Какие свойства воды делают ее хорошим растворителем веществ в клетке

Свойства воды и ее роль в клетке:

На первом месте среди веществ клетки стоит вода. Она составляет около 80% массы клетки. Вода важна для живых организмов вдвойне, ибо она необходима не только как компонент клеток, но для многих и как среда обитания.

1. Вода определяет физические свойства клетки — ее объем, упругость.

2. Многие химические процессы протекают только в водном растворе.

3. Вода — хороший растворитель: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе, и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки.

4. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью.

5. Вода обладает уникальным свойством: при охлаждении ее от +4 до 0 градусов, она расширяется. Поэтому лед оказывается легче жидкой воды и остается на ее поверхности. Это очень важно для организмов, обитающих в водной среде.

6. Вода может быть хорошим смазочным материалом.

Биологическая роль воды определяется малыми размерами ее молекул, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями.

Биологические функции воды:

транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.

метаболическая. Вода является средой для всех биохимических реакций, донором электронов при фотосинтезе; она необходима для гидролиза макромолекул до их мономеров.

вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме.

За очень немногими исключениями (кость и эмаль зуба), вода является преобладающим компонентом клетки. Вода необходима для метаболизма (обмена) клетки, так как физиологические процессы происходят исключительно в водной среде. Молекулы воды участвуют во многих ферментативных реакциях клетки. Например, расщепление белков, углеводов и других веществ происходит в результате катализируемого ферментами взаимодействия их с водой. Такие реакции называются реакциями гидролиза.

Вода служит источником ионов водорода при фотосинтезе. Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода составляет 95% всей воды в клетке и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы протоплазмы. Связанная вода, на долю которой приходится всего 4% всей воды клетки, непрочно соединена с белками водородными связями.

Из-за асимметричного распределения зарядов молекула воды действует как диполь и потому может быть связана как положительно, так и отрицательно заряженными группами белка. Дипольным свойством молекулы воды объясняется способность ее ориентироваться в электрическом поле, присоединяться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд. В результате этого образуются гидраты

Благодаря своей высокой теплоемкости вода поглощает тепло и тем самым предотвращает резкие колебания температуры в клетке. Содержание воды в организме зависит от его возраста и метаболической активности. Оно наиболее высоко в эмбрионе (90% ) и с возрастом постепенно уменьшается. Содержание воды в различных тканях варьируется в зависимости от их метаболической активности. Например, в сером веществе мозга воды до 80%, а в костях до 20%. Вода — основное средство перемещения веществ в организме (ток крови, лимфы, восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам у растений) и в клетке. Вода служит «смазочным» материалом, необходимым везде, где есть трущиеся поверхности (например, в суставах). Вода имеет максимальную плотность при 4°С. Поэтому лед, обладающий меньшей плотностью, легче воды и плавает на ее поверхности, что защищает водоем от промерзания. Это свойство воды спасает жизнь многим водным организмам.

Источник

Химическая организация клетки

1. Вода, играющая большую роль в поступлении веществ в клетку и удалении из нее отработанных продуктов, выполняет функцию

1) растворителя

2) строительную

3) каталитическую

4) защитную

2. Значительную часть содержимого клетки составляет вода, которая

1) образует веретено деления

2) образует глобулы белка

3) растворяет жиры

4) придает клетке упругость

3. Живые организмы нуждаются в азоте, так как он служит

1) главным составным компонентом белков и нуклеиновых кислот

2) основным источником энергии

3) главным структурным компонентом жиров и углеводов

4) основным переносчиком кислорода

4. Минеральные вещества в организме НЕ участвуют в

1) построении скелета

2) освобождении энергии за счет биологического окисления

3) регуляции сердечной деятельности

4) поддержании кислотно-щелочного равновесия

5. Вода играет большую роль в жизни клетки, так как она

1) участвует во многих химических реакциях

2) обеспечивает нормальную кислотность среды

3) ускоряет химические реакции

4) входит в состав мембран

6. Вода участвует в теплорегуляции благодаря

1) полярности молекул

2) низкой теплоемкости

3) высокой теплоемкости

4) небольшим размерам молекул

7. Ионы какого химического элемента необходимы для процесса свертывания крови?

1) натрия

2) магния

3) железа

4) кальция

8. Какое свойство воды делает её хорошим растворителем в биологических системах?

1) высокая теплопроводность

2) медленный нагрев и остывание

3) высокая теплоемкость

4) полярность молекул

9. Одним из элементов, обуславливающих активный ионный транспорт через клеточные мембраны, является

1) калий

2) фосфор

3) железо

4) азот

10. Какое вещество в клетке выполняет функцию растворителя?

1) вода

2) фруктоза

3) белок

4) глюкоза

11. Какие из перечисленных химических связей разрушаются при транспирации воды?

1) полярные

2) гидрофобные

3) водородные

4) ковалентные

12. На сокращение скелетных мышц влияют ионы

1) железа

2) натрия

3) магния

4) кальция

13. Какую функцию выполняют белки, ускоряющие химические реакции в клетке

1) гормональную

2) сигнальную

3) ферментативную

4) информационную

14. Вещества, содержащие азот, образуются при биологическом окислении

1) белков

2) жиров

3) углеводов

4) глицерина

15. Только белки выполняют функцию

1) защитную

2) энергетическую

3) запасающую

4) двигательную

16. По своей природе ферменты относятся к

1) нуклеиновым кислотам

2) белкам

3) липидам

4) углеводам

17. АТФ образуется в процессе

1) синтеза белков на рибосомах

2) разложения крахмала с образованием глюкозы

3) окисления органических веществ в клетке

4) фагоцитоза

18. В каком из перечисленных процессов участвуют ионы кальция?

1) транспорт газов

2) образование связей между аминокислотами

3) синтез белков

4) процесс свёртывания крови

19. Инородные белки, попавшие в организм человека, связываются, образуя комплексы с

1) антигенами

2) тромбоцитами

3) антителами

4) антибиотиками

20. Белки, в отличие от углеводов и жиров, могут выполнять функцию

1) защитную

2) энергетическую

3) запасающую

4) каталитическую

21. Клетчатка и гликоген относятся к

1) белкам

2) моносахаридам

3) липидам

4) полисахаридам

22. Входят в состав ферментов и влияют на обмен веществ

1) гормоны

2) жиры

3) витамины

4) углеводы

23. На рисунке показана химическая формула молекулы

1) нуклеотида рибонуклеотида

2) нуклеотида дезоксирибонуклеотида

3) аминокислоты

4) АТФ

24. Что изображено на рисунке?

1) молекула белка в первичной структуре

2) молекула ДНК во вторичной структуре

3) молекула белка во вторичной структуре

4) молекула белка в четвертичной структур

25. Чтобы выяснить влияние низкой температуры на активность ферментов желудочного сока, следует налить в две пробирки немного желудочного сока и добавить к нему тонкие хлопья белка полусваренного яйца. Затем:

1) одну пробирку поставить в снег, а вторую — в тёплую воду

2) обе пробирки поставить в снег и добавить в одну раствор соляной кислоты

3) одну пробирку поставить в снег, а вторую — в кипящую воду

4) обе пробирки поставить в снег и добавить в одну раствор щелочи

26. Схема строения какой молекулы изображена на рисунке?

1) вторичная структура белка

2) вторичная структура ДНК

3) третичная структура белка

4) четвертичная структура ДНК

27. Какой буквой обозначена вторичная структура белковой молекулы?

1) А

2) Б

3) В

4) Г

28. За счёт каких связей обеспечивается первичная структура белковых молекул?

1) пептидных

2) водородных

3) гидрофобных

4) ионных

29. Процесс денатурации белковой молекулы обратим, если не разрушены связи

1) водородные

2) пептидные

3) гидрофобные

4) дисульфидные

30. Отличие ферментов от других белков заключается в том, что они

1) не денатурируют

2) обладают только двумя пространственными конфигурациями

3) активны при любых условиях

4) ускоряют химические реакции

Источник

Ответы 10 класс «Хим.состав»

Какое свойство воды делает ее универсальным растворителем для полярных веществ?

Молекула воды представляет собой диполь, ее кислородный атом несет частичный отрицательный заряд, а каждый из атомов водорода — положительный. Частично отрицательный атом кислорода притягивается частично положительными атомами водорода. Поэтому молекулы воды связаны между собой нестойкими водородными связями. Благодаря этому вода является универсальным растворителем для веществ, имеющих полярные молекулы. Она образует водородные связи с молекулами веществ.

Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они сделаны, запишите эти предложения без ошибок.

1. Нуклеиновые кислоты — это биологические полимеры.

2. В клетке присутствуют два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК.

3. Нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов.

4. В состав ДНК и РНК входят одинаковые нуклеотиды.

5. Все нуклеиновые кислоты в клетке образуют двойные спирали.

Элементы ответа:

1) 4 — в состав ДНК входят дезоксирибонуклеотиды, а в состав РНК — рибонуклеотиды, кроме того нуклеотиды ДНК содержат азотистое основание тимин, а в РНК он отсутствует и заменен урацилом;

2) 5 — двойная спираль характерна для ДНК, а РНК — это одноцепочечная молекула.

Сколько нуклеотидов содержит ген, кодирующий фермент pибонуклеазу, если он состоит из 16 аминокислот?

Элементы ответа:

1)1генетический код триплетен, каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидными остатками;

2)1следовательно, ген, кодирующий рибонуклеазу, содержит 16 ∙ 3 = 48 нуклеотидных остатка.

Какова роль белков в организме?

Белки выполняют в организме следующие функции:

• строительную (в составе хрящей, сухожилий, волос, ногтей и т.д.);

• сократительную (актин и миозин мышечных волокон);

• транспортную (гемоглобин);

• каталитическую (ферменты);

• защитную (антитела);

• регуляторную (инсулин).

Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, и объясните их.

1.Вода — одно из самых распространенных органических веществ на Земле.

2.В клетках костной ткани около 20% воды, а в клетках мозга 85%.

3.Свойства воды определяются структурой ее молекул.

4.Ионные связи между атомами водорода и кислорода обеспечивают полярность молекулы воды и ее способность растворять неполярные соединения.

5. Между атомами кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой молекулы образуется сильная водородная связь, чем объясняется высокая температура кипения воды.

Ошибки допущены в предложениях 1, 2, 4, 5.

1 — вода — неорганическое вещество; 2 — в клетках костной ткани около 20% воды, а в клетках мозга-85%; 4 — ковалентные связи; полярные соединения; 5 — слабая водородная связь.

1. Вода — одно из самых распространенных органических веществ на Земле.

2. В клетках костной ткани до 85% воды, а в клетках мозга человека — до 50%.

3. Свойства воды определяются структурой ее молекул.

4. Ионные связи между атомами водорода и кислорода обеспечивают полярность молекулы воды и ее способность растворять неполярные соединения.

Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны. Объясните их.

1.Все присутствующие в организме белки — ферменты.

2.Каждый фермент ускоряет течение нескольких химических реакций.

3.Активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата, с которым он взаимодействует.

4.Активность ферментов не зависит от таких факторов, как температура, рН среды, и других факторов.

Ошибки допущены в предложениях 1, 2, 4.

1 — не все белки — ферменты; 2 — ферменты специфичны; 4 — актив¬ность ферментов зависит от этих и других факторов.

1.Все присутствующие в организме белки — ферменты.

2. Каждый фермент ускоряет течение нескольких химических реакций.

3. Активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата, с которым он взаимодействует.

4. Активность ферментов не зависит от таких факторов, как температура, рН среды, и других факторов.

Укажите номера предложений, в которых допущены ошибки. Объясните их.

1.Улеводы представляют собой соединения углерода и водорода.

2.Различают три основных класса углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды.

3.Наиболее распространенные моносахариды — сахароза и лактоза.

4.Они растворимы в воде и обладают сладким вкусом.

5.При расщеплении 1 г глюкозы выделяется 35,2 кДж энергии.

Ошибки допущены в предложениях 1, 3, 5.

1 — углерода и воды; 3 — дисахариды; 5 — 17,6 кДж.

1. Углеводы представляют собой соединения углерода и водорода.

2. Различают три основных класса углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды.

3. Наиболее распространенные моносахариды — сахароза и лактоза.

4. Они растворимы в воде и обладают сладким вкусом.

5. При расщеплении 1 г. Глюкозы выделяется 35,2 кДж энергии.

За счет каких химических связей поддерживается вторичная структура белка?

За счет водородных связей.

Почему некоторые аминокислоты называются незаменимыми?

Незаменимые аминокислоты не синтезируются в организмах животных и человека, они должны поступать с растительной пищей и не могут быть заменены другими питательными веществами.

На какие три группы принято делить химические Элементы, входящие в состав живых организмов, по их относительному содержанию?

Элементы ответа:

1) макроэлементы;

2) микроэлементы;

3) ультрамикроэлементы.

В чем состоит отличие ферментов от катализаторов неорганической природы?

Элементы ответа:

1) один фермент катализирует только один тип реакций;

2) активность ферментов ограничена довольно узкими температурными рамками;

3) ферменты активны при определенных значениях рН.

В чем отличия ДНК и РНК?

Элементы ответа:

1) ДНК содержат дезоксирибозу, РНК — рибозу;

2) ДНК содержат тимин, РНК — урацил;

3) ДНК содержат две цепи, РНК, как правило, имеют лишь одну цепь;

4) цепи ДНК длиннее, чем РНК.

Источник

Раздел 1.

Молекулярный уровень организации живого

Тема 2.

Химическая организация клетки. Элементный состав клеток. Неорганические вещества: вода и минеральные соли

1. Основные вопросы теории

Молекулярный уровень организации живого

Это самый низкий уровень организации живого, представленный отдельными молекулами органических и неорганических веществ, входящих в состав клеток организма. Жизнь можно представить как организационную иерархию вещества. В живых существах элементы образуют очень сложные органические молекулы, из которых в свою очередь состоят клетки, а из тех – целый организм. Жизнедеятельность всех живых систем проявляется во взаимодействии молекул различных химических веществ.

Элементный состав клетки

В составе живой природы обнаружено более 80 химических элементов, 27 из них выполняют определенные функции.

↓

макроэлементы

микроэлементы

ультрамикроэлементы

99 %

10-3 %

10-6 %

98% – биогенные: О, С, Н, N

K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl, S, P.

B, Mn, Zn, Cu, Co, F, I, Br, Mo.

U, Au, Be, Hg, Se, Ra, Cs.

Некоторые организмы – интенсивные накопители определенных элементов: бактерии способны накапливать марганец, морские водоросли – йод, ряска – радий, моллюски и ракообразные – медь, позвоночные – железо.

Каждый из химических элементов выполняет важную функцию в клетке.

Элемент

Биологическая роль

О, Н

входят в состав воды.

С, О, Н, N

входят в состав белков, липидов, нуклеиновых кислот, полисахаридов.

K, Na, Cl

обеспечивают проведение нервного импульса.

компонент костей, зубов, необходим для мышечного

сокращения, компонент свертывания крови, посредник в механизме действия гормонов.

структурный компонент хлорофилла, поддерживает

работу рибосом и митохондрий.

структурный компонент гемоглобина, миоглобина.

входит в состав серосодержащих аминокислот, белков.

входит в состав нуклеиновых кислот, костной ткани.

необходим некоторым растениям.

Mn, Zn, Cu

активаторы ферментов, влияют на процессы тканевого дыхания.

входит в состав инсулина.

входит в состав окислительных ферментов, переносит кислород в тканях моллюсков.

входит в состав витамина В12.

входит в состав эмали зубов.

входит в состав тироксина.

Химические вещества клетки

↓

неорганические

органические

вода – 75 85%;

минеральные соли – 1 1,5%.

белки – 10 – 20%;

углеводы – 0,2 – 2%;

липиды – 1 – 5%;

нуклеиновые кислоты – 1 – 2%.

Уникальное строение воды, её свойства и роль в живой природе

Строение и свойства воды

Биологические функции воды

1. Малые размеры молекул воды, молекула воды нелинейна.

1. Вода – среда для протекания биохимических реакций в клетках.

2. Вода – донор электронов, источник ионов водорода и свободного кислорода при фотосинтезе.

3. Вода необходима для гидролиза макромолекул до мономеров, например, в пищеварении.

4. Вода обусловливает рН среды, что определяется концентрацией Н+ и ОН-.

2. Полярность, молекула воды – диполь.

5. Вода – универсальный растворитель для полярных веществ. По растворимости в воде все вещества подразделяют на гидрофильные (водорастворимые) и гидрофобные (нерастворимые).

6. Вода – среда для транспорта веществ.

3. Способность образовывать водородные связи, подвижность молекул воды.

… – водородная связь.

7. Вода обладает высокой теплопроводностью и большой теплоемкостью, выполняет функцию терморегуляции в живых организмах (т.к. для разрыва водородных связей нужно много Е).

8. При замерзании вода расширяется (т.к. образуется много водородных связей), лед легче воды, плавает на её поверхности, самая «тяжелая вода» при t +40, что спасает жизнь водным обитателям зимой.

4. Силы межмолекулярного сцепления не позволяют воде сжиматься.

9. Вода служит для поддержания формы организмов (гидростатический скелет, тургорное давление).

10. Вода – смазывающее вещество в биологических системах (синовиальная жидкость, плевральная жидкость, слизь).

Минеральные соли, их значение

Минеральные соли находятся в клетке либо в диссоциированном на ионы, либо в твердом состоянии.

Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Их значение:

Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения.
Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану.
От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства клетки.

Буферные свойства клетки

↓

фосфатная буферная система

бикарбонатная буферная система

анионы фосфорной кислоты

(Н2РО4- , НРО42-)

анионы угольной кислоты

(НСО3-)

рН внутриклеточной среды

на уровне 6,9

рН внеклеточной среды

на уровне 7,4

Участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.

Таким образом, функция минеральных солей в клетке состоит в поддержании постоянства внутренней среды и в обеспечении процессов жизнедеятельности.

В твердом состоянии минеральные соли Са3 (РО4)2 (фосфат кальция) входят в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков, обеспечивая прочность этих образований.

2. Тесты с выбором одного правильного ответа

1. Какой из химических элементов одновременно входит в состав костной ткани и нуклеиновых кислот?

а) калий;

б) фосфор;

в) кальций;

г) цинк.

2. У детей развивается рахит при недостатке:

а) марганца и железа;

б) кальция и фосфора;

в) меди и цинка;

г) серы и азота.

3. Передача возбуждения по нерву или мышце объясняется:

а) изменением концентраций ионов натрия и калиявнутри и вне клетки;

б) разрывом водородных связей между молекулами воды;

в) изменением концентрации водородных ионов;

г) теплопроводностью воды.

4. Основу реакционного центра хлорофилла составляет атом:

а) Na;

б) K;

в) Mg;

г) Cl.

5. К биогенным элементам относятся:

а) C, P, O, N;

б) Ca, Cl, N, O;

в) C, H, O, N;

г) H, O, C, Na.

2. Тесты с выбором одного правильного ответа

6. При замерзании воды расстояние между её молекулами:

а) уменьшается;

б) увеличивается;

в) не изменяется.

7. Какое из свойств воды обусловлено её полярностью?

а) теплопроводность;

б) теплоемкость;

в) способность растворять неполярные соединения;

г) способность растворять полярные соединения.

8. Какие химические связи возникают между атомами в молекуле воды?

а) ковалентно-неполярные;

б) ковалентно-полярные;

в) ионные;

г) водородные.

9. Поверхностное натяжение воды обусловлено:

а) ковалентными связями;

б) ионными связями;

в) водородными связями.

10. При испарении воды с поверхности тела расстояние между её молекулами:

а) увеличивается;

б) уменьшается;

в) не изменяется.

2. Тесты с выбором одного правильного ответа

11. Какое свойство воды делает её хорошим растворителем в биологических системах?

а) высокая теплоемкость;

б) медленный нагрев и остывание;

в) высокая теплопроводность;

г) полярность молекул.

12. Твердость кости придают:

а) аминокислоты;

б) липиды и углеводы;

в) глюкоза и гликоген;

г) минеральные соли.

13. Почему в магазинах продают соль, обогащенную йодом?

а) йод влияет на изменение состава крови;

б) йод нормализует деятельность щитовидной железы;

в) йод предупреждает заболевание туберкулезом;

г) йод способствует образованию витамина D.

14. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются:

а) гидрофобными;

б) гидроидными;

в) гидрогенными;

г) гидрофильными.

15. К органическим веществам клетки относятся:

а) белки и липиды;

б) минеральные соли и углеводы;

в) вода и нуклеиновые кислоты:

г) все правильно

3. Заполните пропуски

(заполните пропуски в предложениях, используя слова,

выделенные курсивом)

В молекуле воды (1…) атом кислорода (2…) связан с (3…) атомами водорода. Молекула воды (4…), т.к. кислород электроотрицательнее водорода. Между атомом кислорода одной молекулы и атомом (5…) другой молекулы воды образуется (6…).

Полярностью молекул воды обеспечивается ее способность (7…) другие полярные соединения. А наличием множества слабых водородных связей обеспечиваются такие её свойства, как высокая (8…) и (9…). Максимальную плотность вода имеет при температуре (10…). Поэтому лед (11…) воды и плавает на её поверхности. По отношению к воде все вещества клетки делятся на (12…) и (13…). К гидрофильным веществам относятся (14…), (15…), а к гидрофобным – (16…).

(Глюкоза(…), один(…), водорода(…), двумя(…), водородная связь(…), ковалентно(…), теплоемкость(…), полярна(…), теплопроводность(…), растворять(…), +40С(…), соли(…), легче(…), гидрофобные(…), гидрофильные(…), жиры.(…)

4. Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их

(укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, объясните их)

1. Вода – одно из самых распространенных органических веществ на Земле. 2. В клетках костной ткани до 20% воды, а в клетках мозга до 85%. 3. Свойства воды определяются структурой её молекул. 4. Ионные связи между атомами водорода и кислорода обеспечивают полярность молекулы воды и ее способность растворять неполярные соединения. 5. Между атомами кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой молекулы образуется сильная водородная связь, чем объясняется высокая температура кипения воды.

Источник