Вода. Из неорганических веществ, входящих в состав клетки, важнейшим является вода. Количество ее составляет от 60 до 95% общей массы клетки. Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания.
Роль воды в клетке определяется ее уникальными химическими и физическими свойствами, связанными главным образом с малыми размерами молекул, с полярностью ее молекул и с их способностью образовывать друг с другом водородные связи.
И считалось, что примитивная атмосфера Земли имела очень похожий химический состав. После нескольких месяцев работы реакции между всеми соединениями продуцировали большое количество органических молекул, включая аминокислоты, которые были найдены в растворе в воде.
Так родилась первая когерентная теория происхождения жизни: добиотические мономеры были синтезированы в примитивной атмосфере Земли, упали в море, были поглощены глинами, полимеризованы и стали примитивными клетками. Этот сценарий быстро подвергался сомнению, по крайней мере, в отношении синтеза аминокислот.
Вода как компонент биологических систем выполняет следующие важнейшие функции:
Вода-универсальный растворитель для полярных веществ, например солей, Сахаров, спиртов, кислот и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными. Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно; соответственно возрастает реакционная способность вещества. Именно по этой причине большая часть химических реакций в клетке протекает в водных растворах. Ее молекулы участвуют во многих химических реакциях, например при образовании или гидролизе полимеров. В процессе фотосинтеза вода является донором электронов, источником ионов водорода и свободного кислорода.
Прежде всего, он никогда не мог содержать много водорода, которое слишком светло, чтобы газ удерживался земной гравитацией. Даже если бы Земля имела изобилие этих соединений в начале, они бы быстро исчезли или, по крайней мере, стали бы очень меньшинством.
Земля родилась от сбора пыли и метеоритов, которые падали друг на друга. Пыль и метеориты содержат 25% железа, 79% силикатов, 0, 9% воды и 0, 1% органического вещества и других газов. Когда эти пыль и метеориты собрались, это вызвало много тепла, и Земля в расплавленном пласте Утюг спустился к центру и образовал ядро, силикаты были расположены выше и образовывали мантию и кору. Вода, газ и соединения углерода концентрировались на поверхности, чтобы придать атмосферу и Поскольку углерод метеоритов является уменьшенным углеродом, можно было бы ожидать, что эта примитивная атмосфера сама будет богата восстановленным углеродом.
Неполярные вещества вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку не может образовывать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. Гидрофобные молекулы или их части отталкиваются водой, а в ее присутствии притягиваются друг к другу. Такие взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеинов вых кислот и ряда субклеточных структур.
Но это не говоря уже о очень высокой температуре, которая преобладала во время образования Земли. Органическое вещество пыли и метеоритов содержит углерод Однако, поскольку изобретение металлургической металлургии железа, известна следующая химическая реакция: восстановленный оксид углеродного железа → восстановленный диоксид углерода железа. Это то, что происходит в доменных печах с углеродным восстановлением железных руд. В формирующей Земле, даже более горячей, чем доменная печь, органическое вещество должно быть окислено оксидами железа, и стал углекислым газом.
Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде. Кроме того, вода отличается высокой теплопроводностью, что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.
Поэтому опыт Миллера и те, кто следовал за ним, очень интересны, но они не касаются Земли. Более того, эта реакция была старой индустриальной технологией, используемой для производства молекулярного водорода. Но в таких современных условиях этот органо-синтез не выполняется, потому что атмосфера и море содержат молекулярный кислород, что предотвращает такой органо-синтез.
Когда мы говорим о возможном океаническом происхождении предбиотических молекул, мы часто путаем это с нынешними экосистемами, которые являются гидротермальными вентиляционными отверстиями Мирового океана и их курильщиками. Эта химическая энергия является основой сложных экосистем нынешних океанских гидротермальных вентов.
Вода характеризуется высокой теплотой парообразования, т. е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла при одновременном охлаждении организма. Благодаря этому свойству воды, проявляющемуся при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и других животных, транспирации у растений, предотвращается их перегрев.
Молекулярные облака и туманности
Не исключено, что в этих токовых устройствах происходит минеральный органосинтез, но молекулы, которые могут быть получены, являются весьма маргинальными по отношению к молекулам, образующимся в результате хемосинтеза живых организмов, поэтому экосистемы нынешних океанских гидротермальных отверстий никоим образом не являются эквивалентами очень старых гидротермальных экосистем. Спектральные исследования даже недавно идентифицировали глицин, простейший из аминокислот.
Было показано, что эти небольшие молекулы должны взаимодействовать друг с другом на поверхности зерен пыли и льда, присутствующих в этих туманностях. К счастью, у нас есть доступ к «свидетелям», мало или совсем не измененной пыли и объектов, присутствующих в наших туманностях, составляет 4, 5 га: это кометы, свидетели того, что происходило во внешней солнечной системе, и хондритов, свидетелей того, что происходило во внутренней солнечной системе.
Для воды характерно исключительно высокое поверхностное натяжение. Это свойство имеет очень важное значение для адсорбционных процессов, для передвижения растворов по тканям (кровообращение, восходящий и нисходящий токи в растениях). Многим мелким организмам поверхностное натяжение позволяет удерживаться на воде или скользить по ее поверхности.
Дегазация комет, когда они проходят вблизи Солнца, высвобождает множество радикалов и органических молекул, список которых приведен на следующем рисунке. Методика анализа не позволила определить молекулярную структуру этих соединений, просто чтобы узнать их атомный состав. Эти молекулы, которые были в форме твердых зерен, были обязательно макромолекулами, а не малыми органическими молекулами, который был бы газообразным в межпланетной пустоте.
Что касается метеоритов, их гораздо легче анализировать напрямую, поскольку в лабораториях есть килограммы. Среди всех этих метеоритов некоторые из них называются «углеродистые хондриты», поскольку они содержат от 0, 1 до 5% органического вещества. Что содержат эти углеродные метеориты? Большая часть этого органического вещества метеоритов состоит из очень больших нерастворимых молекул, структура которых должна напоминать то, что представлено на следующем рисунке.
Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.
У растений вода определяет тургор клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие).
Вода - составная часть смазывающих жидкостей (синовиальной - в суставах позвоночных, плевральной - в плевральной полости, перикардиальной - в околосердечной сумке) и слизей (облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др.
Небольшой процент этого органического вещества состоит из меньших молекул, растворимых в воде или различных растворителях, и среди этих молекул есть точно аминокислоты и азотистые основания. Следующий рисунок дает список и пропорции из этих растворимых органических молекул.
Каково происхождение этого органического вещества комет и метеоритов? Часть, вероятно, исходит от молекул, присутствующих в предсолеточной туманности, но большинство, вероятно, было синтезировано в ранней солнечной системе, потому что молодое солнце излучало много ионизирующее излучение. Действие этих излучений на молекулы малого газа, особенно захваченные на поверхности зерен пыли и льда, должно было производить эти сложные органические молекулы.
Минеральные соли. Неорганические вещества в клетке, кроме воды, прецспавлевы минеральными солями. Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы (К+, Na+, Са2+, Mg:+, NH4+) и анионы (С1 , Н2Р04 -, НР042- , НС03 -, NO32--, SO4 2-) Существенным является не только содержание, но и соотношение ионов в клетке.
Приход метеоритов и кометной пыли
Такой средний метеорит видит, что его поверхность нагревается через атмосферу из-за трения. Это трение и это нагревание испаряют поверхность до толщины нескольких см, и метеорит часто ломается, но для метеорита этого размер, только его периферия будет испаряться. У этого сердца не будет времени на топление, он останется холодным и приземляется на землю. Если мы увидим эту осень, мы увидим, что называется гоночной машиной, и мы поднимем «красивый» метеорит.
Если метеорит был небольшим, он полностью испарялся теплом, выделяемым атмосферным трением, до достижения этой скорости равновесия. Мы будем свидетелями падения падающей звезды, но ничего не случится с землей. Теперь представьте себе большой метеорит в 10 раз больше. Фактически объем изменяется как куб лучей, а поверхность - как квадрат лучей. Кинетическая энергия его метеорита, попадающего в верхнюю часть атмосферы, пропорциональна его массе. Поверхность нашего большого метеорита будет сильно нагреваться, но она не сможет эвакуировать всю свою энергию и не испарится больше, чем крошечная часть метеорита; замедление будет очень слабым.
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, а также преобразование энергии.
И тогда вся его кинетическая энергия мгновенно преобразуется в тепло и избыточное давление; наш метеорит будет полностью испарен. Каждая единица поверхности должна будет эвакуировать в 10 4 раза меньше энергии, чем в случае со средним метеоритом, который он сможет легко обойти, даже без нагрева. Наш микрометеорит будет замедляться без нагрева, и Четвертый случай касается микрометеоритов, но и кометных хвостов из хвостов комет, такие микрометеориты или пыль собираются стратосферными летательными аппаратами или плавлением кубических метров антарктического льда. ультра-чистый.
Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6,9.
Угольная кислота и ее анионы формируют бикарбонатную буферную систему, поддерживающую рН внеклеточной среды (плазма крови) на уровне 7,4.
Некоторые ионы участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.
Из четырех рассмотренных нами случаев мы видим, что случай 2 и случай 3 приводят к полному разрушению испарения метеорита, если он содержит органическое вещество в виде аминокислотных мономеров. или азотистые основания, они полностью разрушаются. С другой стороны, мы видим, что в случае № 1 и случая № 4 метеорит не разрушается или не нагревается. Если он содержит органическое вещество в виде аминокислот типа мономера или азотных оснований, этот он придет в неприкосновенность к земле.
Мы знаем массу метеоритов всех размеров, которые в настоящее время падают на Землю, особенно в виде микрометеоритов. Экстраполируя это количество на ранние дни Земли, когда бомбардировка была намного более интенсивной, было обнаружено, что количество органического вещества, которое прибыло на Землю без разрушения в эти отдаленные времена, должно было быть намного больше, чем масса всех живых существ. тока.
Ряд катионов и анионов необходим дпясинтеза важных органических веществ (например, фосфолипидов, АТФ, нуклеоти-дов, гемоглобина, гемоцианина, хлорофилла и др.), а также аминокислот, являясь источниками атомов азота и серы.
Источник: Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов "Пособие по биологии для поступающих в ВУ
Вещества накапливаются в клетках зародыша и чаще в его семядолях, первых зародышевых листьях. Зародыш - миниатюрное растение с вегетативными органами: зародышевым побегом (зародышевый стебель, семядоли, зародышевая почка) и зародышевым корнем. Запасные вещества в клетках эндосперма (запасающая ткань) или в клетках семядолей представлены жирами, белками, углеводами, органическими кислотами, ...
Эта стадия синтеза мономеров, таких как азотистые основания и аминокислоты, не представляет проблемы. Если примитивная земная атмосфера, вероятно, не допускала таких синтезов, противоречащих тому, что считалось 50 лет назад, существовали или были возможны два других источника, помимо несовместимых: пространство и океан. Могут ли молекулы в основе жизни исходить из океана, пространства или того и другого? Можем ли мы, молекулярно говоря, иметь внеземное или океаническое происхождение?
Поэтому источником жизни является проблема, которая еще не решена, но мы начинаем рассматривать механизмы, которые перешли от минерального вещества к первым ячейкам, «спонтанное палеогенерирование». Многие стадии остаются неясными, в частности, прохождение макромолекул к первым клеткам.
Затрачено не менее 40 кДж/моль энергии, которая аккумулируется в макроэргических связях: Следовательно, основное значение процессов дыхания и фотосинтеза определяется тем, что они поставляют энергию для синтеза АТФ, с участием которой в клетке выполняется большая часть работы. Таким образом, АТФ - это главный универсальный поставщик энергии в клетках всех живых организмов. АТФ чрезвычайно...
Но для того, что предшествует этот роковой момент, представляющий прохождение молекул к жизни, геология и астрономия приносят много. Ответы будут предоставлены химикам и биологам. . Если эти идеи верны, то появление жизни должно быть относительно спонтанным и легким явлением, как только позволяют условия. Это то, что скорость, с которой жизнь появилась на Земле, предполагает: менее 200 миллионов лет.
Этот текст был заказан Генеральным советом Аллера в рамках подготовительной работы к Европейскому центру палеонтологии, который будет построен в Ганнате в ближайшие годы. Название тканевой соли получено из концепции двенадцати основных минеральных солей, обнаруженных в тканях и клетках организма человека. По существу, они представляют собой соединения натрия, калия, железа, кальция, серы, фосфора, хлора и кремния, которые являются естественным компонентом человеческого организма. Их баланс и правильное движение неизбежны для поддержания здоровья.
С кислородом, восстановлением - отнятие кислорода. С введением в химию электронных представлений понятие окислительно-восстановительных реакций было распространено на реакции, в которых кислород не участвует. В неорганической химии окислительно-восстановительные реакции (ОВР) формально могут рассматриваться как перемещение электронов от атома одного реагента (восстановителя) к атому другого (...
Его теория основывается на трех основных идеях. Основной единицей жизни является клетка. Суть болезни - патологически измененная клетка. Здоровье человека обусловлено достаточным количеством необходимых минералов в правильном соотношении. Правильная концентрация 12 основных минеральных солей в биоплазме обеспечивает естественный баланс и восстановление организма. Если они недостаточны, биохимический баланс в организме нарушается. Появляются симптомы болезни, возникающие в результате дефицита некоторых минералов в организме.
Неорганические компоненты не способны продуцировать организм, поэтому их нужно получать из пищи. Сегодняшнее сельское хозяйство дает нам пищу, которая часто истощается минералами. В этой форме неорганические вещества лучше усваиваются в клетках и тканях, а клеткам также предоставляется информация для восстановления их способности получать минералы из пищи.
Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ] Лернер Георгий Исаакович
2.3.1. Неорганические вещества клетки
В состав клетки входит около 70 элементов периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы:
макроэлементы – H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S;
микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;
ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.
В состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.
Неорганические соединения клетки – вода и неорганические ионы.
Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
Физические свойства воды : так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ. Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными . Вещества, нерастворимые в воде называются гидрофобными .
Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Вспомните, как долго нагревается до кипения чайник. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме.
Для испарения воды необходима достаточно большая энергия. Температура кипения воды выше, чем у многих других веществ. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.
Вода может находиться в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.
Водородные связи обуславливают вязкость воды и сцепление ее молекул с молекулами других веществ. Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создается пленка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение .
При охлаждении движение молекул воды замедляется. Количество водородных связей между молекулами становится максимальным. Наибольшей плотности вода достигает при 4 С?. При замерзании вода расширяется (необходимо место для образования водородных связей) и ее плотность уменьшается. Поэтому лед плавает.
Биологические функции воды . 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.
Вода – активный участник реакций обмена веществ.
Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме. Эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке.
Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слезы, желчь, сперма и т.д.
Неорганические ионы . К неорганическим ионам клетки относятся: катионы K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , NH 3 + и анионы Cl – , NO 3 - , Н 2 PO 4 - , NCO 3 - , НPO 4 2- .
Разность между количеством катионов и анионов (Nа + , Ка + , Сl -) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.
Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему , поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6-9.
Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7-4.
Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот. Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих. Ионы кальция входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
А1. Полярностью воды обусловлена ее способность
1) проводить тепло 3) растворять хлорид натрия
2) поглощать тепло 4) растворять глицерин
А2. Больным рахитом детям необходимо давать препараты, содержащие
1) железо 2) калий 3) кальций 4) цинк
А3. Проведение нервного импульса обеспечивается ионами:
1) калия и натрия 3) железа и меди
2) фосфора и азота 4) кислорода и хлора
А4. Слабые связи между молекулами воды в ее жидкой фазе называются:
1) ковалентными 3) водородными
2) гидрофобными 4) гидрофильными
А5. В состав гемоглобина входит
1) фосфор 2) железо 3) сера 4) магний
А6. Выберите группу химических элементов, обязательно входящую в состав белков
А7. Пациентам с гипофункцией щитовидной железы дают препараты, содержащие
Часть В
В1. Выберите функции воды в клетке
1) энергетическая 4) строительная
2) ферментативная 5) смазывающая
3) транспортная 6) терморегуляционная
В2. Выберите только физические свойства воды
1) способность к диссоциации
2) гидролиз солей
3) плотность
4) теплопроводность
5) электропроводность
6) донорство электронов
Часть С
С1. Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение?
Из книги Полный справочник анализов и исследований в медицине автора Ингерлейб Михаил Борисович Из книги Энциклопедия доктора Мясникова о самом главном автора Мясников Александр Леонидович6.9. Стволовые клетки Сейчас модно рассуждать на тему стволовых клеток. Когда меня спрашивают, что я об этом думаю, то я отвечаю вопросом на вопрос: «Где? В России или в мире?».В России и в мире ситуации в этой области совершенно разные. В мире идут интенсивные исследования и
автора Лернер Георгий Исаакович2.3. Химическая организация клетки. Взаимосвязь строения и функций неорганических и органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, АТФ), входящих в состав клетки. Обоснование родства организмов на основе анализа химического состава их
Из книги Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ] автора Лернер Георгий Исаакович2.3.2. Органические вещества клетки. Углеводы, липиды Углеводы. Общая формула Сn (H2O)n. Следовательно, углеводы содержат в своем составе только три химических элемента.Растворимые в воде углеводы.Функции растворимых углеводов: транспортная, защитная, сигнальная,
Из книги Краткая история почти всего на свете автора Брайсон Билл24 КЛЕТКИ Это начинается с одной клетки. Первая клетка делится, чтобы стать двумя, а две становятся четырьмя и так далее. После всего 47 удвоений у вас будет около 10 тысяч триллионов (10 000 000 000 000 000) клеток, готовых ожить в виде человека*.322 И каждая из этих клеток точно знает, что
БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (КА) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (ВК) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (ПО) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (ИН) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (НЕ) автора БСЭ БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (СТ) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (ПЛ) автора БСЭ Из книги Карманный справочник медицинских анализов автора Рудницкий Леонид Витальевич4.6. Неорганические вещества Неорганические вещества в плазме и сыворотке крови (калий, натрий, кальций, фосфор, магний, железо, хлор и др.), определяют физикохимические свойства крови.Количество неорганических веществ в плазме – около 1 %. В тканях организма они находятся в
Из книги Как заботиться о себе, если тебе за 40. Здоровье, красота, стройность, энергичность автора Карпухина Виктория Владимировна