Химический состав клетки: полное руководство для подготовки к ЕГЭ
Тема «Химический состав клетки» — одна из ключевых в кодификаторе ФИПИ для ЕГЭ по биологии. Она охватывает знание неорганических и органических соединений, их строение и функции. Без понимания этой темы невозможно разобраться в метаболизме, наследственности и других разделах.
В этой статье мы последовательно разберём каждый подраздел: неорганические вещества, углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и АТФ. К каждому блоку приведены реальные примеры заданий ЕГЭ с полным решением. Также в конце вы найдёте ответы на частые вопросы школьников.
Для закрепления материала вы можете использовать AI-репетитора «Наставник», который адаптирует объяснение под ваш уровень и поможет разобрать сложные задачи.
Без карты, без кредитки. Выбери персонажа — учи голосом, побеждай в баттлах.
Неорганические вещества: вода и минеральные соли
Вода составляет 60–90% массы клетки и выполняет множество функций: транспортную, терморегуляционную, среду для химических реакций. Особое внимание в ЕГЭ уделяется свойствам воды как полярного растворителя и её роли в гидролизе.
Минеральные соли находятся в виде ионов (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3- и др.) и нерастворимых соединений. Важно знать буферные свойства клетки (например, фосфатная и бикарбонатная буферные системы) и значение ионов для работы ферментов и проведения нервного импульса.
Пример задания: Какие ионы обеспечивают буферность цитоплазмы? Ответ: HPO42- и H2PO4- (фосфатная система) или HCO3- и H2CO3 (бикарбонатная).
Задание 27 (из демоверсии): Вода составляет 80% массы клетки. Какое значение имеет такое высокое содержание воды для протекания биохимических реакций? Приведите два объяснения.
1. Вода является универсальным растворителем, поэтому в ней растворены многие вещества, что обеспечивает их взаимодействие.
2. Вода участвует в реакциях гидролиза, расщепляя сложные молекулы на мономеры.
Углеводы: моно-, ди- и полисахариды
Углеводы делятся на моносахариды (глюкоза, фруктоза, рибоза), дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) и полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин). Основные функции: энергетическая, структурная, запасающая.
В ЕГЭ часто спрашивают, какой полисахарид характерен для животных, а какой для растений. Также важно различать α- и β-глюкозу: крахмал и гликоген образованы α-глюкозой, а целлюлоза — β-глюкозой.
Пример задания: Почему человек не переваривает целлюлозу, хотя потребляет её с растительной пищей? Ответ: из-за отсутствия фермента, расщепляющего β-гликозидные связи.
Задание 26: Какие углеводы входят в состав нуклеиновых кислот? Укажите их роль.
В состав ДНК входит дезоксирибоза, в состав РНК — рибоза. Они являются моносахаридами и входят в структуру нуклеотидов, обеспечивая связь между фосфатной группой и азотистым основанием.
Липиды: строение и функции
Липиды — гидрофобные соединения: жиры, фосфолипиды, стероиды, воски. Основные функции: энергетическая (1 г жира ≈ 38 кДж), структурная (фосфолипиды мембран), регуляторная (стероидные гормоны), теплоизоляционная.
В ЕГЭ важно знать, что липиды не являются полимерами, а также различать насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Пример: ненасыщенные жирные кислоты имеют двойные связи, что придаёт им текучесть при низких температурах.
Задача: Какие липиды входят в состав клеточных мембран? Ответ: фосфолипиды, гликолипиды, холестерин.
Задание 25: Объясните, почему в мембранах клеток, обитающих в холодных водах, содержится больше ненасыщенных жирных кислот.
Ненасыщенные жирные кислоты содержат двойные связи, которые препятствуют плотной упаковке молекул липидов. Это сохраняет текучесть мембраны при низких температурах, обеспечивая транспорт веществ и работу белков.
Белки: структура и функции
Белки — полимеры из аминокислот, соединённых пептидными связями. Различают 4 уровня структуры: первичная (последовательность аминокислот), вторичная (α-спираль, β-складчатый слой), третичная (глобула), четвертичная (олигомер). Функции: ферментативная, структурная, транспортная, защитная, сигнальная, двигательная.
В ЕГЭ особое внимание уделяется денатурации и ренатурации, а также связи строения с функцией. Часто встречаются задачи на определение количества пептидных связей или молекулярной массы белка.
Пример: В молекуле белка 120 аминокислот. Сколько пептидных связей? Ответ: 119 (на 1 меньше числа аминокислот).
Задание 28: Фрагмент молекулы белка содержит 30 аминокислот. Сколько нуклеотидов входит в состав участка гена, кодирующего этот фрагмент? Учтите, что генетический код триплетен.
Каждую аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов (кодон). Следовательно, для 30 аминокислот требуется 30 × 3 = 90 нуклеотидов. Однако в состав гена входят также интроны (у эукариот), но в задаче обычно рассматривают только кодирующую область. Ответ: 90 нуклеотидов.
Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК
ДНК и РНК — полинуклеотиды. ДНК содержит дезоксирибозу, тимин, две цепи; РНК — рибозу, урацил, одну цепь (кроме некоторых вирусов). Функции: хранение и передача наследственной информации (ДНК), участие в синтезе белка (иРНК, тРНК, рРНК).
В ЕГЭ важно знать правило Чаргаффа (А=Т, Г=Ц) и уметь рассчитывать процентное содержание нуклеотидов. Также часто спрашивают о видах РНК и их функциях.
Пример: В молекуле ДНК количество гуанина составляет 20% от общего числа нуклеотидов. Сколько процентов приходится на аденин? Решение: по правилу Чаргаффа Г=Ц=20%, значит на А+Т остаётся 60%, а так как А=Т, то А=30%.
Задание 27: Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность: АТГЦЦГА. Постройте комплементарную цепь и определите, сколько водородных связей образуется между цепями.
Комплементарная цепь: ТАЦГГЦТ. Между А и Т — 2 связи, между Г и Ц — 3 связи. Всего пар: А-Т: 3 (2×3=6 связей), Г-Ц: 4 (3×4=12 связей). Итого: 18 водородных связей.
АТФ и её роль в обмене веществ
АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) — универсальный аккумулятор энергии. Состоит из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. При гидролизе АТФ до АДФ и фосфата выделяется около 40 кДж/моль энергии, которая используется в реакциях синтеза, мышечного сокращения, активного транспорта.
В ЕГЭ важно понимать, что АТФ синтезируется в митохондриях (окислительное фосфорилирование) и хлоропластах (фотофосфорилирование). Также спрашивают, сколько АТФ образуется при полном окислении глюкозы (36–38 молекул).
Пример: Почему АТФ называют макроэргическим соединением? Ответ: из-за наличия макроэргических связей между фосфатными группами, при разрыве которых выделяется много энергии.
Задание 26: В процессе гликолиза образовалось 4 молекулы АТФ. Сколько молекул глюкозы подверглось расщеплению?
При гликолизе из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ (чистый выход). Если образовалось 4 АТФ, то расщепилось 2 молекулы глюкозы. Ответ: 2.
Частые вопросы
Без карты, без кредитки. Выбери персонажа — учи голосом, побеждай в баттлах.