Чего больше в химическом составе в растительной клетке

Химический состав растительной клетки

В земной коре встречается около 100 химических элементов, но для жизни необходимы только 16 из них. Наиболее распространены в растительных организмах четыре элемента – водород, углерод, кислород, азот, которые образуют различные вещества. Основными компонентами растительной клетки являются вода, органические и минеральные вещества.

Минеральные вещества (зола) – вещества, которые остаются после сжигания кусочка какого-либо органа. Содержание зольных элементов колеблется от 1% до 12% сухого веса. В растении встречаются почти все элементы, входящие в состав воды и почвы. Наиболее часто встречаются калий, кальций, магний, железо, кремний, сера, фосфор, азот (макроэлементы) и медь, алюминий, хлор, молибден, бор, цинк, литий, золото (микроэлементы). Минеральные вещества играют важную роль в жизнедеятельности клеток – они входят в состав аминокислот, ферментов, АТФ, электронтранспортных цепей, необходимы для стабилизации мембран, участвуют в процессах обмена и т.д.

Органические вещества растительной клетки подразделяются на: 1) углеводы, 2) белки, 3) липиды, 4) нуклеиновые кислоты, 5) витамины, 6) фитогормоны, 7) продукты вторичного метаболизма.

Углеводы составляют до 90% веществ, входящих в состав растительной клетки. Различают:

— моносахариды (глюкоза, фруктоза). Моносахариды образуются в листьях при фотосинтезе и легко превращаются в крахмал. Они накапливаются в плодах, реже в стеблях, луковицах. Моносахариды транспортируются из клетки в клетку. Они являются энергетическим материалом, участвуют в образовании гликозидов.

— дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза и др.) образуются из двух частиц моносахаров. Они накапливаются в корнеплодах и плодах.

— полисахариды – полимеры, которые очень широко распространенны в растительных клетках. К данной группе веществ относят крахмал, инулин, целлюлозу, гемицеллюлозу, пектиновые вещества, каллозу.

Крахмал – основное запасное вещество растительной клетки. Первичный крахмал образуется в хлоропластах. В зеленых частях растения он расщепляется до моно- и дисахаров и по флоэме жилок транспортируется в растущие части растения и органы запаса. В лейкопластах запасающих органов из сахарозы синтезируется вторичный крахмал в форме крахмальных зерен.

Молекула крахмала состоит из амилозы и амилопектина. Линейные цепи амилозы, состоящие из нескольких тысяч остатков глюкозы, способны спирально ветвиться и, таким образом, принимать более компактную форму. У разветвленного полисахприда амилопектина компактность обеспечивается интенсивным ветвлением цепей за счет образования 1,6-гликозидных связей. Амилопектин содержит приблизительно вдвое больше глюкозных остатков, чем амилоза.

С раствором Люголя водная суспензия амилозы дает темно-синюю окраску, суспензия амилопектина – красно-фиолетовую, суспензия крахмала – сине-фиолетовую.

Инулин – полимер фруктозы, запасной углевод семейства астровых. Находится в клетках в растворенном виде. Не дает окрашивания с раствором иода, окрашивается β-нафтолом в красный цвет.

Целлюлоза – полимер глюкозы. В целлюлозе заключено около 50% углерода, находящегося в растении. Данный полисахарид – основной материал клеточной стенки. Молекулы целлюлозы представляют собой длинные цепи, состоящие из остатков глюкозы. Из каждой цепи выступают наружу множество ОН-групп. Эти группы направлены во все стороны и образуют водородные связи с соседними цепями, что обеспечивает жесткое поперечное сшивание всех цепей. Цепи объединены друг с другом, образуя микрофибриллы, а последние объединяются в более крупные структуры – макрофибриллы. Прочность на разрыв при таком строении очень высока. Макрофибриллы, располагаясь слоями, погружены в цементирующий матрикс, состоящий из пектиновых веществ и гемицеллюлоз.

Целлюлоза в воде не растворяется, с раствором иода дает желтое окрашивание.

Пектины состоят из галактозы и галактуроновой кислоты. Пектиновая кислота представляет собой полигалактуроновую кислоту. Входят в состав матрикса клеточной стенки и обеспечивают ее эластичность. Пектины составляют основу срединной пластинки, образующейся между клетками после деления. Образуют гели.

Гемицеллюлозы – высокомолекулярные соединения смешанного состава. Входят в состав матрикса клеточной стенки. В воде не растворяются, гидролизуются в кислой среде.

Каллоза – аморфный полимер глюкозы, встречающийся в разных частях растительного организма. Каллоза образуется в ситовидных трубках флоэмы, а также синтезируется в ответ на повреждение или неблагоприятное воздействие.

Агар-агар – высокомолекулярный полисахарид, содержащийся в морских водорослях. Растворяется в горячей воде, а после охлаждения застывает.

Белки высокомолекулярные соединения, состоящие из аминокислот. Элементный состав – С, О, N, S, P.

Растения способны синтезировать все аминокислоты из более простых веществ. 20 основных аминокислот образуют все разнообразие белков.

К сложным относят фосфопротеины (простетическая группа – фосфорная кислота), ликопротеины (углевод), нуклеопротеины (нуклеиновая кислота), хромопротеины (пигмент), липопротеины (липид), флавопротеины (ФАД), металлопротеины (металл).

Белки играют важную роль в жизнедеятельности растительного организма и в зависимости от выполняемой функции белки подразделяют на структурные белки, ферменты, транспортные белки, сократительные белки, запасные белки.

Липиды – органические вещества нерастворимые в воде и растворимые в органических растворителях (эфире, хлороформе, бензоле). Липиды делят на истинные жиры и липоиды.

Истинные жиры – сложные эфиры жирных кислот и какого-либо спирта. В воде образуют эмульсию, при нагревании со щелочами гидролизуются. Являются запасными веществами, накапливаются в семенах.

Липоиды – жироподобные вещества. К ним относят фосфолипиды (входят в состав мембран), воска (образуют защитный налет на листьях и плодах), стеролы (входят в состав протоплазмы, участвуют в образовании вторичных метаболитов), каротиноиды (красные и желтые пигменты, необходимы для защиты хлорофилла, придают окраску плодам, цветкам), хлорофилл ( основной пигмент фотосинтеза)

Витамины – сложные органические вещества разнообразного химического состава. Обладают высокой физиологической активностью – они необходимы для синтеза белков, жиров, для работы ферментов и др. Витамины подразделяют на жирорастворимые и водорастворимые. К жирорастворимым относят витамины группы А, К, Е, к водорастворимым – витсмин С, витамины группы В.

Фитогормоны – низкомолекулярные вещества с высокой физиологической активностью. Они оказывают регулирующее влияние на процессы роста и развития растений в очень низких концентрациях. Фитогормоны делят на стимуляторы (цитокинины, ауксины, гиббереллины) и ингибиторы (этилен и абсцизины).

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Состав растительных клеток

Элементарный химический состав растительных клеток и тканей имеет сходство с химическим составом тканей и клеток животных, что указывает на общность их происхождения.

Состав растительных клеток

Данные об элементарном химическом составе (в процентах на сырое вещество) приведены ниже.

Из приведенных данных видно, что в состав растительных клеток входят те же элементы, что и в неживые тела, это указывает на общность живой и неживой природы.

Однако в соединениях уже имеются различия. В живых организмах есть большое число соединений, свойственных только им и поэтому называемых органическими. В составе клеток было обнаружено около 60 из 104 элементов периодической системы Менделеева.

В клетках больше всего кислорода, затем углерода и водорода, несколько меньше азота, кальция и фосфора. Сера, калий, хлор, натрий, магний и железо составляют десятые и сотые доли процента, а цинк, медь и другие находятся в еще меньших количествах.

Углерод, водород, кислород, азот и частично фосфор и сера входят в состав органических веществ клетки. Остальные элементы находятся или в виде ионов, или в соединении с органическими веществами.

Белки и другие азотистые соединения

Белки представляют собой соединения, в состав которых входит азот. По своему строению белки очень сложны, они состоят из таких элементов:

Белки представляют собой высокомолекулярные полимеры; цепь полимера состоит из нескольких сот мономеров — остатков аминокислот. Белки имеют очень крупные молекулы и вследствие этого обладают ясно выраженными коллоидными свойствами.

Молекулярный вес различных белков неодинаков и изменяется от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов. Молекула белка состоит из n-го количества аминокислот, которые соединены одна с другой с отнятием воды.

Аминокислота — амфотерное соединение, так как имеет аминогруппу — NН₂ и карбоксильную группу — СООН, поэтому может реагировать и как основание, и как кислота. Группа СООН одной кислоты может соединяться с группой NH₂ другой аминокислоты с выделением воды, что приводит к образованию пептидной связи основной связи в молекуле белка.

Аминокислоты

Все аминокислоты, составляющие белок, являются α-аминокислотами, у которых группа СН₂ расположена рядом с карбоксилом. Например, аланин:

Аминокислоты могут иметь 2 и более аминогрупп (диамино-кислоты), а также 2 карбоксильные группы (дикарбоновые кислоты). В настоящее время открыто свыше 90 различных аминокислот, причем 50 из них — в середине XX столетия. В растительных белках встречается до 20 аминокислот.

Э. Фишер пытался осуществить синтез белковой молекулы, связывая друг с другом аминокислоты, сначала по 2, затем по 3 и т. д. В результате ему удалось соединить 18—19 аминокислот. Полученные соединения Фишер назвал пептидами; в зависимости от количества соединенных аминокислот они назывались дипептидами, трипептидами и полипептидами.

Протеиды и протеины

Белки различаются между собой не только но количеству аминокислот, входящих в состав молекулы белка, но и по их набору и порядку расположения. Белки разделяют на сложные — протеиды и простые — протеины. Протеидами называют соединения белковой молекулы с тем или другим веществом небелкового характера (простетической группой).

При соединении белка с высокомолекулярным углеводом получается глюкопротеид, с фосфорной кислотой — фосфопротеид, с липоидами— липопротеид, с нуклеиновой кислотой — нуклеопротеид. Сложные белки, в состав которых входят какие-либо металлы (Fе, Сu), называют металлопротеидамп. К этой группе относятся белки, обладающие ферментативными свойствами.

При соединении белка с хлорофиллом и гемоглобином получаются хромопротеиды. Сложные белки входят в состав протоплазмы и ядра и называются конституционными. Особенно много нуклеопротеидов в составе протоплазмы и ядра. Простые белки, или протеины, являются запасными питательными веществами; их классифицируют по растворимости:

Все эти белки встречаются у растений.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты — сложные высокомолекулярные полимерные соединения, обладающие высокой физиологической активностью и играющие важнейшую роль в жизнедеятельности организма. При участии нуклеиновых кислот происходит синтез белков, передача наследственных свойств, рост и размножение.

Уже давно было установлено, что нуклеиновые кислоты обычно содержатся в органах и тканях, богатых ядерным веществом и характеризующихся интенсивным синтезом белка. Нуклеиновых кислот много в зародышах семян, в глазках клубней картофеля, пыльце, кончиках корней (в ядрах, пластидах, митохондриях и рибосомах).

В листьях и стеблях растений содержание нуклеиновых кислот невелико и составляет 0,1 — 1 % от сухого веса. В состав нуклеиновых кислот входят нуклеотиды, состоящие из азотистого основания, сахара-пентозы и фосфорной кислоты. Нуклеотиды различаются только по азотистым основаниям. Схема строения нуклеотида. Встречаются 4 типа нуклеотидов — адениновый, гуаннповый, цитозиновый и тиминовый, обычно обозначаемые начальной буквой, т. е. А, Г, Ц, Т-нуклеотиды.

Существует 2 вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), содержащая углевод дезоксирибозу, и рибонуклеиновая кислота (РНК), содержащая рибозу.

Молекула ДНК представляет собой 2 закрученные по спирали полинуклеотидные цепи. Длина цепи составляет свыше 5 мк, тогда как длина цепи белка всего около 0,1 мк. Цепь ДНК — это полимер, состоящий из мономеров нуклеотидов.

Нуклеотиды расположены в определенном порядке, и разные ДНК отличаются порядком их чередования. Молекулярный вес нуклеотида в среднем равен 330, молекулярный вес ДНК—10000000; следовательно, в каждой цепи ДНК содержится около 15 000 нуклеотидов.

Из этих цифр ясно, что существует громадное количество различных ДНК. Обе цепи ДНК по нуклеотидному составу различны, но состав нуклеотидов одной цепи находится в строгом соответствии с составом нуклеотидов другой цепи.

Когда на одной цепи расположен А-нуклеотид, то на другой противоположно расположен Т-нуклеотид, напротив Г-нуклеотида всегда будет Ц-нуклеотид. Следовательно, в одной паре всегда сочетаются А — Т, в другой Г — Ц-нуклеотиды.

Таким образом, если на участке одной цепи ДНК будут Г, Ц, Т, А-нуклеотиды, на другой цепи дополнительными нуклеотидами будут Ц, Г, А, Т; такое взаимное расположение нуклеотидов называется принципом дополнительности. При делении клетки происходит синтез новых молекул ДНК, основанный на удвоении молекул с точным сохранением их строения.

В этом случае спиральная цепь ДНК с одного конца раздваивается, и на каждой цепи из свободных нуклеотидов собирается новая цепь в соответствии с принципом дополнительности, т. е. против А становится Т, против Ц—Г и т. д. В результате такого деления из одной молекулы ДНК получаются 2, имеющие такой же нуклеотидный состав, как и начальная молекула.

Процесс деления молекулы ДНК называется репликацией— удвоением. Он идет с участием особого фермента ДНК — полимеразы. Рибонуклеиновая кислота (РНК) тоже представляет собой полимер, состоящий из одной цепи. Мономерами являются нуклеотиды, 3 из которых тождественны нуклеотидам ДНК (аденин, гуанин, цитозин). Вместо тимина в состав РНК входит урацил (У), близкий по свойствам тимину. Цепь РНК короче цепи ДНК, и ее молекулярный вес меньше.

Углеводы

Углеводы содержатся в каждой клетке растения. Они состоят из трех элементов: углерода, водорода и кислорода. Вследствие того, что оболочки клеток растения состоят из углевода клетчатки и запасные вещества отложены в виде крахмала и подобных ему веществ (например, инулина), на долю углеводов приходится больше половины всего сухого вещества растения.

Углеводы представляют обширную группу, название которой возникло на том основании, что соотношение водорода и кислорода у них такое же, как в воде (С_nН_2nО_n). Углеводы делятся на простые (моносахариды, или монозы) и сложные (полисахариды). При соединении двух молекул моноз получаются дисахариды (2С₆Н₁₂O₆ →С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О), при этом выделяется молекула воды.

Сложные углеводы представляют собой полимеры. Молекула полимера состоит из длинной цепочки, в которой много раз повторена одна и та же простая структура, называемая мономером.

В сложных углеводах мономерами являются простые углеводы. В растениях из простых углеводов наиболее распространены гексозы — глюкоза и фруктоза, содержащие по 6 углеродных атомов. Глюкоза находится в ягодах винограда, яблоках, грушах, фруктоза — во многих плодах и луковицах.

Из простых углеводов пентоз, содержащих 5 углеродных атомов, особенно важны рибоза и дезоксирибоза. Эти сахара в растении не встречаются в свободном состоянии, а входят в состав нуклеиновых кислот, АТФ и других соединений. Моносахариды хорошо растворимы в воде и легко перемещаются по растению; обычно они не являются запасными веществами.

Сахароза и мальтоза

Из дисахаридов в растениях встречаются сахароза и мальтоза. Дисахариды состоят из двух мономеров и называются димерами; так, наиболее распространенная в растениях сахароза состоит из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы.

У некоторых растений запасные питательные вещества представлены сахарозой (сахарная свекла, сахарный тростник, сахарный клен, лук). Особенно много сахарозы:

эти растения используют для получения пищевого сахара. Мальтоза представляет собой продукт распада крахмала и обычно в растениях не накапливается. Из полимеров наиболее распространен в растениях крахмал.

Он не является однородным веществом, а состоит из двух полисахаридов — амилозы и амилопектина. В большинстве случаев в крахмале содержится 15—25% амилозы и 75— 85% амилопектина.

Молекулярный вес амилозы 100 000—600 000; амилопектина около 1000 000.

Крахмал

Крахмал представляет собой полимер, состоящий из многих мономеров глюкозы. От других полимеров крахмал отличается тем, что имеет ветвистую, а не вытянутую цепочку. Крахмал— главное запасное вещество углеводного типа.

Первичный крахмал образуется в хлоропластах в процессе фотосинтеза, вторичный откладывается в запас в клубнях, корневищах и плодах. Он представляет собой слоистые зерна, различные по величине и форме у разных растений. Крахмальные зерна разных растений.

Крахмал не растворяется в холодной воде, а при нагревании образует коллоидный раствор. Клетчатка (целлюлоза) представляет собой вытянутый, в длину полимер, состоящий из глюкозных остатков. Клетчатка в воде не растворима, и ее гидролиз возможен только при воздействии на нее крепкими кислотами.

Она не является запасным веществом и в большинстве случаев не может быть вторично использована. Близким к клетчатке веществом является гемицеллюлоза, состоящая из моносахаридов пентоз. Гемицеллюлоза — запасное питательное вещество, она встречается в эндосперме семян и в утолщенных оболочках клеток.

Липиды

К липидам относятся жиры и жироподобные вещества— липоиды. Они могут находиться в растении в форме запасного жира и могут являться структурным компонентом протоплазмы клеток.

Запасной жир служит энергетическим материалом, а протоплазматические жиры являются составной частью клеток и содержатся в клетках в постоянном количестве.

Липопротеиды (соединение липидов с белками) и липиды принимают участие в строении клеточных мембран, благодаря которым регулируется проницаемость клеток и клеточных структур для различных веществ.

Жиры, выделенные из семян, всегда содержат некоторое количество примесей. Для каждого вида растения состав жирных кислот довольно постоянен, и близкие виды растений имеют сходный состав жира.

Жиры чрезвычайно широко распространены в растениях как запасные питательные вещества: 90% растений имеют маслянистые семена. Жиры как запасные вещества имеют ряд преимуществ перед углеводами. Так, они не растворимы в воде вследствие преобладания в молекуле жира гидрофобных групп (СН₃, СН₂, СН) и поэтому не содержат в себе гигроскопической воды.

Кроме того, жиры содержат очень мало кислорода, и при окислении их освобождается много энергии (при окислении 1 г. жира выделяется 9,3 кал, при окислении 1 г. углеводов — 4 кал). Содержание запасного жира в семенах растений неодинаково:

В растениях также встречаются эфирные масла, обладающие ароматом.

Органические кислоты

В растениях часто встречаются органические кислоты, чаще всего двух- и трехосновные. Кислоты могут быть в растениях как в свободном состоянии, так и в виде солей. Наиболее обычными являются щавелевая (НООС—СООН), яблочная (НООС—СН₂СНОН—СООН) и янтарная (НООС—СН₂—СН₂—СООН) кислоты. Из трехосновных кислот широко распространена лимонная кислота:

СН₂—СООН I НО — С—СООН I СН₂—СООН

Много органических кислот в созревающих плодах. Органические кислоты растворены в клеточном соке, их присутствием и объясняется кислая реакция клеточного сока. Эти кислоты тесно связаны с процессом дыхания, при котором они образуются.

Им принадлежит главная роль в окислительно-восстановительных процессах, из которых складывается дыхание, и в синтезе аминокислот, образующих белки. Следовательно, через органические кислоты осуществляется связь между обменом углеводов и белков.

Источник

Химический состав растительной и животной клеток

Вопрос 1.
В состав клетки входит около 80 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева. Все эти элементы встречаются и в неживой природе, что служит одним из доказательств общности живой и неживой природы. Однако соотношение химических элементов в живых организмах иное, чем в объектах неодушевленной природы. В живом организме большинство элементов находится в виде химических соединений — веществ, растворенных в воде.Только в живых организмах содержатся органические вещества: белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты

Вопрос 2.
Химический состав растительной и животной клеток сходен. Все живые организмы состоят из одних и тех же элементов, неорганических и органических соединений. Но содержание разных элементов в различных клетках отличается. В каждый тип клеток входит неодинаковое количество определенных органических молекул. В растительных клетках преобладают сложные углеводы (клетчатка, крахмал), в животных больше белков и жиров. Каждая из групп органических веществ (белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты) в любом типе клеток выполняет свойственные ей функции (нуклеиновая кислота хранение и передачу наследственной информации, угле- воды — энергетическую и т.

Вопрос 4.
Органические соединения составляют в среднем 10% массы клетки живого организма. К ним относятся биологические полимеры — белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул —

Вопрос 6.
Углеводы играют роль основного источника энергии в клетке. В процессе окисления 1г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии. Крахмал у растений и гликоген у животных, откладываясь в клетках, служит энергетическим резервом. Живые организмы могут запасать углеводы в виде крахмала (у растений) и гликогена (у животных и грибов). В клубнях картофеля крахмал может составлять до 80% массы, а у животных особенно много углеводов в клетках печени и мышцах — до 5%.
Углеводы выполняют и другие функции, например опорную и защитную. Например, целлюлоза образует стенки растительных клеток: сложный полисахарид хитин — главный структурный компонент наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполняет и у грибов. Входят в состав ДНК, РНК и АТФ в виде дезоксирибозы и рибозы.

Вопрос 8.
Самое распространенное неорганическое соединение в живых организмах — вода. Ее содержание и клетках разного типа колеблется в широких пределах: в клетках эмали зубов воды около 10%, а в клетках размножающегося зародыша — более 90%. В теле медузы воды до 98%. Но в среднем в многоклеточном организме вода составляет около 80% массы тела. Её основные функции следующие:
1. Универсальный растворитель.
2. Среда, в которой протекают биохимические реакции.
3. Определяет физиологические свойства клетки (ее упругость, объем).
4. Участвует в химических реакциях.
5. Поддерживает тепловое равновесие клетки и организма в целом благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности.
6. Основное средство для транспорта веществ.

Вопрос 9.
К углеводам относят следующие природные органические соединения: глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, лактозу, рибозу, дезоксирибозу, хитин, крахмал, гликоген и целлюлозу.

Вопрос 10.
Значение нуклеиновых кислот очень велико. Особенности их химического строения обеспечивают возможность хранения, переноса в цитоплазму и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой клетке. Они входят в состав хромосом — особых структур, расположенных в клеточном ядре. Нуклеиновые кислоты находятся также в цитоплазме и ее органоидах.

Вопрос 11.
В земной коре наиболее распространены кремний, алюминий, кислород и натрий (около 90%). В живых организмах около 98% массы составляют четыре элемента: водород, кислород, углерод и азот. Такое различие обусловлено особенностями химических свойств перечисленных элементов, вследствие чего они оказались наиболее подходящими для формирования молекул, выполняющих биологические функции. Водород, кислород, углерод и азот способны образовывать прочные химические связи, благодаря чему получаются самые разнообразные химические соединения. В состав живых организмов входят органические вещества (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты) и неорганические вещества (вода, минеральные соли).

Источник