§ 6. Химический состав клетки

Определения и обозначения

Химический состав клетки — это вещества, которые входят в клетку, и группы, в которые их объединяют. Клетка не является одним однородным веществом: в ней одновременно находятся вода, соли и сложные органические соединения. Это понятие помогает связать состав клетки с её строением и работой.

Неорганические вещества клетки — прежде всего вода и минеральные соли. Они не образуют основную группу сложных веществ, характерных для живых организмов, но без них клетка не может нормально существовать. Их значение особенно заметно в переносе веществ, поддержании условий внутри клетки и протекании реакций.

Органические вещества клетки — вещества, характерные для живых организмов. К основным группам относят белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Они строят клетку, обеспечивают её энергией, создают запасы и хранят наследственную информацию.

Минеральные соли — неорганические вещества, необходимые клетке для нормальной работы. Они могут быть растворены в клеточной жидкости или находиться в нерастворимом виде. Поэтому при изучении клетки учитывают не только название соли, но и её состояние.

Как это устроено

В клетке обнаруживают химические элементы, например кислород, углерод, водород и азот, а также вещества, образованные этими элементами. Один и тот же элемент может входить в состав разных веществ, поэтому элемент и вещество — не одно и то же. Клетка состоит из многих веществ, потому что ей одновременно нужны вода, строительные материалы, источники энергии, запасы и носители наследственной информации.

Вода особенно важна, потому что её молекулы хорошо окружают и растворяют многие вещества. Растворённые частицы легче перемещаются внутри клетки и могут вступать в химические реакции. Кроме того, вода входит в состав клеточной среды, поэтому без неё многие процессы замедлились бы или прекратились.

Минеральные соли участвуют в поддержании нормальной работы клетки и помогают сохранять нужные условия внутри неё. Растворённые соли распадаются на очень маленькие частицы и могут перемещаться в клеточной жидкости. Нерастворимые соли не переходят в раствор и могут входить в состав твёрдых образований или других клеточных структур.

Белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты отличаются строением и выполняемыми задачами. Белки входят в состав клеточных структур и участвуют в различных процессах, жиры служат запасом энергии и частью клеточных оболочек, а углеводы дают энергию и тоже могут запасаться. Нуклеиновые кислоты хранят и передают наследственную информацию, поэтому от них зависит сохранение признаков организма.

Соотношение веществ связано с устройством и жизнедеятельностью клетки. Вода создаёт среду для работы других компонентов, соли регулируют условия внутри клетки, а органические вещества образуют её важные части и обеспечивают процессы. Если какого-либо необходимого вещества не хватает, клетка хуже растёт, получает энергию или выполняет свои функции.

Основные вещества клетки и их значение

Таблица помогает быстро сравнить группы веществ, примеры и их функции. Сначала определите, к какой группе относится вещество, а затем вспомните, какую задачу оно выполняет в клетке. Один компонент может иметь несколько функций, поэтому в таблице указано его главное значение.

Разбор задач

Задача 1. Распределите воду, белки, минеральные соли и углеводы на органические и неорганические вещества. Нужно не просто назвать группы, а объяснить, по какому признаку выполнено распределение.

1. Вспоминаем, что к неорганическим веществам клетки относят воду и минеральные соли.
2. Оставшиеся вещества, белки и углеводы, относятся к основным органическим веществам.
3. Проверяем результат: в каждой группе оказались вещества, названные в определении.

Ответ: вода и минеральные соли — неорганические вещества; белки и углеводы — органические.

Задача 2. В клетке обнаружены вода, минеральные соли и запасное питательное вещество. Укажите, какие компоненты неорганические, а какой может быть органическим. Слово может означает, что нужно назвать подходящую группу, а не обязательно конкретное вещество.

1. Воду относим к неорганическим веществам, потому что она является главным компонентом клеточной среды.
2. Минеральные соли также относим к неорганическим веществам.
3. Запасное питательное вещество может быть органическим, например крахмал, жир или другое органическое соединение.

Ответ: вода и минеральные соли — неорганические; запасное питательное вещество может относиться к органическим веществам.

Задача 3. В клетках растения накапливается крахмал, а в клетках животного — жир. Назовите группу каждого вещества и объясните, почему оба вещества считают органическими. Подсказка: сравните их не с водой, а с основными группами веществ живой клетки.

1. Крахмал относим к углеводам, а углеводы являются органическими веществами.
2. Жир относим к группе жиров, которая также входит в органические вещества клетки.
3. Оба вещества могут служить запасом питательных веществ, но при этом относятся к разным органическим группам.

Ответ: крахмал — органическое вещество из группы углеводов, жир — органическое вещество из группы жиров. Оба соединения могут накапливаться в клетке про запас.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что клетка состоит только из органических веществ. Так думают, потому что органические соединения часто связывают с живыми организмами. Проверьте себя: назовите воду и минеральные соли — они тоже входят в состав клетки.

Ошибка: относить воду к органическим веществам только потому, что она есть в живой клетке. Принадлежность к группе определяют не местом нахождения, а свойствами и классификацией вещества. Если нужно выбрать группу воды, правильный вариант — неорганические вещества.

Ошибка: смешивать химические элементы и вещества. Элемент входит в состав вещества, но кислород, углерод или водород не являются названиями всех соединений клетки. Чтобы проверить ответ, спросите себя, называете ли вы отдельный элемент или соединение нескольких элементов.

Ошибка: считать, что все минеральные соли растворены в клетке. Часть солей действительно находится в клеточной жидкости, но часть может быть нерастворимой и входить в состав твёрдых структур. Поэтому в ответе нужно учитывать оба возможных состояния солей.

Связь с другими темами

Для понимания химического состава клетки нужны знания о химических элементах и веществах, а также о различиях между живыми организмами и неживыми телами. Это помогает не путать элемент с веществом и видеть, почему одинаковые элементы могут входить в разные соединения.

Полученные знания пригодятся при изучении строения клетки, её питания и обмена веществ. Состав клетки объясняет, откуда берутся энергия и строительные материалы, как перемещаются вещества и почему клетка может расти и выполнять свои функции.

Что запомнить

• Клетка содержит как органические, так и неорганические вещества.
• К важнейшим неорганическим веществам клетки относятся вода и минеральные соли.
• Вода необходима для протекания многих процессов в клетке.
• К основным органическим веществам клетки относят белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.
• Разные группы веществ выполняют в клетке разные функции.
• Химический состав клетки связан с её жизнедеятельностью.