Lekcija je predviđena za 80–90 minuta. Tema lekcije omogućava vam studentima da demonstriraju odnos predmeta kao što su biologija, geografija, kemija, fizika. U zagradama postoje opcije za odgovore na pitanja koja bih želio dobiti od učenika.

Ciljevi: upoznavanje učenika sa podacima o sadržaju vode u ćelijama različitih tkiva i razmjeni vode u različitim organizmima, sa modernim predodžbama o strukturi i svojstvima vode, njenim biološkim funkcijama; poboljšanje vještina logičkog mišljenja.

Oprema: fizička karta Zemlje, epruvete, naočale, kapilare; sol, etanol, saharoza, biljno ulje, parafin, bjelanjak, želučani sok, led; priručnici iz fizike i hemije.

Organizovanje vremena

Nastavnik informiše učenike o temi i svrsi lekcije i redoslijedu izvođenja.

Provjera znanja studenti na temu "Elementarni i hemijski (molekularni) sastav ćelije." Tri učenika rade za tablom, ostali (prema mogućnostima) rade na kartama.

Rad na ploči

1. Na ploči je ispisan popis elemenata: F, Zn, N, Ca, J, Cl, Na, H, Mn, Cu, P, C, K, Fe, O, Mg, Co, od kojih trebate odabrati organogene (biogene), makronutrijente, mikroelemente. Navedite njihov procenat u ćeliji.

(Odgovor učenika: a) organogeni: N, H, C, O; b) makroelementi: Ca, Cl, Na, Mn, P, K, Fe, Mg; c) elementi u tragovima: F, Zn, J, Cu, Co).

2. Dati karakteristike organogenih elemenata. Objasnite zašto su se tokom razvoja života na Zemlji ovi elementi pokazali "pogodnima" za hemiju života.

3. Napišite na ploču informacije o kemijskom (molekularnom) sastavu ćelije, navodeći postotak glavnih klasa tvari.

Radite na kartama

Odgovorite na pitanje pismeno.

Opcija 1. Kako to nedostatak bilo kojeg od potrebni elementi(organogeni, makroelementi, mikroelementi) na vitalnu aktivnost ćelije, organizma? Kako se to može manifestovati? Navedi primjere.

Opcija 2. Kakav se zaključak može izvući iz činjenice da ćelije imaju sličan elementarni i hemijski (molekularni) sastav?

Opcija 3. Koji su naučni značaj podaci o sličnostima i razlikama u elementarnom sastavu (kvalitativni i kvantitativni) žive i nežive prirode?

Učenje novog materijala

Sadržaj vode u ćelijama i organizmima

1. Pročitajte poetske redove Mihaila Dudnika i recite mi da li su biološki ispravni. (Pjesma je napisana na tabli.)

Kažu da je osamdeset posto vode čovjek,
Iz vode ću dodati, njegove rodne rijeke,
Iz vode ću dodati, - kiše zbog kojih se napio,
Iz vode ću dodati, iz drevne vode, izvora.
Iz koje su pili njegovi djedovi i pradjedovi ...

(Odgovor učenika... Poetski redovi su tačni, jer više od 2/3 ljudi sastoji se od vode.)

2. Gledajući fizička karta, sjetite se kakav je omjer kopna i okeana na našoj planeti.

(Odgovor učenika... Svjetski okean, tj. voda koja okružuje kontinente i ostrva zauzima oko 71% Zemljina površina.)

Komentar nastavnika... Voda ne samo da pokriva veći dio zemljine površine, već čini i većinu svih živih bića: mikroorganizme, biljke, životinje, ljude.

3. Da li je voda važna u ljudskom životu?

(Odgovor učenika... Osoba pije vodu, pere se njome, koristi je u raznim industrijama, u poljoprivreda... Sada mnogim zemljama svijeta nedostaje slatka voda, da biste je dobili, morate izgraditi posebne pogone, postrojenja za prečišćavanje.)

Komentar nastavnika... Voda, tako poznata supstanca, ima apsolutno nevjerovatna svojstva. Samo zahvaljujući tim svojstvima vode život na Zemlji postao je moguć. Kada tražite život na drugim planetama, jedan od njih kritična pitanja- ima li dovoljno vode. Jedinstvena vrijednost vode za biološke sisteme posljedica je čak i njenog kvantitativnog sadržaja u živim organizmima.

4. Navedite primjere sadržaja vode u ćelijama različitih organizama, njihovih tkiva i organa, koji su vam poznati sa tečajeva botanike, zoologije, anatomije i ljudske fiziologije.

(Odgovor učenika... Voda čini 80% ćelijske mase u mladom ljudskom ili životinjskom tijelu i 60% u stanicama starog. U ćelijama mozga iznosi 85%, a u ćelijama embriona u razvoju - 90%. Ako osoba izgubi 20% vode, tada nastupa smrt. Istina, nemaju sve ljudske ćelije tako visok sadržaj vode. Na primjer, u ćelijama cakline zuba to je samo 10-15%. U ćelijama pulpe sočnog voća i lišća biljaka ima puno vode, ali vrlo malo u ćelijama suhog sjemena ili spora biljaka i mikroorganizama, pa se mogu vrlo dugo čuvati dok ne budu ponovo zalijevati pod uslovima pogodnim za njihovo klijanje.)

5. Šta određuje razlike u sadržaju vode u ćelijama?

(Odgovor učenika... Ima više vode u onim ćelijama u kojima je metabolizam intenzivniji.)

Unos vode u organizme životinja i biljaka

Koje metode znate za dobivanje vode od različitih organizama?

(Odgovor učenika... Putovi unosa vode u tijelo su vrlo raznoliki:

a) kroz površinu tijela - at jednoćelijski organizmi, niže biljke, ličinke nekih insekata, žabe, ribe i drugi vodeni organizmi;
b) s hranom i pićem - kod većine životinja;
c) postoje životinje koje jedva piju ili piju vrlo malo. To je moguće zbog: metaboličke vode, tj. voda koja nastaje u tijelu tijekom oksidacije, uglavnom od masti (kada se oksidira 1 g masti, stvara se 1,1 g vode); ekonomična upotreba vode, koja se u nekima osigurava prisustvom vodonepropusnih poklopaca, u drugima - visokom koncentracijom urina (na primjer, kod deva je urin 8 puta koncentriraniji od plazme); rezerve vode (na primjer, u ličinkama);
d) biljke upijaju vodu iz tla koristeći korijenske dlake;
e) neobični načini dobivanja vode su: epifiti - biljke koje se uglavnom talože na deblima, granama drugog drveća - upijaju vodu iz zraka; Mnoge biljke kišobrana zadržavaju vlagu u omotanim lisnatim ovojnicama, odakle se postepeno apsorbira kroz epidermu.

Molekularna struktura i svojstva vode

Brojne biološke funkcije koje voda provodi pružaju joj jedinstvena svojstva, a jedinstvenost svojstava vode određuje struktura njenog molekula.

1. Sjetite se strukturnih karakteristika molekula vode koje su vam poznate iz kursa hemije.

(Odgovor učenika... U molekulu vode (empirijska formula H20) jedan atom kisika kovalentno je vezan za dva atoma vodonika. Molekula ima oblik trokuta s atomom kisika u jednom od vrhova i atomom vodika u druga dva.)

2. Koji je lik kovalentna veza između atoma kiseonika i atoma vodonika?

(Odgovor učenika... Veza između atoma kiseonika i atoma vodonika je polarna, jer kiseonik privlači elektrone više od vodonika.)

Komentar nastavnika... Zapravo, atom kiseonika, zbog svoje veće elektronegativnosti, privlači elektrone snažnije od atoma vodonika. Posljedica toga je polaritet molekula vode. Generalno, molekula vode je električno neutralna, ali se električni naboj unutar molekule distribuira neravnomjerno, a pozitivan naboj prevladava u području atoma vodonika, a negativni naboj u području gdje se nalazi kiseonik (slika 1) . Stoga je takav molekul električni dipol.

Sl. 1. Molekula vode u kojoj je jedan atom kisika kovalentno vezan za dva atoma vodonika. Molekula je polarna

Negativno nabijeni atom kisika jedne molekule vode privlači pozitivno nabijene atome vodika druge dvije molekule, pa su molekuli vode međusobno vezani vodikom. Već ste upoznati sa konceptom vodonične veze (slika 2).

Sl. 2. Vodikove veze (linije) između molekula vode; atomi kiseonika (bijeli krugovi) nose djelomične negativne naboje, pa nastaju vodonične veze s atomima vodika (crni krugovi) drugih molekula koji nose djelomično pozitivni naboji

U tečnoj vodi te se slabe veze brzo stvaraju i jednako brzo uništavaju slučajnim sudarima molekula. Zahvaljujući sposobnosti molekula vode da se vezuju jedni za druge pomoću vodoničnih veza, voda ima niz svojstava koja su važna za život.

Zadaci za grupe studenata

Razred je podijeljen u pet grupa, od kojih svaka, koristeći unaprijed pripremljenu opremu, radi prema uputstvu na kojem se nalazi zadatak.

Zadatak za prvu grupu

Nude vam se brojne supstance: kuhinjska sol, etilni alkohol, saharoza, biljno ulje, parafin. Pokušajte te supstance dosljedno rastvarati u vodi. Koje su od predloženih supstanci topljive u vodi, a koje nisu? Pokušajte objasniti zašto se neke supstance mogu otopiti u vodi, dok se druge ne mogu. Sa kojim svojstvom vode ste se upoznali?

Zadatak za 2. grupu

U epruvetu sa belim pahuljicama netopivog belanca, zagrejanog u vodenoj kupelji na 37 ° C, dodajte želučani sok. Sta vidis Kakva se reakcija dogodila i zahvaljujući kojem enzimu želučani sok? Koje svojstvo vode ste upoznali?

Zadatak za 3. grupu

Umočite kockice leda u čašu vode. Sta vidis Šta možete reći o gustoći vode i leda? Konkretne informacije o gustini vode i leda mogu se dobiti iz "Priručnika za osnovna fizika"(Enohovič). Koje ste osobine vode upoznali?

Zadatak za 4. grupu

Znate da voda ključa i prelazi u parno stanje na temperaturi od 100 ° C. Koristeći Priručnik za osnovnu fiziku, uporedite tačku ključanja vode sa tačkom ključanja drugih tečnosti. Pokušajte objasniti dobijene rezultate.

Zadatak za 5. grupu

Pokušajte da natočite vodu u čašu. Zašto je to moguće? Polako spustite staklenu cijev malog promjera u čašu vode. Sta vidis Objasnite rezultate eksperimenta. Koje svojstvo vode ste upoznali?

Izvještaj 1. grupe

U vodi iz predloženih supstanci rastvaraju se: kuhinjska sol, etilni alkohol, saharoza (šećer od trske). Ne rastvarati: biljno ulje i parafin. Iz dobivenih rezultata može se zaključiti da su supstance sa jonskom hemijskom vezom (kuhinjska sol), kao i neionski spojevi (šećeri, alkoholi), u čijim su molekulama, vjerovatno, nabijene (polarne) skupine, rastvoriti u vodi. Voda je jedno od najsvestranijih rastvarača: gotovo sve supstance se u njoj rastvaraju, barem u tragovima.

Komentar nastavnika... Ako je energija privlačenja između molekula vode i molekula bilo koje supstance veća od energije privlačenja između molekula vode, tada se supstanca rastvara. Supstance topive u vodi nazivaju se hidrofilnim (soli, lužine, kiseline, itd.). Nepolarni spojevi (koji ne nose naboj) praktično se ne rastvaraju u vodi. Zovu se hidrofobni (masti, masti slične materije, guma itd.).

Izvještaj 2. grupe

Nerastvorljive pahuljice od bjelanjaka rastvaraju se pod dejstvom želučanog soka pepsina. Postoji reakcija enzimske hidrolize (cijepanja) proteina u aminokiseline uz dodatak molekula vode pri puknuću svake peptidna veza... Slične reakcije se dešavaju u gastrointestinalni trakt ljudi i životinja:

Dakle, voda može ući hemijske reakcije, tj. je reagens.

Sadržaj vode u različitim biljnim organima varira u prilično širokim granicama. Mijenja se u zavisnosti od uslova okoline, starosti i biljnih vrsta. Dakle, sadržaj vode u listovima salate je 93-95%, kukuruza - 75-77%. Količina vode nije različita u različitim biljnim organima: u lišću suncokretove vode sadrži 80-83%, u stabljikama - 87-89%, u korijenju - 73-75%. Sadržaj vode jednak 6-11% tipičan je uglavnom za suvo na zraku sjeme u kojem su inhibirani vitalni procesi.

Voda je sadržana u živim ćelijama, u mrtvim elementima ksilema i u međućelijskim prostorima. U međućelijskim prostorima voda je u parnom stanju. Glavni isparavajući organi biljke su lišće. S tim u vezi, prirodno je da najveća količina vode ispunjava međućelijske prostore lišća. IN tečno stanje voda je unutra različitih dijelovaćelije: ćelijska membrana, vakuole, citoplazma. Vakuole su najbogatiji dio ćelije vodom, čiji sadržaj doseže 98%. Uz najveći sadržaj vode, sadržaj vode u citoplazmi je 95%. Najmanje sadržaja voda je karakteristična za ćelijske membrane. Teško je kvantificirati sadržaj vode u ćelijskim membranama; očigledno se kreće od 30 do 50%.

Oblici vode u različitih dijelova biljne ćelije su takođe različite. Sokom vakuolarnih ćelija dominira voda koju sadrže spojevi relativno male molekulske težine (osmotski vezani) i slobodna voda. U ljusci biljne ćelije voda je uglavnom vezana visokopolimernim spojevima (celuloza, hemiceluloza, pektinske supstance), tj. Koloidno vezana voda. U samoj citoplazmi postoji slobodna voda, koloidno i osmotski vezana. Voda smještena na udaljenosti do 1 nm od površine proteinske molekule čvrsto je vezana i nema pravilnu heksagonalnu strukturu (koloidno vezana voda). Pored toga, u citoplazmi postoji određena količina jona, pa je stoga dio vode osmotski vezan.

Fiziološki značaj slobodne i vezane vode je različit. Prema većini istraživača, intenzitet fizioloških procesa, uključujući stope rasta, prvenstveno ovisi o sadržaju slobodne vode. Postoji direktna korelacija između sadržaja vezane vode i otpornosti biljaka na nepovoljne vanjske uvjete. Te se fiziološke korelacije ne prate uvijek.

Da bi svoje normalno postojanje, ćelije i biljni organizam u cjelini morali sadržavati određenu količinu vode. Međutim, to se lako postiže samo za biljke koje rastu u vodi. Za kopnene biljke ovaj je zadatak kompliciran činjenicom da se voda u biljnom organizmu kontinuirano gubi tijekom procesa isparavanja. Isparavanje vode od strane biljke dostiže ogromne razmjere. Može se navesti primjer: jedna biljka kukuruza tokom sezone vegetacije isparava do 180 kg vode, a 1 hektar šume u južna amerika isparava u prosjeku 75 hiljada kg vode dnevno. Ogromna potrošnja vode rezultat je činjenice da većina biljaka ima značajnu površinu listova u atmosferi koja to nema zasićena parama vode. Istovremeno, razvoj opsežne lisne površine neophodan je i razvijen tokom duge evolucije kako bi se osigurala normalna opskrba ugljen-dioksidom sadržanim u zraku u neznatnoj koncentraciji (0,03%). U svojoj poznatoj knjizi "Borba protiv biljaka sa sušom" K.A. Timiryazev je istakao da je kontradikcija između potrebe za hvatanjem ugljičnog dioksida i smanjenjem potrošnje vode ostavila traga na strukturu cjelokupnog biljnog organizma.

Da bi se nadoknadio gubitak vode tokom isparavanja, velika količina mora neprekidno ulaziti u postrojenje. Pozvana su dva kontinuirana procesa u biljci - unos i isparavanje vode vodni bilans biljaka. Za normalan rast i razvoj biljaka potrebno je da protok vode približno odgovara dolasku, ili, drugim riječima, da biljka smanji svoj bilans vode bez velikog deficita. Zbog toga su se u biljci u procesu prirodne selekcije razvile prilagodbe apsorpciji vode (kolosalne korijenski sistem), na kretanje vode (poseban provodni sistem), radi smanjenja isparavanja (sistem pokrivnih tkiva i sistem automatskog zatvaranja stomatalnih otvora).

Uprkos svim ovim prilagodbama, u biljci se često uočava deficit vode, odnosno protok vode nije uravnotežen njenom potrošnjom u procesu transpiracije.

Fiziološki poremećaji javljaju se u različitim biljkama s različitim stupnjem nedostatka vode. Postoje biljke koje su u procesu evolucije razvile razne prilagodbe prenošenju dehidracije (biljke otporne na sušu). Utvrđivanje fizioloških karakteristika koje određuju otpornost biljaka na nedostatak vode najvažniji je zadatak čije je rješenje od velike ne samo teorijske, već i poljoprivredne praktične važnosti. U isto vrijeme, da bi se to riješilo, potrebno je znati sve aspekte razmjene vode u biljnom organizmu.

Voda je najzastupljeniji spoj na Zemlji i u živim organizmima. Sadržaj vode u ćelijama ovisi o prirodi metaboličkih procesa: što su intenzivniji, to je veći sadržaj vode.

U prosjeku, ćelije odrasle osobe sadrže 60-70% vode. Kada se izgubi 20% vode, organizmi umiru. Čovjek ne može živjeti više od 7 dana bez vode, dok ne više od 40 dana bez hrane.

Sl. 4.1. Prostorna struktura molekula vode (H 2 O) i stvaranje vodonične veze

Molekula vode (H 2 O) sastoji se od dva atoma vodonika koji su kovalentno vezani za atome kiseonika. Molekula je polarna jer je savijena pod kutom, a jezgra atoma kiseonika povlači zajedničke elektrone prema tom kutu, tako da kiseonik stječe djelomični negativni naboj, a atomi vodika na otvorenim krajevima djelomično pozitivne naboje. Molekuli vode mogu se međusobno privlačiti pozitivnim i negativnim nabojem, stvarajući vodonična veza (Slika 4.1.).

Zahvaljujući jedinstvenoj strukturi molekula vode i njihovoj sposobnosti da se međusobno vežu pomoću vodikovih veza, voda ima niz svojstava koja je određuju važna uloga u ćeliji i telu.

Vodikove veze uzrokuju relativno visoke temperature ključanja i isparavanja, veliki toplotni kapacitet i toplotnu provodljivost vode i svojstvo univerzalnog rastvarača.

Vodikove veze su 15-20 puta slabije od kovalentnih veza. U tečnom stanju vodonične veze nastaju ili se prekidaju, što uzrokuje kretanje molekula vode, njenu fluidnost.

Biološka uloga H 2 O

Voda određuje fizička svojstva ćelije - njen volumen, elastičnost (turgor). Ćelija sadrži 95-96% slobodne vode i 4-5% vezane vode. Vezana voda formira školjke vode (solvatacija) oko određenih spojeva (na primjer, proteina), sprečavajući njihovu međusobnu interakciju.

Besplatna voda dobro je otapalo za mnoge anorganske i organske polarne tvari. Tvari koje su lako rastvorljive u vodi nazivaju se hidrofilni. Na primjer, alkoholi, kiseline, plinovi, većina soli natrijuma, kalijuma itd. Za hidrofilne tvari energija vezivanja između njihovih atoma manja je od energije privlačenja tih atoma za molekule vode. Stoga se njihovi molekuli ili joni lako ugrađuju zajednički sistem vodonične veze vode.

Voda igra izuzetno važnu ulogu univerzalnog otapala, jer se većina hemijskih reakcija odvija u vodenim rastvorima. Prodiranje supstanci u ćeliju i uklanjanje otpadnih tvari iz nje u većini je slučajeva moguće samo u otopljenom obliku.

Voda ne rastvara nepolarne supstance (koje nemaju naboj), jer s njima ne može stvoriti vodonične veze. Tvari koje nisu rastvorljive u vodi nazivaju se hidrofobni ... Uključuju masti, masti slične supstance, polisaharide, gumu.

Neki organski molekuli imaju dvostruka svojstva: u nekim su dijelovima smještene polarne skupine, a u drugima nepolarne skupine. Takve supstance se nazivaju amfipatični ili amfifilni... Tu spadaju proteini, masne kiseline, fosfolipidi, nukleinske kiseline. Amfifilni spojevi igraju važnu ulogu u organizaciji bioloških membrana, složenih supramolekularnih struktura.

Voda je izravno uključena u reakcije hidroliza- cijepanje organskih jedinjenja. U ovom slučaju, pod djelovanjem posebnih enzima, OH joni su vezani za slobodne valencije organskih molekula - i H + vode. Kao rezultat, stvaraju se nove supstance sa novim svojstvima.

Voda ima visok toplotni kapacitet (tj. Sposobnost apsorpcije toplote s beznačajnim promjenama vlastite temperature) i dobru toplinsku vodljivost. Zbog ovih svojstava, temperatura unutar ćelije (i tijela) održava se na određenom nivou uz značajne promjene u temperaturi okoline.

Bitan biološki značaj za funkcioniranje biljaka, hladnokrvne životinje imaju činjenicu da pod utjecajem otopljenih tvari (ugljikohidrati, glicerin) voda može promijeniti svoja svojstva, posebno tačku smrzavanja i ključanja.

Svojstva vode toliko su važna za žive organizme da je nemoguće zamisliti postojanje života u obliku kakvog poznajemo, ne samo na Zemlji, već i na bilo kojoj drugoj planeti bez dovoljne zalihe vode.

MINERALNE SOLI

Može biti rastvoren ili nerastvoren. Molekule mineralnih soli u vodenoj otopini razlažu se na katione i anione.

Voda je najčešća hemijski spoj na Zemlji je njegova masa najveća u živom organizmu. Procjenjuje se da voda čini 85% ukupne mase srednjestatične ćelije. Dok je u ljudskim ćelijama voda u prosjeku oko 64%. Međutim, sadržaj vode u različitim ćelijama može se značajno razlikovati: od 10% u ćelijama zubne cakline do 90% u ćelijama sisavskog embrija. Štoviše, mlade ćelije sadrže više vode nego stare. Dakle, u ćelijama bebe voda je 86%, u stanicama stare osobe samo 50%.

U mužjacima je sadržaj vode u kavezima u prosjeku 63%, a u žena nešto manje od 52%. Šta je uzrokovalo ovo? Ispada da je sve jednostavno. Žensko tijelo ima puno masnog tkiva, čije su stanice siromašne vodom. Stoga je sadržaj vode u ženskom tijelu za oko 6-10% manji nego u muškom.

Jedinstvena svojstva vode nastaju zahvaljujući strukturi njenog molekula. Iz kursa hemije znate da je različita elektronegativnost atoma vodonika i kiseonika uzrok pojave kovalentne polarne veze u molekulu vode. Molekul vode ima oblik trokuta (87) u kojem električni naboji raspoređen asimetrično i dipol je (sjetite se definicije ovog pojma).

Zbog elektrostatičke privlačnosti atoma vodonika jedne molekule vode prema atomu kiseonika druge molekule, vodonične veze nastaju između molekula vode.

Karakteristike strukture i fizičke - Hemijska svojstva voda (sposobnost vode da bude univerzalno otapalo, promjenjive gustine, velikog toplotnog kapaciteta, visokog površinskog napona, fluidnosti, kapilarnosti itd.), koji određuju njen biološki značaj.

Koje funkcije voda vrši u tijelu Voda je rastvarač. Polarna struktura molekula vode objašnjava njegova svojstva kao otapala. Molekuli vode stupaju u interakciju hemikalije, čiji elementi imaju elektrostatičke veze, i razlažu ih na anione i katione, što dovodi do pojave hemijskih reakcija. Kao što znate, mnoge hemijske reakcije se javljaju samo u vodenoj otopini. Istovremeno, sama voda ostaje inertna, stoga se može više puta koristiti u tijelu. Voda služi kao medij za transport različitih supstanci unutar tijela. Pored toga, krajnji proizvodi metabolizma izlučuju se iz tijela uglavnom u otopljenom obliku.

Dvije su glavne vrste rješenja u živim bićima. (Zapamtite klasifikaciju rješenja.)

Takozvani istinsko rješenje kada su molekuli rastvarača iste veličine kao i molekuli rastvorljive supstance, oni se rastvaraju. Kao rezultat, dolazi do disocijacije i stvaraju se joni. U ovom slučaju, rješenje je homogeno iu smislu naučni jezik, sastoji se od jedne - tečne faze. Tipični primjeri su otopine mineralnih soli, kiselina ili lužina. Budući da se u takvim otopinama nalaze nabijene čestice, one su u stanju provoditi struja i elektroliti su, poput svih otopina koje se nalaze u tijelu, uključujući krv kičmenjaka, koja sadrži mnoge mineralne soli.

Koloidna otopina je slučaj kada su molekuli rastvarača mnogo manji od molekula rastvorene supstance. U takvim otopinama, čestice supstance, koje se nazivaju koloidne, slobodno se kreću u vodenom stupcu, jer sila njihovog privlačenja ne prelazi snagu njihovih veza sa molekulima rastvarača. Takvo rješenje se smatra heterogenim, odnosno sastoji se od dvije faze - tečne i krute. Sve biološke tečnosti su smjese koje uključuju istinske i koloidne otopine, jer sadrže i mineralne soli i ogromne molekule (poput proteina) koje imaju svojstva koloidnih čestica. Stoga citoplazma bilo koje ćelije, krvi ili limfe životinja, mlijeko sisara istovremeno sadrži jone i koloidne čestice.

Kao što se vjerojatno sjećate, biološki sustavi poštuju sve zakone fizike i hemije, stoga se fizički fenomeni primjećuju u biološkim rješenjima koja igraju značajnu ulogu u životu organizama.

Svojstva vode

Difuzija (od lat. Difuzija - širenje, širenje, raspršivanje) u biološkim rastvorima manifestuje se kao tendencija izjednačavanja koncentracije strukturnih čestica rastvorenih supstanci (joni i koloidne čestice), što u konačnici dovodi do jednolike raspodjele supstance u rješenje. Zahvaljujući difuziji, mnoga jednoćelijska bića se hrane, kiseonik i hranjive tvari prenose se tijelom životinja u nedostatku cirkulacijskog i respiratornog sistema u njima (sjetite se kakve su životinje). Pored toga, transport mnogih supstanci do ćelija vrši se upravo zahvaljujući difuziji.

Još jedan fizički fenomen - osmoza (od grčkog. Osmosis - potisak, pritisak) - kretanje rastvarača kroz polupropusnu membranu. Osmoza uzrokuje izbacivanje vode iz otopine s niskom koncentracijom otopljenih tvari i visokim sadržajem H20 u otopini s visokom koncentracijom otopljenih tvari i malim udjelom vode. U biološkim sistemima to nije ništa drugo nego transport vode na nivou ćelije. Zbog toga osmoza igra značajnu ulogu u mnogim biološkim procesima. Snaga osmoze osigurava kretanje vode u biljnim i životinjskim organizmima, zbog čega njihove ćelije dobivaju hranjive sastojke i održavaju konstantan oblik. Treba imati na umu da što je veća razlika u koncentraciji supstance, to je veći osmotski pritisak. Stoga, ako se stanice stave u hipotoničnu otopinu, one će nabubriti i puknuti uslijed naglog dotoka vode.

IN zemaljska kora javlja se oko 100 hemijski elementi, ali samo 16 ih je potrebno za život. Najčešći u biljnim organizmima su četiri elementa - vodik, ugljenik, kiseonik, dušik koji nastaju razne supstance... Glavne komponente biljne ćelije su voda, organske i mineralne supstance.

Voda- osnova života. Sadržaj vode u biljnim ćelijama kreće se od 90 do 10%. Jedinstvena je supstanca zbog svojih kemijskih i fizička svojstva... Voda je neophodna za proces fotosinteze, transporta supstanci, rasta ćelija, ona je podloga za mnoge biokemijske reakcije, univerzalno otapalo itd.

Minerali (pepeo)- tvari koje ostaju nakon sagorijevanja dijela bilo kojeg organa. Sadržaj pepela se kreće od 1% do 12% suve mase. Gotovo svi elementi koji čine vodu i tlo nalaze se u biljci. Najčešći su kalijum, kalcijum, magnezijum, gvožđe, silicijum, sumpor, fosfor, azot (makronutrijenti) i bakar, aluminijum, klor, molibden, bor, cink, litijum, zlato (elementi u tragovima). Mineralne supstance igraju važnu ulogu u životu ćelija - dio su aminokiselina, enzima, ATP-a, lanaca transporta elektrona, neophodne su za stabilizaciju membrana, sudjelovanje u metaboličkim procesima itd.

Organska materija biljne ćelije su podijeljene na: 1) ugljene hidrate, 2) proteine, 3) lipide, 4) nukleinske kiseline, 5) vitamine, 6) fitohormone, 7) proizvode sekundarnog metabolizma.

Ugljikohidratičine 90% supstanci koje čine biljnu ćeliju. Razlikujte:

Monosaharidi (glukoza, fruktoza). Monosaharidi nastaju u lišću tokom fotosinteze i lako se pretvaraju u škrob. Akumuliraju se u plodovima, rjeđe u stabljikama i lukovicama. Monosaharidi se prenose od ćelije do ćelije. Oni su energetski materijal i učestvuju u stvaranju glikozida.

Dihaharidi (saharoza, maltoza, laktoza, itd.) Nastaju od dvije čestice monosaharida. Akumuliraju se u korijenju i plodovima.

Polisaharidi su polimeri koji su vrlo rašireni u biljnim ćelijama. Ova grupa supstanci uključuje škrob, inulin, celulozu, hemicelulozu, pektinske supstance i kalozu.

Škrob je glavna rezervna tvar biljne ćelije. Primarni škrob nastaje u hloroplastima. U zelenim dijelovima biljke razgrađuje se do mono- i disahachars i prenosi se floemom žila do rastućih dijelova biljke i organa za skladištenje. U leukoplastima skladišnih organa, sekundarni škrob se sintetiše iz saharoze u obliku škrobnih zrnaca.

Molekula škroba sastoji se od amiloze i amilopektina. Linearni amilozni lanci, koji se sastoje od nekoliko hiljada ostataka glukoze, sposobni su spiralno se granati i tako poprimiti kompaktniji oblik. U razgranatom polisaharidu amilopektina kompaktnost se osigurava intenzivnim razgranavanjem lanaca zbog stvaranja 1,6-glikozidnih veza. Amilopektin sadrži približno dvostruko više ostataka glukoze od amiloze.

Uz Lugolovu otopinu, vodena suspenzija amiloze daje tamnoplavu boju, suspenzija amilopektina - crveno-ljubičasta, suspenzija škroba - plavo-ljubičasta.

Inulin je polimer fruktoze, skladišni ugljikohidrat iz porodice Asteraceae. U ćelijama je u otopljenom obliku. Ne mrli otopinom joda, obojenom β-naftolskom crvenom bojom.

Celuloza je polimer glukoze. Celuloza sadrži oko 50% ugljenika koji se nalazi u biljci. Ovaj polisaharid glavni je materijal staničnog zida. Molekuli celuloze su dugi lanci ostataka glukoze. Iz svakog lanca viri mnoštvo OH grupa. Te su grupe usmjerene u svim smjerovima i sa susjednim lancima tvore vodonične veze, što osigurava kruto umrežavanje svih lanaca. Lanci su međusobno ujedinjeni, tvoreći mikrofibrile, a potonje se kombiniraju u veće strukture - makrofibrile. Vlačna čvrstoća kod ove strukture je vrlo velika. Makrofibrile raspoređene u slojevima uronjene su u cementnu matricu koja se sastoji od pektinskih supstanci i hemiceluloza.

Celuloza se ne rastvara u vodi, otopinom joda daje žutu boju.

Pektini se sastoje od galaktoze i galakturonske kiseline. Pektinska kiselina je poligalakturonska kiselina. Oni su dio matrice ćelijskog zida i pružaju njegovu elastičnost. Pektini čine osnovu srednje lamine koja nastaje između ćelija nakon diobe. Oblikujte gelove.

Hemiceluloze su visoko-molekularna jedinjenja mešovitog sastava. Oni su dio matrice ćelijskog zida. Ne rastvaraju se u vodi, hidroliziraju se u kiselom okruženju.

Kaloza je amorfni glukozni polimer koji se nalazi u različitim dijelovima biljnog organizma. Kaloza se stvara u sitnim cijevima floema, a takođe se sintetiše kao odgovor na oštećenja ili štetne efekte.

Agar-agar je polisaharid velike molekularne težine koji se nalazi u morskim algama. Rastvara se u vruća voda, a nakon hlađenja očvrsne.

Proteini spojevi visoke molekulske težine koji se sastoje od aminokiselina. Elementarni sastav - C, O, N, S, P.

Biljke su sposobne da sintetišu sve aminokiseline iz jednostavnijih supstanci. 20 esencijalnih aminokiselina tvori čitav niz proteina.

Složenost strukture proteina i ekstremna raznolikost njihovih funkcija otežavaju stvaranje jedinstvene jasne klasifikacije proteina po bilo kojoj osnovi. Po sastavu proteini se klasificiraju na jednostavne i složene. Jednostavni - sastoje se samo od aminokiselina, složeni - sastoje se od aminokiselina i neproteinskog materijala (protetska grupa).

Jednostavni proteini uključuju albumine, globuline, histone, prolamine, gluteine. Albumini - neutralni proteini, topljivi u vodi, rijetko se nalaze u biljkama. Globulini - neutralni proteini, nerastvorljivi u vodi, rastvorljivi u razblaženim fiziološke otopine, raspoređenih u sjemenkama, korijenima, stabljikama biljaka. Histoni su neutralni proteini, topljivi u vodi, lokalizovani u jezgrima svih živih ćelija. Prolamini - rastvorljivi u 60-80% etanolu, nalaze se u žitaricama. Gluteini su topljivi u alkalnim rastvorima, nalaze se u žitaricama, zelenim dijelovima biljaka.

Kompleks uključuje fosfoproteine ​​(protetska grupa - fosforna kiselina), likoproteini (ugljeni hidrati), nukleoproteini (nukleinska kiselina), hromoproteini (pigment), lipoproteini (lipidi), flavoproteini (FAD), metaloproteini (metal).

Proteini igraju važnu ulogu u životu biljnog organizma i, ovisno o obavljenoj funkciji, proteini se dijele na strukturne proteine, enzime, transportne proteine, kontraktilne proteine, proteine ​​u skladištu.

Lipidi – organska materija nerastvorljiv u vodi i rastvorljiv u organskim rastvaračima (eter, hloroform, benzen). Lipidi se dijele na prave masti i lipoide.

Prave masti - esteri masne kiseline i bilo koji alkohol. Oni u vodi tvore emulziju; kada se zagriju s lužinama, hidroliziraju se. Oni su rezervne supstance, akumuliraju se u sjemenkama.

Lipoidi su supstance slične masti. Tu spadaju fosfolipidi (dio membrana), vosak (čine zaštitnu prevlaku na lišću i plodovima), steroli (dio protoplazme, sudjeluju u stvaranju sekundarnih metabolita), karotenoidi (crveni i žuti pigmenti, neophodni za zaštitu klorofila, daju boju voće, cvijeće), klorofil (glavni pigment fotosinteze)

Nukleinske kiseline- genetski materijal svih živih organizama. Nukleinske kiseline (DNK i RNK) sastoje se od monomera - nukleotida. Molekula nukleotida sastoji se od šećera s pet ugljika, azotne baze i fosforne kiseline.

Vitamini- složene organske supstance različitih hemijski sastav... Imaju visoku fiziološku aktivnost - neophodni su za sintezu bjelančevina, masti, rad enzima itd. Vitamini se dijele na topive u mastima i rastvorljive u vodi. Vitamini topljivi u mastima uključuju vitamine grupe A, K, E, rastvorljive u vodi - vitamine C, vitamine grupe B.

Fitohormoni- supstance male molekulske težine sa visokom fiziološkom aktivnošću. Imaju regulatorni učinak na rast i razvoj biljaka u vrlo niskim koncentracijama. Fitohormoni se dijele na stimulanse (citokinine, auksine, gibereline) i inhibitore (etilen i apscinine).