4.6. Substante anorganice Substantele anorganice din plasma sanguina si ser (potasiu, sodiu, calciu, fosfor, magneziu, fier, clor etc.) determina proprietatile fizico-chimice ale sangelui Cantitatea de substante anorganice din plasma este de aproximativ 1%. În țesuturile corpului se găsesc în

6.9. Celulele stem Acum este la modă să vorbim despre celule stem. Când oamenii mă întreabă ce cred despre asta, răspund la întrebare cu o întrebare: „Unde? În Rusia sau în lume?” Situațiile din acest domeniu sunt complet diferite în Rusia și în lume. În întreaga lume se desfășoară cercetări intensive și

O celulă este un sistem complex de autoreglare în care sute de evenimente au loc simultan și într-o anumită secvență. reactii chimice care vizează menținerea activității sale vitale, creștere și dezvoltare. Studiul compoziției chimice a celulelor arată că în organismele vii nu există elemente chimice speciale specifice numai acestora: în aceasta se manifestă unitatea compoziției chimice a organismelor vii și vii. natura neînsuflețită.

Din cele 115 elemente chimice existente în natură, cel puțin jumătate dintre ele participă activ la procesele vieții. Mai mult, 24 dintre ele sunt obligatorii și se găsesc în aproape toate tipurile de celule, iar 10 elemente sunt de cea mai mare importanță - azot (N), hidrogen (H), carbon (C), oxigen (O), fosfor (P), sulf (S) , sodiu (Na), potasiu (K), calciu (Ca), magneziu (Mg) - din ele sunt construite principalele componente ale celulei.

În procente în celulă elemente chimice sunt împărțite în trei grupe:

· macroelemente, conținut în cușcă - 10 -3; oxigen, carbon, hidrogen, azot, fosfor, sulf, calciu, potasiu, clor, sodiu și magneziu, constituind peste 99% din masa celulară;

· microelemente, al cărui conținut variază de la 10 -3 -10 -6; fier, mangan, cupru, zinc, cobalt, nichel, iod, brom, fluor, bor; durerea lor reprezintă 1,0% din masa celulară;

· ultramicroelemente, fiind mai mic de 10 -6; aur, argint, uraniu, beriliu, cesiu, seleniu etc.; în total - mai puțin de 0,1% din masa celulară.

În ciuda conținutului scăzut din organismele vii, micro- și ultramicroelementele joacă rol important: sunt incluse în diverse enzime, vitamine și, prin urmare, determină dezvoltarea și funcționarea normală a structurilor celulare și a corpului în ansamblu.

Fiecare dintre elementele chimice găsite în organismele vii îndeplinește o funcție importantă (Tabelul 1).

Tabelul 1.

FUNCȚIILE ELEMENTELOR ÎN ORGANISME VIE

- afectează creșterea plantelor;

- activează enzimele respiratorii reparatoare.

Zinc- face parte din aproape 100 de enzime, în special ADN și ARN polimeraze; - participă la sinteza fitohormonilor. Fluor - face parte din tesutul osos si din smaltul dintilor. Clor

- face parte din sucul gastric HCl.

Iod

Conține hormoni tiroidieni

Elementele chimice din celule se găsesc sub formă de ioni, în compoziția unor substanțe anorganice sau organice. Apa și compușii anorganici, rolul lor în celulă. Substanțe anorganice (minerale). - sunt compuși chimici relativ simpli care se găsesc atât în ​​natura vie, cât și în cea neînsuflețită (în minerale, sarcini, se explică în acest caz prin electronegativitatea puternică a atomului de oxigen, care atrage electroni din perechile de electroni obișnuite, în urma căreia apare o sarcină negativă parțială pe atomul de oxigen și o sarcină parțială pozitivă pe atomii de hidrogen. Legăturile de hidrogen apar între atomii de oxigen și hidrogen ai moleculelor de apă învecinate, datorită cărora conditii normale apa este în starea sa lichidă inițială. Cu toate acestea, legăturile de hidrogen sunt de aproximativ 20 de ori mai slabe decât legăturile covalente ca rezistență, așa că se rup ușor atunci când apa se evaporă.

Proprietățile apei:

- solvent universal– compușii anorganici și organici polari se dizolvă în apă; substanțele care sunt foarte solubile în apă (multe săruri minerale, acizi, alcaline, alcooli, zaharuri, vitamine, unele proteine ​​- albumine, histone) se numesc polizaharide, grăsimi, acizi nucleici, unele proteine ​​- globuline, fibrilare), hidrofil ; substanțe care sunt slab sau deloc solubile în apă (unele săruri, vitamine se numesc hidrofob .

- capacitate termică specifică mare– capacitatea de a absorbi căldura cu modificări minime ale propriei temperaturi; Când apa se evaporă, ruperea legăturilor de hidrogen care țin moleculele împreună necesită absorbția unei cantități mari de energie, astfel încât prin evaporarea apei, organismele se pot proteja de supraîncălzire.

- conductivitate termică ridicată– distribuirea uniformă a căldurii între țesuturile corpului.

- tensiune superficială ridicată– este important pentru procesele de adsorbție, pentru deplasarea soluțiilor prin țesuturi (circulația sângelui la animale, curent ascendent la plante), ținând mici organisme la suprafață sau alunecând de-a lungul suprafeței apei.

- apa practic nu este comprimată, creând presiunea turgenței, care se bazează pe fenomenele de osmoză, și determinând volumul și elasticitatea celulelor și țesuturilor.

Osmoză – pătrunderea moleculelor de solvent (apă) prin membrana biologicaîntr-o soluție a unei substanțe. Presiunea osmotică este presiunea cu care solventul pătrunde în membrană. Mărimea presiunii osmotice crește odată cu creșterea concentrației soluției. Presiunea osmotică a fluidelor corpului uman este egală cu presiunea unei soluții de clorură de sodiu 0,85%, adică o soluție izotonă. Soluțiile mai concentrate se numesc hipertonice, iar soluțiile mai puțin concentrate se numesc hipotonice.

Apa se găsește în celulă în forme libere și legate. Apă legată– 4-5% - face parte din structurile fibrilare și se combină cu unele proteine, formând în jurul lor o înveliș de solvație. Apă gratuită – 95-96% - împlinește o serie intreaga funcții importante din punct de vedere biologic.

Functiile apei:

1) transportul – asigură deplasarea substanţelor în celulă şi organism, absorbţie

2) metabolic – este mediul pentru toate reacțiile biochimice din celulă;

3) structural – citoplasma celulară conține de la 60% până la 95% apă; În plante, apa oferă turgență; in rotund si anelide este un schelet hidrostatic.

Substante anorganice.

Majoritatea covârșitoare a substanțelor anorganice sunt sub formă de săruri – fie disociate în ioni, fie în stare solidă.

Ionii anorganici au o importanță nu mică pentru asigurarea proceselor vitale ale celulei - acestea sunt cationi(K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3+) și anionii(CI-, HPO42-, H2P04-, HCO-, NO3-) săruri minerale. Conținutul de cationi și anioni din celulă diferă de concentrația lor în mediul din jurul celulei, datorită reglării active a transferului de substanțe de către membrană. Astfel, se asigură constanța compoziției chimice a unei celule vii. Odată cu moartea celulei, concentrația de substanțe în mediu și în citoplasmă se egalizează.

Ionii conținuți în organism sunt importanți pentru menținerea unei reacții constante a mediului (pH) în celulă și în soluțiile care o înconjoară, adică. sunt componente ale sistemelor tampon. Buffering – capacitatea unei celule de a menține reacția ușor alcalină a conținutului său la un nivel constant. Anonii acizilor slabi și alcalinelor slabe leagă ionii H + și ionii hidroxil (OH -), datorită cărora reacția din interiorul celulei rămâne practic neschimbată. Proprietățile de tamponare ale celulei depind de concentrația de sare. Cele mai importante sisteme tampon la mamifere sunt fosfatul și bicarbonatul.

Sistem tampon fosfat– constă din H 2 PO 4 - și HPO 4 2- și menține pH-ul fluidului intracelular în intervalul 6,9-7,4. Principalul sistem tampon al mediului extracelular (plasma sanguină) este sistemul bicarbonat, format din H 2 CO 3 și HCO 3 și menținând un pH de 7,4.

Acizii anorganici și sărurile lor sunt importanți în viața organismelor:

Acidul clorhidric face parte din sucul gastric;

Reziduurile de acid sulfuric, unind substanțele străine insolubile în apă, le fac solubile, facilitând eliminarea din organism;

Sărurile anorganice de sodiu și potasiu ale acizilor nitroși și fosforici, sarea de calciu a acidului sulfuric servesc ca componente ale nutriției minerale pentru plante (ca îngrășăminte);

Sărurile de calciu și fosfor fac parte din țesutul osos animal.

Materia organică – numeroși compuși de carbon sintetizați în principal de organismele vii.

Raportul elementelor chimice din corpurile vii este diferit de cel al obiectelor neînsuflețite. ÎN scoarta terestra cele mai frecvente sunt Si, Al, O 2, Na - 90%. În organismele vii: H, O, C, N – 98%. Această diferență se datorează caracteristicilor proprietăți chimice hidrogen, oxigen, carbon și azot, drept urmare s-au dovedit a fi cele mai potrivite pentru formarea de molecule care îndeplinesc funcții biologice.

Hidrogenul, oxigenul, carbonul și azotul sunt capabili să formeze legături covalente puternice prin împerecherea electronilor aparținând a doi atomi. Oxigenul, carbonul și azotul formează atât legături simple, cât și duble, rezultând o mare varietate de compuși chimici. Deosebit de importantă este capacitatea atomilor de carbon de a interacționa între ei prin formarea de legături covalente carbon-carbon. Fiecare atom de carbon poate forma legături covalente cu patru atomi de carbon. Atomii de carbon legați covalent pot forma cadrul a nenumărate molecule organice. Deoarece atomii de carbon formează cu ușurință legături covalente cu oxigenul, azotul și sulful, moleculele organice ating o complexitate și o diversitate structurală excepționale.

Compușii organici reprezintă în medie 20-30% din masa celulară a unui organism viu. Sunt: monomeri – molecule organice mici cu greutate moleculară mică care servesc blocuri de construcție pentru polimeri; polimeri – macromolecule mai mari, cu greutate moleculară mare.

Polimerii sunt lanțuri liniare sau ramificate care conțin un număr mare de unități monomerice. Homopolimeri– reprezentat de un tip de monomer (celuloză), heteropolimeri– mai mulți monomeri diferiți (proteine, ADN, ARN). Dacă un grup de monomeri se repetă periodic într-o moleculă, atunci se numește polimer regulat, în molecule neregulat nu există repetabilitate vizibilă a polimerilor.

Substanțele organice includ biopolimeri - proteine, acizi nucleici și carbohidrați; precum și grăsimile.

ÎN diverse tipuri celulele conțin cantități inegale din anumiți compuși organici (în celulele vegetale predomină carbohidrații complecși - polizaharide; la animale - mai multe proteine ​​și grăsimi). Cu toate acestea, fiecare grup de substanțe organice din orice tip de celulă îndeplinește funcții similare.

Informații conexe.

Celula: compoziția chimică, structura, funcțiile organitelor.

Compoziția chimică celule. Macro- și microelemente. Relația dintre structura și funcțiile substanțelor anorganice și organice (proteine, acizi nucleici, carbohidrați, lipide, ATP) care alcătuiesc celula. Rol chimicaleîn celula și corpul uman.

Organismele sunt formate din celule. Celulele diferitelor organisme au compoziții chimice similare. Tabelul 1 prezintă principalele elemente chimice găsite în celulele organismelor vii.

Tabelul 1. Conținutul elementelor chimice din celulă

Primul grup include oxigenul, carbonul, hidrogenul și azotul. Ele reprezintă aproape 98% din compoziția totală a celulei.

Al doilea grup include potasiu, sodiu, calciu, sulf, fosfor, magneziu, fier, clor. Conținutul lor în celulă este de zecimi și sutimi de procent. Elementele acestor două grupe sunt clasificate ca macronutrienti(din greaca macro- mare).

Elementele rămase, reprezentate în celulă prin sutimi și miimi de procent, sunt incluse în a treia grupă. Acest microelemente(din greaca micro- mic).

În celulă nu au fost găsite elemente unice pentru natura vie. Toate elementele chimice enumerate fac, de asemenea, parte din natura neînsuflețită. Aceasta indică unitatea naturii vie și neînsuflețite.

O deficiență a oricărui element poate duce la îmbolnăvire și chiar la moartea corpului, deoarece fiecare element joacă un rol specific. Macroelementele din primul grup formează baza biopolimerilor - proteine, carbohidrați, acizi nucleici, precum și lipide, fără de care viața este imposibilă. Sulful face parte din unele proteine, fosforul face parte din acizii nucleici, fierul face parte din hemoglobina, iar magneziul face parte din clorofila. Calciul joacă un rol important în metabolism.

Unele dintre elementele chimice conținute în celulă fac parte din substanțe anorganice - săruri minerale și apă.

Săruri minerale se găsesc în celulă, de regulă, sub formă de cationi (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) și anioni (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3), al cărui raport determină aciditatea mediului, care este importantă pentru viața celulelor.

(În multe celule, mediul este ușor alcalin și pH-ul său aproape nu se schimbă, deoarece un anumit raport de cationi și anioni este menținut în mod constant în el.)

Dintre substanțele anorganice din natura vie, joacă un rol imens apă.

Fără apă, viața este imposibilă. El constituie o masă semnificativă a majorității celulelor. Multă apă este conținută în celulele creierului și în embrionii umani: mai mult de 80% apă; în celulele țesutului adipos - doar 40,% La bătrânețe, conținutul de apă din celule scade. O persoană care a pierdut 20% din apă moare.

Proprietățile unice ale apei determină rolul acesteia în organism. Este implicat în termoreglare, care se datorează capacității mari de căldură a apei - consumul unei cantități mari de energie la încălzire. Ce determină capacitatea mare de căldură a apei?

Într-o moleculă de apă, un atom de oxigen este legat covalent de doi atomi de hidrogen. Molecula de apă este polară deoarece atomul de oxigen are o sarcină parțial negativă, iar fiecare dintre cei doi atomi de hidrogen are

Parţial sarcina pozitiva. O legătură de hidrogen se formează între atomul de oxigen al unei molecule de apă și atomul de hidrogen al altei molecule. Legăturile de hidrogen asigură conexiunea număr mare molecule de apă. Când apa este încălzită, o parte semnificativă a energiei este cheltuită pentru ruperea legăturilor de hidrogen, ceea ce determină capacitatea sa ridicată de căldură.

apa - solvent bun. Datorită polarității lor, moleculele sale interacționează cu ionii încărcați pozitiv și negativ, favorizând astfel dizolvarea substanței. În raport cu apa, toate substanțele celulare sunt împărțite în hidrofile și hidrofobe.

Hidrofil(din greaca hidro- apa si filleo- dragoste) se numesc substante care se dizolva in apa. Acestea includ compuși ionici (de exemplu, săruri) și unii compuși neionici (de exemplu, zaharuri).

Hidrofob(din greaca hidro- apa si Fobos- frica) sunt substante care sunt insolubile in apa. Acestea includ, de exemplu, lipidele.

Apa joacă un rol important în reacțiile chimice care au loc în celulă în soluții apoase. Dizolvă produsele metabolice de care organismul nu are nevoie și, prin urmare, promovează eliminarea lor din organism. Conținutul mare de apă din celulă îl dă elasticitate. Apa facilitează mișcarea diferitelor substanțe în interiorul unei celule sau de la celulă la celulă.

Corpurile naturii vii și neînsuflețite constau din aceleași elemente chimice. Organismele vii conțin substanțe anorganice - apă și săruri minerale. Numeroasele funcții vitale ale apei într-o celulă sunt determinate de caracteristicile moleculelor sale: polaritatea lor, capacitatea de a forma legături de hidrogen.

COMPONENTE ANORGANICE ALE CELULEI

Un alt tip de clasificare a elementelor dintr-o celulă:

Macroelementele includ oxigen, carbon, hidrogen, fosfor, potasiu, sulf, clor, calciu, magneziu, sodiu, fier.
Microelementele includ mangan, cupru, zinc, iod, fluor.
Ultramicroelementele includ argint, aur, brom și seleniu.

COMPONENTELE ORGANICE ALE CELULELE

Structura proteinei

Enzime.

Cea mai importantă funcție a proteinelor este catalitică. Se numesc molecule de proteine ​​care cresc viteza reacțiilor chimice într-o celulă cu câteva ordine de mărime enzime. Nu are loc un singur proces biochimic în organism fără participarea enzimelor.

În prezent, au fost descoperite peste 2000 de enzime. Eficiența lor este de multe ori mai mare decât eficiența catalizatorilor anorganici utilizați în producție. Astfel, 1 mg de fier din enzima catalază înlocuiește 10 tone de fier anorganic. Catalaza crește viteza de descompunere a peroxidului de hidrogen (H 2 O 2) de 10 11 ori. Enzima care catalizează reacţia de formare a acidului carbonic (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3) accelerează reacţia de 10 7 ori.

O proprietate importantă a enzimelor este specificitatea acțiunii lor, fiecare enzimă catalizează doar una sau un grup mic de reacții similare.

Substanța asupra căreia acționează enzima se numește substrat. Structurile moleculelor de enzimă și substrat trebuie să se potrivească exact între ele. Aceasta explică specificitatea acțiunii enzimelor. Atunci când un substrat este combinat cu o enzimă, structura spațială a enzimei se modifică.

Secvența interacțiunii dintre enzimă și substrat poate fi descrisă schematic:

Substrat+Enzimă - Complex enzimă-substrat - Enzimă+Produs.

Diagrama arată că substratul se combină cu enzima pentru a forma un complex enzimă-substrat. În acest caz, substratul este transformat într-o substanță nouă - un produs. În etapa finală, enzima este eliberată din produs și interacționează din nou cu o altă moleculă de substrat.

Enzimele funcționează numai atunci când anumită temperatură, concentrația de substanțe, aciditatea mediului. Condițiile în schimbare duce la modificări ale structurii terțiare și cuaternare a moleculei proteice și, în consecință, la suprimarea activității enzimatice. Cum se întâmplă asta? Doar o anumită parte a moleculei de enzimă, numită centru activ. Centrul activ conține de la 3 la 12 reziduuri de aminoacizi și se formează ca urmare a îndoirii lanțului polipeptidic.

Sub influența diverșilor factori, structura moleculei de enzimă se modifică. În acest caz, configurația spațială a centrului activ este perturbată, iar enzima își pierde activitatea.

Enzimele sunt proteine ​​care acționează ca catalizatori biologici. Datorită enzimelor, viteza reacțiilor chimice în celule crește cu câteva ordine de mărime. O proprietate importantă a enzimelor este specificitatea lor de acțiune în anumite condiții.

Acizi nucleici.

Acizii nucleici au fost descoperiți în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Biochimistul elvețian F. Miescher, care a izolat din nucleele celulare o substanță cu un conținut ridicat de azot și fosfor și a numit-o „nucleină” (din lat. miez- miez).

Acizii nucleici stochează informații ereditare despre structura și funcționarea fiecărei celule și a tuturor ființelor vii de pe Pământ. Există două tipuri de acizi nucleici - ADN (acid dezoxiribonucleic) și ARN (acid ribonucleic). Acizii nucleici, ca și proteinele, au specificitate de specie, adică organismele fiecărei specii au propriul lor tip de ADN. Pentru a afla motivele specificității speciei, luați în considerare structura acizilor nucleici.

Moleculele de acid nucleic sunt lanțuri foarte lungi formate din multe sute și chiar milioane de nucleotide. Orice acid nucleic conține doar patru tipuri de nucleotide. Funcțiile moleculelor de acid nucleic depind de structura lor, de nucleotidele pe care le conțin, de numărul lor în lanț și de secvența compusului din moleculă.

Fiecare nucleotidă constă din trei componente: o bază azotată, un carbohidrat și un acid fosforic. Fiecare nucleotidă ADN conține unul dintre cele patru tipuri de baze azotate (adenină - A, timină - T, guanină - G sau citozină - C), precum și carbohidratul dezoxiriboză și un reziduu de acid fosforic.

Astfel, nucleotidele ADN diferă doar prin tipul bazei azotate.

Molecula de ADN constă dintr-un număr mare de nucleotide conectate într-un lanț într-o anumită secvență. Fiecare tip de moleculă de ADN are propriul său număr și secvență de nucleotide.

Moleculele de ADN sunt foarte lungi. De exemplu, pentru a nota secvența de nucleotide din moleculele de ADN dintr-o celulă umană (46 de cromozomi) în litere ar fi nevoie de o carte de aproximativ 820.000 de pagini. Alternarea a patru tipuri de nucleotide poate forma un număr infinit de variante de molecule de ADN. Aceste caracteristici structurale ale moleculelor de ADN le permit să stocheze o cantitate imensă de informații despre toate caracteristicile organismelor.

În 1953, biologul american J. Watson și fizicianul englez F. Crick au creat un model al structurii moleculei de ADN. Oamenii de știință au descoperit că fiecare moleculă de ADN este formată din două lanțuri interconectate și răsucite spiralat. Arată ca un dublu helix. În fiecare lanț, patru tipuri de nucleotide alternează într-o secvență specifică.

Compoziția de nucleotide a ADN-ului variază între diferite tipuri bacterii, ciuperci, plante, animale. Dar nu se schimbă cu vârsta și depinde puțin de schimbările de mediu. Nucleotidele sunt pereche, adică numărul de nucleotide de adenină din orice moleculă de ADN este egal cu numărul de nucleotide de timidină (A-T), iar numărul de nucleotide de citozină este egal cu numărul de nucleotide de guanină (C-G). Acest lucru se datorează faptului că legătura a două lanțuri unul cu celălalt într-o moleculă de ADN se supune o anumită regulă, și anume: adenina dintr-un lanț este întotdeauna legată prin două legături de hidrogen numai cu timina din celălalt lanț, iar guanina - prin trei legături de hidrogen cu citozină, adică lanțurile nucleotidice ale unei molecule de ADN sunt complementare, se completează reciproc.

Moleculele de acid nucleic - ADN și ARN - sunt formate din nucleotide. Nucleotidele ADN includ o bază azotată (A, T, G, C), carbohidratul dezoxiriboză și un rest de moleculă de acid fosforic. Molecula de ADN este o dublă helix formată din două lanțuri legate prin legături de hidrogen conform principiului complementarității. Funcția ADN-ului este de a stoca informații ereditare.

Celulele tuturor organismelor conțin molecule de ATP - acid adenozin trifosforic. ATP este o substanță celulară universală, a cărei moleculă are legături bogate în energie. Molecula ATP este o nucleotidă unică, care, ca și alte nucleotide, constă din trei componente: o bază azotată - adenină, un carbohidrat - riboză, dar în loc de una conține trei resturi de molecule de acid fosforic (Fig. 12). Conexiunile indicate în figură cu o pictogramă sunt bogate în energie și sunt numite macroergice. Fiecare moleculă de ATP conține două legături de înaltă energie.

Când o legătură de înaltă energie este ruptă și o moleculă de acid fosforic este îndepărtată cu ajutorul enzimelor, se eliberează 40 kJ/mol de energie, iar ATP este transformat în ADP - acid adenozin difosforic. Când o altă moleculă de acid fosforic este îndepărtată, se eliberează încă 40 kJ/mol; Se formează AMP - acid adenozin monofosforic. Aceste reacții sunt reversibile, adică AMP poate fi transformat în ADP, ADP în ATP.

Moleculele de ATP nu sunt doar descompuse, ci și sintetizate, astfel încât conținutul lor în celulă este relativ constant. Importanța ATP în viața unei celule este enormă. Aceste molecule joacă un rol principal în metabolismul energetic necesar pentru a asigura viața celulei și a organismului în ansamblu.

O moleculă de ARN este de obicei o singură catenă, constând din patru tipuri de nucleotide - A, U, G, C. Sunt cunoscute trei tipuri principale de ARN: ARNm, ARNr, ARNt. Conținutul de molecule de ARN dintr-o celulă nu este constant, ele participă la biosinteza proteinelor. ATP este o substanță energetică universală a celulei, care conține legături bogate în energie. ATP joacă un rol central în metabolismul energetic celular. ARN și ATP se găsesc atât în ​​nucleul, cât și în citoplasma celulei.

Apă. Dintre substanțele anorganice care alcătuiesc celula, cea mai importantă este apa. Cantitatea sa variază de la 60 la 95% masa totala celule Apa joacă un rol vital în viața celulelor și a organismelor vii în general. Pe lângă faptul că face parte din compoziția lor, pentru multe organisme este și un habitat.

Rolul apei într-o celulă este determinat de substanța sa chimică unică și proprietăți fizice, asociat în principal cu dimensiunea mică a moleculelor, cu polaritatea moleculelor sale și cu capacitatea acestora de a forma legături de hidrogen între ele.

Apa ca componentă a sistemelor biologice efectuează următoarele: funcții esențiale:

1. Apă- solvent universal pentru substanțele polare, cum ar fi săruri, zaharuri, alcooli, acizi etc. Substanțele care sunt foarte solubile în apă se numesc hidrofil. Când o substanță intră în soluție, moleculele sau ionii ei sunt capabili să se miște mai liber; În consecință, reactivitatea substanței crește. Din acest motiv, majoritatea reacțiilor chimice din celulă au loc în soluții apoase.
2. Moleculele sale participă la multe reacții chimice, de exemplu la formarea sau hidroliza polimerilor. În procesul de fotosinteză, apa este un donor de electroni, o sursă de ioni de hidrogen și oxigen liber. Apa nu dizolvă substanțele nepolare și nu se amestecă cu acestea, deoarece nu poate forma legături de hidrogen cu ele. Substanțele care sunt insolubile în apă se numesc hidrofob.
3. Moleculele hidrofobe sau părți ale acestora sunt respinse de apă, iar în prezența acesteia sunt atrase unele de altele. Astfel de interacțiuni joacă un rol important în asigurarea stabilității membranelor, precum și a multor molecule de proteine, acizi nucleici și o serie de structuri subcelulare. Apa are un specific ridicat capacitate termică. Ruperea legăturilor de hidrogen care țin moleculele de apă împreună necesită absorbția unei cantități mari de energie. Această proprietate asigură menținerea echilibrului termic al corpului în timpul schimbărilor semnificative de temperatură mediu . În plus, apa este diferită care permite corpului să mențină aceeași temperatură pe întregul său volum.
4. Apa este caracterizată căldură mare de vaporizare, de ex. e. capacitatea moleculelor de a transporta o cantitate semnificativă de căldură în timp ce răcesc corpul. Datorită acestei proprietăți a apei, care se manifestă în timpul transpirației la mamifere, dificultății termice de respirație la crocodili și alte animale și transpirația la plante, se previne supraîncălzirea.
5. Este caracteristic exclusiv apei tensiune superficială ridicată. Această proprietate este foarte importantă pentru procesele de adsorbție, pentru deplasarea soluțiilor prin țesuturi (circulația sanguină, curenți ascendenți și descendenți în plante). Pentru multe organisme mici, tensiunea superficială le permite să plutească pe apă sau să alunece pe suprafața acesteia.
6. Apa oferă mișcarea substanțelorîn celulă și organism, absorbția substanțelor și excreția produselor metabolice.
7. La plante, apa determină turgență celule, iar la unele animale efectuează functii suport, fiind un schelet hidrostatic (rotund și anelide, echinoderme).
8. Apa este o parte integrantă fluide lubrifiante(sinovială - în articulațiile vertebratelor, pleurală - în cavitatea pleurală, pericardică - în sacul pericardic) și slime(facilitați circulația substanțelor prin intestine, creați un mediu umed pe mucoasele tractului respirator). Face parte din salivă, bilă, lacrimi, spermatozoizi etc.

Săruri minerale. Substanțe anorganice din celulă, cu excepția apei, Precspavlev săruri minerale. Molecule de sare în soluție apoasă se descompun în cationi și anioni. Cea mai mare valoare au cationi (K +, Na +, Ca 2+, Mg:+, NH 4 +) și anioni (C1, H 2 P0 4 -, HP0 4 2-, HC0 3 -, NO3 2--, SO 4 2- ) Nu numai conținutul, ci și raportul ionilor din celulă este semnificativ.

Diferența dintre cantitățile de cationi și anioni de la suprafață și din interiorul celulei asigură apariția potential de actiune, ceea ce stă la baza apariției excitației nervoase și musculare. Diferența de concentrații de ioni pe diferite părți ale membranei este responsabilă pentru transferul activ de substanțe prin membrană, precum și pentru conversia energiei.

Lecția #2.

Subiectul lecției : Substante anorganice ale celulei.

Obiectivul lecției: aprofundarea cunoștințelor despre substanțele anorganice ale celulei.

Obiectivele lecției:

Educativ: Luați în considerare caracteristicile structurale ale moleculelor de apă în legătură cu rolul său cel mai important în viața unei celule, dezvăluiți rolul apei și al sărurilor minerale în viața organismelor vii;

Educațional: Continuați dezvoltarea gândire logică studenților, continuă să-și dezvolte abilitățile cu care să lucrezi diverse surse informaţii;

Educațional: Continuați formarea viziune științifică asupra lumii, educația unei persoane alfabetizate biologic; formarea și dezvoltarea fundamentelor morale și ideologice ale individului; continuă formarea conștiinței de mediu, hrănind dragostea pentru natură;

Echipament: aplicație multimedia pentru manual, proiector, computer, carduri de sarcini,diagrama „Elemente. Substanțe ale celulei”. Eprubete, pahar, gheață, lampă cu alcool, sare de masă, etanol, zaharoză, ulei vegetal.

Concepte de bază: dipol, hidrofilitate, hidrofobicitate, cationi, anioni.

Tipul de lecție : combinat

Metode de predare: reproductiv, parțial explorator, experimental.

Elevii trebuie:

Știi principalele elemente chimice și compuși care alcătuiesc celula;

Să poţi explicați importanța substanțelor anorganice în procesele vieții.

Structura lecției

1.Moment organizatoric

Salutări, pregătire pentru muncă.

La începutul și la sfârșitul lecției se efectuează o încălzire psihologică. Scopul său este de a determina starea emoțională a elevilor. Fiecărui elev i se dă o placă cu șase fețe - o scară pentru determinare stare emoțională(Fig. 1). Fiecare elev pune o căpușă sub față a cărei expresie reflectă starea sa de spirit.

2. Testarea cunoștințelor elevilor

Testul „Compoziția chimică a celulei” (Anexă)

3. Stabilirea obiectivelor și motivația

"Apă! Nu ai gust, nu ai culoare, nu ai miros, nu poți fi descris. O persoană se bucură de tine fără să înțeleagă ce ești cu adevărat. Nu se poate spune că ești necesar vieții, ești viața însăși. Dăruiești peste tot și pretutindeni un sentiment de beatitudine care nu poate fi înțeles de niciunul dintre simțurile noastre. Ne dai puterea înapoi. Mila Ta face ca izvoarele uscate ale inimii noastre să prindă viață. Ești cea mai mare bogăție din lume. Sunteți o bogăție care poate fi speriată cu ușurință, dar ne oferi o fericire atât de simplă și prețioasă”, a scris acest imn entuziast către apă. scriitor francezși pilotul Antoine de Saint-Exupery, care a trebuit să experimenteze durerile de sete în deșertul fierbinte.

Cu aceste cuvinte minunate începem o lecție al cărei scop este să ne extindă înțelegerea despre apă - substanța care a creat planeta noastră.

1. Actualizare

Care este importanța apei în viața umană?

(Răspunsurile elevilor despre importanța apei în viața umană0

1. Prezentarea de material nou.

Apa este cea mai comună substanță anorganică în organismele vii, componenta ei esențială, habitatul multor organisme și principalul solvent al celulei.

Rânduri din poemul lui M. Dudnik:

Se spune că o persoană este formată din optzeci la sută apă,

Din apa, aș putea adăuga, a râurilor sale natale,

Din apă, voi adăuga, ploaia care i-a dat să bea,

Din apă, aș putea adăuga, din apa străveche a izvoarelor,

Din care au băut bunici și străbunici.

Exemple de conținut de apă în diferite celule ale corpului:

Într-un corp tânăr uman sau animal – 80% din masa celulară;

În celulele corpului vechi – 60%

În creier – 85%;

În celulele smalțului dentar – 10-15%.

Dacă o persoană pierde 20% din apă, moare.

Să luăm în considerare structura unei molecule de apă:

H2O - formula moleculara,

H–O–H – formula structurală,

Molecula de apă are o structură unghiulară: este un triunghi isoscel cu un unghi de vârf de 104,5°.

Greutatea moleculară a apei în stare de vapori este de 18 g/mol. Cu toate acestea, greutatea moleculară a apei lichide se dovedește a fi mai mare. Acest lucru indică faptul că în apa lichidă există o asociere de molecule cauzată de legăturile de hidrogen.

Care este rolul apei în celulă?

Datorită polarității mari a moleculelor sale, apa este un solvent pentru alți compuși polari fără egal. Mai multe substanțe se dizolvă în apă decât în ​​orice alt lichid. De aceea în mediu acvatic celulele desfășoară multe reacții chimice. Apa dizolvă produsele metabolice și le elimină din celulă și din organism în ansamblu.

Apa are o capacitate termică mare, adică capacitatea de a absorbi căldura. Cu o modificare minimă a propriei temperaturi, o cantitate semnificativă de căldură este eliberată sau absorbită. Datorită acestui fapt, protejează celula de schimbările bruște de temperatură. Deoarece se consumă multă căldură pentru a evapora apa, prin evaporarea apei, organismele se pot proteja de supraîncălzire (de exemplu, atunci când transpira).

Apa are o conductivitate termică ridicată. Această proprietate face posibilă distribuirea uniformă a căldurii între țesuturile corpului.

Apa este una dintre substanțele de bază ale naturii, fără de care dezvoltarea este imposibilă lumea organică plante, animale, oameni. Acolo unde este, există viață.

Demonstrarea experimentelor. Alcătuiește un tabel cu elevii.

a) Se dizolvă în apă următoarele substanțe: sare de masă, alcool etilic, zaharoză, ulei vegetal.

De ce unele substanțe se dizolvă în apă, în timp ce altele nu?

Este dat conceptul de substanțe hidrofile și hidrofobe.

Substanțele hidrofile sunt substanțe foarte solubile în apă.

Substanțele hidrofobe sunt substanțe care sunt slab solubile în apă.

B) Pune o bucată de gheață într-un pahar cu apă.

Ce poți spune despre densitatea apei și a gheții?

Folosind manualul, în grupuri trebuie să completați tabelul „Săruri minerale”. La finalul lucrării, se discută datele introduse în tabel.

Capacitatea tampon este capacitatea unei celule de a menține constanta relativă a unui mediu ușor alcalin.

1. Consolidarea materialului studiat.

Rezolvarea problemelor biologice în grup.

Sarcina 1.

Pentru unele boli, o soluție de 0,85 la sută este injectată în sânge sare de masă, numită soluție salină. Calculați: a) câte grame de apă și sare trebuie luate pentru a obține 5 kg de soluție salină; b) câte grame de sare se introduc în organism când se infuzează 400 g de ser fiziologic.

Sarcina 2.

În practica medicală, o soluție de 0,5% de permanganat de potasiu este folosită pentru spălarea rănilor și gargara. Care este volumul soluției saturate (care conține 6,4 g din această sare în 100 g apă) și apă curată trebuie să luați 1 litru de soluție de 0,5 procente pentru a pregăti (ρ = 1 g/cm 3 ).

Exercita.

Scrie un subiect syncwin: apa

1. Tema pentru acasă: paragraful 2.3

Găsiți în opere literare exemple de descrieri ale proprietăților și calităților apei, semnificația ei biologică.

Schema "Elemente. Substanțe ale celulei"

Note de bază pentru lecție