Реши задание на изображении
Краткий ответ
В клетках содержится около 70 химических элементов. Главные — углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера; также важны кальций, калий, натрий, магний, хлор, железо, йод и другие. Они входят в состав органических веществ, воды, солей, ферментов, гормонов и клеточных структур.
На макро- и микроэлементы элементы делят по их содержанию в организме: макроэлементов — более \(0{,}01\%\), микроэлементов — менее \(0{,}01\%\). Макроэлементы образуют основные структуры и участвуют в обмене веществ, микроэлементы входят в состав ферментов и гормонов.
Вода — растворитель, среда реакций, транспортное средство и регулятор температуры. Минеральные соли поддерживают осмотическое давление, pH, работу нервов и мышц, входят в состав костей и зубов. Соли бывают растворёнными в виде ионов, нерастворимыми кристаллами и связанными с органическими веществами.
Основные органические вещества клетки: белки, жиры и другие липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты. Также есть АТФ, витамины, гормоны и пигменты.
Пептиды — соединения из аминокислот, связанных пептидными связями. Например, глюкагон — полипептидный гормон, повышающий содержание глюкозы в крови.
Больше всего углеводов обычно в растительных клетках, особенно в клетках клубней и семян. Моносахариды главным образом дают энергию, а полисахариды запасают вещества и образуют клеточные структуры.
Углеводы делят на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Примеры: глюкоза, сахароза, крахмал.
Функции углеводов: энергетическая, запасная, структурная, транспортная, защитная и участие в построении нуклеотидов.
Жиры — это сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. Обычно одна молекула жира состоит из глицерина и трёх остатков жирных кислот.
Незаменимые аминокислоты не могут синтезироваться в организме человека или образуются в недостаточном количестве, поэтому должны поступать с пищей. Примеры: лейцин, лизин, валин, триптофан. Мономеры белков — аминокислоты.
Фосфолипид состоит из глицерина, двух остатков жирных кислот и фосфатной группы. У него есть гидрофильная «головка» и гидрофобные «хвосты», поэтому фосфолипиды образуют основу клеточных мембран.
Ключевые шаги и доводы
1–2. Химические элементы и их значение
В клетке элементы выполняют разные функции:
| Элемент или группа | Биологическая роль |
|---|---|
| Углерод \(C\) | Основа всех органических веществ |
| Водород \(H\), кислород \(O\) | Входят в состав воды и органических веществ; участвуют в обмене энергии |
| Азот \(N\) | Входит в состав белков и нуклеиновых кислот |
| Фосфор \(P\) | Содержится в АТФ, ДНК, РНК, фосфолипидах |
| Сера \(S\) | Входит в состав некоторых аминокислот и белков |
| Кальций \(Ca\) | Кости и зубы, сокращение мышц, свёртывание крови |
| Калий \(K\), натрий \(Na\) | Проведение нервного импульса, поддержание водно-солевого баланса |
| Магний \(Mg\) | Входит в состав хлорофилла, активирует ферменты |
| Железо \(Fe\) | Входит в состав гемоглобина и некоторых ферментов |
| Йод \(I\) | Необходим для образования гормонов щитовидной железы |
Главный принцип деления на макро- и микроэлементы — количество, а не важность. Например, железа в организме мало, но без него невозможен перенос кислорода гемоглобином.
3. Вода и минеральные соли
Молекула воды имеет полярное строение:
- атом кислорода немного отрицательно заряжен;
- атомы водорода имеют частичный положительный заряд;
- между молекулами воды образуются водородные связи.
Из этого строения следуют основные функции воды:
- Растворитель. В воде растворяются соли, глюкоза и другие полярные вещества. Поэтому они могут перемещаться и вступать в реакции.
- Среда химических реакций. Большинство реакций в клетке происходит в водном растворе.
- Терморегуляция. Вода медленно нагревается и медленно остывает, а при испарении уносит большое количество тепла.
- Транспорт. Вода переносит вещества по организму; у растений она движется по сосудам благодаря сцеплению молекул воды.
- Участие в реакциях. Например, вода необходима для реакций гидролиза.
- Поддержание формы клеток. Вода создаёт тургор в растительных клетках.
Минеральные соли находятся в живых системах в трёх основных формах:
- в растворённом виде, распадаясь на ионы: \(Na^+\), \(K^+\), \(Ca^{2+}\), \(Cl^-\);
- в виде нерастворимых кристаллов, например соли кальция в костях и зубах;
- в составе органических соединений, например фосфатные группы входят в АТФ, ДНК и фосфолипиды.
Функции солей:
- поддержание осмотического давления;
- поддержание кислотно-щелочного равновесия;
- участие в передаче нервных импульсов;
- обеспечение сокращения мышц;
- построение костей и зубов;
- активация ферментов.
4–5. Органические вещества и пептиды
Основные классы органических веществ клетки:
- Белки — выполняют ферментативную, строительную, транспортную и защитную функции.
- Липиды — входят в состав мембран, запасают энергию, защищают от потери тепла.
- Углеводы — дают энергию и образуют некоторые клеточные структуры.
- Нуклеиновые кислоты — хранят и передают наследственную информацию.
Пептидная связь образуется между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой:
\[ \mathrm{-COOH + H_2N- \rightarrow -CO-NH- + H_2O} \]
Короткие цепочки называют пептидами, длинные — полипептидами. Например, глюкагон — полипептидный гормон. Он стимулирует распад гликогена в печени и повышает концентрацию глюкозы в крови.
6–8. Углеводы
Растительные клетки особенно богаты углеводами, потому что:
- клеточная стенка содержит целлюлозу;
- в клетках семян и клубней запасается крахмал;
- сахароза переносится по растению.
Классификация углеводов:
| Группа | Особенность | Примеры |
|---|---|---|
| Моносахариды | Состоят из одной молекулы | Глюкоза, фруктоза, рибоза |
| Олигосахариды | Состоят из нескольких остатков моносахаридов | Сахароза, лактоза, мальтоза |
| Полисахариды | Содержат много остатков моносахаридов | Крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин |
Основные функции:
- Энергетическая: глюкоза окисляется и даёт энергию.
- Запасная: крахмал запасается у растений, гликоген — у животных и грибов.
- Структурная: целлюлоза образует клеточные стенки растений, хитин — покровы членистоногих и клеточные стенки грибов.
- Транспортная: сахароза переносит продукты фотосинтеза по растению.
- Строительная: рибоза входит в состав РНК, дезоксирибоза — в состав ДНК.
- Рецепторная и защитная: углеводные цепи участвуют в распознавании клеток и образовании защитных слизей.
9–11. Жиры, аминокислоты и фосфолипиды
Жир образуется при соединении глицерина с тремя жирными кислотами:
\[ \text{глицерин} + 3\text{ жирные кислоты} \rightarrow \text{жир} + 3H_2O \]
Жиры состоят главным образом из углерода, водорода и кислорода. Жирные кислоты бывают:
- насыщенными;
- ненасыщенными.
Белки построены из аминокислот. Некоторые аминокислоты организм человека способен синтезировать сам, а незаменимые необходимо получать с пищей. К ним относятся, например, лейцин, изолейцин, валин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин. Другие примеры мономеров белка: глицин, аланин, серин, глутаминовая кислота.
Фосфолипид отличается от жира строением:
- у жира — глицерин и три жирные кислоты;
- у фосфолипида — глицерин, две жирные кислоты и фосфатная группа.
Фосфатная часть притягивается к воде и является гидрофильной головкой, а жирные кислоты воду отталкивают и образуют гидрофобные хвосты. В воде фосфолипиды самопроизвольно образуют двойной слой — основу клеточной мембраны.
Проверка принципа
- Если вещество состоит из одного мономера — это моносахарид; из многих — полисахарид.
- Если у молекулы есть полярная головка и неполярные хвосты, она может образовать мембранный слой.
- Если аминокислота не синтезируется организмом, она называется незаменимой.
- Чем меньше элемента требуется для жизнедеятельности, тем вероятнее, что он относится к микроэлементам, но его значение может быть очень большим.
Обсуждение
2 сообщенияКратко и понятно
Кратко и понятно
- Химические элементы клетки: около 70. Главные — углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера.
- Макроэлементы содержатся в большом количестве, микроэлементы — в малом, но тоже необходимы организму.
- Вода растворяет вещества, участвует в реакциях, переносит вещества и регулирует температуру. Соли поддерживают работу нервов, мышц и костей.
- Основные органические вещества: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты.
- Пептиды — цепочки аминокислот. Например, гормон глюкагон.
- Больше всего углеводов обычно в растительных клетках. Они дают энергию и запасаются в виде крахмала.
- Углеводы: моносахариды — глюкоза, олигосахариды — сахароза, полисахариды — крахмал, целлюлоза.
- Функции углеводов: энергетическая, запасная и строительная.
- Жиры состоят из глицерина и трёх жирных кислот.
- Незаменимые аминокислоты организм не может образовать сам — их получают с пищей. Белки состоят из аминокислот.
- Фосфолипид состоит из глицерина, двух жирных кислот и фосфатной группы. Он входит в состав клеточной мембраны.
