Цитоплазма.Химический состав,физические свойства. Что такое цитоплазма в биологии определение — строение эукариотической 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 Н 2 С0 3 и Н 2 Р0 4 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 + , Са 2+ , 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.

Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей ее среде неодинакова. В клетке содержится довольно много калия и очень мало натрия. Во внеклеточной среде, например в плазме крови, в морской воде, наоборот, много натрия и мало калия. Раздражительность клетки зависит от соотношения концентраций ионов Na+, K+, Ca 2+, Mg 2+. Разность концентраций ионов по разные стороны мембраны обеспечивает активный перенос веществ через мембрану.

В тканях многоклеточных животных Са 2+ входит в состав межклеточного вещества, обеспечивающего сцепленность клеток и упорядоченное их расположение. От концентрации солей зависят осмотическое давление в клетке и ее буферные свойства.

Буферностью называется способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию ее содержимого на постоянном уровне.

Существует две буферные системы:

1)фосфатная буферная система – анионы фосфорной кислоты поддерживают рН внутриклеточной среды на уровне 6,9

2)бикарбонатная буферная система – анионы угольной кислоты поддерживают рН внеклеточной среды на уровне 7,4.

Рассмотрим уравнения реакций, протекающих в буферных растворах.

Если в клетке увеличивается концентрация Н + , то происходит присоединение катиона водорода к карбонат-аниону:

При увеличении концентрации гидроксид-анионов происходит их связывание:

Н + ОН – + Н 2 О.

Так карбонат-анион может поддерживать постоянную среду.

Осмотическими называют явления, происходящие в системе, состоящей из двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной. В растительной клетке роль полупроницаемых пленок выполняют пограничные слои цитоплазмы: плазмалемма и тонопласт.

Плазмалемма - наружная мембрана цитоплазмы, прилегающая к клеточной оболочке. Тонопласт - внутренняя мембрана цитоплазмы, окружающая вакуоль. Вакуоли представляют собой полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком - водным раствором углеводов, органических кислот, солей, белков с низким молекулярным весом, пигментов.

Концентрация веществ в клеточном соке и во внешней среде (в почве, водоемах) обычно не одинаковы. Если внутриклеточная концентрация веществ выше, чем во внешней среде, вода из среды будет поступать в клетку, точнее в вакуоль, с большей скоростью, чем в обратном направлении. При увеличении объема клеточного сока, вследствие поступления в клетку воды, увеличивается его давление на цитоплазму, плотно прилегающую к оболочке. При полном насыщении клетки водой она имеет максимальный объем. Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку носит название тургора Тургор обеспечивает сохранение органами формы (например, листьями, неодревесневшими стеблями) и положения в пространстве, а также сопротивление их действию механических факторов. С потерей воды связано уменьшение тургора и увядание.

Если клетка находится в гипертоническом растворе, концентрация которого больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора. Вследствие выхода воды из клетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки - происходит плазмолиз .

В ходе плазмолиза форма плазмолизированного протопласта меняется. Вначале протопласт отстает от клеточной стенки лишь в отдельных местах, чаще всего в уголках. Плазмолиз такой формы называют уголковым

Затем протопласт продолжает отставать от клеточных стенок, сохраняя связь с ними в отдельных местах, поверхность протопласта между этими точками имеет вогнутую форму. На этом этапе плазмолиз называют вогнутым Постепенно протопласт отрывается от клеточных стенок по всей поверхности и принимает округлую форму. Такой плазмолиз носит название выпуклого

Если плазмолизированную клетку поместить в гипотонический раствор, концентрация которого меньше концентрации клеточного сока, вода из окружающего раствора будет поступать внутрь вакуоли. В результате увеличения объема вакуоли повысится давление клеточного сока на цитоплазму, которая начинает приближаться к стенкам клетки, пока не примет первоначальное положение - произойдет деплазмолиз

Задание №3
Прочитав предложенный текст, ответьте на следующие вопросы.
1)определение буферности

2)от концентрации каких анионов зависят буферные свойства клетки

3)роль буферности в клетке

4)уравнение реакций, протекающих в бикарбонатной буферной системе (на магнитной доске)

5)определение осмоса (привести примеры)

6)определение плазмолиза и деплазмолиза слайды

Тестовые задания по теме

«НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ»

Выберите один правильный ответ из предложенных вариантов:

1. Какие химические элементы, содержащиеся в клетке, относят к макроэлементам?
а) Zn , I, F, Br;

в) Ni, Cu, I, Br.

г) Au, Ag, Ra, U.

2. Каковы функции воды в клетке?


в) источник энергии.

г) передача нервного импульса

3. Какие ионы входят в состав гемоглобина?
а) Mg 2+ ;

4. Передача возбуждения по нерву или мышце объясняется:

а) разностью концентраций ионов натрия и калия внутри и вне клетки

б) разрывом водородных связей между молекулами воды

в) изменением концентрации водородных ионов

г) теплопроводностью воды

5 . Из перечисленных веществ является гидрофильными:

а) крахмал

г) целлюлоза

6. В состав молекулы хлорофилла входят ионы

г) Na +
7. Одновременно входит в состав костной ткани и нуклеиновых кислот:

б) фосфор

в) кальций

8 . У детей развивается рахит при недостатке:

а) марганца и железа

б) кальция и фосфора

в) меди и цинка

г) серы и азота

9 . В состав желудочного сока входит:

10. Больше всего воды содержится в клетках:
а) эмбриона;

б) молодого человека;

в) старика.

г) взрослого человека

11. Какие химические элементы, содержащиеся в клетке, относят к микроэлементам?
а) S, Na, Ca, K;

в) Ni, Cu, I, Br.

г) Р, S, Cl, Nа

12. В состав желудочного сока входит
а) серная кислота;

б) соляная кислота;

в) угольная кислота.

г) фосфорная кислота

13. Каковы функции минеральных веществ в клетке?
а) передача наследственной информации;
б) среда для химических реакций;
в) источник энергии;

г) поддержание осмотического давления клетки.

14. Какие ионы влияют на свёртываемость крови?
а) Mg 2+ ;

15 . Железо входит в состав:

в) гемоглобина

г) хлорофилла

16. Меньше воды содержится в клетках:
а) костной ткани;

б) нервной ткани;

в) мышечной ткани.

г) жировой ткани

17. Вещества, плохо растворимые в воде, называются:
а) гидрофильными;

б) гидрофобными;

в) амфифильными.

г) амфотерными

18. Буферность в клетке обеспечивают ионы:
а) Na + , K + ;

б) SO 4 2- , Cl - ;

в) HCO 3 - , CO 3 2-.

г) Mg 2+ ; Fe 2+

19. Вода – основа жизни, т.к. она:
а) может находиться в трех состояниях (жидком, твердом и газообразном);
б) является растворителем, обеспечивающим как приток веществ в клетку, так и удаление из нее продуктов обмена;
в) охлаждает поверхность при испарении.

г) обладает свойством теплопроводности

20 . Из перечисленных веществ является гидрофобным:

г) перманганат калия

Эталоны ответов

«Особенности химического состава клетки» - Раствор. Ионы металлов. Химические элементы клетки. Кислород. Соотношение органических и неорганических веществ в клетке. Минеральные вещества в клетке. Клетки. Тезисы. Водородные связи. Углерод. Вода. Виды воды. Химические компоненты клетки. Записи в тетради. Группы химических элементов. Особенности химического состава клетки. Собаки. Вода в организме распределена неравномерно.

«Химический состав и строение клетки» - Нуклеиновые кислоты. Клетка. Науки. Химический состав клетки. Химические элементы. Жиры. Клеточный центр. Основной источник энергии. Митохондрии. Белки. Анатомия. Хранение наследственной информации. Мембрана. Рибосомы. Строение и химический состав клетки. Световой микроскоп. Строение клетки. Работа с тетрадью.

«Неорганические вещества клетки» - Элементы, входящие в состав клетки. Микроэлементы. Содержание химических соединений в клетке. Содержание в разных клетках. Биогенные элементы. Химический состав клетки. Ультрамикроэлементы. Кислород. Функции воды. 80 химических элементов. Магний. Макроэлементы.

«Биология «Химический состав клетки»» - Признаки реакции. Биогенные элементы. План урока. Различия живой и неживой природы. C -основа всех органических веществ. Cu -ферменты гемоцианины, синтез гемоглобина, фотосинтез. Кислород. Химический состав клетки. Микроэлементы. Ответить на вопросы. Макроэлементы. Ультрамикроэлементы. Цинк. Состав человеческого тела.

«Вещества клетки» - История открытия витаминов. Витамин. Вирусы и бактериофаги. АТФ и другие органические вещества клетки. Интересные факты. Функция АТФ. Жизнь вирусов. Витамины в жизнедеятельности клетки. Современная классификация витаминов. Жизненный цикл бактериофага. Микрофотографии вирусов. Как и где образуется АТФ. Витамины и витаминоподобные вещества. Значение вирусов. ВТМ имеет палочковидную форму. АТФ. Строение вирусов.

«Урок «Химический состав клетки»» - Ферменты. Свойства белковой молекулы. РН буферность. Липиды. РНК – одиночная цепочка. Неорганические вещества. Нуклеиновые кислоты. Углеводы. Принцип комплементарности. Молекулярный уровень. Нуклеотид. Белки. Виды РНК. ДНК – двойная спираль. Молекула водорода. Репликация. Химический состав клетки. Структура белка. Элементарный состав клетки.

Молекулярный уровень организации живого

Это самый низкий уровень организации живого, представленный отдельными молекулами органических и неорганических веществ, входящих в состав клеток организма. Жизнь можно представить как организационную иерархию вещества. В живых существах элементы образуют очень сложные органические молекулы, из которых в свою очередь состоят клетки, а из тех - целый организм. Жизнедеятельность всех живых систем проявляется во взаимодействии молекул различных химических веществ.

Химическая организация клетки. Элементный состав клеток. Неорганические вещества: вода и минеральные соли

Основные вопросы теории

Элементный состав клетки

В составе живой природы обнаружено более 80 химических элементов, 27 из них выполняют определенные функции.

Некоторые организмы - интенсивные накопители определенных элементов: бактерии способны накапливать марганец, морские водоросли - йод, ряска - радий, моллюски и ракообразные - медь, позвоночные - железо.

Каждый из химических элементов выполняет важную функцию в клетке.

Химические вещества клетки

Уникальное строение воды, её свойства и роль в живой природе

Минеральные соли, их значение

Минеральные соли находятся в клетке либо в диссоциированном на ионы, либо в твердом состоянии.

Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Их значение:

1. Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения.

2. Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану.

3. От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства клетки.

4. Участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.

Таким образом, функция минеральных солей в клетке состоит в поддержании постоянства внутренней среды и в обеспечении процессов жизнедеятельности.

В твердом состоянии минеральные соли Са 3 (РО 4) 2 (фосфат кальция) входят в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков, обеспечивая прочность этих образований.