Какое количество воды (в %) содержится в различных клетках?
Какое количество воды (в %) содержится в различных клетках?
Ответ
Содержание воды в живых организмах составляет 60-75% их массы, а у некоторых, например медуз, до 98%. В листьях и сочных плодах растений содержание воды также может достигать 98%.
Количество воды неодинаково в разных тканях и органах. Так, у человека в сером веществе головного мозга ее содержание составляет 85%, а в костной ткани — 22%. Наибольшее содержание воды в организме наблюдается в эмбриональный период (95%) и с возрастом постепенно уменьшается.
Содержание воды в различных органах растений колеблется в довольно широких пределах. Оно изменяется в зависимости от условий внешней среды, возраста и вида растений. Так, содержание воды в листьях салата составляет 93-95%, кукурузы — 75-77%. Количество воды неодинаково в разных органах растений: в листьях подсолнечника воды содержится 80-83%, в стеблях — 87-89%, в корнях — 73-75%. Содержание воды, равное 6-11%, характерно главным образом для воздушно-сухих семян, в которых процессы жизнедеятельности заторможены.
Вода содержится в живых клетках, в мертвых элементах ксилемы и в межклетниках. В межклетниках вода находится в парообразном состоянии. Основными испаряющими органами растения являются листья. В связи с этим естественно, что наибольшее количество воды заполняет межклетники листьев. В жидком состоянии вода находится в различных частях клетки: клеточной оболочке, вакуоли, цитоплазме. Вакуоли — наиболее богатая водой часть клетки, где содержание ее достигает 98%. При наибольшей оводненности содержание воды в цитоплазме составляет 95%. Наименьшее содержание воды характерно для клеточных оболочек. Количественное определение содержания воды в клеточных оболочках затруднено; по-видимому, оно колеблется от 30% до 50%. Формы воды в разных частях растительной клетки также различны.
Источник
Сколько процентов массы клетки составляет вода
Из-за блокировщика рекламы некоторые функции на сайте могут работать некорректно! Пожалуйста, отключите блокировщик рекламы на этом сайте.
Свойства воды и ее роль в клетке:
На первом месте среди веществ клетки стоит вода. Она составляет около 80% массы клетки. Вода важна для живых организмов вдвойне, ибо она необходима не только как компонент клеток, но для многих и как среда обитания.
1. Вода определяет физические свойства клетки — ее объем, упругость.
2. Многие химические процессы протекают только в водном растворе.
3. Вода — хороший растворитель: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе, и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки.
4. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью.
5. Вода обладает уникальным свойством: при охлаждении ее от +4 до 0 градусов, она расширяется. Поэтому лед оказывается легче жидкой воды и остается на ее поверхности. Это очень важно для организмов, обитающих в водной среде.
6. Вода может быть хорошим смазочным материалом.
Биологическая роль воды определяется малыми размерами ее молекул, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями.
Биологические функции воды:
транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.
метаболическая. Вода является средой для всех биохимических реакций, донором электронов при фотосинтезе; она необходима для гидролиза макромолекул до их мономеров.
вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме.
За очень немногими исключениями (кость и эмаль зуба), вода является преобладающим компонентом клетки. 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, углеводов и других веществ происходит в результате катализируемого ферментами взаимодействия их с водой. Такие реакции называются реакциями гидролиза.
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 организме зависит от его возраста и метаболической активности. Оно наиболее высоко в эмбрионе (90% ) и с возрастом постепенно уменьшается. Содержание воды в различных тканях варьируется в зависимости от их метаболической активности. Например, в сером веществе мозга воды до 80%, а в костях до 20%. Вода — основное средство перемещения веществ в организме (ток крови, лимфы, восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам у растений) и в клетке. Вода служит «смазочным» материалом, необходимым везде, где есть трущиеся поверхности (например, в суставах). Вода имеет максимальную плотность при 4°С. Поэтому лед, обладающий меньшей плотностью, легче воды и плавает на ее поверхности, что защищает водоем от промерзания. Это свойство воды спасает жизнь многим водным организмам.
Источник
Сколько процентов массы клетки составляет вода
1. Элементарный состав.
В клетках разных организмов обнаружено около 70 элементов периодической системы элементов Д. И. Менделеева, но лишь 24 из них имеют вполне установленное значение и встречаются постоянно во всех типах клеток.
Наибольший удельный вес в элементном составе клетки приходится на кислород, углерод, водород и азот. Это так называемые основные или биогенные элементы. На долю этих элементов приходится более 95 % массы клеток, причем их относительное содержание в живом веществе гораздо выше, чем в земной коре. Жизненно важными являются также кальций, фосфор, сера, калий, хлор, натрий, магний, йод и железо. Их содержание в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Перечисленные элементы составляют группу макроэлементов.
Другие химические элементы: медь, марганец, молибден, кобальт, цинк, бор, фтор, хром, селен, алюминий, йод, железо, кремний — содержатся в исключительно малых количествах (менее 0,01 % массы клеток). Они относятся к группе микроэлементов.
Процентное содержание в организме того или иного элемента никоим образом не характеризует степень его важности и необходимости в организме. Так, например, многие микроэлементы входят в состав различных биологически активных веществ — ферментов, витаминов (кобальт входит в состав витамина B12), гормонов (йод входит в состав тироксина);оказывают влияние на рост и развитие организмов (цинк, марганец, медь), кроветворение (железо, медь), процессы клеточного дыхания (медь, цинк) и т. д. Содержание и значение для жизнедеятельности клеток и организма в целом различных химических элементов приведено в таблице:
http://jbio.ru/sostav-kletki-ximicheskie-elementy
В клетках обнаружено более 80 химических элементов. Все элементы делят на три группы.
Макроэлементы, содержание которых в клетке составляет до 10-3%, — это кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций, натрий и магний; на их долю приходится свыше 99% массы клеток.
Микроэлементы, содержание которых колеблется от 10-3% до 10-6%. Это железо, марганец, медь, цинк, кобальт, никель, йод, фтор; на их долю приходится менее 1,0% массы клеток.
Ультрамикроэлементы, составляющие менее 10-6%, — это золото, серебро, уран, цезий, бром, ванадий, селен и др., на их долю приходится менее 0,01 % массы клетки. Физиологическая роль установлена только для некоторых из них. Например, дефицит селена приводит к развитию раковых заболеваний.
Все перечисленные элементы входят в состав неорганических и органических веществ или содержатся в виде ионов.
Микроэлементы клеток:
цинк, железо и медь;
углерод и кислород;
серебро и уран;
водород и сера;
натрий и калий.
2.1. Вода в клетке не выполняет функции:
связывания кислорода и азота;
образования водных оболочек вокруг макромолекул;
универсального растворителя;
участия в биохимических реакциях;
регулирования теплового режима.
2.2. Гидрофобные вещества клетки:
белки и моносахариды;
дисахариды и полисахариды;
многие соли и белки;
все соли и витамины;
жиры и полисахариды.
2.3. Азот как элемент входит в состав:
только белков;
только белков и РНК;
жиров и углеводов;
нуклеиновых кислот, белков и АТФ;
углеводов и ДНК.
2.4. Водород как элемент входит в состав:
только воды и минеральных солей;
только воды, углеводов, белков и нуклеиновых кислот;
только воды, углеводов и липидов;
всех неорганических соединений клетки;
всех органических соединений клетки.
2.5. Раздражимость клеток обеспечивают ионы:
натрия, цинка и хлора;
натрия, калия и кальция;
кальция, фосфора и железа;
фосфора, натрия и меди;
железа, меди и магния.
2. Вода и минеральные вещества.
Неорганические соединения клеток представлены водой и минеральными солями.
Содержание воды в разных клетках зависит от интенсивности обменных процессов и колеблется от 10% в эмали зуба до 85% в нервных клетках и до 97% в клетках развивающегося зародыша. В среднем в теле многоклеточных содержится около 80% воды от массы тела.
Вода в клетках выполняет следующие функции:
связанная вода (4-5% от всего ее содержания) образует водные (сольватные) оболочки вокруг молекул белков, препятствуя склеиванию их друг с другом;
свободная вода является универсальным растворителем и способствует транспорту растворенных в ней веществ;
вода принимает непосредственное участие в реакциях гидролиза;
вода регулирует тепловой режим и осмотическое давление в клетках.
По отношению к воде все вещества делятся на гидрофильные (водорастворимые) — многие минеральные соли, кислоты, щелочи, моносахариды, белки, витамины (C и B) и гидрофобные (водонерастворимые) — жиры, полисахариды, некоторые соли, витамины (A, D).
Минеральные соли и химические элементы в определенных концентрациях необходимы для нормальной жизнедеятельности клеток. Так, азот и сера входят в состав молекул белков, фосфор — в ДНК, РНК и АТФ, магний — во многие ферменты и хлорофилл, железо — в гемоглобин, цинк — в гормон поджелудочной железы, йод — в гормоны щитовидной железы и т.д. Нерастворимые соли кальция и фосфора обеспечивают прочность костной ткани, катионы натрия, калия и кальция — раздражимость клеток. Ионы кальция принимают участие в свертывании крови.
3. Углеводы и жиры.
Органические соединения составляют около 20-30% массы живых клеток. К ним относятся биологические полимеры — белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды, а также липиды, гормоны, пигменты, АТФ и др.
Липиды (жиры) и липоиды являются обязательными компонентами всех клеток. Содержание жиров в клетке колеблется от 5 до 15% массы сухого вещества, а в клетках подкожной жировой клетчатки — до 90%. Липиды представляют собой сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина, а липоиды — жирных кислот с другими спиртами. Эти соединения нерастворимы в воде (гидрофобны). Липиды могут образовывать сложные комплексы с белками (липопротеины), углеводами (гликолипиды), остатками фосфорной кислоты (фосфолипиды) и др.
Функции жиров:
строительная — жиры составляют основу биологических мембран;
энергетическая — жиры являются источником энергии;
запасающая — жиры откладываются в жировой ткани животных и в плодах и семенах растений и являются запасным источником энергии;
источник воды — при окислении жиров выделяется вода;
защитная — скопления жира выполняют теплоизоляционную и механическую защиту органов.
Углеводы — обязательный химический компонент клеток. В растительных клетках их содержание достигает 90% сухой массы (крахмал в клубнях картофеля), а в животных — 5% (гликоген в клетках печени). В состав молекул углеводов входят углерод, водород и кислород.
Все углеводы подразделяют на моно-, ди- и полисахариды. Моносахариды чаще содержат пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов углерода. Пентозы (рибоза и дезоксирибоза) входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ. Гексозы (глюкоза и фруктоза) постоянно присутствуют в клетках плодов растений, придавая им сладкий вкус. Глюкоза содержится в крови и служит источником энергии для клеток и тканей животных. Дисахариды объединяют в одной молекуле два моносахарида. Пищевой сахар (сахароза) состоит из молекул глюкозы и фруктозы, молочный сахар (лактоза) включает глюкозу и галактозу. Все моно- и дисахариды хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус. Молекулы полисахаридов образуются в результате поликонденсации моносахаридов. Мономером полисахаридов — крахмала, гликогена, целлюлозы (клетчатки) является глюкоза. Полисахариды практически нерастворимы в воде и не обладают сладким вкусом. Основные полисахариды — крахмал (в растительных клетках) и гликоген (в клетках животных) откладываются в виде включений и служат запасными энергетическими веществами. Целлюлоза образует стенку растительных клеток и выполняет защитную функцию.
Углеводы образуются в растениях в процессе фотосинтеза и могут использоваться в дальнейшем для биосинтеза аминокислот, жирных кислот и других соединений.
Углеводы выполняют четыре основные функции:
строительную — образуют стенки растительных клеток;
энергетическую — углеводы являются основным источником энергии;
запасающую — углеводы откладываются в клетках в виде гликогена или крахмала и являются запасным источником энергии;
защитную — целлюлоза в стенках клеток растений.
Молекула жира состоит из:
моносахаридов и дисахаридов;
аминокислот и дисахаридов;
глицерина и жирных кислот;
жирных кислот и полисахаридов;
нуклеотидов и жирных кислот.
3.2. И жиры и углеводы выполняют функции:
каталитическую и строительную;
строительную и энергетическую;
транспортную и энергетическую;
защитную и регуляторную;
транспортную и защитную.
крахмал и гликоген;
гликоген и целлюлоза;
глюкоза и галактоза;
сахароза и целлюлоза;
дезоксирибоза и сахароза.
глюкоза и галактоза;
мальтоза и рибоза;
фруктоза и глюкоза;
сахароза и глюкоза;
рибоза и дезоксирибоза.
3.5. Гликоген — это:
моносахарид;
полисахарид, запасное питательное вещество растительной клетки;
полисахарид, запасное питательное вещество животной клетки;
дисахарид, запасное питательное веще
Белки составляют 10-18% от общей массы клетки. Молекулярная масса их колеблется от десятков тысяч до многих миллионов единиц. Белки — это биополимеры, мономерами которых являются 20 аминокислот. Молекулы белков различаются по величине, структуре и функциям, которые определяются составом, количеством и порядком расположения аминокислот. Помимо простых белков (альбумины, глобулины, гистоны) имеются и сложные — соединения белков с углеводами (гликопротеины), жирами (липопротеины) и нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеины).
Каждая аминокислота состоит из углеводородного радикала, соединенного с карбоксильной группой, имеющей кислотные свойства (-COOH), и аминогруппой (-NH2), обладающей основными свойствами. Аминокислоты отличаются одна от другой только радикалами. Они способны соединяться в длинные цепочки. При этом устанавливаются прочные ковалентные (пептидные) связи между углеродом кислотной и азотом основной групп (-CO-NH-) с выделением молекулы воды. Соединения, состоящие из двух аминокислотных остатков, называются дипептидами, из трех — три-пептидами, из многих — полипептидами.
Различные свойства и функции белковых молекул определяются последовательностью соединения аминокислот, которая закодирована в ДНК. Эту последовательность называют первичной структурой молекулы белка, от которой в свою очередь зависят последующие уровни ее пространственной организации и биологические свойства белков.
Вторичная структура белковой молекулы достигается ее спирализацией благодаря установлению между атомами соседних витков спирали водородных связей. Функционирование в виде закрученной спирали характерно для некоторых фибриллярных белков (фибриноген, миозин, актин и др.).
Многие белковые молекулы становятся функционально активными только после приобретения глобулярной (третичной) структуры. Она формируется путем многократного сворачивания спирали в трехмерное образование — глобулу. Эта структура поддерживается ковалентными дисульфидными (-S-S-) связями, гидрофобными взаимодействиями и электростатическими связями. Глобулярную структуру имеет большинство белков (альбумины, глобулины и др.
Для выполнения некоторых функций требуется участие белков с более высоким уровнем организации, при котором возникает объединение нескольких глобулярных белковых молекул в единую систему — четвертичную структуру (химические связи могут быть разные — гидрофобные взаимодействия, водородные и ионные связи). Например, молекула гемоглобина состоит из четырех различных глобул и небелковой части — гема, содержащего железо.
Утрата белковой молекулой своей структурной организации называется денатурацией. Причиной ее могут быть различные химические (кислоты, щелочи, спирт, соли тяжелых металлов и др.) и физические (высокая температура и давление, ионизирующие излучения и др.) факторы. Вначале разрушается четвертичная, затем третичная, вторичная, а при более жестких условиях и первичная структура (происходит деградация). Если под действием денатурирующего фактора не затрагивается первичная структура, то при возвращении белковых молекул в нормальные условия среды их структура полностью восстанавливается, т.е. происходит ренатурация.
Свойства белков: гидрофильность, видовая специфичность, химическая активность, способность денатурировать и ренатурировать, переходить из золя в гель, изменять конфигурацию молекул под действием факторов среды.
Белки выполняют следующие функции:
строительную — входят в состав большинства клеточных структур;
каталитическую — все ферменты являются белками;
транспортную — переносят различные вещества, например гемоглобин — O2;
двигательную — обусловливают сокращение мышц, жгутиков, ресничек;
защитную — выполняют антитела;
сигнальную (рецепторную) — белковые молекулы способны изменять свою структуру под действием различных факторов среды;
регуляторную — гормоны, имеющие белковую природу (инсулин);
энергетическую — белки являются источником энергии.
Каталитическую функцию в клетках выполняют белки-ферменты, в десятки и сотни тысяч раз ускоряющие течение биохимическ
Для белков не характерны: видовая специфичность;
способность изменять конфигурацию;
способность денатурировать и ренатурировать;
химическая инертность и гидрофобость;
способность переходить из золя в гель.
4.3. Первичная структура белков обусловлена связями:
водородными;
дисульфидными;
гидрофобными взаимодействиями;
электростатическими;
ковалентными, пептидными.
4.4. Третичная структура белков обусловлена связями:
водородными;
дисульфидными и электростатическими;
ковалентными, фосфодиэфирными;
ковалентными, пептидными;
водородными и гидрофобными взаимодействиями.
5. Нуклеиновые кислоты.
Нуклеиновые кислоты представляют собой сложные высокомолекулярные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). ДНК входит в основном в хроматин ядра, хотя небольшое ее количество содержится и в некоторых органоидах (митохондрии, пластиды). РНК содержится в ядрышках, кариолимфе, рибосомах, митохондриях, пластидах и в гиалоплазме клетки.
Структура молекулы ДНК была впервые расшифрована Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г. Она представляет собой две полинуклеотидные цепи, соединенные друг с другом. Мономерами цепей являются нуклеотиды. В состав каждого нуклеотида входят: пятиуглеродный сахар — дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех азотистых оснований: аденин и гуанин (пуриновые основания), цитозин и тимин (пиримидиновые основания). Нуклеотиды отличаются один от другого только азотистыми основаниями. Нуклеотиды соединяются в цепочку путем образования фосфодиэфирных (ковалентных) связей между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого, соседнего, нуклеотида. Молекулы ДНК могут содержать от 200 до 2 * 108 нуклеотидов. Огромное разнообразие молекул ДНК достигается разным составом, количеством и различной последовательностью нуклеотидов. Обе цепочки объединяются в одну молекулу водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями нуклеотидов противоположных цепочек, причем в силу определенной пространственной конфигурации между аденином и тимином устанавливаются две связи, а между гуанином и цитозином — три. Вследствие этого нуклеотиды двух цепочек образуют пары: А-Т, Г-Ц. Строгое соответствие нуклеотидов друг другу в парных цепочках ДНК называется комплементарностыо (дополнительностью). Это свойство лежит в основе репликации (самоудвоения) молекулы ДНК.
Репликация молекулы ДНК происходит следующим образом. Под действием фермента (ДНК-полимераза) разрываются водородные связи между нуклеотидами двух цепочек и к освободившимся связям по принципу комплементарности присоединяются соответствующие нуклеотиды ДНК.
Следовательно, порядок нуклеотидов в «старой» цепочке ДНК определяет порядок нуклеотидов в «новой», т.е. «старая» цепочка ДНК является матрицей для синтеза «новой». Такие реакции называются реакциями матричного синтеза; они характерны только для живого.
Роль ДНК в клетке заключается в хранении, воспроизведении и передаче генетической информации. Благодаря матричному синтезу наследственная информация дочерних клеток точно соответствует материнской.
РНК, как и ДНК, представляет собой полимер, состоящий из мономеров — нуклеотидов. Структура нуклеотидов РНК сходна с таковой ДНК, но имеет следующие отличия: вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов РНК входит пятиуглеродный сахар — рибоза, а вместо азотистого основания тимина — урацил. По сравнению с ДНК в состав РНК входит меньше нуклеотидов, и, следовательно, ее молекулярная масса меньше. В клетках эукариот встречаются только одноцепочечные молекулы РНК.
Имеется три типа РНК: информационная, транспортная и рибосомальная.
Информационная РНК (и-РНК) состоит из 300-30 000 нуклеотидов и составляет примерно 5% от всей РНК, содержащейся в клетке. Она представляет собой комплементарную копию определенного участка ДНК (гена). Молекулы и-РНК выполняют роль переносчиков генетической информации от ДНК к месту синтеза белка (в рибосомы) и непосредственно участвуют в сборке его молекул.
Транспортная РНК (т-РНК) составляет до 10% от всей РНК клетки и состоит из 75-85 нуклеотидов. Молекулы т-РНК транспортируют аминокислоты из цитоплазмы в рибосомы.
Основную часть РНК цитоплазмы (около 85%) составляет рибосомальная РНК (р-РНК). Она входит в состав рибосом. Молекулы р-РНК состоят из 3-5 тыс. нуклеотидов. Р-РНК обеспечивает определенное пространственное взаиморасположение и-РНК и т-РНК.
В состав нуклеотидов ДНК входят: рибоза и урацил;
рибоза и дезоксирибоза;
остаток фосфорной и азотной кислот;
тимин и урацил;
дезоксирибоза и тимин.
5.2. Нуклеотиды в цепочке ДНК соединяются связями:
ковалентными, фосфодиэфирными;
водородными;
гидрофобными взаимодействиями;
электростатическими и дисульфидными;
пептидными и водородными.
5.3. Комплементарные пары нуклеотидов двойной цепочки ДНК удерживаются связями:
ковалентными, фосфодиэфирными;
водородными;
дисульфидными;
пептидными и электростатическими;
гидрофобными взаимодействиями.
5.4. В состав нуклеотидов РНК не входят азотистые основания:
аденин;
гуанин;
цитозин;
тимин;
урацил.
5.5. В молекуле ДНК аденин комплементарен:
аденину;
гуанину;
цитозину;
урацилу;
тимину.
5.6. РНК не содержится в:
рибосомах;
ядре;
митохондриях и пластидах;
лизосомах и комплексе Гольджи;
гиалоплазме.
5.7. Функции и-РНК:
хранит генетическую информацию;
доставляет аминокислоты в рибосому;
переносит генетическую информацию от ДНК в рибосому;
передает генетическую информацию дочерним молекулам и-РНК;
передает генетическую информацию р-РНК.
Источник
