§ 2. Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества



1. Какие неорганические вещества входят в состав живых организмов?

Вода, минеральные соли и кислоты.

2. Какие вещества называют гидрофильными? Гидрофобными? Приведите примеры

В зависимости от растворимости в воде соединения условно делят на растворимые, или гидрофильные (от греч. гидор — вода, филия — люблю), и нерастворимые, или гидрофобные (от греч. фобос — страх).

Гидрофильными веществами являются моно- и дисахариды, многие минеральные соли и кислоты, низшие спирты, низшие карбоновые кислоты и др. Гидрофобны высшие карбоновые кислоты, жиры и некоторые другие вещества.

3. Охарактеризуйте биологическую роль минеральных солей и кислот.

Для поддержания жизнедеятельности клеток и организма в целом необходимы минеральные соли. В живых организмах они находятся либо в растворенном виде (диссоциированы на ионы), либо в твердом состоянии. Ионы К и Na участвуют в формировании электрических потенциалов на цитоплазматической мембране, что важно для передачи нервных импульсов и транспорта веществ через мембрану. Остатки фосфорной кислоты входят в состав нуклеотидов и АТФ, ион Fe2 — в состав гемоглобина, Mg2 — в состав хлорофилла и т. д. Ионы NO3− , NH4+ являются источниками атомов азота. Регуляторную функцию и активизацию многих ферментов осуществляют ионы Са2 и Mg2. В желудке позвоночных соляная кислота создает кислую среду, способствуя уничтожению болезнетворных микроорганизмов и активации ферментов желудочного сока.

4. Сколько воды содержится в живых организмах? От чего это зависит? Почему растения при недостатке воды увядают?

Содержание воды в живых организмах составляет 60—75 % их массы. Однако существуют организмы или органы и ткани, где данный процент больше – медузы 98% массы тела или меньше – костная ткань 22%. Вода — это среда протекания множества обменных процессов. Именно вода определяет объем клеток и внутриклеточное (тургорное) давление. Увядание растений наступает, когда количество испаряемой растениями воды более количества воды, поступающей в них из почвы. При увядании листья теряют свою упругость, становятся мягкими; верхние, молодые части стеблей опускаются вниз.

5. Два раствора глюкозы разделены мембраной, не пропускающей молекулы глюкозы, но пропускающей воду. Концентрация глюкозы в первом растворе — 1 %, во втором — 0,1 %. Что происходит с молекулами воды? Как называется это явление?

Молекул воды будут проходить через мембрану из области с меньшей концентрацией растворенных веществ (в данном случае глюкозы) в область с более высокой концентрацией. Это явление называется осмос.

6. Каковы основные функции воды в живых организмах? Как физические и химические свойства воды связаны с ее биологическими функциями?

Биологическая роль воды в живых организмах связана с ее свойствами, прежде всего с малыми размерами молекул, их полярностью и способностью образовывать водородные связи между собой и с другими соединениями. Именно вода определяет объем клеток и внутриклеточное (тургорное) давление. Благодаря полярности молекулы воды способны формировать так называемые гидратные оболочки вокруг ионов и полярных молекул. Это способствует обособлению частиц и препятствует их склеиванию друг с другом. Полярность молекул и способность образовывать водородные связи делает воду универсальным растворителем. С водой связана также регуляция теплового режима организмов. Воде свойственна высокая теплоемкость — способность поглощать большое количество теплоты при незначительных изменениях собственной температуры. Благодаря этому вода предотвращает резкие изменения температуры в клетках и организме в целом.

7. Как вы думаете, почему большинство полярных веществ хорошо растворяются в воде, а неполярные, как правило, нерастворимы в ней?

Молекула воды полярна, что позволяет ей взаимодействовать с другими полярными веществами. Вода способствует обособлению частиц полярных соединений и их переходу в раствор, образует вокруг ионов и полярных молекул гидратные оболочки. А с неполярными соединениями молекулы воды, наоборот, взаимодействуют очень слабо, поэтому такие вещества практически нерастворимы в воде.

8. Буферные свойства внеклеточной среды обеспечивают угольная кислота и гидрокарбонат-ион, внутри клеток эту функцию выполняют анионы фосфорной кислоты. Почему эти соединения позволяют поддерживать в растворах определенную концентрацию ионов водорода, в то время как азотная и соляная кислоты, а также их анионы, не обладают такими свойствами?

Угольная кислота является слабым электролитом. В растворах лишь небольшая ее часть диссоциируется на ионы и в межклеточном пространстве, одновременно, содержатся и гидрокарбонат-ионы (НСО3–) и ионы Н+ , а также недиссоциированные молекулы угольной кислоты (Н2СО3). В результате внутри клетки наблюдается равновесие. Если по каким-то причинам данное равновесие нарушается в одну или вторую сторону, то наблюдается дополнительное диссоциирование угольной кислоты и баланс восстанавливается. А азотная и соляная кислоты, наоборот, являются сильными электролитами. При растворении в воде они почти полностью диссоциируют на ионы и их диссоциация необратима, поэтому их растворы не обладают буферными свойствами.