Lekce trvá 80–90 minut. Téma hodiny umožňuje studentům demonstrovat propojení předmětů jako je biologie, zeměpis, chemie, fyzika. V závorce jsou možné odpovědi na otázky, které bych chtěl od studentů dostat.

cíle: seznámit studenty s údaji o obsahu vody v buňkách různých tkání a metabolismu vody v různých organismech, s moderními představami o struktuře a vlastnostech vody, jejích biologických funkcích; zlepšení schopností logického myšlení.

Zařízení: fyzická mapa Země, zkumavky, sklenice, kapiláry; kuchyňská sůl, ethylalkohol, sacharóza, rostlinný olej, parafín, vaječný bílek, žaludeční šťáva, led; referenční knihy o fyzice a chemii.

Organizace času

Učitel seznámí žáky s tématem a cíli hodiny a pořadím jejího provedení.

Kontrola znalostí studentů na téma „Elementární a chemické (molekulární) složení buňky“. Tři studenti pracují u tabule, zbytek (podle možností) pracuje s kartami.

Pracujte u rady

1. Na tabuli je napsán seznam prvků: F, Zn, N, Ca, J, Cl, Na, H, Mn, Cu, P, C, K, Fe, O, Mg, Co, ze kterých potřebujete vybrat organogenní (biogenní), makroprvky, mikroprvky. V buňce uveďte jejich procento.

(Odpověď studenta: a) organogenní: N, H, C, O; b) makroprvky: Ca, Cl, Na, Mn, P, K, Fe, Mg; c) stopové prvky: F, Zn, J, Cu, Co).

2. Charakterizujte organogenní prvky. Vysvětlete, proč se během vývoje života na Zemi tyto prvky ukázaly jako „vhodné“ pro chemii života.

3. Zapište na tabuli informace o chemickém (molekulárním) složení buňky s uvedením procenta hlavních tříd látek.

Práce s kartami

Odpovězte na otázku písemně.

Možnost 1. Jak nedostatek některého z potřebných prvků (organogenní, makroprvek, mikroelement) ovlivňuje životně důležitou činnost buňky nebo organismu? Jak se to může projevit? Dát příklad.

Možnost 2. Jaký závěr lze vyvodit ze skutečnosti, že buňky mají podobné elementární a chemické (molekulární) složení?

Možnost 3. Jaký vědecký význam mají údaje o podobnostech a rozdílech v elementárním složení (kvalitativním i kvantitativním) živé a neživé přírody?

Učení nového materiálu

Obsah vody v buňkách a organismech

1. Přečtěte si poetické řádky Michaila Dudnika a řekněte, zda jsou pravdivé z biologického hlediska. (Báseň je napsaná na tabuli.)

Říká se, že člověk se skládá z osmdesáti procent vody,
Z vody, mohu dodat, z jeho rodných řek,
Z vody, dodal bych, z deště, který mu dal napít,
Z vody, mohu dodat, z prastaré vody, prameny.
Ze kterého pili jeho dědové a pradědové...

(Odpověď studentů. Poetické linie jsou správné, protože. více než 2/3 člověka tvoří voda.)

2. Při pohledu na fyzickou mapu si vzpomeňte, jaký je poměr ploch pevniny a oceánů na naší planetě.

(Odpověď studentů. Světové oceány, tzn. Voda obklopující kontinenty a ostrovy zabírá asi 71 % zemského povrchu.)

Komentář učitele. Voda pokrývá nejen většinu zemského povrchu, ale tvoří také většinu všech živých bytostí: mikroorganismy, rostliny, zvířata, lidé.

3. Je voda v životě člověka důležitá?

(Odpověď studentů. Člověk pije vodu, myje se s ní a používá ji v různých průmyslových odvětvích a zemědělství. Nyní mnoho zemí světa pociťuje nedostatek sladké vody, aby ji získaly, musí postavit speciální továrny a úpravny.)

Komentář učitele. Voda, tak známá látka, má naprosto úžasné vlastnosti. Jen díky těmto vlastnostem vody byl život na Zemi možný. Při hledání života na jiných planetách je jednou z nejdůležitějších otázek, zda je tam dostatek vody. Jedinečný význam vody pro biologické systémy je dán i jejím jednoduchým kvantitativním obsahem v živých organismech.

4. Uveďte příklady obsahu vody v buňkách různých organismů, jejich tkáních a orgánech, které znáte z kurzů botaniky, zoologie, anatomie a fyziologie člověka.

(Odpověď studentů. Voda tvoří 80 % buněčné hmoty v těle mladého člověka nebo zvířete a 60 % v buňkách starého. V mozkových buňkách je to 85% a v buňkách vyvíjejícího se embrya - 90%. Pokud člověk ztratí 20 % vody, nastává smrt. Pravda, ne všechny lidské buňky mají tak vysoký obsah vody. Řekněme, že v buňkách zubní skloviny je pouze 10–15 %. V buňkách dužiny šťavnatých plodů a listů rostlin je hodně vody, ale v buňkách suchých semen nebo spor rostlin a mikroorganismů je jí velmi málo, takže je lze skladovat velmi dlouho dokud nejsou znovu zalévány v podmínkách vhodných pro jejich klíčení.)

5. Co určuje rozdíly v obsahu vody v buňkách?

(Odpověď studentů. V těch buňkách, ve kterých probíhá metabolismus intenzivněji, je více vody.)

Vstup vody do těl živočichů a rostlin

Jakými způsoby víte, jak různé organismy získávají vodu?

(Odpověď studentů. Způsoby, kterými voda vstupuje do těla, jsou velmi rozmanité:

a) povrchem těla - u jednobuněčných organismů, nižších rostlin, larev některých druhů hmyzu, žab, ryb a dalších vodních organismů;
b) s jídlem a pitím – u většiny zvířat;
c) existují zvířata, která téměř nepijí nebo pijí velmi málo. To je možné díky: metabolické vodě, tzn. voda vznikající v těle při oxidaci především tuků (při oxidaci 1 g tuku vznikne 1,1 g vody); ekonomické využití vody, které je v některých případech zajištěno přítomností vodotěsných krytů, v jiných - vysokou koncentrací moči (například u velbloudů je moč 8krát koncentrovanější než plazma); zásoby vody (například u larev);
d) rostliny přijímají vodu z půdy pomocí kořenových vlásků;
e) neobvyklé způsoby získávání vody mají: epifyty - rostliny, které se usazují převážně na kmenech a větvích jiných stromů - absorbují vodu ze vzduchu; mnoho deštníkových rostlin zadržuje vlhkost v miskovitých pochvách listů, odkud je postupně absorbována přes epidermis.

Struktura molekul a vlastnosti vody

Četné biologické funkce, které voda vykonává, jsou zajištěny jejími jedinečnými vlastnostmi a jedinečné vlastnosti vody jsou dány strukturou její molekuly.

1. Vzpomeňte si na strukturní rysy molekuly vody, které znáte ze svého kurzu chemie.

(Odpověď studentů. V molekule vody (empirický vzorec H 2 O) je jeden atom kyslíku kovalentně vázán na dva atomy vodíku. Molekula má tvar trojúhelníku, v jehož jednom z vrcholů je atom kyslíku a v dalších dvou atom vodíku.)

2. Jaká je povaha kovalentní vazby mezi atomem kyslíku a atomy vodíku?

(Odpověď studentů. Vazba mezi atomem kyslíku a atomy vodíku je polární, protože Kyslík přitahuje elektrony silněji než vodík.)

Komentář učitele. Atom kyslíku totiž díky své větší elektronegativitě přitahuje elektrony silněji než atomy vodíku. Důsledkem toho je polarita molekuly vody. Obecně je molekula vody elektricky neutrální, ale elektrický náboj uvnitř molekuly je rozložen nerovnoměrně a v oblasti atomů vodíku převažuje kladný náboj a v oblasti, kde se nachází kyslík, převažuje náboj záporný (obr. 1). ). Proto je takovou molekulou elektrický dipól.

Rýže. 1. Molekula vody, ve které je jeden atom kyslíku kovalentně vázán na dva atomy vodíku. Molekula je polární

Záporně nabitý atom kyslíku jedné molekuly vody přitahuje kladně nabité atomy vodíku ostatních dvou molekul, takže molekuly vody jsou navzájem spojeny vodíkovými vazbami. Pojem vodíková vazba již znáte (obr. 2).

Rýže. 2. Vodíkové vazby (čáry) mezi molekulami vody; Atomy kyslíku (bílé kroužky) nesou částečné záporné náboje, takže tvoří vodíkové vazby s atomy vodíku (černé kroužky) jiných molekul, které nesou částečné kladné náboje

V kapalné vodě se tyto slabé vazby rychle tvoří a stejně rychle se ničí náhodnými srážkami molekul. Právě díky schopnosti molekul vody vázat se navzájem pomocí vodíkových vazeb má voda řadu vlastností důležitých pro život.

Úkoly pro skupiny studentů

Třída je rozdělena do pěti skupin, z nichž každá s předem připraveným vybavením pracuje podle instrukční karty obsahující úkol.

Zařazení do skupiny 1

Nabízí se vám řada látek: kuchyňská sůl, etylalkohol, sacharóza, rostlinný olej, parafín. Pokuste se tyto látky postupně rozpustit ve vodě. Které z navržených látek jsou rozpustné ve vodě a které ne? Pokuste se vysvětlit, proč se některé látky ve vodě rozpouštějí a jiné ne. S jakou vlastností vody jste se seznámili?

Zařazení do skupiny 2

Žaludeční šťávu přidáme do zkumavky s bílými vločkami nerozpustného vaječného bílku zahřátou ve vodní lázni na 37 °C. co pozoruješ? K jaké reakci a díky jakému enzymu v žaludeční šťávě došlo? S jakou vlastností vody jste se seznámili?

Úkol pro skupinu 3

Vložte kostky ledu do sklenice vody. co pozoruješ? Co můžete říci o hustotě vody a ledu? Konkrétní informace o hustotě vody a ledu lze získat z Handbook of Elementary Physics (Enochovich). S jakými vlastnostmi vody jste se seznámili?

Zařazení do skupiny 4

Víte, že voda se vaří a přechází do stavu páry při teplotě 100 °C. Pomocí Příručky elementární fyziky porovnejte bod varu vody s bodem varu jiných kapalin. Pokuste se vysvětlit své výsledky.

Úkol pro skupinu 5

Zkuste nalít vodu do sklenice s horní částí. Proč je to možné? Pomalu ponořte skleněnou trubici o malém průměru do sklenice s vodou. co pozoruješ? Vysvětlete výsledky experimentu. S jakou vlastností vody jste se seznámili?

Zpráva 1. skupiny

Ve vodě se rozpouštějí tyto látky: kuchyňská sůl, ethylalkohol, sacharóza (třtinový cukr). Nerozpouštějte: rostlinný olej a parafín. Ze získaných výsledků můžeme usoudit, že ve vodě se rozpouštějí látky s iontovými chemickými vazbami (kuchyňská sůl), ale i neiontové sloučeniny (cukry, alkoholy), jejichž molekuly pravděpodobně obsahují nabité (polární) skupiny. Voda je jedním z nejuniverzálnějších rozpouštědel: téměř všechny látky se v ní rozpouštějí, alespoň ve stopovém množství.

Komentář učitele. Pokud je přitažlivá energie mezi molekulami vody a molekulami látky větší než přitažlivá energie mezi molekulami vody, látka se rozpustí. Látky rozpustné ve vodě se nazývají hydrofilní (soli, zásady, kyseliny atd.). Nepolární (bez náboje) sloučeniny jsou ve vodě prakticky nerozpustné. Říká se jim hydrofobní (tuky, tukové látky, kaučuk atd.).

Zpráva skupiny 2

Nerozpustné vločky vaječného bílku se rozpouštějí působením žaludeční šťávy pepsinu. Dochází k reakci enzymatické hydrolýzy (štěpení) proteinů na aminokyseliny s přidáním molekuly vody při porušení každé peptidové vazby. Podobné reakce se vyskytují v gastrointestinálním traktu lidí a zvířat:

Voda tak může vstupovat do chemických reakcí, tzn. je činidlo.

Vlastnosti vody a její role v buňce:

Na prvním místě mezi látkami buňky je voda. Tvoří asi 80 % hmoty buňky. Voda je pro živé organismy důležitá dvojnásob, protože je nezbytná nejen jako složka buněk, ale pro mnohé i jako životní prostor.

1. Voda určuje fyzikální vlastnosti buňky – její objem, pružnost.

2. Mnoho chemických procesů probíhá pouze ve vodném roztoku.

3. Voda je dobré rozpouštědlo: z vnějšího prostředí vstupuje do buňky mnoho látek ve vodném roztoku a ve vodném roztoku se z buňky odstraňují odpadní látky.

4. Voda má vysokou tepelnou kapacitu a tepelnou vodivost.

5. Voda má jedinečnou vlastnost: při ochlazení z +4 na 0 stupňů expanduje. Proto se ukazuje, že led je lehčí než kapalná voda a zůstává na jeho povrchu. To je velmi důležité pro organismy žijící ve vodním prostředí.

6. Voda může být dobrým lubrikantem.

Biologická role vody je dána malou velikostí jejích molekul, jejich polaritou a schopností propojovat se navzájem vodíkovými můstky.

Biologické funkce vody:

doprava. Voda zajišťuje pohyb látek v buňce a těle, vstřebávání látek a odvod zplodin látkové výměny. V přírodě voda přenáší odpadní látky do půd a vodních ploch.

metabolické. Voda je médiem pro všechny biochemické reakce, donor elektronů během fotosyntézy; je nezbytný pro hydrolýzu makromolekul na jejich monomery.

Voda se podílí na tvorbě mazacích tekutin a hlenů, sekretů a šťáv v těle.

Až na velmi malé výjimky (kostní a zubní sklovina) je voda převládající složkou buňky. Voda je nezbytná pro buněčný metabolismus (výměnu), protože fyziologické procesy probíhají výhradně ve vodném prostředí. Molekuly vody se účastní mnoha enzymatických reakcí buňky. Například k rozkladu bílkovin, sacharidů a dalších látek dochází v důsledku jejich interakce s vodou katalyzovanou enzymy. Takové reakce se nazývají hydrolytické reakce.

Voda slouží jako zdroj vodíkových iontů při fotosyntéze. Voda v buňce je ve dvou formách: volná a vázaná. Volná voda tvoří 95 % veškeré vody v buňce a používá se především jako rozpouštědlo a jako disperzní médium pro koloidní systém protoplazmy. Vázaná voda, která tvoří pouze 4 % celkové vody v buňce, je s proteiny volně vázána vodíkovými můstky.

Vzhledem k asymetrickému rozložení nábojů působí molekula vody jako dipól a může být tedy vázána kladně i záporně nabitými proteinovými skupinami. Dipólová vlastnost molekuly vody vysvětluje její schopnost orientovat se v elektrickém poli a vázat se na různé molekuly a úseky molekul, které nesou náboj. V důsledku toho se tvoří hydráty

Voda díky své vysoké tepelné kapacitě pohlcuje teplo a zabraňuje tak náhlým teplotním výkyvům v článku. Obsah vody v těle závisí na jeho věku a metabolické aktivitě. Nejvyšší je v embryu (90 %) a s věkem postupně klesá. Obsah vody v různých tkáních se liší v závislosti na jejich metabolické aktivitě. Například v šedé hmotě mozku je až 80 % vody a v kostech až 20 %. Voda je hlavním prostředkem pohybu látek v těle (průtok krve, lymfa, vzestupné a sestupné proudy roztoků cévami rostlin) a v buňce. Voda slouží jako „lubrikant“, nezbytný všude tam, kde jsou třecí plochy (například ve spojích). Voda má maximální hustotu při 4°C. Proto je led, který má menší hustotu, lehčí než voda a plave na jejím povrchu, což chrání nádrž před zamrznutím. Tato vlastnost vody zachraňuje životy mnoha vodním organismům.

1. Jakou strukturu má voda?

Odpovědět. Molekula vody má úhlovou strukturu: jádra obsažená v jejím složení tvoří rovnoramenný trojúhelník, na jehož základně jsou dva vodíky, a na vrcholu - atom kyslíku. Mezijaderné vzdálenosti O-H se blíží 0,1 nm, vzdálenost mezi jádry atomů vodíku je 0,15 nm. Ze šesti elektronů, které tvoří vnější elektronovou vrstvu atomu kyslíku v molekule vody, tvoří dva elektronové páry kovalentní vazby O-H a zbývající čtyři elektrony tvoří dva osamocené elektronové páry.

Molekula vody je malý dipól obsahující kladné a záporné náboje na svých pólech. V blízkosti jader vodíku chybí elektronová hustota a na opačné straně molekuly, v blízkosti kyslíkového jádra, je elektronová hustota přebytek. Právě tato struktura určuje polaritu molekuly vody.

2. Jaké množství vody (v %) je obsaženo v různých buňkách?

Množství vody se v různých tkáních a orgánech liší. U lidí je tedy jeho obsah v šedé hmotě mozku 85% a v kostní tkáni - 22%. Nejvyšší obsah vody v těle je pozorován v embryonálním období (95 %) a s věkem postupně klesá.

Obsah vody v různých rostlinných orgánech se pohybuje v poměrně širokých mezích. Liší se v závislosti na podmínkách prostředí, stáří a typu rostlin. Obsah vody v listech salátu je tedy 93-95%, kukuřice - 75-77%. Množství vody se v různých rostlinných orgánech liší: listy slunečnice obsahují 80-83% vody, stonky - 87-89%, kořeny - 73-75%. Obsah vody 6-11% je typický hlavně pro semena sušená na vzduchu, ve kterých jsou inhibovány životně důležité procesy. Voda je obsažena v živých buňkách, mrtvých xylémových prvcích a mezibuněčných prostorech. V mezibuněčných prostorech je voda ve stavu páry. Hlavními odpařovacími orgány rostliny jsou listy. V tomto ohledu je přirozené, že největší množství vody vyplňuje mezibuněčné prostory listů. V kapalném stavu se voda nachází v různých částech buňky: buněčné membráně, vakuole, cytoplazmě. Vakuoly jsou na vodu nejbohatší částí buňky, kde její obsah dosahuje 98 %. Při nejvyšším obsahu vody je obsah vody v cytoplazmě 95 %. Nejnižší obsah vody je charakteristický pro buněčné membrány. Kvantitativní stanovení obsahu vody v buněčných membránách je obtížné; zdá se, že se pohybuje od 30 do 50 %. Formy vody v různých částech rostlinné buňky jsou také různé.

3. Jakou roli hraje voda v živých organismech?

Odpovědět. Voda je převládající složkou všech živých organismů. Má jedinečné vlastnosti díky svým strukturním vlastnostem: molekuly vody mají tvar dipólu a tvoří se mezi nimi vodíkové vazby. Průměrný obsah vody v buňkách většiny živých organismů je asi 70 %. Voda v buňce je přítomna ve dvou formách: volná (95 % veškeré buněčné vody) a vázaná (4-5 % vázaná na bílkoviny).

Funkce vody:

1.Voda jako rozpouštědlo. Mnoho chemických reakcí v buňce je iontových, a proto probíhají pouze ve vodném prostředí. Látky, které se rozpouštějí ve vodě, se nazývají hydrofilní (alkoholy, cukry, aldehydy, aminokyseliny), ty, které se nerozpouštějí, se nazývají hydrofobní (mastné kyseliny, celulóza).

2.Voda jako činidlo. Voda se účastní mnoha chemických reakcí: polymeračních reakcí, hydrolýzy a procesu fotosyntézy.

3.Přepravní funkce. Pohyb po těle spolu s vodou látek v něm rozpuštěných do jeho jednotlivých částí a odstraňování nepotřebných látek z těla.

4.Voda jako termostabilizátor a termostat. Tato funkce je způsobena takovými vlastnostmi vody, jako je vysoká tepelná kapacita - změkčuje účinek významných teplotních změn v prostředí na tělo; vysoká tepelná vodivost - umožňuje tělu udržovat stejnou teplotu v celém jeho objemu; vysoké výparné teplo – používá se k ochlazení těla při pocení u savců a transpiraci u rostlin.

5.Strukturální funkce. Cytoplazma buněk obsahuje 60 až 95 % vody a právě ta dává buňkám jejich normální tvar. U rostlin voda udržuje turgor (elastičnost endoplazmatické membrány), u některých živočichů slouží jako hydrostatická kostra (medúza)

Otázky po § 7

1. Jaká je zvláštnost struktury molekuly vody?

Odpovědět. Jedinečné vlastnosti vody jsou dány strukturou její molekuly. Molekula vody se skládá z atomu O spojeného se dvěma atomy H polárními kovalentními vazbami. Charakteristické uspořádání elektronů v molekule vody jí dává elektrickou asymetrii. Elektronegativnější atom kyslíku silněji přitahuje elektrony atomů vodíku, v důsledku čehož jsou společné elektronové páry v molekule vody posunuty směrem k němu. Proto, ačkoli molekula vody jako celek není nabitá, každý ze dvou atomů vodíku nese částečně kladný náboj (označuje se 8+) a atom kyslíku nese částečně záporný náboj (8-). Molekula vody je polarizovaná a je dipólová (má dva póly).

Částečně záporný náboj atomu kyslíku jedné molekuly vody je přitahován částečně kladnými atomy vodíku jiných molekul. Každá molekula vody má tedy tendenci vytvářet vodíkové vazby se čtyřmi sousedními molekulami vody.

2. Jaký význam má voda jako rozpouštědlo?

Odpovědět. Voda díky polaritě molekul a schopnosti tvořit vodíkové vazby snadno rozpouští iontové sloučeniny (soli, kyseliny, zásady). Ve vodě jsou rozpustné i některé neiontové, ale polární sloučeniny, tj. jejichž molekula obsahuje nabité (polární) skupiny, například cukry, jednoduché alkoholy, aminokyseliny. Látky, které jsou vysoce rozpustné ve vodě, se nazývají hydrofilní (z řeckého hygros – mokro a philia – přátelství, sklon). Když látka přejde do roztoku, její molekuly nebo ionty se mohou pohybovat volněji, a proto se zvyšuje reaktivita látky. To vysvětluje, proč je voda hlavním prostředím, ve kterém probíhá většina chemických reakcí, a všechny hydrolytické reakce a četné redoxní reakce probíhají za přímé účasti vody.

Látky, které jsou ve vodě špatně nebo úplně nerozpustné, se nazývají hydrofobní (z řeckého phobos – strach). Patří sem tuky, nukleové kyseliny, některé bílkoviny a polysacharidy. Takové látky mohou tvořit rozhraní s vodou, na kterých probíhá mnoho chemických reakcí. Proto je pro živé organismy velmi důležité i to, že voda nerozpouští nepolární látky. Mezi fyziologicky významné vlastnosti vody patří její schopnost rozpouštět plyny (O2, CO2 atd.).

3. Co je tepelná vodivost a tepelná kapacita vody?

Odpovědět. Voda má vysokou tepelnou kapacitu, tedy schopnost absorbovat tepelnou energii s minimálním zvýšením vlastní teploty. Velká tepelná kapacita vody chrání tělesné tkáně před rychlým a silným zvýšením teploty. Mnoho organismů se ochlazuje odpařováním vody (transspirace u rostlin, pocení u zvířat).

4. Proč se věří, že voda je ideální kapalinou pro buňku?

Odpovědět. Vysoký obsah vody v buňce je nejdůležitější podmínkou její činnosti. Se ztrátou většiny vody mnoho organismů umírá a řada jednobuněčných a dokonce i mnohobuněčných organismů dočasně ztrácí všechny známky života. Tento stav se nazývá pozastavená animace. Po hydrataci se buňky probudí a znovu aktivují.

Molekula vody je elektricky neutrální. Ale elektrický náboj uvnitř molekuly je distribuován nerovnoměrně: v oblasti atomů vodíku (přesněji protonů) převažuje kladný náboj, v oblasti, kde se nachází kyslík, je hustota záporného náboje vyšší. Částice vody je tedy dipól. Dipólová vlastnost molekuly vody vysvětluje její schopnost orientovat se v elektrickém poli a vázat se na různé molekuly a úseky molekul, které nesou náboj. V důsledku toho se tvoří hydráty. Schopnost vody tvořit hydráty je dána jejími vlastnostmi univerzálního rozpouštědla. Pokud je energie přitažlivosti molekul vody k molekulám látky větší než energie přitažlivosti mezi molekulami vody, pak se látka rozpustí. Podle toho se rozlišují látky hydrofilní (řec. hydros - voda a phileo - láska) látky vysoce rozpustné ve vodě (například soli, zásady, kyseliny atd.), a hydrofobní (řec. hydros - voda a phobos - strach) látky, obtížně nebo vůbec nerozpustné ve vodě (tuky, tukové látky, kaučuk atd.). Složení buněčných membrán zahrnuje látky podobné tuku, které omezují přechod z vnějšího prostředí do buněk a zpět a také z jedné části buňky do druhé.

Většina reakcí probíhajících v buňce může probíhat pouze ve vodném roztoku. Voda je přímým účastníkem mnoha reakcí. Například k rozkladu bílkovin, sacharidů a dalších látek dochází v důsledku jejich interakce s vodou katalyzovanou enzymy. Takové reakce se nazývají reakce hydrolýzy (řecky hydros - voda a lýza - štěpení).

Voda má vysokou tepelnou kapacitu a zároveň poměrně vysokou tepelnou vodivost pro kapaliny. Tyto vlastnosti dělají z vody ideální kapalinu pro udržení tepelné rovnováhy buněk a organismů.

Voda je hlavním médiem pro biochemické reakce buňky. Je zdrojem kyslíku uvolněného při fotosyntéze a vodíku, který se používá k obnově produktů asimilace oxidu uhličitého. A konečně voda je hlavním transportním prostředkem látek v těle (průtok krve a lymfy, vzestupné a sestupné proudy roztoků cévami rostlin) i v buňce.

5. Jaká je úloha vody v buňce

Zajištění elasticity buněk. Následky ztráty vody v buňkách jsou vadnutí listů, vysychání plodů;

Urychlení chemických reakcí rozpouštěním látek ve vodě;

Zajištění pohybu látek: vstup většiny látek do buňky a jejich odvod z buňky ve formě roztoků;

Zajištění rozpuštění mnoha chemikálií (řada solí, cukrů);

Účast na řadě chemických reakcí;

Účast na procesu termoregulace díky schopnosti pomalu se zahřívat a pomalu ochlazovat.

6. Jaké strukturní a fyzikálně chemické vlastnosti vody určují její biologickou roli v buňce?

Odpovědět. Strukturní fyzikálně-chemické vlastnosti vody určují její biologické funkce.

Voda je dobré rozpouštědlo. Voda díky polaritě molekul a schopnosti tvořit vodíkové vazby snadno rozpouští iontové sloučeniny (soli, kyseliny, zásady).

Voda má vysokou tepelnou kapacitu, tedy schopnost absorbovat tepelnou energii s minimálním zvýšením vlastní teploty. Velká tepelná kapacita vody chrání tělesné tkáně před rychlým a silným zvýšením teploty. Mnoho organismů se ochlazuje odpařováním vody (transspirace u rostlin, pocení u zvířat).

Voda má také vysokou tepelnou vodivost, což zajišťuje rovnoměrné rozložení tepla po celém těle. V důsledku toho vysoká měrná tepelná kapacita a vysoká tepelná vodivost činí z vody ideální kapalinu pro udržení tepelné rovnováhy buněk a organismů.

Voda se prakticky nestlačuje, vytváří turgorový tlak, určující objem a elasticitu buněk a tkání. Je to tedy hydrostatická kostra, která udržuje tvar škrkavek, medúz a dalších organismů.

Voda se vyznačuje optimální silou povrchového napětí pro biologické systémy, která vzniká v důsledku tvorby vodíkových vazeb mezi molekulami vody a molekulami jiných látek. Vlivem síly povrchového napětí dochází v rostlinách ke kapilárnímu proudění krve, vzestupným a sestupným proudům roztoků.

V určitých biochemických procesech působí voda jako substrát.

V zemské kůře se nachází asi 100 chemických prvků, ale pouze 16 z nich je nezbytných pro život. Nejběžnější čtyři prvky v rostlinných organismech jsou vodík, uhlík, kyslík, dusík, které tvoří různé látky. Hlavními složkami rostlinné buňky jsou voda, organické a minerální látky.

Voda- základ života. Obsah vody v rostlinných buňkách se pohybuje od 90 do 10 %. Je to jedinečná látka díky svým chemickým a fyzikálním vlastnostem. Voda je nezbytná pro proces fotosyntézy, transport látek, růst buněk, je prostředím mnoha biochemických reakcí, univerzálním rozpouštědlem atd.

Minerály (popel)– látky, které zůstanou po spálení kousku orgánu. Obsah prvků popela se pohybuje od 1 % do 12 % suché hmotnosti. Téměř všechny prvky, které tvoří vodu a půdu, se nacházejí v rostlině. Nejběžnější jsou draslík, vápník, hořčík, železo, křemík, síra, fosfor, dusík (makroprvky) a měď, hliník, chlor, molybden, bor, zinek, lithium, zlato (mikroprvky). Minerály hrají důležitou roli v životě buněk – jsou součástí aminokyselin, enzymů, ATP, elektronových transportních řetězců, jsou nezbytné pro stabilizaci membrán, účastní se metabolických procesů atd.

Organická hmota rostlinné buňky se dělí na: 1) sacharidy, 2) bílkoviny, 3) lipidy, 4) nukleové kyseliny, 5) vitamíny, 6) fytohormony, 7) produkty sekundárního metabolismu.

Sacharidy tvoří až 90 % látek tvořících rostlinnou buňku. Existují:

Monosacharidy (glukóza, fruktóza). Monosacharidy se tvoří v listech během fotosyntézy a snadno se přeměňují na škrob. Hromadí se v plodech, méně často ve stoncích a cibulích. Monosacharidy jsou transportovány z buňky do buňky. Jsou energetickým materiálem a podílejí se na tvorbě glykosidů.

Disacharidy (sacharóza, maltóza, laktóza atd.) vznikají ze dvou částic monosacharidů. Hromadí se v kořenech a plodech.

Polysacharidy jsou polymery, které jsou velmi rozšířené v rostlinných buňkách. Tato skupina látek zahrnuje škrob, inulin, celulózu, hemicelulózu, pektin a kalózu.

Škrob je hlavní zásobní látkou rostlinné buňky. Primární škrob se tvoří v chloroplastech. V zelených částech rostliny je štěpen na mono- a disacharidy a transportován po žilním floému do růstových částí rostliny a zásobních orgánů. V leukoplastech zásobních orgánů se sekundární škrob syntetizuje ze sacharózy ve formě škrobových zrn.

Molekula škrobu se skládá z amylózy a amylopektinu. Lineární amylózové řetězce, sestávající z několika tisíc glukózových zbytků, jsou schopné spirálovitého větvení, a tak nabývají kompaktnější formy. U rozvětveného polysachpridového amylopektinu je kompaktnost zajištěna intenzivním větvením řetězce v důsledku tvorby 1,6-glykosidických vazeb. Amylopektin obsahuje přibližně dvakrát více glukózových jednotek než amylóza.

S Lugolovým roztokem poskytuje vodná suspenze amylózy tmavě modrou barvu, suspenze amylopektinu červenofialovou barvu a suspenze škrobu modrofialovou barvu.

Inulin je polymer fruktózy, zásobní sacharid z čeledi hvězdnicovitých. Nachází se v buňkách v rozpuštěné formě. Nebarví roztokem jódu, β-naftolem zčervená.

Celulóza je polymer glukózy. Celulóza obsahuje asi 50 % uhlíku nalezeného v rostlině. Tento polysacharid je hlavním materiálem buněčné stěny. Molekuly celulózy jsou dlouhé řetězce sestávající ze zbytků glukózy. Z každého řetězce vyčnívá mnoho OH skupin. Tyto skupiny jsou směrovány všemi směry a tvoří vodíkové vazby se sousedními řetězci, což zajišťuje tuhé zesítění všech řetězců. Řetězce jsou vzájemně kombinovány, tvoří mikrofibrily a ty se spojují do větších struktur - makrofibril. Pevnost v tahu této konstrukce je velmi vysoká. Makrofibrily, uspořádané ve vrstvách, jsou ponořeny do cementační matrice sestávající z pektinových látek a hemicelulóz.

Celulóza se ve vodě nerozpouští; s roztokem jódu dává žlutou barvu.

Pektiny se skládají z galaktózy a kyseliny galakturonové. Kyselina pektová je polygalakturonová kyselina. Jsou součástí matrice buněčné stěny a zajišťují její elasticitu. Pektiny tvoří základ střední desky vytvořené mezi buňkami po rozdělení. Vytvářejte gely.

Hemicelulózy jsou vysokomolekulární sloučeniny smíšeného složení. Jsou součástí matrice buněčné stěny. Nerozpouštějí se ve vodě, hydrolyzují v kyselém prostředí.

Kalóza je amorfní polymer glukózy, který se nachází v různých částech rostlinného těla. Kalóza je produkována v sítových trubkách floému a je také syntetizována v reakci na poškození nebo nepřízeň osudu.

Agar-agar je vysokomolekulární polysacharid, který se nachází v mořských řasách. V horké vodě se rozpouští a po vychladnutí ztvrdne.

Veverky vysokomolekulární sloučeniny sestávající z aminokyselin. Elementární složení – C, O, N, S, P.

Rostliny jsou schopny syntetizovat všechny aminokyseliny z jednodušších látek. 20 základních aminokyselin tvoří celou škálu proteinů.

Složitost struktury proteinů a extrémní rozmanitost jejich funkcí ztěžují vytvoření jediné, jasné klasifikace proteinů na jednom základě. Podle složení se proteiny dělí na jednoduché a složité. Jednoduché – skládají se pouze z aminokyselin, komplexní – skládají se z aminokyselin a nebílkovinného materiálu (protetická skupina).

Mezi jednoduché proteiny patří albuminy, globuliny, histony, prolaminy a gluteniny. Albuminy jsou neutrální proteiny, rozpustné ve vodě a zřídka se vyskytující v rostlinách. Globuliny jsou neutrální proteiny, nerozpustné ve vodě, rozpustné ve zředěných solných roztocích, distribuované v semenech, kořenech a stoncích rostlin. Histony jsou neutrální proteiny, rozpustné ve vodě, lokalizované v jádrech všech živých buněk. Prolaminy jsou rozpustné v 60-80% etanolu a nacházejí se v obilných zrnech. Gluteiny jsou rozpustné v alkalických roztocích a nacházejí se v zrnech obilovin a zelených částech rostlin.

Mezi komplexní proteiny patří fosfoproteiny (prostetická skupina - kyselina fosforečná), lykoproteiny (sacharidy), nukleoproteiny (nukleová kyselina), chromoproteiny (pigment), lipoproteiny (lipid), flavoproteiny (FAD), metaloproteiny (kov).

Proteiny hrají důležitou roli v životě rostlinného organismu a podle funkce, kterou plní, se bílkoviny dělí na strukturální bílkoviny, enzymy, transportní bílkoviny, kontraktilní bílkoviny a zásobní bílkoviny.

Lipidy– organické látky nerozpustné ve vodě a rozpustné v organických rozpouštědlech (ether, chloroform, benzen). Lipidy se dělí na pravé tuky a lipoidy.

Pravé tuky jsou estery mastných kyselin a některých alkoholů. Ve vodě tvoří emulzi a při zahřívání s alkáliemi hydrolyzují. Jsou to rezervní látky, které se hromadí v semenech.

Lipoidy jsou látky podobné tukům. Patří sem fosfolipidy (součást membrán), vosky (tvoří ochranný povlak na listech a plodech), steroly (součást protoplazmy, podílejí se na tvorbě sekundárních metabolitů), karotenoidy (červené a žluté pigmenty, nezbytné k ochraně chlorofylu, dodávají barvu ovoce, květiny), chlorofyl (hlavní pigment fotosyntézy)

Nukleové kyseliny- genetický materiál všech živých organismů. Nukleové kyseliny (DNA a RNA) se skládají z monomerů – nukleotidů. Nukleotidová molekula se skládá z pětiuhlíkového cukru, dusíkaté báze a kyseliny fosforečné.

Vitamíny– složité organické látky různého chemického složení. Mají vysokou fyziologickou aktivitu – jsou nezbytné pro syntézu bílkovin, tuků, pro fungování enzymů atd. Vitamíny se dělí na rozpustné v tucích a ve vodě. Mezi vitaminy rozpustné v tucích patří vitaminy A, K a E mezi vitaminy rozpustné ve vodě patří vitamin C a vitaminy skupiny B.

Fytohormony– nízkomolekulární látky s vysokou fyziologickou aktivitou. Regulačně působí na procesy růstu a vývoje rostlin ve velmi nízkých koncentracích. Fytohormony se dělí na stimulanty (cytokininy, auxiny, gibereliny) a inhibitory (ethylen a abscisiny).

1.3 Rozvod vody v cele

Obsah vody v různých rostlinných orgánech se pohybuje v poměrně širokých mezích. Liší se v závislosti na podmínkách prostředí, stáří a typu rostlin. Obsah vody v listech salátu je tedy 93-95%, kukuřice - 75-77%. Množství vody se v různých rostlinných orgánech liší: listy slunečnice obsahují 80-83 % vody, stonky obsahují 87-89 %, kořeny obsahují 73-75 %. Obsah vody 6-11% je typický hlavně pro semena sušená na vzduchu, ve kterých jsou inhibovány životně důležité procesy.

Voda je obsažena v živých buňkách, mrtvých xylémových prvcích a mezibuněčných prostorech. V mezibuněčných prostorech je voda ve stavu páry. Hlavními odpařovacími orgány rostliny jsou listy. V tomto ohledu je přirozené, že největší množství vody vyplňuje mezibuněčné prostory listů. V kapalném stavu se voda nachází v různých částech buňky: buněčné membráně, vakuole, protoplazmě. Vakuoly jsou na vodu nejbohatší částí buňky, kde její obsah dosahuje 98 %. Při nejvyšším obsahu vody je obsah vody v protoplazmě 95 %. Nejnižší obsah vody je charakteristický pro buněčné membrány. Kvantitativní stanovení obsahu vody v buněčných membránách je obtížné; zdá se, že se pohybuje od 30 do 50 %.

Formy vody v různých částech rostlinné buňky jsou také různé. V míze vakuolárních buněk dominuje voda zadržovaná sloučeninami s relativně nízkou molekulovou hmotností (osmoticky vázaná) a volná voda. Ve skořápce rostlinné buňky je voda vázána především vysokopolymerními sloučeninami (celulóza, hemicelulóza, pektinové látky), tedy koloidně vázanou vodou. V samotné cytoplazmě je volná voda, koloidně a osmoticky vázaná. Voda nacházející se ve vzdálenosti do 1 nm od povrchu molekuly proteinu je pevně vázána a nemá pravidelnou hexagonální strukturu (koloidně vázaná voda). V protoplazmě je navíc určité množství iontů, a proto je část vody osmoticky vázána.

Fyziologický význam volné a vázané vody je odlišný. Většina výzkumníků se domnívá, že intenzita fyziologických procesů, včetně rychlosti růstu, závisí především na obsahu volné vody. Mezi obsahem vázané vody a odolností rostlin proti nepříznivým vnějším podmínkám existuje přímá úměra. Tyto fyziologické korelace nejsou vždy pozorovány.

Golgiho aparát

Golgiho aparát

Lysozomy jsou malé vezikuly obklopené jedinou membránou. Pučí z Golgiho aparátu a možná z endoplazmatického retikula. Lysozomy obsahují různé enzymy, které rozkládají velké molekuly...

Zdraví školáků: problémy a řešení

Když se teenager věnuje sportu, nemělo by být povoleno přetrénování. Únava po těžké fyzické aktivitě se projevuje letargií a bolestí svalů. Rodiče by měli kontrolovat čas, kdy sportují...

Buněčný informační systém

Genetická informace je zakódována v DNA. Genetický kód objasnili M. Nirenberg a H.G. koránu, za což jim byla v roce 1968 udělena Nobelova cena. Genetický kód je systém pro uspořádání nukleotidů v molekulách nukleových kyselin...

Kódování a implementace biologické informace v buňce, genetický kód a jeho vlastnosti

Mediátorem při přenosu genetické informace (nukleotidového řádu) z DNA do proteinu je mRNA (messenger RNA)...

Meiobentos makrofytních houštin pobřežní zóny Novorossijského zálivu

Existuje poměrně hodně prací popisujících vzorce prostorového rozložení meiobentických organismů – v posledních desetiletích jde o jednu z nejoblíbenějších oblastí výzkumu...

Membránový potenciál

V roce 1890 Wilhelm Ostwald, který pracoval na polopropustných umělých filmech, navrhl, že polopropustnost může být příčinou nejen osmózy, ale také elektrických jevů. Osmóza pak nastává...

Mikrobiologie ryb a rybích výrobků

Mikrobiologické hodnocení vody je uvedeno na základě stanovení mikrobiálního čísla QMAFAnM; if - titra; if - index; přítomnost patogenních mikroorganismů. První dvě analýzy se provádějí průběžně...

Molekulárně genetická úroveň živých struktur

Skutečnost, že geny jsou umístěny na chromozomech, by se zdála být v rozporu se skutečností, že lidé mají pouze 23 párů chromozomů a přesto tisíce různých znaků, kterým musí odpovídat tisíce různých genů. Jen pár známek...

Sferoceridní mouchy (Diptera, Sphaeroceridae) z přírodní rezervace Kamyshanova Polyana

Na území rezervace Kamyshanova Polyana se zřetelně rozlišují tyto typy biotopů: lesní, luční, různé vodní, ale i okrajové útvary...

Biotechnologické objekty v potravinářském průmyslu

Metabolismus neboli metabolismus je přirozený řád přeměny látek a energie v živých systémech, který je základem života, zaměřený na jejich zachování a sebereprodukci; souhrn všech chemických reakcí probíhajících v těle...

Buněčný koncept

17. století 1665 - Anglický fyzik R. Hooke ve svém díle „Mikrografie“ popisuje strukturu korku, na jehož tenkých úsecích našel správně umístěné dutiny. Hooke nazval tyto dutiny „póry nebo buňky“...

Role mitochondrií v apoptóze

Fyziologie buněčné excitace

· Vznik buněčné excitace je způsoben právě transportem iontů. Bilipidová vrstva buněčné membrány je nepropustná pro ionty (iontové kanály Na, K, Cl - speciální integrální proteiny - jsou určeny k jejich transportu do buňky a z buňky...);

Chemické složení buňky

Všechny živé organismy jsou schopny vyměňovat látky se svým prostředím. V buňkách nepřetržitě probíhají procesy biologické syntézy neboli biosyntézy...