Підручник з Біології. 9 клас. Задорожний - Нова програма

Хімічний склад клітини та біологічні молекули

2. Речовини живих організмів. Неорганічні сполуки

Пригадайте речовини, які потрібні організмам для їхньої життєдіяльності. Яке значення мають водні розчини в природі та для людини? Який тип хімічного зв'язку в молекулі води? Що таке йони і як вони утворюються?

Хімічні елементи живих організмів

До складу рослинних і тваринних клітин входить понад 70 хімічних елементів. Але у клітині немає якихось елементів, характерних лише для живої природи. Ці самі елементи трапляються й у неживій природі.

Усі хімічні елементи за вмістом у живій клітині поділяють на три групи: макроелементи, мікроелементи й ультрамікроелементи.

Уміст хімічних елементів у живих клітинах

Група елементів

Хімічні символи елементів

Відсоток від маси організму, %

Макроелементи

H, O, C, N, P, S, Na, K, Mg, Ca, Cl

10-0,001

Мікроелементи

Fe, Cu, Zn, Mn, Co, I, F, Ni та інші

0,001-0,000001

Ультрамікроелементи

Au, Se, Hg, U, Ra та інші

Менш ніж 0,000001

Елементи O, C, H, N інколи розглядають як окрему групу органогенних елементів через те, що вони входять до складу всіх органічних речовин і складають до 98 % маси живої клітини.

Неорганічні речовини живих організмів

Вивчаючи хімію, ви дізналися про такі групи речовин, як кислоти, солі, оксиди тощо. Всі вони поширені в неживій природі, поза живими організмами. Тому й називають їх неорганічними речовинами. Та це не означає, що неорганічних речовин узагалі в живих організмах немає. Вони є й відіграють дуже важливу роль у процесах життєдіяльності.

Неорганічні речовини зазвичай потрапляють у живі організми із зовнішнього середовища з їжею (у тварин) або з розчином води через поверхню організму (у рослин, грибів і бактерій). Але в деяких випадках живі організми можуть їх синтезувати і самостійно (так, клітини шлунка хребетних синтезують хлоридну кислоту). Функції неорганічних речовин є достатньо різноманітними.

Функції неорганічних речовин у клітині

Неорганічні речовини

Функції в клітині

Катіони Гідрогену (Н+)

Забезпечують кислотно-лужний баланс (підтримують сталість внутрішньоклітинного середовища)

Катіони та аніони розчинних солей

Створюють різницю потенціалів між умістом клітини і навколишнім середовищем, забезпечують проведення нервового імпульсу

Слаборозчинні солі Кальцію та Фосфору

Утворюють опорні структури (наприклад, у кістках хребетних)

Йони металічних елементів

Є компонентами багатьох гормонів, ферментів та вітамінів або беруть участь у їх активації

Складні неорганічні сполуки Нітрогену, Кальцію та Фосфору

Беруть участь у синтезі органічних молекул

Неорганічні сполуки можуть перебувати в живих організмах як у розчиненій формі (у вигляді йонів), так і в нерозчинному вигляді. Розчиненими формами представлені багато солей. Йони Na+, К+, С1- та інші накопичуються по різні боки клітинних мембран і забезпечують різний заряд їхньої поверхні, що уможливлює проведення нервових імпульсів по нервах.

Нерозчинні неорганічні сполуки також важливі для живих організмів. Наприклад, солі Кальцію та Фосфору входять до складу скелета різних тварин і забезпечують його міцність (мал. 2.1, с. 10). Без таких речовин неможливе існування здорових зубів у людини.

Мал. 2.1. Кістку людини, позбавлену мінеральних речовин, легко можна зав'язати вузлом

Мал. 2.2. Структури живих організмів, які складаються переважно з неорганічних речовин

Різні структури організмів тварин здебільшого теж побудовані з неорганічних речовин (мал. 2.2).

Властивості води

Властивості води зумовлені особливостями будови її молекули, а також зв’язком молекул між собою.

Як ви вже знаєте, у молекулі води (хімічна формула — Н2O) між атомами Гідрогену й Оксигену існує ковалентний полярний зв’язок (мал. 2.3). Це зумовлює появу на атомі Оксигену певного негативного електричного заряду (δ-), а на атомах Гідрогену — позитивного (δ+). Саме тому позитивно заряджений атом Гідрогену однієї молекули води притягується до негативно зарядженого атома Оксигену іншої молекули води. Такий зв’язок має назву водневого.

Водневий зв’язок приблизно у 15-20 разів слабший за ковалентний. Тому водневий зв’язок відносно легко розривається, що відбувається, наприклад, під час випаровування води. За рідкого стану води водневі зв’язки між її молекулами постійно розриваються й утворюються знову.

Мал. 2.3. Будова молекули води та утворення водневих зв'язків між її молекулами

Біологічна роль води

У живих організмах вода виконує багато функцій: розчинну, транспортну, метаболічну, терморегуляторну, структурну.

Вода є універсальним розчинником. Речовини, які беруть участь у більшості біологічних реакцій, перебувають в організмі у водному розчині.

Дуже важливою для клітин та організмів у цілому є також транспортна роль води. У вигляді водного розчину речовини разом із водою можуть транспортуватися з одних частин клітини в інші. А між різними частинами багатоклітинних організмів вони транспортуються у складі спеціальних рідин (наприклад, у складі крові). Випаровування води листками рослин спричиняє її рух від коренів угору. При цьому переміщуються і речовини, які у воді розчинені.

Молекули води виконують метаболічну функцію, коли беруть участь у реакціях обміну речовин (їх називають біохімічними реакціями). Терморегуляторна функція води надзвичайно важлива для підтримання температури тіла організмів. Коли, наприклад, людина потіє, то вода, яка випаровується, знижує температуру її тіла.

Структурну функцію води добре видно на прикладі рослин і деяких безхребетних тварин. Рослини підтримують форму листків і трав’янистих стебел завдяки підвищеному тиску в наповнених водою клітинах. А в багатьох червів форма тіла підтримується завдяки підвищеному тиску води в порожнинах їхнього тіла.

У живих організмах містяться як органічні, так і неорганічні речовини. Неорганічні речовини — це вода, солі, кислоти та інші сполуки. Вони відіграють важливу роль у життєдіяльності живих організмів. Вода створите середовище, у якому відбуваються реакції обміну речовин. Інші неорганічні речовини беруть участь у формуванні скелета, роботі нервової, травної та інших систем організму.

Перевірте свої знання

1. Які неорганічні речовини трапляються в живих організмах? 2. Доведіть на прикладах, що властивості води мають велике значення для живих клітин. 3. Які функції в живих організмах можуть виконувати кислоти? 4. Уявіть ситуацію, коли лікар каже, що в організмі людини не вистачає Са. Яким чином вона зможе вирішити цю проблему? 5*. До яких наслідків для організму людини може призвести втрата ним солей Na+?