Химические вещества в живых организмах

Для веществ, входящих в состав живых организмов характерен высокий уровень структурной организации. В состав живых организмов входят не только органические, но и неорганические низкомолекулярные вещества. Это вода, углекислый газ, молекулярный кислород и азот, неорганические ионы, некоторые химические элементы. Это самый низкий уровень организации.

2-ой уровень структурной организации занимают промежуточные химические соединения: аммиак, органические кислоты и их производные, моносахариды и др.

Соединение 1-го и 2-го уровней организации – это биологические мономеры, из которых строятся биополимеры - вещества 3-го уровня структурной организации, из которых в свою очередь строятся надмолекулярные структуры: гликопротеины, нуклеопротеины, липопротеины – своеобразные композиционные материалы.

4-ый уровень организации – клеточные органеллы (ядра, митохондрии и т.д.)

5-ый уровень - собственно сама клетка, то есть система этих органелл.

Неорганические вещества клетки

Из неорганических веществ, входящих в состав живых организмов, главными являются водаисоли.

Вода

В среднем в клетках содержится около 80% воды. Чем больше в клетке воды, тем интенсивнее в ней происходит обмен веществ. Содержание воды зависит от возраста организма. 95%-в клетке эмбриона, 60%-у пожилых людей.

При потере организмом порядка 20% воды может наступить смерть. Без воды человек может прожить порядка 14 дней.

Функции воды

1) Вода определяет объем клетки и ее упругость ее оболочки (тургор ткани).

2) Вода - это среда, где происходят биохимические процессы. Практически все биохимические реакции – это реакции жидкофазные.

3) Вода - участник многих биохимических процессов, таких как гидролиз белков, жиров, полисахаридов и т.д.

4) Вода участвует в терморегуляции, т.к. имеет высокую теплоемкость и теплопроводность за счет наличия между молекулами воды водородных связей.

5) Вода - хороший растворитель и поскольку молекулы ее полярны, то она хорошо растворяет полярные (гидрофильные) вещества. Гидрофобные же (неполярные) вещества взаимодействуют между собой быстрее, нежели с водой и поэтому нерастворимы в ней. Они входят в состав биомембран.

Молекулы некоторых веществ содержат как полярные, так и неполярные группы-амфифильные (двоякие) ~~~~~С=О

6) в суставах вода выполняет роль смазки;

7) твердая вода защищает водоемы от замерзания и таким образом защищает живые организмы.

Неорганические соли

В живых организмах неорганические соли находятся в виде ионов и образуются катионами К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и анионами HPO₄²⁻, H₂PO₄⁻, Cl⁻, HCO₃⁻, HSO₄ˉ

Основным является Na⁺ - вне клетки , К⁺ - внутри клетки. Из анионов вне клетки Сl⁻, внутри клетки ион HPO₄²⁻, PO₃²⁻.

Суммы положительных и отрицательных зарядов катионов и анионов должны быть равны. Однако в живом организме неорганических катионов (+) больше, чем анионов (-).

Их недостаток восполняют анионы органических кислот и белков.

Роль солей в организме.

Внутри клетки много ионов К⁺, мало Na⁺. За счет разности концентраций этих ионов по разные стороны поддерживается трансмембранный потенциал (ТМ)~100мВ. Это разность электрических потенциалов между внутренней и внешней стенками мембранных клеток.

ТМ необходим для процессов возбуждения клетки. Если разность потенциалов нарушается, то клетка может погибнуть.

Остатки фосфорной и серной кислот могут присоединяться к различным молекулам в реакции фосфорилирования и сульфатирования, делая их более гидрофильными, а потому более активными.

От наличия анионов HPO₄²⁻, HCO₃⁻, H₂PO₄⁻ зависят буферные свойства биологических сред (способность поддерживать рН на одном уровне при разбавлении растворов или при добавлении к ним небольших количеств кислоты или щелочи).

Соляная кислота НСL создает кислую реакцию среды в желудке для активирования ферментов, которые расщепляют белки пищи и уничтожают вредные организмы.

От наличия солей зависят и осмотические свойства клетки. Осмос - одностороннее проникновение через мембрану клетки молекул воды. Вода при этом выполняет роль полупроводника, выравнивающего концентрацию. Если концентрация солей в клетке меньше, чем в окружающем пространстве, то вода будет выходить из клетки. В результате

изменяется объем клетки вследствие изменения в ней концентрации ионов или других гидрофильных веществ, не проникающих через мембрану.

Осмотическое давление в клетке равно осмотическому давлению физиологического раствора (0,9% Na). Клетки в нем не набухают и не сморщиваются, обеспечивается тургор клеток.

Росм = СRТ.

Нерастворимые соли (карбонаты и фосфаты), входят в состав костей, зубов, раковин.

Zn, Mn, CО - входят в состав активных центров ферментов, I-гормон щитовидной железы, Со – в состав витамина В₁₂.