Органічні і неорганічні сполуки організму. Органічні і неорганічні речовини клітини. Біологічна роль води
Такі речовини як пісок, глина, різні мінерали, вода, оксиди вуглецю, вугільна кислота, її солі та інші, що зустрічаються в « неживій природі», Отримали назву неорганічних або мінеральних речовин.
Приблизно з ста хімічних елементів, що зустрічаються в земній корі, Для життя необхідні тільки шістнадцять, причому чотири з них - водень (Н), вуглець (С), кисень (О) і азот (N) найбільш поширені в живих організмах і складають 99% маси живого. Біологічне значення цих елементів пов'язано з їх валентністю (1, 2, 3, 4) і здатністю утворювати міцні ковалентні зв'язки, які виявляються міцніше зв'язків, утворених іншими елементами тієї ж валентності. Наступними за важливістю є фосфор (Р), сірка (S), іони натрію, магнію, хлору, калію і кальцію (Na, Mg, Cl, К, Са). Як мікроелементів в живих організмах присутні також залізо (Fe), кобальт (Со), мідь (Сі), цинк (Zn), бор (В), алюміній (Аl), кремній (Si), ванадій (V), молібден ( Мо), йод (I), марганець (Мn).
Всі хімічні елементи у вигляді іонів або в складі тих чи інших сполук беруть участь в побудові організму. Наприклад, вуглець, водень і кисень входять до складу вуглеводів і жирів. У складі білків до них додаються азот і сірка, в складі нуклеїнових кислот - азот, фосфор, залізо, які беруть участь в побудові молекули гемоглобіну; магній знаходиться в складі хлорофілу; мідь виявлена в деяких окислювальних ферментах; йод міститься в складі молекули тироксину (гормону щитовидної залози); натрій і калій забезпечують електричний заряд на мембранах нервових клітин і нервових волокон; цинк входить в молекулу гормону підшлункової залози - інсуліну; кобальт знаходиться в складі вітаміну В12.
Сполуки азоту, фосфору, кальцію та інші неорганічні речовинислужать джерелом будівельного матеріалу для синтезу органічних молекул (амінокислот, білків, нуклеїнових кислот і ін.) і входять до складу ряду опорних структур клітини і організму. Деякі неорганічне іони (наприклад, іони кальцію і магнію) є активаторами і компонентами багатьох ферментів, гормонів і вітамінів. При нестачі цих іонів порушуються життєво важливі процеси в клітці.
Важливі функції в живих організмах виконують неорганічні кислоти і їх солі. Соляна кислота входить до складу шлункового соку тварин і людини, прискорюючи процес перетравлення білків їжі. Залишки сірчаної кислоти, приєднуючись до нерозчинним у воді чужорідних речовин, надають їм розчинність, сприяючи виведенню з організму. Неорганічні натрієві і калієві солі азотної і фосфорної кислот служать важливими компонентами мінерального живлення рослин, їх вносять у грунт як добрива. Солі кальцію і фосфору входять до складу кісткової тканини тварин. Діоксид вуглецю (СО2) постійно утворюється в природі при окисленні органічних речовин (гниття рослинних і тваринних решток, дихання, спалювання палива) в великих кількостяхвін виділяється з вулканічних тріщин і з вод мінеральних джерел.
Вода - дуже поширене на Землі речовина. Майже ѕ поверхні земної кулі покриті водою, що утворює океани, моря. Річки, озера. Багато води знаходиться в газоподібному стані у вигляді пари в атмосфері; у вигляді величезних мас снігу і льоду лежить вона цілий рікна вершинах високих гірі в полярних країнах в надрах Землі також знаходиться вода, що просочує грунт і гірські породи.
Вода має дуже велике значення в житті рослин, тварин і людини. Відповідно до сучасних уявлень, саме походження життя пов'язане з морем. У всякому організмі вода є середовищем, в якій протікають хімічні процеси, що забезпечують життєдіяльність організму; крім того вона сама бере участь в цілому ряді біохімічних реакцій.
хімічні та Фізичні властивостіводи досить незвичайні і пов'язані головним чином з малими розмірами її молекул, з полярністю її молекул і з їх здатністю з'єднуватися один з одним водневими зв'язками.
Розглянемо біологічне значення води. Вода - чудовий розчинникдля полярних речовин. До них відносяться іонні сполуки, такі, як солі, у яких заряджені частинки (іони) дисоціюють (відокремлюються одна від одної) в воді, коли речовина розчиняється, а також деякі не іонні сполуки, наприклад цукру і прості спирти, в молекулі яких присутні заряджені (полярні) групи (у цукрів і спиртів це ОН-групи). Коли речовина переходить в розчин, його молекули або іони отримують можливість рухатися вільніше і, відповідно, його реакційна здатність зростає. З цієї причини в клітці велика частина хімічних реакцій протікає у водних розчинах. Неполярні речовини, наприклад ліпіди, не змішуються з водою і тому можуть розділяти водні розчини на окремі компартменти, подібно до того, як їх розділяють мембрани. Неполярні частини молекул відштовхуються водою і в її присутності притягуються один до одного, як це буває, наприклад, коли крапельки масла зливаються в більш великі краплі; інакше кажучи, неполярні молекули гідрофобні. Подібні гідрофобні взаємодії грають важливу роль в забезпеченні стабільності мембран, а також багатьох білкових молекул, нуклеїнових кислот. Притаманні воді властивості розчинника означають також, що вода служить середовищем для транспорту різних речовин. Цю роль вона виконує в крові, в лімфатичної і екскреторної системах, в травному тракті і у флоеме і ксилемі рослин.
Вода має велику теплоємністю.Це означає, що істотне збільшення теплової енергії викликає лише порівняно невелике підвищення її температури. Пояснюється таке явище тим, що значна частина цієї енергії витрачається на розрив водневих зв'язків, що обмежують рухливість молекул води, т. Е. На подолання її клейкості. Велика теплоємність води зводить до мінімуму що відбуваються в ній температурні зміни. Завдяки цьому біохімічні процеси протікають в меншому інтервалі температур, з більш постійною швидкістю, І небезпека порушення цих процесів від різких відхилень температури загрожує їм не настільки сильно. Вода служить для багатьох кліток і організмів середовищем проживання, для якої характерно досить значне сталість умов.
Для води характерна велика теплота випаровування. Прихована теплота випаровування (або відносна прихована теплота випаровування) є міра кількості теплової енергії, яку необхідно повідомити рідини для її переходу в пар, т. Е. Для подолання сил молекулярного зчеплення в рідині. Випаровування води вимагає досить значних затрат енергії. Це пояснюється існуванням водневих зв'язків між молекулами води. Саме в силу цього температура кипіння води - речовини з такими малими молекулами - незвичайно висока.
Енергія, необхідна молекулам води для випаровування, черпається з їх оточення. Таким чином, випаровування супроводжується охолодженням. Це явище використовується у тварин при потовиділенні, при тепловій задишці у ссавців або у деяких рептилій (наприклад, у крокодилів), які на сонці сидять з відкритим ротом; можливо, воно грає помітну роль і в охолоджуванні транспірірующей листя. Прихована теплота плавлення (або відносна прихована теплота плавлення) є міра теплової енергії, необхідної для розплавлення твердої речовини (льоду). Воді для плавлення (танення) необхідно порівняно велика кількість енергії. Справедливо і зворотне: при замерзанні вода повинна віддати велику кількість теплової енергії. Це зменшує ймовірність замерзання вмісту кліток і оточуючої їх рідини. Кристали льоду особливо згубні для живого, коли вони утворюються всередині клітин.
Вода - єдина речовина, що володіє в рідкому стані більшою щільністю,ніж в твердому. Оскільки лід плаває у воді, він утворюється при замерзанні спочатку на її поверхні і лише під кінець в придонних шарах. Якби замерзання ставків йшло в зворотному порядку, від низу до верху, то в областях з помірним або холодним кліматом життя в прісноводних водоймах взагалі не могла б існувати. Лід покриває товщу води як ковдрою, що підвищує шанси на виживання у організмів, що мешкають в ній. Це важливо в умовах холодного клімату і в холодну пору року, але, безсумнівно, особливо важливу роль це грало в льодовиковий період. Перебуваючи на поверхні, лід швидше і тане. Та обставина, що шари води, температура яких впала нижче 4 град., Піднімаються вгору, обумовлює їх переміщення в великих водоймах. Разом з водою циркулюють і що знаходяться в ній поживні речовини, завдяки чому водоймища заселяються живими організмами на велику глибину.
У води велика поверхневий натяг і когезия. когезия- це зчеплення молекул фізичного тіла один з одним під дією сил тяжіння. На поверхні рідини існує поверхневе натягнення - результат діючих між молекулами сил когезії, направлених всередину. Завдяки поверхневому натягу рідина прагне прийняти таку форму, щоб площа її поверхні була мінімальною (в ідеалі - форму кулі). З усіх рідин найбільше поверхневе натягнення у води. Значна когезия, характерна для молекул води, грає важливу роль в живих клітинах, а також при русі води по судинах ксилеми в рослинах. Багато дрібних організми витягують для себе користь з поверхневого натягу: воно дозволяє їм утримуватися на воді або ковзати по її поверхні.
Біологічне значення води визначається і тим, що вона являє собою один з необхідних метаболітів, т. Е. Бере участь в метаболічних реакціях. Вода використовується, наприклад, в якості джерела водню в процесі фотосинтезу, а також бере участь в реакціях гідролізу.
Роль води для живих організмів знаходить своє відображення, зокрема, в тому, що одним з головних чинників природного відбору, що впливають на видоутворення, є недолік води (обмеження поширення деяких рослин, що мають рухомі гамети). Всі наземні організми пристосовані до того, щоб добувати і зберігати воду; в крайніх своїх проявах - у ксерофитов, у хто сидить на пустині тварин і т. п. Такого роду пристосування видаються справжнім дивом винахідливості природи.
Біологічні функції води:
У всіх організмів:
1) забезпечує підтримку структури (високий вміст води в протоплазмі); 2) служить розчинником і середовищем для дифузії; 3) бере участь у реакціях гідролізу; 4) служить середовищем, в якій відбувається запліднення;
5) забезпечує поширення насіння, гамет і личинкових стадій водних організмів, а також насіння деяких наземних рослин, наприклад кокосової пальми.
У рослин:
1) обумовлює осмос і тургесцентность (від яких залежить багато чого: зростання (збільшення клітин), підтримку структури, руху продихів і т. Д.); 2) бере участь у фотосинтезі; 3) забезпечує транспорт неорганічних іонів і органічних молекул; 4) забезпечує проростання насіння - набухання, розрив насіннєвий шкірки і подальший розвиток.
У тварин:
1) забезпечує транспорт речовин;
2) обумовлює осморегуляцію;
3) сприяє охолодженню тіла (потовиділення, теплова задишка);
4) служить одним з компонентів мастила, наприклад в суглобах;
5) несе опорні функції (гідростатичний скелет);
6) виконує захисну функцію, Наприклад в слізної рідини і в слизу;
7) сприяє міграції (морські течії).
вперше хімічні речовиникласифікував в кінці IX століття арабський учений Абу Бакр ар-Рази. Він, спираючись на походження речовин, розподілили їх на три групи. У першій групі він відвів місце мінеральним, в другій - рослинним і в третій - тваринам речовин.
Цією класифікації судилося проіснувати майже ціле тисячоліття. Лише в XIX столітті з тих груп сформували дві - органічні і неорганічні речовини. Хімічні речовини обох типів будуються завдяки дев'яноста елементів, внесених в таблицю Д. І. Менделєєва.
Група неорганічних речовин
серед що не органічних сполукрозрізняють прості і складні речовини. Група простих речовин об'єднує метали, неметали і благородні гази. Складні речовини представлені оксидами, гідроксидами, кислотами і солями. Всі неорганічні речовини можуть будуватися з будь-яких хімічних елементів.
Група органічних речовин
До складу всіх органічних сполук в обов'язковому порядку входить вуглець і водень (в цьому їх принципова відмінність від мінеральних речовин). Речовини, утворені C і H називаються вуглеводнями - найпростішими органічними сполуками. У складі похідних вуглеводнів знаходиться азот і кисень. Вони, в свою чергу, класифіковані на кисень і азотовмісні сполуки.
Група кисневмісних речовин представлена спиртами і ефірами, альдегідами і кетонами, карбоновими кислотами, Жирами, воском і вуглеводами. До азотовмісних сполук зараховані аміни, амінокислоти, нітросполуки та білки. У гетероциклічних речовин положення двояко - вони, в залежності від будови, можуть ставитися і до того і до іншого виду вуглеводнів.
Хімічні речовини клітини
Існування клітин можливо, якщо до їх складу входять органічні і неорганічні речовини. Вони гинуть, коли в них відсутня вода, мінеральні солі. Клітини помирають, якщо сильно збіднена нуклеїновими кислотами, жирами, вуглеводами і білками.
Вони здатні до нормальної життєдіяльності, якщо в них знаходиться кілька тисяч з'єднань органічної і неорганічної природи, здатних вступати в безліч різних хімічних реакцій. Біохімічні процеси, що течуть у клітці - основа її життєдіяльності, нормального розвитку і функціонування.
Хімічні елементи, які насичують клітку
Клітини живих систем містять групи хімічних елементів. Вони збагачені макро-, мікро- і ультрамікроелементи.
- Макроелементи, перш за все, представлені вуглецем, воднем, киснем і азотом. Ці неорганічні речовини клітини утворюють практично всі її органічні сполуки. А ще до них зараховані життєво необхідні елементи. Клітина не здатна жити і розвиватися без кальцію, фосфору, сірки, калію, хлору, натрію, магнію і заліза.
- Група мікроелементів утворена цинком, хромом, кобальтом і міддю.
- Ультрамікроелементи - ще одна група, що представляє найважливіші неорганічні речовини клітини. Група сформована золотом і сріблом, надають бактерицидну дію, ртуттю, що перешкоджає зворотному всмоктуванню води, що заповнює ниркові канальці, що впливає на ферменти. У неї ж включена платина і цезій. Певну роль в ній відводять селену, дефіцит якого веде до різних видів раку.
Вода в складі клітини
Важливість води, поширеного на землі речовини для життя клітини, незаперечна. У ній розчиняються багато органічні та неорганічні речовини. Вода - та благодатне середовище, де протікає неймовірну кількість хімічних реакцій. Вона здатна розчиняти продукти розпаду і обміну. Завдяки їй клітку залишають шлаки і токсини.
Ця рідина наділена високою теплопровідністю. Це дозволяє теплу рівномірно поширюватися по тканинах тіла. У неї істотна теплоємність (здатність поглинати теплоту, коли власна температура змінюється мінімально). Така здатність не дозволяє виникати в клітці різких перепадів температур.
Вода володіє виключно високим поверхневий натяг. Завдяки йому розчинені неорганічні речовини, як і органічні, без праці пересуваються по тканинах. Безліч невеликих організмів, використовуючи особливість поверхневого натягу, тримаються на водній поверхні і вільно по ній ковзають.
Тургор рослинних клітин залежить від води. З опорної функцієюу певних видів тварин справляється саме вода, а не які-небудь інші неорганічні речовини. Біологія виявила і вивчила тварин з гидростатическими скелетами. До них відносяться представники голкошкірих, круглих і кільчастих хробаків, медуз і актиній.
Насиченість клітин водою
Працюючі клітини заповнені водою на 80% від їх загального обсягу. Рідина перебуває в них у вільній і зв'язаній формі. Білкові молекули міцно з'єднуються зі зв'язаною водою. Вони, оточені водною оболонкою, ізолюються одна від одної.
Молекули води полярні. Вони утворюють водневі зв'язки. Завдяки водневим містках вода має високу теплопровідність. Пов'язана вода дозволяє клітинам витримувати низькі температури. На частку вільної води припадає 95%. Вона сприяє розчиненню речовин, що втягуються в клітинний обмін.
Високоактивні клітини в тканинах мозку містять до 85% води. М'язові клітини насичені водою на 70%. Менш активним клітинам, що створює жирову тканину, достатньо 40% води. Вона в живих клітинах не тільки розчиняє неорганічні хімічні речовини, вона ключовий учасник гідролізу органічних сполук. Під її впливом органічні речовини, розщеплюючи, перетворюються в проміжні і кінцеві речовини.
Важливість мінеральних солей для клітини
Мінеральні солі представлені в клітинах катіонами калію, натрію, кальцію, магнію і аніонами HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -. Правильні пропорції аніонів та катіонів створюють необхідну для життя клітини кислотність. У багатьох клітинах підтримується слаболужна середу, яка практично не змінюється і забезпечує їх стабільне функціонування.
Концентрація катіонів та аніонів в клітинах відмінна від їх співвідношення в міжклітинному просторі. Причина тому - активна регуляція, спрямована на транспортування хімічних сполук. Такий перебіг процесів обумовлює сталість хімічних складівв живих клітинах. Після загибелі клітин концентрація хімічних сполук в міжклітинному просторі і цитоплазмі знаходить рівновагу.
Неорганічні речовини в хімічній організації клітини
У хімічному складі живих клітин немає яких-небудь особливих елементів, характерних тільки для них. Це визначає єдність хімічних складів живих і неживих об'єктів. Неорганічні речовини в складі клітини відіграють величезну роль.
Сірка і азот допомагають формуватися білків. Фосфор бере участь в синтезі ДНК і РНК. Магній - важлива складова ферментів і молекул хлорофілу. Мідь необхідна окислювальним ферментам. Залізо - центр молекули гемоглобіну, цинк входить до складу гормонів, що виробляються підшлунковою залозою.
Важливість неорганічних сполук для клітин
Сполуки азоту перетворять білки, амінокислоти, ДНК, РНК і АТФ. В рослинних клітинахіони амонію і нітрати в процесі окислювально-відновних реакцій перетворюються в NH 2, стають учасниками синтезу амінокислот. Живі організми використовують амінокислоти для формування власних білків, необхідних для будівництва тел. Після загибелі організмів білки вливаються в кругообіг речовин, при їх розпаді азот виділяється у вільній формі.
Неорганічні речовини, в складі яких є калій, грають роль «насоса». Завдяки «калієвому насосу» в клітини крізь мембрану проникають речовини, в яких вони гостро потребують. Калієві сполуки призводять до активізації життєдіяльності клітин, завдяки їм проводяться збудження і імпульси. Концентрація іонів калію в клітинах досить висока на відміну від довкілля. Іони калію після загибелі живих організмів легко переходять в природне оточення.
Речовини, що містять фосфор, сприяють формуванню мембранних структур і тканин. В їх присутності утворюються ферменти і нуклеїнові кислоти. Солями фосфору в тій чи іншій мірі насичені різні шари грунту. Кореневі виділення рослин, розчиняючи фосфати, засвоюють їх. Слідом за відмиранням організмів залишки фосфатів, піддаються мінералізації, перетворюючись в солі.
Неорганічні речовини, що містять кальцій, сприяють формуванню міжклітинної речовини і кристалів в рослинних клітинах. Кальцій з них проникає в кров, регулюючи процес її згортання. Завдяки йому формуються кістки, раковини, вапняні скелети, коралові поліпи у живих організмів. Клітини містять іони кальцію і кристали його солей.
Кліткою називають елементарну одиницю будови живих організмів. Всі живі істоти - будь то люди, тварини, рослини, гриби або бактерії - в своїй основі мають клітку. У чиємусь організмі цих клітин багато - сотні тисяч клітин складають тіло ссавців і рептилій, а в чиємусь мало - багато бактерій складаються з усього однієї клітини. Але не так важливо кількість клітин, як їх наявність.
Давно відомо, що клітини мають всі властивості живого: вони дихають, харчуються, розмножуються, пристосовуються до нових умов, навіть помирають. І, як і у всього живого, в складі клітин є органічні і неорганічні речовини.
Набагато більше, адже - це і вода, і Зрозуміло, найбільша частинавідділу під назвою "неорганічні речовини клітини" відводиться воді - вона становить 40-98% від усього обсягу клітини.
Вода в клітці виконує безліч найважливіших функцій: вона забезпечує пружність клітини, швидкість проходять в ній хімічних реакцій, переміщення надійшли речовин по клітці і їх висновок. Крім того, у воді розчиняються багато речовин, вона може брати участь в хімічних реакціяхі саме на воді лежить відповідальність за терморегуляцію всього організму, так як вода має непоганий теплопровідністю.
Крім води, в неорганічні речовини клітини входять і багато мінеральні речовини, діляться на макроелементи і мікроелементи.
До макроелементів відносяться такі речовини, як залізо, азот, калій, магній, натрій, сірка, вуглець, фосфор, кальцій і багато інших.
Мікроелементи - це, в більшості своїй, важкі метали, такі як бор, марганець, бром, мідь, молібден, йод і цинк.
Також в організмі є і ультрамікроелементи, серед яких золото, уран, ртуть, радій, селен та інші.
Всі неорганічні речовини клітини відіграють власну, важливу роль. Так, азот бере участь у великій кількості з'єднань - як білкових, так і небілкових, сприяє утворенню вітамінів, амінокислот, пігментів.
Кальцій є антагоніст калію, служить клеєм для рослинних клітин.
Залізо бере участь в процесі дихання, входить до складу молекул гемоглобіну.
Мідь відповідає за освіту клітин крові, здоров'я серця і хороший апетит.
Бор відповідає за процес росту, особливо у рослин.
Калій забезпечує колоїдні властивості цитоплазми, утворення білків і нормальну роботу серця.
Натрій також забезпечує правильний ритм серцевої діяльності.
Сірка бере участь в утворенні деяких амінокислот.
Фосфор бере участь в утворенні величезної кількості незамінних сполук, таких, як нуклеотиди, деякі ферменти, АМФ, АТФ, АДФ.
І тільки роль ультрамікроелементов поки абсолютно невідома.
Але одні тільки неорганічні речовини клітини не змогли б зробити її повноцінною і живий. Органічні речовиниважливі не менше, ніж вони.
До відносяться вуглеводи, ліпіди, ферменти, пігменти, вітаміни і гормони.
Вуглеводи діляться на моносахариди, дисахариди, полісахариди і олігосахариди. Моно- ди- і полісахариди є основним джерелом енергії для клітини і організму, а ось нерастворяющуюся в воді олігосахариди склеюють сполучну тканину і захищають клітини від несприятливого зовнішнього впливу.
Ліпіди діляться на власне жири і липоиди - жироподібні речовини, що утворюють орієнтовані молекулярні шари.
Ферменти є каталізаторами, які прискорюють біохімічні процеси в організмі. Крім того, ферменти зменшують кількість споживаної на надання реакційної здатності молекулі енергії.
Вітаміни необхідні для регуляції окисляемости амінокислот і вуглеводів, а також для повноцінного росту і розвитку.
Гормони необхідні для регулювання життєдіяльності організму.
1 Органічні і неорганічні речовини
I. Неорганічні сполуки.
1.Вода, її властивості і значення для біологічних процесів.
Вода - універсальний розчинник. Вона має високу теплоємність і одночасно високу для рідин теплопровідність. Ці властивості роблять воду ідеальної рідиною для підтримання теплового рівноваги організму.
Завдяки полярності своїх молекул вода виступає в ролі стабілізатора структури.
Вода - джерело кисню і водню, вона є основним середовищем де протікають біохімічні і хімічні реакції, найважливішим реагентом і продуктом біохімічних реакцій.
Для води характерна повна прозорість в видимій ділянці спектра, що має значення для процесу фотосинтезу, транспірації.
Вода мало стискається, що дуже важливо для надання форми органам, створення тургору і забезпечення певного становища органів і частин організму в просторі.
Завдяки воді можливо здійснення осмотичних реакцій в живих клітинах.
Вода - основний засіб пересування речовин в організмі (кровообіг, висхідний і спадний струми розчинів тілом рослин і т.д.).
2. Мінеральні речовини.
У складі живих організмів сучасними методами хімічного аналізу виявлено 80 елементів періодичної системи. За кількісним складом їх поділяють на три основні групи.
Макроелементи складають основну масу органічних і неорганічних сполук, концентрація їх коливається від 60% до 0.001% маси тіла (кисень, водень, вуглець, азот, сірка, магній, калій, натрій, залізо та ін.).
Мікроелементи - переважно іони важких металів. Містяться в організмах в кількості 0,001% - 0.000001% (марганець, бор, мідь, молібден, цинк, йод, бром).
Концентрація ультрамікроелементов не перевищує 0.000001%. Фізіологічна роль їх в організмах повністю ще не з'ясована. До цієї групи належать уран, радій, золото, ртуть, цезій, селен і багато інших рідкісних елементів.
Основну масу тканин живих організмів, що населяють Землю складають біогенні елементи: кисень, вуглець, водень і азот, з яких переважно побудовані органічні сполуки - білки, жири, вуглеводи.
II. Роль і функція окремих елементів.
Азот у автотрофних рослин є вихідним продуктом азотного і білкового обміну. Атоми азоту входять до складу багатьох інших небілкових, проте найважливіших сполук: пігментів (хлорофіл, гемоглобін), нуклеїнових кислот, вітамінів.
Фосфор входить до складу багатьох життєво важливих з'єднань. Фосфор входить до складу АМФ, АДФ, АТФ, нуклеотидів, фосфосфорілірованних сахаридов, деяких ферментів. Багато організми містять фосфор в мінеральної формі (розчинні фосфати клітинного соку, фосфати кісткової тканини).
Після відмирання організмів фосфорні сполуки минерализуются. Завдяки кореневим виділенням, діяльності ґрунтових бактерій здійснюється розчинення фосфатів, що уможливлює засвоєння фосфору рослинними, а потім і тваринами організмами.
Сірка бере участь у побудові серусодержащих амінокислот (цистину, цистеїну), входить до складу вітаміну B1 і деяких ферментів. Особливо велике значення має сірка і її сполуки для хемосинтезирующих бактерій. Сполуки сірки утворюються в печінці як продукти знезараження отруйних речовин.
Калій міститься в клітинах тільки у вигляді іонів. Завдяки калію цитоплазма має певні колоїдні властивості; калій активує ферменти білкового синтезу обумовлює нормальний ритм серцевої діяльності, бере участь в генерації біоелектричних потенціалів, в процесах фотосинтезу.
Натрій (міститься в іонної формі) становить значну частину мінеральних речовин крові і завдяки цьому відіграє важливу роль в регуляції водного обміну організму. Іони натрію сприяють поляризації клітинної мембрани; нормальний ритм серцевої діяльності залежить від наявності в живильному середовищі в необхідній кількості солей натрію, калію, а також кальцію.
Кальцій в іонному стані є антагоністом калію. Він входить до складу мембранних структур, у вигляді солей пектинових речовин склеює рослинні клітини. У рослинних клітинах часто міститься у вигляді простих, ігловідних або зрощених кристалів оксалату кальцію.
Магній міститься в клітинах в певному співвідношенні з кальцієм. Він входить до складу молекули хлорофілу, активує енергетичний обмін і синтез ДНК.
Залізо є складовою частиною молекули гемоглобіну. Воно бере участь в біосинтезі хлорофілу, тому при нестачі заліза в грунті у рослин розвивається хлороз. Основна роль заліза - участь в процесах дихання, фотосинтезу шляхом перенесення електронів в складі окисних ферментів - каталази, ферредоксина. Певний запас заліза в організмі тварин і людини зберігається в желесодержащем білку ферритине, що міститься в печінці, селезінці.
Мідь зустрічається в організмах тварин і рослин, де вона грає важливу роль. Мідь входить до складу деяких ферментів (оксидаз). Встановлено значення міді для процесів кровотворення, синтезу гемоглобіну і цитохромів.
Щодоби в організм людини з їжею надходить 2 мг міді. У рослин мідь входить до складу багатьох ферментів, які беруть участь в темнових реакціях фотосинтезу та інших біосинтезу. У хворих недоліком міді тварин спостерігається анемія, втрата апетиту, захворювання серця.
Марганець - мікроелемент, при недостатній кількості якого у рослин виникає хлороз. Велика роль належить марганцеві та в процесах відновлення нітратів в рослинах.
Цинк входить до складу деяких ферментів, які активізують розщеплення вугільної кислоти.
Бор впливає на ростові процеси, Особливо рослинних організмів. При відсутності в грунті цього мікроелемента у рослин відмирають проводять тканини, квітки і зав'язь.
Останнім часом мікроелементи досить широко застосовуються в рослинництві (передпосівна обробка насіння), в тваринництві (мікроелементні добавки до корму).
Інші неорганічні компоненти клітини найчастіше перебувають у вигляді солей, дисоційованому в розчині на іони, або в нерозчинених стані (солі фосфору кісткової тканини, вапняні або кремнієві панцири губок, коралів, діатомових водоростей і ін.).
III. Органічні сполуки.
Вуглеводи (цукри). Молекули цих речовин побудовані всього з трьох елементів - вуглецю, кисню і водню. Вуглеці є основним джерелом енергії для живих організмів. Крім того, вони забезпечують організми сполуками, які використовуються в подальшому для синтезу інших з'єднань.
Найбільш відомими і поширеними вуглеводами є розчинені у воді моно- і дисахариди. Вони кристалізуються, солодкі на смак.
Моносахариди (монози) - з'єднання, які не можуть гидролизоваться. Сахариди можуть полимеризоваться, утворюючи більш високомолекулярні сполуки - ді-, три-, і полісахариди.
Олігосахариди. Молекули цих сполук побудовані з 2 - 4 молекул моносахаридів. Ці сполуки також можуть кристалізуватися, легко розчиняються у воді, солодкі на смак і мають постійну молекулярну масу. Прикладом олигосахаридов можуть бути дисахариди сахароза, мальтоза, лактоза, тетрасахарід стахиоза і ін.
Полісахариди (поліози) - нерозчинні компоненти (утворюють колоїдний розчин), що не мають солодкого смаку, Як і попередня група вуглеводів здатні гідролізувати (Арабаев, Ксилан, крохмаль, глікоген). Основна функція цих сполук - зв'язування, склеювання клітин сполучної тканини, захист клітин від несприятливих факторів.
Ліпіди - група з'єднань, які містяться у всіх живих клітинах, вони нерозчинні у воді. Структурними одиницями молекул ліпідів можуть бути або прості вуглеводневі ланцюги, або залишки складних циклічних молекул.
Залежно від хімічної природи ліпіди поділяють на жири і липоиди.
Жири (тригліцериди, нейтральні жири) є основною групою ліпідів. Вони являють собою складні ефіри трьохатомної спирту гліцерину і жирних кислот або суміш вільних жирних кислот і тригліцеридів.
Зустрічаються в живих клітинах і вільні жирні кислоти: пальмітинова, стеаринова, рицинової.
Ліпоїдами - жироподібні речовини. Мають велике значення, так як завдяки своїй будові утворюють чітко орієнтовані молекулярні шари, а упорядочённое розташування гідрофільних і гідрофобних кінців молекул має першочергове значення для формування мембранних структур з виборчої проникністю.
Ферменти. Це біологічні каталізатори білкової природи, здатні прискорювати біохімічні реакції. Ферменти не руйнуються в процесі біохімічних перетворень, тому порівняно невелика їх кількості каталізують реакції великої кількості речовини. Характерною відмінністю ферментів від хімічних каталізаторів є їх здатність прискорювати реакції при звичайних умовах.
За хімічною природою ферменти діляться на дві групи - однокомпонентні (що складаються тільки з білка, їх активність обумовлена активним центром - специфічної групи амінокислот в білкової молекулі (пепсин, трипсин)) і двокомпонентні (що складаються з білка (апофермента - носія білка) і білкового компонента ( коферментом), причому хімічна природа коферментів буває різною, так як вони можуть складатися з органічних (багато вітамінів, НАД, НАДФ) або неорганічних (атоми металів: заліза, магнію, цинку)).
Функція ферментів полягає в зниженні енергії активації, тобто в зниженні рівня енергії, необхідної для додання реакційної здатності молекулі.
Сучасна класифікація ферментів грунтується на типах каталізуються ними хімічних реакцій. Ферменти гідролази прискорюють реакцію розщеплення складних сполук на мономери (амілаза (гідролізує крохмаль), целлюлаза (розкладає целюлозу до моносахаридів), протеаза (гідролізує білки до амінокислот)).
Ферменти оксидоредуктаз каталізують окислювально-відновні реакції.
Трансферази переносять альдегідні, кетони і азотисті групи від однієї молекули до іншої.
Ліази отщепляют окремі радикали з утворенням подвійних зв'язків або каталізують приєднання груп до подвійних зв'язків.
Ізомерази здійснюють ізомеризації.
Лігази каталізують реакції з'єднання двох молекул, використовуючи енергію АТФ або іншого тріофасфата.
Пігменти - високомолекулярні природні забарвлені сполуки. З кількох сотень сполук цього типу найважливішими є металлопорфіріновие і флавіновие пігменти.
Металлопорфирин, до складу якого входить атом магнію, утворює підставу молекули зелених рослинних пігментів - хлорофілів. Якщо на місці магнію стоїть атом заліза, то такий металлопорфирин називають гемом.
До складу гемоглобіну еритроцитів крові людини, всіх інших хребетних і деяких безхребетних входить окисне залізо, яке і надає крові червоний колір. Гемерітрін надає крові рожевий колір (деякі многощетінковиє черви). Хлорокруорін забарвлює кров, тканинну рідину в зелений колір.
Найбільш поширеними дихальними пігментами крові є гемоглобін і гемоціан (дихальний пігмент вищих ракоподібних, павукоподібних, деяких молюсків спрутів).
До хромопротеидам відносяться також цитохроми, каталаза, пероксидаза, міоглобін (міститься в м'язах і створює запас кисню, що дозволяє морським ссавцям тривалий час перебувати під водою).
Неорганічні речовини - такі хімічні сполуки, які на відміну від органічних не містять вуглецю (крім ціанідів, карбідів, карбонатів і деяких інших з'єднань, що традиційно відносяться до цієї групи).
Класифікація неорганічних речовин наступна. Існують прості речовини: неметали (H2, N2, O2), метали (Na, Zn, Fe), амфотерні прості речовини (Mn, Zn, Al), благородні гази (Xe, He, Rn) і складні речовини: оксиди (H2O, CO2, P2O5); гідроксиди (Ca (OH) 2, H2SO4); солі (CuSO4, NaCl, KNO3, Ca3 (PO4) 2) і бінарні сполуки.
Молекули простих (одноелементні) речовин складаються тільки з атомів певного (одного) виду (елементу). Вони не розкладаються в хімічних реакціях і не здатні до утворення інших речовин. Прості речовини в свою чергу поділяються на метали і неметали. Чіткої межі між ними не існує через здатність простих речовин проявляти двоїстий властивості. Деякі елементи одночасно виявляють властивості і металів, і неметалів. Їх називають амфотерними.
Благородні гази - це неорганічні речовини окремого класу; вони вирізняються з-поміж інших особливим своєрідністю. VIIIA-групи.
Здатність деяких елементів утворювати кілька простих, що відрізняються будовою і властивостями, називається аллотропией. Прикладами можуть бути елементи С, який утворює алмаз карбін і графіт; Про - озон і кисень; Р - білий, червоний, чорний та інші. Таке явище можливо через різного числа атомів в молекулі і завдяки здатності освіти атомами різних кристалічних форм.
Крім простих основні класи неорганічних речовин включають складні сполуки. Під складними (дво- або багатоелементними) речовинами розуміють з'єднання хімічних елементів. Їх молекули складаються з атомів різних видів (різних елементів). При разложениях в хімічних реакціях вони утворюють кілька інших речовин. Діляться на підстави, і солі.
У підставах атоми металів з'єднані з гідроксильних груп (або однією групою). Ці сполуки діляться на розчинні (луги) і нерозчинні у воді.
Оксиди складаються з двох елементів, одним з яких обов'язково є кисень. Вони бувають несолеобразующіе і солеобразующіе.
Гідроксиди - це речовини, які утворюються при взаємодії (прямому чи непрямому) з водою. До них відносяться: підстави (Al (OH) 3, Ca (OH) 2), кислоти (HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4), (Al (OH) 3, Zn (OH) 2). при взаємодії різних типівгідроксидів між собою утворюються кисень солі.
Солі діляться на середні (складаються з катіонів та аніонів - Ca3 (PO4) 2, Na2SO4); кислі (містять в кислотному залишку атоми водню, які можуть заміщатися катіонами -NaHSO3, CaHPO4), основні (мають в складі гідроксо- або оксогрупу - Cu2CO3 (OH) 2); подвійні (містять два різних хімічно катіона) і / або комплексні (містять два різних кислотних залишку) солі (CaMg (CO3) 2, K3).
Бінарні сполуки (досить великий клас речовин) діляться на кислоти безкисневі (H2S, HCl); солі безкисневі (CaF2, NaCl) та інші сполуки (CaC2, AlH3, CS2).
Неорганічні речовини не мають вуглецевого скелета, який є основою органічних сполук.
В організмі людини є як (34%), так неорганічні сполуки. До останніх відносяться, в першу чергу, вода (60%) і солі кальцію, з яких переважно складається скелет людини.
Неорганічні речовини в людському організміпредставлені 22 хімічними елементами. Більшість з них є металами. Залежно від концентрації елементів в організмі їх називають мікро- (вміст в організмі яких не більше 0,005% від маси тіла) і макроелементами. Незамінними для організму мікроелементами є йод, залізо, мідь, цинк, марганець, молібден, кобальт, хром, селен, фтор. Їх надходження з їжею в організм необхідно для його нормальної життєдіяльності. Макроелементи такі як кальцій, фосфор і хлор є основою багатьох тканин.