Органические и неорганические соединения в клетке
Кое-кому в школе повезло на уроках химии не только писать скучные контрольные и вычислять молярную массу или указывать валентность, но и смотреть на то, как учитель проводит опыты. Неизменно в рамках эксперимента как по волшебству жидкости в пробирках непредсказуемо меняли цвет, а еще что-нибудь могло взорваться или красиво сгореть. Пожалуй, не так эффектны, но все равно интересны опыты, в которых используются гидрофильные и гидрофобные вещества. Кстати, что это и чем они любопытны?
Физические свойства
На уроках химии, проходя очередной элемент из периодической таблицы, а также все основные вещества, обязательно шла речь об их различных характеристиках. В том числе затрагивались их физические свойства: плотность, в нормальных условиях, температура плавления и кипения, твердость, цвет, электропроводность, теплопроводность и многие другие. Иногда шла речь о таких характеристиках, как гидрофобность или гидрофильность, однако отдельно, как правило, об этом не говорят. Между тем это достаточно интересная группа веществ, с которой легко можно столкнуться в повседневной жизни. Так что нелишним будет узнать о них больше.
Гидрофобные вещества
Примеры легко можно взять из жизни. Так, нельзя смешать воду с маслом - это известно всем. Оно просто не растворяется, а остается плавать пузырьками или пленкой на поверхности, поскольку его плотность меньше. Но почему так и какие существуют еще гидрофобные вещества?
Обычно к этой группе относят жиры, некоторые белки и а также силиконы. Название веществ происходит от греческих слов hydor - вода и phobos - страх, но это не значит, что молекулы боятся. Просто они являются мало или совсем нерастворимыми, их еще называют неполярными. Абсолютной гидрофобности не бывает, даже те вещества, которые, казалось бы, совсем не взаимодействуют с водой, все-таки адсорбируют ее, хоть и в ничтожных количествах. На практике же контакт такого материала с H 2 O выглядит в виде пленки или капелек, либо жидкость остается на поверхности и принимает форму шара, поскольку он имеет наименьшую площадь поверхности и обеспечивают минимальный контакт.
Гидрофобные свойства объясняются тех или иных веществ. Это связано с низким показателем притяжения к как это происходит, например, с углеводородами.
Гидрофильные вещества
Название этой группы, как уже несложно догадаться, тоже происходит от греческих слов. Но в данном случае вторая часть philia - любовь, и это прекрасно характеризует отношения таких веществ с водой - полное "взаимопонимание" и прекрасная растворимость. В эту группу, иногда называемую "полярной", относятся простые спирты, сахара, аминокислоты и т. д. Соответственно, они обладают такими характеристиками, поскольку имеют высокую энергию притяжения к молекуле воды. Строго говоря, вообще-то все вещества являются гидрофильными в большей или меньшей степени.
Амфифильность
А бывает ли так, что гидрофобные вещества могут одновременно иметь и гидрофильные свойства? Оказывается, да! Эту группу веществ называют дифильными, или амфифильными. Оказывается, одна и та же молекула может иметь в своей структуре как растворимые - полярные, так и водоотталкивающие - неполярные элементы. Такими свойствами, например, обладают некоторые белки, липиды, поверхностно-активные вещества, полимеры и пептиды. При взаимодействии с водой они образуют различные надмолекулярные структуры: монослои, липосомы, мицеллы, бислойные мембраны, везикулы и т. д. Полярные группы при этом оказываются ориентированными к жидкости.
Значение и применение в жизни
Помимо взаимодействия воды и масла, можно найти немало подтверждений тому, что гидрофобные вещества встречаются едва ли не повсеместно. Так, чистые поверхности металлов, полупроводников, а также кожа животных, листья растений, хитиновый покров насекомых обладают подобными свойствами.
В природе оба вида веществ имеют важное значение. Так, гидрофилы используются в транспорте в организмах животных и растений, конечные продукты обмена также выводятся при помощи растворов биологических жидкостей. Неполярные вещества же имеют серьезное значение в формировании клеточных мембран, имеющих избирательную проницаемость. Именно поэтому подобные свойства играют важную роль в протекании биологических процессов.
В последние годы ученые разрабатывают все новые гидрофобные вещества, при помощи которых можно защитить различные материалы от смачивания и загрязнения, создавая таким образом даже самоочищающиеся поверхности. Одежда, металлические изделия, стройматериалы, автомобильные стекла - сфер применения множество. Дальнейшее изучение этой темы приведет к разработке мультифобных веществ, которые станут основной для грязеотталкивающих поверхностей. Создав подобные материалы, люди смогут сэкономить время, средства и ресурсы, а также появится возможность снизить степень чистящими средствами. Так что дальнейшие разработки пойдут на пользу всем.
Урок 1. Химический состав клетки. Органические и неорганические вещества. Цель: познакомиться с химическими веществами клетки. План: 1. Химические элементы. 1. Химические элементы. 2. Органические вещества клетки 2. Органические вещества клетки 3. Неорганические вещества клетка 3. Неорганические вещества клетка
1. Химические элементы. Наиболее распространенные химические элементы: кк ии сс лол ооо рр ооо ддт ((((ОООО 2222)))), уууу гг лол ее рр ооо ддт ((((СССС)))), аапа заз ооо тттт ((((NNNN 2222)))), вввв ооо ддт ооо рр ооо ддт ((((НННН 2222)))) В организм человека весом 70 кг. входят: 4 5,5 кг. кислорода (О 2),12,6 кг. углерода (С), 7 кг.водорода (Н 2), 2,1 кг азота (N 2), 1,4 кг кальция (Са), 700 гр фосфора (Р). На все остальные приходится 7 00 гр. (калий, сера, натрий, хлор, магний, железо, цинк, свинец, мышьяк, золото, олово и т.д.) * Известно 109 химических элементов. * 80 из них входят в состав клетки.
Самое распространенное неорганическое вещество в живом организме –вода. Среднее содержание воды в в головном мозге -85% в костях – 20%, эмали зубов – 10%. тело медузы -95% Вода (Н 2 О) Вода (Н 2 О) 1-Определяет объем и упругость клетки, 2-Участвует в химических реакциях. Химические реакции протекают только в водной среде. 3-Участвует в выводе вредных веществ из организма. 4-Способствует передвижению кислорода, углекислого газа и питательных веществ по организму. назад
Составляет до 1 % от массы клетки Самые распространенные соли натрия и калия. Суточная потребность человека в поваренной соли -9 грамм. Минеральные соли 1- Обеспечивают выполнение такой функции организма как раздражимость. 2-Придают прочность костям, раковинам моллюсков. назад
Белок – основное вещество клетки. Если из клетки удалить всю воду, То 50% ее сухой массы составляют белки. Волосы, ногти, когти, перья, Копыта, яд змеи – это белок. Белки Белки 1-Участвуют в формировании ядра, цитоплазмы клетки, ее органоидов. 2-Белок гемоглобин переносит кислород, придает красный цвет крови. 3-Движение мышцы 4-Защита организма от инфекций. 5-Свертывание крови назад
Глюкоза, сахароза, сахар который мы едим каждый день, клетчатка, крахмал - углеводы. В клубнях картофеля до 80% углеводов, а в клетках печени и мышц углеводов- до 5%. Углеводы Углеводы 1-Основная функция - энергетическая. 2- Животные запасают углеводы в виде гликогена, растения в виде крахмала. 3-Опорная и защитная (входят в состав клеточных оболочек растений – клетчатка, образует наружный скелет насекомых и ракообразных – хитин.) назад
Жир - дает 30% всей энергии необходимой организму. У кита слой жира равен 1 метру. Из 1 кг жира образуется 1.1 кг воды. Животные впадающие в спячку медведь, суслик. сурок благодаря запасам жира Могут не пить два месяца. Верблюды при переходе через пустыню Могут не пить две недели. Жиры Жиры 1- Запасной источник энергии 2-Опорная функция. Являются основным компонента клеточных и ядерных оболочек. 3-Внутренний резерв воды 4-Теплоизолятор. Предохраняет организм от потери тепла. назад
Кислород Общие данные. Кислород входит в состав всех жизненно важных органических веществ: белков, жиров, углеводов. Без кислорода невозможны многочисленные и чрезвычайно важные жизненные процессы, например дыхание, окисление аминокислот, жиров, углеводов. НАЗАД
Углерод. Общие данные. Углерод входит в состав основных элементов, участвующих в построении тела человека. Благодаря углероду образовывать цепочки существуют все органические соединения. Углеводы, белки, жиры, витамины - во всех них углерод играет первую скрипку. Однако свободный углерод, в виде сажи и монооксида, токсичен для человека, длительный контакт с угольной пылью может вызвать рак кожи, который раньше называли "болезнью трубочистов". Очень токсичен монооксид углерода, отравляющее действие которого вызвано тем, что он легко соединяется с гемоглобином крови и делает его неспособным переносить кислород от легких к тканям. НАЗАД
Азот Общие данные. Азот входит в состав основных элементов, участвующих в построении тела человека. В организмах присутствует в виде многочисленных органических соединений: аминокислот, пептидов, пуриновых оснований, входящих в состав ДНК, а также в виде свободного азота. В организм поступает с вдыхаемым воздухом. НАЗАД
В клетке содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке, - одно из основных условий ее жизни, развития и функционирования.
Основные вещества клетки = Нуклеиновые кислоты + Белки + Жиры (липиды) + Углеводы + Вода + Кислород + Углекислый газ.
В неживой природе эти вещества нигде не встречаются вместе.
По количественному содержанию в живых системах все химические элементы
подразделяются на три группы.
1. Макроэлементы . Основные или биогенные элементы, на их долю приходится более 95 % массы клеток клетки, входит в состав практически всех органических веществ клетки: углерод, кислород, водород, азот. А также жизненно важные элементы, количество которых составляет до 0,001% от массы тела - кальций, фосфор, сера, калий, хлор, натрий, магний и железо.
2. Микроэлементы - элементы, количество которых составляет от 0,001% до 0, 000001 % от массы тела: цинк, медь.
3. Ультрамикроэлементы - химические элементы, количество которых не превышает от 0,000001 % от массы тела. К ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же сюда относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания.
Химические вещества, входящие в состав клетки:
Неорганические- соединения, которые встречаются и в неживой природе: в
минералах, природных водах;
- органические- химические соединения, в состав которых входят атомы углерода.
Органические соединения чрезвычайно многообразны, но только четыре класса их
имеют всеобщее биологическое значение: белки, липиды (жиры), углеводы,
нуклеиновые кислоты, АТФ.
Неорганические соединения
Вода - одно из самых распространённых и важных веществ на земле. В воде
растворяется больше веществ, чем в любой другой жидкости. Именно поэтому в
водной среде клетки осуществляется множество химических реакций. Вода растворяет
продукты обмена веществ и выводит их из клетки и организма в целом. Вода
обладает высокой теплопроводностью, что создаёт возможность равномерного
распределения теплоты между тканями тела.
Вода обладает большой теплоемкостью, т.е. способностью поглощать теплоту при
минимальном изменении собственной температуры. Благодаря этому она предохраняет
клетку от резких изменений температуры.
Минеральные соли находятся в клетке, как правило, в виде катионов (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) и анионов (HPO42-, H2PO4-, Сl-, HCO3), соотношение которых определяет важную для жизнедеятельности клеток кислотность среды. (У многих клеток среда слабощелочная и ее pH почти не изменяется, так как в ней постоянно поддерживается определенное соотношение катионов и анионов.)
Органические соединения
Углеводы широко распространены в живых клетках. В состав молекулы углеводов
входит углерод, водород и кислород.
К липидам относятся жиры, жироподобные вещества. В клетке при окислении жиров
образуется большое количество энергии, которая используется на различные
процессы. Жиры могут накапливаться в клетках и служить запасом энергии.
Белки - обязательная составная часть всех клеток. В состав этих биополимеров входят 20 типов мономеров. Такими мономерами являются аминокислоты. Образование линейных молекул белков происходит в результате соединения аминокислот друг с другом. Карбоксильная группа одной аминокислоты сближается с аминогруппой другой, и при отщеплении молекулы воды между аминокислотными остатками возникает прочная ковалентная связь, называемая пептидной. Соединение, состоящее из большого числа аминокислот, называется полипептидом. Каждый белок по составу является полипептидом.
Нуклеиновые кислоты. В клетках имеются два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота(ДНК) и рибонуклеиновая кислота(РНК). Нуклеиновые кислоты выполняют в клетке важнейшие биологические функции. В ДНК хранится наследственная информация обо всех свойствах клетки и организма в целом. Различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информации через синтез белка.
Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены два остатка фосфорной кислоты – аденозинтри-фосфорная кислота(АТФ). Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, нервных импульсов, то есть для всех процессов жизнедеятельности. АТФ - универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключённая в потребляемой пище, запасаются в молекулах АТФ.
