Молекулярный состав клеток – это общий набор органических и неорганических веществ, входящих в состав живых клеток различного типа.
Молекулярный состав живых клеток
Химический состав живой клетки может быть представлен:
- атомным составом;
- молекулярным составом.
Атомный состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живую клетку. Молекулярный состав в свою очередь характеризует соотношение молекул веществ внутри той или иной клетки.
Все элементы, которые входят в состав живых клеток, делятся на три группы:
- макроэлементы, суммарная масса которых составляет около 98 процентов сухого вещества клетки. Примерами могут служить такие элементы как: $Cl, Ca, Fe, Na, Mg$;
- микроэлементы: $Mn, B, I, Сo$. Суммарное содержание таких веществ в клетке составляет около 0,1%;
- ультрамикроэлементы. К ним относят $Au, Hg, Se$. Содержание таких веществ в клетке не значительно. Для многих из них физиологическая роль остается не раскрытой в полной мере.
Те химические элементы, которые входят в состав живых клеток, а также выполняют биологические функции называются биогенными. Даже вещества с минимальной концентрацией могут играть решающую роль в течении клеточных процессов.
Химические вещества также могут входить в состав живых клеток в виде:
- ионов;
- органических веществ;
- неорганических веществ.
Особенности молекулярного состава живых клеток
Важнейшими неорганическими веществами называют воду и минеральные соли, а к необходимым классам органических веществ относят: углеводы, белки, нуклеиновые кислоты и липиды.
Вода обладает уникальными свойствами, благодаря формы диполя и образованию водородных связей. Вода выполняет несколько ключевых функций:
- является растворителем;
- обуславливает все химические реакции;
- обеспечивает передвижение веществ по организму;
- регулирует температуру клеток и всего организма в целом. Вода обладает свойствами теплоемкости и теплопроводности, а также смягчает действие на организм многих вредоносных факторов;
- выполняет структурную функцию, так как в большом количестве содержится в цитоплазме клеток.
Также существенное значение для живых клеток имеют минеральные соли. В водных растворах они делятся на анионы и катионы. Минеральные соли поддерживают кислотно - щелочной баланс, а также создают осмотическое давление в клетке.
Кроме того, минеральные соли формируют мембранные потенциалы клеток. Внутри клетки преобладают ионы $K+$ и крупные органические ионы, а в околоклеточных жидкостях больше ионов $Na+$ и $O_2–$.
Минеральные соли также способствуют активации ферментов, входят в состав гормонов и витаминов. Также минеральные соли выполняют строительную функцию, поскольку служат источником строительного материала для молекул аминокислот, белков, нуклеиновых кислот.
Органические вещества представлены в клетки в виде полимеров и мономеров.
Полимеры – это органические многозвеньевые цепи, которые включают в свой состав относительно простые вещества, называемые мономерами.
Углеводы представляют собой органические соединения, которые состоят из нескольких молекул простых сахаров. Углеводы являются источниками энергии. Также они могут запасаться в виде крахмала и гликогена. Целлюлоза и хитин придают прочность клеточным стенкам растений, а также грибов. Рецепторная функция углеводов заключается в том, что клетки узнают друг друга благодаря гликопротеинам.
Что касается липидов, то они представляют собой жироподобные органические соединения, которые выполняют в клетке также многочисленное количество функций. Липиды входят в состав клеточных мембран и выполняют строительную функцию. Также липиды входят в состав гормонов и выполняют регуляторную функцию. Также в жирах содержится большое количество энергии.
В виде жиров хранится существенная для энергетических запасов организма. Кроме того, жиры служат в качестве источника воды (при сгорании 1 г жира образуется 1,1 г воды).
Кроме того, липиды выполняют защитную и теплоизоляционную функцию. Например, воск покрывает эпидермис растений, а также перья птиц, предохраняя их от смачивания. Жиры являются компонентом клеточного метаболизма.
Белки – это компоненты живых клеток, мономерами которых являются аминокислоты. В образовании белков участвует около 20 аминокислот. Аминокислоты связаны между собой пептидными связями.
Существует четыре структуры белка в живой клетке:
- первичная (линейная), в которой аминокислоты соединяются пептидной связью;
- вторичная (спираль), удерживается водородной связью;
- третичная (глобула) образуется при сворачивании спирали в клубок;
- четвертичная структура, характерная для сложных белков.
Для всех структур белка характерен процесс денатурации или разрушения, а со вторичной структуры характерен процесс ренатурации белка. Конфигурация белка зависит от последовательности аминокислот и тех условий, которых влияют на содержание белка в клетках.
Белки также выполняют ряд различных функций:
- каталитическую (ускорение химических реакций);
- строительную (осуществляемую фибриллярными белками);
- транспортную (например, гемоглобин переносит кислород);
- защитную и сократительную (актин, миозин, тубулин).
Также белки являются весьма энергоемкими соединениями.
В живых клетках существует класс белков – ферментов. Они катализируют протекание в организме всех химических реакций. Молекулы ферментов содержат активный центр, который состоит из двух участков: сорбционного и каталитического.
Наконец, в клетках присутствуют нуклеиновые кислоты.
ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты) - длинноцепочечный неразветвленный полимер, состоящий из четырех типов мономеров - нуклеотидов А, Т, Г и Ц - связанных друг с другом ковалентной связью через остатки фосфорной кислоты.
РНК (рибонуклеиновая кислота) в свою очередь выполняют функцию участия в биосинтезе белков и транспорта веществ.
Таким образом, клетка обладает большим количеством всевозможных органических и неорганических веществ, который выполняют самые разнообразные функции внутри нее.
