Какие ионы содержатся в клетке какова их биологическая роль ответ
Химические элементы клетки
Клетки сходны не только по строению, но и по химическому составу. Клетки всех живых организмов содержат хотя и неодинаковые, но сходные вещества в близких количествах. Сходство в строении и химическом составе у разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения. В составе клетки обнаруживают более 80 химических элементов, при этом каких-либо специальных элементов, которые характерны только для живых организмов, не обнаружено. Однако только в отношении 27 элементов известно, что они выполняют определенные функции. Остальные 53 элемента, вероятно, попадают в организм с водой, пищей, воздухом и не участвуют в жизнедеятельности.
Элементы, входящие в состав клетки, можно разделить на три группы: макроэлементы , микроэлементы и ультрамикроэлементы .
Содержание некоторых химических элементов в клетке (в % на сухую массу):
Кислород 65-75; Углерод 15-18; Водород 8-10; Магний 0,02-0,03; Натрий 0,02-0,03; Кальций 0,04-2,00; Азот 1,5-3,0; Калий 0,15-0,4; Сера 0,15-0,2; Фосфор 0,20-1,00; Хлор 0,05-0,10; Железо 0,01-0,015; Цинк 0,0003; Медь 0,0002; Йод 0,0001; Фтор 0,0001
Особенности химического состава клетки
Обнаружено, что некоторые организмы – интенсивные накопители определенных элементов. Так, ряд морских водорослей накапливает йод , лютики накапливают литий , ряска – радий , диатомовые водоросли и злаки – кремний , моллюски и ракообразные – медь , позвоночные – железо , некоторые бактерии – марганец и т. д. Элементарный состав организмов и химический состав окружающей среды всегда существенно отличаются. Например, кремния в почве около 33%, а в растениях лишь 0,15%, кислорода в почве около 49%, а в растениях 70% и т.д. Это указывает на избирательную способность организмов использовать только определенные химические элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности клеток.
Химические элементы, которые входят в состав клеток и выполняют биологические функции, называют биогенными .
Все химические элементы участвуют в построении организма в виде ионов либо в составе тех или иных соединений. Например, углерод, водород и кислород входят в состав углеводов и жиров. В составе белков к ним добавляются азот и сера, в составе нуклеиновых кислот – азот и фосфор; железо участвует в построении молекулы гемоглобина; магний находится в составе хлорофилла; медь обнаружена в некоторых окислительных ферментах; йод содержится в составе молекулы тироксина (гормона щитовидной железы); натрий и калий обеспечивают электрический заряд на мембранах нервных клеток и нервных волокон; цинк входит в молекулу гормона поджелудочной железы – инсулина; кобальт находится в составе витамина B12 .
Ионы в клетке и организме
Многие элементы в клетке содержатся в виде ионов. Из катионов важны К+, Na+ , Са2+, Mg2+, а из анионов – Н2Р04- , Сl- и НСО3-. Содержание катионов и анионов в клетке обычно значительно отличается от содержания их в среде обитания клетки. В частности, концентрация К+ внутри клетки очень высокая, a Na+ – низкая. Напротив, в окружающей клетку среде (крови, морской воде) очень мало К+ и довольно высока концентрация Na+. Например, в мышечных клетках содержание К+ в 30 раз выше, чем в крови, и наоборот, содержание Na+ в 10 раз ниже, чем в окружающей среде. Пока клетка жива, эти различия в концентрации К+ и Na+ между клеткой и межклеточной средой стойко удерживаются. От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства цитоплазмы . Буферностью называют способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов (рН). В клетке поддерживается слабощелочная реакция (рН 7,2). Имеющиеся в организме нерастворимые минеральные соли, например фосфат кальция, входят в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков, обеспечивая прочность этих образований.
Источник
Особенности химического состава клетки. Неорганические вещества
Вопросы
1. Какова роль воды в клетке и организме?
2. Какие ионы содержатся в клетке? Какова их биологическая роль?
3. Какую роль играют содержащиеся в клетке катионы?
Биологические задачи
1. В клетках всех живых организмов имеется вода. При замерзании она расширяется и может разорвать внутренние структуры клетки, тем самым вызвав гибель организмов. Почему же зимой не погибают озимая пшеница, лягушки, насекомые и многие другие организмы при охлаждении их тела ниже 0 градусов?
2. Воду можно налить в стакан “с верхом”, и она не прольется, в отличие от других жидкостей, так как на ней образуется своеобразная “кожица”. Как вы объясните это явление? Благодаря какому свойству воды это возможно?
3. При превращении воды в лед на поверхности водоемов образуется своеобразное “одеяло”, что в условиях умеренного и холодного климата повышает шансы водных организмов на выживание. С каким свойством воды это связано? Что произошло бы, если бы вода не обладала такими свойствами?
4. Из 1-2 кг кальция, содержащегося в организме взрослого человека, 98% находится в составе костной ткани скелета, остальная часть кальция выполняет другие не менее важные функции. Какие?
5. Буферный раствор – это раствор, содержащий смесь какой-либо слабой кислоты и ее растворимой соли. Действие такого раствора заключается в том, чтобы противостоять изменениям pH. Объясните как это происходит.
Интерактивные приложения
1. Распределить химические элементы по группам (макро-, микро- и ультрамикроэлементы) https://learningapps.org/view2529982
2. Тест “Неорганические вещества клетки” https://learningapps.org/view2530854
3. Установить соответствие между химическим элементом и его функцией https://learningapps.org/view9809856
Тест
1. Между понятием «хлорофилл» и «магний» существует определенная связь. Такая же связь существует между понятием «гемоголобин» и одним из четырех понятий, приведенных ниже. Найдите это понятие.
- железо
- марганец
- йод
- кальций
2. Какие свойства воды делают ее хорошим растворителем веществ в клетке?
- малые размеры
- полярность молекул
- хорошая теплопроводность
- капиллярность
3. Чем полезна соль, обогащенная йодом?
- йод влияет на состав форменных элементов крови
- йод способствует синтезу витамина А
- йод предупреждает заболевание гриппом
- йод регулирует деятельность щитовидной железы
4. Какой химический элемент придает крови красный цвет?
- кислород
- азот
- фтор
- железо
5. Какое вещество клетки является органическим?
- соль фосфорной кислоты
- соль угольной кислоты
- вода
- фруктоза
6. Какой химический элемент из указанного перечня содержится в клетке в большем количестве?
- углерод
- сера
- фосфор
- калий
7. Магний необходим растениям, так как он входит в состав
- гемоглобина
- хлорофилла
- нуклеиновых кислот
- аденозинтрифосфорной кислоты
8. Вещества клетки объединяют в две группы – гидрофильные и гидрофобные по отношению к
- воде
- белкам
- липидам
- нуклеиновым кислотам
9. Ионы К+ и Na– в организме участвуют в
- переносе кислорода
- регуляции выработки гормонов
- передаче возбуждения по нерву
- образовании ферментов
10. Какой элемент относится к группе макроэлементов
- йод
- углерод
- хлор
- медь
Контрольная работа
Источник
Неорганические ионы. Неорганические ионы клетки представлены: катионами К+, Na+, Са2+, Mg2+, NH3 и анионами Сl-, NO3-, H2PO4-, HCO3-, HPO42-.
Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.
Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6—9.
Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 4—7.
Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот. Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих. Ионы кальция входят в состав вещества костей, они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.
Атомный состав: в состав клетки входит около 70 элементов Периодической системы элементов Менделеева, причем 24 из них присутствуют во всех типах клеток.
Макроэлементы — Н, О, N, С, микроэлементы — Mg, Na, Са, Fe, К, Р, CI, S, ультрамикроэлементы — Zn, Сu, I, F, Мn, Со, Si и др.
Молекулярный состав: в состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.
Вода. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
Физические свойства воды:
• вода может находиться в трех состояниях — жидком, твердом и газообразном;
• вода — растворитель. Полярные молекулы воды растворяют полярные молекулы других веществ. Вещества, растворимые в воде, называют гидрофильными. Вещества, не растворимые в воде, — гидрофобными;
• высокая удельная теплоемкость. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме;
• высокая теплота парообразования. Для испарения воды необходима достаточно большая энергия. Температура кипения воды выше, чем у многих других веществ. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева;
• молекулы воды находятся в постоянном движении, они сталкиваются друг с другом в жидкой фазе, что немаловажно для процессов обмена веществ;
• сцепление и поверхностное натяжение. Водородные связи обусловливают вязкость воды и сцепление ее молекул с молекулами других веществ (когезия). Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создается пленка, которую характеризует поверхностное натяжение;
• плотность. При охлаждении движение молекул воды замедляется. Количество водородных связей между молекулами становится максимальным. Наибольшую плотность вода имеет при 4°С. Замерзая, вода расширяется (необходимо место для образования водородных связей), и ее плотность уменьшается, поэтому лед плавает на поверхности воды, что защищает водоем от промерзания;
• способность к образованию коллоидных структур. Молекулы воды образуют вокруг нерастворимых молекул некоторых веществ оболочку, препятствующую образованию крупных частиц. Такое состояние этих молекул называется дисперсным (рассеянным). Мельчайшие частицы веществ, окруженные молекулами воды, образуют коллоидные растворы (цитоплазма, межклеточные жидкости).
Биологические функции воды:
• транспортная — вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам;
• метаболическая — вода является средой для всех биохимических реакций и донором электронов при фотосинтезе, она необходима для гидролиза макромолекул до их мономеров;
• участвует в образовании:
1) смазывающих жидкостей, которые уменьшают трение (синовиальная — в суставах позвоночных животных, плевральная, в плевральной полости, перикардиальная — в околосердечной сумке);
2) слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей;
3) секретов (слюна, слезы, желчь, сперма и т.д.) и соков в организме.
Вопросы для закрепления темы:
1.Какие химические элементы входят в состав клетки?
2.Какую роль играют содержащиеся в клетке элементы?
3.Каковы особенности строения и функции воды?
4.Какие соединения называются гидрофобными и гидрофильными соединениями?
5.Назовите ионы неорганических веществ, содержащиеся в клетке.
6.Каково значение для клетки солей фосфора, калия и натрия?
7.Какое свойство воды предохраняет организм от перегрева?
Источник
Минеральные вещества в клетке находятся в виде солей в твёрдом состоянии, либо диссоциированы на ионы.
Неорганические ионы представлены катионами и анионами минеральных солей.
Пример:
катионы: K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+.
Анионы: Cl−, H2PO4−, HPO42−, HCO3−, NO3−, SO42−, PO43−, CO32−.
Вместе с растворимыми органическими соединениями неорганические ионы обеспечивают стабильные показатели осмотического давления.
Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей её среде — различна. Внутри клетки преобладают катионы K+ и крупные отрицательные органические ионы, в околоклеточных жидкостях всегда больше ионов Na+ и Cl−. В результате образуется разность потенциалов между содержимым клетки и окружающей её средой, обеспечивающая такие важные процессы, как раздражимость и передача возбуждения по нерву или мышце.
Являясь компонентами буферных систем организма, ионы определяют их свойства — способность поддерживать рН на постоянном уровне (близко к нейтральной реакции), несмотря на то, что в процессе обмена веществ непрерывно образуются кислые и щелочные продукты.
Пример:
анионы фосфорной кислоты (HPO42− и H2PO4−) создают фосфатную буферную систему млекопитающих, поддерживающую рН внутриклеточной жидкости в пределах (6,9)–(7,4).
Угольная кислота и её анионы (H2CO3 и CO32−) создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне (7,4).
Соединения азота, фосфора, кальция и другие неорганические вещества используются для синтеза органических молекул (аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и др.).
Пример:
ионы некоторых металлов (Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Br, Co) являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов или активируют их.
Калий — обеспечивает функционирование клеточных мембран, поддерживает кислотно-щелочное равновесие, влияет на активность и концентрацию магния.
Ионы Na+ и K+ способствуют проведению нервных импульсов и возбудимости клетки. Эти ионы входят также в состав натрий-калиевого насоса (активный транспорт) и создают трансмембранный потенциал клеток (обеспечивают избирательную проницаемость клеточной мембраны, что достигается за счёт разности концентраций ионов Na+ и K+: внутри клетки больше K+, снаружи больше Na+).
Ключевая роль в регуляции мышечного сокращения принадлежит ионам кальция (Ca2+). Миофибриллы обладают способностью взаимодействовать с АТФ и сокращаться лишь при наличии в среде определённых концентраций ионов кальция. Ионы кальция также необходимы для процесса свёртывания крови.
Железо входит в состав гемоглобина крови.
Азот входит в состав белков. Все важнейшие части клеток (цитоплазма, ядро, оболочка и др.) построены из белковых молекул.
Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот; обеспечивает нормальный рост костной и зубной тканей.
При недостатке минеральных веществ нарушаются важнейшие процессы жизнедеятельности клетки.
Источники:
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.
Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.
Источник
I. Наиболее распространенными в клетках живых организмов элементами являются:
a) N, О, H, S; б) С, Н, N, О; в) S, Fe, О, С ; г) О, S, Н, Fe
2. Азот как элемент входит в состав:
а) только белков и нуклеиновых кислот;
б) нуклеиновых кислот, белков и АТФ;
в) только белков;
г) белков, нуклеиновых кислот и липидов;
3. Водород как элемент входит в состав:
а) только воды и некоторых белков
б) только воды, углеводов и липидов
в) всех органических соединений клетки
г) только воды, углеводов, белков и нуклеиновых кислот.
4. На каком уровне организации не наблюдается различие между органическим и неорганическим миром?
а) атомном, б) молекулярном, в) клеточном. 5.Воды содержится больше в клетках: а)эмбриона, б) молодого человека, в) старика.
6. Вода – основа жизни:
а) она может находиться в трех состояниях (жидком, твердом, газообразном);
б) является растворителем, обеспечивающим как приток веществ в клетку, так и удаление из неё продуктов обмена;
в) охлаждает поверхность при испарении.
7. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются: а)гидрофильные, б) гидрофобные, в) амфифильные.
8. К гидрофобным соединениям клетки относятся:
а) липиды и аминокислоты;
б) липиды;
в) липиды и минеральные соли;
г) аминокислоты и минеральные соли.
9. К углеводам моносахаридам относятся:
а) крахмал; б) гликоген; в) глюкоза; г) мальтоза.
10. К углеводам полисахаридам относятся:
а) крахмал; б) дезоксирибоза; в) рибоза; г) глюкоза.
II. Основные функции жиров в клетке:
а) запасающая и структурная;
б) структурная и энергетическая;
в) энергетическая и запасающая;
г) структурная и защитная.
12.Белки – это биополимеры мономерами, которого являются: а) нуклеотиды; б)аминокислоты; в) азотистые основания. 13. Аминокислоты различаются:
а)аминогруппой, б) карбоксильной группой; в)радикалом.
12. В состав молекул белков входят:
а) только аминокислоты
б) аминокислоты и иногда ионы металлов
в) аминокислоты и иногда молекулы липидов
г) аминокислоты и иногда молекулы углеводов
13. Структура молекулы белка, которую определяет последовательность аминокислотных остатков: а) первичная; б) вторичная; в) третичная; г) четвертичная. 13. Вторичная структура белка связана с:
а) спирализацией полипептидной цепи
б) пространственной конфигурацией полипептидной цепи
в) числом и последовательностью аминокислотных остатков
г) пространственной конфигурацией спирализованной полипептидной цепи А 14. 14.Вторичная структура белка поддерживается связями:
а) только пептидными;
б) только водородными;
в) дисульфидные и водородными;
г) водородными и пептидными;
15. Наименее прочными структурными белка является:
а) первичная и вторичная
б) вторичная и троичная
в) третичная и четвертичная
г) четвертичная и вторичная
16. Белок каталаза выполняет в клетке функцию;
а) сократительную;
б) транспортную;
в) структурную;
г) католическую.
17. При неполной денатурации белка первой разрушается структура: а) первичная;
б)вторичная;
в) только третичная;
г) четвертичная, иногда третичная.
18. Мономерами молекул ДНК являются:
а) нуклеозиды;
б) нуклеотиды;
в) аминокислоты;
19 Нуклеотиды ДНК состоят из:
а) только азотистых оснований;
б) только азотистых оснований и остатков сахаров;
в) только азотистых оснований и остатков фосфорных кислот;
г ) остатков фосфорных кислот, сахаров и азотистых оснований.
20. Состав нуклеотидов ДНК отличается друг от друга содержанием:
а) только сахаров;
б) только азотистых оснований;
в) сахаров и азотистых оснований;
г) сахаров, азотистых оснований и остатков фосфорных кислот.
21. Нуклеотиды ДНК содержат азотистые основания:
а) цитозин, урацил, аденин, тимин;
б) тимин, цитозин, гуанин, аденин;
в) тимин, урацил, аденин, гуанин;
г) урацил, цитозин, аденин, тимин.
22. Нуклеотиды РНК состоят из:
1) только азотистых оснований;
2) только азотистых оснований и остатков сахаров;
3) только азотистых оснований и остатков фосфорных кислот;
4) остатков фосфорных кислот, сахаров и азотистых оснований.
23.Молекулы, при окислении которых освобождается много энергии: а) полисахариды; б) жиры; в) белки; г) моносахариды.
Вставьте в текст пропущенные слова.
Белки – сложные органические вещества,…..
Они состоят из мономеров-……
Аминокислоты располагаются в молекуле белка в определенной последовательности, чем определяется его ….структура. «
Главная биологическая функция белков в клетке
Вещества, являющиеся продуктами реакции соединения глицерина и жидких жирных кислот-….
Мономер молекулы крахмала -…..
Пятиуглеродный сахар, входящий в состав молекулы ДНК -…..
Задания со свободным ответом.
1. О чем свидетельствует сходство строения клеток организмов всех царств живой природы?
2. Почему белки стоят на первом месте по своему значению в клетке? З.Что лежит в основе способности молекулы ДНК самоудваиваться?
Источник