dashkov.by Решебник "Биология 10" §2. Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества

Поделиться с друзьями

Авторизация



Поиск по сайту

Каталог TUT.BY

Rating All.BY

Рейтинг@Mail.ru

§2. Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества
Решебник "Биология 10"

 


 


 

1. Какие неорганические вещества входят в состав живых организмов?

В состав живых организмов входят такие неорганические вещества как вода, минеральные соли, неорганические (минеральные) кислоты и некоторые другие.

 

2. Какие вещества называют гидрофильными? Гидрофобными? Приведите примеры.

Гидрофильными называют вещества, которые интенсивно взаимодействуют с молекулами воды с образованием водородных связей. Как правило, гидрофильные вещества хорошо растворяются в воде. Гидрофобные вещества слабо взаимодействуют с молекулами воды, «стремятся» избежать контакта с ней. Такие вещества не растворяются в воде. Для базового уровня изучения биологии достаточно, чтобы учащиеся характеризовали гидрофильные вещества как растворимые в воде, а гидрофобные – как нерастворимые в ней.

Гидрофильными веществами являются, например, моно- и дисахариды, низшие спирты, низшие карбоновые кислоты, многие неорганические кислоты и соли. К гидрофобным относятся жиры, высшие карбоновые кислоты и некоторые другие вещества.

 

3. Охарактеризуйте биологическую роль минеральных солей и кислот.

Нерастворимые минеральные соли входят в состав различных опорных структур живых организмов, например, карбонат кальция (CaCO3) – в состав раковин моллюсков и панцирей ракообразных. Внутриклеточный скелет некоторых протистов построен из сульфата стронция (SrSО4).

Растворимые минеральные соли в живых организмах находятся в виде ионов т.к. в водной среде происходит их диссоциация. С биологической точки зрения наиболее важными среди ионов являются катионы К+, Na+, Ca2+, Mg2+ и анионы Cl, НСО3, НРО42–, Н2РО4. Разная концентрация ионов К+ и Na+ внутри и снаружи клеток приводит к возникновению разности электрических потенциалов на цитоплазматической мембране, что важно для передачи нервных импульсов и для транспорта веществ через мембрану. При уменьшении этой разности снижается возбудимость клеток. Остатки фосфорной кислоты входят в состав нуклеотидов и АТФ. Fe2+ входит в состав гемоглобина, Mg2+ – в состав хлорофилла. Ионы NO3 и NH4+ являются источниками атомов азота, а ион SO42– – атомов серы, которые необходимы автотрофным организмам для синтеза аминокислот. Ионы Са2+ и Mg2+ выполняют регуляторную функцию, активизируют многие ферменты. Например, ионы Mg2+ активизируют энергетический обмен и синтез АТФ.

Минеральные (неорганические) кислоты также выполняют важные биологические функции. Соляная кислота создаёт кислую среду в желудке позвоночных животных и человека, способствуя уничтожению болезнетворных микроорганизмов и активации ферментов желудочного сока, стимулирует сокращения стенок желудка. Анионы фосфорной кислоты образуют фосфатную буферную систему, обеспечивающую поддержание нейтральной или слабощелочной среды внутри клеток. Угольная кислота и её анионы формируют бикарбонатную буферную систему, которая поддерживает слабощелочную реакцию внеклеточной среды.

 

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. В организме некоторых животных (например, медуз), в листьях и сочных плодах растений массовая доля воды может достигать 98%.

Содержание воды зависит от вида организма, его возраста, типа клеток (тканей) и их физиологического состояния. Например, у человека в сером веществе головного мозга содержится около 85% воды, а в костной ткани – 22%. Наибольшее содержание воды в организме наблюдается в эмбриональный период (около 95%) и с возрастом постепенно уменьшается, что приводит к снижению функциональной активности клеток, тканей и организма в целом.

Вода определяет объём клетки и внутриклеточное (тургорное) давление, вызывающее напряжённое состояние клеточной оболочки. При недостатке воды в клетках снижается тургорное давление, поэтому растения увядают.

 

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?

Молекулы воды перемещаются через полупроницаемую мембрану из менее концентрированного раствора (с массовой долей глюкозы 0,1%) в более концентрированный раствор (с массовой долей глюкозы 1%). Это явление называется осмосом. За счёт осмоса происходит выравнивание концентраций глюкозы в растворах, разделённых полупроницаемой мембраной.

 

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

Вода входит в состав клеток и межклеточного вещества, составляет основу крови, лимфы, тканевой жидкости, секретов желез. Она определяет объём клеток и обеспечивает поддержание тургорного давления. Вода – универсальный растворитель для полярных соединений и основная среда, в которой протекают процессы обмена веществ живых организмов. Большинство химических реакций в организме происходит именно в водных растворах. Поступление и выведение веществ из клеток осуществляется, как правило, в растворённом виде. Вода как растворитель участвует в явлениях осмоса, благодаря которому происходит выравнивание концентраций растворённых веществ в клетках и внеклеточной среде.

Вода – непосредственный участник многих биохимических реакций, например, реакций гидролитического расщепления (гидролиза) органических соединений. Она является одним из исходных веществ в реакциях фотосинтеза. Кислород, выделяющийся при фотосинтезе, образуется при расщеплении молекул воды.

Вода участвует в регуляции теплового режима организмов. Она обеспечивает равномерное распределение теплоты между тканями и органами, предотвращает резкие изменения температуры в клетках и организме в целом, даже когда температурные колебания в окружающей среде достаточно велики. При испарении воды организмами (транспирация у растений, потоотделение у млекопитающих) тратится много теплоты, что защищает их от перегрева.

Вода является универсальным растворителем и средой протекания процессов обмена веществ благодаря полярности молекул и их способности образовывать межмолекулярные водородные связи с другими соединениями. Малый размер молекул воды играет важную роль в осмотических явлениях. Участие воды в регуляции теплового режима организмов связано с её высокой теплоёмкостью, хорошей теплопроводностью и высокой теплотой парообразования. Это, в свою очередь, обусловлено способностью молекул воды образовывать между собой многочисленные водородные связи.

 

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

Молекулы воды полярны, что позволяет им интенсивно взаимодействовать с другими полярными веществами. Вода способствует обособлению структурных частиц полярных соединений (ионов, молекул), их переходу в раствор, образует вокруг ионов и полярных молекул гидратные оболочки.

С неполярными соединениями молекулы воды взаимодействуют очень слабо. Такие вещества практически нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в неполярных растворителях (например, в бензине). Здесь уместно вспомнить древнее правило алхимиков: «Подобное растворяется в подобном».

 

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 определённую концентрацию ионов водорода, в то время как азотная и соляная кислоты, а также их анионы, не обладают такими свойствами?

Угольная кислота – слабый электролит. В водных растворах лишь небольшая часть её молекул диссоциирована на ионы, поэтому в межклеточной среде наряду с гидрокарбонат-ионами (НСО3) содержатся и недиссоциированные молекулы угольной кислоты (Н2СО3). Внутри клеток наблюдается определённый баланс (равновесие) между анионами фосфорной кислоты Н2РО4 и НРО42–:

Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3

Н2РО4 ↔ Н+ + НРО42–

При снижении кислотности среды равновесие смещается вправо – высвобождаются дополнительные ионы водорода (Н+). При повышении кислотности равновесие смещается влево – происходит связывание «лишних» ионов Н+. Благодаря этому реакция внеклеточной среды (или внутриклеточного содержимого) практически не меняется.

Азотная и соляная кислоты – сильные электролиты. При растворении в воде они почти полностью диссоциируют на ионы:

HNO3 → H+ + NO3

HCl → H+ + Cl

Диссоциация сильных электролитов практически необратима, поэтому их растворы не обладают буферными свойствами.

* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д. После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.

Дашков М.Л.

Сайт: dashkov.by

Вернуться к оглавлению

 



 

 
www.dashkov.by г. Минск
Google