Химический состав клетки.

Все химические элементы, входящие в состав биологических систем принято делить на три основных группы. Подобное деление основывается на процентном содержании данного химического элемента и на его биологической и химической роли в клетке. Наиболее общим и универсальным для клеток представителей всех царств является химический состав протопласта, который содержит около 80 % воды, 10 % органических веществ и 1 % солей.

Первая по значимости группа – так называемые органогееные элементы, то есть те элементы, которые лежат в основе всех органических соединений. К ним относятся углерод, кислород и водород. Ко второй группе относится достаточное большое количеств элементов, входящих в состав большинства химических соединений в живых организмах, обеспечивающие их жизнедеятельность. К таким элементам относятся азот, фосфор, железо, магний, натрий, калий, кальций, сера, хлор. Третью группу элементов составляют так называемы микроэлементы, содержащиеся в клетке в микроколичествах, но обеспечивающие полноценное функционирование живых организмов. Сюда можно отнести марганец, медь, йод, кобальт, фтор и многие другие. Всего же в составе живых организмов обнаружено до 70 различных химических элементов.

В клетках химические вещества находятся в виде катионов, например катионы натрия, калия, кальция, магния, железа; анионы хлора, фосфорной кислоты, угольной кислоты, а так же в виде различных молекул.

Одним из важнейших химических соединений в живых организмах является вода. Содержание воды в различных клетка колеблется от 60 до 98 процентов. Такое большое значение этого соединения в клетке объясняется уникальными химическими и физическими свойствами молекулы воды. Благодаря своей дипольности и угловой конфигурации вода является уникальным растворителем, источников катионов водорода и анионов гидроокисгруппа. Такие физические свойства как высокая теплоемкость и низкая теплопроводность делают воду одним из участников процесса терморегуляции. Кроме того вода обеспечивает тургор (внутреннее давление в клетке), регулирует осмотическое давление, является средой для физиологических и биохимических процессов, происходящих в клетке, обеспечивает транспорт веществ через мембрану клетки, и имея максимальную плотность при температуре 4^о С, дает возможность выжить организмам, обитающим в водной среде.

Из органических веществ выделяют:

- углеводы. Моносахариды - пентозы – синтез нуклеиновых кислот и коферментов, глюкозы – галактоза, фруктоза – поставщики энергии. Олигосахариды – мальтоза – глюкоза+глюкоза, сахароза – содержится в растениях, лактоза – в молоке. Оолисахариды – крахмал (у растений) и гликоген (у животных) –полимеры глюкозы – откладываются в клетках как запасные вещества и используются в качестве строительного материала, и целлюлоза и хитин – используются в качестве укрепляющих опорных структур в оболочках клеток.

- липиды. Жиры – служат энергетическим депо, используются для теплоизоляции, повышения плавучести и запасания воды. У растений откладываются в виде масел. Воска – предохраняют покровы животных от намокания, повреждений и проникновения бактерий – листья, плоды у планктона. Фосфолипиды – входят в состав мембран. Стероиды– липиды без жирных кислот – гормоны, холестерин. Липиды входят в состав биомембран, выполняют энергетическую функцию ( при расщеплении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии), защитную функцию (подкожный слой жира), запасные питательные вещества, терморегуляция, поставщики экзогенной воды и гормональную функции (входят в состав половых гормонов).

- белки. Простые – состоят только из аминокислот. Сложные – включают небелковый материал. Имеют первичную, вторичную и третичную структуры. Могут денатурировать- изменять структуру. Если при этом сохранилась первичная структура белка то возможна ренатурация – приобретение вновь природной структуры.. Выполняют ферментативную функцию (большинство из них катализаторы химических реакций – амилаза расщепляет крахмал, трипсин – белки), структурную функцию – входят в состав мембран и органелл и опорных образований (коллаген хрящей и сухожилий, кератин волос), сократительную функцию - за счет изменения третичной структуры обеспечивают движение внутриклеточных структур, клеток (актин, миозин), регуляторную функцию – регулируют физиологические процессы (инсулин- обмен глюкозы, гистоны –генную активность), транспортную функцию (гемоглобин переносит кислород, альбумин – липиды и жирные кислоты), запасную (питательную) функцию - обеспечивают питание зародыша, детеныша (козеин молока, альбумин белка яйца), и защитную функцию – антитела связываются с чужеродными агентами, фибриоген и тромбин участвуют в свертывании крови.