Гіпермаркет Знань>>Біологія>>Біологія 10 клас>>Біологія: Неорганічні сполуки: вода та мінеральні солі. 

Які властивості води? 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).

Мал. 2. Просторова структура молекули води (1) та утворення водневого зв'язку (2)

Які функції води в клітині? Вода визначає внутрішньоклітинний тиск (тургор) та об'єм клітин. Вона здатна формувати водну оболонку навколо певних сполук (наприклад, білків), що запобігає їхній взаємодії між собою. Таку воду називають зв'язаною (структурованою). її частка становить 4-5% від загальної кількості води в організмі. Іншу частину води (95-96%), не зв'язану з іншими сполуками, називають вільною. Саме вільна вода є універсальним розчинником, кращим, ніж більшість інших рідин.

Залежно від того, розчиняються певні сполуки у воді чи ні, їх умовно поділяють на гідрофільні, або полярні, та гідрофобні, або неполярні. До гідрофільних (від грец. хідор - вода та філіа - люблю) сполук, здатних розчинятись у воді, належить більшість солей, наприклад, кухонна сіль (NаСІ). Вода розчиняє більшість речовин, які містять групи (-ОН, -СООН та ін.), здатні іонізуватися (тобто розпадатися на електрично заряджені частинки) під час взаємодії з нею.
Гідрофобні (від грец. фобос - страх) сполуки (майже всі жири, деякі білки та ін.) містять неполярні групи (-СН, -СН₂СН₃ та ін.), які не взаємодіють з водою, тому в ній не розчиняються.
Вода як універсальний розчинник відіграє надзвичайно важливу роль у живих організмах, оскільки більшість біохімічних реакцій відбувається у водних розчинах. Надходять речовини у клітини та виводяться з них продукти життєдіяльності також переважно в розчиненому вигляді. Вода бере безпосередню участь у реакціях гідролізу (від грец. лізіс - розкладання) - розщеплення органічних сполук з приєднанням до місця розриву іонів молекули води (Н⁺ та ОН^-).

З водою пов'язана також регуляція теплового режиму організмів. їй притаманна велика теплоємність, тобто здатність поглинати тепло за незначних змін власної температури. Завдяки цьому вода запобігає різким змінам температури в клітинах і в організмі в цілому за значних її коливань у навколишньому середовищі. Під час випаровування води організми витрачають багато тепла. Так вони захищають себе від перегрівання. Завдяки високій теплопровідності, вода забезпечує рівномірний розподіл теплоти між тканинами організму, циркулюючи по порожнинах органів і тіла (порожнинна рідина, кров, лімфа тощо).

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).

Які ще неорганічні сполуки, крім води, е в організмах? Які їхні функції? 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^-, SO₄^2-, карбонатної - НСО₃^-, фосфатної - Н₂РО₄^-, НРО₄^2- 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.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Що вивчає наука біохімія?
2. У яких співвідношеннях перебувають у живих клітинах різні хімічні елементи?
3. Які властивості води як основи внутрішнього середовища організмів?
4. Які функції виконує вода в живих організмах?
5. У якому стані в клітині перебувають солі? Які їхні функції в живих організмах?
 
ПОМІРКУЙТЕ
Які особливості будови молекул води забезпечують її властивості?
Як фізико-хімічні властивості води забезпечують процеси життєдіяльності окремих клітин і всього організму?
 

М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Первес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький, Загальна біологія, 10 клас
Вислано читачами інтернет-сайту.

ЕЛЕМЕНТНИЙ СКЛАД ОРГАНІЗМІВ
Пригадайте: що спільного між живими та неживими системами? Які гормони виділяє щитоподібна залоза? Яка їхня біологічна роль?
Ви вже знаєте, що науку, яка вивчає хімічний склад живих організмів, будову, властивості і роль виявлених у них сполук, шляхи їхнього виникнення та перетворення, називають біологічною хімією, або біохімією. Вона досліджує процеси обміну речовин і перетворення енергії в організмах на молекулярному рівні. Одне з головних завдань біохімії - з'ясування механізмів регуляції життєдіяльності клітин і організму в цілому, які забезпечують єдність процесів обміну речовин і перетворення енергії в організмі.
• Елементний склад живих організмів. Хімічний склад організмів, на відміну від об'єктів неживої природи, відносно сталий. З понад 100 різних типів атомів хімічних елементів та їхніх ізотопів у живих організмах виявляють майже 60. Одні з них є обов'язковими в усіх організмах без винятку, інші - лише в окремих. Разом з тим у живих організмах не виявлено жодного з хімічних елементів, якого б не було в неживій природі. Це одне зі свідчень єдності живої і неживої природи.
Найбільше в організмах так званих макроелементів, тобто хімічних елементів, сумарна частка яких - близько 99,9 % їхньої маси. До них належать Гідроген, Карбон, Нітроген, Оксиген, Кальцій, Калій, Натрій, Ферум, Магній, Сульфур, Хлор, Фосфор (див. табл. 4.1). Перші чотири з них відносять до органогенних елементів, оскільки їхня сумарна частка становить майже 98 % маси живих істот. Крім того, ці елементи є основними складовими органічних сполук, про які йтиметься в наступній темі.

Важко переоцінити роль органогенних елементів у забезпеченні нормального функціонування організмів. Так, з атомів Гідрогену й Оксигену складаються молекули води. Докладніше біологічну роль води, її властивості та функції у біологічних системах ми розглянемо згодом. Варто пригадати роль кисню (О2) у процесі дихання організмів. Надходячи в організм живої істоти під час дихання, він забезпечує окиснення різних органічних сполук. Унаслідок цих процесів вивільняється енергія, що забезпечує різноманітні процеси життєдіяльності. Лише деякі організми, переважно бактерії та паразитичні тварини, можуть існувати за відсутності кисню; їх називають анаеробними.

Атоми Нітрогену входять до складу мінеральних сполук, які споживають з ґрунту рослини. Сполуки Нітрогену сприяють росту рослин, підвищенню їхньої зимостійкості. Азот (N2 переважає серед інших атмосферних газів (близько 79 %). І хоча для більшості живих істот цей газ інертний, його можуть засвоювати з атмосфери деякі організми (наприклад, азотфіксуючі бактерії, ціанобактерії). Завдяки цьому сполуки Нітрогену надходять у ґрунт, зберігаючи та підвищуючи його родючість (мал. 4.1).
Оскільки Нітроген входить до складу білків та інших органічних речовин, його сполуки необхідні для нормального росту організмів. А ще пригадайте, що Нітроген входить до складу хітину - складової клітинної стінки грибів і зовнішнього скелета членистоногих (мал. 4.2), яка надає їм додаткової міцності.
Карбон у складі СО2 забезпечує повітряне живлення рослин і деяких інших організмів, здатних до фотосинтезу (пурпурні та зелені сіркобактерії, ціанобактерії, деякі одноклітинні тварини). Ці автотрофні організми фіксують СО2 й використовують Карбон для синтезу власних органічних речовин. А далі по ланцюгах живлення створені ними органічні сполуки передаються гетеротрофним організмам, наприклад тваринам.

Сполуки Кальцію входять до складу черепашок молюсків, деяких одноклітинних тварин (форамініфер), панцирів раків, кісток і зубів хребетних тварин тощо. Важливе значення має достатнє надходження сполук Кальцію до організму дітей і вагітних жінок. Нестача сполук Кальцію в дітей може спричинити викривлення кісток - рахіт. Посилені витрати сполук Кальцію в організмі вагітних жінок пов'язані з тим, що в цей час формується скелет зародка. Сполуки Кальцію містять курячі яйця, молочні продукти, зокрема м'який сир тощо.
Сполуки Калію необхідні для нормальної діяльності нервової та серцево-судинної систем, мускулатури. Важлива роль сполук Калію і Кальцію в регуляції роботи серця: підвищена концентрація йонів Са2+ прискорює роботу серця, а йонів К+ - уповільнює. Ці особливості впливу йонів К+ використовують для створення ліків, що нормалізують роботу серця. Багато сполук Калію міститься в картоплі, фруктах (абрикосах, сливах тощо).
Сполуки Калію та Купруму підвищують холодостійкість рослин і тим самим забезпечують краще переживання зимового періоду.

Ви вже знаєте, що атом Феруму входить до складу дихального пігменту -гемоглобіну (мал. 4.3, 2). Гемоглобін здатний зв'язувати гази (пригадайте, які) та транспортувати їх по організму. Тому за умови нестачі в організмі Феруму чи при порушенні засвоєння цього хімічного елемента можуть порушуватися процеси утворення еритроцитів, виникає захворювання -недокрів'я, або анемія. Сполуки Феруму, необхідні для кровотворення, містяться в яблуках та інших продуктах рослинного походження (абрикосах, зелені петрушки тощо), а також печінці та яйцях.
Сполуки Феруму та Магнію необхідні рослинам для того, щоб в їхніх клітинах утворювався пігмент хлорофіл. Атом Магнію входить до складу молекули хлорофілу, а для синтезу хлорофілу необхідна наявність Феруму. За нестачі або відсутності цих хімічних елементів листки рослин стають блідо-зеленими чи взагалі втрачають зелений колір. Унаслідок цього процеси фотосинтезу порушуються або припиняються, і рослина зрештою гине. Таке захворювання має назву хлороз (мал. 4.3, 2).
Фосфор сприяє роботі головного мозку, бере участь у формуванні скелета тощо. Сполуки Фосфору в значних кількостях потрібні й рослинам. Зокрема, вони сприяють швидшому дозріванню плодів і забезпечують зимостійкість рослин. Сполуки Фосфору надходять до нашого організму з молоком і молочними продуктами, рибою, яйцями та ін.
Понад 60 хімічних елементів належать до групи мікроелементів (Йод, Кобальт, Манган, Купрум, Молібден, Цинк тощо), адже їхній вміст становить 10-12-10-3 % маси живих істот. Серед них виділяють групу ультра-мікроелементів (Плюмбум, Бром, Аргентум, Аурум та ін.), відсотковий вміст яких ще нижчий. Мікроелементи, що містяться в клітині, входять до складу органічних і неорганічних сполук або перебувають у вигляді йонів.
Хоча вміст мікроелементів в організмах незначний, їхня роль у забезпеченні нормального функціонування організмів може бути важливою. Пригадайте, Йод необхідний для того, щоб щитоподібна залоза виробляла гормони (тироксин, трийодтиронін). Недостатнє надходження Йоду в організм людини з їжею чи водою може спричинити порушення синтезу цих гормонів. Як ви пригадуєте з курсів Основи здоров'я та Біологія 9-го класу, це може призвести до важких захворювань людини, пов'язаних з порушенням обміну речовин, як-от мікседеми, кретинізму. У людей, що мешкають у місцевостях, де вода та ґрунт містять мало Йоду, часто розвивається захворювання ендемічний зоб (ендемічний у перекладі з грецької -місцевий, притаманний даній місцевості), коли розростаються тканини щитоподібної залози (мал. 4.4). При цьому виробляється менше від норми гормону тироксину. Для профілактики йододефіциту в таких місцевостях йодують сіль: до кухонної солі додають калій йодид. Багато сполук Йоду містять бурі водорості, наприклад ламінарія, або морська капуста.
Ви вже знаєте, що до складу емалі зубів входить Флуор, який надає їй міцності. Нестача цього елемента в організмі призводить до руйнування емалі зубів. Як ви пригадуєте, це захворювання називають карієсом (мал. 4.5). Тому, обираючи зубну пасту, звертайте увагу на вміст у ній Флуору і Кальцію, які зміцнюють зуби. Ці елементи є і в деяких продуктах харчування: молоці, сирах, шпинаті тощо. Цинк необхідний для утворення гормонів підшлункової залози, Бром - гормонів гіпофіза. (Пригадайте, які гормони виробляють ці залози)
Кобальт і Купрум - необхідні для процесів кровотворення (пригадайте, до складу дихальний пігментів яких тварин входить Купрум). Кобальт входить до складу вітаміну В12 (ціанкобаламіну), нестача якого в організмі призводить до злоякісного недокрів'я (анемії). Для людини основним джерелом надходження вітаміну В12 є продукти харчування тваринного походження - печінка великої рогатої худоби, нирки, м'ясо, сир, рибні продукти тощо.
Сполуки Силіцію входять до складу опорних структур деяких організмів: клітинних стінок хвощів, панцирів діатомових водоростей, внутрішньоклітинного скелета радіолярій, скелета деяких губок тощо. Разом з тим потрапляння сполук Силіцію в органи дихання може порушити їхнє функціонування. Так, унаслідок довготривалого вдихання виробничого пилу, що містить 8Ю2, виникає небезпечне захворювання легень - силікоз. Тому людям, робота яких пов'язана з промисловим пилом (наприклад, шахтарям), слід захищати дихальні шляхи за допомогою марлевих пов'язок або респіраторів.
► Ключові терміни та поняття. Макроелементи, мікроелементи, органогенні елементи.
Коротко про головне
Хімічний склад живих організмів, на відміну від об'єктів неживої природи, відносно сталий. У живих організмах трапляється майже 60 хімічних елементів. Одні з них обов'язкові для усіх організмів без винятку, інші - знайдені лише в представників окремих видів.
Залежно від вмісту в організмах хімічні елементи поділяють на макро- (вміст понад 99,9 %) та мікроелементи (менше ніж 0,1 %).
Гідроген, Карбон, Нітроген, Оксиген відносять до органогенних елементів, оскільки вони найчастіше трапляються у складі органічних сполук, а їхня сумарна частка становить майже 98 % хімічного вмісту живих істот.
Понад 60 елементів належать до групи мікроелементів (Йод, Кобальт, Манган, Купрум, Молібден, Цинк тощо), їхній вміст у клітині становить від 1012 % до 10-3 %.
_____________________________________________________________________________________________

П.Г. Балан, Ю.Г. Вервес, В.П. Поліщук. Біологія, 10 клас
Вислано читачами інтернет-сайту.

_{Підручники скачати безкоштовно, онлайн уроки, реферати з біології, домашнє завдання запитання та відповіді}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.