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.

РОЛЬ НЕОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН • У ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ОРГАНІЗМІВ
Пригадайте: які основні класи неорганічних сполук виявляють у живих організмах? Які їхні функції? Що таке радіонукліди, ізотопи?
Вам уже відомо, що всі хімічні речовини поділяють на органічні та неорганічні. Загальний вміст неорганічних речовин (крім води) у різних клітинах варіює в межах від одного до декількох відсотків. Серед неорганічних речовин важливу роль у забезпеченні функціонування окремих клітин і цілісних організмів відіграють вода, неорганічні кислоти, луги та солі.
• Солі неорганічних кислот усередині живих організмів розчинені у воді (у вигляді йонів) або перебувають у твердому стані (наприклад, солі Кальцію та Фосфору у складі скелета людини та більшості хребетних тварин) (мал. 5.1).
Йони утворені катіонами металічних елементів (Калію, Натрію, Кальцію, Магнію тощо) та аніонами неорганічних кислот (СІ-, Н804 , 802-, НСО3, Н2РО4, НРО2- та ін.).
Різна концентрація йонів №+ і К+ поза клітинами та всередині них приводить до виникнення різниці електричних потенціалів на мембранах, які оточують клітини. Це забезпечує транспорт речовин через мембрани, а також передачу нервових імпульсів. До складу багатьох ферментів входять йони Са²⁺ і Мд²⁺, які забезпечують їхню активність. Присутність у плазмі крові йонів Са²⁺ - необхідна умова зсідання крові. За нестачі солей Кальцію порушується робота серцевого та скелетних м'язів (зокрема, виникають судоми).

Сталий уміст натрій хлориду (0,9 %) у плазмі крові - необхідна складова підтримання гомеостазу нашого організму. Розчин натрій хлориду такої концентрації ще називають фізіологічним. Його використовують при ін'єкціях певних ліків або вводять за незначних крововтрат (пригадайте, з якою метою).
Щодоби до організму людини має надходити 12-15 г кухонної солі (№С1). Всмоктування солей починається ще в шлунку, а завершується в кишечнику. Рецептори, розташовані у стінках кровоносних судин і тканинах, здатні визначати концентрацію солей. Імпульси від цих рецепторів надходять до гіпоталамуса, який, у свою чергу, регулює діяльність залоз внутрішньої секреції. Залежно від вмісту солей в організмі під впливом нейрогуморальної регуляції змінюється їхній вміст у сечі.
Через порушення обміну речовин солі можуть відкладатися у суглобах, що спричиняє важкі захворювання - остеохондроз та подагру, за яких спотворюються суглоби кінцівок, втрачається гнучкість хребта, розвиваються напади болю в нирках. Ці захворювання можуть призвести до зменшення рухомості та втрати працездатності. Щоб їх уникнути, необхідно вести активний спосіб життя, не зловживати м'ясними та жирними стравами, сіллю та іншими приправами, відмовитися від алкоголю.
У порожнинах органів або їхніх вивідних проток можуть формуватися щільні утворення - «камені». Найчастіше вони утворюються в нирках, жовчному міхурі, ниркових мисках і сечовому міхурі при відкладанні там кальцієвих солей органічних (сечова та щавлева) або неорганічних (карбонатної чи ортофосфатної) кислот. Унаслідок розвивається сечокам'яна хвороба - камені, поступово збільшуючись, спочатку викликають болі в поперековій ділянці, а потім, просуваючись через сечовивідні шляхи, -напади дуже сильного болю. Інколи камені закупорюють сечоводи і тоді, аби врятувати життя хворого, застосовують хірургічне втручання.
Важливі функції виконують в організмі і неорганічні кислоти. Ми вже згадували, хлоридна кислота створює кисле середовище в шлунку хребетних тварин і людини, забезпечуючи активність ферментів шлункового соку. У людей, в шлунку яких хлоридної кислоти виробляється недостатня кількість, порушуються процеси перетравлення білків, можливе розмноження у шлунку великої кількості шкідливих бактерій тощо. Збільшення секреції хлоридної кислоти також небезпечне для організму людини, зокрема воно спричиняє печію.
Залишки сульфатної кислоти, приєднуючись до нерозчинних у воді сполук, забезпечують їхню розчинність. Це сприяє виведенню таких речовин у розчиненому стані з клітин і організму. Ортофосфатна кислота необхідна для синтезу АТФ (є універсальним накопичувачем енергії в клітині) та різних типів нуклеїнових кислот.
•    Кислотно-лужний баланс. Внутрішнє середовище людини має певне співвідношення позитивних і негативних йонів - кислотно-лужний баланс. У разі його порушення можуть виникати важкі захворювання. Зокрема, при підвищенні вмісту позитивних йонів організм погано засвоює Кальцій, Натрій, Калій, а при зростанні вмісту негативних -повільніше засвоюється їжа, що негативно впливає на функції печінки і нирок, виникають алергічні стани, загострюються хронічні захворювання тощо.
•    Екологічні захворювання. Не всі сполуки, які надходять в організми з водою та їжею, корисні для них. Наприклад, для організму людини небезпечне надходження солей важких металів (Плюмбуму, Хрому тощо) та радіонуклідів. Багато важких металів міститься у транспортних викидах. Тому обабіч великих автомобільних трас не слід збирати гриби, бо вони здатні накопичувати у своєму тілі ці речовини, а також радіонукліди. Ці сполуки можуть відіграти роль канцерогенних, тобто таких, що сприяють утворенню в організмі доброякісних та злоякісних пухлин, призводять до надмірного розмноження клітин крові: лейкоцитів (лейкози), рідше -еритроцитів (еритроцитози). Потрапивши в організм вагітної жінки, радіонукліди можуть зумовити вади розвитку зародка.
Для організму людини та тварин небезпечні радіоактивні ізотопи багатьох хімічних елементів: Йоду, Цезію, Стронцію, Урану та ін. Потрапляючи в організми, Стронцій-90 може відкладатись у кістках, заступаючи Кальцій. Унаслідок цього кістки стають ламкими. Ізотоп Йоду порушує функції щитоподібної залози. Значні концентрації радіонуклідів здатні накопичувати рослини. З рослинною їжею вони згодом потрапляють в організми тварин і людини.
Унаслідок аварії на ЧАЕС радіонуклідами забруднено понад 8,4 млн га земель, серед них 3,5 млн га орних. Якщо врахувати забрудненість ґрунтів України також важкими металами та отрутохімікатами (пестицидами), то нині в незадовільному стані перебуває близько 20 % території нашої країни. Найвищий рівень забрудненості ґрунтів важкими металами зафіксовано в
Донецькій і Закарпатській областях. Так, у Донецькій області це пов'язано з діяльністю промислових підприємств і гірничодобувних шахт, а в Закарпатській -неодноразовими аваріями на гірничодобувних підприємствах Румунії, внаслідок чого значна кількість важких металів потрапила у р. Тису і під час її розливу -на сільськогосподарські угіддя.
Слід зазначити, що навколо великих промислових підприємств радіус забруднення токсичними речовинами становить від 1 до 20 км і їхня концентрація може перевищувати гранично допустиму в 5-10 разів. Істотним чинником забруднення ґрунтів є викиди вихлопних газів транспортом. Уміст Плюмбуму в ґрунті навіть на відстані 50 км від траси може перевищувати допустимий у 3-4 рази.
Високий вміст нітратів в їжі та воді шкідливий для організму людини. Тому за вмістом нітратів, наприклад в овочах, має здійснюватися постійний контроль. Існують спеціальні норми вмісту нітратів та інших шкідливих сполук у продуктах харчування та воді. Згідно з ними визначені так звані гранично допустимі концентрації (ГДК). Якщо вміст шкідливих речовин у воді чи продуктах харчування перевищує показники ГДК, то такі продукти і воду мають вилучати з продажу і вжитку.
Забруднення атмосфери спричиняють викиди шкідливих для здоров'я людини й інших організмів відходів промислових підприємств, вихлопних газів автомобільного транспорту (сполук Сульфуру, Нітрогену, чадного газу СО, важких металів тощо). Підприємства будівельної і вугільної промисловості (цементні та гіпсові заводи, відкриті вугільні кар'єри тощо) є джерелами забруднення атмосфери пилом.
Особливу небезпеку для довкілля становлять кислотні дощі, спричинені забрудненням атмосфери сірчистим газом 802 (промислові підприємства та автотранспорт викидають в атмосферу понад 160 млн тонн сірчистого газу щорік) та оксидами Нитрогену (М20, М203 і М02). При з'єднанні з водою атмосфери ці речовини утворюють сильні неорганічні кислоти. На великих територіях промислово розвинених країн зареєстровано опади, кислотність яких перевищує нормальну від 10 до 1000 разів. Від кислотних дощів руйнуються екосистеми прісних водойм, гинуть ліси (мал. 5.2), знижується врожайність ґрунтів.
Під керівництвом Міжнародного союзу охорони природи та природних ресурсів (МСОП) нині розроблено стратегічні принципи побудови екологічно стабільного суспільства, які погоджено з урядами більшості країн світу. Однією з умов побудови такого суспільства є чітке обмеження (квотування) промислових викидів країнами світу. При цьому країни, які не повністю використовують свої квоти (це стосується, зокрема, України), можуть продавати невикористану частину квоти іншим. Отримані кошти використовують для впровадження методик, спрямованих на поліпшення стану довкілля.

Коротко про головне
Загальний вміст неорганічних речовин (крім води) у клітинах різних типів варіює в межах від одного до декількох відсотків. Серед цих сполук важливу роль у забезпеченні нормального функціонування окремих клітин і цілісних організмів відіграють кислоти, луги та солі.
_____________________________________________________________________

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.