§ 3. Химический состав клетки

Простые химические соединения неживой природы (вода и минеральные соли), входящие в состав всех живых клеток.

• 1. Содержание в клетке — вода составляет от 40 до 95% массы клетки, минеральные соли — около 1–1,5%.
• 2. Биологическая роль — обеспечивают объём, форму и упругость клетки, служат универсальной средой для биохимических реакций и материалом для построения органических молекул.

Преобладающее неорганическое соединение клетки, составляющее от 40 до 95% её общей биомассы.

• 1. Функции — придаёт растительной клетке упругость, определяет её форму и является универсальным растворителем для органических и неорганических веществ.
• 2. Связь с обменом веществ — чем выше метаболическая активность клетки или органа, тем большее процентное содержание воды в них содержится.

Неорганические ионные соединения (соли калия, кальция, фосфора, натрия, магния, железа), составляющие 1–1,5% массы клетки.

• 1. Синтез биомолекул — используются клеткой для синтеза органических соединений (белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла).
• 2. Физиологическое значение — при дефиците минеральных солей нарушаются процессы жизнедеятельности; при сгорании органики соли сохраняются в виде минеральной золы.

Сложные углеродсодержащие соединения, возникающие и претерпевающие превращения в живых организмах.

• 1. Химическая основа — образованы углеродным каркасом в сочетании с водородом, кислородом, азотом, фосфором и серой.
• 2. Основные группы — подразделяются на углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты, определяющие строение и функции клетки.

Группа органических соединений, состоящих из углерода, водорода и кислорода, служащих главным источником энергии клетки.

• 1. Энергетическая функция — при их биологическом расщеплении клетка оперативно получает необходимую для жизни энергию.
• 2. Строительная и запасающая роли — целлюлоза формирует прочные оболочки растительных клеток, а крахмал и сахара откладываются про запас.

Сложные высокомолекулярные органические полимеры, играющие первостепенную роль в структуре и процессах жизнедеятельности клеток.

• 1. Строительная функция — входят в состав протопласта, всех клеточных мембран и структурных органоидов.
• 2. Регуляция и запас — ферменты-белки управляют всеми процессами жизнедеятельности клетки; запасные белки (растительная клейковина) накапливаются в семенах.

Высокоэнергетические гидрофобные органические соединения, служащие важнейшим резервом питательных веществ клетки.

• 1. Энергоёмкость — при расщеплении дают в 2 раза больше энергии, чем углеводы или белки аналогичной массы.
• 2. Защитно-запасающая роль — накапливаются в семенах масличных культур (подсолнечник, лен), а у животных образуют изолирующий подкожный жировой слой.

Крупнейшие биополимерные молекулы живых организмов, образующие единую систему хранения и передачи генетической информации.

• 1. Локализация — сосредоточены преимущественно в клеточном ядре (в хромосомах), а также в хлоропластах и митохондриях.
• 2. Функция — хранение наследственной программы строения клетки и точная передача её признаков потомству при делении.

В клетке преобладают четыре базовых органогенных элемента: кислород (около 68%), углерод (17%), водород (10%) и азот (3%), которые в совокупности составляют до 98% общей массы живой клетки. Около 2% массы клетки приходится на следующие восемь элементов: калий, натрий, кальций, хлор, магний, железо, фосфор и серу; остальные элементы таблицы Менделеева содержатся в крайне малых долях.

Вода является количественно главным веществом клетки (от 40 до 95% её массы) и выполняет следующие фундаментальные функции:

• Придаёт клетке упругость (тургор) и сохраняет её пространственную форму;
• Выступает универсальным растворителем для большинства химических соединений;
• Обеспечивает среду для непрерывного протекания реакций обмена веществ (интенсивность метаболизма прямо пропорциональна содержанию воды);
• Участвует в транспорте растворов питательных и минеральных веществ внутри клетки и между органами растения.

Минеральные соли (составляющие от 1 до 1,5% массы клетки, в том числе соли калия, кальция, фосфора, железа, магния):

• Служат исходным неорганическим сырьём для внутриклеточного синтеза важнейших биомолекул — белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла;
• Поддерживают постоянство осмотического давления и физико-химические свойства цитоплазмы;
• Обеспечивают нормальную жизнедеятельность клетки (при недостатке солей нарушаются дыхание, деление и ростовые процессы).

К органическим веществам относят сложные углеродсодержащие химические соединения, образующиеся в процессе жизнедеятельности организмов:

• Углеводы (глюкоза, фруктоза, сахароза, растительный крахмал, целлюлоза);
• Белки (структурные белки, регуляторные ферменты, клейковина семян);
• Жиры (растительные масла и липидные соединения);
• Нуклеиновые кислоты (дезоксирибонуклеиновая — ДНК и рибонуклеиновая — РНК);

Также к органическим веществам клетки относятся витамины и эфирные масла.

Органические вещества выполняют весь спектр жизненно важных функций клетки:

• Углеводы — служат основным оперативным источником энергии, придают прочность клеточной оболочке (целлюлоза) и откладываются про запас (крахмал);
• Белки — образуют строительный каркас всех клеточных структур, регулируют химические реакции метаболизма и служат резервом питательных веществ;
• Жиры — выступают долговременным высокоэнергетическим депо (выделяют в 2 раза больше энергии, чем углеводы) и защищают клетки от неблагоприятных условий;
• Нуклеиновые кислоты — хранят матричную генетическую информацию и обеспечивают воспроизведение признаков при клеточном делении.

На глубинное единство живой и неживой природы указывает то, что клетки абсолютно всех живых организмов построены из тех же самых химических элементов (кислорода, углерода, водорода, азота, калия, фосфора, железа и др.), которые слагают тела неживой природы — атмосферу, гидросферу и земную кору. В живых клетках нет ни одного особого, присущего исключительно жизни химического элемента, что служит материальным доказательством происхождения живого из неживой материи.