2.3 Неорганические вещества клетки

Вопрос 1. Каковы особенности пространствен­ной организации молекул воды, обуславливающие ее биологическое значение?

Молекулы воды представляют собой дипо­ли — структуры, на положительном полюсе которых находятся два атома водорода, а на отрицательном полюсе — атом кислорода. По­ложительные и отрицательные полюса разных молекул воды притягиваются друг к другу. Это приводит к образованию так называемых водородных связей, что обеспечивает высо­кую теплоемкость воды, а также особенности процессов смены ее агрегатного состояния (плавление, испарение). Кроме того, Н20-ди- поли активно взаимодействуют с любыми мо­лекулами, имеющими заряженные участки. Это обуславливает важнейшее свойство воды как универсального растворителя органиче­ских и неорганических веществ.

Вопрос 2. В чем заключается биологическая роль воды?

Вода выполняет в клетке множество важ­ных функций:

служит универсальным растворителем;
является средой для большинства процес­сов, протекающих в клетке;
сама участвует во многих биохимических реакциях — гидролизе органических веществ, высвобождении энергии при распаде АТФ, фо­тосинтезе и др.;
высокая теплоёмкость и теплопровод­ность воды облегчает организмам (в том числе теплокровным) процесс поддержания теплово­го равновесия с окружающей средой;
высокая интенсивность испарения защи­щает живые существа от перегрева;
почти полная несжимаемость воды обес­печивает поддержание формы отдельных кле­ток и целых организмов;
вязкость придает воде свойства смазки;
высокая сила поверхностного натяжения облегчает транспорт веществ в сосудах расте­ний.Вопрос 3. Какие вещества называют гидро­фильными? Гидрофобными?

Гидрофильными называют вещества, ко­торые хорошо растворяются в воде. К ним от­носят соли, аминокислоты, сахара, белки, простые спирты. Как правило, в составе их молекул присутствуют заряженные участки (спиртовые группы, аминогруппы и т. п.); не­редко при растворении гидрофильных веществ образуются заряженные частицы — ионы. Гидрофобные вещества, напротив, плохо или совсем не растворяются в воде. В их число вхо­дят в первую очередь жиры и жироподобные соединения, а также полисахариды (хитин, целлюлоза).

Вопрос 4. Какие вещества поддерживают pH клетки на постоянном уровне?

Способность сохранять кислотно-щелоч­ной баланс, т. е. поддерживать постоянное значение pH, обеспечивается так называемы­ми буферными свойствами клетки. Это означа­ет, что при добавлении небольших количеств кислот или щелочей концентрация ионов во­дорода (иначе — pH) в цитоплазме практиче­ски не изменяется. Такой эффект достигается благодаря присутствию в клетке отрицательно заряженных ионов — остатков слабых кислот (в первую очередь НСО3 и НРО2|4 ). При закислении (избытке ионов Н⁺) эти ионы могут пре­вращаться в Н₂С0₃ и Н₂Р0₄ соответственно. Напротив, при дефиците Н⁺ (защелачивание цитоплазмы) НСО3 и НРО2|4 способны отдавать часть своих ионов водорода. Буферные свой­ства клетки очень важны, поскольку боль­шинство биологически активных веществ (в частности, белки-ферменты) могут вступать в реакции только при строго определенном уровне pH.

Вопрос 5. Расскажите о роли минеральных со­лей в жизнедеятельности клетки.

Минеральные соли и входящие в их состав элементы участвуют во многих процессах жиз­недеятельности клетки. Так, остатки слабых кислот (НСО3, НРО2|4) обеспечивают ее буфер­ные свойства. Движение ионов Na⁺, К⁺, Са²⁺, С1 через мембраны клеток лежит в основе всех электрических явлений, наблюдаемых в живых организмах (вплоть до разрядов элект­рических рыб); без этого мышечные волокна не способны сокращаться, а нервная ткань — про­водить сигналы. Остатки фосфорной кислоты нужны для синтеза нуклеотидов и фосфолипи­дов. Фосфаты кальция и магния участвуют в об­разовании костей, а карбонат кальция является основой раковины моллюсков.