Химичен състав на клетката

Клетките, тъканите и органите на организмите са съставени от няколко химични елементи, както и от техни съединения. Същите химични елементи могат да се срещнат и в неживата природа. Някои от химичните елементи са характерни само за живите организми например белтъците, нуклеиновите киселини и други. Особеностите в техните структури и свойства са ключ за разбиране на сложните процеси, които протичат в клетката.

Разпространение на химичните елементи в организмовия свят.
На нашата планета Земя се срещат около 100 химични елемента. На фигура 36 може да видите съпоставка в разпространението на някои от тях намиращи се в земната кора, както и в живата природа. От тази фигура 36 се вижда, че в неживата природа много разпространени са елементите O, Si, следвани от Al, Ca, Mg, Na, K и Fe.

От химичните елементи намиращи се в живите организми най-разпространени са H, O, C и N, както и елементите P и S.

Елементите с високо съдържание в клетките са означени като макроелементи. Освен изброените шест елемента, макроелементи са още калият, натрият, калцият, желязото, хлорът и магнезият. Общо всички тези елементи съставляват повече от 99% от масата на живите организми. Някои химични елементи макар и да присъстват в много малки количества, са също жизненоважни за клетката. Такива елементи са: Cu, Zn, Mo, Co, Mn, B, Se, F, I и други. Те се означават като микроелементи.

разпространение на химичните елементи

Животът е много сложно природно явление. Естествено е да очакваме, че сложните жизнени процеси изискват участие на сложни по състав и структура молекули. Посочените елементи притежават свойства, които ги правят особено подходящи за изграждането на разнообразни и много сложни молекули.

Химичните елементи H, O, C и N се отличават с ясно изразена способност да образуват ковалентни връзки, което им позволява да влизат в състава на сложни и много стабилни съединения.

Широкото разпространение на елементите H и O се обяснява и с това, че тяхното най-просто съединение – водата представлява 70% от масата на клетката. Именно водата е средата, в която се извършват повечето жизнени процеси и тя от своя страна никога не може да бъде заменена с никое друго съединение. Водата също е външна среда за много водни организми и е най-разпространеното съединение на земята изобщо. Като се добавят и сложните съединения в които участват H и О, става ясно защо те са най-разпространените в живата природа.

Свойства и значение на въглерода.
Въглеродът заема особено място сред макроелементите. Съединенията му в организмите наречени органични съединения са изключително многобройни и разнообразни. От близо 2,2 милиона известни ни химични съединения, около 2 милиона са на въглерода. Въглеродните съединения в организма достигат почти 25% от всички химични съединения, като по съдържание те отстъпват само на водата.
Във външния си електронен слой въглеродът има четири електрона и може да образува четири ковалентни връзки с въглеродни и с други атоми или атомни групи. Тий като той се явява както в +4, така и в -4 валентност, той може да взаимодейства с електроотрицателни и с електроположителни атоми. Така „C“ образува съединения от една страна с H, а от друга – с O, N, S и P.

Свързвайки се здраво чрез ковалентни връзки помежду си или с атоми на други химични елементи, въглеродните атоми образуват стабилни вериги и пръстени.

ЛЮБОПИТНО: Когато четирите валенции на въглерода се наситят чрез присъединяване на четири атома или атомни групи, те се разполагат така, че образуват четиристенник, в центъра на който се намира въглеродния атом (Вижте фигура 39). Това разположение на тези връзки осигурява максимално разстояние между въглеродните атоми и позволява преместването и на сравнително големи атомни групи в отделните върхове на четиристенника.

Веригите на въглеродните съединения се срещат в прави, разклонени и циклични форми (вижте фигура 31.0.). Това е една предпоставка за формиране на сложни и много големи молекули. В състава на верижните въглеродни съединения въглеродът може да образува както прости, така и двойни и тройни връзки. Всичко това допринася за изграждането на разнообразни по форма и размер молекули с най-различни химични свойства.

химични вериги

ЛЮБПИТНО: Si също може да образува верижни молекули и дори по-стабилни ковалентни връзки от C. Ако приемем за 100% здравината на връзката Si-O, то здравината на връзките на C в органичните съединения възлиза на около 50% от нея. Силициевите връзки обаче са толкова здрави, че за да бъдат разкъсани при химични взаимодействия са нужни много крайни условия (много висока температура и налягане), каквито на земята не съществуват. Ето защо те, със своята устойчивост са неизменими за неорганичния свят. За изграждане на органичните съединения освен стабилност е необходима и реактивоспособност, за да може органичните съединения да участват в сложните реакции, протичащи в клетките. За тях уникални и незаменими по свойства се оказват съединенията на въглерода.

Химични съединения в клетката
Основните органични съединения, които изграждат живата клетка, са белтъците, нуклеиновите киселини, въглехидратите и липидите. Това са молекулите на живота или както още се наричат биомолекули (от гръцки биос – живот).

До 1828г. се е считало, че органични съединения могат да се синтезират само от живи организми. Тогава Вьолер синтезирал в епруветка първото органично съединения – карбамид, и показал, че такива съединения могат да се синтезират и извън клетката. Възможно е в праисторически времена именно така да са се синтезирали прости органични съединения.

В състава на клетката влизат и неорганични съединения предимно под формата на водни разтвори (на киселини, основи и соли), които изпълняват твърде важни функции. Неорганичните съединения CO2 и H2O, както и елементите азот, фосфор и сяра участват в изграждането на някои прости органични съединения. Те от своя страна служат като градивни единици (строителни блокове) За образуване на по-сложни молекули. Тези градивни единици се наричат мономери, а изградените от тях по-сложни органични съединения – полимери. Полимерните съединения в клетката се означават като биополимери.

Биополимерите на нуклеиновите киселини, белтъците и полизахаридите. Те са изградени от много на брой специфични мономери и имат голяма молекулна маса. Наричат се още макромолекули. В зависимост от това дали са изградени от еднакви или различни мономери, биополимерите биват хомополимери или хетерополимери.

Аминокиселините са мономери на белтъците, простите захари са мономери на полизахаридите (например глюкозата е мономер на гликогена и скорбялата).
Липидите (мазнините) заемат особено място сред органичните съединения в клетката. Те имат по-малки размери и не принадлежат към макромолекулите. Поради съществената им роля в изграждането на клетъчните мембрани и при функционирането на клетката, те се изучават наред с биополимерите.
Въглеродните атоми в мономери много често са свързани с различни реактивоспособни атомни групи. Тези групи се означават като функционални химични групи. Такива функционали групи са: хидроксилна група (-ОН), алдехидна група (-СНО), кето-група (СО), карбоксилна група (-СООН), аминогрупа (-NH2) Вижте фигура 31.1.

химични групи

Обърнете внимание, че някои от тези групи могат да преминат една в друга при окисление или редукция. Когато се запознаете със структурата на нуклеиновеите киселини, белтъците, въглехидратите и липидите, вие ще се убедите, че голяма част от функционалните им групи са разположени на повърхността на тези молекули и са достъпни за взаимодействие с други молекули. Именно съвкупността от тези функционални групи в една макромолекула играе съществена роля при определяне на свойствата и.
В зависимост от разпространението им в живите организми химичните елементи се делят на макро- и миркоелементи. Най-широко застъпени са H, O, C и N, непосредствено следвани от P и S. Тези елементи се отличават по способността си да образуват стабилно ковалентни връзки помежду си и да формират сложни молекули. Свързвайки се помежду си, с други химични елементи или атомни (функционални) групи, въглеродните атоми образуват стабилни вериги или пръстени. Функционалните групи в състав на органичните съединения в клетката играят съществена роля при определяне на химичната има реактивоспособност. Основни органични съединения в клетката са биомолекулите: белтъци, нуклеинови киселини, въглехидрати и липиди. Първите три групи съединения са големи молекули и се наричат макромолекули, имат лимерен характер, изградени са от по-прости съединения, наричани мономери и се означават като биополимери. Биополимерите биват хомо- и хетеробиополимери, в зависимост от това дали са изградени от еднакви или различни мономери.

Share Button

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван.

Този сайт използва Akismet за намаляване на спама. Научете как се обработват данните ви за коментари.