Химический состав клетки

Вопрос 1. В чем заключается сходство биологических систем и объектов неживой природы?

Основное сходство – это родство химического состава. Подавляющее большинство известных на сегодняшний день химических элементов обнаружено как в живых организмах, так и в неживой природе. Атомов, характерных только для живых систем, не существует. Однако содержание конкретных элементов в живой и неживой природе резко различается.

Организмы (от бактерий до позвоночных) способны избирательно накапливать элементы, которые необходимы для жизнедеятельности.

Интересно, что неживые объекты могут проявлять отдельные свойства, более характерные для живого. Так, кристаллы минералов способны к росту и обмену веществ с окружающей средой, а фосфор может “запасать” энергию света. Но всей совокупностью черт, присущих живому организму, не обладает ни одна неорганическая система.

Вопрос 2. Перечислите биоэлементы и объясните, каково их значение в образовании живой материи.

К биоэлементам (органогенам) относят кислород, углерод, водород, азот, фосфор и серу. Они составляют основу белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и других органических веществ. Для всех органических молекул особое значение имеют атомы углерода, образующие каркас. К этому каркасу присоединяются разнообразные химические группы, образованные другими биоэлементами.

В зависимости от состава и расположения таких групп органические молекулы приобретают индивидуальные свойства и функции. Например, аминокислоты в большом количестве содержат азот, а нуклеиновые кислоты – фосфор.

Вопрос 3. Что такое микроэлементы? Приведите примеры и охарактеризуйте биологическое значение этих элементов.

Многие химические элементы содержатся в живых системах в очень малых количествах (доли процента от общей массы). Такие вещества называют микроэлементами. В их числе медь, марганец, цинк, молибден, кобальт, иод, бром, фтор и многие другие.

Растения, грибы, бактерии получают микроэлементы из почвы и воды; животные – в основном с пищей. В большинстве своем микроэлементы входят в состав белков и биологически активных веществ (гормонов, витаминов). Например, цинк содержится в гормоне поджелудочной железы инсулине, а иод – в тироксине (гормоне щитовидной железы).

Кобальт является важнейшей составной частью витамина В12. Железо входит в состав примерно семидесяти белков организма, медь – в состав двадцати белков и т. д.

Вопрос 4. Как отразится на жизнедеятельности клетки и организма недостаток какого-либо микроэлемента? Приведите примеры таких явлений.

Недостаток какого-либо микроэлемента приводит к уменьшению синтеза того органического вещества, в состав которого этот микроэлемент входит. В результате нарушаются процессы роста, обмена веществ, воспроизведения и т. п. Например, дефицит иода в пище приводит к общему падению активности организма и разрастанию щитовидной железы – эндемическому зобу. Недостаток бора вызывает отмирание верхушечных почек у растений.

Нехватка селена может привести к возникновению раковых заболеваний у человека и животных. По аналогии с авитаминозами такие заболевания называют микроэлементозами.

Вопрос 5. Расскажите об ультрамикроэлементах. Каково их содержание в организме? Что известно об их роли в живых организмах?

Ультрамикроэлементы – это элементы, которые содержатся в клетке в ничтожно малых количествах (концентрация каждого не превышает одной миллионной доли процента). К ним относят уран, радий, золото, серебро, ртуть, бериллий, мышьяк и др. Физиологическая роль большинства из них не установлена. Не исключено, что она вообще отсутствует, и тогда часть ультрамикроэлементов являются просто примесями живых организмов.

Вместе с тем, например, известно, что мышьяк входит в состав ферментов, защищающих мембраны наших клеток от окисления, и необходим для их нормальной работы.

Вопрос 6. Приведите примеры известных вам биохимических эндемий. Объясните причины их происхождения.

Биохимические эндемии – это заболевания растений, животных и человека, связанные с явным недостатком либо избытком какого-либо химического элемента в окружающей среде. В результате развиваются микроэлементозы или некоторые другие нарушения. Так, во многих районах нашей страны значительно снижено количество иода в воде и почве.

Нехватка иода приводит к падению синтеза гормона тироксина, щитовидная железа, пытаясь компенсировать его нехватку, разрастается (развивается эндемический зоб). Другими примерами могут служить дефицит селена в почве ряда районов Монголии, а также избыток ртути в воде некоторых горных рек Чили и Цейлона.