Неорганічні сполуки
Біологічно важливі хімічні елементи. З відомих нам більше 100 хімічних елементів до складу живих організмів входять близько 80, причому тільки у відношенні 24 відомо, які функції в клітині вони виконують. Набір цих елементів не випадковий. Життя зародилося у водах Світового океану, і живі організми складаються переважно з тих елементів, які утворюють легко розчинні у воді сполуки. Більшість таких елементів належить до числа легких, їх особливістю є здатність вступати в міцні (ковалентні) зв’язки і утворювати безліч різних складних молекул.
У складі клітин людського тіла переважають кисень (більше 60%), вуглець (близько 20%) і водень (близько 10%). На азот, кальцій, фосфор, хлор, калій, сірку, натрій, магній, разом узяті, припадає близько 5%. Інші 13 елементів складають не більше 0,1%. Подібний елементний склад мають клітини більшості тварин; відрізняються лише клітини рослин і мікроорганізмів. Навіть ті елементи, які в клітинах містяться в мізерно малих кількостях, нічим не можуть бути замінені і абсолютно необхідні для життя. Так, вміст йоду в клітинах не перевищує 0,01%. Однак при недоліку його в грунті (через це і в харчових продуктах) затримується ріст і розвиток дітей. Зміст міді в клітинах тварин не перевищує 0,0002%. Але при нестачі міді в грунті (звідси і в рослинах) виникають масові захворювання сільськогосподарських тварин.
Значення для клітини основних елементів наведено в кінці цього параграфа.
Неорганічні (мінеральні) сполуки. До складу живих клітин входить ряд відносно простих сполук, які зустрічаються і в неживій природі – в мінералах, природних водах. Це неорганічні сполуки.
Вода – одне з найпоширеніших речовин на Землі. Вона покриває велику частину земної поверхні. Майже всі живі істоти складаються в основному з води. У людини вміст води в органах і тканинах варіює від 20% (в кісткової тканини) до 85% (в головному мозку). Близько 2/3 маси людини становить вода, в організмі медузи до 95% води, навіть в сухих насінні рослин вода становить 10-12%.
Вода володіє деякими унікальними властивостями. Властивості ці настільки важливі для живих організмів, що не можна уявити життя без цього з’єднання водню і кисню.
Унікальні властивості води визначаються структурою її молекул. У молекулі води один атом кисню ковалентно пов’язаний з двома атомами водню (рис. 1). Молекула води полярна (диполь). Позитивні заряди зосереджені у атомів водню, так як кисень електронегативними водню.
Негативно заряджений атом кисню однієї молекули води притягається до позитивно зарядженого атому водню іншої молекули з утворенням водневого зв’язку (рис. 1).
По міцності воднева зв’язок приблизно в 15-20 разів слабкіше ковалентного зв’язку. Тому воднева зв’язок легко розривається, що спостерігається, наприклад, при випаровуванні води. Внаслідок теплового руху молекул у воді одні водневі зв’язки розриваються, інші утворюються.
Таким чином, в рідкій воді молекули рухливі, що важливо для процесів обміну речовин. Молекули води легко проникають через клітинні мембрани.
Через високу полярності молекул вода є розчинником інших полярних сполук. У воді розчиняється більше речовин, ніж у будь-який інший рідини. Саме тому у водному середовищі клітини здійснюється безліч хімічних реакцій. Вода розчиняє продукти обміну речовин і виводить їх з клітки і організму в цілому.
Вода має велику теплоємність, т. Е. Здатністю поглинати теплоту при мінімальній зміні власної температури. Завдяки цьому вона охороняє клітину від різких змін температури. Оскільки на випаровування води витрачається багато теплоти, то, випаровуючи воду, організми можуть захищати себе від перегріву (наприклад, при потовиділенні).
Вода має високу теплопровідність. Така властивість створює можливість рівномірного розподілу теплоти між тканинами тіла.
Вода служить розчинником для “мастильних” матеріалів, необхідних скрізь, де є тертьові поверхні (наприклад, в суглобах).
Вода має максимальну щільність при 4 ° С. Тому лід, що володіє меншою щільністю, легше води і плаває на її поверхні, що захищає водойму від промерзання.
По відношенню до води всі речовини клітини поділяються на дві групи: гідрофільні – “люблячі воду” і гідрофобні – “бояться води” (від грец. “Гідро” – вода, “філео” – любити і “Фобос” – боязнь).
До гідрофільним відносяться речовини, добре розчинні у воді. Це солі, цукру, амінокислоти. Гідрофобні речовини, навпаки, у воді практично нерозчинні. До них належать, наприклад, жири.
Клітинні поверхні, що відокремлюють клітину від зовнішнього середовища, і деякі інші структури складаються з водонерозчинних (гідрофобних) з’єднань. Завдяки цьому зберігається структурна цілісність клітини. Образно клітину можна представити у вигляді посудини з водою, де протікають біохімічні реакції, що забезпечують життя. Стінки цього судини нерозчинні у воді. Однак вони здатні вибірково пропускати водорозчинні сполуки.
Крім води, в числі неорганічних речовин клітини потрібно назвати солі, що представляють собою іонні сполуки. Вони утворені катіонами калію, натрію, магнію та інших металів і аніонами соляної, вугільної, сірчаної, фосфорної кислот. При дисоціації таких солей в розчинах з’являються катіони (К +, Na +, Са2 +, Mg2 + і ін.) І аніони (СI-, НСО3-, HS04- та ін.). Концентрація іонів на зовнішній поверхні клітини відрізняється від їх концентрації на внутрішній поверхні. Різне число іонів калію і натрію на внутрішній і зовнішній поверхні клітини створює різницю зарядів на мембрані. На зовнішній поверхні клітинної мембрани дуже висока концентрація іонів натрію, а на внутрішній поверхні дуже висока концентрація іонів калію і низька – натрію. Внаслідок цього утворюється різниця потенціалів між внутрішньою і зовнішньою поверхнею клітинної мембрани, що обумовлює передачу збудження по нерву або м’язі.
Іони кальцію і магнію є активаторами багатьох ферментів, і при нестачі їх порушуються життєво важливі процеси в клітинах. Ряд важливих функцій виконують в живих організмах неорганічні кислоти та їх солі. Соляна кислота створює кисле середовище в шлунку тварин і людини і в спеціальних органах комахоїдних рослин, прискорюючи перетравлення білків їжі. Залишки фосфорної кислоти (Н3Р04), приєднуючись до ряду ферментних та інших білків клітини, змінюють їх фізіологічну активність. Залишки сірчаної кислоти, приєднуючись до нерозчинним у воді чужорідних речовин, надають їм розчинність і сприяють таким чином виведенню їх з клітин і організмів. Натрієві і калієві солі азотистої і фосфорної кислот, кальцієва сіль сірчаної кислоти служать важливими складовими частинами мінерального живлення рослин, їх вносять у грунт як добрива для підживлення рослин.
(2 votes, average: 4.00 out of 5)