4.6. Neorganiskās vielas Asins plazmā un serumā esošās neorganiskās vielas (kālijs, nātrijs, kalcijs, fosfors, magnijs, dzelzs, hlors u.c.) nosaka asins fizikāli ķīmiskās īpašības Neorganisko vielu daudzums plazmā ir aptuveni 1%. Ķermeņa audos tie atrodas

6.9. Cilmes šūnas Tagad ir modē runāt par cilmes šūnām. Kad cilvēki man jautā, ko es par to domāju, es atbildu uz jautājumu ar jautājumu: “Kur? Krievijā vai pasaulē?” Situācijas šajā jomā ir pilnīgi atšķirīgas Krievijā un pasaulē. Visā pasaulē notiek intensīvi pētījumi un

Šūna ir sarežģīta pašregulējoša sistēma, kurā simtiem notikumu notiek vienlaicīgi un noteiktā secībā. ķīmiskās reakcijas kuras mērķis ir saglabāt savu dzīvībai svarīgo aktivitāti, izaugsmi un attīstību. Šūnu ķīmiskā sastāva izpēte parāda, ka dzīvos organismos nav īpašu, tikai tiem raksturīgu ķīmisko elementu: tieši tajā izpaužas dzīvo un dzīvo organismu ķīmiskā sastāva vienotība. nedzīvā daba.

No 115 dabā esošajiem ķīmiskajiem elementiem vismaz puse no tiem aktīvi piedalās dzīvības procesos. Turklāt 24 no tiem ir obligāti un ir atrodami gandrīz visu veidu šūnās, un 10 elementi ir vissvarīgākie - slāpeklis (N), ūdeņradis (H), ogleklis (C), skābeklis (O), fosfors (P), sērs (S) , nātrijs (Na), kālijs (K), kalcijs (Ca), magnijs (Mg) - no tiem tiek būvētas galvenās šūnas sastāvdaļas.

Pēc procentiem šūnā ķīmiskie elementi ir sadalīti trīs grupās:

· makroelementi, saturs būrī - 10 -3; skābeklis, ogleklis, ūdeņradis, slāpeklis, fosfors, sērs, kalcijs, kālijs, hlors, nātrijs un magnijs, kas veido vairāk nekā 99% no šūnu masas;

· mikroelementi, kura saturs ir robežās no 10 -3 -10 -6; dzelzs, mangāns, varš, cinks, kobalts, niķelis, jods, broms, fluors, bors; to sāpes veido 1,0% no šūnu masas;

· ultramikroelementi, kas ir mazāks par 10 -6; zelts, sudrabs, urāns, berilijs, cēzijs, selēns utt.; kopā - mazāk nekā 0,1% no šūnu masas.

Neskatoties uz zemo saturu dzīvos organismos, tajā spēlē mikro- un ultramikroelementi svarīga loma: tie ir iekļauti dažādi fermenti, vitamīnus un tādējādi nosaka normālu šūnu struktūru un visa organisma attīstību un darbību.

Katrs no dzīvajos organismos sastopamajiem ķīmiskajiem elementiem veic svarīgu funkciju (1. tabula).

1. tabula.

ELEMENTU FUNKCIJAS DZĪVOS ORGANISMOS

- ietekmē augu augšanu;

- aktivizē atjaunojošos elpošanas enzīmus.

Cinks- ir daļa no gandrīz 100 enzīmiem, jo ​​īpaši DNS un RNS polimerāzēm; - piedalās fitohormonu sintēzē. Fluors - ir daļa no kaulaudiem un zobu emaljas. Hlors

- ir daļa no HCl kuņģa sulas.

Jods

Satur vairogdziedzera hormonus

Ķīmiskie elementi šūnās ir atrodami jonu veidā, neorganisku vai organisku vielu sastāvā. Ūdens un neorganiskie savienojumi, to loma šūnā. Neorganiskās (minerālās) vielas - tie ir salīdzinoši vienkārši ķīmiski savienojumi, kas sastopami gan dzīvajā, gan nedzīvajā dabā (minerāļos, lādiņi, šajā gadījumā skaidrojams ar skābekļa atoma spēcīgo elektronegativitāti, kas piesaista elektronus no kopīgiem elektronu pāriem, kā rezultātā skābekļa atomam parādās daļējs negatīvs lādiņš, bet ūdeņraža atomiem – daļējs pozitīvs lādiņš. Starp blakus esošo ūdens molekulu skābekļa un ūdeņraža atomiem rodas ūdeņraža saites, kuru dēļ normāli apstākļiūdens ir sākotnējā šķidrā stāvoklī. Tomēr ūdeņraža saites ir aptuveni 20 reizes vājākas nekā kovalentās saites, tāpēc tās viegli pārtrūkst, kad ūdens iztvaiko.

Ūdens īpašības:

- universāls šķīdinātājs– polārie neorganiskie un organiskie savienojumi šķīst ūdenī; vielas, kas labi šķīst ūdenī (daudzi minerālsāļi, skābes, sārmi, spirti, cukuri, vitamīni, daži proteīni – albumīni, histoni) sauc par polisaharīdiem, taukiem, nukleīnskābēm, dažus proteīnus – par globulīniem, fibrilāriem), hidrofils ; vielas, kas slikti vai vispār nešķīst ūdenī (saukti daži sāļi, vitamīni hidrofobs .

- augsta īpatnējā siltuma jauda– spēja absorbēt siltumu ar minimālām savas temperatūras izmaiņām; Ūdenim iztvaikojot, lai pārrautu ūdeņraža saites, kas satur molekulas kopā, ir jāuzņem liels enerģijas daudzums, tāpēc, iztvaicējot ūdeni, organismi var pasargāt sevi no pārkaršanas.

- augsta siltumvadītspēja– vienmērīgs siltuma sadalījums starp ķermeņa audiem.

- augsts virsmas spraigums– svarīga adsorbcijas procesiem, šķīdumu kustībai pa audiem (dzīvniekiem asinsrite, augos augšupejoša strāva), mazo organismu noturēšanai uz virsmas vai slīdēšanai pa ūdens virsmu.

- ūdens praktiski nav saspiests, radot turgora spiedienu, kura pamatā ir osmozes parādības, un nosakot šūnu un audu apjomu un elastību.

Osmoze – šķīdinātāja (ūdens) molekulu iespiešanās cauri bioloģiskā membrāna vielas šķīdumā. Osmotiskais spiediens ir spiediens, ar kādu šķīdinātājs iekļūst membrānā. Osmotiskā spiediena lielums palielinās, palielinoties šķīduma koncentrācijai. Cilvēka ķermeņa šķidrumu osmotiskais spiediens ir vienāds ar 0,85% nātrija hlorīda šķīduma, t.i., izotoniskā šķīduma spiedienu. Koncentrētākus šķīdumus sauc par hipertoniskiem, bet mazāk koncentrētus – par hipotoniskiem.

Ūdens šūnā atrodas brīvā un saistītā veidā. Saistīts ūdens– 4-5% - ir daļa no fibrilārām struktūrām un apvienojas ar dažiem proteīniem, veidojot ap tiem solvatācijas apvalku. Bezmaksas ūdens – 95-96% – atbilst vesela sērija bioloģiski svarīgas funkcijas.

Ūdens funkcijas:

1) transports – nodrošina vielu kustību šūnā un organismā, uzsūkšanos

2) vielmaiņas – ir vide visām bioķīmiskajām reakcijām šūnā;

3) strukturālā – šūnas citoplazmā ir no 60% līdz 95% ūdens; Augos ūdens nodrošina turgoru; apaļajos un annelīdos tas ir hidrostatisks skelets.

Neorganiskās vielas.

Pārsvarā lielākā daļa neorganisko vielu ir sāļu veidā - vai nu disociētās jonos, vai cietā stāvoklī.

Neorganiskiem joniem ir ne mazāka nozīme šūnas dzīvības procesu nodrošināšanā - tādi ir katjoni(K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3+) un anjoni(Cl -, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, HCO -, NO 3 -) minerālsāļi. Katjonu un anjonu saturs šūnā atšķiras no to koncentrācijas šūnu apkārtējā vidē, jo membrāna aktīvi regulē vielu pārnesi. Tādējādi tiek nodrošināta dzīvas šūnas ķīmiskā sastāva noturība. Ar šūnas nāvi izlīdzinās vielu koncentrācija vidē un citoplazmā.

Organismā esošie joni ir svarīgi, lai uzturētu nemainīgu vides reakciju (pH) šūnā un to apkārtējos šķīdumos, t.i. ir bufersistēmu sastāvdaļas. Buferizācija – šūnas spēja uzturēt nemainīgā līmenī nedaudz sārmainu tās satura reakciju. Vāju skābju un vāju sārmu anjoni saista H + jonus un hidroksiljonus (OH -), kā rezultātā reakcija šūnā praktiski nemainās. Šūnas buferizācijas īpašības ir atkarīgas no sāls koncentrācijas. Nozīmīgākās bufersistēmas zīdītājiem ir fosfāts un bikarbonāts.

Fosfātu bufersistēma– sastāv no H 2 PO 4 - un HPO 4 2- un uztur intracelulārā šķidruma pH 6,9-7,4 robežās. Ekstracelulārās vides (asins plazmas) galvenā bufersistēma ir bikarbonātu sistēma, kas sastāv no H 2 CO 3 un HCO 3 un uztur pH 7,4.

Neorganiskās skābes un to sāļi ir svarīgi organismu dzīvē:

Sālsskābe ir daļa no kuņģa sulas;

Sērskābes atliekas, savienojoties ar ūdenī nešķīstošām svešām vielām, padara tās šķīstošas, atvieglojot izvadīšanu no organisma;

Slāpekļa un fosforskābes neorganiskie nātrija un kālija sāļi, sērskābes kalcija sāls kalpo kā augu minerālbarības sastāvdaļas (kā mēslojums);

Kalcija un fosfora sāļi ir daļa no dzīvnieku kaulu audiem.

Organiskās vielas – daudzi oglekļa savienojumi, ko galvenokārt sintezē dzīvi organismi.

Ķīmisko elementu attiecība dzīvajos ķermeņos atšķiras no nedzīviem objektiem. IN zemes garoza visizplatītākie ir Si, Al, O 2, Na - 90%. Dzīvos organismos: H, O, C, N – 98%. Šī atšķirība ir saistīta ar īpašībām ķīmiskās īpašībasūdeņradis, skābeklis, ogleklis un slāpeklis, kā rezultātā tie izrādījās vispiemērotākie bioloģiskās funkcijas pildošu molekulu veidošanai.

Ūdeņradis, skābeklis, ogleklis un slāpeklis spēj veidot spēcīgas kovalentās saites, savienojot pārī elektronus, kas pieder diviem atomiem. Skābeklis, ogleklis un slāpeklis veido gan vienas, gan dubultās saites, kā rezultātā veidojas ļoti dažādi ķīmiskie savienojumi. Īpaši svarīga ir oglekļa atomu spēja mijiedarboties savā starpā, veidojot kovalentās oglekļa-oglekļa saites. Katrs oglekļa atoms var veidot kovalentās saites ar četriem oglekļa atomiem. Kovalenti saistīti oglekļa atomi var veidot neskaitāmu organisko molekulu ietvarus. Tā kā oglekļa atomi viegli veido kovalentās saites ar skābekli, slāpekli un sēru, organiskās molekulas sasniedz izcilu sarežģītību un strukturālo daudzveidību.

Organiskie savienojumi veido vidēji 20-30% no dzīvā organisma šūnu masas. Ir: monomēri – mazas zemas molekulmasas organiskās molekulas, kas kalpo celtniecības bloki polimēriem; polimēri – lielākas, lielas molekulmasas makromolekulas.

Polimēri ir lineāras vai sazarotas ķēdes, kas satur lielu skaitu monomēru vienību. Homopolimēri- ko pārstāv viena veida monomērs (celuloze), heteropolimēri– vairāki dažādi monomēri (olbaltumvielas, DNS, RNS). Ja monomēru grupa periodiski atkārtojas molekulā, tad sauc polimēru regulāri, molekulās neregulāra nav redzama polimēru atkārtojamība.

Pie organiskajām vielām pieder biopolimēri – olbaltumvielas, nukleīnskābes un ogļhidrāti; kā arī tauki.

IN dažādi veidišūnas satur nevienādos daudzumos noteiktu organisko savienojumu (augu šūnās dominē kompleksie ogļhidrāti - polisaharīdi; dzīvniekiem - vairāk olbaltumvielu un tauku). Tomēr katra organisko vielu grupa jebkurā šūnu tipā pilda līdzīgas funkcijas.

Saistītā informācija.

Šūna: ķīmiskais sastāvs, struktūra, organellu funkcijas.

Ķīmiskais sastāvsšūnas. Makro un mikroelementi. Saistība starp neorganisko un organisko vielu (olbaltumvielu, nukleīnskābju, ogļhidrātu, lipīdu, ATP) struktūru un funkcijām, kas veido šūnu. Loma ķīmiskās vielas cilvēka šūnā un ķermenī.

Organismi sastāv no šūnām. Dažādu organismu šūnām ir līdzīgs ķīmiskais sastāvs. 1. tabulā parādīti galvenie ķīmiskie elementi, kas atrodami dzīvo organismu šūnās.

1. tabula Ķīmisko elementu saturs šūnā

Pirmajā grupā ietilpst skābeklis, ogleklis, ūdeņradis un slāpeklis. Tie veido gandrīz 98% no kopējā šūnas sastāva.

Otrajā grupā ietilpst kālijs, nātrijs, kalcijs, sērs, fosfors, magnijs, dzelzs, hlors. To saturs šūnā ir procenta desmitdaļas un simtdaļas. Šo divu grupu elementi tiek klasificēti kā makroelementi(no grieķu val makro- liels).

Pārējie elementi, kas šūnā attēloti ar procenta simtdaļām un tūkstošdaļām, ir iekļauti trešajā grupā. Šis mikroelementi(no grieķu val mikro- mazs).

Šūnā netika atrasti tikai dzīvajai dabai raksturīgi elementi. Visi uzskaitītie ķīmiskie elementi ir arī daļa no nedzīvās dabas. Tas norāda uz dzīvās un nedzīvās dabas vienotību.

Jebkura elementa trūkums var izraisīt slimības un pat ķermeņa nāvi, jo katram elementam ir noteikta loma. Pirmās grupas makroelementi veido biopolimēru pamatu - olbaltumvielas, ogļhidrāti, nukleīnskābes, kā arī lipīdi, bez kuriem dzīve nav iespējama. Sērs ir daļa no dažiem proteīniem, fosfors ir daļa no nukleīnskābēm, dzelzs ir daļa no hemoglobīna un magnijs ir daļa no hlorofila. Kalcijam ir svarīga loma metabolismā.

Daži no šūnā esošajiem ķīmiskajiem elementiem ir daļa no neorganiskām vielām - minerālsāļiem un ūdens.

Minerālsāļišūnā parasti atrodas katjonu (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) un anjonu (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO) veidā. 3), kuru attiecība nosaka vides skābumu, kas ir svarīgs šūnu dzīvībai.

(Daudzās šūnās vide ir nedaudz sārmaina, un tās pH gandrīz nemainās, jo tajā pastāvīgi tiek uzturēta noteikta katjonu un anjonu attiecība.)

No neorganiskajām vielām dzīvajā dabā ir milzīga loma ūdens.

Bez ūdens dzīve nav iespējama. Tas veido ievērojamu lielāko daļu šūnu masu. Smadzeņu un cilvēka embriju šūnās ir daudz ūdens: vairāk nekā 80% ūdens; taukaudu šūnās - tikai 40,% Līdz vecumam ūdens saturs šūnās samazinās. Cilvēks, kurš zaudējis 20% ūdens, mirst.

Ūdens unikālās īpašības nosaka tā lomu organismā. Tas ir iesaistīts termoregulācijā, kas ir saistīts ar ūdens lielo siltumietilpību - liela enerģijas daudzuma patēriņu apkures laikā. Kas nosaka ūdens lielo siltumietilpību?

Ūdens molekulā skābekļa atoms ir kovalenti saistīts ar diviem ūdeņraža atomiem. Ūdens molekula ir polāra, jo skābekļa atomam ir daļēji negatīvs lādiņš, un katram no diviem ūdeņraža atomiem ir

Daļēji pozitīvs lādiņš. Ūdeņraža saite veidojas starp vienas ūdens molekulas skābekļa atomu un citas molekulas ūdeņraža atomu. Ūdeņraža saites nodrošina savienojumu liels skaitsūdens molekulas. Sildot ūdeni, ievērojama daļa enerģijas tiek tērēta ūdeņraža saišu pārraušanai, kas nosaka tā augsto siltumietilpību.

Ūdens - labs šķīdinātājs. Pateicoties to polaritātei, tās molekulas mijiedarbojas ar pozitīvi un negatīvi lādētiem joniem, tādējādi veicinot vielas šķīšanu. Saistībā ar ūdeni visas šūnu vielas ir sadalītas hidrofilās un hidrofobās.

Hidrofils(no grieķu val hidro- ūdens un filleo- mīlestība) sauc par vielām, kas izšķīst ūdenī. Tajos ietilpst jonu savienojumi (piemēram, sāļi) un daži nejonu savienojumi (piemēram, cukuri).

Hidrofobs(no grieķu val hidro- ūdens un Foboss- bailes) ir ūdenī nešķīstošas ​​vielas. Tajos ietilpst, piemēram, lipīdi.

Ūdenim ir svarīga loma ķīmiskajās reakcijās, kas notiek šūnā ūdens šķīdumos. Tas izšķīdina organismam nevajadzīgos vielmaiņas produktus un tādējādi veicina to izvadīšanu no organisma. Augstais ūdens saturs šūnā to nodrošina elastība. Ūdens atvieglo dažādu vielu kustību šūnā vai no šūnas uz šūnu.

Dzīvās un nedzīvās dabas ķermeņi sastāv no vieniem un tiem pašiem ķīmiskajiem elementiem. Dzīvie organismi satur neorganiskas vielas – ūdeni un minerālsāļus. Daudzās vitāli svarīgās ūdens funkcijas šūnā nosaka tās molekulu īpašības: to polaritāte, spēja veidot ūdeņraža saites.

ŠŪNAS NEORGANISKĀS SASTĀVDAĻAS

Cits elementu klasifikācijas veids šūnā:

Makroelementi ir skābeklis, ogleklis, ūdeņradis, fosfors, kālijs, sērs, hlors, kalcijs, magnijs, nātrijs, dzelzs.
Pie mikroelementiem pieder mangāns, varš, cinks, jods, fluors.
Ultramikroelementi ietver sudrabu, zeltu, bromu un selēnu.

ŠŪNU ORGANISKĀS SASTĀVDAĻAS

Olbaltumvielu struktūra

Fermenti.

Olbaltumvielu svarīgākā funkcija ir katalītiska. Tiek sauktas olbaltumvielu molekulas, kas palielina ķīmisko reakciju ātrumu šūnā par vairākām kārtām fermenti. Neviens bioķīmisks process organismā nenotiek bez enzīmu līdzdalības.

Pašlaik ir atklāti vairāk nekā 2000 enzīmu. To efektivitāte daudzkārt pārsniedz ražošanā izmantoto neorganisko katalizatoru efektivitāti. Tādējādi 1 mg dzelzs katalāzes enzīmā aizvieto 10 tonnas neorganiskā dzelzs. Katalāze palielina ūdeņraža peroksīda (H 2 O 2) sadalīšanās ātrumu 10 11 reizes. Enzīms, kas katalizē ogļskābes veidošanās reakciju (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3), paātrina reakciju 10 7 reizes.

Svarīga fermentu īpašība ir to darbības specifika, katrs ferments katalizē tikai vienu vai nelielu līdzīgu reakciju grupu.

Vielu, uz kuru ferments iedarbojas, sauc substrāts. Fermenta un substrāta molekulu struktūrām ir precīzi jāatbilst viena otrai. Tas izskaidro fermentu darbības specifiku. Ja substrātu apvieno ar fermentu, mainās fermenta telpiskā struktūra.

Enzīma un substrāta mijiedarbības secību var attēlot shematiski:

Substrāts+Enzīms - Enzīmu-substrātu komplekss - Enzīms+Produkts.

Diagramma parāda, ka substrāts apvienojas ar fermentu, veidojot enzīma-substrāta kompleksu. Šajā gadījumā substrāts tiek pārveidots par jaunu vielu - produktu. Pēdējā posmā ferments tiek atbrīvots no produkta un atkal mijiedarbojas ar citu substrāta molekulu.

Fermenti darbojas tikai tad, kad noteikta temperatūra, vielu koncentrācija, vides skābums. Mainīgi apstākļi izraisa izmaiņas proteīna molekulas terciārajā un kvartārajā struktūrā un līdz ar to fermentu aktivitātes nomākšanu. Kā tas notiek? Tikai noteikta fermenta molekulas daļa, ko sauc aktīvais centrs. Aktīvais centrs satur no 3 līdz 12 aminoskābju atlikumiem un veidojas polipeptīdu ķēdes locīšanas rezultātā.

Dažādu faktoru ietekmē mainās fermenta molekulas struktūra. Šajā gadījumā tiek traucēta aktīvā centra telpiskā konfigurācija, un ferments zaudē savu aktivitāti.

Fermenti ir proteīni, kas darbojas kā bioloģiskie katalizatori. Pateicoties fermentiem, ķīmisko reakciju ātrums šūnās palielinās par vairākām kārtām. Svarīga fermentu īpašība ir to darbības specifika noteiktos apstākļos.

Nukleīnskābes.

Nukleīnskābes tika atklātas 19. gadsimta otrajā pusē. Šveices bioķīmiķis F. Mišers, kurš no šūnu kodoliem izdalīja vielu ar augstu slāpekļa un fosfora saturu un nosauca to par “nukleīnu” (no lat. kodols- kodols).

Nukleīnskābes glabā iedzimtu informāciju par katras šūnas un visu dzīvo būtņu uzbūvi un darbību uz Zemes. Ir divu veidu nukleīnskābes – DNS (dezoksiribonukleīnskābe) un RNS (ribonukleīnskābe). Nukleīnskābēm, tāpat kā proteīniem, ir sugas specifika, tas ir, katras sugas organismiem ir savs DNS tips. Lai noskaidrotu sugu specifikas iemeslus, apsveriet nukleīnskābju struktūru.

Nukleīnskābes molekulas ir ļoti garas ķēdes, kas sastāv no daudziem simtiem un pat miljoniem nukleotīdu. Jebkura nukleīnskābe satur tikai četru veidu nukleotīdus. Nukleīnskābju molekulu funkcijas ir atkarīgas no to struktūras, tajās esošajiem nukleotīdiem, to skaita ķēdē un savienojuma secības molekulā.

Katrs nukleotīds sastāv no trim sastāvdaļām: slāpekļa bāzes, ogļhidrāta un fosforskābes. Katrs DNS nukleotīds satur vienu no četriem slāpekļa bāzu veidiem (adenīns - A, timīns - T, guanīns - G vai citozīns - C), kā arī ogļhidrātu dezoksiribozi un fosforskābes atlikumu.

Tādējādi DNS nukleotīdi atšķiras tikai ar slāpekļa bāzes veidu.

DNS molekula sastāv no milzīga skaita nukleotīdu, kas savienoti ķēdē noteiktā secībā. Katram DNS molekulas veidam ir savs nukleotīdu skaits un secība.

DNS molekulas ir ļoti garas. Piemēram, lai ar burtiem pierakstītu nukleotīdu secību DNS molekulās no vienas cilvēka šūnas (46 hromosomas), būtu nepieciešama aptuveni 820 000 lappušu liela grāmata. Četru veidu nukleotīdu maiņa var veidot bezgalīgu skaitu DNS molekulu variantu. Šīs DNS molekulu struktūras iezīmes ļauj tām uzglabāt milzīgu informācijas daudzumu par visām organismu īpašībām.

1953. gadā amerikāņu biologs J. Vatsons un angļu fiziķis F. Kriks izveidoja DNS molekulas struktūras modeli. Zinātnieki ir atklājuši, ka katra DNS molekula sastāv no divām ķēdēm, kas ir savstarpēji savienotas un spirāli savītas. Tas izskatās kā dubultā spirāle. Katrā ķēdē noteiktā secībā mijas četru veidu nukleotīdi.

DNS nukleotīdu sastāvs ir atšķirīgs dažādi veidi baktērijas, sēnītes, augi, dzīvnieki. Bet tas nemainās līdz ar vecumu un maz ir atkarīgs no vides izmaiņām. Nukleotīdi ir savienoti pārī, tas ir, adenīna nukleotīdu skaits jebkurā DNS molekulā ir vienāds ar timidīna nukleotīdu skaitu (A-T), un citozīna nukleotīdu skaits ir vienāds ar guanīna nukleotīdu skaitu (C-G). Tas ir saistīts ar faktu, ka divu ķēžu savienojums viena ar otru DNS molekulā pakļaujas noteiktu noteikumu, proti: vienas ķēdes adenīns vienmēr ir savienots ar divām ūdeņraža saitēm tikai ar otras ķēdes timīnu, bet guanīns - ar trim ūdeņraža saitēm ar citozīnu, tas ir, vienas DNS molekulas nukleotīdu ķēdes ir komplementāras, papildina viena otru.

Nukleīnskābju molekulas – DNS un RNS – sastāv no nukleotīdiem. DNS nukleotīdi ietver slāpekļa bāzi (A, T, G, C), ogļhidrātu dezoksiribozi un fosforskābes molekulas atlikumus. DNS molekula ir dubultspirāle, kas sastāv no divām ķēdēm, kas savienotas ar ūdeņraža saitēm saskaņā ar komplementaritātes principu. DNS funkcija ir saglabāt iedzimtu informāciju.

Visu organismu šūnās ir ATP – adenozīntrifosforskābes – molekulas. ATP ir universāla šūnu viela, kuras molekulā ir ar enerģiju bagātas saites. ATP molekula ir viens unikāls nukleotīds, kas, tāpat kā citi nukleotīdi, sastāv no trim sastāvdaļām: slāpekļa bāzes - adenīna, ogļhidrāta - ribozes, bet viena vietā tajā ir trīs fosforskābes molekulu atliekas (12. att.). Attēlā ar ikonu norādītie savienojumi ir bagāti ar enerģiju un tiek saukti makroerģisks. Katra ATP molekula satur divas augstas enerģijas saites.

Pārraujot augstas enerģijas saiti un ar enzīmu palīdzību atdalot vienu fosforskābes molekulu, atbrīvojas 40 kJ/mol enerģijas, un ATP pārvēršas par ADP – adenozīndifosforskābi. Kad tiek noņemta cita fosforskābes molekula, atbrīvojas vēl 40 kJ/mol; Veidojas AMP – adenozīna monofosforskābe. Šīs reakcijas ir atgriezeniskas, tas ir, AMP var pārvērst par ADP, ADP par ATP.

ATP molekulas tiek ne tikai sadalītas, bet arī sintezētas, tāpēc to saturs šūnā ir samērā nemainīgs. ATP nozīme šūnas dzīvē ir milzīga. Šīm molekulām ir vadošā loma enerģijas metabolismā, kas nepieciešams, lai nodrošinātu šūnas un visa organisma dzīvību.

RNS molekula parasti ir viena ķēde, kas sastāv no četru veidu nukleotīdiem – A, U, G, C. Ir zināmi trīs galvenie RNS veidi: mRNS, rRNS, tRNS. RNS molekulu saturs šūnā nav nemainīgs, tās piedalās proteīnu biosintēzē. ATP ir universāla šūnas enerģētiskā viela, kas satur ar enerģiju bagātas saites. ATP ir galvenā loma šūnu enerģijas metabolismā. RNS un ATP atrodas gan šūnas kodolā, gan citoplazmā.

Ūdens. No neorganiskajām vielām, kas veido šūnu, vissvarīgākā ir ūdens. Tās apjoms svārstās no 60 līdz 95% kopējā masašūnas Ūdenim ir būtiska loma šūnu un dzīvo organismu dzīvē kopumā. Papildus tam, ka tā ir daļa no to sastāva, daudziem organismiem tā ir arī dzīvotne.

Ūdens lomu šūnā nosaka tā unikālā ķīmiskā un fizikālās īpašības, kas galvenokārt saistīts ar mazo molekulu izmēru, ar to molekulu polaritāti un ar to spēju veidot ūdeņraža saites savā starpā.

Ūdens kā bioloģisko sistēmu sastāvdaļa veic šādas darbības: būtiskas funkcijas:

1. ūdens- universāls šķīdinātājs polārām vielām, piemēram, sāļiem, cukuriem, spirtiem, skābēm utt. Vielas, kuras labi šķīst ūdenī, sauc hidrofils. Vielai nonākot šķīdumā, tās molekulas vai joni spēj kustēties brīvāk; Attiecīgi palielinās vielas reaktivitāte. Šī iemesla dēļ lielākā daļa ķīmisko reakciju šūnā notiek ūdens šķīdumos.
2. Tās molekulas piedalās daudzās ķīmiskās reakcijās, piemēram, polimēru veidošanā vai hidrolīzē. Fotosintēzes procesā ūdens ir elektronu donors, ūdeņraža jonu un brīvā skābekļa avots. Ūdens nešķīst nepolāras vielas un nesajaucas ar tām, jo ​​nevar izveidot ar tām ūdeņraža saites. Vielas, kas nešķīst ūdenī, sauc hidrofobs.
3. Hidrofobās molekulas vai to daļas atgrūž ūdens, un tā klātbūtnē tās pievelkas viena otrai. Šādai mijiedarbībai ir svarīga loma membrānu, kā arī daudzu proteīnu molekulu, nukleīnskābju un vairāku subcelulāru struktūru stabilitātes nodrošināšanā. Ūdenim ir augsta specifika siltuma jauda. Lai pārrautu ūdeņraža saites, kas satur kopā ūdens molekulas, ir nepieciešams absorbēt lielu enerģijas daudzumu. Šis īpašums nodrošina ķermeņa termiskā līdzsvara uzturēšanu ievērojamu temperatūras izmaiņu laikā vidi . Turklāt ūdens ir atšķirīgs kas ļauj ķermenim uzturēt vienādu temperatūru visā tā tilpumā.
4. Ūdeni raksturo augsts iztvaikošanas siltums, t.i. e. molekulu spēja novadīt ievērojamu daudzumu siltuma, vienlaikus atdzesējot ķermeni. Pateicoties šai ūdens īpašībai, kas izpaužas svīšanas laikā zīdītājiem, termiskai elpas trūkumam krokodiliem un citiem dzīvniekiem un transpirācijai augos, tiek novērsta pārkaršana.
5. Tas ir raksturīgs tikai ūdenim augsts virsmas spraigums.Šī īpašība ir ļoti svarīga adsorbcijas procesiem, šķīdumu kustībai pa audiem (asinsrite, augošā un lejupejošā strāva augos). Daudziem maziem organismiem virsmas spraigums ļauj tiem peldēt pa ūdeni vai slīdēt pa tā virsmu.
6. Ūdens nodrošina vielu kustībašūnā un organismā, vielu uzsūkšanās un vielmaiņas produktu izvadīšana.
7. Augos ūdens nosaka turgorsšūnās, un dažiem dzīvniekiem veic atbalsta funkcijas, būdams hidrostatisks skelets (apaļie un annelīdi, adatādaiņi).
8. Ūdens ir neatņemama sastāvdaļa eļļošanas šķidrumi(sinoviālais - mugurkaulnieku locītavās, pleiras - pleiras dobumā, perikarda - perikarda maisiņā) un gļotas(veicināt vielu kustību caur zarnām, radīt mitru vidi uz elpceļu gļotādām). Tā ir daļa no siekalām, žults, asarām, spermas utt.

Minerālsāļi. Neorganiskās vielas šūnā, izņemot ūdeni, Precspavlev minerālsāļi. Sāls molekulas iekšā ūdens šķīdums sadalās katjonos un anjonos. Augstākā vērtība ir katjoni (K +, Na +, Ca 2+, Mg:+, NH 4 +) un anjoni (C1, H 2 P0 4 -, HP0 4 2-, HC0 3 -, NO3 2-, SO 4 2- ) Nozīmīgs ir ne tikai saturs, bet arī jonu attiecība šūnā.

Atšķirība starp katjonu un anjonu daudzumu uz virsmas un šūnas iekšpusē nodrošina rašanos darbības potenciāls, kas ir nervu un muskuļu uzbudinājuma rašanās pamatā. Jonu koncentrācijas atšķirības dažādās membrānas pusēs ir atbildīgas par vielu aktīvu pārnešanu cauri membrānai, kā arī enerģijas pārveidi.

Nodarbība #2.

Nodarbības tēma : Šūnas neorganiskās vielas.

Nodarbības mērķis: padziļināt zināšanas par šūnas neorganiskajām vielām.

Nodarbības mērķi:

Izglītojoši: Apsveriet ūdens molekulu strukturālās iezīmes saistībā ar tās svarīgāko lomu šūnas dzīvē, atklājiet ūdens un minerālsāļu lomu dzīvo organismu dzīvē;

Izglītības: Turpināt attīstību loģiskā domāšana studentiem, turpināt attīstīt prasmes strādāt dažādi avoti informācija;

Izglītības: Turpināt veidošanu zinātniskais pasaules uzskats, bioloģiski izglītota cilvēka izglītība; indivīda morālo un ideoloģisko pamatu veidošanās un attīstība; turpināt vides apziņas veidošanos, audzinot mīlestību pret dabu;

Aprīkojums: multivides lietojumprogramma mācību grāmatai, projektoram, datoram, uzdevumu kartēm,diagramma "Elementi. Šūnas vielas." Mēģenes, vārglāze, ledus, spirta lampa, galda sāls, etanols, saharoze, augu eļļa.

Pamatjēdzieni: dipols, hidrofilitāte, hidrofobitāte, katjoni, anjoni.

Nodarbības veids : kombinēts

Mācību metodes: reproduktīvs, daļēji pētniecisks, eksperimentāls.

Studentiem ir:

Zināt galvenie ķīmiskie elementi un savienojumi, kas veido šūnu;

Varēt izskaidrot neorganisko vielu nozīmi dzīvības procesos.

Nodarbības struktūra

1.Organizācijas moments

Sasveicināšanās, gatavošanās darbam.

Nodarbības sākumā un beigās tiek veikta psiholoģiskā iesildīšanās. Tās mērķis ir noteikt skolēnu emocionālo stāvokli. Katram skolēnam tiek izdalīta šķīvīte ar sešām sejām – skala noteikšanai emocionālais stāvoklis(1. att.). Katrs skolēns zem sejas ieliek ķeksīti, kuras izteiksme atspoguļo viņa noskaņojumu.

2. Studentu zināšanu pārbaude

Tests “Šūnas ķīmiskais sastāvs” (pielikums)

3. Mērķu izvirzīšana un motivācija

"Ūdens! Tev nav ne garšas, ne krāsas, ne smaržas, tevi nevar aprakstīt. Cilvēks izbauda tevi, nesaprotot, kas tu patiesībā esi. Nevar teikt, ka tu esi dzīvei vajadzīgs, tu esi pati dzīve. Jūs visur un visur sniedzat svētlaimes sajūtu, ko nevar saprast neviena no mūsu maņām. Tu atdod mums spēkus. Tava žēlastība atdzīvojas mūsu sirds sausajiem avotiem. Jūs esat lielākā bagātība pasaulē. Jūs esat bagātība, kuru var viegli aizbaidīt, bet jūs sniedzat mums tik vienkāršu un dārgu laimi,” rakstīja šī entuziasma pilnā himna ūdenim. Franču rakstnieks un pilots Antuāns de Sent-Ekziperī, kuram karstajā tuksnesī nācās piedzīvot slāpju sāpes.

Ar šiem brīnišķīgajiem vārdiem mēs sākam nodarbību, kuras mērķis ir paplašināt mūsu izpratni par ūdeni – vielu, kas radīja mūsu planētu.

1. Atjaunināt

Kāda ir ūdens nozīme cilvēka dzīvē?

(Skolēnu atbildes par ūdens nozīmi cilvēka dzīvē0

1. Jauna materiāla prezentācija.

Ūdens ir visizplatītākā neorganiskā viela dzīvos organismos, tā būtiska sastāvdaļa, daudzu organismu dzīvotne un galvenais šūnas šķīdinātājs.

M. Dudnika dzejoļa rindas:

Viņi saka, ka cilvēks sastāv no astoņdesmit procentiem ūdens,

No ūdens, es varētu piebilst, no viņa dzimtajām upēm,

No ūdens, es piebildīšu, lietus, kas viņam deva dzērienu,

No ūdens, es varētu piebilst, no senā avotu ūdens,

No kuras dzēra vectēvi un vecvectēvi.

Ūdens satura piemēri dažādās ķermeņa šūnās:

Jauna cilvēka vai dzīvnieka organismā – 80% no šūnu masas;

Vecā ķermeņa šūnās – 60%

Smadzenēs – 85%;

Zobu emaljas šūnās – 10-15%.

Ja cilvēks zaudē 20% ūdens, viņš mirst.

Apskatīsim ūdens molekulas struktūru:

H2O – molekulārā formula,

H–O–H – strukturālā formula,

Ūdens molekulai ir leņķiska struktūra: tas ir vienādsānu trīsstūris ar virsotnes leņķi 104,5°.

Ūdens molekulmasa tvaika stāvoklī ir 18 g/mol. Tomēr šķidrā ūdens molekulmasa izrādās lielāka. Tas norāda, ka šķidrā ūdenī pastāv molekulu asociācija, ko izraisa ūdeņraža saites.

Kāda ir ūdens loma šūnā?

Pateicoties tā molekulu augstajai polaritātei, ūdens ir šķīdinātājs citiem polāriem savienojumiem. Ūdenī izšķīst vairāk vielu nekā jebkurā citā šķidrumā. Tāpēc iekšā ūdens videšūnas veic daudzas ķīmiskas reakcijas. Ūdens izšķīdina vielmaiņas produktus un izvada tos no šūnas un ķermeņa kopumā.

Ūdenim ir augsta siltumietilpība, t.i. spēja absorbēt siltumu. Ar minimālām temperatūras izmaiņām tiek atbrīvots vai absorbēts ievērojams siltuma daudzums. Pateicoties tam, tas aizsargā šūnu no pēkšņām temperatūras izmaiņām. Tā kā ūdens iztvaicēšanai tiek patērēts daudz siltuma, tad, iztvaicējot ūdeni, organismi var pasargāt sevi no pārkaršanas (piemēram, svīstot).

Ūdenim ir augsta siltumvadītspēja. Šis īpašums ļauj vienmērīgi sadalīt siltumu starp ķermeņa audiem.

Ūdens ir viena no dabas pamatvielām, bez kuras attīstība nav iespējama organiskā pasaule augi, dzīvnieki, cilvēki. Kur tas ir, tur ir dzīvība.

Eksperimentu demonstrēšana. Sastādiet tabulu ar skolēniem.

a) Izšķīdiniet ūdenī šādas vielas: galda sāli, etilspirtu, saharozi, augu eļļu.

Kāpēc dažas vielas ūdenī izšķīst, bet citas nešķīst?

Ir dots jēdziens par hidrofilām un hidrofobām vielām.

Hidrofilās vielas ir vielas, kas labi šķīst ūdenī.

Hidrofobās vielas ir vielas, kas slikti šķīst ūdenī.

B) Ievietojiet ledus gabalu glāzē ūdens.

Ko jūs varat teikt par ūdens un ledus blīvumu?

Izmantojot mācību grāmatu, grupās jāaizpilda tabula “Minerālsāļi”. Darba beigās notiek tabulā ievadīto datu apspriešana.

Bufera kapacitāte ir šūnas spēja saglabāt relatīvo noturību nedaudz sārmainā vidē.

1. Izpētītā materiāla konsolidācija.

Bioloģisko problēmu risināšana grupās.

1. uzdevums.

Dažām slimībām asinīs ievada 0,85 procentu šķīdumu galda sāls, ko sauc par sāls šķīdumu. Aprēķiniet: a) cik gramus ūdens un sāls jāuzņem, lai iegūtu 5 kg sāls šķīduma; b) cik gramu sāls tiek ievadīts organismā, ievadot 400 g fizioloģiskā šķīduma.

2. uzdevums.

Medicīnas praksē brūču mazgāšanai un skalošanai izmanto 0,5 procentu kālija permanganāta šķīdumu. Kāds ir piesātinātā šķīduma tilpums (satur 6,4 g šī sāls 100 g ūdens) un tīrs ūdens Lai pagatavotu, jums ir nepieciešams uzņemt 1 litru 0,5% šķīduma (ρ = 1 g/cm 3 ).

Vingrinājums.

Uzrakstiet sinhronizācijas tēmu: ūdens

1. Mājas darbs: 2.3. punkts

Atrodi iekšā literārie darbiūdens īpašību un īpašību, tā bioloģiskās nozīmes aprakstu piemēri.

Shēma "Elementi. Šūnas vielas"

Nodarbības pamatpiezīmes