Хімічний склад клітини – це сукупність хімічних елементів і хімічних речовин, що містяться у клітині й забезпечують її життєдіяльність. Вивчають його на двох рівнях: елементному (біоелементи) і молекулярному (неорганічні та органічні молекули). Цю тему розбирають на курсі біології KEVIN.
🔑 Головні правила
\(C_n(H_2O)_m\). Позначення: \(n\) означає кількість атомів Карбону, \(m\) означає кількість молекул води у формальному записі, а сама назва «вуглеводи» походить від слів «вуглець» і «вода».
Карбон (\(C\)), Оксиген (\(O\)), Гідроген (\(H\)), Нітроген (\(N\)). У клітинах організму людини їхній сумарний вміст становить понад 90 %.
\(CO_2\), \(H_2O\), \(NH_3\).
\(CO_2\) і \(H_2O\).
близько \(23{,}5\ \%\), з них білків близько \(15\ \%\), ліпідів близько \(4{,}5\ \%\), вуглеводів близько \(2{,}5\ \%\), нуклеїнових кислот близько \(1{,}5\ \%\).
близько \(76{,}5\ \%\), з них води близько \(75\ \%\), мінеральних солей і кислот близько \(1{,}5\ \%\).
близько \(30\ \%\).
у рослинних близько \(80\ \%\), у тваринних близько \(2\ \%\).
понад \(\dfrac{2}{3}\) енергетичних потреб організму задовольняється саме за рахунок вуглеводів.
\(A = T\), \(G = C\), звідси \(A + T + G + C = 100\ \%\).
🗺 Оберіть підтему для детального розбору
Кожна підтема — окрема сторінка з реальними завданнями НМТ, покроковим методом та шпаргалкою.
📆 План підготовки — План підготовки, 3 тижні від нуля
Розберіть поділ біоелементів на органогени, макро- і мікроелементи, вивчіть конкретні приклади: Йод у гормонах щитоподібної залози, Цинк в інсуліні, Кальцій у зсіданні крові, Натрій і Калій у транспортуванні речовин. Далі вода: розчинник, тургор, гідрофільні й гідрофобні сполуки. У кінці тижня прорішайте тестові завдання саме на елементи, бо їх упізнають за описом функції.
Загальна формула \(C_n(H_2O)_m\), поділ на моно-, оліго- і полісахариди, конкретні представники з програми: рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, крохмаль, целюлоза, хітин, глікоген. Потім ліпіди: жири, воски, стероїди, фосфоліпіди та їхні функції. Тут же запамʼятайте цифри вмісту: у рослинних клітинах вуглеводів близько \(80\ \%\), у тваринних близько \(2\ \%\).
Найважчий тиждень, тому й останній. Амінокислоти як мономери, чотири рівні структури білка, денатурація і ренатурація, ферменти. Далі будова нуклеотида, ДНК і РНК, принцип комплементарності, типи РНК і роль АТФ в енергозабезпеченні. Завершіть тиждень задачами на комплементарність, бо це найтиповіший обчислювальний формат теми.
Як розв'язувати завдання теми — загальний метод
-
1 Упізнати елемент або речовину за описом функції
Читаєте опис і шукаєте в ньому слово-маркер: «нерозчинні солі», «кістки», «скорочення мʼязів» вказують на Кальцій; «гормони щитоподібної залози» на Йод; «інсулін» на Цинк. Спочатку відкидайте явно чужі варіанти, а потім із двох схожих обирайте той, у якого збігаються ВСІ рядки опису, а не один.
-
2 Класифікувати сполуку
Питання «органічна чи неорганічна», «моно-, оліго- чи полісахарид», «макро- чи мікроелемент» вирішується формальною ознакою. Є карбоновий скелет – органічна. Не гідролізується – моносахарид. Головне не плутати рівень поділу: органоген це теж елемент, просто окрема група за вмістом.
-
3 Порахувати за комплементарністю
Пишете рівності \(A = T\) і \(G = C\), додаєте, що сума всіх чотирьох дає \(100\ \%\), і далі це проста арифметика. Якщо в завданні питають про дезоксирибозу або фосфатні залишки, згадуйте будову нуклеотида: на кожен нуклеотид припадає одна молекула цукру.
З бактерії виділили молекулу ДНК і визначили її нуклеотидний склад. Встановлено, що у молекулі 10 % аденілових нуклеотидів. Визначте частку (у %) цитидилових у цій молекулі ДНК.
А) 10 % · Б) 20 % · В) 40 % · Г) 80 %
В. За принципом комплементарності \(A = T\), тому аденілових \(10\ \%\) і тимідилових теж \(10\ \%\), разом \(20\ \%\). На гуанілові й цитидилові разом лишається \(100 - 20 = 80\ \%\). Оскільки \(G = C\), кожного з них по \(\dfrac{80}{2} = 40\ \%\). Варіант Г приваблює тим, що \(80\ \%\) справді фігурує в розвʼязку, але це сума двох нуклеотидів, а не частка одного. Варіант А спокушає тих, хто вирішив, що цитозин парується з аденіном.
Ділянка молекули ДНК містить 100 аденілових нуклеотидів та 50 цитидилових (цитозинових) нуклеотидів. Обчисліть, скільки молекул дезоксирибози входить до складу цього фрагмента ДНК.
А) 100 · Б) 150 · В) 200 · Г) 300
Г. Спершу добудовуємо другий ланцюг: якщо аденілових \(100\), то тимідилових теж \(100\); якщо цитидилових \(50\), то гуанілових теж \(50\). Усього нуклеотидів \(100 + 100 + 50 + 50 = 300\). У кожному нуклеотиді ДНК рівно одна молекула дезоксирибози, отже й молекул цукру \(300\). Варіант Б - це пастка для тих, хто просто додав числа з умови (\(100 + 50\)) і забув про комплементарний ланцюг.
Живе характеризують фундаментальними властивостями, які проявляються на кожному рівні його організації. Прикладом такої властивості на молекулярному рівні може бути вплив кількості продукту реакції на активність ферменту, а на клітинному – підтримання завдяки функціонуванню плазматичної мембрани певної концентрації йонів у клітині. Йдеться про здатність до…
А) саморегуляції · Б) самооновлення · В) розмноження · Г) самовідтворення
А. В обох прикладах система сама втримує потрібний стан: продукт реакції гальмує фермент, мембрана тримає концентрацію йонів. Це і є саморегуляція. Варіанти В і Г відпадають одразу, бо ні фермент, ні мембрана нічого не відтворюють. Варіант Б виглядає логічно тому, що слово «оновлення» асоціюється з обміном речовин, але тут нічого не замінюється на нове, тут утримується стала величина.
Прочитайте уривок із роману «Подорож ученого доктора Леонардо» українського письменника Майка Йогансена: «…Явори й дуби зійшли до темної ріки й закрили її гіллям своїх рук… Вовки сплять у своїх лігвах далеко від ріки і вночі прийдуть пити воду. Людей нема, але дикі кози теж зайшли в саму глиб лісу…» Укажіть рівень організації біологічної системи, складники якої описано в уривку.
А) організмовий · Б) екосистемний · В) молекулярний · Г) клітинний
Б. В уривку є одразу кілька різних видів (дуби, явори, осокори, вовки, кози) плюс середовище: ріка, ліс, хмара. Різні види разом із середовищем - це екосистема. Варіант А приваблює тим, що кожен вовк і кожна коза справді є організмом, але описано не один організм, а їхню спільноту.
⚠️ Типові помилки по темі
Неправильно. Органогени це така сама група біоелементів за кількісним вмістом, як макро- і мікроелементи. Карбон, Оксиген, Гідроген і Нітроген просто мають найбільший відсотковий вміст, тому їх виділили окремо.
Неправильно. У клітинах людини вміст неорганічних речовин близько 76,5 %, з них самої лише води близько 75 %. На всі органічні сполуки разом припадає близько 23,5 %.
Неправильно. У рослинних клітинах вуглеводів близько 80 %, а у тваринних лише близько 2 %. Різниця в сорок разів, і на тесті це прямо перевіряють.
Неправильно. Кількість і значення це різні речі: мікроелементи входять до складу гормонів і ферментів, тобто здійснюють регуляторну функцію. Йод у гормонах щитоподібної залози й Цинк в інсуліні впливають на весь організм, хоча за масою їх мізерно мало.
Неправильно. Аденін парується з тиміном, а гуанін із цитозином: (A = T), (G = C). Саме на цій підміні будують дистрактори в задачах на нуклеотидний склад ДНК.
Неправильно. Якщо в умові молекула ДНК, а не окремий ланцюг, ви завжди добудовуєте другий ланцюг за комплементарністю. Саме через пропуск цього кроку в завданні про дезоксирибозу зʼявляється хибна відповідь 150 замість 300.
Що таке біоелементи і як їх класифікують
Біоелементи – це хімічні елементи, що беруть участь у життєдіяльності клітини. Ці самі елементи є й у неживій природі, але у клітинах вони мають відносно стале співвідношення. За кількісним вмістом їх поділяють на три групи: органогени, макроелементи і мікроелементи.
Органогени – це Карбон, Оксиген, Гідроген і Нітроген. На них припадає найбільший відсотковий вміст. Вони відрізняються від інших елементів малими розмірами і незначною відносною атомною масою, і саме це зумовлює їхню участь у побудові багатьох сполук живого, тобто структурну функцію. Карбон входить до складу всіх органічних сполук, Нітроген є складником амінокислот, білків, нуклеїнових кислот, вітамінів.
Макроелементи – це Калій, Кальцій, Натрій, Магній, Ферум (метали) і Фосфор, Хлор, Сульфур (неметали). Крім структурної, вони здійснюють ще й регуляторну функцію: Кальцій забезпечує зсідання крові, а Натрій і Калій регулюють транспортування речовин у клітину і з клітини.
Мікроелементи – це Цинк, Йод, Флуор, Купрум, Манган, Кобальт та інші. Вони входять до складу біологічно активних речовин, зокрема гормонів і ферментів, і виконують регуляторну функцію. Йод входить до складу гормонів щитоподібної залози, Цинк – до складу інсуліну.
Коментар викладачки. Калій і Кальцій плутають постійно, бо назви схожі. Розводьте їх так: Калій в організмі є переважно у вигляді йона \(K^+\), він працює в натрій-калієвому насосі й повʼязаний із роботою серця. Кальцій буває або йоном \(Ca^{2+}\), або у складі нерозчинних структур: кістки, черепашки. Побачили в описі «нерозчинна сіль» чи «опорна функція» – це Кальцій.
Чим неорганічні речовини клітини відрізняються від органічних
Молекулярний склад живого поділяють на дві великі групи: неорганічні молекули (оксиди, кислоти, основи, мінеральні солі) і органічні молекули (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти). З неорганічних речовин у клітині найбільший вміст припадає на воду й мінеральні солі.
Вода – це універсальний розчинник і середовище для перебігу багатьох біохімічних процесів. Вона забезпечує пружність (тургор) клітин, тому наявність води є обовʼязковою умовою функціонування клітини. Детальніше про це в підтемі Вода й неорганічні речовини.
Органічні молекули живого, або біомолекули, – це речовини, що мають скелети з ковалентно звʼязаних атомів Карбону і синтезуються клітинами організмів. Основна причина їхньої різноманітності саме у властивостях Карбону: його атоми здатні сполучатися між собою з утворенням карбонових скелетів. Карбоновий каркас рухливий, тому ланцюги можуть вигинатися, скручуватися, бути відкритими (лінійна форма) або замикатися в кільця (циклічна форма).
Біомолекулам властиві міцні ковалентні звʼязки (наприклад, дисульфідний, пептидний) і слабкі нековалентні (наприклад, водневий, йонний). Ковалентні звʼязки зумовлюють тривале існування молекул, а нековалентні визначають структуру і взаємодію молекул між собою. Через енергію своїх звʼязків біомолекули мають високу енергоємкість і здатність до окиснення з виділенням великої кількості теплоти.
Як повʼязані хімічний склад клітини і молекулярний рівень життя
Молекулярний рівень життя – це рівень організації, існування й властивості якого визначаються хімічними елементами й молекулами та їхньою участю в процесах перетворення енергії, речовин та інформації. Тобто хімічний склад клітини – це і є структурний бік молекулярного рівня, а перетворення енергії, речовин та інформації – його функціональний бік.
Для підтримання упорядкованості хімічного складу в мінливих умовах клітині потрібне безперервне надходження енергії ззовні. Джерело цієї енергії – світло для клітин автотрофів або хімічна енергія органічних сполук для клітин гетеротрофів. Перший закон термодинаміки вказує, що енергія не може бути ні створена, ні знищена: вона лише переходить з однієї форми в іншу. У рослинних клітинах світлова енергія перетворюється на хімічну енергію звʼязків глюкози, у клітинах тварин хімічна енергія вуглеводів перетворюється на механічну енергію руху, а частка енергії втрачається у вигляді теплоти.
На НМТ це виходить у завданнях на рівні організації живого і на фундаментальні властивості живого. Далі ця логіка продовжується в темах Будова клітини і Обмін речовин.
Коментар викладачки. На молекулярному рівні є одна пастка, яку люблять на НМТ: віруси. Вірус – це по суті нуклеїнова кислота в білковій оболонці, тобто щось значно простіше за клітину. Тому віруси розглядають окремо від клітинних форм життя.
❓ Часті запитання про тему
Скільки хімічних елементів виявлено в клітинах людини?
Понад 60 хімічних елементів. Серед них переважають Карбон, Гідроген, Оксиген і Нітроген, чий сумарний вміст становить понад 90 %.
Чим органогени відрізняються від макроелементів?
Вмістом і набором функцій. Органогени (Карбон, Оксиген, Гідроген, Нітроген) мають найбільший відсотковий вміст і виконують передусім структурну функцію. Макроелементи (Калій, Кальцій, Натрій, Магній, Ферум, Фосфор, Хлор, Сульфур) крім структурної здійснюють ще й регуляторну.
Чому саме Карбон є основою органічних молекул?
Через здатність його атомів сполучатися між собою з утворенням карбонових скелетів. Карбоновий каркас рухливий, тому ланцюги можуть вигинатися, скручуватися, бути лінійними або замикатися в кільця. Саме це дає величезну різноманітність біомолекул.
Яка загальна формула вуглеводів?
\(C_n(H_2O)_m\), звідки й пішла назва «вуглеводи», тобто вуглець і вода. Деякі вуглеводи можуть додатково містити Нітроген (хітин), Сульфур (пектини) або Фосфор.
Скільки енергії організм отримує з вуглеводів?
Понад \(\dfrac{2}{3}\) енергетичних потреб організму задовольняється саме за рахунок вуглеводів. Продуктами повного розщеплення вуглеводів є \(CO_2\) і \(H_2O\).
З чого починати підготовку до цієї теми?
З класифікації біоелементів, бо на ній тримається все інше. Далі йдіть за підтемами в порядку від неорганіки до нуклеїнових кислот: вода, вуглеводи, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти й АТФ.
🔗 Схожі теми: з Біології
Готуєтесь до НМТ з Біології? Запишіться на безкоштовну онлайн-діагностику з викладачем KEVIN — визначимо ваш рівень і складемо план підготовки.
Отримати план підготовкиАбо зателефонуйте: +38 (073) 304 64 49