Что такое особенности химического состава
Особенности химического состава живых организмов
1. Особенности химического состава живых организмов. Органические вещества, их роль в организме.
Живые организмы содержат те же химические элементы, что и неживая природа. Содержание некоторых элементов больше, их называют макроэлементами: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера и др. Микроэлементы в организме содержатся в малых количествах, но тоже играют важную роль, например, йод.
Вещества, которые встречаются в неживой природе, называются неорганическими. В состав клеток входят вода (до 80%) и минеральные соли.
Органические вещества образуются в живых организмах, хотя могут быть синтезированы в лабораториях. Важнейшими из них являются белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) и витамины. Органические вещества образуют важнейшие структуры клетки и служат источником энергии. Характерной особенностью многих органических веществ является их полимерная структура. Так, крахмал состоит из большого числа молекул глюкозы. Белки в процессе пищеварения распадаются на аминокислоты. А ДНК несет важнейшую функцию — является хранителем наследственной информации, зашифрованной в виде последовательности нуклеотидов. Эта информация проявляется через структуру белков, которые помимо структурной несут еще одну очень важную функцию — являются катализаторами химических процессов, происходящих в клетке. Жиры не растворяются в воде, поэтому жироподобные вещества входят в состав клеточных мембран. Витамины участвуют в регуляции обмена веществ.
2. Приспособленность птиц к полету во внешнем и внутреннем строении, размножении. Объясните, в чем проявляется относительный характер приспособленности.
Весь организм птиц является ярким образцом приспособленности к полету. Это достигается снижением веса птицы, высокой интенсивностью обмена веществ и высоким уровнем развития нервной системы. Передние конечности превращены в крылья.
Снижению веса птицы способствует:
Высокая интенсивность обмена веществ позволяет получить необходимую для полета энергию. Основные черты:
Высокий уровень развития нервной системы обеспечивает быструю реакцию, образование условных рефлексов, сообразительность. Хорошо развито зрение, у птиц — цветное. Координацию движений обеспечивает развитый мозжечок.
Приспособленность птиц возникла в процессе эволюции в результате естественного отбора.
Примером относительности приспособленности могут служить случаи гибели птиц в современных условиях при столкновении с проводами линий электропередач, во время разливов нефти в водоемах и т. п.
3. Используя знания о строении и функциях скелета человека, раскройте особенности первой доврачебной помощи при переломе ребер, позвоночника, травмах черепа.
При любом переломе важно обеспечить неподвижность сломанных костей. При переломе ребер шину не накладывают. Нужно, чтобы пострадавший сделал глубокий выдох, и в этом положении туго забинтовать грудную клетку. При переломе позвоночника особенно опасно ущемление нервов разрушенными позвонками, транспортировать больного нужно на машине скорой помощи. Если нет такой возможности, пострадавшего кладут лицом вниз на жесткое основание (доску) и в этом положении осуществляют транспортировку в медицинское учреждение. При травмах черепа голову фиксируют валиком из одеяла и т. п., уложенном вокруг головы.
Первая помощь при ударах, вывихах
При сильных ушибах, связанных с потерей сознания, пострадавшему нужно обеспечить покой и вызвать врача.
При ушибах может возникнуть кровоизлияние под кожей, приводящее к образованию гематомы. Как можно скорее нужно приложить к ушибленному месту снег, охлаждающий пакет из аптечки или поместить конечность под струю ледяной воды. Через 15–30 минут охлаждения накладывается тугая давящая повязка, что уменьшает размеры гематомы. Если гематома большая, необходимо обратиться к врачу. Пока кровь не свернулась, она может быть удалена через прокол. После сворачивания крови может потребоваться операция.
При вывихах конец кости смещается в суставе. Необходимо наложить холод, зафиксировать поврежденный сустав и обратиться к врачу. Нельзя дергать поврежденную конечность или пытаться вправить самостоятельно, не имея опыта, так как ошибочно за вывих может быть принято растяжение или перелом. Неправильные действия способны усугубить травму.
При вывихах нельзя откладывать визит к врачу, так как успешность лечения тем выше, чем меньше времени прошло после травмы (при застарелых вывихах потребуется операция, в дальнейшем вывих может повторяться).
Особенности химического состава клетки
Урок 7. Общая биология 10 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Особенности химического состава клетки»
Вы же помните общие свойства живых организмов?
Клеточное строение. Рост и развитие. Наследственность. Изменчивость… А какой пункт здесь самый первый? Правильно. И сегодня мы более подробно поговорим о том, что всё живое на Земле имеет сходный химический состав.
Вначале вообще о химическом составе. Наша Вселенная образовалась примерно 13 миллиардов лет назад. Температура её была такой высокой, что элементарные частицы вещества не могли соединяться в атомы. А значит, нельзя было говорить о каком-либо химическом составе материи. Так как попросту не существовало каких-либо атомов.
С понижением температуры, когда частицы перестали двигаться уж с совсем сумасшедшей скоростью, они стали объединяться в атомы. Так возникли химические элементы.
Первыми появились самые лёгкие из них: водород и гелий. Ну а дальше и все остальные.
Теперь от Вселенной перейдём к нашей планете. Образовалась она примерно 4,5 миллиарда лет назад и была очень горячей.
По мере остывания, примерно через 500 миллионов лет, на Земле сложились условия для появления первых живых организмов. Конечно, возможно, всё происходило и иначе. Но общепринятая биохимическая теория происхождения жизни на Земле утверждает, что живые организмы возникли из неживого вещества. Если живое возникло из неживого, значит оно будет состоять из тех же химических элементов, что и неживое. Логично?
Идём дальше. Какие химические элементы мы знаем? Для этого нужно заглянуть в таблицу Менделеева. На сегодняшний день человеку известно более 100 химических элементов. Значит, можно смело предположить, что и живые организмы состоят из такого же количества химических элементов. И действительно. В клетках живых существ найдено около 80 химических элементов. Скажете, не все? Не все. Но абсолютное большинство из встречающихся стабильных. А остальные, похоже, для жизни оказались вовсе не обязательны.
Вместе с тем нет ни одного химического элемента, содержащегося в живых организмах, который не был бы найден в телах неживой природы.
И здесь мы делаем первый важный вывод о единстве живой и неживой материи.
Таким образом, уясняем: живая и неживая природа едины. Но соотношение химических элементов в живом и неживом веществе сильно различается.
Если же мы ещё внимательнее присмотримся к химическому составу живых организмов, то обнаружим, что разные организмы и даже клетки, выполняющие разные функции, могут существенно отличаться друг от друга. Например, лютики накапливают литий, ряска – радий, а водоросли – элемент, необходимый для нормального функционирования нашей щитовидной железы, – йод.
Итак, содержание разных химических элементов в живых организмах различно. Существует и несколько классификаций элементов по этому показателю. Мы с вами рассмотрим следующие три группы.
Первую группу составляют химические элементы, содержание которых достаточно велико. Поэтому называются они макроэлементами. К ним будут относиться, конечно же, кислород, углерод, водород и азот, о которых мы уже упоминали. Их количество настолько велико, что эту четвёрку часто называют основными элементами. Значительно ниже содержание в живых организмах других элементов. Фосфора, калия, серы, железа, магния, натрия, кальция. Нижняя планка, по которой элемент относится к макро-, – его количество должно составлять более 0,01 %.
Вторая группа – микроэлементы. Это бор, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод, бром. Количество микроэлементов в организме – от 0,01 до 0,00001 %.
Ну а третью группу составляют уже достаточно экзотические ультрамикроэлементы. К ним отнесём, не пугайтесь: уран, ртуть, радий, бериллий, цезий, селен и даже золото. Содержание ультрамикроэлементов в организме – миллионные доли процента. Например, золота в организме человека – около 10 мг. Вы спросите: «Где его искать?» Половина этого количества содержится в костях. В крови – 1 мг на литр. Кроме того, немножко можно найти в коже, волосах и ногтях.
Теперь давайте сравним. Сколько там у нас кислорода? 40 кг! А, например, того же золота аж в 4 миллиона раз меньше. Колоссальная разница. Но в живой природе это работает не так, как в человеческом обществе. Когда 40 кг золота – это лучше, чем 10 миллиграммов.
Запомните. Процентное содержание того или иного элемента не характеризует степень его важности в организме. Вы же помните про витамины. Организму их нужно гораздо меньше, чем той же картошки. Но уменьшение содержания даже сравнительно ничтожного количества витаминов приводит к тяжёлым нарушениям обмена веществ и, как следствие, к заболеваниям.
Поговорим о значении некоторых химических элементов более конкретно и начнём с больших.
Кислород, углерод, водород, азот – основа органических веществ клетки. А это более 97 % от сухого вещества. Кроме того, водород и кислород образуют «мокрое» вещество клетки – воду. В некоторых клетках её также может быть около 90 %.
Кремний. Помните, неживая природа примерно на четверть состоит из кремния? Если проводить сравнение, то можно сказать, что в живых организмах его практически нет – всего одна тысячная процента. Но кремний у нас есть и активно работает. Он участвует в формировании костей и основного белка соединительной ткани – коллагена. Входит в состав клеточной оболочки растений.
Цинк обеспечивает регуляцию содержания глюкозы в крови – он входит в состав инсулина и некоторых других ферментов. Принимает участие в синтезе растительных гормонов.
Медь. Как там говорят? Пройти огонь, воду и медные трубы. Здесь и сейчас проходим медь. Как и магний, она также обеспечивает Землю органическими веществами – участвует в процессах фотосинтеза. Параллельно медь помогает эти органические вещества и расщеплять – обеспечивает нормальное протекание клеточного дыхания. У беспозвоночных животных окрашивает кровь и гемолимфу в благородный голубой цвет, так как входит в состав дыхательных пигментов.
Фтор. Вы, наверное, видели рекламу или сами пользуетесь зубной пастой с содержанием фтора. Дело в том, что этот химический элемент входит в состав зубной эмали. Правда, попадает ли он в зубы из пасты – вопрос достаточно спорный. Но это тема отдельного разговора.
Ещё фтор в нашем организме накапливается в костной ткани.
Йод нужен для нормального функционирования щитовидной железы. Он входит в состав её гормонов – тироксина и трийодтиронина, регулирующих обмен веществ.
Марганец входит в состав ферментов, а также регулирует их активность. Участвует в формировании костей и фотосинтезе.
Кобальт – составная часть цианкобаламина. Отсюда и название витамина B 12, имеющего самую сложную из всех витаминов структуру. Также кобальт принимает участие в процессах кроветворения.
И закончим наш обзор молибденом. Этот металл используют клубеньковые бактерии для очень важного процесса – связывания атмосферного азота и перевода его в форму, доступную для растений.
Как мы видим, каждый химический элемент выполняет свою роль в живых организмах. Для одних функций необходимо высокое содержание определённого элемента, а для других – низкое. Но абсолютно все они являются жизненно необходимыми.
Нам осталось рассмотреть то, в каком же виде находятся химические элементы в составе живых организмов. Мы уже сказали, что они могут быть составными частями молекул разнообразных неорганических и органических соединений.
Важнейшее из неорганических – вода. В ней растворены газы (кислород, углекислый газ, азот).
Органические вещества состоят, в основном, из углерода, водорода и кислорода. В составе белков к этим элементам добавляются азот и сера. А в нуклеиновых кислотах – азот и фосфор.
Кроме того, часть химических элементов выполняет свои функции в форме ионов. Например, катионов (калия, натрия, кальция, магния) и анионов (хлора, гидрокарбонат ион, гидрофосфат ион, сульфат ион).
И отдельно отметим роль углерода. Благодаря своим уникальным химическим свойствам, фундаментальным для жизни, он составляет её химическую основу. Образуя связи с другими атомами и группами атомов, он составляет скелет различных по химическому составу, строению, длине и форме органических молекул. И основная причина их разнообразия не столько отличия составляющих их атомов, сколько разнообразие порядка и связи друг с другом. Благодаря прочности ковалентных связей возникают и существуют гигантские органические молекулы – полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты. Многообразие которых практически бесконечно. И именно в этом причина разнообразия живых организмов на Земле. А может, где-то и на других планетах.
Подведём итог.
1. Живая и неживая природа состоят из одинаковых химических элементов.
2. Соотношение элементов в живой и неживой природе различно.
3. По содержанию в живых организмах химические элементы делятся на три группы: макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы.
4. Процентное содержание того или иного элемента не характеризует степень его важности в организме.
5. Химические элементы являются составными частями неорганических и органических веществ, а также выполняют свои функции в виде ионов.
6. Углерод, благодаря уникальным химическим свойствам, составляет химическую основу жизни.
Биология
Лучшие условия по продуктам Тинькофф по этой ссылке
Дарим 500 ₽ на баланс сим-карты и 1000 ₽ при сохранении номера
. 500 руб. на счет при заказе сим-карты по этой ссылке
Лучшие условия по продуктам
ТИНЬКОФФ по данной ссылке
План урока:
Неорганические вещества, их роль в клетке
Всякий организм содержит определенный набор химических элементов, количество которых неодинаково. Познакомимся на схеме с классификацией элементов.
Из схемы видно, что самое большое количество в клетке приходится на макроэлементы. Все они имеют огромное значение для нормальной работы организма. Макроэлементы представлены следующими химическими элементами: кислородом (75%), углеродом (15%), водородом (8%), азотом (3%). Они являются основой жизни на всей планете.
Микроэлементы в организме представлены в небольшом количестве. Однако, они также выполняют свою роль в организме. Микроэлементы входят в состав ферментов и гормонов, содержатся в тканях, принимают участие в процессах обмена веществ.
Все химические элементы составляют вещества, которые представлены двумя группами. Познакомимся с ними на схеме.
Остановимся подробнее на неорганических веществах.
В численном отношении первое место среди неорганических веществ клетки принадлежит воде. Ее содержание колеблется в зависимости от вида организма, условий его местообитания, типа клеток и их функционального состояния. В общем содержание воды в клетке составляет от 40% до 95%.
Причем с возрастом количество воды в клетках любого организма заметно снижается. Соответственно, чем выше функциональная активность клеток и организма в целом, тем больше содержание в них воды, и наоборот.
Наличие воды – обязательное условие жизненной активности клетки. Она составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру. Роль воды определяется ее физическими и химическими свойствами.
Рассмотрим основные свойства воды:
Гидрофильные вещества имеют хорошую растворимость, так как состоят из частиц, способных при растворении отделяться друг от друга. С такими соединениями вы знакомились в курсе химии 9 класса, их называют ионные.
К ним относят такие классы неорганических соединений как соли, щелочи, кислоты и некоторые другие вещества.
В растворе молекулы или ионы данных соединений имеют возможность быстро передвигаться, что обеспечивает их высокую реакционную способность. При этом вода выполняет в клетке роль среды, в которой осуществляются химические реакции.
Гидрофобные вещества плохо либо вообще не растворимы в воде. К ним относят липиды, нуклеиновые кислоты, кое-какие углеводы, а также белки.
Значительную роль в организме играет и еще одна группа неорганических веществ – минеральные соли.
Все минеральные вещества могут быть в виде ионов или твердом состоянии. К примеру, цитоплазма содержит соли кальция, фосфора, кремния. Эти элементы используются для формирования опорных структур клетки – раковины моллюсков, хитиновый покров членистоногих.
Хитиновый покров жука носорога
Минеральные вещества в организме распадаются на ионы: катионы и анионы. Они поддерживают кислотно-щелочной баланс цитоплазмы, обеспечивают тургор [1] клеточных оболочек, оказывают влияние на возбудимость нервной и мышечной ткани, активируют ферменты.
Органические вещества, их роль в клетке
Основу жизни на планете составляют органические вещества. Они представлены белками, жирами, углеводами, а также нуклеиновыми кислотами.
Первостепенной группой органических веществ организма считаются углеводы. Клетка животных содержит углеводов 1,5-2%, в клетке растений их количество достигает 86-91%.
Познакомимся с группами углеводов на рисунке.
Состав моносахаридов представлен тремя или более атомами углерода. Примером этой группы могут считаться глюкоза, фруктоза, рибоза, а также дезоксирибоза. Все моносахариды – это бесцветные кристаллические вещества со сладким вкусом, имеют хорошую растворимость.
Как большинство углеводов, моносахариды снабжают организм энергией, а также принимают участие в синтезе веществ. Рибоза и дезоксирибоза являются составными компонентами нуклеиновых кислот и АТФ.
Моносахаридом является и глюкоза, которая считается составной частью полисахаридов – крахмала, целлюлозы, гликогена. Фруктоза же входит в состав олигосахаридов, к примеру, сахарозы.
Соответственно, углеводы, образованные двумя и более моносахаридами получили название олигосахаридов, примерами которых считаются сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар).
Свойствами олигосахариды схожи с моносахаридами. К примеру, они имеют хорошую растворимость, а также сладкий вкус. С ростом числа мономеров в составе, растворимость олигосахаридов снижается, теряется сладкий вкус.
Полисахариды образуются большим количеством моносахаридов, соединенных ковалентными связями. Полисахаридами являются крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Полисахариды как вещества обладают сладким вкусом, а также отличной растворимостью. Однако, с возрастанием числа мономеров эти свойства ослабевают.
В живых организмах углеводы выполняют следующие функции:
Липиды включают в себя большую группу жиров и подобных им веществ. По физическим свойствам они являются гидрофобными веществами, то есть не растворяются в воде.
Содержание этих веществ различается, посмотрим на рисунке.
Строение липидов отличается, поэтому чаще всего различают две группы: простые и сложные.
Простыми липидами считаются нейтральные жиры, состав которых представлен остатками жирных кислот, молекулой глицерина. Данные соединения при комнатной температуре бывают твердыми и жидкими. Твердые нейтральные жиры чаще всего характерны для животных и встречаются у обитателей северных широт. Жидкие липиды или масла содержатся в клетках растений, например, у подсолнечника, облепихи, оливок.
К простым липидам, помимо нейтральных жиров, принадлежат также и воска.
Представляют они собой сложные эфиры, состоящие из жирных кислот, а также многоатомных спиртов. Данная группа липидов выполняет в организме защитную функцию, предохраняя от внешнего воздействия различные органы. Восковой слой встречается у животных на коже, шерсти, перьях, а у растений – на листьях, стебле, плодах.
Сложные липиды образованы простыми жирами, которые формируют комплексы с иными веществами. К примеру, в фосфолипидах содержатся простые липиды, а также остаток фосфорной кислоты.
Данная группа жиров имеет большое значение в организме. Фосфолипиды считаются основной составляющей клеточных мембран, осуществляя защитную функцию. В организме они не вырабатываются, поступают только с пищей, поэтому фосфолипиды являются незаменимыми соединениями.
Липиды выполняют важные функции в организме. Рассмотрим их.
Строение и функции белков
Белки считаются сложными органическими соединениями, в составе которых преобладают аминокислоты. В жизни всех организмов эти вещества имеют первостепенное значение, поэтому их содержание составляет 50-80%.
Структурными единицами белков считаются аминокислоты, соединяющиеся в цепочки. Молекулы данных соединений представляет длинную цепь, состоящую из 50-1500 аминокислот скрепленных пептидной связью.
Аминокислоты выстраиваются в определенной последовательности, образуя полипептидную цепочку белка. Причем не всегда это просто цепочка, часто белки образуют различные конфигурации в пространстве. Поэтому принято выделять несколько уровней организации белковой молекулы.
Последовательная линейная цепочка аминокислот белковой молекулы является простейшим уровнем организации, названная первичной структурой. Она специфична для каждого белка, определяет его свойства, а также функции.
Под влиянием различных факторов происходит трансформация структуры белка вследствие разрыва связей. Такой процесс получил обозначение денатурация белка.
Денатурацию белка способны вызывать различные физические, а также химические факторы, к примеру, температура, облучение, влияние химических веществ. Причем денатурация структуры белка способна быть обратимой, а может, и нет.
По своему составу и строению белки различаются. Познакомимся с классификацией белков. Часто их делят на две группы: простые и сложные белки или протеины и протеиды.
В состав простых белков входят только аминокислоты. К ним относятся альбумины (сыворотка крови), глобулины (фибриноген крови), гистоны (составные компоненты гемоглобина).
В сложные белки помимо аминокислот входят и некоторые иные соединения – углеводы, липиды. Сложными белками являются фосфопротеины (казеин молока), гликопротеины (плазма крови).
Белки выполняют в клетке ряд значительных функций.
Остановимся на них подробнее.
В природе существует значительное число белков, которые отличаются по строению и функциям. Между тем, роль белков огромна для организмов, они считаются основой жизни на планете.
Нуклеиновые кислоты. АТФ
Нуклеиновые кислоты – биополимеры, способствующие хранению и передаче наследственных данных.
Макромолекулы нуклеиновых кислот выявлены в 1869г швейцарским ученым Ф. Мишером в лейкоцитах, содержащихся в гное. Затем данные соединения найдены в клетках абсолютно всех существ.
Как и белки, нуклеиновые кислоты считаются биополимерами. Их мономером стал нуклеотид, строение его представлено на рисунке.
Мономеры соединяются и образуют полинуклеотидную цепь за счет ковалентных связей, появляющихся между углеводом одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.
Имеется 2 типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Отличия в наименованиях говорят о разном строении: молекула ДНК включает углевод дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу.
Познакомимся со строением ДНК и РНК на рисунке.
Наиболее сложное строение наблюдается у молекулы ДНК, представляющей конфигурацию из двух цепочек, скрученных спирально.
Выделяют 4 типа разнообразных нуклеотидов в молекуле ДНК, но из-за различной их очередности в цепи достигается колоссальное обилие нуклеиновых кислот.
Соединяются 2 полинуклеотидные цепи в одну молекулу при помощи водородных связей, возникающих между азотистыми основаниями. Рассмотрим принцип их объединения на рисунке.
Благодаря особенностям строения протяженность молекулы ДНК может достигать сотен тысяч нанометров, что намного больше самой крупной молекулы белка. В клетке ДНК содержится в ядре, где входит в состав хромосом, а также есть в митохондриях и пластидах. Основной функцией ДНК считается хранение наследственной информации.
Строение РНК более простое –молекула представлена одной цепью нуклеотидов, закрученной в спираль. Различают три типа РНК.
В любой клетке содержатся такие органические соединения как аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Молекула АТФ снабжает энергией большинство реакций, с ее помощью клетка движется, осуществляется синтез веществ.
Любое вещество играет конкретную роль в протекании жизненных процессов. Нехватка какого-либо вещества способно приводить к нарушению данных процессов. Чтобы этого не происходило, организм приспособился самостоятельно поддерживать постоянство состава своей внутренней среды. Обеспечивается это с помощью нервной и гуморальной регуляции организма. Вспомнить, как осуществляются эти процессы, вы можете, обратившись к уроку Организм как единое целое.
Словарь
Тургор – напряженное состояние клеточных оболочек, возникающее вследствие разного давления.