§ 6. Химический состав клетки

Определения и обозначения

Химический состав клетки — это химические элементы и вещества, которые входят в её состав. Элементы являются как бы «кирпичиками» разных веществ, а вещества клетка использует для своего строения и работы. Поэтому, говоря о составе клетки, нужно помнить и о том, из каких элементов она построена, и о том, какие вещества в ней присутствуют.

Химический элемент — это вид атомов, представленный в клетке. Например, атомы кислорода могут входить в состав воды и других веществ. Один и тот же элемент встречается в разных веществах, поэтому элемент и вещество — не одно и то же: элемент обозначает вид атомов, а вещество образовано из атомов.

Неорганические вещества — это вода и минеральные соли, присутствующие в клетке и необходимые для её жизнедеятельности. Вода помогает растворять вещества и поддерживает условия для работы клетки. Минеральные соли требуются в меньшем количестве, но участвуют в поддержании состава клеточной среды.

Органические вещества — это сложные вещества, которые образуются в клетке и обеспечивают её строение и работу. К ним относятся белки, жиры и углеводы, но у каждой группы свои особенности и функции. Различать органические и неорганические вещества полезно, чтобы понимать, почему клетке нужны вещества с разными свойствами.

Как это устроено

Клетка состоит из атомов разных химических элементов, соединённых в вещества. Одни элементы встречаются в клетке в больших количествах, а другие — в малых: это зависит от того, какие вещества нужны ей для строения и работы. Малое количество элемента не означает, что он бесполезен: некоторые процессы могут зависеть даже от небольшого количества нужного вещества. Элементы, соединяясь по-разному, образуют множество веществ клетки.

Вода составляет значительную часть клетки, потому что многие вещества в ней растворяются. Растворённые вещества могут перемещаться и взаимодействовать, а без этого клеточные процессы затрудняются. Вода также помогает поддерживать условия, при которых клетка может нормально работать. Поэтому при её нехватке нарушается не одна отдельная функция, а целый ряд процессов.

Минеральных солей в клетке обычно меньше, чем воды, но они поддерживают нужный состав клеточной среды. Это важно, потому что работа клетки зависит от условий внутри неё. Соли также участвуют в клеточных процессах, поэтому их недостаток может мешать нормальной работе. Их значение определяется не только количеством, но и тем, какую роль они выполняют.

Органические вещества клетки — белки, жиры и углеводы — различаются строением, а значит, и выполняемыми задачами. Белки входят в состав клеточных структур и помогают им работать; некоторые белки ускоряют процессы в клетке. Жиры могут запасать энергию и входить в состав клеточных структур. Углеводы служат источником энергии, могут запасаться и участвовать в построении некоторых структур.

Количество и сочетание веществ влияет на то, как устроена клетка и что она может делать. Например, клетке нужны вещества для построения её частей, а для работы — доступная энергия. Если меняется состав клетки, могут нарушиться получение энергии, рост или другие жизненные процессы. Поэтому клеточная жизнь зависит не от одного вещества, а от совместной работы разных веществ.

Химические вещества клетки и их значение

Чтобы воспользоваться таблицей, сначала найди группу вещества, а затем сравни его пример и значение. Последний столбец показывает, в какой работе клетки проявляется эта роль. Функции могут быть разными даже у веществ одной группы.

Разбор задач

Задача 1. Органические и неорганические вещества

Условие: распределить воду, белки, поваренную соль, жиры и крахмал на органические и неорганические вещества. Нужно определить группу каждого вещества по его составу и роли в клетке. Не следует относить вещество к группе только потому, что оно важно для клетки: важны все перечисленные вещества.

1. Вспоминаем группы: вода и минеральные соли относятся к неорганическим веществам.
2. Поваренная соль — минеральная соль, поэтому вместе с водой попадает в неорганическую группу.
3. Белки, жиры и углеводы относятся к органическим веществам; крахмал — углевод.

Ответ: неорганические вещества — вода и поваренная соль; органические — белки, жиры и крахмал. Проверка: в органической группе оказались представители трёх основных видов органических веществ. Соль не стала органической только потому, что находится в клетке: её относят к минеральным веществам.

Задача 2. Почему клетке нужна вода

Условие: объяснить, почему уменьшение количества воды в клетке нарушает её жизнедеятельность. Для решения нужно связать свойства воды с работой клетки, а не просто сказать, что вода важна. Начнём с того, что происходит с веществами внутри клетки.

1. Вспоминаем: вода растворяет многие вещества, находящиеся в клетке.
2. В растворённом состоянии вещества могут перемещаться и взаимодействовать друг с другом.
3. Если воды становится меньше, условия для этих процессов ухудшаются, поэтому нарушается работа клетки.

Ответ: уменьшение количества воды мешает растворению и взаимодействию веществ, поэтому клеточные процессы протекают хуже. Это может сказаться на жизнедеятельности клетки в целом. Причина не в том, что вода сама заменяет все вещества, а в том, что она создаёт условия для их работы.

Задача 3. Функции веществ клетки

Условие: установить, какие вещества обеспечивают запас энергии, строительство клеточных структур и поддержание постоянства внутренней среды. Здесь нужно сопоставить каждую задачу с подходящей функцией вещества. Одно вещество может иметь больше одной роли, поэтому проверяем все части условия по очереди.

1. Запас энергии могут обеспечивать жиры и углеводы: они способны служить запасом питательных веществ.
2. В построении клеточных структур участвуют белки; жиры также входят в состав некоторых структур.
3. Постоянство внутренней среды поддерживают минеральные соли, которые помогают сохранять нужный состав среды клетки.

Ответ: запас энергии обеспечивают жиры и углеводы; в строительстве клеточных структур участвуют белки и жиры; состав внутренней среды поддерживают минеральные соли. Сначала мы определили, что именно требуется объяснить, а затем подобрали функцию каждой группы. Белки нельзя считать только источником энергии: у них есть и строительная, и другие роли.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что клетка состоит только из органических веществ. Так могут решить, потому что белки, жиры и углеводы часто упоминают вместе, а вода и соли кажутся менее заметными. Но клетке необходимы и неорганические вещества: вода и минеральные соли. Проверь себя: можешь ли ты назвать обе группы, не забыв воду?

Ошибка — путать химический элемент с веществом. Это происходит, если слова «атом», «элемент» и «вещество» воспринимать как одно и то же. Элемент — вид атомов, а вещество состоит из атомов; один элемент может входить в состав разных веществ. Для проверки назови пример: кислород — элемент, а вода — вещество.

Ошибка — считать, что все органические вещества служат источниками энергии. Такую мысль легко запомнить из-за роли жиров и углеводов, но белки также выполняют строительные и другие функции. Не своди значение группы к одной задаче. Проверь себя, спросив, из чего формируются клеточные структуры и какую роль могут выполнять белки.

Ошибка — считать минеральные соли ненужными, потому что их в клетке мало. Количество не всегда показывает, насколько вещество важно: соли помогают поддерживать состав клеточной среды и участвуют в её работе. Если забываешь об этом, сравни количество вещества с его функцией. Для проверки вспомни, что небольшой запас необходимого вещества всё равно может быть важен для клетки.

Связь с другими темами

До этой темы полезно знать, что такое клетка, вещество, атом и химический элемент. Тогда легче понять, чем отличаются частицы, из которых построены вещества, и сами вещества клетки. Если эти понятия пока путаются, сначала различай вид атомов и то, что образуется из атомов.

Химический состав связан со строением клетки: её части состоят из веществ, а эти вещества обеспечивают их работу. Поэтому изучение клеточных структур помогает понять, где и зачем клетке нужны разные соединения. В обратную сторону это тоже работает: знание о веществах помогает объяснить свойства клеточных частей.

Эти знания пригодятся при изучении питания, обмена веществ, роста и развития организмов. Организм получает вещества, использует их в клетках и преобразует в ходе жизненных процессов. Понимание роли воды, солей и органических веществ помогает увидеть, как работа клеток связана с жизнью всего организма.

Что запомнить

• Клетка состоит из химических элементов и веществ.
• Вода — основное неорганическое вещество клетки.
• Минеральные соли необходимы клетке даже в небольших количествах.
• Белки, жиры и углеводы относятся к органическим веществам.
• Органические вещества выполняют строительную, энергетическую и другие функции.
• Состав веществ клетки связан с её строением и жизнедеятельностью.