Краткое содержание: Параграф § 2. / Биология 9 класс Часть 1

Состав и значение веществ в клетке

Жизнедеятельность клетки поддерживается совокупностью органических и неорганических веществ. Клеточное равновесие и комфортное существование обеспечивается как неорганическими веществами, например, водой \( H_{2}O \), минеральными солями, кислотами и другими, так и органическими.

Вода является основой жизни. В теле взрослого человека ее доля в среднем составляет 66 %, а в некоторых органах достигает 70 % (мозг) - 86 % (кости). Благодаря своим свойствам, вода служит растворителем, участвует в химических реакциях, обеспечивает транспорт веществ, терморегуляцию и придает клетке упругость.

Неорганические вещества представлены также растворимыми солями, диссоциирующими на ионы. Ионы калия и натрия играют ключевую роль в электрохимической активности клетки, передаче нервного импульса и мышечном сокращении. Ионы кальция важны для скелета и для внутриклеточной сигнализации. Ионы железа входят в состав гемоглобина.

К важнейшим анионам относятся фосфат-ионы \( PO_{4}^{3-} \), входящие в состав АТФ, нуклеиновых кислот, и остатки угольной кислоты \( H_{2}CO_{3} \), регулирующие кислотно-щелочное равновесие.

Особенности строения биологических полимеров и органических веществ

Органические вещества в живых организмах в основном представлены биополимерами, молекулы которых состоят из цепей атомов углерода с присоединенными атомами кислорода, водорода, азота и других элементов. Эти вещества построены из повторяющихся структурных единиц, называемых мономерами.

• Высокомолекулярные органические вещества (биополимеры) имеют большую молекулярную массу и состоят из повторяющихся мономеров. К ним относятся белки (из аминокислот), полисахариды (из моносахаридов) и нуклеиновые кислоты (из нуклеотидов).
• Низкомолекулярные органические вещества имеют относительно простую структуру и малую молекулярную массу. К этой группе относят аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты, спирты.

Белки и их химическое строение

Белки, или протеины, — это высокомолекулярные соединения, мономеры которых — аминокислоты. В их состав входят углерод, кислород, водород, азот, а также сера, железо, фосфор, цинк, медь, марганец, йод. Белки выполняют разнообразные функции в организме.

• Общая формула аминокислоты: Каждая аминокислота содержит аминогруппу (\( -NH_{2} \)) и карбоксильную группу (\( -COOH \)). Отличие между аминокислотами заключается в строении радикала (R-группы). Общая формула может быть представлена как \( R-CH(NH_{2})COOH \).
• Пептидная связь: Аминокислоты соединяются друг с другом через пептидную связь. Она образуется в результате реакции между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой аминокислоты, при этом выделяется молекула воды (\( H_{2}O \)). Соединение двух аминокислот называется дипептидом, трех — трипептидом, а длинные цепи — полипептидами.
• Разнообразие: В состав белков большинства организмов входят в среднем 300–500 остатков аминокислот. Известно около 500 различных аминокислот, но в образовании белков участвуют только 20 из них, которые называются белкообразующими.
• Свойства и функции: Свойства и функции белков определяются последовательностью аминокислот в полипептидной цепи, которая, в свою очередь, определяется информацией, закодированной в гене. Белки могут быть фибриллярными (волокнистыми, структурными, например, коллаген, кератин) или глобулярными (шарообразными, выполняющими транспортную, регуляторную и переносную функции, например, гемоглобин, ферменты).

Незаменимые аминокислоты

Для создания собственных белков организм использует аминокислоты, которые он либо синтезирует сам (заменимые), либо должен получать с пищей (незаменимые). К незаменимым аминокислотам относятся триптофан, валин, лизин, треонин, метионин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, гистидин (последний — только для детей).

Для полноценного белкового питания важно употребление продуктов, содержащих все незаменимые аминокислоты, которые называют полноценными. Растительные продукты содержат белки, в которых может отсутствовать одна или несколько незаменимых аминокислот (неполноценные), поэтому вегетарианцам важно комбинировать их с продуктами, обогащенными белком (грибы, дрожжи, животная пища, если это не строгая вегетарианская диета).

Химические элементы в организме человека

Тело человека состоит из макроэлементов (с содержанием более 0,1 % от массы тела), микроэлементов (содержание от 0,001 % до 0,1 %) и ультрамикроэлементов (содержание менее 0,001 %, следовые количества). Основные макроэлементы: кислород (65 %), углерод (18 %), водород (10 %), азот (3 %), кальций (1,5 %), фосфор (1,0 %), калий (0,4 %), сера (0,3 %), натрий (0,2 %). Каждый элемент выполняет специфические функции, например, кислород участвует в окислении, азот входит в состав аминокислот и нуклеиновых кислот, а кальций и фосфор важны для костной ткани.