Неорганические вещества. Вода – самое распространенное вещество в живых существах. В многоклеточных организмах вода составляет до 80 % массы. У человека содержание воды в различных органах колеблется от 10 % (в клетках эмали зубов) до 85 % (в клетках головного мозга). Вода в клетках присутствует в двух формах: свободной (95 % всей воды в клетках) и связанной (от 4 % до 5 % связана с белками).

Молекула воды полярна (диполь). Центры ее положительного (у атомов водорода) и отрицательного (у кислорода) зарядов разнесены. Атом кислорода молекулы воды притягивается к атому водорода другой молекулы с образованием так называемой водородной связи (рисунок 1).

Рисунок 1 – Образование водородной связи между молекулами воды

Значительное сцепление молекул воды между собой и с молекулами других веществ позволяет воде легко перемещаться вверх по сосудам растений и переносить питательные вещества.

Соли. Большая часть неорганических веществ находится в клетке в виде солей. Они образованы катионами К^>+, Na^>+, Mg^>2+, Са^>2+ и анионами соляной, серной, фосфорной и угольной кислот. Катионы К^>+, Na^>+, Са^>2+ обеспечивают раздражимость клетки. Различное их количество на внешней и внутренней стороне мембраны создает разность потенциалов, позволяющую передавать возбуждение по нерву и мышце. Содержание К^>+ в мышечных клетках в 30 раз выше, чем в крови; Na^>+ участвует в транспорте глюкозы, других сахаров, аминокислот; Ca^>2+ и Mg^>2+ активируют ряд ферментов. Анионы угольной и фосфорной кислот обусловливают буферность клетки – свойство поддерживать необходимую для нормальной жизнедеятельности слабощелочную среду. Некоторые нерастворимые в воде соли входят в состав организмов в твердом виде. Прочность костной ткани придает содержащийся в ее межклеточном веществе фосфат кальция, а крепкие раковины моллюсков состоят из карбоната кальция.

Органические вещества. Углеводы – органические соединения с общей химической формулой Сn(H_>2О)m. Содержание углеводов в животных клетках составляет от 1 % до 5 %, а в клетках растений достигает 70 %.

Углеводы подразделяют на моносахариды (простые сахара), дисахариды или олигосахариды (состоят из 2-10 молекул простых сахаров) и полисахариды (сложные сахара).

Липиды – разнообразные по строению жироподобные вещества, почти нерастворимые в воде (гидрофобные), но хорошо растворимые в неполярных растворителях (хлороформе, метаноле). Наиболее распространенные липиды: воски, нейтральные жиры, фосфолипиды и стероиды.

Белки – высокомолекулярные полимерные органические вещества, определяющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом. Структурной единицей, мономером их биополимерной молекулы является аминокислота. Все организмы для синтеза белков используют 20 одних и тех же аминокислот, 8 из них не могут синтезироваться организмом человека и должны поступать с пищей – их называют незаменимыми.

Выделяют четыре уровня организации белковых молекул: первичный, вторичный, третичный и четвертичный (рисунок 2).

Ферменты – органические вещества белковой природы, которые синтезируются в клетках и во много раз ускоряют протекающие в них реакции, не подвергаясь при этом химическим превращениям.

Все ферменты помимо белка содержат небелковые компоненты. Белковая часть называется апоферментом, а небелковая – кофактор (если это простое неорганическое вещество, например Zn^>2+) или кофермент (коэнзим) (если это органическое соединение).

Нуклеиновые кислоты. Мононуклеотиды. Мононуклеотид состоит из одного пуринового (аденин – А, гуанин – Г) или пиримидинового (цитозин – Ц, тимин – Т, урацил – У) азотистого основания, сахара – пентозы и 1-3 остатков фосфорной кислоты.