Биология

Неорганические вещества, их роль в клетке

Всякий организм содержит определенный набор химических элементов, количество которых неодинаково. Познакомимся на схеме с классификацией элементов.

Из схемы видно, что самое большое количество в клетке приходится на макроэлементы. Все они имеют огромное значение для нормальной работы организма. Макроэлементы представлены следующими химическими элементами: кислородом (75%), углеродом (15%), водородом (8%), азотом (3%). Они являются основой жизни на всей планете.

Микроэлементы в организме представлены в небольшом количестве. Однако, они также выполняют свою роль в организме. Микроэлементы входят в состав ферментов и гормонов, содержатся в тканях, принимают участие в процессах обмена веществ.

Все химические элементы составляют вещества, которые представлены двумя группами. Познакомимся с ними на схеме.

Остановимся подробнее на неорганических веществах.

В численном отношении первое место среди неорганических веществ клетки принадлежит воде. Ее содержание колеблется в зависимости от вида организма, условий его местообитания, типа клеток и их функционального состояния. В общем содержание воды в клетке составляет от 40% до 95%.

Причем с возрастом количество воды в клетках любого организма заметно снижается. Соответственно, чем выше функциональная активность клеток и организма в целом, тем больше содержание в них воды, и наоборот.

Наличие воды – обязательное условие жизненной активности клетки. Она составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру. Роль воды определяется ее физическими и химическими свойствами.

Рассмотрим основные свойства воды:

1. Данное вещество считается хорошим растворителем. По отношению к воде все вещества делятся на две группы: гидрофильные и гидрофобные.

Гидрофильные вещества имеют хорошую растворимость, так как состоят из частиц, способных при растворении отделяться друг от друга. С такими соединениями вы знакомились в курсе химии 9 класса, их называют ионные.

К ним относят такие классы неорганических соединений как соли, щелочи, кислоты и некоторые другие вещества.

В растворе молекулы или ионы данных соединений имеют возможность быстро передвигаться, что обеспечивает их высокую реакционную способность. При этом вода выполняет в клетке роль среды, в которой осуществляются химические реакции.

Гидрофобные вещества плохо либо вообще не растворимы в воде. К ним относят липиды, нуклеиновые кислоты, кое-какие углеводы, а также белки.

1. Вода как вещество, обладает физическими свойствами. Для нее характерна высокая теплоемкость, при существенном увеличении тепловой энергии происходит небольшое повышение ее температуры. Данное свойство воды способствует защите тканей живых организмов от перегревания или переохлаждения. Это проявляется, к примеру, в потоотделении у животных, при испарении у растений.

1. Немаловажным свойством воды является ее высокая теплопроводность. Благодаря этому тепло равномерно распределяется по всему организму, а не сосредоточивается в одном месте. Таким образом, основной функцией воды в клетке считается поддержание оптимального теплового режима.

2. Вода является основным источником кислорода и водорода, необходимых для протекания процессов фотосинтеза у растений.

3. Еще одним свойством воды является поверхностное натяжение. Молекулы воды сцепляются между собой с определенной силой и создают на поверхности пленку. Данное свойство обеспечивает движение крови в организме человека и животных, а также минеральных веществ у растений. Как же это происходит? Вот представьте себе, что два человека тянут канат. Каждый тянет его в свою сторону. Так и здесь. Силы, которыми связаны молекулы воды, тянут поверхность в разные стороны. Благодаря этому и происходит транспорт веществ в живом организме.

Значительную роль в организме играет и еще одна группа неорганических веществ – минеральные соли.

Все минеральные вещества могут быть в виде ионов или твердом состоянии. К примеру, цитоплазма содержит соли кальция, фосфора, кремния. Эти элементы используются для формирования опорных структур клетки – раковины моллюсков, хитиновый покров членистоногих.

Хитиновый покров жука носорога

Минеральные вещества в организме распадаются на ионы: катионы и анионы. Они поддерживают кислотно-щелочной баланс цитоплазмы, обеспечивают тургор клеточных оболочек, оказывают влияние на возбудимость нервной и мышечной ткани, активируют ферменты.

Биология. 5 класс

Конспект урока

Урок 5. Химический состав клетки

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. Урок посвящён изучению химического состава клетки.

Клетка, химический состав, неорганические и органические вещества, вода, минеральные соли, белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты

Химический элемент – это атомы одного и того же вида.

Органические вещества – это вещества, которые входят в состав живых организмов и образуются только при их участии.

Неорганические вещества – это вещества, которые входят в состав неживой природы и могут образовываться без участия живых организмов.

Обязательная и дополнительная литература по теме

1. Биология. 5–6 классы. Пасечник В. В., Суматохин С. В., Калинова Г. С. и др. / Под ред. Пасечника В. В. М.: Просвещение, 2019
2. Биология. 6 класс. Теремов А. В., Славина Н. В. М.: Бином, 2019.
3. Биология. 5 класс. Мансурова С. Е., Рохлов В. С., Мишняева Е. Ю. М.: Бином, 2019.
4. Биология. 5 класс. Суматохин С. В., Радионов В. Н. М.: Бином, 2014.
5. Биология. 6 класс. Беркинблит М. Б., Глаголев С. М., Малеева Ю. В., Чуб В. В. М.: Бином, 2014.
6. Биология. 6 класс. Трайтак Д. И., Трайтак Н. Д. М.: Мнемозина, 2012.
7. Биология. 6 класс. Ловягин С. Н., Вахрушев А. А., Раутиан А. С. М.: Баласс, 2013.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Сейчас на Земле известно более ста химических элементов. Из их атомов состоят все вещества, встречающиеся на Земле. 80 химических элементов обнаружены в составе живых организмов. При этом четыре из них – углерод, водород, азот и кислород составляют около 98 % массы любого организма. Остальные химические элементы встречаются в живых организмах в малых количествах.

Клетки всех живых организмов состоят из одних и тех же химических элементов. Эти же элементы входят и в состав объектов неживой природы. Сходство состава указывает на общность живой и неживой природы.

На этом уроке вы узнаете, из каких химических элементов состоят клетки живых организмов, и какие изменения претерпевают эти химические соединения по мере роста и развития клеток.

В клетках живых организмов больше всего содержится таких химических элементов, как углерод, водород, кислород и азот. Вместе они составляют до 98 % массы клетки. Около 2 % массы клетки приходится на восемь элементов: калий, натрий, кальций, хлор, магний, железо, фосфор и серу. Остальные химические элементы содержатся в клетках в очень малых количествах.

Химические элементы, соединяясь между собой, образуют неорганические (вода и минеральные соли) и органические (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и др.) вещества.

Значение каждого из веществ, содержащегося в клетке уникально. Вода придаёт клетке упругость, определяет её форму, участвует в обмене веществ. Неорганические вещества используются для синтеза органических молекул. При недостатке минеральных веществ важнейшие процессы жизнедеятельности клеток нарушаются. Углеводы придают прочность клеточным оболочкам, а также служат запасающими веществами. Белки входят в состав разнообразных клеточных структур, регулируют процессы жизнедеятельности и тоже могут запасаться в клетках. Жиры откладываются в клетках. При расщеплении жиров освобождается необходимая живым организмам энергия. Нуклеиновые кислоты играют ведающую роль в сохранении наследственной информации.

Клетка – это миниатюрная природная лаборатория, в которой синтезируются и претерпевают изменения различные химические соединения. Сходство химического состава клеток разных организмов доказывает единство живой природы.

Разбор типового тренировочного задания:

Тип задания: Сортировка элементов по категориям

Текст вопроса: Расставьте названия веществ в таблицу:

Химический состав клетки

Это самое распространенное вещество на Земле. Вода не только окружает каждый живой организм снаружи, но и находится внутри.

В среднем живые клетки состоят из воды на 60 — 80%. Потеря всего 20% воды приводит к смерти.

Почему же вода так важна?

Вода – это универсальный растворитель для большинства веществ, а также участник химических реакций важных организма.

Таким образом, от содержания воды в организме зависит скорость большинства химических процессов, а значит и обмена веществ в целом.

Форма клетки, ее объем и упругость также поддерживаются водой.

Вода участвует в процессе терморегуляции. За счет испарения воды с поверхности листьев и потоотделения тела растений и животных охлаждаются и регулируют температуру.

Минеральные вещества

Кровь и межклеточная жидкость содержат большое количество различных неорганических солей. Они позволяют поддерживать постоянство внутренней среды организма. Кальций входит в состав костей и раковин моллюсков, участвует в процессе сокращения мускулатуры. Вместе с калием кальций обеспечивает выполнение жизненно важных функций, таких как раздражимость.

Углеводы

Функции углеводов в организме разнообразны.

Углеводы придают прочность и жесткость клеточным стенкам растений (целлюлоза). Углевод хитин образует жесткие покровы насекомых. Раствор углеводов в растительной вакуоли поддерживает внутриклеточное давление.

В виде сложных углеводов, крахмала и гликогена, растения и животные запасают энергию. А в результате их расщепления живые организмы получают энергию.

Белки

Разнообразие белков в живом организме очень велико.

Белки входят в состав многих клеточных структур, регулируют процессы жизнедеятельности и могут запасаться в клетке. Из белков состоят мышцы, и сокращаются они именно благодаря белками. За счет белков волосы, ногти, рога и копыта обладают высокой прочностью. Гемоглобин, транспортный белок крови, переносит кислород и углекислый газ.

Без белков было бы невозможно пищеварение. Ведь ферменты, разлагающие компоненты пищи, также являются белками.

Жиры выступают в роли стратегического запаса энергии и даже воды.

Благодаря теплоизоляционным свойствам жировой ткани многие животные способны переносить очень низкие температуры. Например, перед спячкой медведь накапливает толстую жировую прослойку, которая будет не только «кормить» его, но и «согревать» его.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты крайне важны для любого живого организма.

Именно в виде нуклеиновых кислот хранится наследственная информация. С помощью нуклеиновых кислот наследственная информация передается от родителей потомкам.

В клетке нуклеиновые кислоты образуют специальные структуры (хромосомы), которые находятся в клеточном ядре.

Назовите известные вам углеводы. Какие из них встречаются в растительных а какие — в животных организмах? Охарактеризуйте значение этих веществ.

Глюкоза – органическое соединение, углевод. Это один из самых распространенных и доступных источников энергии для всех живых организмов. Этот углевод встречается в ягодных и фруктовых соках. Также глюкоза образует более сложные углеводы.

Фруктоза – органические соединение, углевод. Не смотря на свое название, фруктоза выполняет важные функции в организмах не только растений, но и животных. Как и глюкоза фруктоза входит в состав многих более сложных углеводов. Фруктозу активно используют в пищевой промышленности в качестве подсластителя безопасного для диабетиков.

Сахароза – углевод, состоящий из одной глюкозы и одной фруктозы. По сути сахароза – это хорошо знакомый вам сахар.

Крахмал – сложный очень разветвленный углевод, состоящий из большого количества глюкозы. Это основной запасной углевод в растительных клетках.

Гликоген – сложный ветвистый углевод, состоящий из глюкозы. Растения запасают крахмал, а животные – гликоген.

Целлюлоза (клетчатка) – сложный углевод, представляющий собой длинную цепочку глюкозы. Основной компонент жестких клеточных стенок растений.

Хитин – сложный углевод в составе жестких покровов насекомых, ракообразных и других беспозвоночных.

Неорганические вещества клетки

Неорганические вещества клетки — это вода и минеральные соли. Больше всего в клетке содержится воды (от 40 до 95% её общей массы). Вода придаёт клетке упругость, определяет её форму, участвует в обмене веществ. Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней содержится воды.

Приблизительно 1 —1,5% общей массы клетки составляют минеральные соли, в частности соли кальция, калия, фосфора и др. Эти неорганические вещества используются для синтеза органических молекул (белков, нуклеиновых кислот и др.). При недостатке минеральных веществ нарушаются важнейшие процессы жизнедеятельности клетки.

Назовите известные вам углеводы. Какие из них встречаются в растительных а какие — в животных организмах? Охарактеризуйте значение этих веществ.

Глюкоза – органическое соединение, углевод. Это один из самых распространенных и доступных источников энергии для всех живых организмов. Этот углевод встречается в ягодных и фруктовых соках. Также глюкоза образует более сложные углеводы.

Фруктоза – органические соединение, углевод. Не смотря на свое название, фруктоза выполняет важные функции в организмах не только растений, но и животных. Как и глюкоза фруктоза входит в состав многих более сложных углеводов. Фруктозу активно используют в пищевой промышленности в качестве подсластителя безопасного для диабетиков.

Сахароза – углевод, состоящий из одной глюкозы и одной фруктозы. По сути сахароза – это хорошо знакомый вам сахар.

Крахмал – сложный очень разветвленный углевод, состоящий из большого количества глюкозы. Это основной запасной углевод в растительных клетках.

Гликоген – сложный ветвистый углевод, состоящий из глюкозы. Растения запасают крахмал, а животные – гликоген.

Целлюлоза (клетчатка) – сложный углевод, представляющий собой длинную цепочку глюкозы. Основной компонент жестких клеточных стенок растений.

Хитин – сложный углевод в составе жестких покровов насекомых, ракообразных и других беспозвоночных.

Химический состав клетки

Выберите верный вариант ответаВопрос 1. Какое органическое вещество обеспечивает передачу признаков?
углеводы нуклеиновые кислоты жиры белки
Вопрос 2. Какое вещество является основным источником энергии в клетке?
жиры углеводы вода белки
Вопрос 3. Какой элемент содержится в клетках в очень малых количествах?
хлор калий йод железо
Вопрос 4. Сколько воды содержится в клетке?
всего 10% примерно 40-95% 30-95% от 30 до 45%
Вопрос 5. Какая из функций характеризует все органические вещества?
они запасаются в клетках они регулируют процессы жизнедеятельности они входят в состав органоидов они являются строительным материалом
Вопрос 6. Какую роль или функцию не выполняет в клетке вода?
синтезирует углеводы участвует в обмене веществ определяет форму придает упругость
Вопрос 7. Сколько жиров может содержаться в клетках большинства растений?
около 10-20% примерно от 5 до 20% приблизительно 1-10% всего 1-5%
Вопрос 8. Какого химического элемента в клетках меньше?
азота кислорода серы водорода
Вопрос 9. Что не происходит с веществами внутри клетки?
изменение состава соединений разрушение с образованием энергии синтез новых веществ бесследное исчезновение
Отметьте верные утверждения

Органические вещества

Органические вещества — сложные углеродсодержащие соединения. Они входят в состав всех живых организмов. Сначала считали, что органические вещества образуют только живые организмы, поэтому их и назвали органическими. К ним относят углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты и другие вещества.

Углеводы — важная группа органических веществ, в результате расщепления которых клетки получают энергию, необходимую для их жизнедеятельности. Углеводы входят в состав оболочек клеток, придавая им прочность. Запасающие вещества в клетках — крахмал и сахара, они также относятся к углеводам.

Белки играют важнейшую роль в жизни клеток. Они входят в состав разнообразных клеточных структур, регулируют процессы жизнедеятельности и тоже могут запасаться в клетках.

Жиры откладываются в клетках. При расщеплении жиров освобождается необходимая живым организмам энергия.

Нуклеиновые кислоты играют ведущую роль в сохранении наследственной информации и передаче её потомкам.

Клетка — это миниатюрная природная лаборатория, в которой синтезируются и претерпевают изменения различные химические соединения. Сходство химического состава клеток разных организмов доказывает единство живой природы.

Неорганические вещества. Органические вещества. Углеводы. Белки. Жиры. Нуклеиновые кислоты

1. Каких химических элементов больше всего в клетке?

2. Какую роль в клетке играет вода?

3. Какую роль в клетке играют минеральные соли?

4. Какие вещества относят к органическим?

5. Каково значение органических веществ в клетке?

6. Что указывает на общность живой и неживой природы?

Почему клетку сравнивают с миниатюрной природной лабораторией?

Из каких химических элементов состоят клетки?

Теперь наглядно изучим химический состав живых клеток, а также сравним состав тел живой и неживой природы.

Как вы могли заметить, в составе живых клеток, в отличие от неживых тел, очень много углерода. Дело в том, что атомы углерода являются обязательным компонентом всех органических веществ, образующих живую материю.

Вообще в природе все вещества можно разделить на неорганические и органические.

Неорганические вещества – это знакомые вам поваренная соль, сода, вода, компоненты воздуха.

Органические вещества – это вещества, в состав которых обязательно входят атомы углерода. Органические вещества входят в состав живых клеток. К ним относятся белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Для обнаружения некоторых веществ, входящих в состав живых клеток, можно провести ряд несложных опытов.

Биология

§ 8. Химические элементы клетки

1. Что такое химический элемент?
2. Какие органические вещества вам известны?
3. Какие вещества называют простыми, а какие — сложными?

Все клетки живых организмов состоят из тех же химических элементов, что входят и в состав объектов неживой природы. Но распределение этих элементов в клетках крайне неравномерно. Так, около 98% от массы любой клетки приходится на четыре элемента: углерод, водород, кислород и азот. Относительное содержание этих химических элементов в живом веществе значительно выше, чем, например, в земной коре.

Около 2% массы клетки приходится на следующие восемь элементов: калий, натрий, кальций, хлор, магний, железо, фосфор и серу. Остальные химические элементы (например, цинк, иод) содержатся в очень малых количествах.

Химические элементы, соединяясь между собой, образуют неорганические и органические вещества (см. табл.). Неорганические вещества клетки — это вода и минеральные соли. Больше всего в клетке содержится воды (от 40 до 95% её общей массы). Вода придаёт клетке упругость, определяет её форму, участвует в обмене веществ.

Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней содержится воды.

Химический состав клетки, %

Приблизительно 1—1,5% общей массы клетки составляют минеральные соли, в частности соли кальция, калия, фосфора и др. Соединения азота, фосфора, кальция и другие неорганические вещества используются для синтеза органических молекул (белков, нуклеиновых кислот и др.)/ При недостатке минеральных веществ нарушаются важнейшие процессы жизнедеятельности клетки.

Органические вещества входят в состав всех живых организмов. К ним относят углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты и другие вещества.

Углеводы — важная группа органических веществ, в результате расщепления которых клетки получают энергию, необходимую для их жизнедеятельности. Углеводы входят в состав оболочек клеток, придавая им прочность. Запасающие вещества в клетках — крахмал и сахара также относятся к углеводам.

Белки играют важнейшую роль в жизни клеток. Они входят в состав разнообразных клеточных структур, регулируют процессы жизнедеятельности и также могут запасаться в клетках.

Жиры откладываются в клетках. При расщеплении жиров также освобождается необходимая живым организмам энергия.

Нуклеиновые кислоты играют ведущую роль в сохранении наследственной информации и передаче её потомкам.

Клетка — это «миниатюрная природная лаборатория», в которой синтезируются и претерпевают изменения различные химические соединения.

Вопросы

1. Каких химических элементов больше всего в клетке?
2. Какую роль в клетке играет вода?
3. Какие вещества относят к органическим?
4. Каково значение органических веществ в клетке?