Химический состав органических веществ
Химический состав органических веществ
Клетка является сложной саморегулирующейся системой, в которой
одновременно и в определённой последовательности происходят сотни
химических реакций, направленных на поддержание её жизнедеятельности, рост
и развитие. Непосредственный обмен веществ и энергией с окружающей средой с
целью сохранения сложной структурной упорядоченности также является
важнейшим свойством живой клетки. Из существующих в природе 105 химических
элементов активное участие в процессах жизнедеятельности принимает менее их
половины. Наибольшее значение имеют десять элементов : азот, водород,
углерод, кислород, фосфор, сера, натрий, калий, кальций, магний - из
которых построены основные структурные и функциональные компоненты клетки.
I. Неорганические соединения.
1.Вода, её свойства и значение для биологических процессов.
Вода - универсальный растворитель. Она имеет высокую теплоёмкость и
одновременно высокую для жидкостей теплопроводность. Эти свойства делают
воду идеальной жидкостью для подержания теплового равновесия организма.
Благодаря полярности своих молекул вода выступает в роли стабилизатора
структуры.
Вода - источник кислорода и водорода , она является основной средой
где протекают биохимические и химические реакции, важнейшим реагентом и
продуктом биохимических реакций.
Для воды характерна полная прозрачность в видимом участке спектра, что
имеет значение для процесса фотосинтеза, транспирации.
Вода практически не сжимается, что очень важно для придания формы
органам, создания тургора и обеспечения определённого положения органов и
частей организма в пространстве.
Благодаря воде возможно осуществление осмотических реакций в живых
клетках.
Вода - основное средство передвижения веществ в организме (
кровообращение, восходящий и нисходящий токи растворов по телу растения и
т.д.).
2. Минеральные вещества.
В составе живых организмов современными методами химического анализа
обнаружено 80 элементов периодической системы. По количественному составу
их разделяют на три основные группы.
Макроэлементы составляют основную массу органических и неорганических
соединений, концентрация их колеблется от 60% до 0.001% массы тела
(кислород, водород, углерод, азот, сера, магний, калий, натрий, железо и
др.).
Микроэлементы - преимущественно ионы тяжёлых металлов. Содержатся в
организмах в количестве 0.001% - 0.000001% ( марганец, бор, медь, молибден,
цинк, йод, бром).
Концентрация ультрамикроэлементов не превышает 0.000001%.
Физиологическая роль их в организмах полностью ещё не выяснена. К этой
группе относятся уран, радий, золото, ртуть, цезий, селен и много других
редких элементов.
Основную массу тканей живых организмов, населяющих Землю составляют
органогенные элементы : кислород, углерод, водород и азот, из которых
преимущественно построены органические соединения - белки, жиры, углеводы.
II. Роль и функция отдельных элементов.
Азот у автотрофных растений является исходным продуктом азотного и
белкового обмена. Атомы азоты входят в состав многих других небелковых,
однако важнейших соединений : пигментов ( хлорофилл, гемоглобин ),
нуклеиновых кислот, витаминов.
Фосфор входит в состав многих жизненно важных соединений. Фосфор
входит в состав АМФ, АДФ, АТФ, нуклеотидов, фосфосфорилированных сахаридов,
некоторых ферментов. Многие организмы содержат фосфор в минеральной форме (
растворимые фосфаты клеточного сока, фосфаты костной ткани ).
После отмирания организмов фосфорные соединения минерализуются.
Благодаря корневым выделениям, деятельности почвенных бактерий
осуществляется растворение фосфатов, что делает возможным усвоение фосфора
растительными, а потом и животными организмами.
Сера участвует в построении серусодержащих аминокислот ( цистина,
цистеина ), входит в состав витамина B1 и некоторых ферментов. Особенно
большое значение имеет сера и её соединения для хемосинтезирующих бактерий.
Соединения серы образуются в печени как продукты обеззараживания ядовитых
веществ.
Калий содержится в клетках только в виде ионов. Благодаря калию
цитоплазма имеет определённые коллоидные свойства; калий активирует
ферменты белкового синтеза обусловливает нормальный ритм сердечной
деятельности, участвует в генерации биоэлектрических потенциалов, в
процессах фотосинтеза.
Натрий ( содержится в ионной форме ) составляет значительную часть
минеральных веществ крови и благодаря этому играет важную роль в регуляции
водного обмена организма. Ионы натрия способствуют поляризации клеточной
мембраны; нормальный ритм сердечной деятельности зависит от наличия в
питательной среде в необходимом количестве солей натрия, калия, а также
кальция.
Кальций в ионном состоянии является антагонистом калия. Он входит в
состав мембранных структур, в виде солей пектиновых веществ склеивает
растительные клетки. В растительных клетках часто содержится в виде
простых, игловидных или сросшихся кристаллов оксалата кальция.
Магний содержится в клетках в определённом соотношении с кальцием. Он
входит в состав молекулы хлорофилла, активирует энергетический обмен и
синтез ДНК.
Железо является составной частью молекулы гемоглобина. Оно участвует
в биосинтезе хлорофилла, поэтому при недостатке железа в почве у растений
развивается хлороз. Основная роль железа - участие в процессах дыхания,
фотосинтеза путём перенесения электронов в составе окислительных ферментов
- каталазы, ферредоксина. Определённый запас железа в организме животных и
человека сохраняется в желесодержащем белке ферритине, содержащемся в
печени, селезёнке.
Медь встречается в организмах животных и растений, где она играет
важную роль. Медь входит в состав некоторых ферментов( оксидаз ).
Установлено значение меди для процессов кроветворения, синтеза гемоглобина
и цитохромов.
Ежесуточно в организм человека с пищей поступает 2 мг меди. У растений
медь входит в состав многих ферментов, которые участвуют в темновых
реакциях фотосинтеза и других биосинтезах. У больных недостатком меди
животных наблюдается анемия, потеря аппетита, заболевания сердца.
Марганец - микроэлемент, при недостаточном количестве которого у
растений возникает хлороз. Большая роль принадлежит марганцу и в процессах
восстановления нитратов в растениях.
Цинк входит в состав некоторых ферментов, активизирующих расщепление
угольной кислоты.
Бор влияет на ростовые процессы, особенно растительных организмов. При
отсутствии в почве этого микроэлемента у растений отмирают проводящие
ткани, цветки и завязь.
При отсутствии в почве молибдена клубеньковые бактерии не поселяются
на корнях бобовых, замедляется биосинтез белка, азотное питание растений.
Этот микроэлемент повышает стойкость растений против грибов-паразитов.
В последнее время микроэлементы достаточно широко применяются в
растениеводстве ( предпосевная обработка семян ), в животноводстве (
микроэлементные добавки к корму ).
Другие неорганические компоненты клетки чаще всего находятся в виде
солей, диссоциированных в растворе на ионы, или в нерастворённом состоянии
( соли фосфора костной ткани, известковые или кремниевые панцири губок,
кораллов, диатомовых водорослей и др. ).
III. Органические соединения.
Углеводы ( сахариды ). Молекулы этих веществ построены всего из трёх
элементов - углерода, кислорода и водорода. Углероды являются основным
источником энергии для живых организмов. Кроме того, они обеспечивают
организмы соединениями, которые используются в дальнейшем для синтеза
других соединений.
Наиболее известными и распространёнными углеводами являются
растворённые в воде моно- и дисахариды. Они кристаллизуются, сладкие на
вкус.
Моносахариды ( монозы ) - соединения, которые не могут
гидролизоваться. Сахариды могут полимеризоваться, образуя более
высокомолекулярные соединения - ди-, три- , и полисахариды.
Олигосахариды. Молекулы этих соединений построены из 2 - 4 молекул
моносахаридов. Эти соединения также могут кристаллизоваться, легко
растворимы в воде, сладкие на вкус и имеют постоянную молекулярную массу.
Примером олигосахаридов могут быть дисахариды сахароза, мальтоза, лактоза,
тетрасахарид стахиоза и др.
Полисахариды ( полиозы ) - нерастворимые в воде соединения ( образуют
коллоидный раствор ), не имеющие сладкого вкуса, Как и предыдущая группа
Страницы: 1, 2
