Какие ионы содержатся в клетке какова их роль

Химические элементы клетки

Клетки сходны не только по строению, но и по химическому составу. Клетки всех живых организмов содержат хотя и неодинаковые, но сходные вещества в близких количествах. Сходство в строении и химическом составе у разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения. В составе клетки обнаруживают более 80 химических элементов, при этом каких-либо специальных элементов, которые характерны только для живых организмов, не обнаружено. Однако только в отношении 27 элементов известно, что они выполняют определенные функции. Остальные 53 элемента, вероятно, попадают в организм с водой, пищей, воздухом и не участвуют в жизнедеятельности.

Элементы, входящие в состав клетки, можно разделить на три группы: макроэлементы , микроэлементы и ультрамикроэлементы .

Содержание некоторых химических элементов в клетке (в % на сухую массу):

Кислород 65-75; Углерод 15-18; Водород 8-10; Магний 0,02-0,03; Натрий 0,02-0,03; Кальций 0,04-2,00; Азот 1,5-3,0; Калий 0,15-0,4; Сера 0,15-0,2; Фосфор 0,20-1,00; Хлор 0,05-0,10; Железо 0,01-0,015; Цинк 0,0003; Медь 0,0002; Йод 0,0001; Фтор 0,0001

Особенности химического состава клетки

Обнаружено, что некоторые организмы — интенсивные накопители определенных элементов. Так, ряд морских водорослей накапливает йод , лютики накапливают литий , ряска — радий , диатомовые водоросли и злаки — кремний , моллюски и ракообразные — медь , позвоночные — железо , некоторые бактерии — марганец и т. д. Элементарный состав организмов и химический состав окружающей среды всегда существенно отличаются. Например, кремния в почве около 33%, а в растениях лишь 0,15%, кислорода в почве около 49%, а в растениях 70% и т.д. Это указывает на избирательную способность организмов использовать только определенные химические элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности клеток.

Химические элементы, которые входят в состав клеток и выполняют биологические функции, называют биогенными .

Все химические элементы участвуют в построении организма в виде ионов либо в составе тех или иных соединений. Например, углерод, водород и кислород входят в состав углеводов и жиров. В составе белков к ним добавляются азот и сера, в составе нуклеиновых кислот — азот и фосфор; железо участвует в построении молекулы гемоглобина; магний находится в составе хлорофилла; медь обнаружена в некоторых окислительных ферментах; йод содержится в составе молекулы тироксина (гормона щитовидной железы); натрий и калий обеспечивают электрический заряд на мембранах нервных клеток и нервных волокон; цинк входит в молекулу гормона поджелудочной железы — инсулина; кобальт находится в составе витамина B12 .

Ионы в клетке и организме

Многие элементы в клетке содержатся в виде ионов. Из катионов важны К+, Na+ , Са2+, Mg2+, а из анионов — Н2Р04- , Сl- и НСО3-. Содержание катионов и анионов в клетке обычно значительно отличается от содержания их в среде обитания клетки. В частности, концентрация К+ внутри клетки очень высокая, a Na+ — низкая. Напротив, в окружающей клетку среде (крови, морской воде) очень мало К+ и довольно высока концентрация Na+. Например, в мышечных клетках содержание К+ в 30 раз выше, чем в крови, и наоборот, содержание Na+ в 10 раз ниже, чем в окружающей среде. Пока клетка жива, эти различия в концентрации К+ и Na+ между клеткой и межклеточной средой стойко удерживаются. От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства цитоплазмы . Буферностью называют способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов (рН). В клетке поддерживается слабощелочная реакция (рН 7,2). Имеющиеся в организме нерастворимые минеральные соли, например фосфат кальция, входят в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков, обеспечивая прочность этих образований.

Биологическое значение анионов

Несмотря на то, что в процессе жизнедеятельности клетки непрерывно образуются кислоты и щелочи, в норме реакция клетки слабощелочная, почти нейтральная (рН=7,2). Это обеспечивается содержащимися в ней анионами слабых кислот, которые связывают или отдают ионы водорода, в результате чего реакция среды клетки практически не изменяется.

Способность клетки поддерживать определенную концентрацию водородных ионов (рН) называют буферностью.

Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами H2РО4–. Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют СО32– и НСО3–. Отчасти буферность обеспечивается и катионами, образующими слаборастворимые основания – они связывают гидроксил-ионы (ОН–) при их избытке.

[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]

:Живой организм подчиняется физико-химическому закону электронейтральности: суммы положительных зарядов катионов и отрицательных зарядов анионов должны быть равны. Для соблюдения этого закона в организме не хватает некоторого количества неорганических анионов. Недостаток отрицательных зарядов компенсируют анионы органических кислот и белков. Неорганические ионы в клетке выполняют многочисленные биологические функции. В данном разделе мы ограничимся перечислением их основных функций; в последующих разделах будут приведены конкретные примеры. Биологические функции катионов: * Транспортная — участвуют в переносе электронов и молекул простых веществ. * Структурообразующая — обусловлена комплексообразующими свойствами металлов, катионы которых участвуют в образовании функционально активных структур макромолекул и надмолекулярных комплексов. * Регуляторная — являются регуляторами (активаторами или ингибиторами) активности ферментов. * Осмотическая — регулируют осмотическое и гидроосмотическое давление. * Биоэлектрическая — связана с возникновением разности потенциалов на клеточных мембранах. Биологические функции анионов: * Энергетическая — участвуют в образовании главного носителя энергии в организме человека — молекулы АТФ — из АДФ и неорганических фосфатных анионов. * Опорная — анион фосфора и катион кальция входят в состав гидроксилапатита и фосфата кальция костей, определяющих их механическую прочность. * Синтетическая — используются для синтеза биологически активных соединений (I- участвует в синтезе гормонов щитовидной железы).

Роль анионов кальция и калия огромна. Они участвуют в создании потенциала действия. Это имеет значение для проведения импульса по мембранам нервных клеток.

Роль анионов и ионов кальция в развитии потенциала действия

Речь идет о двух типах ионов: отрицательно заряженные анионы и ионы кальция.

Непроникающие через мембрану отрицательно заряженные ионы (анионы) внутри аксона. Внутри аксона много отрицательно заряженных ионов, которые не могут проходить через мембранные каналы: анионы белковых молекул и многих органических фосфатных, а также сульфатных соединений и др. Поскольку эти ионы не могут покинуть аксон, любой недостаток положительных ионов внутри клетки приводит к избытку непроникающих через мембрану отрицательных ионов. Следовательно, анионы ответственны за отрицательный заряд внутри волокна при наличии общего дефицита положительно заряженных ионов калия и других положительных ионов.

далее читать по ссылке:

Роль анионов и ионов кальция в развитии потенциала действия