Процесс образования живыми организмами органических молекул


В.Г. СМЕЛОВА,
учитель биологии МОУ СОШ № 7
г. Ноябрьск

Контрольная работа по теме:
«Происхождение жизни на Земле»

Вариант 1

Часть А

Выпишите номера вопросов, рядом с ними запишите буквы правильных ответов.

1. Живое отличается от неживого:

а) составом неорганических соединений;
б) наличием катализаторов;
в) взаимодействием молекул друг с другом;
г) обменными процессами.

2. Первыми живыми организмами на нашей планете были:

а) анаэробные гетеротрофы;
б) аэробные гетеротрофы;
в) автотрофы;
г) организмы-симбионты.

3. К такому общему свойству живого, как саморегуляция, относится:

а) наследственность;
б) изменчивость;
в) раздражимость;
г) онтогенез.

4. Сущность теории абиогенеза состоит в:

а) происхождении живого из неживого;
б) происхождении живого от живого;
в) сотворении мира Богом;
г) занесении жизни из Космоса.

5. Кристалл не является живой системой, т.к.:

а) он не способен к росту;
б) он не способен к размножению;
в) ему не свойственна раздражимость;
г) не все свойства живого ему присущи.

6. Опыты Луи Пастера доказали возможность:

а) самозарождения жизни;
б) появления живого только из живого;
в) занесения «семян жизни» из Космоса;
г) биохимической эволюции.

7. Из перечисленных условий наиболее важным для возникновения жизни является:

а) радиоактивность;
б) наличие жидкой воды;
в) наличие газообразного кислорода;
г) масса планеты.

8. Углерод является основой жизни на Земле, т.к. он:

а) является самым распространенным на Земле элементом;
б) первым из химических элементов стал взаимодействовать с водой;
в) имеет небольшой атомный вес;
г) способен образовывать устойчивые соединения с двойными и тройными связями.

9. Исключите лишнее:

а) 1668 г.;
б) Ф.Реди;
в) мясо;
г) бактерии.

10. Расположите в логической последовательности следующие имена:

а) Л.Пастер;
б) А.Левенгук;
в) Л.Спалланцани;
г) Ф.Реди.

Часть Б

Закончите предложения.

1. Теория, постулирующая сотворение мира Богом (Творцом), – … .

2. Доядерные организмы, не имеющие ограниченного оболочкой ядра и органоидов, способных к самовоспроизведению, – … .

3. Фазовообособленная система, взаимодействующая с внешней средой по типу открытой системы, – … .

4. Советский ученый, предложивший коацерватную теорию происхождения жизни, – … .

5. Процесс, в результате которого организм приобретает новую комбинацию генов, – … .

Часть В

Дайте краткие ответы на следующие вопросы.

1. Каковы общие признаки живой и неживой материи?

2. Почему при возникновении первых живых организмов в атмосфере Земли должен был отсутствовать кислород?

3. В чем состоял опыт Стенли Миллера? Что соответствовало «первичному океану» в этом опыте?

4. В чем заключается основная проблема перехода от химической эволюции к биологической?

5. Перечислите основные положения теории А.И.Опарина.

Вариант 2

Часть А

Выпишите номера вопросов, рядом с ними запишите буквы правильных ответов.

1. Живое отличается от неживого:

а) составом неорганических соединений;
б) способностью к саморегуляции;
в) взаимодействием молекул друг с другом;
г) обменными процессами.

2. Первыми живыми организмами на нашей планете были:

а) анаэробные гетеротрофы;
б) аэробные гетеротрофы;
в) автотрофы;
г) организмы-симбионты.

3. К такому общему свойству живого, как самовоспроизведение, относится:

а) метаболизм;
б) репродукция;
в) раздражимость;
г) онтогенез.

4. Сущность теории биогенеза состоит в:

а) происхождении живого из неживого;
б) происхождении живого от живого;
в) сотворении мира Богом;
г) занесении жизни из Космоса.

5. Звезда не является живой системой, т.к.:

а) она не способна к росту;
б) она не способна к размножению;
в) она не обладает раздражимостью;
г) не все свойства живого ей присущи.

6. Опыт Франческо Реди доказал невозможность:

а) самозарождения жизни;
б) появления живого только из живого;
в) занесения «семян жизни» из Космоса;
г) биохимической эволюции.

7. Из перечисленных условий наиболее важным для возникновения жизни является:

а) радиоактивность;
б) наличие воды;
в) наличие источника энергии;
г) масса планеты.

8. Вода является основой жизни, т.к.:

а) является хорошим растворителем;
б) обладает высокой теплоемкостью;
в) увеличивает свой объем при замерзании;
г) обладает всеми перечисленными свойствами.

9. Исключите лишнее:

а) 1924 г.;
б) Л.Пастер;
в) мясной бульон;
г) бактерии.

10. Расположите в логической последовательности следующие имена:

а) Л.Пастер;
б) С.Миллер;
в) Дж.Холдейн;
г) А.И. Опарин.

Часть Б

Закончите предложения.

1. Процесс образования живыми организмами органических молекул из неорганических за счет энергии солнечного света – … .

2. Доклеточные образования, обладавшие некоторыми свойствами клеток (способность к обмену веществ, самовоспроизведению и т.п.), – … .

3. Разделение раствора белков, содержащего и другие органические вещества, на фазы с большей или меньшей концентрацией молекул – … .

4. Английский физик, предположивший, что адсорбция была одним из этапов концентрирования органических веществ в ходе предбиологической эволюции – … .

5. Свойственная всем живым организмам система записи наследственной информации в молекулах ДНК в виде последовательности нуклеотидов – … .

Часть В

Дайте краткий ответ на поставленный вопрос.

1. В чем состоял опыт Стенли Миллера? Что соответствовало «молниям» в этом опыте?

2. Почему масса планеты, на которой может возникнуть жизнь, не должна быть больше 1/20 массы Солнца?

3. К какой стадии развития жизни на Земле можно отнести слова гоголевского героя: «Числа не помню. Месяца тоже не было. Было черт знает что такое»?

4. Какие условия необходимы для возникновения жизни?

5. Что такое панспермия? Кто из известных вам ученых придерживался этой теории?

Вариант 3

Часть А

Выпишите номера вопросов, рядом с ними запишите буквы правильных ответов.

1. Живое отличается от неживого:

а) составом неорганических соединений;
б) способностью к самовоспроизведению;
в) взаимодействием молекул друг с другом;
г) обменными процессами.

2. Первыми живыми организмами на нашей планете были:

а) анаэробные гетеротрофы;
б) аэробные гетеротрофы;
в) автотрофы;
г) организмы-симбионты.

3. К такому общему свойству живого как, самообновление, относится:

а) метаболизм;
б) репродукция;
в) раздражимость;
г) онтогенез.

4. Сущность креационизма состоит в:

а) происхождении живого из неживого;
б) происхождении живого от живого;
в) сотворении мира Богом;
г) занесении жизни из Космоса.

5. Река не является живой системой т.к.:

а) она не способна к росту;
б) она не способна к размножению;
в) она не способна к раздражимости;
г) не все свойства живого ей присущи.

6. Опыт Франческо Реди доказал невозможность:

а) самозарождения жизни;
б) появления живого только из живого;
в) занесения «семян жизни» из космоса;
г) биохимической эволюции.

7. Из перечисленных условий наиболее важным для возникновения жизни является:

а) радиоактивность;
б) наличие воды;
в) безгранично долгое время эволюции;
г) определенная масса планеты.

8. В период возникновения жизни в атмосфере Земли должен был отсутствовать кислород, т.к.:

а) он является активным окислителем;
б) обладает высокой теплоемкостью;
в) увеличивает свой объем при замерзании;
г) все вышеперечисленное в комплексе.

9. Исключите лишнее:

а) 1953 г.;
б) бактерии;
в) С.Миллер;
г) абиогенный синтез.

10. Расположите в логической последовательности следующие фамилии:

а) Л.Пастер;
б) Ф.Реди;
в) Л.Спалланцани;
г) А.И. Опарин.

Часть Б

Закончите предложения.

1. Образование органических молекул из неорганических вне живых организмов – … .

2. Пузырьки жидкости, окруженные белковыми пленками, возникающие при взбалтывании водных растворов белков, – … .

3. Способность воспроизводить себе подобные биологические системы, которая проявляется на всех уровнях организации живой материи, – … .

4. Американский ученый, предложивший термическую теорию происхождения протобиополимеров, – … .

5. Белковые молекулы, ускоряющие течение биохимических превращений в водных растворах при атмосферном давлении, – … .

Часть В

Дайте краткий ответ на поставленный вопрос.

1. В чем основное отличие горения дров от «горения» глюкозы в клетках?

2. Каковы три современные точки зрения на проблему происхождения жизни?

3. Почему именно углерод является основой жизни?

4. В чем состоял опыт Стенли Миллера?

5. Каковы основные этапы химической эволюции?

Вариант 4

Часть А

Выпишите номера вопросов, рядом с ними запишите буквы правильных ответов.

1. Живое отличается от неживого:

а) составом неорганических соединений;
б) способностью к саморегуляции;
в) взаимодействием молекул друг с другом;
г) обменными процессами.

2. Первыми живыми организмами на нашей планете были:

а) анаэробные гетеротрофы;
б) аэробные гетеротрофы;
в) автотрофы;
г) организмы-симбионты.

3. К такому общему свойству живого, как самовоспроизведение, относится:

а) метаболизм;
б) репродукция;
в) раздражимость;
г) онтогенез.

4. Сущность теории панспермии состоит в:

а) происхождении живого из неживого;
б) происхождении живого от живого;
в) сотворении мира Богом;
г) занесении на Землю «семян жизни» из Космоса.

5. Ледник не является живой системой т.к.:

а) он не способен к росту;
б) он не способен к размножению;
в) он не способен к раздражимости;
г) не все свойства живого ему присущи.

6. Опыт Л.Спалланцани доказал невозможность:

а) самозарождения жизни;
б) появления живого только из живого;
в) занесения «семян жизни» из Космоса;
г) биохимической эволюции.

7. Из перечисленных условий наиболее важным для возникновения жизни является:

а) радиоактивность;
б) наличие воды;
в) наличие определенных веществ;
г) определенная масса планеты.

8. Углерод является основой жизни, т.к. он:

а) является самым распространенным на Земле элементом;
б) первым из химических элементов стал взаимодействовать с водой;
в) имеет небольшой атомный вес;
г) способен образовывать устойчивые соединения с двойными и тройными связями.

Продолжение следует

Процесс образования живыми организмами органических молекул из неорганических за счет энергии

Исходные вещества фотосинтеза – углекислый газ и вода на земной поверхности не являются ни окислителями, ни восстановителями. В ходе фотосинтеза эта «нейтральная среда» раздваивается на противоположности: возникает сильный окислитель – свободный кислород и сильные восстановители – органические соединения (вне организмов растений разложение углекислого газа и воды возможно только при высокой температуре, например, в магме или в доменных печах и т.д.).

Углерод и водород органических соединений, а также выделившийся при фотосинтезе свободный кислород «зарядились» солнечной энергией, поднялись на более высокий энергетический уровень, стали «геохимическими аккумуляторами».

Углеводы и другие продукты фотосинтеза, передвигаясь из листьев в стебли и корни, вступают в сложные реакции, в ходе которых создается все разнообразие органических соединений растений.

Однако растения состоят не только из углерода, водорода и кислорода, но также из азота, фосфора, калия, кальция, железа и других химических элементов, которые они получают в виде сравнительно простых минеральных соединений из почвы или водоемов.

Поглощаясь растениями, эти элементы входят в состав сложных богатых энергией органических соединений (азот и сера – в белки, фосфор – в нуклеопротеины и т.д.) и также становятся геохимическими аккумуляторами.

Этот процесс называется биогенной аккумуляцией минеральных соединений. Благодаря биогенной аккумуляции элементы из воды и воздуха переходят в менее подвижное состояние, т. е. их миграционная способность понижается. Все остальные организмы – животные, подавляющая часть микроорганизмов и бесхлорофильные растения (например, грибы) являются гетеротрофами, т.е. они не способны создавать органические вещества из минеральных.

Органические соединения, необходимые для построения их тела и как источник энергии, они получают от зеленых растений.

Процесс фотосинтеза протекает в единстве с работой корневой системы, которая поставляет в лист воду и элементы питания.

Существует ряд гипотез, объясняющих механизм поступления ионов через корневую систему: путем диффузии, адсорбции, метаболического переноса веществ против электрохимического градиента. Все гипотезы строятся на утверждении об обмене ионами между корневой системой и почвой. При этом корневая система, как и лист, является лабораторий синтеза. Растения через корневую систему в первую очередь усваивают те химические элементы, которые выполняют необходимые функции в организме.

Другие элементы проникают механически в соответствии с градиентом их концентрации. Одновременно с выделением элементов питание происходит выделение в почву корневой системой разнообразных продуктов метаболизма. Среди них важную функцию выполняют органические кислоты (лимонная, яблочная, щавелевая и т.д.).

В результате диссоциации освобождаются ионы водорода, которые подкисляют реакцию почвы, тем самым ускоряется растворение минералов, и освобождаются химические элементы для питания растений.

Другие продукты метаболизма используются в процессе жизнедеятельности некоторых видов микроорганизмов, также участвующих в разрушении минералов.

Катионы и анионы, поступившие в растения через корневую систему, распределяются в органах и тканях, входят в органические и минеральные соединения, выполняют различную физиологическую функцию: поддерживают осмотическое давление, щелочно-кислотное равновесие, используются в качестве пластического материала, составной части ферментов, хлорофилла и т.д. В процессе обмена веществ идет непрерывное образование кислых соединений.

При распаде углеводов образуется пировиноградная и молочная кислоты, при распаде жирных кислот – масляная, ацетоуксусная, при распаде белков – серная и фосфорная. Избыточное накопление кислот нейтрализуется буферными соединениями, которые превращают их в соединения, легко удаляемые из организма.

Синтез органического вещества протекает не только путем использования зелеными растениями лучистой энергии солнца.

Известны бактерии, которые используют для этой цели энергию, выделяющуюся при окислении некоторых неорганических соединений (В 1890 г.

С.П.Виноградский обнаружил микроорганизмы, способные окислять аммиак до солей азотистой, а затем азотной кислот). Такой процесс создания органических веществ называется хемосинтезом. Бактерии-хемосинтетики являются типичными автотрофами, т.е. самостоятельно синтезируют из неорганических веществ необходимые органические соединения (углеводы, белки, липиды и т.д.) важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии.

Они окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотной кислоты. К хемосинтезирующим относятся серо-, железо-, метано-, углеродобактерии и др. например, в почвах пойм часто встречается болотная железная руда в виде прочных конкреций различной формы и величины, она образуется с участием железобактерий.

Под действием железобактерий закисное железо превращается в окисное. Образовавшийся гидроксид железа осаждается и образует болотную железную руду.

В.Г. СМЕЛОВА,
учитель биологии
МОУ СОШ № 7, г. Ноябрьск

Окончание. См. № 9/2006

Контрольная работа по теме:
«Происхождение жизни на Земле»

9. Исключите лишнее:

а) ДНК;
б) генетический код;
в) хромосома;
г) клеточная мембрана.

10.

Тест по теме: Гипотезы возникновения жизни на Земле

Расположите в логической последовательности следующие фамилии:

а) А.И. Опарин;
б) Л.Пастер;
в) С.Миллер;
г) Дж.Холдейн.

Часть Б

Закончите предложения.

1. Организмы, обладающие ограниченным оболочкой ядром, имеющие самовоспроизводящиеся органоиды, внутренние мембраны и цитоскелет, – … .

2.

Свойственная всем организмам система записи наследственной информации в молекулах ДНК в виде последовательности нуклеотидов – … .

3. Способность воспроизводить себе подобные биологически системы, проявляющаяся на всех уровнях организации живой материи, – … .

4.

Создатели низкотемпературной теории происхождения протобиополимеров – … .

5. Доклеточные образования, обладавшие некоторыми свойствами клеток: способностью к обмену веществ, самовоспроизведению ит.п., – … .

Часть В

Дайте краткий ответ на поставленный вопрос.

1. Какую роль сыграло изучение метеоритов в развитии теории возникновения жизни?

2. Что такое рацемизация и хиральность?

3.

Почему вода в жидкой фазе была необходимым условием возникновения жизни?

4. В чем заключался опыт Стенли Миллера? Каков был газовый состав «атмосферы»?

5. Каковы основные этапы изучения вопроса о происхождении жизни на Земле?

Ответы

Вариант 1

Часть А: 1г, 2а, 3в, 4а, 5г, 6б, 7б, 8г, 9г, 10 г,б,в,а.

Часть Б: 1 – креационизм; 2 – прокариоты; 3 – коацерват; 4 – А.И.

Опарин; 5 – половой процесс.

Часть В.

1. Живая и неживая материи состоят из одних и тех же химических элементов, физические и химические процессы с их участием проходят по общим законам.

2.

Кислород – сильный окислитель, и все вновь возникающие органические молекулы были бы немедленно окислены.

3. В 1953 г. С.Миллер создал экспериментальную установку, в которой были смоделированы условия первичной Земли и путем абиогенного синтеза были получены молекулы биологически важных органических соединений.

«Первичному океану» в этом опыте соответствовала колба с кипящей водой.

4. Основная проблема перехода от химической эволюции к биологической состоит в объяснении возникновения самовоспроизводящихся биологических систем (клеток) вообще и генетического кода в частности.

5.

Основные положения теории Опарина:

– жизнь – одна из стадий эволюции Вселенной;
– возникновение жизни – закономерный результат химической эволюции соединений углерода;
– для перехода от химической эволюции к биологической необходимы формирование и естественный отбор целостных, обособленных от среды, но постоянно с ней взаимодействующих многомолекулярных систем.

Вариант 2

Часть А: 1 б,г, 2а, 3б, 4б, 5г, 6а, 7б, 8г, 9а, 10 а,г,в,б.

Часть Б: 1 – фотосинтез; 2 – протобионты; 3 – коацервация; 4 – Дж.Бернал; 5 – генетический код.

Часть В.

1. В 1953 г. С.Миллер создал экспериментальную установку, в которой были смоделированы условия первичной Земли и путем абиогенного синтеза были получены молекулы биологически важных органических соединений. «Молнии» в этом опыте имитировались высоковольтными электрическими разрядами.

2. Если масса планеты больше 1/20 массы Солнца, на ней начинаются интенсивные ядерные реакции, что повышает ее температуру, и она начинает светиться собственным светом.

3. К начальной стадии биохимической эволюции Земли.

4. Для возникновения жизни необходимы следующие основные условия:

– наличие определенных химических веществ (в том числе воды в жидкой фазе);
– наличие источников энергии;
– восстановительная атмосфера.

Дополнительными условиями могут являться масса планеты и определенный уровень радиоактивности.

5.

Панспермия – занесение «семян жизни» на Землю из космоса. Сторонники: Ю.Либих, Г.Гельмгольц, С.Аррениус, В.И. Вернадский.

Вариант 3

Часть А: 1 б,г, 2а, 3а, 4в, 5г, 6а, 7б, 8а, 9б, 10 б,в,а,г.

Часть Б:1 – абиогенный синтез; 2 – микросферы; 3 – самовоспроизведение; 4 – С.Фокс; 5 – ферменты.

Часть В.

1. При горении дров вся выделяющаяся энергия рассеивается в виде света и тепла. При окислении глюкозы в клетках энергия запасается в макроэргических связях АТФ.

2. Существуют три основных подхода к проблеме происхождения жизни:

– проблемы не существует, т.к.

жизнь была либо сотворена Богом (креационизм), либо существует во Вселенной с момента ее возникновения и распространяется случайным образом (панспермия);
– проблема неразрешима из-за недостаточности знаний и невозможности воспроизведения условий, в которых возникла жизнь;
– проблема может быть решена (А.И.

Опарин, Дж.Бернал, С.Фокс и др.).

3. Углерод четырехвалентен, способен образовывать устойчивые соединения с двойными и тройными связями, что повышает реакционную способность его соединений.

4. В 1953 г. С.Миллер создал экспериментальную установку, в которой были смоделированы условия первичной Земли и путем абиогенного синтеза были получены молекулы биологически важных органических соединений.

5.

Атомы ––> простые химические соединения ––> простые биоорганические соединения ––> макромолекулы ––> организованные системы.

Вариант 4

Часть А: 1 б,г, 2а, 3б, 4г, 5г, 6а, 7в, 8г, 9г, 10 б,а,г,в.

Часть Б: 1 – эукариоты; 2 – генетический код; 3 – самовоспроизведение; 4 – К.Симонеску, Ф.Денеш; 5 – протобионты.

Часть В.

1. Анализ химического состава метеоритов показал, что некоторые из них содержат аминокислоты (глютаминовую кислоту, пролин, глицин и др.), жирные кислоты (17 видов).

Таким образом, органическое вещество не является исключительно принадлежностью Земли, а может встречаться и в космосе.

2. Рацемизация – реакция взаимопревращения D- и L-форм какого-либо стереоизомера; хиральность – существование двух или более зеркально асимметричных стереоизомеров химического соединения.

3. Организмы состоят из воды на 80% и более.

4. В 1953 г. С.Миллер создал экспериментальную установку, в которой были смоделированы условия первичной Земли и путем абиогенного синтеза были получены молекулы биологически важных органических соединений.

Газовый состав «атмосферы»: метан, аммиак, пары воды, водород.

5. С древнейших времен до опытов Ф.Реди – период всеобщей веры в возможность самозарождения живого; 1668–1862 гг. (до опытов Л.Пастера) – экспериментальное выяснение невозможности самозарождения; 1862–1922 гг. (до выступления А.И. Опарина) – философский анализ проблемы; 1922–1953 гг. – разработка научных гипотез о происхождении жизни и их экспериментальная проверка; с 1953 г.

до настоящего времени – экспериментальные и теоретические исследования путей перехода от химической эволюции к биологической.

Примечание

Ответы части А оцениваются в 1 балл, части Б – в 2 балла, части В – в 3 балла.

Максимальное количество баллов за контрольную работу – 35.

Оценка 5: 26–35 баллов;
оценка 4: 18–25 баллов;
оценка 3: 12–17 баллов;
оценка 2: меньше 12 баллов.

Биология

Учебник для 10-11 классов

Раздел I.

Клетка — единица живого
Глава I. Химический состав клетки

В живых организмах содержится большое количество химических элементов. Они образуют два класса соединений — органические и неорганические.

Chemistry48.Ru

Химические соединения, основой строения которых являются атомы углерода, составляют отличительный признак живого. Эти соединения называют органическими.

Органические соединения чрезвычайно многообразны, но только четыре класса их имеют всеобщее биологическое значение: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды.

§ 1. Неорганические соединения

Биологически важные химические элементы. Из известных нам более 100 химических элементов в состав живых организмов входят около 80, причем только в отношении 24 известно, какие функции в клетке они выполняют. Набор этих элементов не случаен.

Жизнь зародилась в водах Мирового океана, и живые организмы состоят преимущественно из тех элементов, которые образуют легко растворимые в воде соединения. Большинство таких элементов принадлежит к числу легких, их особенностью является способность вступать в прочные (ковалентные) связи и образовывать множество различных сложных молекул.

В составе клеток человеческого тела преобладают кислород (более 60%), углерод (около 20%) и водород (около 10%).

На азот, кальций, фосфор, хлор, калий, серу, натрий, магний, вместе взятые, приходится около 5%. Остальные 13 элементов составляют не более 0,1%. Сходный элементный состав имеют клетки большинства животных; отличаются лишь клетки растений и микроорганизмов. Даже те элементы, которые в клетках содержатся в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни. Так, содержание иода в клетках не превышает 0,01%. Однако при недостатке его в почве (из-за этого и в пищевых продуктах) задерживается рост и развитие детей.

Содержание меди в клетках животных не превышает 0,0002%. Но при недостатке меди в почве (отсюда и в растениях) возникают массовые заболевания сельскохозяйственных животных.

Значение для клетки основных элементов приведено в конце этого параграфа.

Неорганические (минеральные) соединения. В состав живых клеток входит ряд относительно простых соединений, которые встречаются и в неживой природе — в минералах, природных водах.

Это неорганические соединения.

Вода — одно из самых распространенных веществ на Земле. Она покрывает большую часть земной поверхности. Почти все живые существа состоят в основном из воды. У человека содержание воды в органах и тканях варьирует от 20% (в костной ткани) до 85% (в головном мозге). Около 2/3 массы человека составляет вода, в организме медузы до 95% воды, даже в сухих семенах растений вода составляет 10—12%.

Вода обладает некоторыми уникальными свойствами.

Свойства эти настолько важны для живых организмов, что нельзя представить жизнь без этого соединения водорода и кислорода.

Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул. В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода (рис. 1). Молекула воды полярна (диполь). Положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, так как кислород электроотрицательнее водорода.

Рис. 1. Образование водородных связей в воде

Отрицательно заряженный атом кислорода одной молекулы воды притягивается к положительно заряженному атому водорода другой молекулы с образованием водородной связи (рис.

1).

По прочности водородная связь примерно в 15—20 раз слабее ковалентной связи. Поэтому водородная связь легко разрывается, что наблюдается, например, при испарении воды. Вследствие теплового движения молекул в воде одни водородные связи разрываются, другие образуются.

Таким образом, в жидкой воде молекулы подвижны, что немаловажно для процессов обмена веществ. Молекулы воды легко проникают через клеточные мембраны.

Из-за высокой полярности молекул вода является растворителем других полярных соединений. В воде растворяется больше веществ, чем в любой другой жидкости. Именно поэтому в водной среде клетки осуществляется множество химических реакций. Вода растворяет продукты обмена веществ и выводит их из клетки и организма в целом.

Вода обладает большой теплоемкостью, т. е. способностью поглощать теплоту при минимальном изменении собственной температуры. Благодаря этому она предохраняет клетку от резких изменений температуры. Поскольку на испарение воды расходуется много теплоты, то, испаряя воду, организмы могут защищать себя от перегрева (например, при потоотделении).

Вода обладает высокой теплопроводностью. Такое свойство создает возможность равномерного распределения теплоты между тканями тела.

Вода служит растворителем для «смазочных» материалов, необходимых везде, где есть трущиеся поверхности (например, в суставах).

Вода имеет максимальную плотность при 4°С.

Поэтому лед, обладающий меньшей плотностью, легче воды и плавает на ее поверхности, что защищает водоем от промерзания.

По отношению к воде все вещества клетки разделяются на две группы: гидрофильные — «любящие воду» и гидрофобные — «боящиеся воды» (от греч. «гидро» — вода, «филео» — любить и «фобос» — боязнь).

К гидрофильным относятся вещества, хорошо растворимые в воде. Это соли, сахара, аминокислоты. Гидрофобные вещества, напротив, в воде практически нерастворимы.

К ним относятся, например, жиры.

Клеточные поверхности, отделяющие клетку от внешней среды, и некоторые другие структуры состоят из водонерастворимых (гидрофобных) соединений. Благодаря этому сохраняется структурная целостность клетки. Образно клетку можно представить в виде сосуда с водой, где протекают биохимические реакции, обеспечивающие жизнь. Стенки этого сосуда нерастворимы в воде. Однако они способны избирательно пропускать водорастворимые соединения.

Помимо воды, в числе неорганических веществ клетки нужно назвать соли, представляющие собой ионные соединения. Они образованы катионами калия, натрия, магния и иных металлов и анионами соляной, угольной, серной, фосфорной кислот. При диссоциации таких солей в растворах появляются катионы (К+, Na+, Са2+, Mg2+ и др.) и анионы (СI-, НСО3-, HS04- и др.).

Концентрация ионов на внешней поверхности клетки отличается от их концентрации на внутренней поверхности. Разное число ионов калия и натрия на внутренней и внешней поверхности клетки создает разность зарядов на мембране.

На внешней поверхности клеточной мембраны очень высокая концентрация ионов натрия, а на внутренней поверхности очень высокая концентрация ионов калия и низкая — натрия. Вследствие этого образуется разность потенциалов между внутренней и внешней поверхностью клеточной мембраны, что обусловливает передачу возбуждения по нерву или мышце.

Ионы кальция и магния являются активаторами многих ферментов, и при недостатке их нарушаются жизненно важные процессы в клетках. Ряд важных функций выполняют в живых организмах неорганические кислоты и их соли. Соляная кислота создает кислую среду в желудке животных и человека и в специальных органах насекомоядных растений, ускоряя переваривание белков пищи.

Остатки фосфорной кислоты (Н3Р04), присоединяясь к ряду ферментных и иных белков клетки, изменяют их физиологическую активность.

Остатки серной кислоты, присоединяясь к нерастворимым в воде чужеродным веществам, придают им растворимость и способствуют таким образом выведению их из клеток и организмов. Натриевые и калиевые соли азотистой и фосфорной кислот, кальциевая соль серной кислоты служат важными составными частями минерального питания растений, их вносят в почву как удобрения для подкормки растений. Более подробно значение для клетки химических элементов приведено ниже.

Биологически важные химические элементы клетки

  1. Какова биологическая роль воды в клетке?

  2. Какие ионы содержатся в клетке? Какова их биологическая роль?
  3. Какую роль играют содержащиеся в клетке катионы?

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *