Читать книгу Биология. Общая биология. 10–11 классы - В. В. Пасечник - Страница 9

1. Что такое химический элемент?

2. Сколько химических элементов известно в настоящее время?

3. Какие вещества называют неорганическими?

4. Какие соединения называют органическими?

5. Какие химические связи называют ковалентными?

Химические элементы клетки. По химическому составу клетки разных организмов и даже клетки, выполняющие различные функции в одном многоклеточном организме, могут существенно отличаться друг от друга. В то же время разные клетки включают в себя практически одни и те же химические элементы. Сходство элементарного химического состава клеток разных организмов доказывает единство живой природы. Вместе с тем нет ни одного химического элемента, содержащегося в живых организмах, который не был бы найден в телах неживой природы. Это указывает на общность живой и неживой природы.

Из всех известных в настоящее время элементов таблицы Менделеева более половины обнаружено в составе клетки, т. е. это практически все элементы, присутствующие на нашей планете в сколько-нибудь значительном количестве. В то же время распределение этих элементов в клетках крайне неравномерно. Так, примерно 98 % от массы любой клетки приходится на четыре элемента: кислород (75 %), углерод (15 %), водород (8 %) и азот (3 %). Эти элементы составляют основу органических соединений, а кислород и водород, кроме того, входят в состав воды.

Около 2 % от массы клетки приходится на следующие восемь элементов: калий, натрий, кальций, хлор, магний, железо, фосфор и сера. Остальные химические элементы содержатся в клетке в крайне малом количестве. Некоторые живые организмы способны накапливать определенные химические элементы. Так, например, некоторые водоросли накапливают иод, лютики – литий, ряска – радий и т. д.

Все элементы по содержанию их в живых организмах разделяются на три группы. Элементы, количество которых составляет до 0,001 % от массы тела, называются макроэлементами, те, на долю которых приходится от 0,001 до 0,000001 %, – микроэлементами, а элементы, содержание которых не превышает 0,000001 %, – ультрамикроэлементами (табл. 1).

Таблица 1. Важнейшие химические элементы клетки

Химические вещества клетки. Элементы, входящие в состав организмов, могут быть составными частями молекул разнообразных неорганических и органических соединений либо находиться в форме ионов, например катионов (К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) и анионов (Сl⁻, НСО₃⁻, Н₂РО₄⁻, SO₄²⁻ и др.) (рис. 5). Важнейшим из неорганических веществ, входящих в состав клетки, является вода. В ней растворены газы (O₂, СO₂, N₂) и другие соединения. Органические вещества состоят в основном из С, Н и О; в составе белков к этим элементам прибавляются N и S, а в нуклеиновых кислотах – N и Р. Соотношение органических и неорганических веществ в клетках различно (табл. 2).

Таблица 2. Процентное соотношение органических и неорганических веществ, содержащихся в клетке

Рис. 5. Вещества, входящие в состав живых организмов

Углерод, имея уникальные химические свойства, фундаментальные для жизни, составляет ее химическую основу. Он может вступать в связь со многими атомами и их группами, образуя цепочки, кольца, составляющие скелет различных по химическому составу, строению, длине и форме органических молекул. Из них образуются сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Основная причина разнообразия органических молекул – не столько отличия составляющих их атомов, сколько разнообразие порядка их связи друг с другом. Благодаря прочности ковалентных связей существуют гигантские органические молекулы – белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, многообразие которых почти бесконечно. Они составляют более 97 % от сухого вещества клетки.

Макроэлементы. Микроэлементы. Ультрамикроэлементы.

1. Почему можно утверждать, что химический состав клетки является подтверждением единства живой природы и общности живой и неживой природы?

2. Какие элементы относятся к макроэлементам?

3. В чем разница между микроэлементами и ультрамикроэлементами?

4. Почему считают, что углерод составляет химическую основу жизни?

Для организмов важно постоянство содержания многих элементов. Часто недостаток или избыток какого-либо элемента может вызвать различные заболевания. Так, кобальт, входящий в состав витамина В₁₂, стимулирует кроветворение. В то же время его избыток в организме может вызвать развитие злокачественных опухолей. При недостатке иода развивается эндемический зоб, а недостаток цинка снижает плодовитость и вызывает задержки роста у людей и животных.