Какое свойство воды делает его хорошим растворителем

Источники:

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.

27

↓

↓

↓

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.

Ca

компонент костей, зубов, необходим для мышечного

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

Mg

структурный компонент хлорофилла, поддерживает

работу рибосом и митохондрий.

Fe

структурный компонент гемоглобина, миоглобина.

S

входит в состав серосодержащих аминокислот, белков.

P

входит в состав нуклеиновых кислот, костной ткани.

B

необходим некоторым растениям.

Mn, Zn, Cu

активаторы ферментов, влияют на процессы тканевого дыхания.

Zn

входит в состав инсулина.

Cu

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

Co

входит в состав витамина В12.

F

входит в состав эмали зубов.

I

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:

1. Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения.

2. Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану.

3. 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

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.