Неорганические вещества клетки

Химические элементы клетки образуют различные соединения — неорганические и органиче­ские. К неорганическим веществам клетки относятся вода, минеральные соли, кислоты и др., а к органическим — белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, АТФ, витамины и др. (рис. 2.4).

Вода (Н₂0) — наиболее распространенное неорганическое вещество клетки, обладающее уникальными физико-химическими свойствами. У нее нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха. Плотность и вязкость всех веществ оценивается по воде. Как и многие другие вещества, вода мо­жет находиться в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), жидком и газообразном (пар). Температура плавления воды — 0°С, темпера­тура кипения — 100 °С, однако растворение в воде других веществ может изменять эти характеристики. Теплоемкость воды также до­статочно велика — 4200 кДж/моль^.К, что дает ей возможность при­нимать участие в процессах терморегуляции. В молекуле воды атомы водорода расположены под углом 105°, при этом общие электронные пары оттягиваются более электроотрицательным атомом кислорода. Это обусловливает дипольные свойства молекул воды (один их конец заряжен положительно, а другой — отрицательно) и возможность образования между молекулами воды водородных свя­зей (рис. 2.5). Сцепление молекул воды лежит в основе явления поверхностного натяжения, ка­пиллярности и свойств воды как универсального растворителя. Вследствие этого все вещества делятся на растворимые в воде (гидрофильные) и нерастворимые в ней (гидрофобные). Благодаря этим уникальным свойствам предопределено то, что вода стала основой жизни на Земле.

Среднее содержание воды в клетках организма неодинаково и может изменяться с возрас­том. Так, у полуторамесячного эмбриона человека содержание воды в клетках достигает 97,5%, у восьмимесячного — 83 %, у новорожденного снижается до 74 %, а у взрослого человека состав­ляет в среднем 66 %. Однако клетки организма различаются содержанием воды. Так, в костях содержится около 20% воды, в печени — 70%, а в мозге — 86%. В целом можно сказать, что концентрация воды в клетках прямо пропорциональна интенсивности обмена веществ.

Минеральные соли могут находиться в растворенном или нерастворенном состояниях. Рас­творимые соли диссоциируют на ионы — катионы и анионы. Наиболее важными катионами являются ионы калия и натрия, облегчающие перенос веществ через мембрану и участвующие в возникновении и проведении нервного импульса; а также ионы кальция, который принимает участие в процессах сокращения мышечных волокон и свертывании крови; магния, входящего в состав хлорофилла; железа, входящего в состав ряда белков, в том числе гемоглобина. Важней­шими анионами являются фосфат-анион, входящий в состав АТФ и нуклеиновых кислот, и оста­ток угольной кислоты, смягчающий колебания рН среды. Ионы минеральных солей обеспечивают и проникновение самой воды в клетку, и ее удержание в ней. Если в среде концентрация солей ниже, чем в клетке, то вода проникает в клетку. Также ионы определяют буферные свойства цитоплазмы, т. е. ее способность поддерживать постоянство слабощелочной рН цитоплазмы, не­смотря на постоянное образование в клетке кислотных и щелочных продуктов.

Нерастворимые соли (СаС0₃, Са₃(Р0₄)₂ и др.) входят в состав костей, зубов, раковин и панци­рей одноклеточных и многоклеточных животных.

Кроме того, в организмах могут вырабатываться и другие неорганические соединения, на­пример кислоты и оксиды. Так, обкладочные клетки желудка человека вырабатывают соляную кислоту, которая активирует пищеварительный фермент пепсин, а оксид кремния пропитывает клеточные стенки хвощей и образует панцири диатомовых водорослей. В последние годы исследу­ется также роль оксида азота (II) в передаче сигналов в клетках и организме.