Химический состав клетки

Слайд 1. Химический состав клетки

Вода и минеральные вещества. Макро- и микроэлементы

Слайд 2. Единство живой природы

Все живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы. Однако их соотношение существенно различается. В клетке обнаружено около 80 элементов периодической системы, но только 25 из них необходимы для жизни.

Слайд 3. Классификация элементов

Макроэлементы — содержание до 99% массы клетки.

Микроэлементы — от 0,001% до 0,00001%.

Ультрамикроэлементы — менее 0,000001% массы.

Слайд 4. Органогенные элементы

Около 65-75% массы. Входит в состав воды и всех органических веществ.

Около 15-18%. Основа скелета всех органических молекул.

Около 8-10%. Компонент воды и большинства биомолекул.

Около 2-3%. Обязательный элемент белков и нуклеиновых кислот.

Слайд 5. Важнейшие макроэлементы

Кальций ($C{a}^{2+}$) — входит в состав костей и раковин, участвует в сокращении мышц.

Калий ($K^{+}$) и Натрий ($N{a}^{+}$) — обеспечивают проведение нервных импульсов.

Магний ($M{g}^{2+}$) — центральный атом в молекуле хлорофилла, активатор ферментов.

Фосфор ($P$) — компонент АТФ, ДНК, РНК и костной ткани.

Сера ($S$) — входит в состав некоторых аминокислот и витаминов.

Слайд 6. Микроэлементы и их роль

Железо ($Fe$) — входит в состав гемоглобина и миоглобина.

Йод ($I$) — необходим для синтеза гормонов щитовидной железы.

Фтор ($F$) — важен для формирования зубной эмали.

Кобальт ($Co$) — входит в состав витамина $B_{12}$.

Медь ($Cu$) — участвует в процессах фотосинтеза и дыхания.

Слайд 7. Ультрамикроэлементы

К ним относятся золото ($Au$), серебро ($Ag$), ртуть ($Hg$), бериллий ($Be$) и другие. Несмотря на исчезающе малые концентрации, они могут влиять на активность ферментов. Например, селен ($Se$) входит в состав некоторых антиоксидантных ферментов, защищающих клетку от повреждений.

Слайд 8. Вода — основа жизни

Слайд 9. Строение молекулы воды

Молекула воды ($H_{2}O$) — это диполь. Атом кислорода более электроотрицателен, поэтому на нем возникает частичный отрицательный заряд (${\delta }^{-}$), а на атомах водорода — положительный (${\delta }^{+}$). Это определяет уникальные свойства воды.

Слайд 10. Водородные связи

Связи возникают между положительно заряженным водородом одной молекулы и отрицательно заряженным кислородом другой.

Образование сеток из молекул делает воду жидкой в широком диапазоне температур и обеспечивает высокую теплоемкость.

Слайд 11. Физические свойства воды

Высокая теплоемкость — защищает клетку от резких перепадов температур.

Высокая теплопроводность — равномерно распределяет тепло по организму.

Несжимаемость — обеспечивает поддержание формы клетки (тургор).

Высокое поверхностное натяжение — важно для транспорта веществ.

Слайд 12. Вода как растворитель

Гидрофильные вещества (соли, сахара) хорошо растворяются в воде, так как их молекулы полярны. Гидрофобные вещества (жиры) не растворяются, что позволяет клетке формировать биологические мембраны и отделять внутреннюю среду от внешней.

Слайд 13. Метаболическая функция

Вода — среда для всех биохимических реакций.

Участвует в реакциях гидролиза (расщепление веществ с присоединением воды).

Является источником электронов и протонов при фотосинтезе.

Обеспечивает транспорт веществ внутри клетки и между клетками.

Слайд 14. Терморегуляторная функция

Благодаря высокой теплоте испарения, вода при переходе в газообразное состояние забирает много энергии. Это позволяет растениям и животным охлаждаться при испарении влаги с поверхности тела или листьев.

Слайд 15. Структурная функция

Вода заполняет вакуоли в растительных клетках, создавая давление на клеточную стенку. Это явление называется тургором. Именно благодаря тургору неодревесневшие части растений сохраняют вертикальное положение и упругость.

Слайд 16. Минеральные вещества

Слайд 17. Формы нахождения солей

Находятся в виде ионов ($K^{+}$, $N{a}^{+}$, $C{l}^{-}$). Создают осмотическое давление и обеспечивают электрохимические процессы.

Карбонаты и фосфаты кальция. Входят в состав костей, зубов, раковин моллюсков и панцирей простейших.

Слайд 18. Важнейшие ионы и их значение

Слайд 19. Осмотический баланс

Осмос — это диффузия воды через полупроницаемую мембрану из области меньшей концентрации солей в область большей. Клетка активно регулирует концентрацию ионов, чтобы избежать разрыва или сморщивания.

Слайд 20. Плазмолиз и деплазмолиз

Плазмолиз: выход воды из клетки в соленой среде.

Деплазмолиз: возвращение воды в клетку.

Слайд 21. Буферные системы клетки

Буферность — это способность поддерживать постоянное значение $pH$ (кислотности).

Фосфатная буферная система поддерживают $pH$ внутри клетки на уровне 7,2.

Бикарбонатная буферная система поддерживает $pH$ плазмы крови (около 7,4).

Белки также могут выступать в роли буферов за счет своих амфотерных свойств.

Слайд 22. Последствия дефицита элементов

Развитие анемии (малокровия) из-за нехватки гемоглобина.

Нарушение обмена веществ, развитие эндемического зоба.

У растений — хлороз (пожелтение листьев), остановка фотосинтеза.

Разрушение зубов, ломкость костей, судороги.

Слайд 23. Органические vs Неорганические

Вода и минеральные соли. Малые молекулы, отсутствие углеродного скелета.

Белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты. Сложные полимеры на основе углерода.

Слайд 24. Подведем итоги

Химический состав клетки отражает единство живой и неживой природы.

Макроэлементы составляют основу массы, микроэлементы входят в состав регуляторов.

Вода — уникальный растворитель и среда для жизни благодаря полярности.

Ионы солей обеспечивают осмотическое давление и буферность системы.

Слайд 25. Спасибо за внимание! Есть ли вопросы?