"Общая биология. Среднее профессиональное образование", В. М. Константинов, А. Г. Резанов, Е. О.Фадеева; под ред. В.М.Константинова
Клетка — сложная химическая система, в состав которой входят те же элементы, что и в неживую природу. Главное отличие живого — не набор элементов, а их соотношение, соединение в особые молекулы и согласованная работа этих веществ. Вода и соли создают условия для реакций, белки выполняют большинство клеточных задач, углеводы и липиды участвуют в энергетическом обмене, нуклеиновые кислоты хранят наследственную информацию, а АТФ передаёт энергию.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химический состав клетки — это химические элементы и вещества, входящие в клетку, а также их количество. Состав показывает, из каких частиц построена клетка и какие соединения обеспечивают её работу. Сравнивая состав клеток, можно понять общие признаки живого и особенности разных организмов.
Биогенные элементы — химические элементы, необходимые для построения клетки и её жизнедеятельности. Макроэлементы содержатся в относительно больших количествах, а микроэлементы — в очень малых, хотя их значение не менее важно. Такое разделение связано не с полезностью элементов, а с их содержанием в клетке.
Неорганические вещества клетки — прежде всего вода и минеральные соли, не относящиеся к сложным углеродным соединениям. Вода создаёт среду для реакций, а соли поддерживают свойства клеточной среды и участвуют в построении некоторых структур. Без них органические вещества не смогли бы нормально работать.
Органические вещества клетки — соединения углерода, к которым относят белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и АТФ. Их молекулы отличаются строением, поэтому выполняют разные задачи: от образования структур до хранения информации и передачи энергии. Такое деление помогает связать состав вещества с его функцией.
Клетка состоит из тех же химических элементов, что и неживая природа, потому что живые организмы не создают элементы заново. Однако в клетках элементы соединены в определённых пропорциях и образуют сложные молекулы, которых нет в таком сочетании в обычной неживой среде. Именно порядок соединений и взаимодействие веществ создают свойства живой системы.
Молекула воды полярна: у её разных участков возникают частичные электрические заряды. Поэтому вода притягивается к ионам и полярным молекулам, окружает их и переводит во раствор. В клетке это позволяет веществам перемещаться и вступать в реакции, а высокая теплоёмкость воды сглаживает изменения температуры.
Минеральные соли могут находиться в клетке в виде растворённых ионов. Они влияют на кислотность, осмотическое давление и другие свойства клеточной среды, поэтому от них зависит работа белков и мембран. Другие соли входят в состав твёрдых или опорных структур, например минеральных компонентов клеток и тканей.
Строение органических веществ определяет их работу. Белки собраны из аминокислот, а порядок аминокислот задаёт форму молекулы, благодаря чему белки могут быть ферментами, переносчиками, рецепторами или элементами клеточных структур. Углеводы и липиды содержат много химически связанных атомов углерода и водорода, поэтому при расщеплении отдают энергию; кроме того, они могут откладываться в запас.
Нуклеиновые кислоты построены из нуклеотидов, последовательность которых записывает наследственную информацию. ДНК хранит эту запись, а РНК участвует в её передаче и реализации при синтезе белка. АТФ накапливает энергию в связях между фосфатными группами и передаёт её тем реакциям, движениям и процессам транспорта, которым она нужна.
| Группа веществ | Представители | Особенности строения или свойств | Основные функции |
|---|---|---|---|
| Неорганические вещества | Вода, минеральные соли | Вода полярна и является хорошим растворителем; соли распадаются на ионы или входят в состав структур | Среда реакций, транспорт, поддержание температуры и свойств клеточной среды, построение структур |
| Белки | Ферменты, антитела, белки мембран | Состоят из аминокислот; их форма зависит от последовательности аминокислот | Каталитическая, структурная, транспортная, защитная, двигательная и регуляторная |
| Углеводы | Глюкоза, крахмал, гликоген, целлюлоза | Состоят из углерода, водорода и кислорода; могут быть простыми и сложными | Источник и запас энергии, участие в построении клеточных структур |
| Липиды | Жиры, фосфолипиды | Плохо растворяются в воде; содержат энергетически богатые связи | Запас энергии, образование мембран, теплоизоляция и защита |
| Нуклеиновые кислоты | ДНК, РНК | Состоят из нуклеотидов; порядок нуклеотидов хранит информацию | Хранение, копирование и передача наследственной информации, участие в синтезе белка |
| АТФ | Аденозинтрифосфат | Нуклеотид с тремя фосфатными группами; энергия высвобождается при их отщеплении | Перенос энергии между реакциями, синтезом веществ, движением и транспортом |
Сначала определите группу вещества, затем сопоставьте его строение со свойствами. После этого легче выбрать функцию: например, полярность воды объясняет растворение, а последовательность нуклеотидов — хранение информации. Таблица особенно полезна для сравнения веществ, но одна молекула может выполнять несколько функций.
Назовите основные функции воды в клетке и объясните, какое её свойство помогает растворять многие вещества. Нужно связать свойства молекулы с клеточными процессами. Одного ответа вода нужна для жизни недостаточно.
Ответ: вода растворяет многие вещества благодаря полярности молекул, служит средой химических реакций и транспортировки, участвует в поддержании температуры и формы клетки.
В клетке обнаружены вещества, состоящие из аминокислот. Определите их группу и объясните, почему по одному этому признаку нельзя указать единственную функцию вещества. Нужно распознать вещество по составу и не смешивать группу с отдельной функцией.
Ответ: это белки. По аминокислотному составу можно определить их группу, но для установления функции нужны сведения о последовательности, форме и взаимодействиях белка.
Сравните ДНК, белок и АТФ по составу или строению и основной роли в клетке. Объясните, как их работа связана с наследственной информацией и клеточными процессами. Важно различить хранение информации, её реализацию и передачу энергии.
Ответ: ДНК хранит информацию, белки выполняют клеточные функции, а АТФ обеспечивает процессы энергией. Их совместная работа связывает наследственную программу с реальной жизнедеятельностью клетки.
Считать любое вещество клетки органическим. Так путают сложность вещества с его классификацией, забывая о воде и минеральных солях. Проверьте себя: спросите, относится ли вещество к воде или солям, и только затем ищите среди органических соединений.
Путать химические элементы и вещества. Углерод — химический элемент, а белок — вещество, состоящее из атомов разных элементов. Для проверки назовите, идёт ли речь об атомах одного вида или о соединении атомов.
Приписывать всем белкам одну функцию. Ошибка появляется, когда белок связывают только с мышцами или только с ферментами. Проверьте ответ по списку: белки бывают структурными, ферментативными, транспортными, защитными и регуляторными.
Считать АТФ долгосрочным запасом информации или питательным веществом. Такое смешение возникает из-за слов энергия и запас. Проверьте себя: главная задача АТФ — быстро передать энергию клеточным процессам, а не хранить наследственную программу или запасать питательные вещества надолго.
Для понимания темы нужны понятия химического элемента, атома, молекулы и химической связи. Они помогают объяснить, как частицы объединяются в вещества и почему свойства вещества зависят от строения.
Тема опирается на знания о воде, углеводах, липидах, белках и нуклеиновых кислотах. Если вспомнить их строение и свойства, легче понять функции этих соединений в клетке.
Химический состав клетки понадобится при изучении обмена веществ, клеточного дыхания, фотосинтеза, наследственности и строения клетки. Во всех этих темах выясняется, какие вещества участвуют в процессах и откуда берётся энергия.
Почему клетки разных организмов содержат одни и те же химические элементы, но отличаются друг от друга?
Клетки используют ограниченный набор биогенных элементов, но соединяют их в разных соотношениях и молекулах. Поэтому различаются состав белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и организация клеточных структур.
Чем макроэлементы отличаются от микроэлементов?
Макроэлементы содержатся в клетке в сравнительно больших количествах и образуют основу её веществ. Микроэлементы нужны в очень малых количествах, но без них невозможны многие реакции и процессы регуляции.
Почему вода важна для протекания реакций в клетке?
Полярные молекулы воды хорошо взаимодействуют со многими веществами и растворяют их. В водной среде вещества могут перемещаться и вступать в химические реакции, а сама вода помогает поддерживать постоянную температуру клетки.
В чём разница между функциями белков и нуклеиновых кислот?
Белки непосредственно выполняют множество задач: ускоряют реакции, переносят вещества, образуют структуры и участвуют в защите. Нуклеиновые кислоты хранят, копируют и передают наследственную информацию, по которой строятся белки.
Почему АТФ называют переносчиком энергии?
В молекуле АТФ энергия запасается в химических связях между фосфатными группами. При расщеплении АТФ энергия высвобождается и используется для синтеза веществ, движения, транспорта и других клеточных процессов.
Химическая организация клетки
