Биологически важные элементы минеральных веществ.

Тема 8 – 18: Химическая организация живого вещества.

Химический состав клетки.

Самыми распространенными элементами земной коры, на долю которых приходится 90% ее атомарного состава, являются: О, Si, Al и Mg. Далее следуют Са, Fe, Na, P и другие элементы.

В живых организмах обнаружено около 90 химических элементов.

Биогенные элементы - химические элементы, выполняющие в клетке биологические функции. Таких элементов 27.

МАКРОЭЛЕМЕНТЫ – 0,001 - 90 %массы клетки: Н₂,О₂, N₂, C (Органогенные (биофильные) элементы), а также Ca, K, Na, Mg, Fe , Cl, S, P (их концентрация превышает 0,001%).

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ - менее 0,001% массы клетки: В, Cu, Zn, Mn , F, I ,Мо, Со, Br.

УЛЬТРАМИКРОЭЛЕМЕНТЫ – менее 0,000001% или следовые количества: уран (U), радий (Ra), золото (Аu), ртуть (Hg), бериллий (Be), цезий (Cs), селен (Se).

ВЫВОД:таким образом, элементарный состав живой и неживой природы одинаков, что свидетельствует об их материальном единстве. Провести четкую грань между живым и неживым на уровне атомов не представляется возможным.

Молекулярный состав живого вещества

Неорганические соединения – вода и минеральные вещества встречаются и в живой и в неживой природе.

Органические вещества – углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты характерны только для живых организмов.

Содержание неорганических и органических веществ в клетке

Неорганические вещества	Содержание, %	Органические вещества	Содержание, %
Вода Минеральные вещества	70–80 1,0–1,5	Белки Жиры Углеводы Нуклеиновые кислоты АТФ и другие низкомолекулярные органические соединения	10-20 1-5 2 1–2 1-0,5

ВЫВОД: молекулярный состав живой и неживой природы различен, поэтому на молекулярном уровне можно провести между ними четкую границу.

Вода и ее роль в клетке.

Вода – одно из самых распространенных веществ на Земле, она покрывает большую часть земной поверхности и входит в состав всех живых организмов.

Вода составляет почти 80% массы клетки (в головном мозге – 85%, в клетках развивающегося зародыша – 90%, в мышечных 76%, в жировой ткани 40%, в клетках эмали зубов воды 10%, как и в клетках покоящихся семян). Две трети (65%) массы человека составляет вода.

Человек может прожить без воды несколько суток, верблюд 12 дней, медведь, сурок в спячке 2 месяца. Потеря организмом 20% воды может привести к смерти. В клетках молодого организма воды – около 80%, а в клетках старого – только 60%.

ВЫВОД: чем больше воды в клетке, тем интенсивнее в ней идут обменные процессы.

Для выращивания 1 кг растительной пищи (зерновые, овощи и т.д.) нужно 2 т. Н₂О; 1 кг мяса – 20 т.; 1 человек в год потребляет 360 т. Н₂О.

В обычной воде 1 : 6800 соотношение Н₂О : Н₃О (дейтерий - тяжелая вода). Снеговая Н₂О содержит меньше Н₃О, ее применение повышает в 2 раза яйценоскость, вес птицы, а при замочке семян урожайность повышается в 3 раза.

Структура и свойства молекулы воды

Уникальные свойства воды объясняются структурой ее молекул и определяют ее биологические функции.

Химические свойства Н₂О:

1. Малые размеры молекулы Н₂О;

2. Полярность молекулы Н₂О. Полярность – неравномерное распределение зарядов в молекуле. Молекула Н₂О – диполь – один конец молекулы несет слабый + заряд, другой слабый – заряд. Связь в молекуле Н₂О – ковалентная полярная т.к. кислород более электроотрицательный. Угол связи 104,5º;

3. Между молекулами Н₂О возникают водородные связи:

Физические свойства воды и их значение для биологических процессов.

Физическое свойство	Значение	Примеры
1. Хороший растворитель (благодаря полярности молекул и способности образовывать водородные связи)	Самый распространенный в природе растворитель, среда для протекания химических реакций. Н₂О растворитель для полярных (с ионной и ковалентной полярной связью) веществ – Гидрофильных веществ (с греч. «hidros» - Н₂О, «phileo» - люблю). Гидрофильные в-ва - ионные соединения – соли, которые диссоциируют в Н₂О при растворении, а также кислоты, щелочи; хорошо растворяются неионные полярные соединения - сахара, простые спирты, белки, аминокислоты. При переходе вещества в раствор, его молекулы или ионы двигаются более свободно, реакционная способность вещества возрастает. Гидрофобные вещества ( с греч. «phobos» - боязнь) – это практически не растворимые в Н₂О неполярные в-ва – липиды, клетчатка, нуклеиновые кислоты, жирорастворимые витамины А,Е,D,К, каучук. Такие в-ва образуют с водой поверхности раздела, на которых протекают многие химические реакции.	кровь, тканевая жидкость, лимфа, желудочный сок, слюна – у животных; клеточный сок – у растений; организмы, живущие в водной среде используют кислород и углекислый газ, растворенный в воде.
2. Высокая теплоемкость (благодаря наличию водородных связей между молекулами, для разрыва которых требуется значительная энергия) и высокая теплопроводность (из-за небольших размеров молекул)	Способность поглощать тепловую энергию при минимальном повышении собственной температуры. Обеспечивает поддержание теплового равновесия организма – Н₂О в клетках придает организму термостабильность и дает возможность значительно охладится при минимальной потере Н₂О.	большая теплоемкость защищает ткани от сильного повышения температуры, многие организмы охлаждаются, испаряя воду - транспирация у растений, потоотделение у млекопитающих, тепловая одышка у собак, крокодилов. Высокая теплопроводность воды способствует быстрому охлаждению тела в холодный день. В жидкостях молекулы расположены почти вплотную друг к другу. Теплопроводность прижатых молекул, разумеется, выше.
3. Большая теплота плавления	Для плавления (таянья) нужно много энергии.	при замерзании Н₂О отдает много тепла, что уменьшает замерзание содержимого клеток.
4. Плотность и поведение Н₂О вблизи точки замерзания. Расширение при замерзании (благодаря образованию молекулой максимального числа – четырех водородных связей)	Лед легче Н₂О, он образует на поверхности водоема и выполняет функцию теплоизоляции – защищает от холода находящиеся в Н₂О организмы.	сохранение зимой биоценозов замерзающих озер, пруда, рек
5. Большое поверхностное натяжение и когезия - сцепление молекул Н₂О друг с другом под действием сил притяжения. И адгезия – способность слипаться с другими веществами.	Водные растворы – средство передвижения веществ в организме	капиллярный кровоток; восходящий и нисходящий токи растворов в растении; скольжение насекомых по поверхности Н₂О
6. Н₂О как реагент.	Участвует в метаболических реакциях в клетке:	реакции гидролиза б.ж.у. (ферментативное расщепление в-в при взаимодействии их с Н₂О), источник водорода и кислорода в фотосинтезе.
7. Н₂О практически не сжимается	Поддержание формы организмов	создает тургорное давление, определяя V и упругость клеток и тканей; гидростатический скелет круглых червей, медуз
8. Вязкость	Смазывающие свойства	синовиальная жидкость – «смазка» в суставах позвоночных; плевральная жидкость уменьшает трение между грудной клеткой и легкими во время дыхания.
9. Прозрачность	Возможность фотосинтеза на небольшой глубине	высокопродуктивные биоценозы прудов, озер, рек, морского шельфа.

Минеральные соли.

Минеральные соли клетки в виде ионов или в твердом состоянии.

Из катионов важны K⁺, Na⁺, Cа²⁺, Mg²⁺, NH₃⁺. Из анионов H₂ PO₄^-, H PO₄² ^- Cl^-, HCO₃^-,NO₃^-,PO₄^3-,CO₃²^- .

Концентрация ионов K⁺внутри клетки выше, а Na⁺ низкая. В окружающей клетку среде (крови, морской воде) все наоборот.

От концентрации солей зависит БУФЕРНОСТЬ – способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов (pH). В клетке поддерживается слабощелочная реакция (pH 7,2).

Буферными называют растворы, содержащие смесь слабой кислоты и ее растворимой соли. Внутри клетки буферность обеспечивают анионы – H₂ PO₄^-, HPO₄^2- - это фосфатная буферная система. Вне клеткибикарбонатная система HCO₃^- , H₂CO₃.

Нерастворимые в организме соли – фосфат кальция входит в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков; панцири губок, диатомовых, красных водорослей - известковые или кремниевые.

Биологически важные элементы минеральных веществ.

элемент	функция	источник
Na	Нервная и мышечная проводимость, синтез гормонов, генерация электрического потенциала, в процессах внутренней циркуляции Н₂О в организме	NaCl, молоко, мясо, яйца, морковь, свекла
K	Нервная и мышечная проводимость, электрический потенциал, регуляция ритма сердца (уменьшает число сокращений сердца)	Злаки, бобовые, масло, зелень
Ca	В костях, зубах, в свертывании крови, в сокращении мышц, низкая концентрация в крови приводит к перевозбудимости нервной системы	Молоко, сыр, желток, зелень
P	В костях, ДНК, РНК, АТФ	Сыр, молоко, мясо, рыба
S	В белках, аминокислотах	Картофель, огурцы
Mg	В составе хлорофилла и ферментов	Орехи, бобовые, мясо, томаты, вишня
Fe	В гемоглобине, миоглобине, в ферменте - каталазе	Яблоко, печень
F	В эмали зубов	Растительная и животная пища
Cu	Гемоцианин, ферменты, в кроветворении	Растительная и животная пища
Mn	ферменты	Злаки, салат, яблоки, сливы
I	В гормонах щитовидной железы	орехи

Дата добавления: 2019-09-08; просмотров: 213; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!