Из чего состоит клетка: химический состав клетки в 9 классе
В клетках живых организмов нет особых «живых» элементов. Все они есть и в неживой природе, но их соотношение другое. Больше всего в клетке кислорода, углерода, водорода и азота. Их называют макроэлементами, вместе они составляют около 98% массы клетки. К макроэлементам относят также фосфор, серу, калий, кальций, натрий, хлор, магний и железо.
Микроэлементы нужны в крошечных количествах: цинк, медь, йод, фтор, марганец. Йод входит в гормоны щитовидной железы, железо в гемоглобин. Малое количество не означает малую важность: без микроэлемента нужное вещество просто не образуется.
Элементы образуют вещества двух групп:
- неорганические: вода и минеральные соли;
- органические: белки, жиры (липиды), углеводы, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), АТФ, витамины.
В 6 классе обычно ограничиваются этим делением. В 9–10 классах добавляются строение и функции каждой группы. Как всё это устроено внутри клеточных структур, смотри в теме строение клетки.
Вода и минеральные соли: неорганические вещества клетки
Вода в большинстве клеток преобладает: обычно её больше половины массы. Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода (H₂O) и полярна: на атоме кислорода собирается небольшой отрицательный заряд, на атомах водорода положительный. Из-за этого молекулы притягиваются друг к другу водородными связями.
Отсюда свойства воды:
- растворяет полярные вещества (соли, сахара), поэтому в ней идут реакции и переносятся вещества;
- с трудом нагревается и остывает, что защищает клетку от резких перепадов температуры;
- не сжимается, поэтому поддерживает форму клетки (тургор у растений).
Минеральные соли находятся в клетке в двух формах: растворённой, в виде ионов (K⁺, Na⁺, Cl⁻), и нерастворённой, в твёрдых образованиях. Из твёрдых солей кальция и фосфора состоят кости, раковины и зубы. Ионы нужны для работы нервных и мышечных клеток и для поддержания постоянной среды внутри клетки.
Органические вещества клетки: белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты
Белки — полимеры, мономеры которых аминокислоты. Их 20 типов. Аминокислоты соединяются пептидной связью (между группой COOH одной и NH₂ другой). Последовательность аминокислот в цепи — это первичная структура. Цепь скручивается в спираль или складки (вторичная), затем в глобулу (третичная), а несколько цепей вместе дают четвертичную структуру, как у гемоглобина. Если структура разрушается (при нагревании, излучении), белок теряет свои свойства. Это происходит с ферментами, которые в большинстве являются белками.
Углеводы: моносахариды (глюкоза, фруктоза), дисахариды (сахароза) и полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза). Главные функции: энергетическая и строительная.
Липиды (жиры и жироподобные вещества) не растворяются в воде, то есть гидрофобны. Они запасают энергию, образуют основу мембран, защищают от потери тепла.
Нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов. ДНК хранит наследственную информацию, РНК (иРНК, тРНК, рРНК) участвует в синтезе белка. АТФ — универсальный переносчик энергии в клетке. Как эта энергия используется, объясняет тема обмен веществ в клетке.
Как решить задачу на процентное содержание нуклеотидов
Типичное задание: «В ДНК на долю нуклеотидов с аденином приходится 28%. Определите процентное содержание нуклеотидов с гуанином». Решается по правилу Чаргаффа: в ДНК количество аденина равно количеству тимина (А = Т), а гуанина — количеству цитозина (Г = Ц). Все четыре нуклеотида вместе дают 100%.
- Аденин 28%, значит, тимин тоже 28%.
- Вместе А + Т = 28% + 28% = 56%.
- На гуанин и цитозин остаётся 100% − 56% = 44%.
- Они равны, поэтому гуанина 44% ÷ 2 = 22%.
Ответ: 22. Если в условии просят записать только число, знак процента не пишется.
К этому же типу относится достраивание второй цепи: напротив А ставится Т, напротив Г ставится Ц, и наоборот. Для цепи -А-Г-Ц-Т- вторая цепь будет -Т-Ц-Г-А-. Подробнее о том, как ДНК участвует в наследовании, читай в теме генетика и селекция.
Где ошибаются чаще всего
- Путают ДНК и РНК. В ДНК сахар дезоксирибоза и есть тимин, в РНК сахар рибоза и вместо тимина урацил. Пара в РНК: А–У.
- Называют мономером белка глюкозу или другой сахар. Мономер белка, в том числе гемоглобина, — аминокислота: в ней есть группа NH₂ и группа COOH. Глюкоза — мономер углеводов.
- Считают микроэлементы второстепенными. Они названы так из-за малого количества, а не из-за значения. Йод и железо нужны организму обязательно.
- В задаче на Чаргаффа забывают, что А + Г = 50%. Проверяй себя: сумма всех четырёх нуклеотидов должна быть 100%, а сумма одного пуринового и одного пиримидинового, например А + Ц, всегда 50%.
Какие задания по теме присылают ученики
Чаще всего в 9–10 классах встречаются заполнение таблиц (функции липидов и углеводов, виды РНК, жирорастворимые витамины), вопросы про уровни структуры белка, особенности молекулы воды и роль АТФ. Много расчётных задач по правилу Чаргаффа и на достраивание цепи ДНК, а также лабораторные работы по обнаружению органических веществ в растениях.
Найди похожее задание в списке выше и посмотри ход решения. Если своего нет, сфотографируй условие и получишь решение с пояснениями по шагам.