Неорганические вещества клетки

К неорганическим соединениям, содержащимся в клетке, в первую очередь, относится вода. Чем интенсивнее происходят реакции обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней воды. Например, в клетках развивающегося эмбриона человека или в клетках мозга человека воды более 90%, а в клетках костной ткани — менее 15%. Вода обладает уникальными химическими и физическими свойствами, которые объясняются малыми размерами ее молекул, их полярностью и способностью образовывать друг с другом водородные связи (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Свойства молекулы воды:

а — молекула воды; 6 — образование водородной связи между двумя молекулами воды; в — водная оболочка вокруг катиона; г — водная оболочка вокруг аниона Эти свойства воды делают ее универсальным растворителем, благодаря чему почти все реакции в нашем организме происходят в водных раствоpax. Внутреннее пространство клеток и органоидов, тканевая жидкость, кровь и лимфа представляют собой водные растворы. Растворимые в воде вещества (соли, кислоты, белки, углеводы, спирты и др.) называют гидрофильными, а нерастворимые (например, жиры) — гидрофобными.

Вода является участником многих химических реакций в живых клетках. Большая теплота испарения способствует отдаче тепла и охлаждению организма, а высокая теплоемкость и теплопроводность воды способствуют равномерному распределению тепла в клетке и организме. Благодаря несжимаемости вода создает тургорное давление, которое поддерживает объем, форму и упругость клеток.

Набор уникальных физических и химических свойств сделал воду основой жизни на Земле. Специалисты по поиску инопланетных форм жизни первым делом ищут на далеких планетах следы воды, предполагая, что если на планете воды нет, то форм жизни, похожих на наши, там быть не может.

Помимо воды, к неорганическим веществам клетки относятся минеральные соли, которые в большинстве своем пребывают в растворенном состоянии, т. е. диссоциированы на ионы.

Неорганические ионы, имеющие важнейшее значение для обеспечения процессов жизнедеятельности клетки, представлены катионами К⁺, Na⁺, Са²⁺, Mg²⁺, NHJ и анионами Cl", НРО|- Н₂РС>4, НСО3, NO3, РО|", СО|~. Ионный состав цитоплазмы и межклеточной жидкости различен. Это различие поддерживается и используется клеткой, в том числе для обеспечения возбудимости. Но не все соли диссоциируют на ионы. В цитоплазме большинства клеток находятся кристаллические включения, как правило, состоящие из слаборастворимых солей фосфора и кальция. Кроме них, могут присутствовать диоксид кремния и другие неорганические вещества.

Неорганические вещества в жидких средах организма формируют буферные системы, которые предотвращают резкие сдвиги pH в сторону низких (кислая среда) или высоких (щелочная среда) значений. Значение pH цитоплазмы — примерно 7,2; плазмы крови — 7,35. В создании буферных систем участвуют слабые кислоты — угольная и фосфорная, и их соли.

Соединения кальция, фосфора, азота и ряд других неорганических веществ используются для синтеза органических молекул (нуклеиновых кислот, аминокислот, белков и др.).

Ионы некоторых макрои микроэлементов (Mg, Са, Fe, Zn, Си, Мп, Мо, Br, Со, I) входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и пигментов. Например, железо входит в состав гемоглобина крови, а йод — гормонов щитовидной железы. При их дефиците нарушаются важнейшие процессы жизнедеятельности клетки, а значит, и всего организма.