Какова роль неорганических ионов в клетке кратко

Обновлено: 02.07.2024

Магний - жизненно важный элемент, от его участия расслабляются мышцы. Магнием тормозится возбуждение нервных окончаний, участвует во многих каталитических процессах, обладает способностью стимулировать перистальтику кишечника, тем самым способствует выводу шлаков (и холестерина в том же числе) и повышает выделение желчи. Магний оказывает сосудорасширяющее действие, улучшает кровоснабжение сердечной мышцы.

Калий - это минеральное вещество, которое необходимо для нормального функционирования клеток периферической и центральной нервной системы, для поддержания осмотического давления, для нормального функционирования всех мышц. Им способствуется выведение воды из организма, а следовательно, и вредных продуктов метаболизма.

Натрий. Поваренная соль необходима нашему организму. Является она составной частью крови и тканевой жидкости. В организм с пищей поступает необходимое её количество.

Фосфор - важнейший элемент, входящий в состав белков нуклеиновых кислот, костной ткани; влияет он на рост и восстановительные процессы в тканях. Фосфор нужен для костей, необходим и в мышцах. Аккумулятор энергии человека - аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Когда человек трудится, эта кислота распадается, отдавая заложенную в ней энергию.

Жизненно важный элемент - сера, значимость которого в первую очередь определяется тем, что входит он в состав белков в виде серосодержащих аминокислот (цистеина и метионина), а также - в состав некоторых гормонов и витаминов. Удовлетворяется потребность человеком в сере (около 1 г в день) при обычном суточном рационе.

Хлор - это тоже жизненно важный элемент, который участвует для образования желудочного сока, формирует плазму, активизирует ряд ферментов. Содержание хлора в пищевых продуктах колеблется в пределах 2-160 мг/%. Без добавления поваренной соли рацион содержал бы 1,6 г хлора.

Цинк входит в состав крови и мышечной ткани. Это элемент необходим, значимостью которого определяется то что входит он в состав гормона поджелудочной железы инсулина, регулируется содержание сахара в крови. Он также важен для полноценного заживлении ран участвует в регуляции артериального давления и способствует образованию простагландинов, обладающих противовоспалительным действием; помогает выводить из организма холестерин.

2. Какой процесс называется диссоциацией?

Ответ. Электролитическая диссоциация — процесс распада электролита на ионы при растворении его в воде или при плавлении.

Диссоциация на ионы происходит вследствие взаимодействия растворённого вещества с растворителем; по данным спектроскопических методов, это взаимодействие носит в значительной мере химический характер. Наряду с сольватирующей способностью молекул растворителя определённую роль в электролитической диссоциации играет также макроскопическое свойство растворителя — его диэлектрическая проницаемость

3. Что такое ионы?

Ответ. Ион — частица, в которой общее число протонов не эквивалентно общему числу электронов. Ион, в котором общее число протонов больше общего числа электронов, имеет положительный заряд и называется катионом. Ион, в котором общее число протонов меньше общего общего числа электронов имеет отрицательный заряд и называется анионом.

В виде самостоятельных частиц ионы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества: в газах (в частности, в атмосфере), в жидкостях (в расплавах и растворах), в кристаллах и в плазме (в частности, в межзвёздном пространстве).

Вопросы после §8

1. В каком виде минеральные вещества представлены в живых организмах?

Ответ. Большая часть минеральных веществ клетки находится в виде солей, диссоциированных на ионы, либо в твёрдом состоянии.

В цитоплазме практически любой клетки имеются кристаллические включения, состоящие, как правило, из слаборастворимых солей кальция и фосфора. Кроме них могут содержаться двуокись кремния и другие неорганические вещества. Они используются для образования опорных структур клетки (например, минеральный скелет радиолярий) и организма – минерального вещества костной ткани (соли кальция и фосфора), раковин моллюсков (соли кальция), хитина (соли кальция) и др.

2. Какова роль неорганических ионов в клетке?

Ответ. Неорганические ионы, имеющие немаловажное значение для обеспечения процессов жизнедеятельности клетки, представлены катионами (К+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH) и анионами (Cl-, HPO, Н2РО, НСО, NO, PO, СО) минеральных солей. Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей её среде различна. 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.

3. Какова роль ионов в буферных системах организма?

Ответ. Постоянство рН в клетках поддерживается благодаря буферным свойствам их содержимого. Буферным называют раствор, содержащий смесь какой-либо слабой кислоты и её растворимой соли. Когда кислотность (концентрация ионов Н+) увеличивается, свободные анионы, источником которых является соль, легко соединяются со свободными ионами Н+и удаляют их из раствора. Когда кислотность снижается, высвобождаются дополнительные ионы Н+. Так в буферном растворе поддерживается относительно постоянная концентрация ионов Н+. Некоторые органические соединения, в частности белки, также имеют буферные свойства.

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. Так, фосфатная буферная система млекопитающих, состоящая из НРО42- и Н2РО4-, поддерживает рН внутриклеточной жидкости в пределах 6,9–7,4. Главной буферной системой внеклеточной среды (плазмы крови) служит бикарбонатная система, состоящая из Н2СO3 и HCO4- и поддерживающая рН на уровне 7,4

4. Почему недостаток или отсутствие ионов некоторых металлов приводит к нарушению жизнедеятельности клеток?

Ответ. Ионы некоторых металлов (Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Br, Со) являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов или активируют их. Например, ион Fe входит в состав гемоглобина крови, ион Zn – гормона инсулина. При их недостатке нарушаются важнейшие процессы жизнедеятельности клетки.

Неорганические химические вещества поступают в клетку. Они относятся к микроэлементам. Микроэлементы занимают всего 0,1% состава клеток. Но они важны, так как участвуют в создании различных ферментов и витамин для регулировки процессов жизнедеятельности клетки. Без этих веществ клетки существовать не могут. Если по каким , то причинам микроэлементы не поступают в клетку, то она в скором времени умирает. Также, существуют и ультрамикроэлементы . Они просто наслаиваются в клетке. Это ртуть, свинец, уран, цезий и другие вещества, которые в клетке не нужны.

Для нормальной жизнедеятельности организмов требуются минеральные соли. В клетке они находятся в твёрдом или в растворённом виде. Растворённые соли диссоциированы на ионы. Наиболее важными являются катионы металлов: калия K + , натрия Na + , кальция Ca 2 + , магния Mg 2 + , и анионы: Cl − , H 2 PO 4 − , HPO 4 2 − , HCO 3 − , CO 3 2 − .

Роль минеральных солей в клетке разная. Так, ионы калия и натрия обеспечивают возбудимость клеток. Внутри клетки больше ионов K + , а снаружи всегда больше содержание Na + , что приводит к возникновению разности потенциалов на клеточной мембране, обеспечивает раздражимость клеток и передачу возбуждения по нервам или мышцам. Перенос ионов через мембрану клетки осуществляется натрий-калиевым насосом и происходит с затратами АТФ (активный транспорт).

Ионы кальция участвуют в регуляции мышечных сокращений, необходимы для процесса свёртывания крови. Твёрдые соли кальция входят в состав костной ткани, содержатся в раковинах моллюсков и панцирях ракообразных.

Катионы многих металлов (магния, кальция, железа, меди, кобальта, цинка, марганца и др.) необходимы для синтеза некоторых ферментов, гормонов и витаминов.

Анионы фосфорной и угольной кислот образуют буферные системы, поддерживающие на постоянном уровне содержание ионов водорода в клетке (рН среды). Анионы HPO 4 2 − и H 2 PO 4 − (фосфатная буферная система) обеспечивают рН цитоплазмы клеток в пределах \(6,9\)–\(7,4\). Анионы H CO 3 − и CO 3 2 − (бикарбонатная буферная система) поддерживают значение рН плазмы крови \(7,4\).

Фосфаты входят в состав костной и зубной ткани. Хлорид-ионы необходимы для образования соляной кислоты, содержащейся в желудочном соке, а сульфат ионы — для синтеза некоторых аминокислот.

Недостаток минеральных солей приводит к нарушению процессов обмена веществ и негативно сказывается на жизнедеятельности клетки.

Неорганические или, иначе, минеральные вещества находятся в клетках в виде ионов. Основными катионами в клетках и внеклеточных жидкостях организма человека являются: Na + , K + , Са 2+ , Mg 2+ , Zn 2+ , Fe 2+ . Среди анионов преобладают РО₃ 2- , Cl - , SO₄ 2- , НСО₃ -

Концентрации основных неорганических катионов и анионов в межклеточной жидкости и в плазме крови почти не отличаются.

и во внеклеточных жидкостях организма человека (по Строеву А.Е.)

Как видно из таблицы, Na + является основным катионом во внеклеточной среде, а К + — внутри клеток. Из анионов вне клетки преобладает С1-, а внутри клетки — РО₃ 2- .

Живой организм подчиняется физико-химическому закону электронейтральности: суммы положительных зарядов катионов и отрицательных зарядов анионов должны быть равны. Для соблюдения этого закона в организме не хватает некоторого количества неорганических анионов. Недостаток отрицательных зарядов компенсируют анионы органических кислот и белков.

Неорганические ионы в клетке выполняют многочисленные биологические функции. Биологические функции катионов:

• Транспортная — участвуют в переносе электронов и молекул простых веществ.

• Структурообразующая — обусловлена комплексообразующими свойствами металлов, катионы которых участвуют в образовании функционально активных структур макромолекул и надмолекулярных комплексов.

• Регуляторная — являются регуляторами (активаторами или ингибиторами) активности ферментов.

• Осмотическая — регулируют осмотическое и гидроосмотическое давление.

• Биоэлектрическая — связана с возникновением разности потенциалов на клеточных мембранах.

Биологические функции анионов:

• Энергетическая — участвуют в образовании главного носителя энергии в организме человека — молекулы АТФ — из АДФ и неорганических фосфатных анионов.

• Опорная — анион фосфора и катион кальция входят в состав гидроксилапатита и фосфата кальция костей, определяющих их механическую прочность.

• Синтетическая — используются для синтеза биологически-активных соединений (йод участвует в синтезе гормонов щитовидной железы).

Клетка живого организма — это химическая лаборатория, в которой происходят превращения большого числа органических соединений разных классов. Подробным изучением этих соединений занимаются органическая и биоорганическая химия. В данной главе мы ограничимся лишь упоминанием классов функциональных групп, придающих характерные химические свойства этим соединениям.

Промежуточные органические вещества могут содержать в своем составе несколько функциональных групп. В связи с этим они приобретают смешанные свойства и способность участвовать в превращениях, характерных для каждой группы в отдельности. Увеличение числа функциональных групп приводит к возрастанию полярности связей между атомами и возрастанию химической активности.

Содержание основных катионов и анионов внутри клетки

Неорганические ионы, их свойства и биологические функции

и во внеклеточных жидкостях организма человека (по Строеву А.Е.)

• Транспортная — участвуют в переносе электронов и молекул простых веществ.

• Регуляторная — являются регуляторами (активаторами или ингибиторами) активности ферментов.

• Осмотическая — регулируют осмотическое и гидроосмотическое давление.

• Биоэлектрическая — связана с возникновением разности потенциалов на клеточных мембранах.

Биологические функции анионов:

В состав клетки входит около 70 элементов Периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы :

макроэлементы – H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;
ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.

Другой принцип классификации элементов:

органогены (кислород, водород, углерод, азот),
макроэлементы,
микроэлементы.

В состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.

Неорганические соединения клетки – вода и неорганические ионы.
Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.

Физические свойства воды

Значение для биологических процессов

Высокая теплоемкость (из-за водородных связей между молекулами) и теплопроводность (из-за небольших размеров молекул)

Транспирация
Потоотделение
Периодическое выпадение осадков

Прозрачность в видимом участке спектра

Высокопродуктивные биоценозы прудов, озер, рек ( из-за возможности фотосинтеза на небольшой глубине)

Практически полная несжимаемость (из-за сил межмолекулярного сцепления)

Поддержание формы организмов: форма сочных органов растений, положение трав в пространстве, гидростатический скелет круглых червей, медуз, амниотическая жидкость поддерживает и защищает плод млекопитающих

Подвижность молекул (из-за слабости водородных связей)

Осмос: поступление воды из почвы; плазмолиз

Вязкость (водородные связи)

Смазывающие свойства: синовиальная жидкость в суставах, плевральная жидкость

Растворитель (полярность молекул)

Кровь, тканевая жидкость, лимфа, желудочный сок, слюна, у животных; клеточный сок у растений; водные организмы используют растворенный в воде кислород

Способность образовывать гидратационную оболочку вокруг макромолекул (из-за полярности молекул)

Дисперсионная среда в коллоидной системе цитоплазмы

Оптимальное для биологических систем значение сил поверхностного натяжения (из-за сил межмолекулярного сцепления)

Водные растворы – средство передвижения веществ в организме

Расширение при замерзании (из-за образования каждой молекулой максимального числа – 4 – водородных связей_

Лед легче воды, выполняет в водоемах функцию теплоизолятора

Неорганические ионы:
катионы K+, Na+, Ca2+ , Mg2+ и анионы Cl–, NO3- , PO4 2-, CO32-, НPO42-.

Разность между количеством катионов и анионов (Nа+, К+, Сl-) 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 7—4.
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.

Таблица. Роль макроэлементов на клеточном и организменном уровне организации.

Таблица. Роль микроэлементов в жизни клетки, растительного и животного организмов.

Тематические задания

Часть А

А1. Полярностью воды обусловлена ее способность
1) проводить тепло
3) растворять хлорид натрия
2) поглощать тепло
4) растворять глицерин

А2. Больным рахитом детям необходимо давать препараты, содержащие
1) железо
2) калий
3) кальций
4) цинк

А3. Проведение нервного импульса обеспечивается ионами:
1) калия и натрия
2) фосфора и азота
3) железа и меди
4) кислорода и хлора

А4. Слабые связи между молекулами воды в ее жидкой фазе называются:
1) ковалентными
2) гидрофобными
3) водородными
4) гидрофильными

А5. В состав гемоглобина входит
1) фосфор
2) железо
3) сера
4) магний

А6. Выберите группу химических элементов, обязательно входящую в состав белков
1) Na, K, O, S
2) N, P, C, Cl
3) C, S, Fe, O
4) C, H, O, N

А7. Пациентам с гипофункцией щитовидной железы дают препараты, содержащие
1) йод
2) железо
3) фосфор
4) натрий

Часть В

В1. Выберите функции воды в клетке
1) энергетическая
2) ферментативная
3) транспортная
4) строительная
5) смазывающая
6) терморегуляционная

В2. Выберите только физические свойства воды
1) способность к диссоциации
2) гидролиз солей
3) плотность
4) теплопроводность
5) электропроводность
6) донорство электронов

Часть С

С1. Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение?

Читайте также: