САМОСТІЙНА РОБОТА
Неорганічні речовини живих організмів. Елементарний склад
ЗМІСТ
1. Елементарний хімічний склад живих організмів
2. Вода. Її властивості та функції у клітині
3. Солі
Висновки
1. Елементарний
хімічний склад живих організмів
Живі організми містять майже всі відомі у природі хімічні
елементи. Одні з них виявлено як обов’язкові в усіх без винятку організмах,
інші – властиві тільки окремим видам і тому трапляються рідко.
У живих організмах у найбільшій кількості присутні чотири
хімічні елементи: кисень, вуглець, водень та азот. Це так звані органогенні
елементи, на їхню частку припадає майже 98% хімічного вмісту клітини. Наступну
групу складають мікроелементи – фосфор, калій, сірка, хлор, кальцій, магній,
натрій, залізо, сумарна частка яких становить до 1,9%. Інші хімічні елементи
понад (50)належать до мікроелементів (йод, кобальт, марганець, мідь, молібден,
цинк тощо). Вміст кожного з них у клітині порядку 10-3 – 10-12%.
Ще менше в клітині ультрамікроелементів (свинцю, брому, срібла, золота тощо).
Усі хімічні елементи, що містяться в клітині, входять до
складу органічних і неорганічних сполук або перебувають у вигляді іонів. У
таблиці 1 наведено вміст основних хімічних елементів та роль, яку вони
відіграють у клітинах.
Таблиця 1
Елемент і його символ
|
Вміст у клітині, %
|
Значення
|
Кисень (О)
|
62-75
|
Входить до складу
води та біомолекул
|
Карбон (С)
|
15-18
|
Входить до складу
органічних сполук, кісток, черепашок
|
Гідроген (Н)
|
8-10
|
Входить до складу
органічних сполук і молекул води.
|
Нітроген (N)
|
1,5-3
|
Структурний
компонент білків, нуклеїнових кислот, АТФ та деяких інших біомолекул.
|
Фосфор (Р)
|
0,2-1,0
|
Входить до скаду
кісток, білків, нуклеїнових кислот, АТФ та ін.
|
Калій (К)
|
0,15-0,4
|
Забезпечує
транспорт речовин через клітинні мімбрани; впливає на діяльність серця
людини.
|
Сульфур(S)
|
0,15-0,2
|
Входить до складу
білків та інших біомолекул.
|
Хлор (Cl)
|
0,05-0,1
|
Входить до складу
хлорідної кислоти, яка є складовою частиною шлункового соку.
|
Кальцій (Са)
|
0,04-2,0
|
Входить до складу
кісток і черепашок, бере участь у регуляції метаболічних процесів; скорочень
м'язів, діяльності серця людини.
|
Магній (Mg)
|
0,02-0,03
|
Активізує
діяльність ферментів, енергетичний обмін і синтез ДНК.
|
Натрій (Na)
|
0,02-0,03
|
Забезпечує
транспорт речовин через клітинні мембрани
|
Ферум (Fe)
|
0,01-0,015
|
Входить до складу
багатьох біомолекул, у тому числі гемоглобіну.
|
Цинк (Zn)
|
0,0003
|
Входить в склад
деяких гормоні та ферментів, сприяє розщепленню вугільної кислоти.
|
Йод (I)
|
0,0001
|
Входить до складу
гормонів щитовидної залози.
|
Фтор (F)
|
0,0001
|
Входить до складу
емалі зубів.
|
Якщо хімічний склад живих організмів відносно подібний,
то у компонентах неживої природи він різний. Наприклад, у водній оболонці Землі
(гідросфері) переважають кисень і водень, у газоподібній (атмосфері) – кисень й
азот, у твердій (літосфері) – кремній, алюміній, кисень тощо.
2.
Вода. Її властивості та функції у клітині
Серед неорганічних сполук живих організмів особлива роль
належить воді. Вода є основним середовищем, у якому відбуваються процеси обміну
речовин та перетворення енергії. Вміст води в більшості живих організмів
становить 60-70%, а в деяких (наприклад, у медуз) до 98%. Вода утворює основу
внутрішнього середовища живих організмів (крові, лімфи, міжклітинної рідини).
Вода має унікальні хімічні та фізичні властивості.
Порівняно з іншими рідинами в неї відносно висока температура кипіння і
випаровування. Молекула води (Н20) складається з двох атомів
Гідрогену, які пов'язані міцним ковалентним зв'язком з атомом Оксигену.
Молекула води електронейтральна, бо на її різних полюсах розташовані позитивний
та негативний електричні заряди. Це визначає і таку властивість молекули води,
як полярність. Саме завдяки полярності сусідні молекули води можуть
притягуватись одна до одної: сили електричної взаємодії виникають між
негативним зарядом на атомі Оксигену однієї молекули та позитивним зарядом на
атомі Гідрогену іншої. Такий тип зв'язку називають водневим. Він у 15-20 разів
слабший за ковалентний
Мал. 2. Просторова структура молекули
води (1) та утворення водневого зв'язку (2)
Коли вода перебуває в рідкому стані, її молекули
безперервно рухаються і водневі зв'язки постійно то розриваються, то виникають
знову.
Вода визначає фізичні властивості клітин - об'єм і
внутрішньоклітинний тиск (тургор). Порівняно з іншими рідинами в неї відносно
високі температури кипіння та плавлення, що зумовлено водневими зв'язками між
молекулами води.
Вода - значно кращий розчинник, ніж більшість інших
відомих рідин. Тому всі речовини поділяють на такі, що добре розчиняються у
воді (гідрофільні) та нерозчинні (гідрофобні).
До гідрофільних сполук належить багато кристалічних
солей, наприклад кухонна сіль (]аСІ), глюкоза, фруктоза, тростинний цукор тощо.
Гідрофільні сполуки містять полярні (частково заряджені) групи, здатні
взаємодіяти з молекулами води або іонізуватися (утворювати заряджені йони з
нейтральних частин своєї молекули). Це, наприклад, амінокислоти, які містять
карбоксильні (-СООН) та амінні (-]]Н2) групи.
Гідрофобні речовини (майже всі ліпіди, деякі білки)
містять неполярні групи, які не взаємодіють з молекулами води. Вони
розчиняються переважно в неполярних органічних розчинниках (хлороформ, бензол).
Існують й амфіфільні речовини, наприклад фосфоліпіди
(сполуки ліпідів із залишками ортофосфатної кислоти), ліпопротеїди (сполуки
ліпідів з білками), багато білків. Одна частина молекули цих сполук виявляє
гідрофільні властивості, інша - гідрофобні.
Коли певна сполука переходить у розчин, її молекули
набувають здатності до руху і їхня реакційна здатність зростає. Саме тому
більша частина біохімічних реакцій відбувається у водних розчинах.
Вода як універсальний розчинник відіграє важливу роль в
обміні речовин. Проникнення речовин у клітину та виведення з неї продуктів
життєдіяльності можливе здебільшого лише в розчиненому стані.
Вода як універсальний розчинник відіграє надзвичайно
важливу роль у транспорті різних сполук у живих організмах. Розчини органічних
і неорганічних речовин рослини транспортують по провідних тканинах або
міжклітинниках. У тварин таку функцію виконують кров, лімфа, тканинна рідина
тощо.
Вода бере участь у складних біохімічних перетвореннях.
Наприклад, за участі води відбуваються реакції гідролізу - розщеплення
органічних сполук з приєднанням до місць розривів йонів Н+ та ОН- .
З водою пов'язана здатність організмів регулювати свій
тепловий режим. Їй властива висока теплоємність, яка зумовлює здатність
поглинати тепло за незначних змін власної температури. Теплоємність - кількість
тепла, необхідного для нагрівання тіла або середовища на 1 °С. Завдяки цьому
вода запобігає різким змінам температури в клітинах та організмі в цілому за
різких її коливань у навколишньому середовищі. Оскільки на випаровування води
витрачається багато теплоти, організми в такий спосіб захищають себе від
перегрівання (наприклад, транспірація у рослин, потовиділення у ссавців,
випаровування вологи зі слизових оболонок тварин).
Важливе біологічне значення для функціонування організмів
має і те, що вода під впливом розчинених у ній речовин може змінювати свої
властивості, зокрема температуру замерзання і кипіння. Так, із настанням зими у
клітинах морозостійких рослин і холоднокровних тварин підвищується концентрація
розчинних вуглеводів та інших сполук (наприклад, гліцерину). Це перешкоджає
переходу води в організмах у кристалічний стан і таким чином запобігає їхній
загибелі.
На перебіг біохімічних реакцій у водних розчинах істотно
впливає концентрація іонів гідрогену у воді, її оцінюють за водневим показником
- рН (значення від'ємного десяткового логарифму концентрації іонів гідрогену).
Молекулам води притаманна здатність до іонізації, коли
вони розщеплюються на йони Гідрогену та гідроксилу. При цьому між молекулами
води та йонами встановлюється динамічна рівновага:
Хоча іонізація хімічно чистої води дуже слабка (за
температури +25 °С із 107 молекул тільки одна перебуває в іонізованому стані),
вона відіграє важливу біологічну роль. Від концентрації йонів Гідрогену, яку
оцінюють за водневим показником (рН - значення негативного десяткового
логарифма концентрації йонів Н+), залежать структурні особливості та активність
макромолекул тощо. Нейтральній реакції розчину відповідає рН 7,0. Якщо його
значення нижче -реакція розчину кисла, вище - лужна. У різних частинах
організму і навіть однієї клітини можна спостерігати різні значення водневого
показника. Це важливо для здійснення процесів обміну речовин, оскільки одні
ферменти активні в лужному середовищі, інші - у кислому. Наприклад, в
інфузорії-туфельки травні вакуолі періодично «подорожують» по клітині, опиняючись
то в кислому, то в лужному середовищі. При цьому послідовно активні то одні
травні ферменти, то інші, що сприяє кращому перетравленню поживних речовин.
Пригадайте; у людини та ссавців ферменти шлункового соку активні в кислому
середовищі, а підшлункового - у лужному.
Водні розчини, здатні протистояти зміні їхнього показника
рН при додаванні певної кількості кислоти або лугу, називають буферними
системами. Вони складаються зі слабкої кислоти (донора Н+) і основи (акцептора
Н+), здатних відповідно зв'язувати йони гідроксилу (ОН-) та Гідрогену (Н+),
завдяки чому рН усередині клітини майже не змінюється.
3.
Солі.
Для підтримання процесів життєдіяльності окремих клітин і
організму в цілому важливе значення мають солі неорганічних (мінеральних)
сполук. У живих організмах вони розчинені в воді (у вигляді іонів) або
перебувають у вигляді твердих сполук. Іони утворені катіонами металів (калію,
натрію, кальцію, магнію тощо) і аніонами кислот (хлоридної - СІ-, сульфатної -
НSO4-, SO42-, карбонатної - НСО3-, фосфатної - Н2РО4-, НРО42- та ін.).
Різна концентрація К+ і Na+ поза клітинами та всередині
них спричинює виникнення різниці електричних потенціалів на плазматичних
мембранах клітини. Це забезпечує передачу нервових імпульсів, а також транспорт
речовин через мембрани. Регуляторну функцію та активацію багатьох ферментів
здійснюють Са2+ і Мg2+. Сполуки кальцію (СаСО3) входять до складу черепашок
молюсків і найпростіших (радіолярій) внутрішньоклітинний скелет побудований з
двооксиду силіцію (SіО2) або сульфатнокислого стронцію (SrSO4).
Важливі функції виконують також неорганічні кислоти. Так,
хлоридна кислота створює кисле середовище в шлунку хребетних тварин і людини,
забезпечуючи цим активність ферментів шлункового соку. Залишки сульфатної
кислоти, приєднуючись до нерозчинних у воді сполук, забезпечують їхню
розчинність. Це сприяє виведенню даних сполук з клітин і організму.
Загальний вміст неорганічних речовин у клітинах різних
типів варіює в межах від одного до декількох відсотків.
Висновки
Живі організми, на відміну від неживої природи, мають
відносно стале співвідношення хімічних елементів, які поділяють за процентним
вмістом у клітині на органогенні, макро-, мікро- та ультрамікроелементи. Всі
хімічні елементи, виявлені в живих клітинах, присутні й у неживій природі.
Серед неорганічних сполук живих організмів особливе місце
належить воді, яка становить у середньому 60-70% їхньої маси. Вода є
універсальним розчинником, бере участь у біохімічних процесах, регулює тепловий
режим, забезпечує транспорт речовин крізь мембрани, а також сталість
фізико-хімічних властивостей цитоплазми клітини та позаклітинних рідин.
З неорганічних сполук до складу організмів входять також
розчинні у воді солі у вигляді катіонів (калію, кальцію, натрію тощо) та
аніонів (переважно залишки соляної, сірчаної, фосфорної та вугільної кислот).
Комментариев нет:
Отправить комментарий