Клітка є складною саморегулюючої системою, в якійодночасно і в певній послідовності відбуваються сотніхімічних реакцій, спрямованих на підтримку її життєдіяльності, зростанняі розвиток. Безпосередній обмін речовин та енергією з навколишнім середовищем зметою збереження складної структурної впорядкованості також єнайважливішою властивістю живої клітини. З існуючих в природі 105 хімічнихелементів активну участь у процесах життєдіяльності приймає менше ніж їхполовини. Найбільше значення мають десять елементів: азот, водень,вуглець, кисень, фосфор, сірка, натрій, калій, кальцій, магній - зяких побудовані основні структурні та функціональні компоненти клітини.

I. Неорганічні сполуки.

1.Вода, її властивості та значення для біологічних процесів.

Вода - універсальний розчинник. Вона має високу теплоємність іодночасно високу для рідин теплопровідність. Ці властивості роблятьводу ідеальною рідиною для підтримання теплової рівноваги організму.

Завдяки полярності своїх молекул вода виступає в ролі стабілізатораструктури.

Вода - джерело кисню і водню, вона є основним середовищемде протікають біохімічні і хімічні реакції, найважливішим реагентом іпродуктом біохімічних реакцій.

Для води характерна повна прозорість у видимій ділянці спектру, щомає значення для процесу фотосинтезу, транспірації.

Вода практично не стискується, що дуже важливо для надання формиорганам, створення тургора і забезпечення певного становища органів ічастин організму в просторі.

Завдяки воді можливе здійснення осмотичних реакцій в живихклітинах.

Вода - основний засіб пересування речовин в організмі (кровообіг, висхідний і спадний струми розчинів по тілу рослини іт.д.).

2. Мінеральні речовини.

У складі живих організмів сучасними методами хімічного аналізувиявлено 80 елементів періодичної системи. За кількісним складомїх поділяють на три основні групи.

Макроелементи складають основну масу органічних і неорганічнихсполук, концентрація їх коливається від 60% до 0.001% маси тіла
(кисень, водень, вуглець, азот, сірка, магній, калій, натрій, залізо іін.)

Мікроелементи - переважно іони важких металів. Містяться ворганізмах у кількості 0.001% - 0.000001% (марганець, бор, мідь, молібден,цинк, йод, бром).

Концентрація ультрамікроелементів не перевищує 0.000001%.
Фізіологічна роль їх в організмах повністю ще не з'ясована. До цієїгрупи відносяться уран, радій, золото, ртуть, цезій, селен і багато іншихрідкісних елементів.

Основну масу тканин живих організмів, що населяють Землю складаютьорганогенні елементи: кисень, вуглець, водень і азот, з якихпереважно побудовані органічні сполуки - білки, жири, вуглеводи.

II. Роль і функція окремих елементів.

Азот у автотрофні рослин є вихідним продуктом азотного ібілкового обміну. Атоми азоту входять до складу багатьох інших небілкових,проте найважливіших сполук: пігментів (хлорофіл, гемоглобін),нуклеїнових кислот, вітамінів.

Фосфор входить до складу багатьох життєво важливих сполук. Фосфорвходить до складу АМФ, АДФ, АТФ, нуклеотидів, фосфосфорілірованних Сахариди,деяких ферментів. Багато організми містять фосфор в мінеральній формі (розчинні фосфати клітинного соку, фосфати кісткової тканини).

Після відмирання організмів фосфорні сполуки мінералізують.
Завдяки кореневих виділень, діяльності грунтових бактерійздійснюється розчинення фосфатів, що робить можливим засвоєння фосфорурослинними, а потім і тваринними організмами.

Сірка бере участь у побудові серусодержащіх амінокислот (цистину,цистеїну), входить до складу вітаміну B1 і деяких ферментів. Особливовелике значення має сірка та її сполуки для хемосінтезірующіх бактерій.
З'єднання сірки утворюються в печінці як продукти знезараження отруйнихречовин.

Калій міститься в клітинах тільки у вигляді іонів. Завдяки каліюцитоплазма має певні колоїдні властивості; калій активуєферменти білкового синтезу зумовлює нормальний ритм серцевоїдіяльності, бере участь у генерації біоелектричних потенціалів, впроцесах фотосинтезу.

Натрій (міститься в іонної формі) складає значну частинумінеральних речовин крові і завдяки цьому відіграє важливу роль у регуляціїводного обміну організму. Іони натрію сприяють поляризації клітинноїмембрани; нормальний ритм серцевої діяльності залежить від наявності вживильному середовищі в необхідній кількості солей натрію, калію, а такожкальцію.

Кальцій в іонному стані є антагоністом калію. Він входить досклад мембранних структур, у вигляді солей пектинових речовин склеюєрослинні клітини. У рослинних клітинах часто міститься у виглядіпростих, ігловідних або зрощених кристалів оксалата кальцію.

Магній міститься в клітинах в певному співвідношенні з кальцієм. Вінвходить до складу молекули хлорофілу, активує енергетичний обмін ісинтез ДНК.

Залізо є складовою частиною молекули гемоглобіну. Воно бере участьв біосинтезі хлорофілу, тому при нестачі заліза в грунті у рослинрозвивається хлороз. Основна роль заліза - участь у процесах дихання,фотосинтезу шляхом перенесення електронів у складі окисних ферментів
- Каталази, ферредоксіна. Певний запас заліза в організмі тварин ілюдини зберігається в желесодержащем білку феритину, що міститься впечінки, селезінці.

Мідь зустрічається в організмах тварин і рослин, де вона граєважливу роль. Мідь входить до складу деяких ферментів (оксидаз).
Встановлено значення міді для процесів кровотворення, синтезу гемоглобінуі цитохромів.

Щодоби в організм людини з їжею надходить 2 мг міді. У рослинмідь входить до складу багатьох ферментів, які беруть участь у темновареакціях фотосинтезу та інших біосинтезу. У хворих недоліком мідітварин спостерігається анемія, втрата апетиту, захворювання серця.

Марганець - мікроелемент, при недостатній кількості якого урослин виникає хлороз. Велика роль належить марганцю і в процесахвідновлення нітратів у рослинах.

Цинк входить до складу деяких ферментів, які активізують розщепленнявугільної кислоти.

Бор впливає на ростові процеси, особливо рослинних організмів. Привідсутності в грунті цього мікроелемента у рослин відмирають проводятьтканини, квітки і зав'язь.

За відсутності в грунті молібдену клубенькові бактерії не поселяютьсяна коренях бобових, уповільнюється біосинтез білка, азотне живлення рослин.
Цей мікроелемент підвищує стійкість рослин проти грибів-паразитів.

Останнім часом мікроелементи досить широко застосовуються врослинництві (передпосівна обробка насіння), в тваринництві (мікроелементний добавки до корму).

Інші неорганічні компоненти клітини частіше всього знаходяться у виглядісолей, дисоційованому в розчині на іони, або в нерозчинених стані
(Солі фосфору кісткової тканини, вапняні або кремнієві панцирі губок,коралів, діатомових водоростей та ін.)

III. Органічні сполуки.

Вуглеводи (цукориди). Молекули цих речовин побудовані всього з трьохелементів - вуглецю, кисню та водню. Вуглецю є основнимджерелом енергії для живих організмів. Крім того, вони забезпечуютьорганізми сполуками, які використовуються в подальшому для синтезуінших сполук.

Найбільш відомими і розповсюдженими вуглеводами єрозчинені у воді моно-і дисахариди. Вони кристалізуються, солодкі насмак.

Моносахариди (монози) - з'єднання, які не можутьгідролізувати. Сахариди можуть полімеризовані, утворюючи понадвисокомолекулярні з'єднання - ді-, три-, і полісахариди.

Олігосахариди. Молекули цих сполук побудовані з 2 - 4 молекулмоносахаридів. Ці сполуки також можуть кристалізуватися, легкорозчинні у воді, солодкі на смак і мають постійну молекулярну масу.
Прикладом олігосахаридів можуть бути дисахариди сахароза, мальтоза, лактоза,тетрасахарід стахіоза та ін

Полісахариди (поліози) - нерозчинні у воді сполуки (утворюютьколоїдний розчин), що не мають солодкого смаку, Як і попередня групавуглеводів здатні гідролізувати (арабани, ксілани, крохмаль, глікоген).
Основна функція цих сполук - скріплення, склеювання клітинсполучної тканини, захист клітин від несприятливих факторів.

Ліпіди - група сполук, які містяться в усіх живих клітинах,вони нерозчинні у воді. Структурними одиницями молекул ліпідів можуть бутиабо прості вуглеводневі ланцюги, або залишки складних циклічних молекул.

Залежно від хімічної природи ліпіди поділяють на жири іліпоїдами.

Жири (тригліцериди, нейтральні жири) є основною групоюліпідів. Вони представляють собою складні ефіри триатомним спирту гліцеринуі жирних кислот або суміш вільних жирних кислот і тригліцеридів.

Зустрічаються в живих клітинах і вільні жирні кислоти:пальмітинова, стеаринова, ріціновая.

ліпоїдами - жироподібні речовини. Мають велике значення, тому щозавдяки своїй будівлі утворюють чітко орієнтовані молекулярні шари,а впорядковане розташування гідрофільних і гідрофобних решт молекулмає першочергове значення для формування мембранних структур звиборчої проникністю.

Ферменти. Це біологічні каталізатори білкової природи, здатніприскорювати біохімічні реакції. Ферменти не руйнуються в процесібіохімічних перетворень, тому порівняно невелика їх кількостікаталізують реакції великої кількості речовини. Характерною відзнакоюферментів від хімічних каталізаторів є їхня здатність прискорюватиреакції при звичайних умовах.

За хімічною природою ферменти поділяються на дві групи --однокомпонентні (що складаються тільки з білка, їх активність обумовленаактивним центром - специфічної групи амінокислот у молекулі білкової (пепсин, трипсин)) і двокомпонентні (що складаються з білка (апофермента --носія білка) та білкового компонента (коферментом), причому хімічнаприрода коферментів буває різною, так як вони можуть складатися зорганічних (багато вітамінів, НАД, НАДФ) або неорганічних (атомиметалів: заліза, магнію, цинку )).

Функція ферментів полягає в зниженні енергії активації, тобто взниження рівня енергії, необхідної для надання реакційної здатностімолекулі.

Сучасна класифікація ферментів грунтується на типахкаталізуються ними хімічних реакцій. Ферменти гідролази прискорюють реакціюрозщеплення складних сполук на мономери (амілаза (гідролізу крохмалю
), Целюлазу (розкладає целюлозу до моносахаридів), протеази (гідролізують білки до амінокислот )).

Ферменти оксидоредуктаз каталізують окислювально-відновніреакції.

трансферази переносять альдегідні, кетони і азотисті групи відоднієї молекули до іншої.

ліази відщеплює окремі радикали з утворенням подвійних зв'язків абокаталізують приєднання груп до подвійних зв'язків.

Ізомерази здійснюють ізомеризації.

лігази каталізують реакції з'єднання двох молекул, використовуючи енергію
АТФ або іншого тріофасфата.

Пігменти - високомолекулярні природні пофарбовані з'єднання. Зкількох сотень сполук цього типу найважливішими єметаллопорфіріновие і флавіновие пігменти.

Металлопорфірін, до складу якого входить атом магнію, утворюєпідстава молекули зелених рослинних пігментів - хлорофілів. Якщо намісці магнію варто атом заліза, то такий металлопорфірін називають гемом.

До складу гемоглобіну еритроцитів крові людини, всіх іншиххребетних і деяких безхребетних входить окисне залізо, яке йнадає крові червоний колір. Гемерітрін надає крові рожевий колір (деякі многощетінковиє черв'яки). Хлорокруорін забарвлює кров, тканиннурідина в зелений колір.

Найбільш поширеними дихальними пігментами крові єгемоглобін і гемоціан (дихальний пігмент вищих ракоподібних,павукоподібних, деяких молюсків спрутів).

До хромопротеїдів відносяться також цитохроми, каталаза, пероксидаза,міоглобін (міститься в м'язах і створює запас кисню, що дозволяєморських ссавців тривалий час перебувати під водою).

Енергію в клітинах і організмах переносять два флавінових пігменту:флавінмононуклеотід (ФМН) і флавінаденіндінуклотід (ФАД). За хімічноїприроді вони не належать до металлопорфірінам, проте за своїми функціямианалогічні їм.

Металлопорфіріни і флавін грають роль коферментів, або простетичноїгруп ферментів, які беруть участь у транспорті електронів і кисню вживих організмах.

У хлоропластах міститься відносно велика кількість жовтихпластідних пігментів - каротиноїдів. Найчастіше зустрічаються каротин,ксантофілл, лікопін, лютеїн.

Вітаміни мають високу фізіологічну активність, складне ірізноманітне хімічну будову. Вони необхідні для нормального росту ірозвитку організму. Вітаміни регулюють окислення вуглеводів, органічнихкислот, амінокислот, деякі з яких входять до складу НАД, НАДФ.

Біосинтез вітамінів властивий переважно зеленим рослинам. Утваринних організмах самостійно синтезуються тільки вітаміни D і E.
Вітаміни діляться на дві групи: водорозчинні (C, B1, B2, фолієвакислота, B5, B12, B6, PP) та жиророзчинні (A, D, E, K).

Гормони - специфічні біологічно активні речовини білкового абостероїдного типу, які утворюються та виділяються залозами внутрішньоїсекреції тварин і беруть участь у регуляції життєвих функцій їх організмів.
Відомо до 30 гормонів і багато гормоноподібних речовин, у тому числі гормонщитовидної залози - тироксин, гормони наднирників - адреналін,норадреналін, гідрокортизон, гормони гіпофіза - вазопресин, окситоцин,гормони статевих залоз - фолликулина, тестостерон.

Недостатнє або надмірне утворення гормонів викликає важкірозлади в діяльності організму.

органічні кислоти - до цієї групи належать органічні вешества,здатні утворювати при дисоціації у водних розчинах катіони водню.
Містяться в значній кількості в клітинах тварин і особливорослинних організмів. Органічні кислоти є продуктамиперетворення углсврдов; при синтезі білків вони обрязуют вуглецеву основуамінокислот.

Найчисленнішу групу органічних кислот складають карбоновікислоти. У складі їх молекул обов'язково міститься хоча б однялиКарбоксильна група - СООН. За кількістю карбоксильних груп розрізняютьодноосновні (мураньіная, оцтова, пропіонова, магляная, молочна,гліколевая), двоосновний (щавлева, яблучна, бурштинова, нінная) імногоосновние (лимонна, аконітовая).

За своїми властивостями кислоти діляться на летючі і нелетучих. До летючимвідносяться оцтова, пропіонова, масляна і деякі інші кислоти. Вонилегко випаровуються, мають різкий запах.

Всі інші органічні кислоти - нелетучих. Велику групуорганічних кислот складають карбонові кетокислот, які окрім групи
- СООH містять карбонільну групу (кетогруппу).

До некарбоновим органічних кислот відносяться також гетероциклічніз'єднання з кислими властивостями. Органічні кислоти відіграють виняткововелику роль в обміні речовин живих організмів. Вони обумовлюютьнеобхідне співвідношення катіонів і аніонів (іонну рівновагу) принадходження поживних речовин у коріння рослин, створюють у клітинахбуферні суміші із заданими значеннями рН, є початковими,проміжними або кінцевими продуктами біохімічних перетворень. Упомітних кількостях накопичуються ці кислоти у вільному стані або ввигляді солей в соковитих плодах (яблуках, лимонах, чорниці), в листі і стеблахрослин (щавлю, ревеню). Містяться вони також в крові та виділеннях
(сечова кислота) тваринних організмів.

Отримують органічні кислоти з природних речовин в результлтебродіння цукристих речовин (молочнокисле, маслянокисле, оцтовокислі),а також при окисленні альдегідів, спиртів, деяких вуглеводів. Широковикористовуються в кулінарії, харчовій промисловості, техніці, науковихдослідженнях.

Велике значення у процесах життєдіяльності організмів мають такожсолі органічних кислот,?? Зокрема солі калію, натрію, кальцію.

Продукти виділення діляться на екскретів, секрети, рекрети і інкрети.

екскретів - продукти дисиміляції, невикористані, непотрібні абошкідливі речовини. Бувають газоподібні, рідкі та тверді. До цієї групивідносяться вуглекислий газ, вода, етилен, ефірні олії. До секретам относягсяпродукти асиміляції.

Речовини, здатні реутілізіроваться називаються рекретамі.

Інкрети - біологічно активні з'єднання внутрішнього призначення. Цефітогормони і гормони ендокринних залоз тварин.

Летючі, ароматичні, запашні речовини. Значні кількостітаких речовин біогенного походження виділяються в навколишнє середовище яктваринами, так і рослинами. Більшість цих природних метаболітів,виділяються назовні (екзометаболіти), проявляють високу біологічнуактивність, тому вони становлять інтерес для наукових досліджень і дляпрактики.

Екзометаболіти поділяються на метаболіти, які впливають на рецепториі виявляють інформаційну, запахових, сенсорну функції. З їхньою допомогоюморські ссавці роблять «пахучі мітки» в товщі води, риби іссавці об'єднуються у зграї, хижаки відшукують здобич. Дужевисока чувствітсльность ссавців до запаху самок: метаболіти з трофічної функцією, які включаються н харчові ланцюжки:метаболіти лишайників; метаболіти, які прямим або непрямим чином впливають нарозмноження, ріст і розвиток організмів в біоценозах: спеціальні виділенняматки бджолиної сім'ї; метаболіти токсичної дії (біологічну зброю живихорганізмів): токсичні виділення синьо-зелених водоростей, найпростіших іінших тварин, летючі соедііенія зеленої маси вищих рослин.

Фітогормони. Це регулятори росту рястеній гормонального типу,з'єднання, здатні впливати на ростові процеси рослинних клітин,органів і цілих рястеній. Фігогормони грають важіую роль в регенераціївтрачених органів. Існує кілька груп фітогормонів.