Химический состав клетки

Классификация элементов по количественному содержанию

В зависимости от процентного содержания в биологических структурах, биогенные элементы принято делить на три основные группы:

1. Макроэлементы (около 98%). К этой группе относятся кислород (O), углерод (C), водород (H) и азот (N). Их часто называют органогенами. Углерод и водород выступают структурной основой воды и всех органических веществ — белков, нуклеиновых кислот, липидов и углеводов. Кислород и азот необходимы для биосинтеза органических соединений и реализации их функций.
2. Микроэлементы (около 1,9%). Включают калий (K), фосфор (P), серу (S), магний (Mg), хлор (Cl), кальций (Ca), натрий (Na) и железо (Fe). Несмотря на меньшую долю, они критически важны для ферментативной активности и возбудимости тканей.
3. Ультрамикроэлементы (менее 0,01%). Представлены йодом (I), медью (Cu), кобальтом (Co), цинком (Zn), молибденом (Mo), бромом (Br), марганцем (Mn), бором (B) и другими. Они входят в состав специфических гормонов, витаминов и ферментов.

Физиологическая роль макро- и микроэлементов

Каждый биогенный элемент выполняет строго определенные функции, поддерживая процессы жизнедеятельности:

• Натрий (Na) и Калий (K): обеспечивают процессы возбуждения и проведения нервного импульса (особенно в нервной и мышечной тканях). Натрий также поддерживает осмотическое давление и pH, а калий необходим для мышечных сокращений.
• Кальций (Ca): важнейший структурный компонент костной ткани. Без него невозможно свертывание крови и адекватное мышечное сокращение.
• Хлор (Cl): участвует в регуляции водно-солевого обмена (вместе с натрием и калием), поддерживает осмотическое давление плазмы и pH желудочного сока.
• Фосфор (P): входит в структуру зубов и костей, а также является обязательным компонентом АТФ, НАДФ и фосфолипидов.
• Железо (Fe): структурный элемент гемоглобина (в крови) и миоглобина (в мышцах), входит в состав ферментов дыхательной цепи.
• Магний (Mg): компонент хлорофилла и коферментов, активирует синтез ДНК и энергетический обмен.
• Сера (S): обязательный компонент аминокислот, белков (например, инсулина) и витаминов (B₁).

Функции ультрамикроэлементов

Элементы, присутствующие в следовых количествах, определяют работу эндокринной системы и сложные биохимические каскады:

• Йод (I): базовый компонент гормонов щитовидной железы.
• Медь (Cu): обеспечивает процессы кроветворения, синтез гемоглобина и работу дыхательных ферментов.
• Кобальт (Co): структурная часть витамина B₁₂.
• Цинк (Zn): необходим для нормального роста, выступает компонентом ферментов.
• Фтор (F): формирует структуру зубной ткани.
• Марганец (Mn): участвует в окислении жирных кислот, клеточном дыхании и фотосинтезе.

Соотношение химических соединений

Химические элементы объединяются в молекулы, образуя неорганические и органические вещества. Процентное содержание рассчитывается на сырую массу:

Неорганические вещества:

• Вода (70–80%). Полярный растворитель, создающий оптимальную среду для биохимических реакций.
• Минеральные соли (1–1,5%).

Органические вещества:

• Белки (10–20%). Биополимеры, выполняющие пластическую и каталитическую (ферментативную) функции.
• Жиры (1–5%). Являются основой всех биологических мембран.
• Нуклеиновые кислоты (1–2%). Главным образом ДНК — биополимер, мономером которого является нуклеотид. Хранит наследственную информацию и передает ее при репликации.
• Углеводы (0,2–2%). Выступают источником энергии. Отдельные полисахариды (например, целлюлоза) строят клеточные стенки прокариот и растений.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Организация наследственного аппарата: строение молекулы ДНК и процесс репликации
• Сравнение строения прокариотических и эукариотических клеток
• Метаболизм: этапы пластического обмена (ассимиляции) и диссимиляции
• Клеточная теория: основные положения и исключения (вирусы и бактериофаги)
• Митотический цикл клетки и значение митоза

Другие темы раздела «Химический состав клетки»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.