2.3 Zellchemische Zusammensetzung. Makro- und Spurenelemente

• Diagnose

Video-Tutorial 2: Struktur, Eigenschaften und Funktionen organischer Verbindungen Das Konzept von Biopolymeren

Vortrag: Zellchemische Zusammensetzung. Makro- und Spurenelemente. Die Beziehung der Struktur und Funktionen anorganischer und organischer Substanzen

Makronährstoffe mit einem Gehalt von mindestens 0,01%;

Spurenelemente - deren Konzentration weniger als 0,01% beträgt.

In jeder Zelle beträgt der Gehalt an Spurenelementen jeweils weniger als 1%, Makroelemente - mehr als 99%.

Natrium, Kalium und Chlor liefern viele biologische Prozesse - Turgor (interner Zelldruck), das Auftreten von elektrischen Nervenimpulsen.

Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff. Dies sind die Hauptkomponenten der Zelle.

Phosphor und Schwefel sind wichtige Bestandteile von Peptiden (Proteinen) und Nukleinsäuren.

Kalzium ist die Grundlage aller Skelettformationen - Zähne, Knochen, Muscheln, Zellwände. Es ist auch an Muskelkontraktion und Blutgerinnung beteiligt.

Magnesium ist ein Bestandteil von Chlorophyll. Beteiligt sich an der Proteinsynthese.

Eisen ist ein Bestandteil des Hämoglobins, ist an der Photosynthese beteiligt und bestimmt die Effizienz von Enzymen.

Spurenelemente in sehr geringen Konzentrationen enthalten, wichtig für physiologische Prozesse:

Zink ist ein Bestandteil von Insulin.

Kupfer - beteiligt sich an Photosynthese und Atmung;

Kobalt - ein Bestandteil von Vitamin B12;

Jod - ist an der Regulation des Stoffwechsels beteiligt. Es ist ein wichtiger Bestandteil von Schilddrüsenhormonen;

Fluorid ist ein Bestandteil des Zahnschmelzes.

Ein Ungleichgewicht in der Konzentration von Mikro- und Makronährstoffen führt zu Stoffwechselstörungen, der Entwicklung chronischer Erkrankungen. Calciummangel - Ursache für Rachitis, Eisenanämie, Stickstoffmangel - Eiweißmangel, Jod - Verringerung der Intensität von Stoffwechselprozessen.

Berücksichtigen Sie die Beziehung zwischen organischen und anorganischen Substanzen in der Zelle, ihrer Struktur und Funktion.

Zellen enthalten eine große Menge an Mikro- und Makromolekülen, die verschiedenen chemischen Klassen angehören.

Anorganische Zellmaterie

Wasser Von der Gesamtmasse eines lebenden Organismus macht es den größten Anteil aus - 50-90% und nimmt an fast allen Lebensprozessen teil:

Kapillarprozesse, da sie ein universelles polares Lösungsmittel sind, beeinflussen die Eigenschaften der interstitiellen Flüssigkeit und den Stoffwechsel. In Bezug auf Wasser sind alle chemischen Verbindungen in hydrophile (löslich) und lipophil (fettlöslich) unterteilt.

Die Intensität des Stoffwechsels hängt von seiner Konzentration in der Zelle ab - je mehr Wasser, desto schneller laufen die Prozesse ab. Der Verlust von 12% des Wassers durch den menschlichen Körper - erfordert die Wiederherstellung unter Aufsicht eines Arztes, mit einem Verlust von 20% - der Tod tritt auf.

Mineralsalze In lebenden Systemen in gelöster Form (dissoziierend in Ionen) enthalten und ungelöst. Gelöste Salze sind beteiligt an:

Substanztransfer durch die Membran. Metallkationen stellen eine „Kalium-Natrium-Pumpe“ dar, die den osmotischen Druck der Zelle verändert. Daher dringt Wasser mit darin gelösten Stoffen in die Zelle oder verlässt sie und macht sie unnötig;

die Bildung von Nervenimpulsen elektrochemischer Natur;

sind Teil von Proteinen;

Phosphation - eine Komponente von Nukleinsäuren und ATP;

Carbonat-Ion - unterstützt Ph im Zytoplasma.

Unlösliche Salze in Form ganzer Moleküle bilden Strukturen von Muscheln, Muscheln, Knochen und Zähnen.

Zellorganisches Material

Ein gemeinsames Merkmal von organischem Material ist das Vorhandensein der Kohlenstoffgerüstkette. Dies sind Biopolymere und kleine Moleküle mit einfacher Struktur.

Die wichtigsten Klassen in lebenden Organismen:

Kohlenhydrate. Die Zellen enthalten verschiedene Arten von ihnen - einfache Zucker und unlösliche Polymere (Cellulose). Ihr prozentualer Anteil an der Pflanzentrockenmasse beträgt bis zu 80%, die der Tiere 20%. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Lebenserhaltung von Zellen:

Fruktose und Glukose (Monosaccharide) werden schnell vom Körper aufgenommen, sind im Stoffwechsel enthalten, sind eine Energiequelle.

Ribose und Desoxyribose (Monosaccharide) sind eine der drei Hauptkomponenten von DNA und RNA.

Laktose (bezieht sich auf Disaharam) - wird vom Tierkörper synthetisiert und gehört zur Milch von Säugetieren.

Saccharose (Disaccharid) - eine Energiequelle, wird in Pflanzen gebildet.

Maltose (Disaccharid) - bietet Samenkeimung.

Einfache Zucker übernehmen auch andere Funktionen: Signalisieren, Schützen, Transportieren.
Polymere Kohlenhydrate sind wasserlösliches Glykogen sowie unlösliche Cellulose, Chitin, Stärke. Sie spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel, führen Struktur-, Lagerungs- und Schutzfunktionen aus.

Lipide oder Fette. Sie sind in Wasser unlöslich, vermischen sich jedoch gut miteinander und lösen sich in unpolaren Flüssigkeiten (nicht sauerstoffhaltig, z. B. Kerosin oder cyclische Kohlenwasserstoffe sind unpolare Lösungsmittel). Um den Körper mit Energie zu versorgen, sind Lipide notwendig - während ihrer Oxidation werden Energie und Wasser gebildet. Fette sind sehr energieeffizient - mit Hilfe von 39 kJ pro Gramm, die während der Oxidation freigesetzt werden, können Sie eine Last von 4 Tonnen auf eine Höhe von 1 m heben und Fett bietet auch eine schützende und isolierende Funktion - bei Tieren trägt die dicke Schicht dazu bei, die Wärme in der kalten Jahreszeit zu speichern. Fettähnliche Substanzen schützen die Federn von Wasservögeln vor Nässe, sorgen für ein gesundes, glänzendes Aussehen und Elastizität der Tierhaare und üben eine Abdeckfunktion auf den Blättern von Pflanzen aus. Einige Hormone haben eine Lipidstruktur. Fette bilden die Basis der Membranstruktur.

Proteine ​​oder Proteine ​​sind Heteropolymere einer biogenen Struktur. Sie bestehen aus Aminosäuren, deren Struktureinheiten: Aminogruppe, Rest und Carboxylgruppe sind. Die Eigenschaften der Aminosäuren und ihre Unterschiede bestimmen die Radikale. Aufgrund der amphoteren Eigenschaften können sie sich untereinander verbinden. Protein kann aus mehreren oder hunderten Aminosäuren bestehen. Insgesamt umfasst die Struktur von Proteinen 20 Aminosäuren, deren Kombinationen die Vielfalt der Formen und Eigenschaften von Proteinen bestimmen. Ungefähr ein Dutzend Aminosäuren sind unverzichtbar - sie werden im tierischen Körper nicht synthetisiert und ihre Aufnahme erfolgt durch pflanzliche Nahrung. Im Verdauungstrakt werden Proteine ​​in einzelne Monomere gespalten, die zur Synthese ihrer eigenen Proteine ​​dienen.

Strukturelle Merkmale von Proteinen:

Primärstruktur - Aminosäurekette;

sekundär - eine zu einer Spirale verdrehte Kette, bei der Wasserstoffbrücken zwischen Spulen gebildet werden;

Tertiär - eine oder mehrere Spiralen, zu einer Kugel geformt und durch schwache Bindungen verbunden;

Quaternär ist nicht in allen Proteinen vorhanden. Dies sind mehrere Kügelchen, die durch nichtkovalente Bindungen miteinander verbunden sind.

Die Stärke von Strukturen kann gebrochen und wieder hergestellt werden, während das Protein vorübergehend seine charakteristischen Eigenschaften und seine biologische Aktivität verliert. Nur die Zerstörung der Primärstruktur ist irreversibel.

Proteine ​​erfüllen viele Funktionen in einer Zelle:

Beschleunigung chemischer Reaktionen (enzymatische oder katalytische Funktion, von denen jede für eine bestimmte Einzelreaktion verantwortlich ist);
Transport - Transfer von Ionen, Sauerstoff und Fettsäuren durch Zellmembranen;

Schutzblutproteine ​​wie Fibrin und Fibrinogen befinden sich in inaktiver Form im Blutplasma und bilden Blutgerinnsel an der verletzungsbedingten Stelle durch Sauerstoff. Antikörper - sorgen für Immunität.

Strukturpeptide sind teilweise oder die Basis von Zellmembranen, Sehnen und anderem Bindegewebe, Haaren, Wolle, Hufen und Nägeln, Flügeln und äußeren Integumenten. Actin und Myosin sorgen für kontraktile Muskelaktivität;

regulatorische Hormonproteine ​​sorgen für humorale Regulation;
Energie - Während des Mangels an Nährstoffen beginnt der Körper, seine eigenen Proteine ​​abzubauen, wodurch der Prozess der eigenen Lebensaktivität gestört wird. Deshalb kann sich der Körper nach einer langen Hungersnot nicht immer ohne ärztliche Hilfe erholen.

Nukleinsäuren. Sie existieren 2 - DNA und RNA. RNA ist von mehreren Arten - Information, Transport und Ribosom. Entdeckt von der Schweizerin Swiss Fisher Ende des 19. Jahrhunderts.

DNA ist Desoxyribonukleinsäure. Enthalten im Kern, Plastiden und Mitochondrien. Strukturell ist es ein lineares Polymer, das eine Doppelhelix komplementärer Nukleotidketten bildet. Das Konzept seiner räumlichen Struktur wurde 1953 von den Amerikanern D. Watson und F. Crick entworfen.

Seine Monomereinheiten sind Nukleotide, die eine grundsätzlich gemeinsame Struktur haben aus:

stickstoffhaltige Base (zur Puringruppe gehörend - Adenin, Guanin, Pyrimidin - Thymin und Cytosin.)

In der Struktur eines Polymermoleküls werden Nukleotide paarweise und komplementär kombiniert, was auf die unterschiedliche Anzahl von Wasserstoffbrückenbindungen zurückzuführen ist: Adenin + Thymin-zwei, Guanin + Cytosin-drei-Wasserstoffbrücken.

Die Reihenfolge der Nukleotide kodiert für die strukturellen Aminosäuresequenzen von Proteinmolekülen. Eine Mutation ist eine Änderung in der Reihenfolge der Nukleotide, da Proteinmoleküle einer anderen Struktur kodiert werden.

RNA-Ribonukleinsäure. Strukturelle Merkmale des Unterschieds zur DNA sind:

anstelle von Thyminnukleotid - Uracil;

Ribose statt Desoxyribose.

Transport-RNA ist eine Polymerkette, die in der Ebene in Form eines Kleeblattes gefaltet ist und deren Hauptfunktion die Abgabe einer Aminosäure an die Ribosomen ist.

Matrix (Messenger) -RNA wird ständig im Zellkern gebildet und ist zu jedem Teil der DNA komplementär. Dies ist eine Strukturmatrix, auf deren Struktur ein Proteinmolekül auf dem Ribosom aufgebaut wird. Vom Gesamtgehalt an RNA-Molekülen beträgt dieser Typ 5%.

Ribosomal - ist für die Herstellung von Proteinmolekülen verantwortlich. Es wird am Nukleolus synthetisiert. Sein in einem Käfig ist 85%.

ATP - Adenosintriphosphatsäure. Dies ist ein Nukleotid, das enthält:

Chemische Elemente der Zelle.

Zellen lebender Organismen in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden sich signifikant von der umgebenden unbelebten Umgebung und der Struktur chemischer Verbindungen sowie dem Aufbau und Inhalt chemischer Elemente. Insgesamt sind in lebenden Organismen etwa 90 chemische Elemente vorhanden (heute zu finden), die je nach ihrem Inhalt in 3 Hauptgruppen unterteilt sind: Makronährstoffe, Mikroelemente und Ultramikroelemente.

Makroelemente.

In lebenden Organismen sind Makroelemente in erheblichen Mengen vertreten, die von Hundertstel Prozent bis Dutzenden Prozent reichen. Wenn der Gehalt einer chemischen Substanz im Körper 0,005% des Körpergewichts überschreitet, wird diese Substanz als Makroelement bezeichnet. Sie sind Teil des Hauptgewebes: Blut, Knochen und Muskeln. Dazu gehören beispielsweise die folgenden chemischen Elemente: Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Natrium, Kalzium, Kalium, Chlor. Makroelemente machen etwa 99% der Masse lebender Zellen aus, wobei der Großteil (98%) Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff ist.

Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Makronährstoffe im Körper:

Für alle vier der häufigsten Elemente in lebenden Organismen (Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, wie bereits erwähnt) ist eine gemeinsame Eigenschaft charakteristisch. Diesen Elementen fehlen ein oder mehrere Elektronen in der äußeren Umlaufbahn, um stabile elektronische Bindungen zu bilden. Dem Wasserstoffatom für die Bildung einer stabilen Elektronenbindung fehlt also ein Elektron in der äußeren Umlaufbahn, Sauerstoffatomen, Stickstoff und Kohlenstoff - zwei, drei bzw. vier Elektronen. In dieser Hinsicht bilden diese chemischen Elemente aufgrund der Elektronenpaarung leicht kovalente Bindungen und können leicht miteinander wechselwirken und ihre äußeren Elektronenhüllen ausfüllen. Darüber hinaus können Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff nicht nur Einfachbindungen, sondern auch Doppelbindungen bilden. Dadurch steigt die Anzahl der chemischen Verbindungen, die aus diesen Elementen gebildet werden können, signifikant an.

Darüber hinaus sind Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff die leichtesten Elemente, die kovalente Bindungen bilden können. Daher erwiesen sie sich als am besten geeignet für die Bildung von Verbindungen, aus denen lebende Materie besteht. Eine weitere wichtige Eigenschaft von Kohlenstoffatomen ist gesondert zu erwähnen - die Fähigkeit, mit vier anderen Kohlenstoffatomen gleichzeitig kovalente Bindungen einzugehen. Dank dieser Fähigkeit werden Skelette aus einer Vielzahl organischer Moleküle gebildet.

Spurenelemente

Obwohl der Gehalt an Spurenelementen 0,005% für jedes einzelne Element nicht überschreitet und insgesamt nur etwa 1% der Masse der Zellen ausmacht, sind Spurenelemente für die Vitalaktivität von Organismen notwendig. Bei fehlendem oder fehlendem Inhalt können verschiedene Krankheiten auftreten. Viele Spurenelemente gehören zu Nicht-Protein-Enzymgruppen und sind für die Umsetzung ihrer katalytischen Funktion notwendig.
Zum Beispiel ist Eisen ein integraler Bestandteil von Häm, das Teil von Cytochromen ist, die Bestandteile der Elektronentransferkette sind, und Hämoglobin, einem Protein, das Sauerstoff von der Lunge zu den Geweben transportiert. Eisenmangel im menschlichen Körper verursacht die Entwicklung einer Anämie. Ein Mangel an Jod, das Teil des Schilddrüsenhormons Thyroxin ist, führt zum Auftreten von Erkrankungen, die mit der Insuffizienz dieses Hormons einhergehen, wie z. B. endemischer Kropf oder Kretinismus.

Beispiele für Spurenelemente sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Welche chemischen Elemente hängen mit Makro- und Mikronährstoffen der Zelle zusammen?

Welche chemischen Elemente hängen mit Makro- und Mikronährstoffen der Zelle zusammen?

Makroelemente (ein großer Prozentsatz des Körpers entsprechend seinem Inhalt) umfassen die folgenden chemischen Elemente:

• Sauerstoff (70%), Kohlenstoff (15%), Wasserstoff (10%), Stickstoff (2%), Kalium (0,3%), Schwefel (0,2%), Phosphor (1%), Chlor (0, 1%), der Rest - Magnesium, Kalzium, Natrium.

Zu Spurenelementen (einem kleinen Prozentsatz des Körperinhalts) gehören solche chemischen Elemente:

• Kobalt, Zink, Vanadium, Fluor, Selen, Kupfer, Chrom, Nickel, Germanium, Jod, Ruthenium.

Makronährstoffe

Makronährstoffe sind chemische Elemente, die Pflanzen in großen Mengen aufnehmen. Der Gehalt solcher Substanzen in Pflanzen variiert von Hundertstel Prozent bis zu einigen Dutzend Prozent.

Inhalt:

Artikel

Makroelemente sind direkt am Aufbau organischer und anorganischer Verbindungen der Anlage beteiligt und machen den Großteil ihrer Trockensubstanz aus. Die meisten von ihnen sind in den Zellen durch Ionen vertreten.

Makronährstoffe und ihre Verbindungen sind Wirkstoffe verschiedener Mineraldünger. Je nach Art und Form werden sie als Hauptdünger und Dünger eingesetzt. Makroelemente umfassen: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Kalium, Kalzium, Magnesium, Schwefel und einige andere, jedoch sind die Hauptelemente der Pflanzenernährung Stickstoff, Phosphor und Kalium.

Der Körper eines Erwachsenen enthält etwa 4 g Eisen, 100 g Natrium, 140 g Kalium, 700 g Phosphor und 1 kg Calcium. Trotz dieser unterschiedlichen Zahlen liegt die Schlussfolgerung auf der Hand: Die unter dem Namen "Makro-Elemente" zusammengefassten Substanzen sind für unsere Existenz unerlässlich. [8] Auch andere Organismen brauchen sie: Prokaryoten, Pflanzen, Tiere.

Befürworter einer Evolutionstheorie behaupten, dass der Bedarf an Makronährstoffen von den Bedingungen bestimmt wird, unter denen das Leben auf der Erde entstand. Wenn das Land aus festem Gestein bestand, war die Atmosphäre mit Kohlendioxid, Stickstoff, Methan und Wasserdampf gesättigt, und anstelle von Regen fielen Säurelösungen auf den Boden, und zwar waren Makroelemente die einzige Matrix, auf deren Grundlage die ersten organischen Substanzen und primitiven Lebensformen erscheinen konnten. Deshalb, auch jetzt, Milliarden Jahre später, besteht nach wie vor das gesamte Leben auf unserem Planeten nach dem Bedarf, die internen Ressourcen von Magnesium, Schwefel, Stickstoff und anderen wichtigen Elementen, die die physische Struktur biologischer Objekte bilden, zu aktualisieren.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Makroelemente unterscheiden sich sowohl in den chemischen als auch in den physikalischen Eigenschaften. Unter ihnen sind Metalle (Kalium, Kalzium, Magnesium und andere) und Nichtmetalle (Phosphor, Schwefel, Stickstoff und andere).

Einige physikalische und chemische Eigenschaften von Makronährstoffen laut Daten: [2]

Makro-Element

Physikalischer Zustand unter normalen Bedingungen

Silberweißes Metall

festes weißes Metall

Silberweißes Metall

zerbrechliche gelbe Kristalle

Silbermetall

Der Gehalt an Makronährstoffen in der Natur

Makroelemente sind überall in der Natur zu finden: im Boden, in Felsen, Pflanzen, lebenden Organismen. Einige von ihnen, wie Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff, sind wesentliche Bestandteile der Erdatmosphäre.

Symptome eines Mangels an bestimmten Nährstoffen in Kulturpflanzen nach den Daten: [6]

Element

Häufige Symptome

Sensible Kulturen

Ändern der grünen Farbe der Blätter in hellgrün, gelblich und braun,

Blattgröße nimmt ab,

Die Blätter sind schmal und liegen in einem spitzen Winkel zum Stängel.

Die Anzahl der Früchte (Samen, Körner) nimmt stark ab

Weiß und Blumenkohl,

Verdrehen der Kanten der Blattspreite

Lila Farbe

Randbrand der Blätter,

Bleaching der apikalen Knospe

Bleaching junger Blätter

Die Spitzen der Blätter sind nach unten gebogen.

Die Ränder der Blätter sind verdreht

Weiß und Blumenkohl,

Weiß und Blumenkohl,

Die Änderung der Intensität der grünen Farbe der Blätter,

Niedriger Proteingehalt

Die Blattfarbe ändert sich in weiß.

• In den Gewässern von Flüssen, Ozeanen, Lithosphäre und Atmosphäre ist ein stickstoffgebundener Zustand vorhanden. Der größte Teil des Stickstoffs in der Atmosphäre ist im freien Zustand enthalten. Ohne Stickstoff ist die Bildung von Proteinmolekülen nicht möglich. [2]
• Phosphor wird leicht oxidiert und kommt in diesem Zusammenhang in der Natur nicht in reiner Form vor. In Verbindungen findet man jedoch fast überall. Es ist ein wichtiger Bestandteil von pflanzlichen und tierischen Proteinen. [2]
• Kalium liegt im Boden in Form von Salzen vor. In Pflanzen wird es hauptsächlich in den Stängeln abgelagert. [2]
• Magnesium ist allgegenwärtig. In massiven Gesteinen ist es in Form von Aluminaten enthalten. Der Boden enthält Sulfate, Carbonate und Chloride, aber Silikate überwiegen. In Form von im Meerwasser enthaltenem Ion. [1]
• Kalzium ist eines der häufigsten Elemente in der Natur. Ihre Ablagerungen können in Form von Kreide, Kalkstein, Marmor gefunden werden. In pflanzlichen Organismen in Form von Phosphaten, Sulfaten, Carbonaten gefunden. [4]
• Die Serav-Natur ist sehr weit verbreitet: sowohl im freien Zustand als auch in Form verschiedener Verbindungen. Es kommt sowohl in Gesteinen als auch in lebenden Organismen vor. [1]
• Eisen ist eines der häufigsten Metalle der Erde, aber im freien Zustand wird es nur in Meteoriten gefunden. In Mineralien terrestrischen Ursprungs ist Eisen in Sulfiden, Oxiden, Silikaten und vielen anderen Verbindungen enthalten. [2]

Rolle in der Anlage

Biochemische Funktionen

Ein hoher Ertrag jeder landwirtschaftlichen Kultur ist nur unter der Bedingung einer vollen und ausreichenden Ernährung möglich. Pflanzen brauchen neben Licht, Wärme und Wasser auch Nährstoffe. Die Zusammensetzung der Pflanzenorganismen umfasst mehr als 70 chemische Elemente, von denen 16 unbedingt Organogene (Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff), Aschenspurenelemente (Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium, Schwefel) sowie Eisen und Mangan enthalten.

Jedes Element erfüllt seine Funktionen in Anlagen und es ist absolut unmöglich, ein Element durch ein anderes zu ersetzen.

Von der Atmosphäre

• Kohlenstoff wird aus der Luft von den Blättern der Pflanzen und ein wenig von den Wurzeln des Bodens in Form von Kohlendioxid (CO₂). Es ist die Grundlage für die Zusammensetzung aller organischen Verbindungen: Fette, Proteine, Kohlenhydrate und andere.
• Wasserstoff wird in der Zusammensetzung von Wasser verbraucht, es ist äußerst wichtig für die Synthese organischer Substanzen.
• Sauerstoff wird von den Blättern aus der Luft, von den Wurzeln aus dem Boden aufgenommen und auch von anderen Verbindungen freigesetzt. Es ist sowohl für die Atmung als auch für die Synthese organischer Verbindungen notwendig. [7]

Nächste in der Wichtigkeit

• Stickstoff ist ein wesentliches Element für die Pflanzenentwicklung, nämlich die Bildung von Eiweißstoffen. Sein Gehalt an Proteinen variiert zwischen 15 und 19%. Es ist Teil des Chlorophylls und somit an der Photosynthese beteiligt. Stickstoff findet sich in Enzymen - Katalysatoren verschiedener Prozesse in Organismen. [7]
• Phosphor ist in der Zusammensetzung von Zellkernen, Enzymen, Phytin, Vitaminen und anderen ebenso wichtigen Verbindungen enthalten. Beteiligt sich an den Umwandlungsprozessen von Kohlenhydraten und stickstoffhaltigen Substanzen. In Pflanzen ist es sowohl in organischer als auch in mineralischer Form enthalten. Mineralische Verbindungen - Salze der Orthophosphorsäure - werden bei der Synthese von Kohlenhydraten verwendet. Pflanzen verwenden organische Phosphorverbindungen (Hexophosphate, Phosphatide, Nukleoproteine, Zuckerphosphate, Phytin). [7]
• Kalium spielt eine wichtige Rolle im Protein- und Kohlenhydratstoffwechsel und verstärkt die Wirkung der Verwendung von Stickstoff aus Ammoniak. Die Ernährung mit Kalium ist ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung einzelner Pflanzenorgane. Dieses Element begünstigt die Ansammlung von Zucker im Zellsaft, wodurch die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegen nachteilige natürliche Faktoren im Winter erhöht wird, zur Entwicklung von Gefäßbündeln beiträgt und die Zellen dicker wird. [7]

Die folgenden Makronährstoffe

• Schwefel ist ein Bestandteil von Aminosäuren - Cystein und Methionin - spielt sowohl beim Proteinstoffwechsel als auch bei Redoxprozessen eine wichtige Rolle. Ein positiver Effekt auf die Bildung von Chlorophyll trägt zur Bildung von Knötchen an der Wurzel von Leguminosen sowie von Knötchenbakterien bei, die Stickstoff aus der Atmosphäre assimilieren. [7]
• Calcium - ein Teilnehmer des Kohlenhydrat- und Eiweißstoffwechsels, wirkt sich positiv auf das Wurzelwachstum aus. Im Wesentlichen für eine normale Pflanzenernährung erforderlich. Verkalkung von sauren Böden mit Kalzium erhöht die Bodenfruchtbarkeit. [7]
• Magnesium ist an der Photosynthese beteiligt, sein Gehalt an Chlorophyll erreicht 10% seines Gesamtgehalts in den grünen Pflanzenteilen. Der Bedarf an Magnesium in Pflanzen ist nicht derselbe. [7]
• Eisen ist kein Bestandteil von Chlorophyll, aber es nimmt an Redoxprozessen teil, die für die Bildung von Chlorophyll wesentlich sind. Spielt eine große Rolle beim Atmen, da es ein wesentlicher Bestandteil der Atmungsenzyme ist. Es ist sowohl für grüne Pflanzen als auch für chlorfreie Organismen erforderlich. [7]

Mangel (Mangel) an Makroelementen in Pflanzen

Auf das Fehlen eines Makros im Boden und damit in der Pflanze zeigen sich deutlich äußere Zeichen. Die Empfindlichkeit jeder Pflanzenart gegenüber dem Mangel an Makronährstoffen ist streng individuell, aber es gibt einige ähnliche Anzeichen. Wenn zum Beispiel Stickstoff, Phosphor, Kalium und Magnesium fehlen, leiden die alten Blätter der unteren Etagen, während der Mangel an Kalzium, Schwefel und Eisen - junge Organe, frische Blätter und ein Wachstumspunkt ist.

Besonders deutlich zeigt sich der Mangel an Nahrung in ertragreichen Kulturen.

Überschüssige Makronährstoffe in Pflanzen

Der Zustand der Pflanzen wird nicht nur durch den Mangel, sondern auch durch den Überschuss an Makronährstoffen beeinflusst. Es manifestiert sich vor allem in alten Organen und hemmt das Pflanzenwachstum. Oft sind Anzeichen von Mangel und Übermaß derselben Elemente ähnlich. [6]

Makro- und Spurenelemente

Etwa 80 chemische Elemente sind in lebenden Organismen zu finden, aber nur für 27 dieser Elemente sind ihre Funktionen in der Zelle und im Organismus festgelegt. Die restlichen Elemente sind in geringen Mengen vorhanden und dringen anscheinend mit Nahrung, Wasser und Luft in den Körper ein.

Je nach Konzentration werden sie in Makronährstoffe und Mikroelemente unterteilt.

Die Konzentration jedes der Makroelemente im Körper übersteigt 0,01% und ihr Gesamtgehalt beträgt 99%. Makroelemente umfassen Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Kalium, Calcium, Natrium, Chlor, Magnesium und Eisen. Die ersten vier der aufgeführten Elemente (Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff) werden auch als organogen bezeichnet, da sie zu den wichtigsten organischen Verbindungen gehören. Phosphor und Schwefel sind auch Bestandteile einer Reihe organischer Substanzen wie Proteine ​​und Nukleinsäuren. Phosphor ist notwendig für die Bildung von Knochen und Zähnen.

Ohne die restlichen Makronährstoffe ist das normale Funktionieren des Körpers nicht möglich.

Kalium, Natrium und Chlor sind also an den Prozessen der Zellanregung beteiligt. Kalzium ist Teil der Zellwände von Pflanzen, Knochen, Zähnen und Schalen von Mollusken, es wird für die Kontraktion von Muskelzellen und die Blutgerinnung benötigt. Magnesium ist ein Bestandteil von Chlorophyll - dem Pigment, das den Fluss der Photosynthese gewährleistet. Er ist auch an der Biosynthese von Proteinen und Nukleinsäuren beteiligt. Eisen ist ein Teil des Hämoglobins und ist für das Funktionieren vieler Enzyme notwendig.

Spurenelemente sind im Körper in Konzentrationen von weniger als 0,01% enthalten, und ihre Gesamtkonzentration in der Zelle erreicht nicht 0,1%. Mikroelemente umfassen Zink, Kupfer, Mangan, Kobalt, Jod, Fluor usw.

Zink ist Teil des Pankreashormonmoleküls, Insulin, Kupfer ist für die Photosynthese und Atmung erforderlich. Kobalt ist ein Bestandteil von Vitamin B12, dessen Fehlen zu Anämie führt. Jod ist für die Synthese von Schilddrüsenhormonen notwendig, um einen normalen Stoffwechsel zu gewährleisten, und Fluor ist mit der Bildung von Zahnschmelz verbunden.

Sowohl ein Mangel als auch ein übermäßiger oder gestörter Metabolismus von Makro- und Mikroelementen führen zur Entwicklung verschiedener Krankheiten.

Kalzium- und Phosphormangel verursachen insbesondere Rachitis, Stickstoffmangel - schwerwiegender Proteinmangel, Eisenmangel - Anämie, Jodmangel - gestörte Bildung von Schilddrüsenhormonen und reduzierte Stoffwechselrate, verminderte Fluoridaufnahme - Karies. Blei ist für fast alle Organismen toxisch.

Der Mangel an Makro- und Mikroelementen kann durch Erhöhung des Gehalts an Lebensmitteln und Trinkwasser sowie durch Einnahme von Medikamenten ausgeglichen werden.

Die chemischen Elemente der Zelle bilden verschiedene Verbindungen - anorganische und organische.

Thema 2.2. Chemiker Zellzusammensetzung. - 10-11 Klasse, Syvozlazov (Arbeitsmappe Teil 1)

1. Geben Sie die Definitionen der Begriffe an.
Ein Element ist eine Gruppe von Atomen mit der gleichen Kernladung und der Anzahl der Protonen, die mit der Ordnungszahl (Atomzahl) im Periodensystem übereinstimmt.
Spurenelement - ein Element, das sich in sehr geringen Konzentrationen im Körper befindet.
Makroelement - ein Element, das sich in hohen Konzentrationen im Körper befindet.
Bioelement - ein chemisches Element, das an der Zellaktivität beteiligt ist, bildet die Basis für Biomoleküle.
Zellelementzusammensetzung ist der Prozentsatz chemischer Elemente in einer Zelle.

2. Was ist einer der Beweise für die Gemeinschaft belebter und unbelebter Natur?
Die Einheit der chemischen Zusammensetzung. Es gibt keine Elemente, die nur für unbelebte Natur charakteristisch sind.

3. Füllen Sie die Tabelle aus.

ELEMENTALE ZUSAMMENSETZUNG

4. Nennen Sie Beispiele für organische Substanzen, deren Moleküle aus drei, vier und fünf Makronährstoffen bestehen.
3 Elemente: Kohlenhydrate und Lipide.
4 Elemente: Eichhörnchen.
5 Elemente: Nukleinsäuren, Proteine.

5. Füllen Sie die Tabelle aus.

BIOLOGISCHE ROLLE DER ELEMENTE

6. Lesen Sie in Abschnitt 2.2 den Abschnitt "Die Rolle externer Faktoren bei der Bildung der chemischen Zusammensetzung der lebenden Natur" und beantworten Sie die Frage: "Was sind biochemische Endemien und was sind die Gründe für ihre Herkunft?"
Biochemische Endemien sind Erkrankungen von Pflanzen, Tieren und Menschen, die durch einen akuten Mangel oder Überschuss eines Elements in einem bestimmten Bereich verursacht werden.

7. Was sind die bekannten Krankheiten, die auf den Mangel an Mikronährstoffen zurückzuführen sind?
Jodmangel - endemischer Kropf. Reduzierte Thyroxinsynthese und daraus resultierende Proliferation von Schilddrüsengewebe.
Eisenmangel - Eisenmangelanämie.

8. Denken Sie daran, auf welcher Grundlage chemische Elemente auf Makro-, Mikro- und Ultramikroelementen verteilt werden. Bieten Sie Ihre eigene, alternative Klassifizierung chemischer Elemente an (z. B. nach Funktionen in einer lebenden Zelle).
Mikro-, Makro- und Ultramikronährstoffe werden nach einem Vorzeichen basierend auf ihrem Prozentsatz in einer Zelle unterteilt. Darüber hinaus ist es möglich, Elemente anhand der Funktionen zu klassifizieren, die die Aktivität bestimmter Organsysteme regulieren: Nerven, Muskeln, Kreislauf und Herz-Kreislauf, Verdauung usw.

9. Wählen Sie die richtige Antwort.
Test 1
Welche chemischen Elemente bilden die Mehrheit der organischen Substanzen?
2) C, O, H, N;

Test 2
Die Makroelemente gelten nicht:
4) Mangan.

Test 3
Lebende Organismen brauchen Stickstoff, da sie
1) eine Komponente von Proteinen und Nukleinsäuren; 10. Bestimmen Sie das Symptom, durch das alle unten aufgeführten Elemente mit Ausnahme eines Elements zu einer Gruppe zusammengefasst werden. Unterstreichen Sie diesen "zusätzlichen" Punkt.
Sauerstoff, Wasserstoff, Schwefel, Eisen, Kohlenstoff, Phosphor, Stickstoff. Nur in der DNA enthalten. Und der Rest ist alles in Proteinen.

11. Erläutern Sie den Ursprung und die allgemeine Bedeutung des Wortes (Begriffs) anhand der Bedeutung der Wurzeln, aus denen es besteht.

12. Wählen Sie einen Begriff aus und erklären Sie, wie sein aktueller Wert dem ursprünglichen Wert seiner Wurzeln entspricht.
Der gewählte Begriff ist Organogen.
Compliance: Der Begriff entspricht grundsätzlich seiner ursprünglichen Bedeutung, heute gibt es jedoch eine genauere Definition. Bisher war der Wert so, dass die Elemente nur am Aufbau von Geweben und Zellen von Organen beteiligt sind. Es wurde nun herausgefunden, dass biologisch wichtige Elemente nicht nur chemische Moleküle in Zellen usw. bilden, sondern auch alle Prozesse in Zellen, Geweben und Organen regulieren. Sie sind Bestandteil von Hormonen, Vitaminen, Enzymen und anderen Biomolekülen.

13. Formulieren und notieren Sie die Grundideen von § 2.2.
Die Elementzusammensetzung der Zelle ist der Prozentsatz der chemischen Elemente in der Zelle. Zellelemente werden normalerweise in Abhängigkeit von ihrem Prozentsatz nach Mikro-, Makro- und Ultramikroelementen klassifiziert. Die Elemente, die an der Zellvitalaktivität beteiligt sind, bilden die Basis von Biomolekülen, die als Bioelemente bezeichnet werden.
Makroelemente umfassen: C N H O. Sie sind die Hauptkomponenten aller organischen Verbindungen in der Zelle. Darüber hinaus ist P S K Ca Na Fe Cl Mg - in allen wichtigen Biomolekülen enthalten. Ohne sie ist das Funktionieren des Körpers nicht möglich. Das Fehlen von ihnen führt zum Tod.
Spurenelemente: Al Cu Mn Zn Mo Co Ni I Se Br F B usw. Sie sind auch für die normale Funktionsweise des Körpers notwendig, jedoch nicht so kritisch. Der Mangel an ihnen verursacht Krankheit. Sie sind Bestandteil biologisch aktiver Verbindungen, die den Stoffwechsel beeinflussen.
Es gibt Ultramikroelemente: Au Ag Be und andere Die physiologische Rolle ist nicht vollständig festgelegt. Aber sie sind wichtig für die Zelle.
Es gibt das Konzept der "biochemischen Endämie" - Krankheiten von Pflanzen, Tieren und Menschen, die durch einen akuten Mangel oder Überschuss eines Elements in einem bestimmten Gebiet verursacht werden. Zum Beispiel endemischer Kropf (Jodmangel).
Bei einem Mangel aufgrund der Art der Fütterung können auch Krankheiten oder Beschwerden auftreten. Zum Beispiel mit einem Mangel an Eisenanämie. Mit einem Mangel an Kalzium - häufige Frakturen, Haarausfall, Zähne, Muskelschmerzen.

I.2. Die chemische Zusammensetzung der Zelle. Mikro- und Makroelemente

Typischerweise sind 70–80% der Zellmasse Wasser, in dem verschiedene Salze und niedermolekulare organische Verbindungen gelöst werden. Die charakteristischsten Bestandteile der Zelle sind Proteine ​​und Nukleinsäuren. Einige Proteine ​​sind strukturelle Komponenten der Zelle, andere sind Enzyme, d.h. Katalysatoren, die die Geschwindigkeit und Richtung chemischer Reaktionen in Zellen bestimmen. Nukleinsäuren dienen als Träger von Erbinformationen, die im Prozess der intrazellulären Proteinsynthese implementiert werden. Oft enthalten Zellen eine gewisse Menge an Reservesubstanzen, die als Nahrungsreserve dienen. Pflanzenzellen speichern hauptsächlich Stärke, eine polymere Form von Kohlenhydraten. In den Zellen der Leber und der Muskeln wird ein anderes Kohlenhydratpolymer gespeichert - Glykogen. Oft werden auch Fettprodukte eingelagert, obwohl einige Fette eine andere Funktion haben, nämlich die wichtigsten Strukturkomponenten. Proteine ​​in Zellen (mit Ausnahme von Samenzellen) werden normalerweise nicht gespeichert. Es ist nicht möglich, die typische Zusammensetzung einer Zelle zu beschreiben, vor allem, weil sich die Menge an gelagerten Lebensmitteln und Wasser stark unterscheidet. Die Leberzellen enthalten beispielsweise 70% Wasser, 17% Eiweiß, 5% Fett, 2% Kohlenhydrate und 0,1% Nukleinsäuren; die restlichen 6% sind Salze und organische Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, insbesondere Aminosäuren. Pflanzenzellen enthalten normalerweise weniger Eiweiß, deutlich mehr Kohlenhydrate und etwas mehr Wasser; Ausnahmen sind Zellen, die sich im Ruhezustand befinden. Die ruhende Zelle aus Weizenkorn, die Nährstoffquelle für den Embryo, enthält etwa 12% Proteine ​​(hauptsächlich eingelagertes Protein), 2% Fette und 72% Kohlenhydrate. Die Wassermenge erreicht erst zu Beginn der Kornkeimung den Normalwert (70–80%). Jede Zelle enthält viele chemische Elemente, die an verschiedenen chemischen Reaktionen beteiligt sind. Chemische Prozesse, die in einer Zelle stattfinden, sind eine der Grundbedingungen für ihr Leben, ihre Entwicklung und ihr Funktionieren. Einige chemische Elemente in der Zelle mehr, andere weniger. Auf atomarer Ebene gibt es keine Unterschiede zwischen der organischen und der anorganischen Welt der lebenden Natur: Lebewesen bestehen aus denselben Atomen wie die Körper der unbelebten Natur. Das Verhältnis verschiedener chemischer Elemente in lebenden Organismen und in der Erdkruste ist jedoch sehr unterschiedlich. Außerdem können lebende Organismen in ihrer Isotopenzusammensetzung von chemischen Elementen von ihrer Umgebung abweichen. Herkömmlicherweise können alle Elemente der Zelle in drei Gruppen unterteilt werden:

Makroelemente. Zu den Makroelementen zählen Sauerstoff (65–75%), Kohlenstoff (15–18%), Wasserstoff (8–10%), Stickstoff (2,0–3,0%), Kalium (0,15–0,4%). Schwefel (0,15–0,2%), Phosphor (0,2–1,0%), Chlor (0,05–0,1%), Magnesium (0,02–0,03%), Natrium (0,02–0,03%), Calcium (0,04–2,00%), Eisen (0,01–0,0155%). Elemente wie C, O, H, N, S, P sind Bestandteil organischer Verbindungen. Kohlenstoff - ist Teil aller organischen Substanzen; Das Grundgerüst der Kohlenstoffatome ist ihre Basis. Darüber hinaus wird in Form von CO2 im Prozess der Photosynthese fixiert und während der Atmung freigesetzt, in Form von CO (in geringen Konzentrationen) an der Regulation der Zellfunktionen beteiligt, in Form von CaCO3 ist es Teil der Mineralskelette. Sauerstoff - ist in fast allen organischen Substanzen in der Zelle enthalten. Es entsteht im Zuge der Photosynthese während der Photolyse von Wasser. Für aerobe Organismen dient es als Oxidationsmittel während der Zellatmung und versorgt die Zellen mit Energie. In den größten Mengen sind lebende Zellen in der Zusammensetzung von Wasser enthalten. Wasserstoff - ist Teil aller organischen Substanzen in der Zelle. In den größten Mengen enthalten Wasser in der Zusammensetzung. Einige Bakterien oxidieren molekularen Wasserstoff zur Energiegewinnung. Stickstoff - ist Teil von Proteinen, Nukleinsäuren und deren Monomeren - Aminosäuren und Nukleotiden. Aus dem Körper der Tiere wird in der Zusammensetzung Ammoniak, Harnstoff, Guanin oder Harnsäure als Endprodukt des Stickstoffstoffwechsels gewonnen. In Form von Stickoxid ist NO (in geringen Konzentrationen) an der Blutdruckregulierung beteiligt. Schwefel - ein Teil der schwefelhaltigen Aminosäuren kommt daher in den meisten Proteinen vor. In geringen Mengen liegt es als Sulfat-Ion im Zytoplasma von Zellen und extrazellulären Flüssigkeiten vor. Phosphor - ist Teil von ATP, anderen Nukleotiden und Nukleinsäuren (in Form von Phosphorsäureresten), in der Zusammensetzung von Knochengewebe und Zahnschmelz (in Form von Mineralsalzen) und auch im Zytoplasma und in interzellulären Flüssigkeiten (in Form von Phosphationen). Magnesium ist ein Kofaktor vieler Enzyme, die am Energiestoffwechsel und an der DNA-Synthese beteiligt sind. erhält die Integrität von Ribosomen und Mitochondrien, ist Teil von Chlorophyll. In tierischen Zellen ist es für das Funktionieren von Muskel- und Knochensystemen notwendig. Calcium ist an der Blutgerinnung beteiligt und dient auch als einer der universellen sekundären Mediatoren, die die wichtigsten intrazellulären Prozesse regulieren (einschließlich der Beteiligung an der Aufrechterhaltung des Membranpotenzials, die für die Muskelkontraktion und Exozytose erforderlich ist). Unlösliche Calciumsalze sind an der Bildung der Knochen und Zähne von Wirbeltieren und Mineralskeletten von Wirbellosen beteiligt. Natrium ist an der Aufrechterhaltung des Membranpotenzials, der Erzeugung von Nervenimpulsen, den Prozessen der Osmoregulation (einschließlich der Arbeit der Nieren beim Menschen) und der Schaffung eines Pufferblutsystems beteiligt. Kalium ist an der Aufrechterhaltung des Membranpotenzials, der Erzeugung von Nervenimpulsen und der Regulation der Herzmuskelkontraktion beteiligt. In extrazellulären Substanzen enthalten. Chlor - erhält die Elektroneutralität der Zelle.

Spurenelemente: Spurenelemente, die 0,001% bis 0,000001% des Körpergewichts der Lebewesen ausmachen, umfassen Vanadium, Germanium, Jod (Teil von Thyroxin, Schilddrüsenhormon), Cobalt (Vitamin B12), Mangan, Nickel, Ruthenium, Selen, Fluor (Zahnschmelz), Kupfer, Chrom, Zink Zink - ist Teil der an der alkoholischen Gärung beteiligten Enzyme, Teil des Insulins. Kupfer - ist Teil der oxidativen Enzyme, die an der Synthese von Cytochromen beteiligt sind. Selen - ist an den regulatorischen Prozessen des Körpers beteiligt.

Ultra-Mikroelemente. Ultramikroelemente machen weniger als 0,0000001% in Organismen von Lebewesen aus, sie umfassen Gold, Silber hat eine bakterizide Wirkung, Quecksilber hemmt die Reabsorption von Wasser in den Nierentubuli und beeinflusst die Enzyme. Platin und Cäsium gehören ebenfalls zu Ultramikroelementen. Zu dieser Gruppe gehört auch Selen, dessen Mangel Krebs entwickelt. Die Funktionen von Ultramikroelementen sind noch wenig verstanden. Molekulare Zusammensetzung der Zelle (Tab №1)

Zellchemische Zusammensetzung

Elementgruppen der chemischen Zusammensetzung der Zelle

Die Wissenschaft, die die Bestandteile und die Struktur einer lebenden Zelle untersucht, wird als Zytologie bezeichnet.

Alle Elemente in der chemischen Struktur des Körpers können in drei Gruppen unterteilt werden:

• Makronährstoffe;
• Spurenelemente;
• ultramicro elemente.

Makroelemente umfassen Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Fast 98% aller Bestandteile fallen auf ihren Anteil.

Spurenelemente sind in Zehntel und Hundertstel Prozent. Und ein sehr geringer Gehalt an Ultramikroelementen - Hundertstel und Tausendstel Prozent.

Aus dem Griechischen übersetzt ist "Makro" groß und "Mikro" ist klein.

Abb. 1 Gehalt an chemischen Elementen in der Zelle

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass es keine besonderen Elemente gibt, die für lebende Organismen einzigartig sind. Daher besteht dieses Leben, diese unbelebte Natur aus denselben Elementen. Das beweist ihre Beziehung.

Trotz des quantitativen Gehalts des chemischen Elements führt das Fehlen oder die Verringerung von mindestens einem Element zum Tod des gesamten Organismus. Immerhin hat jeder von ihnen seine eigene Bedeutung.

Die Rolle der chemischen Zusammensetzung der Zelle

Makroelemente sind die Basis für Biopolymere, nämlich Proteine, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren und Lipide.

Spurenelemente sind Bestandteil lebenswichtiger organischer Substanzen, die an Stoffwechselprozessen beteiligt sind. Sie sind Bestandteil von Mineralsalzen, die in Form von Kationen und Anionen vorliegen. Ihr Verhältnis bestimmt das alkalische Milieu. Meistens ist es leicht alkalisch, da sich der Anteil der Mineralsalze nicht ändert.

Hämoglobin enthält Eisen, Chlorophyll-Magnesium, Proteine ​​- Schwefel, Nukleinsäuren - Phosphor, der Stoffwechsel erfolgt mit einer ausreichenden Menge an Kalzium.

Abb. 2. Zellzusammensetzung

Einige chemische Elemente sind Bestandteile anorganischer Substanzen, beispielsweise Wasser. Es spielt eine wichtige Rolle in der Vitalaktivität von pflanzlichen und tierischen Zellen. Wasser ist ein gutes Lösungsmittel. Daher werden alle Substanzen im Körper in folgende Bestandteile unterteilt:

• Hydrophil - wasserlöslich;
• Hydrophob - nicht in Wasser auflösen.

Durch die Anwesenheit von Wasser wird die Zelle elastisch, sie fördert die Bewegung organischer Substanzen im Zytoplasma.

Abb. 3. Zellsubstanzen.

Tabelle "Eigenschaften der chemischen Zusammensetzung der Zelle"

Um klar zu verstehen, welche chemischen Elemente zur Zelle gehören, haben wir sie in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Makronährstoffe

Makroelemente umfassen diejenigen Elemente, deren Gehalt in Zellen in Zehnteln und Hundertstel Prozent der Trockensubstanz einer Zelle gemessen wird (selten erreicht ihr Gehalt mehrere Prozent): Kalium, Natrium, Kalzium, Magnesium, Eisen, Schwefel, Chlor, Jod. Der Gehalt an Makronährstoffen in den Zellen wird als Prozentsatz der Gesamttrockenmasse der Zelle ausgedrückt.

Kalium (bis zu 1%). Es wird in Form von hydrierten K + -Ionen absorbiert, die die Membranen gut passieren. Die Hauptfunktionen von Kalium:

• 1. Reguliert den Kohlenhydratstoffwechsel.
• 2. Reguliert den osmotischen Druck.
• 3. Beteiligt sich an der Bildung von Membranpotentialen.
• 4. Aktiviert Enzyme während der Photosynthese.
• 5. Das radioaktive Isotop 40K ist die Hauptquelle der internen Radioaktivität.

Hinweis Osmotischer Druck ist ein Wert, der das Verhältnis von Wasser und Trockensubstanz in der Zelle widerspiegelt. Je höher der osmotische Druck in der Zelle ist, desto leichter absorbiert die Zelle Wasser aus der extrazellulären Umgebung. Je niedriger der intrazelluläre osmotische Druck ist, desto eher verliert die Zelle Wasser.

Natrium (bis zu 0,1%). Es wird in Form hydrierter Na + -Ionen absorbiert, die die Membranen nicht passieren. Es reguliert den Kohlenhydratstoffwechsel, den osmotischen Druck, beteiligt sich an der Bildung von Membranpotentialen.

Kalzium (bis zu 2%). Die Zelle wird durch hydrierte Ca 2+ -Ionen, unlösliche Salze (z. B. Salze von Oxalsäure, Phosphorsäure, Flusssäure) und organometallische Komplexe dargestellt. Es reguliert die Aktivität vieler Enzyme (zum Beispiel die Aktivität der Calcium-abhängigen ATPase in kontraktilen Komplexen), stabilisiert die Struktur der Chromosomen. Kalziumpektate sind die Basis von Medianplatten in Pflanzengeweben; Calciumfluoride und -phosphate - die Basis von Knochengewebe. Ein Überschuss an Kalzium ist für die Zelle schädlich, da in diesem Fall die für die Bildung energiereicher Bindungen notwendigen Phosphate, Ca3 (PO4) 2, unlöslich werden.

Magnesium (bis zu 3%). Die Zellen sind in Form organometallischer Komplexe enthalten, seltener in Form von Ionen. Stabilisiert die Struktur des Ribosoms, reguliert die Aktivität von Enzymen, ist Teil der ATPase, Teil des Chlorophyllmoleküls in Pflanzenzellen.

Eisen (bis zu 0,1%). Es wird in Form von zweiwertigen Ionen Fe2 + absorbiert, seltener - organometallischen Komplexen Fe3 +. Die Zellen sind in der Zusammensetzung organometallischer Komplexe mit variablem Oxidationszustand enthalten, seltener in Form von Fe2 + -Ionen. Die Fähigkeit, den Oxidationsgrad (Fe + 3 + h - Fe + 2) zu ändern, wird bei verschiedenen Stoffwechselprozessen breit eingesetzt. Eisen ist Teil des Häm - Organometallkomplexes, der Porphyrinkern und Eisenionen mit variablem Oxidationszustand enthält. Häm ist ein obligatorischer Bestandteil von Sauerstoffträgern: Hämoglobine und Myoglobin. Häm ist ein Teil verschiedener Oxidoreduktasen: Cytochrome (Membranträger von Elektronen), Katalase (2 H2O2> 2 H2O + O2 ^), Peroxidasen (H2O2> H2O + O), Oxidasen (O2 + 2 C> O22-), Dehydrogenasen (Träger von Wasserstoff) ), Ferredoxin (Elektronenträger bei der Photosynthese).

Schwefel (bis zu 1%). Absorbiert in Form von Sulfat SO42 -. Die Zelle ist in Form von freien Sulfationen, in oxidierter und reduzierter Form in der Zusammensetzung organischer Verbindungen enthalten. Schwefel ist ein Bestandteil schwefelhaltiger Aminosäuren: Methionin, Cystein; zwischen diesen Aminosäuren bilden Disulfidbrücken, die die Tertiärstruktur des Proteins unterstützen. Schwefel ist Teil des Co-Faktors CoA und dient dem Krebszyklus und anderen Stoffwechselprozessen. Aufgrund des veränderten Oxidationsgrades spielt Schwefel eine große Rolle in der Chemosynthese und anaeroben Oxidation:

Schwefelwasserstoff, Sulfide, molekulares Schwefelsulfat

Redox-Oxidationsmittel Redox-Oxidationsmittel

Schwefelwasserstoff und andere reduzierte Schwefelverbindungen dienen als Elektronendonatoren für die bakterielle Photosynthese.

Chlor (bis zu 4%). Es wird absorbiert und in Form von Chloriden in der Zelle enthalten Cl beteiligt sich an der Regulierung des osmotischen Drucks.

Jod (bis zu 0,01%). In Zellen in Form von Iodiden J- und metallorganischen Komplexen enthalten. In der Zusammensetzung von Thyroxin enthalten - ein Schilddrüsenhormon, das die Membranpermeabilität reguliert.

Makronährstoffe

Makroelemente sind nützliche Substanzen für den Körper, deren tägliche Rate für eine Person 200 mg beträgt.

Der Mangel an Makronährstoffen führt zu Stoffwechselstörungen und Funktionsstörungen der meisten Organe und Systeme.

Es gibt ein Sprichwort: Wir sind was wir essen. Aber wenn Sie Ihre Freunde fragen, wann sie das letzte Mal gegessen haben, z. B. Schwefel oder Chlor, können Sie natürlich auch Überraschungen vermeiden. Inzwischen „leben“ fast 60 chemische Elemente im menschlichen Körper, deren Reserven, manchmal ohne es zu merken, aus der Nahrung aufgefüllt werden. Und zu etwa 96 Prozent besteht jeder von uns aus nur vier chemischen Namen, die eine Gruppe von Makronährstoffen darstellen. Und das:

• Sauerstoff (65% in jedem menschlichen Körper);
• Kohlenstoff (18%);
• Wasserstoff (10%);
• Stickstoff (3%).

Die restlichen 4 Prozent sind andere Substanzen aus dem Periodensystem. Sie sind zwar viel kleiner und repräsentieren eine andere Gruppe nützlicher Nährstoffe - Mikroelemente.

Für die gebräuchlichsten chemischen Elemente - Makronährstoffe - ist es üblich, den Namen CHON zu verwenden, der sich aus den Großbuchstaben der Begriffe: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff in lateinischer Sprache zusammensetzt (Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff).

Die Makroelemente im menschlichen Körper haben der Natur recht große Kräfte entzogen. Es hängt von ihnen ab:

• Bildung von Skelett und Zellen;
• pH-Wert des Körpers;
• richtiger Transport von Nervenimpulsen;
• die Angemessenheit der chemischen Reaktionen.

Als Ergebnis vieler Experimente wurde festgestellt, dass Menschen täglich 12 Mineralien benötigen (Kalzium, Eisen, Phosphor, Jod, Magnesium, Zink, Selen, Kupfer, Mangan, Chrom, Molybdän, Chlor). Aber auch diese 12 können die Funktionen der Nährstoffe nicht ersetzen.

Nährstoffelemente

Fast jedes chemische Element spielt eine wichtige Rolle bei der Existenz allen Lebens auf der Erde, aber nur 20 davon sind die wichtigsten.

Diese Elemente sind unterteilt in:

• 6 Hauptnährstoffe (in fast allen Lebewesen der Erde vertreten und oft in größeren Mengen);
• 5 kleine Nährstoffe (in vielen Lebewesen in relativ geringen Mengen vorhanden);
• Spurenelemente (essentielle Substanzen, die in kleinen Mengen benötigt werden, um die biochemischen Reaktionen aufrechtzuerhalten, von denen das Leben abhängt).

Unter den Nährstoffen wird unterschieden:

Die wichtigsten biogenen Elemente oder Organogene sind eine Gruppe von Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor. Kleinere Nährstoffe sind Natrium, Kalium, Magnesium, Kalzium, Chlor.

Sauerstoff (O)

Dies ist der zweite in der Liste der häufigsten Substanzen auf der Erde. Es ist ein Bestandteil von Wasser und macht, wie Sie wissen, etwa 60 Prozent des menschlichen Körpers aus. In gasförmiger Form wird Sauerstoff Teil der Atmosphäre. In dieser Form spielt es eine entscheidende Rolle bei der Unterstützung des Lebens auf der Erde, indem es die Photosynthese (in Pflanzen) und die Atmung (in Tieren und Menschen) fördert.

Kohlenstoff (C)

Kohlenstoff kann auch als Synonym für das Leben betrachtet werden: Die Gewebe aller Lebewesen der Erde enthalten eine Kohlenstoffverbindung. Darüber hinaus trägt die Bildung von Kohlenstoffbindungen zur Entwicklung einer bestimmten Energiemenge bei, die für den Fluss wichtiger chemischer Prozesse auf Zellebene eine wichtige Rolle spielt. Viele kohlenstoffhaltige Verbindungen lassen sich leicht entzünden und setzen Wärme und Licht frei.

Wasserstoff (H)

Dies ist das einfachste und häufigste Element im Universum (insbesondere in Form eines Diatomeengases H2). Wasserstoff ist eine reaktive und brennbare Substanz. Mit Sauerstoff bildet es explosive Gemische. Es hat 3 Isotope.

Stickstoff (N)

Das Element mit der Ordnungszahl 7 ist das Hauptgas in der Erdatmosphäre. Stickstoff ist ein Teil vieler organischer Moleküle, einschließlich Aminosäuren, die Bestandteil von Proteinen und Nukleinsäuren sind, die DNA bilden. Nahezu der gesamte Stickstoff wird im Weltraum produziert - die sogenannten planetarischen Nebel, die durch alternde Sterne erzeugt werden, bereichern das Universum mit diesem Makroelement.

Andere Makronährstoffe

Kalium (K)

Kalium (0,25%) ist eine wichtige Substanz, die für die Elektrolytprozesse im Körper verantwortlich ist. In einfachen Worten: Es transportiert die Ladung durch Flüssigkeiten. Es hilft, den Herzschlag zu regulieren und Impulse des Nervensystems zu übertragen. Auch an der Homöostase beteiligt. Ein Mangel eines Elements führt zu Herzproblemen oder sogar zum Stoppen.

Calcium (Ca)

Calcium (1,5%) ist der häufigste Nährstoff im menschlichen Körper - fast alle Reserven dieser Substanz sind in den Geweben der Zähne und Knochen konzentriert. Calcium ist für die Muskelkontraktion und Proteinregulation verantwortlich. Aber der Körper „frisst“ dieses Element aus den Knochen (was durch die Entwicklung von Osteoporose gefährlich ist), wenn es in der täglichen Ernährung einen Mangel verspürt.

Wird von Pflanzen zur Bildung von Zellmembranen benötigt. Tiere und Menschen benötigen diesen Makronährstoff, um gesunde Knochen und Zähne zu erhalten. Darüber hinaus spielt Calcium die Rolle des "Moderators" von Prozessen im Zytoplasma von Zellen. In der Natur in der Zusammensetzung vieler Gesteine ​​(Kreide, Kalkstein) dargestellt.

Kalzium beim Menschen:

• Beeinflusst die neuromuskuläre Erregbarkeit - beteiligt sich an der Muskelkontraktion (Hypokalzämie führt zu Krämpfen);
• reguliert die Glykogenolyse (den Abbau von Glykogen zum Zustand der Glukose) in den Muskeln und die Glukoneogenese (die Bildung von Glukose aus Nichtkohlenhydratbildungen) in den Nieren und der Leber;
• reduziert die Permeabilität der Kapillarwände und der Zellmembran, wodurch die entzündungshemmenden und antiallergischen Wirkungen verstärkt werden;
• fördert die Blutgerinnung.

Calciumionen sind wichtige intrazelluläre Botenstoffe, die Insulin und Verdauungsenzyme im Dünndarm beeinflussen.

Die Ca-Absorption hängt vom Phosphorgehalt im Körper ab. Der Calcium- und Phosphataustausch wird hormonell reguliert. Parathyroidhormon (Parathyroidhormon) setzt Ca aus den Knochen ins Blut frei, und Calcitonin (Schilddrüsenhormon) fördert die Ablagerung eines Elements in den Knochen, wodurch seine Konzentration im Blut verringert wird.

Magnesium (Mg)

Magnesium (0,05%) spielt eine wichtige Rolle in der Struktur des Skeletts und der Muskeln.

Es ist Mitglied von mehr als 300 Stoffwechselreaktionen. Typisches intrazelluläres Kation, ein wichtiger Bestandteil von Chlorophyll. Vorhanden im Skelett (70% der Gesamtmenge) und in den Muskeln. Ein wesentlicher Bestandteil von Geweben und Körperflüssigkeiten.

Im menschlichen Körper ist Magnesium für die Muskelentspannung, die Ausscheidung von Toxinen und die Verbesserung der Durchblutung des Herzens verantwortlich. Mangel der Substanz stört die Verdauung und verlangsamt das Wachstum, was zu rascher Ermüdung, Tachykardie, Schlaflosigkeit und PMS bei Frauen führt. Aber ein Übermaß an Makro ist fast immer die Entwicklung der Urolithiasis.

Natrium (Na)

Natrium (0,15%) ist ein Elektrolyt förderndes Element. Es hilft bei der Übertragung von Nervenimpulsen im ganzen Körper und ist auch dafür verantwortlich, den Flüssigkeitsspiegel im Körper zu regulieren und ihn vor dem Austrocknen zu schützen.

Schwefel (S)

Schwefel (0,25%) wird in 2 Aminosäuren gefunden, die Proteine ​​bilden.

Phosphor (P)

Phosphor (1%) ist vorzugsweise in den Knochen konzentriert. Darüber hinaus gibt es ein ATP-Molekül, das Zellen mit Energie versorgt. Dargestellt in Nukleinsäuren, Zellmembranen, Knochen. Wie Calcium ist es für die Entwicklung und den Betrieb des Bewegungsapparates notwendig. Im menschlichen Körper erfüllt eine strukturelle Funktion.

Chlor (Cl)

Chlor (0,15%) wird im Körper normalerweise in Form eines negativen Ions (Chlorid) gefunden. Zu seinen Funktionen gehört die Aufrechterhaltung des Wasserhaushalts im Körper. Bei Raumtemperatur ist Chlor ein giftiges grünes Gas. Starkes Oxidationsmittel geht leicht in chemische Reaktionen über und bildet Chloride.