).
При липса на елемент, дължащ се на начина на хранене, могат да възникнат и болести или заболявания. Например, при липса на желязо - анемия. При липса на калций - чести фрактури, загуба на коса, зъби, мускулни болки.

I.2. Химичният състав на клетката. Микро и макро елементи

Обикновено 70–80% от клетъчната маса е вода, в която се разтварят различни соли и органични съединения с ниско молекулно тегло. Най-характерните компоненти на клетката са протеини и нуклеинови киселини. Някои протеини са структурни компоненти на клетката, други са ензими, т.е. катализатори, които определят скоростта и посоката на химичните реакции, протичащи в клетките. Нуклеиновите киселини служат като носители на наследствена информация, която се прилага в процеса на вътреклетъчен протеинов синтез. Често клетките съдържат известно количество резервни вещества, които служат като хранителен резерв. Растителните клетки съхраняват главно нишесте, полимерна форма на въглехидрати. В клетките на черния дроб и мускулите се съхранява друг въглехидратен полимер - гликоген. Мастните продукти също често се съхраняват, въпреки че някои мазнини изпълняват различна функция, а именно, те са най-важните структурни компоненти. Протеините в клетките (с изключение на семенните клетки) обикновено не се съхраняват. Не е възможно да се опише типичният състав на клетката, главно защото има големи различия в количеството на съхраняваната храна и вода. Чернодробните клетки съдържат, например, 70% вода, 17% протеин, 5% мазнина, 2% въглехидрати и 0.1% нуклеинови киселини; останалите 6% са соли и нискомолекулни органични съединения, по-специално аминокиселини. Растителните клетки обикновено съдържат по-малко протеини, значително повече въглехидрати и малко повече вода; изключения са клетките, които са в покой. Почиващата клетка от пшенично зърно, която е източник на хранителни вещества за ембриона, съдържа около 12% от протеините (основно съхраняван протеин), 2% от мазнините и 72% от въглехидратите. Количеството на водата достига нормалното ниво (70–80%) само в началото на кълняемостта на зърното. Всяка клетка съдържа много химични елементи, участващи в различни химични реакции. Химичните процеси, протичащи в една клетка, са едно от основните условия за неговия живот, развитие и функциониране. Някои химически елементи в клетката повече, други - по-малко. На атомното ниво няма различия между органичния и неорганичния свят на живата природа: живите организми се състоят от същите атоми като телата на неживата природа. Съотношението на различни химически елементи в живите организми и в земната кора обаче варира значително. В допълнение, живите организми могат да се различават от околната среда в изотопния състав на химичните елементи. Обикновено всички елементи на клетката могат да бъдат разделени на три групи:

Макронутриенти. Макроелементите включват кислород (65–75%), въглерод (15–18%), водород (8–10%), азот (2,0–3,0%), калий (0,15–0,4%)., сяра (0,15 - 0,2%), фосфор (0,2 - 1,0%), хлор (0,05 - 0,1%), магнезий (0,02 - 0,03%), натрий Калций (0,04–2,00%), желязо (0,01–0,0155%). Елементи като С, О, Н, N, S, Р са част от органични съединения. Въглерод - е част от всички органични вещества; скелетът на въглеродните атоми е тяхната основа. В допълнение, под формата на CO2 се фиксира в процеса на фотосинтеза и освобождава по време на дишането, под формата на CO (в ниски концентрации) участва в регулирането на клетъчните функции, под формата на CaCO3 е част от минералните скелети. Кислород - е част от почти всички органични вещества в клетката. Образува се по време на фотосинтезата по време на фотолизата на водата. За аеробни организми той служи като окислител по време на клетъчното дишане, като осигурява на клетките енергия. В най-големи количества в живите клетки се съдържа в състава на водата. Водород - е част от всички органични вещества в клетката. В най-големите количества, съдържащи се в състава на водата. Някои бактерии окисляват молекулярния водород за енергия. Азот - е част от протеини, нуклеинови киселини и техните мономери - аминокиселини и нуклеотиди. От организма на животните се получава в състава на амоняк, урея, гуанин или пикочна киселина като краен продукт на азотния метаболизъм. Под формата на азотен оксид NO (в ниски концентрации) участва в регулирането на кръвното налягане. Следователно сярата - част от съдържащите сяра аминокиселини, се намира в повечето протеини. В малки количества, присъства като сулфат-йон в цитоплазмата на клетките и извънклетъчните течности. Фосфор - е част от АТФ, други нуклеотиди и нуклеинови киселини (под формата на остатъци от фосфорна киселина), в състава на костната тъкан и зъбния емайл (под формата на минерални соли), както и в цитоплазмата и междуклетъчните течности (под формата на фосфатни йони). Магнезият е кофактор на много ензими, участващи в енергийния метаболизъм и синтеза на ДНК; поддържа целостта на рибозомите и митохондриите, е част от хлорофила. В животинските клетки е необходимо за функционирането на мускулната и костната системи. Калцият участва в кръвосъсирването и служи като един от универсалните вторични медиатори, регулиращи най-важните вътреклетъчни процеси (включително участие в поддържането на мембранния потенциал, необходим за мускулна контракция и екзоцитоза). Неразтворимите калциеви соли участват в образуването на костите и зъбите на гръбначни и минерални скелети на безгръбначни. Натрият участва в поддържането на мембранния потенциал, генерирането на нервни импулси, процесите на осморегулация (включително работата на бъбреците при хората) и създаването на буферна кръвна система. Калият участва в поддържането на мембранния потенциал, генерирането на нервни импулси, регулирането на свиването на сърдечния мускул. Съдържа се в извънклетъчни вещества. Хлор - поддържа електронейтралността на клетката.

Микроелементи: Микроелементите, които съставляват от 0.001% до 0.000001% от телесното тегло на живите същества, включват ванадий, германий, йод (част от тироксин, тироиден хормон), кобалт (витамин В12), манган, никел, рутений, селен, флуор (зъбен емайл), мед, хром, цинк Цинкът - част от ензимите, участващи в алкохолната ферментация, е част от инсулина. Мед - е част от окислителните ензими, участващи в синтеза на цитохроми. Селен - участва в регулаторните процеси на организма.

Ултрамикро елементи. Ултрамикроелементите съставляват по-малко от 0.0000001% в организмите на живите същества, те включват злато, среброто има бактерициден ефект, живакът потиска реабсорбцията на вода в бъбречните тубули, засягайки ензимите. Платината и цезият също принадлежат към ултрамикроелементи. Някои от тази група включват също селен, с дефицит, който развива рак. Функциите на ултрамикроелементите все още са слабо разбрани. Молекулен състав на клетката (табл. 1)

Химичен състав на клетките

Групи от елементи на химичния състав на клетката

Науката, която изучава съставните части и структурата на живата клетка, се нарича цитология.

Всички елементи, включени в химическата структура на тялото, могат да бъдат разделени на три групи:

• макронутриенти;
• микроелементи;
• ултрамикро елементи.

Макроелементите включват водород, въглерод, кислород и азот. Почти 98% от всички съставни елементи попадат в техния дял.

Микроелементите са в десетки и стотни от процента. И много ниско съдържание на ултрамикроелементи - стотни и хилядни от процента.

Преведено от гръцки, „макро” е голямо, а „микро” е малко.

Фиг. 1 Съдържание на химичните елементи в клетката

Учените са открили, че няма конкретни елементи, които да са уникални за живите организми. Следователно, този жив, неживата природа се състои от едни и същи елементи. Това доказва тяхната връзка.

Въпреки количественото съдържание на химичния елемент, отсъствието или намаляването на поне един от тях води до смърт на целия организъм. В края на краищата всеки от тях има свой смисъл.

Ролята на химичния състав на клетката

Макроелементите са в основата на биополимерите, а именно протеини, въглехидрати, нуклеинови киселини и липиди.

Микроелементите са част от жизненоважни органични вещества, включени в метаболитните процеси. Те са съставни компоненти на минералните соли, които са под формата на катиони и аниони, като тяхното съотношение определя алкалната среда. Най-често е леко алкална, тъй като съотношението на минерални соли не се променя.

Хемоглобинът съдържа желязо, хлорофил - магнезий, протеини - сяра, нуклеинови киселини - фосфор, метаболизмът се осъществява с достатъчно количество калций.

Фиг. 2. Състав на клетката

Някои химични елементи са компоненти на неорганични вещества, например вода. Той играе важна роля в жизнената активност на растителните и животинските клетки. Водата е добър разтворител, поради което всички вещества в тялото са разделени на:

• Хидрофилен - разтворим във вода;
• Хидрофобен - не се разтваря във вода.

Поради наличието на вода, клетката става еластична, насърчава движението на органични вещества в цитоплазмата.

Фиг. 3. Клетъчни вещества.

Таблица "Свойства на химичния състав на клетката"

За да разберем ясно кои химични елементи са част от клетката, ги посочихме в следната таблица:

макронутриенти

Макроелементите включват тези елементи, чието съдържание в клетките се измерва в десети и стотни от процента от сухото вещество на клетката (рядко съдържанието им достига няколко процента): калий, натрий, калций, магнезий, желязо, сяра, хлор, йод. Съдържанието на макронутриенти в клетките се изразява като процент от общата суха маса на клетката.

Калий (до 1%). Той се абсорбира под формата на хидратирани K + йони, които преминават добре през мембраните. Основните функции на калия:

• 1. Регулира метаболизма на въглехидратите.
• 2. Регулира осмотичното налягане.
• 3. Участва във формирането на мембранни потенциали.
• 4. Активира ензими по време на фотосинтезата.
• 5. Радиоактивният изотоп 40К е основният източник на вътрешна радиоактивност.

Забележка. Осмотичното налягане е стойност, която отразява съотношението на вода и сухо вещество в клетката. Колкото по-високо е осмотичното налягане в клетката, толкова по-лесно клетката ще абсорбира водата от извънклетъчната среда, и обратно, колкото по-ниско е вътреклетъчното осмотично налягане, толкова по-бързо клетката ще загуби вода.

Натрий (до 0.1%). Той се абсорбира под формата на хидратирани Na ​​+ йони, които не преминават през мембраните. Регулира въглехидратния метаболизъм, осмотичното налягане, участва в образуването на мембранни потенциали.

Калций. (до 2%). Клетката е представена от хидратирани Са2 + йони, неразтворими соли (например соли на оксалова, фосфорна, флуороводородна киселина), органометални комплекси. Той регулира активността на много ензими (например активността на калциево-зависимата АТФаза в контрактилните комплекси), стабилизира структурата на хромозомите. Калциевите пектати са в основата на медианните плаки в растителните тъкани; калциеви флуориди и фосфати - основа на костната тъкан. Излишъкът от калций е вреден за клетката, тъй като в този случай фосфатите, необходими за образуването на високоенергийни връзки, стават неразтворими, Ca3 (PO4) 2.

Магнезий (до 3%). Клетките се съдържат под формата на органометални комплекси, по-рядко под формата на йони. Стабилизира структурата на рибозомата, регулира активността на ензимите, е част от АТФазата, е част от молекулата на хлорофила в растителните клетки.

Желязо (до 0.1%). Той се абсорбира под формата на двувалентни йони Fe2 +, по-рядко - органометални комплекси Fe3 +. Клетките се съдържат в състава на органометалните комплекси с променливо окислително състояние, по-рядко под формата на Fe2 + йони. Възможността за промяна на степента на окисление (Fe + 3 + h - Fe + 2) се използва широко в различни метаболитни процеси. Желязото е част от хема - органометалния комплекс, съдържащ порфириново ядро ​​и железен йон с променливо окислително състояние. Хем е задължителен компонент на кислородните носители: хемоглобин и миоглобин. Heme е част от различни оксидоредуктази: цитохроми (мембранни носители на електрони), каталаза (2 H2O2> 2 H2O + O2 ^), пероксидази (H2O2> H2O + O), оксидази (O2 + 2 C> O22-), дехидрогенази (носители на водород) ), фередоксин (електронен носител по време на фотосинтеза).

Сяра (до 1%). Абсорбира се под формата на сулфат SO42 -. Клетката се съдържа под формата на свободни сулфатни йони, в окислена и редуцирана форма в състава на органичните съединения. Сярата е компонент на съдържащи сяра аминокиселини: метионин, цистеин; Между тези аминокиселини се образуват дисулфидни мостове, които поддържат третичната структура на протеина. Сярата е част от CoA кофактора, обслужващ цикъла на Кребс и други метаболитни процеси. Поради промяната в степента на окисление, сярата играе голяма роля в хемосинтезата и анаеробното окисление:

сероводород, сулфиди, молекулен серен сулфат

окислител окислител окислител окислител

Сероводородни и други редуцирани серни съединения служат като донори на електрони за бактериална фотосинтеза.

Хлор (до 4%). Той се абсорбира и се съдържа в клетката под формата на хлориди, участва в регулирането на осмотичното налягане.

Йод (до 0.01%). Съдържа се в клетки под формата на йодиди J- и органометални комплекси. Включен в състава на тироксин - тироиден хормон, който регулира мембранната пропускливост.

макронутриенти

Макроелементите са полезни вещества за организма, чиято дневна норма за човек е 200 mg.

Липсата на макронутриенти води до метаболитни нарушения, дисфункция на повечето органи и системи.

Има поговорка: ние сме това, което ядем. Но, разбира се, ако попитате приятелите си, когато ядат последния път, например сяра или хлор, не можете да избегнете изненада в замяна. Междувременно в човешкото тяло живеят почти 60 химически елемента, чиито запаси, понякога без да го осъзнават, се попълват от храна. И с около 96% всеки от нас се състои само от 4 химични имена, представляващи група от макроелементи. И това:

• кислород (65% във всяко човешко тяло);
• въглерод (18%);
• водород (10%);
• азот (3%).

Останалите 4% са други вещества от периодичната таблица. Вярно е, че те са много по-малки и представляват друга група полезни хранителни вещества - микроелементи.

За най-често срещаните химични елементи-макроелементи е обичайно да се използва терминът-име CHON, съставен от главни букви на термините: въглерод, водород, кислород и азот на латински (въглерод, водород, кислород, азот).

Макроелементите в човешкото тяло, природата е изтеглила доста широки правомощия. Зависи от тях:

• образуване на скелет и клетки;
• рН на тялото;
• правилно транспортиране на нервните импулси;
• адекватността на химичните реакции.

В резултат на много експерименти, тя е установена: всеки ден хората се нуждаят от 12 минерала (калций, желязо, фосфор, йод, магнезий, цинк, селен, мед, манган, хром, молибден, хлор). Но дори и тези 12 няма да могат да заменят функциите на хранителните вещества.

Хранителни елементи

Почти всеки химичен елемент играе важна роля за съществуването на целия живот на Земята, но само 20 от тях са основните.

Тези елементи се разделят на:

• 6 основни хранителни вещества (представени в почти всички живи същества на земята и често в доста големи количества);
• 5 малки хранителни вещества (открити в много живи същества в относително малки количества);
• микроелементи (основни вещества, необходими в малки количества за поддържане на биохимичните реакции, от които зависи животът).

Сред хранителните вещества се разграничават:

Основните биогенни елементи или органогени са група от въглерод, водород, кислород, азот, сяра и фосфор. Малките хранителни вещества са представени от натрий, калий, магнезий, калций, хлор.

Кислород (O)

Това е второто в списъка на най-често срещаните вещества на Земята. Той е компонент на водата и, както знаете, той съставлява около 60% от човешкото тяло. В газообразна форма кислородът става част от атмосферата. В тази форма тя играе решаваща роля в поддържането на живота на Земята, насърчавайки фотосинтезата (при растенията) и дишането (при животните и хората).

Въглерод (C)

Въглеродът също може да се счита за синоним на живот: тъканите на всички същества на планетата съдържат въглероден компонент. В допълнение, образуването на въглеродни връзки допринася за развитието на определено количество енергия, което играе важна роля за протичането на важни химически процеси на клетъчно ниво. Много съединения, които съдържат въглерод, лесно се запалват, освобождавайки топлина и светлина.

Водород (Н)

Това е най-лесният и най-често срещан елемент във Вселената (по-специално под формата на двуатомни газове Н2). Водородът е реактивно и запалимо вещество. С кислород образува експлозивни смеси. Има 3 изотопа.

Азот (N)

Елементът с атомно число 7 е основният газ в атмосферата на Земята. Азотът е част от много органични молекули, включително аминокиселини, които са компонент на протеини и нуклеинови киселини, които образуват ДНК. Почти целият азот се произвежда в космоса - така наречените планетарни мъглявини, създадени от звездите на стареене, обогатяват Вселената с този макро елемент.

Други макроелементи

Калий (K)

Калият (0,25%) е важна субстанция, отговорна за електролитните процеси в организма. С прости думи: пренася зареждането през течности. Той помага за регулиране на сърдечната дейност и предава импулси на нервната система. Също така участва в хомеостазата. Недостигът на елемент води до проблеми със сърцето, дори го спира.

Калций (Са)

Калцият (1,5%) е най-често срещаният хранителен елемент в човешкото тяло - почти всички резерви на това вещество са концентрирани в тъканите на зъбите и костите. Калцият е отговорен за мускулната контракция и регулацията на протеините. Но тялото ще „изяде“ този елемент от костите (което е опасно от развитието на остеопороза), ако усети дефицита му в ежедневната диета.

Изисква се от растенията за образуване на клетъчни мембрани. Животните и хората се нуждаят от този макроелемент, за да поддържат здрави кости и зъби. В допълнение, калций играе ролята на "модератор" на процесите в цитоплазмата на клетките. В природата, представени в състава на много скали (креда, варовик).

Калций при хората:

• повлиява нервно-мускулната възбудимост - участва в мускулната контракция (хипокалцемията води до конвулсии);
• регулира гликогенолизата (разграждането на гликоген до състоянието на глюкоза) в мускулите и глюконеогенезата (образуването на глюкоза от некарбохидратни образувания) в бъбреците и черния дроб;
• намалява пропускливостта на стените на капилярите и клетъчната мембрана, като по този начин повишава противовъзпалителните и антиалергични ефекти;
• насърчава съсирването на кръвта.

Калциевите йони са важни вътреклетъчни пратеници, които засягат инсулина и храносмилателните ензими в тънките черва.

Ca абсорбцията зависи от съдържанието на фосфор в организма. Обмяната на калций и фосфат се регулира хормонално. Паратиреоидният хормон (паратироиден хормон) освобождава Ca от костите в кръвта, а калцитонинът (тироиден хормон) подпомага отлагането на елемент в костите, което намалява концентрацията му в кръвта.

Магнезий (Mg)

Магнезият (0,05%) играе важна роля в структурата на скелета и мускулите.

Той е член на повече от 300 метаболитни реакции. Типичен вътреклетъчен катион, важен компонент на хлорофила. Присъства в скелета (70% от общия брой) и в мускулите. Неразделна част от тъканите и телесните течности.

В човешкото тяло магнезият е отговорен за мускулната релаксация, отделянето на токсини и подобряването на притока на кръв към сърцето. Дефицитът на веществото пречи на храносмилането и забавя растежа, което води до бърза умора, тахикардия, безсъние, увеличаване на ПМС при жените. Но излишъкът от макрос почти винаги е развитие на уролитиаза.

Натрий (Na)

Натрият (0.15%) е елемент, който насърчава електролитите. Той помага да се предават нервните импулси в цялото тяло и също така е отговорен за регулирането на нивото на течността в тялото, като го предпазва от дехидратация.

Сяра (S)

Сярата (0,25%) се намира в 2 аминокиселини, които образуват протеини.

Фосфор (P)

Фосфорът (1%) е концентриран в костите, за предпочитане. Но освен това има молекула АТР, която осигурява на клетките енергия. Представени в нуклеинови киселини, клетъчни мембрани, кости. Подобно на калция, той е необходим за правилното развитие и функциониране на опорно-двигателния апарат. В човешкото тяло изпълнява структурна функция.

Хлор (Cl)

Хлор (0,15%) обикновено се намира в тялото под формата на отрицателен йон (хлорид). Неговите функции включват поддържане на водния баланс в тялото. При стайна температура хлорът е отровен зелен газ. Силен окислител, лесно влиза в химични реакции, образувайки хлориди.