dashkov.by Решебник "Биология 11" (базовый уровень) §2. Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества

Консультация репетитора

Авторизация



Поиск по сайту

§2. Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества
Решебник "Биология 11" (базовый уровень)

1. Какие неорганические вещества входят в состав живых организмов?

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

 

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

В зависимости от степени взаимодействия с молекулами воды соединения делят на гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильными называют полярные вещества, которые активно взаимодействуют с молекулами воды за счет образования водородных связей и, как правило, хорошо растворяются в воде. Неполярные соединения, которые не формируют водородные связи с молекулами воды и не растворяются в ней, называют гидрофобными.

К гидрофильным соединениям относятся низшие спирты, низшие карбоновые кислоты, моносахариды, дисахариды и др. Гидрофобными веществами являются высшие карбоновые кислоты, жиры и некоторые другие соединения.

 

3.  Охарактеризуйте биологическую роль минеральных солей и кислот.

Нерастворимые минеральные соли входят в состав различных опорных структур живых организмов, обеспечивая их прочность. Например, карбонат кальция (CaCO3) – важный компонент раковин моллюсков, панцирей ракообразных, скорлупы яиц, скелетов коралловых полипов и др. Фосфаты кальция являются основой межклеточного вещества костной ткани позвоночных животных. Твердость зубной эмали обусловлена наличием минеральных солей, в состав которых входит кальций, магний, фосфор и фтор. 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. Содержание определенных катионов и анионов внутри клеток, как правило, отличается от их концентрации во внеклеточной среде. Например, в клетках наблюдается достаточно высокая концентрация катионов калия (K+) и низкая – натрия (Na+), а во внеклеточной среде – наоборот. Это ведет к возникновению разности электрических потенциалов между внутренней и наружной сторонами цитоплазматической мембраны, что необходимо для возбуждения клеток, генерации и передачи нервных импульсов.

Некоторые ионы входят в состав ферментов, витаминов и других биологически активных веществ. Так, ион Co+ – структурный элемент витамина В12, Mg2+ входит в состав хлорофилла, Fe2+ – в состав гемоглобина. Ионы Са2+ и Mg2+ влияют на активность многих ферментов и, следовательно, играют важную роль в регуляции обмена веществ. Ионы NO3 и NH4+ являются источниками атомов азота, а ион SO42– – атомов серы, которые необходимы автотрофным организмам для синтеза аминокислот.

Неорганические кислоты также выполняют важные биологические функции. Например, соляная кислота (HCl) создает кислую среду в желудке позвоночных животных, способствуя уничтожению болезнетворных микроорганизмов и активации ферментов желудочного сока. Остатки фосфорной кислоты входят в состав фосфолипидов, нуклеотидов, АТФ. Фосфорная и угольная кислоты, а также анионы этих кислот участвуют в поддержании определенной кислотности внутри клеток и во внеклеточной среде.

 

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

Массовая доля воды в живых организмах в среднем составляет 65–80%. Количество воды зависит от вида организма, его возраста, оно неодинаково в разных тканях и органах. Например, в сочных плодах растений может содержаться до 98% воды, а в зерновках злаков, семенах подсолнечника, льна, бобовых – только 7–14%. Плазма крови, лимфа, тканевая жидкость, секреты большинства желез животных более чем на 90% состоят из воды. В скелетных мышцах человека массовая доля воды составляет приблизительно 76%, а в жировой ткани – около 30%. С возрастом содержание воды в организме постепенно уменьшается.

Вода практически несжимаема, она определяет объем клетки и внутриклеточное (тургорное) давление, т. е. давление внутреннего содержимого клетки на ее оболочку. Это важно для поддержания упругости клеток и тканей. При недостатке воды в растительных клетках снижается тургорное давление, поэтому растения увядают.

 

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

Молекулы воды полярны, что позволяет им интенсивно взаимодействовать с другими полярными веществами за счёт образования водородных связей. 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. Поэтому 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».

 

6.  Какие функции выполняет вода в живых организмах?

Основными функциями воды в живых организмах являются:

● Структурная функция. Вода входит в состав всех клеток, межклеточного вещества, внутренней среды организма, секретов желез и т. д., придает упругость клеткам и тканям, у некоторых животных выполняет функцию гидроскелета.

● Метаболическая функция. Вода является средой протекания и непосредственным участником биохимических реакций.

● Транспортная функция. Вода способствует всасыванию растворенных веществ, их перемещению в организме и выведению конечных продуктов обмена веществ.

● Терморегуляторная функция. Вода участвует в регуляции теплового режима живых организмов.

 

7*.  Как физические и химические свойства воды связаны с ее биологическими функциями?

Полярность молекул воды обусловливает их способность образовывать водородные связи между собой и с другими полярными соединениями. Благодаря образованию водородных связей между молекулами воды она может сохранять жидкое агрегатное состояние при температурах от 0°С до 100°С, тогда как подобные ей водородные соединения (например, H2S, NH3, HF) являются газами. Существование в виде жидкости в сочетании с малыми размерами молекул и их взаимодействием с другими полярными веществами делает воду универсальным растворителем для полярных веществ, основной средой протекания процессов метаболизма и участником многих биохимических реакций.

Вода практически несжимаема, что важно для поддержания упругости клеток и тканей. Она определяет объем клеток и тургорное давление – давление внутреннего содержимого клетки на ее оболочку. Несжимаемость воды позволяет ей выполнять функцию гидроскелета у круглых и кольчатых червей.

Хорошие смазывающие свойства воды способствуют уменьшению трения в различных частях организма (плевральной полости, околосердечной сумке, полостях суставных сумок и др.)

Участие воды в регуляции теплового режима организмов связано с ее высокой теплоемкостью, хорошей теплопроводностью и высокой теплотой парообразования. Это, в свою очередь, обусловлено способностью молекул воды образовывать между собой многочисленные водородные связи.

 

8*. Анионы фосфорной кислоты обеспечивают поддержание относительно постоянной концентрации ионов водорода внутри клеток. Во внеклеточной среде эту функцию выполняют угольная кислота и гидрокарбонат-ион. Почему эти соединения позволяют поддерживать определенную кислотность среды, 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 ее молекул диссоциирована на ионы, поэтому в межклеточной среде наряду с гидрокарбонат-ионами (НСО3) содержатся и недиссоциированные молекулы угольной кислоты (Н2СО3). Внутри клеток наблюдается определенный 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 – это 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 способностью поддерживать относительно постоянную концентрацию ионов водорода.

Примечание: это задание предполагает выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведенный 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 приведенным ответом.

Сайт: dashkov.by

Вернуться к оглавлению

 
www.dashkov.by г. Минск