Уровни организации живой материи. В живых организмах обнаружены около 70 элементов таблицы Менделеева, однако их содержание неодинаково

В живых организмах обнаружены около 70 элементов таблицы Менделеева, однако их содержание неодинаково. По количественному содержанию в организме принято различать 3 группы элементов:

- макробиогенные (главные) – О, С, N, H, Ca, P, K, CI, S, Mg, Na, Fe и др. Содержание в организме выше 0,001 %;

- микробиогенные – Zn, Mn, Co, Cu, B, J, Md и др. Содержание в организме 0,001-0,000001 %;

- ультрамикробиогенные – Pb, V, Au, Si, Ni, Cr, Se, Ti, Hg, Ag и др. Содержание в организме менее 0.000001 %.

Из химических элементов в живом организме строятся молекулы типичных для него соединений. Основой таких соединений являются: О, С, N, Н и Р. Как правило, в живом растениях все основные пластические и органические соединения построены из этих элементов. Некоторые органы и ткани растений, в силу специфики их функционирования, обладают способностью накапливать в большей или меньшей степени определенные биомолекулы и химические элементы. Например, семена накапливают липиды, клеточная стенка – полисахариды и т.д. Различные физиологические и экологические факторы оказывают существенное влияние на количество отдельных химических элементов в растительном организме, но, по крайней мере, в пределах одного биологического вида химический состав практически стабилен.

Каждый растительный организм содержит определенные количества органических и неорганических соединений. Количество минеральных веществ в организме может составлять до 10% общей массы. Остальная часть массы живых организмов приходится на долю органических соединений. Среди них 40-50 % - это белки, а 50-60 % - нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и др. Значительно отличаются по содержанию химических компонентов различные органы и ткани растений.

Неорганическая фаза представлена главным образом водой (как минимум 60 %) и минеральными веществами. За очень немногими исключениями, вода является преобладающим компонентом живых клеток. Вода является (как в свободном состоянии, так и в структурированном виде) основной средой организмов, в которой осуществляются все обменные процессы. Вода служит источником ионов водорода при фотосинтезе. Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода составляет 95 % всей воды в клетке и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы протоплазмы. Связанная вода, на долю которой приходится всего 4 % всей воды клетки, непрочно соединена с белками водородными связями. Из-за асимметричного распределения зарядов молекула воды действует как диполь и потому может быть связана как положительно, так и отрицательно заряженными группами белка. Дипольным свойством молекулы воды объясняется способность ее ориентироваться в электрическом поле, присоединяться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд. В результате этого образуются гидраты. Благодаря своей высокой теплоемкости вода поглощает тепло и тем самым предотвращает резкие колебания температуры в клетке. Содержание воды в различных тканях варьируется в зависимости от их метаболической активности. Вода - основное средство перемещения веществ в организме и в клетке. Вода необходима для метаболизма (обмена) клетки, так как физиологические процессы происходят исключительно в водной среде. Молекулы воды участвуют во многих ферментативных реакциях клетки (например, расщепление белков). Такие реакции называются реакциями гидролиза.

В водной среде минеральные вещества выступают преимущественно в виде ионов, реже (например, в костной ткани) – в виде солей. Из катионов важны К⁺, Na⁺, Са^2-, Mg²⁺, а из анионов H₂PO₄^-, Cl^-, НСО₃^-. Концентрация различных ионов неодинакова в различных частях клетки и особенно в клетке и окружающей среде. Так, концентрация ионов натрия всегда во много раз выше во внеклеточной среде, чем в клетке, а ионы калия и магния концентрируются в значительно большем количестве внутри клетки. От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства цитоплазмы, т.е. способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов.

Все химические элементы можно расположить по сложности строения и получить уровни организации живой материи:

1. Низкомолекулярные предшественники клеточных компонентов: Н₂О, СО₂, О₂ и N₂, неорганические ионы, ряд химических элементов.

2. Промежуточные химические соединения: аммиак, органические кислоты, рибоза, карбомоилфосфат и др.

3. Биологические мономеры: сахара, жирные кислоты, аминокислоты, нуклеотиды. Они строятся из соединений первого, второго уровней и являются строительным материалом для биополимеров.

4. Витамины и коферменты – по молекулярной массе близки к мономерам, но не являются строительным звеном для полимеров.

5. Биополимеры – нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды, липиды.

6. Сложные макромолекулы – образуются путем ковалентного связывания биополимеров: липопротеины, нуклеопротеины, гликопротеины, гликолипиды.

7. Надмолекулярные структуры – образуются при взаимодействии простых и сложных молекул – мультиэнзимные комплексы.

8. Клеточные органеллы – митохондрии, ядро, рибосомы, хлоропласты, аппарат Гольджи и т.д.

9. Клетка – система органелл.