Lecția durează 80-90 de minute. Tema lecției permite studenților să demonstreze interconectarea unor subiecte precum biologia, geografia, chimia și fizica. Între paranteze sunt opțiuni pentru răspunsuri la întrebările pe care aș dori să le primesc de la elevi.

Obiective: familiarizarea elevilor cu datele privind conținutul de apă din celulele diferitelor țesuturi și metabolismul apei în diferite organisme, cu idei moderne despre structura și proprietățile apei, funcțiile sale biologice; îmbunătățirea abilităților de gândire logică.

Echipament: harta fizică a Pământului, eprubete, ochelari, tuburi capilare; sare de masă, alcool etilic, zaharoză, ulei vegetal, parafină, albuș de ou, suc gastric, gheață; cărți de referință despre fizică și chimie.

Organizarea timpului

Profesorul informează elevii tema și obiectivele lecției și ordinea implementării acesteia.

Verificarea cunoștințelor studenții la tema „Compoziția elementară și chimică (moleculară) a celulei”. Trei elevi lucrează la tablă, restul (după opțiuni) lucrează folosind cartonașe.

Lucru la bord

1. Pe tablă este scrisă o listă de elemente: F, Zn, N, Ca, J, Cl, Na, H, Mn, Cu, P, C, K, Fe, O, Mg, Co, din care aveți nevoie pentru a selecta organogenice (biogene), macroelemente, microelemente. Indicați procentul lor în celulă.

(Răspunsul elevului: a) organogenic: N, H, C, O; b) macroelemente: Ca, Cl, Na, Mn, P, K, Fe, Mg; c) oligoelemente: F, Zn, J, Cu, Co).

2. Caracterizați elementele organogenice. Explicați de ce, în timpul dezvoltării vieții pe Pământ, aceste elemente s-au dovedit a fi „conveniente” pentru chimia vieții.

3. Notați pe tablă informații despre compoziția chimică (moleculară) a celulei, indicând procentul principalelor clase de substanțe.

Lucrul cu carduri

Răspundeți la întrebare în scris.

Opțiunea 1. Cum afectează lipsa oricăruia dintre elementele necesare (organic, macroelement, microelement) activitatea vitală a unei celule sau organism? Cum s-ar putea manifesta acest lucru? Dă exemple.

Opțiunea 2. Ce concluzie se poate trage din faptul că celulele au o compoziție elementară și chimică (moleculară) similară?

Opțiunea 3. Care este semnificația științifică a datelor despre asemănările și diferențele în compoziția elementară (calitativă și cantitativă) a naturii vii și neînsuflețite?

Învățarea de materiale noi

Conținutul de apă în celule și organisme

1. Citiți replicile poetice ale lui Mihail Dudnik și spuneți dacă sunt adevărate din punct de vedere biologic. (Poezia este scrisă pe tablă.)

Se spune că o persoană este formată din optzeci la sută apă,
Din apa, aș putea adăuga, a râurilor sale natale,
Din apă, aș adăuga, ploaia care i-a dat să bea,
Din apă, aș putea adăuga, din apă străveche, izvoare.
Din care au băut bunicii și străbunicii săi...

(Răspunsul elevului. Rândurile poetice sunt corecte, pentru că. mai mult de 2/3 dintr-o persoană este formată din apă.)

2. Privind harta fizică, amintiți-vă care este raportul dintre suprafața terestră și suprafața oceanului de pe planeta noastră.

(Răspunsul elevului. Oceanele lumii, de ex. Apa din jurul continentelor și insulelor ocupă aproximativ 71% din suprafața pământului.)

Comentariul profesorului. Apa nu numai că acoperă cea mai mare parte a suprafeței pământului, dar reprezintă și majoritatea tuturor ființelor vii: microorganisme, plante, animale, oameni.

3. Este apa importantă în viața umană?

(Răspunsul elevului. O persoană bea apă, se spală cu ea și o folosește în diverse industrii și agricultură. Acum multe țări din lume se confruntă cu o lipsă de apă dulce, pentru a o obține, trebuie să construiască fabrici și instalații de tratare speciale.)

Comentariul profesorului. Apa, o substanță atât de familiară, are proprietăți absolut uimitoare. Numai datorită acestor proprietăți ale apei a devenit posibilă viața pe Pământ. Când căutați viață pe alte planete, una dintre cele mai importante întrebări este dacă există suficientă apă acolo. Importanța unică a apei pentru sistemele biologice se datorează chiar și conținutului său cantitativ simplu în organismele vii.

4. Dați exemple de conținut de apă din celulele diferitelor organisme, țesuturile și organele acestora, cunoscute de dvs. din cursurile de botanică, zoologie, anatomie umană și fiziologie.

(Răspunsul elevului. Apa reprezintă 80% din masa celulară a unui corp tânăr uman sau animal și 60% în celulele unuia bătrân. În celulele creierului este de 85%, iar în celulele unui embrion în curs de dezvoltare – 90%. Dacă o persoană pierde 20% din apă, atunci apare moartea. Adevărat, nu toate celulele umane au un conținut atât de mare de apă. Să presupunem că în celulele smalțului dentar există doar 10-15%. Există multă apă în celulele pulpei fructelor și frunzelor suculente ale plantelor, dar există foarte puțină în celulele semințelor uscate sau sporii plantelor și microorganismelor, astfel încât acestea pot fi depozitate pentru o perioadă foarte lungă de timp. până când sunt din nou udate în condiții favorabile germinării lor.)

5. Ce determină diferențele în conținutul de apă din celule?

(Răspunsul elevului. Există mai multă apă în acele celule în care metabolismul are loc mai intens.)

Intrarea apei în corpurile animalelor și plantelor

În ce modalități știți despre modul în care diferitele organisme obțin apă?

(Răspunsul elevului. Modalitățile prin care apa pătrunde în organism sunt foarte diverse:

a) prin suprafața corpului - la organismele unicelulare, plante inferioare, larve ale unor insecte, broaște, pești și alte organisme acvatice;
b) cu mâncare și băutură - la majoritatea animalelor;
c) sunt animale care bea greu sau beau foarte putin. Acest lucru este posibil din cauza: apei metabolice, i.e. apa formată în organism în timpul oxidării, în principal, a grăsimilor (odată cu oxidarea a 1 g grăsime se formează 1,1 g apă); utilizarea economică a apei, care în unele este asigurată de prezența capacelor impermeabile, în altele - prin concentrația mare de urină (de exemplu, la cămile, urina este de 8 ori mai concentrată decât plasma); rezerve de apă (de exemplu, în larve);
d) plantele absorb apa din sol folosind firele de păr de rădăcină;
e) metodele neobișnuite de obținere a apei au: epifite - plante care se așează în principal pe trunchiurile și ramurile altor copaci - absorb apa din aer; multe plante umbrelă rețin umiditatea în tecile frunzelor în formă de cupă, de unde este absorbită treptat prin epidermă.

Structura moleculei și proprietățile apei

Numeroasele funcții biologice îndeplinite de apă sunt asigurate de proprietățile sale unice, iar proprietățile unice ale apei sunt determinate de structura moleculei sale.

1. Amintiți-vă de caracteristicile structurale ale moleculei de apă cunoscute de dvs. de la cursul dumneavoastră de chimie.

(Răspunsul elevului. Într-o moleculă de apă (formula empirică H 2 O) un atom de oxigen este legat covalent de doi atomi de hidrogen. Molecula are forma unui triunghi, la unul dintre vârfurile căruia se află un atom de oxigen, iar la celelalte două - un atom de hidrogen.)

2. Care este natura legăturii covalente dintre atomul de oxigen și atomii de hidrogen?

(Răspunsul elevului. Legătura dintre atomul de oxigen și atomii de hidrogen este polară, deoarece Oxigenul atrage electronii mai puternic decât hidrogenul.)

Comentariul profesorului. Într-adevăr, atomul de oxigen, datorită electronegativității sale mai mari, atrage electronii mai puternic decât atomii de hidrogen. Consecința acestui lucru este polaritatea moleculei de apă. În general, o moleculă de apă este neutră din punct de vedere electric, dar sarcina electrică din interiorul moleculei este distribuită neuniform, iar în regiunea atomilor de hidrogen predomină o sarcină pozitivă, iar în regiunea în care se află oxigenul predomină o sarcină negativă (Fig. 1). ). Prin urmare, o astfel de moleculă este un dipol electric.

Orez. 1. O moleculă de apă în care un atom de oxigen este legat covalent de doi atomi de hidrogen. Molecula este polară

Atomul de oxigen încărcat negativ al unei molecule de apă atrage atomii de hidrogen încărcați pozitiv ai celorlalte două molecule, astfel încât moleculele de apă sunt conectate între ele prin legături de hidrogen. Sunteți deja familiarizat cu conceptul de legătură de hidrogen (Fig. 2).

Orez. 2. Legături (linii) de hidrogen între moleculele de apă; Atomii de oxigen (cercurile albe) poartă sarcini negative parțiale, deci formează legături de hidrogen cu atomii de hidrogen (cercurile negre) ale altor molecule, care poartă sarcini pozitive parțiale.

În apa lichidă, aceste legături slabe se formează rapid și sunt la fel de repede distruse de ciocnirile aleatorii ale moleculelor. Datorită capacității moleculelor de apă de a se lega între ele folosind legături de hidrogen, apa are o serie de proprietăți importante pentru viață.

Teme pentru grupuri de elevi

Clasa este împărțită în cinci grupe, fiecare dintre acestea, folosind echipamente pregătite în prealabil, funcționează conform unui card de instrucțiuni care conține o sarcină.

Atribuire la grupa 1

Vi se oferă o serie de substanțe: sare de masă, alcool etilic, zaharoză, ulei vegetal, parafină. Încercați să dizolvați aceste substanțe succesiv în apă. Care dintre substanțele propuse sunt solubile în apă și care nu sunt? Încercați să explicați de ce unele substanțe se pot dizolva în apă, iar altele nu. Cu ce ​​proprietate a apei v-ați familiarizat?

Atribuire la grupa 2

Se adaugă suc gastric într-o eprubetă cu fulgi albi de albuș de ou insolubil, încălzit într-o baie de apă la 37 °C. Ce observi? Ce reacție a avut loc și din cauza cărei enzime din sucul gastric? Cu ce ​​proprietate a apei v-ați familiarizat?

Sarcina pentru grupa 3

Pune cuburile de gheață într-un pahar cu apă. Ce observi? Ce poți spune despre densitatea apei și a gheții? Informații specifice despre densitatea apei și a gheții pot fi obținute din Manualul de fizică elementară (Enochovich). Cu ce ​​caracteristici ale apei v-ați familiarizat?

Atribuire la grupa 4

Știți că apa fierbe și se transformă în stare de vapori la o temperatură de 100 °C. Folosind Manualul de fizică elementară, comparați punctul de fierbere al apei cu punctul de fierbere al altor lichide. Încercați să vă explicați rezultatele.

Sarcina pentru grupa 5

Încercați să turnați apă într-un pahar cu vârful pus. De ce este posibil acest lucru? Coborâți încet un tub de sticlă cu diametru mic într-un pahar cu apă. Ce observi? Explicați rezultatele experimentului. Cu ce ​​proprietate a apei v-ați familiarizat?

Raportul grupului 1

Următoarele substanțe se dizolvă în apă: sare de masă, alcool etilic, zaharoză (zahăr din trestie). A nu se dizolva: ulei vegetal si parafina. Din rezultatele obținute, putem concluziona că substanțele cu legături chimice ionice (sare de masă), precum și compușii neionici (zaharuri, alcooli), ale căror molecule conțin probabil grupări încărcate (polare), se dizolvă în apă. Apa este unul dintre cei mai universali solvenți: aproape toate substanțele se dizolvă în ea, cel puțin în urme.

Comentariul profesorului. Dacă energia de atracție dintre moleculele de apă și moleculele unei substanțe este mai mare decât energia de atracție dintre moleculele de apă, atunci substanța se dizolvă. Substanțele solubile în apă se numesc hidrofile (săruri, alcaline, acizi etc.). Compușii nepolari (nepurtători de sarcină) sunt practic insolubili în apă. Se numesc hidrofobe (grăsimi, substanțe asemănătoare grăsimilor, cauciuc etc.).

Raport grupa 2

Fulgii de albus insolubili se dizolva sub actiunea pepsinei sucului gastric. Există o reacție de hidroliză (clivare) enzimatică a proteinelor în aminoacizi cu adăugarea unei molecule de apă atunci când fiecare legătură peptidică este ruptă. Reacții similare apar în tractul gastrointestinal al oamenilor și animalelor:

Astfel, apa poate intra în reacții chimice, adică. este un reactiv.

Proprietățile apei și rolul acesteia în celulă:

Pe primul loc printre substanțele celulei se află apa. Reprezintă aproximativ 80% din masa celulei. Apa este de două ori importantă pentru organismele vii, deoarece este necesară nu numai ca componentă a celulelor, ci pentru mulți și ca habitat.

1. Apa determină proprietățile fizice ale celulei - volumul, elasticitatea acesteia.

2. Multe procese chimice au loc numai într-o soluție apoasă.

3. Apa este un solvent bun: multe substanțe intră în celulă din mediul extern într-o soluție apoasă, iar într-o soluție apoasă, produsele reziduale sunt îndepărtate din celulă.

4. Apa are capacitate ridicată de căldură și conductivitate termică.

5. Apa are o proprietate unică: atunci când este răcită de la +4 la 0 grade, se extinde. Prin urmare, gheața se dovedește a fi mai ușoară decât apa lichidă și rămâne la suprafața ei. Acest lucru este foarte important pentru organismele care trăiesc în mediul acvatic.

6. Apa poate fi un lubrifiant bun.

Rolul biologic al apei este determinat de dimensiunea redusă a moleculelor sale, de polaritatea acestora și de capacitatea de a se conecta între ele prin legături de hidrogen.

Funcțiile biologice ale apei:

transport. Apa asigura miscarea substantelor in celula si organism, absorbtia substantelor si indepartarea produselor metabolice. În natură, apa transportă produse reziduale în sol și în corpurile de apă.

metabolic. Apa este mediul pentru toate reacțiile biochimice, un donor de electroni în timpul fotosintezei; este necesar pentru hidroliza macromoleculelor la monomerii lor.

Apa este implicată în formarea fluidelor lubrifiante și a mucusului, a secrețiilor și a sucurilor în organism.

Cu foarte puține excepții (os și smalțul dinților), apa este componenta predominantă a celulei. Apa este necesară pentru metabolismul celular (schimb), deoarece procesele fiziologice au loc exclusiv în mediu apos. Moleculele de apă sunt implicate în multe reacții enzimatice ale celulei. De exemplu, descompunerea proteinelor, carbohidraților și a altor substanțe are loc ca urmare a interacțiunii lor cu apa catalizată de enzime. Astfel de reacții se numesc reacții de hidroliză.

Apa servește ca sursă de ioni de hidrogen în timpul fotosintezei. Apa într-o celulă este sub două forme: liberă și legată. Apa liberă reprezintă 95% din toată apa din celulă și este folosită în principal ca solvent și ca mediu de dispersie pentru sistemul coloidal al protoplasmei. Apa legată, care reprezintă doar 4% din apa totală din celulă, este slab legată de proteine ​​prin legături de hidrogen.

Datorită distribuției asimetrice a sarcinilor, molecula de apă acționează ca un dipol și, prin urmare, poate fi legată de grupuri de proteine ​​încărcate pozitiv și negativ. Proprietatea de dipol a unei molecule de apă explică capacitatea sa de a se orienta într-un câmp electric și de a se atașa de diferite molecule și secțiuni de molecule care poartă o sarcină. Ca rezultat, se formează hidrații

Datorită capacității sale mari de căldură, apa absoarbe căldură și astfel previne fluctuațiile bruște de temperatură în celulă. Conținutul de apă al organismului depinde de vârsta și activitatea sa metabolică. Este cel mai mare la embrion (90%) și scade treptat odată cu vârsta. Conținutul de apă al diferitelor țesuturi variază în funcție de activitatea lor metabolică. De exemplu, în substanța cenușie a creierului există până la 80% apă, iar în oase până la 20%. Apa este principalul mijloc de deplasare a substanțelor în organism (fluxul sanguin, limfa, curenții ascendenți și descendenți de soluții prin vasele plantelor) și în celulă. Apa servește ca „lubrifiant”, necesar oriunde există suprafețe de frecare (de exemplu, în articulații). Apa are densitatea sa maximă la 4°C. Prin urmare, gheața, care are o densitate mai mică, este mai ușoară decât apa și plutește pe suprafața ei, ceea ce protejează rezervorul de îngheț. Această proprietate a apei salvează viețile multor organisme acvatice.

1. Ce structură are apa?

Răspuns. Molecula de apă are o structură unghiulară: nucleele incluse în compoziția sa formează un triunghi isoscel, la baza căruia se află doi hidrogeni, iar la vârf - un atom de oxigen. Distanțele internucleare O-H sunt apropiate de 0,1 nm, distanța dintre nucleele atomilor de hidrogen este de 0,15 nm. Dintre cei șase electroni care formează stratul de electroni exterior al atomului de oxigen dintr-o moleculă de apă, două perechi de electroni formează legături covalente O-H, iar restul de patru electroni formează două perechi de electroni singuri.

O moleculă de apă este un mic dipol care conține sarcini pozitive și negative la poli. Există o lipsă de densitate electronică în apropierea nucleelor ​​de hidrogen, iar pe partea opusă a moleculei, lângă nucleul de oxigen, există un exces de densitate electronică. Această structură este cea care determină polaritatea moleculei de apă.

2. Ce cantitate de apă (în%) este conținută în diferite celule?

Cantitatea de apă variază în diferite țesuturi și organe. Astfel, la om, conținutul său în substanța cenușie a creierului este de 85%, iar în țesutul osos - 22%. Cel mai mare conținut de apă din organism se observă în perioada embrionară (95%) și scade treptat odată cu vârsta.

Conținutul de apă din diferite organe ale plantelor variază în limite destul de largi. Acesta variază în funcție de condițiile de mediu, vârsta și tipul plantelor. Astfel, conținutul de apă din frunzele de salată este de 93-95%, porumb - 75-77%. Cantitatea de apă variază în diferite organe ale plantei: frunzele de floarea soarelui conțin 80-83% apă, tulpini - 87-89%, rădăcini - 73-75%. Conținutul de apă de 6-11% este tipic în principal pentru semințele uscate la aer, în care procesele vitale sunt inhibate. Apa este conținută în celulele vii, elementele de xilem moarte și spațiile intercelulare. În spațiile intercelulare, apa este în stare de vapori. Principalele organe de evaporare ale plantei sunt frunzele. În acest sens, este firesc ca cea mai mare cantitate de apă să umple spațiile intercelulare ale frunzelor. În stare lichidă, apa se găsește în diferite părți ale celulei: membrana celulară, vacuola, citoplasmă. Vacuolele sunt partea cea mai bogată în apă a celulei, unde conținutul său ajunge la 98%. La cel mai mare conținut de apă, conținutul de apă din citoplasmă este de 95%. Cel mai scăzut conținut de apă este caracteristic membranelor celulare. Determinarea cantitativă a conținutului de apă din membranele celulare este dificilă; se pare că variază de la 30 la 50%. Formele de apă din diferite părți ale celulei plantei sunt, de asemenea, diferite.

3. Care este rolul apei în organismele vii?

Răspuns. Apa este componenta predominantă a tuturor organismelor vii. Are proprietăți unice datorită caracteristicilor sale structurale: moleculele de apă au forma unui dipol și între ele se formează legături de hidrogen. Conținutul mediu de apă din celulele majorității organismelor vii este de aproximativ 70%. Apa în celulă este prezentă în două forme: liberă (95% din toată apa celulară) și legată (4-5% legată de proteine).

Functiile apei:

1.Apa ca solvent. Multe reacții chimice din celulă sunt ionice și, prin urmare, apar numai într-un mediu apos. Substantele care se dizolva in apa se numesc hidrofile (alcooli, zaharuri, aldehide, aminoacizi), cele care nu se dizolva se numesc hidrofobe (acizi grasi, celuloza).

2.Apa ca reactiv. Apa este implicată în multe reacții chimice: reacții de polimerizare, hidroliză și în procesul de fotosinteză.

3.Funcția de transport. Mișcarea în tot corpul, împreună cu apa de substanțe dizolvate în el în diferitele sale părți și eliminarea produselor inutile din organism.

4.Apa ca termostabilizator și termostat. Această funcție se datorează unor proprietăți ale apei precum capacitatea ridicată de căldură - înmoaie efectul asupra organismului al schimbărilor semnificative de temperatură în mediu; conductivitate termică ridicată - permite corpului să mențină aceeași temperatură pe întregul său volum; căldură mare de evaporare – folosită pentru răcirea corpului în timpul transpirației la mamifere și transpirației la plante.

5.Funcția structurală. Citoplasma celulelor conține între 60 și 95% apă, iar aceasta este cea care conferă celulelor forma lor normală. La plante, apa menține turgul (elasticitatea membranei endoplasmatice), la unele animale servește ca schelet hidrostatic (meduze)

Întrebări după § 7

1. Care este particularitatea structurii moleculei de apă?

Răspuns. Proprietățile unice ale apei sunt determinate de structura moleculei sale. O moleculă de apă constă dintr-un atom de O legat de doi atomi de H prin legături covalente polare. Dispunerea caracteristică a electronilor într-o moleculă de apă îi conferă asimetrie electrică. Cu cât atomul de oxigen mai electronegativ atrage electronii atomilor de hidrogen mai puternic, drept urmare perechile comune de electroni din molecula de apă sunt deplasate către el. Prin urmare, deși molecula de apă în ansamblu este neîncărcată, fiecare dintre cei doi atomi de hidrogen poartă o sarcină parțial pozitivă (notat 8+), iar atomul de oxigen poartă o sarcină parțial negativă (8-). Molecula de apă este polarizată și este un dipol (are doi poli).

Sarcina parțial negativă a atomului de oxigen al unei molecule de apă este atrasă de atomii de hidrogen parțial pozitivi ai altor molecule. Astfel, fiecare moleculă de apă tinde să facă legătura de hidrogen cu patru molecule de apă învecinate.

2. Care este importanța apei ca solvent?

Răspuns. Datorită polarității moleculelor și capacității de a forma legături de hidrogen, apa dizolvă ușor compușii ionici (săruri, acizi, baze). Unii compuși neionici, dar polari, sunt, de asemenea, solubili în apă, adică a căror moleculă conține grupări încărcate (polare), de exemplu zaharuri, alcooli simpli, aminoacizi. Substanțele care sunt foarte solubile în apă se numesc hidrofile (din grecescul hygros - umed și philia - prietenie, înclinație). Când o substanță intră în soluție, moleculele sau ionii ei se pot mișca mai liber și, prin urmare, reactivitatea substanței crește. Acest lucru explică de ce apa este principalul mediu în care au loc majoritatea reacțiilor chimice și toate reacțiile de hidroliză și numeroasele reacții redox au loc cu participarea directă a apei.

Substanțele care sunt slab sau complet insolubile în apă sunt numite hidrofobe (din grecescul phobos - frică). Acestea includ grăsimi, acizi nucleici, unele proteine ​​și polizaharide. Astfel de substanțe pot forma interfețe cu apa la care au loc multe reacții chimice. Prin urmare, faptul că apa nu dizolvă substanțele nepolare este, de asemenea, foarte important pentru organismele vii. Printre proprietățile importante din punct de vedere fiziologic ale apei se numără capacitatea acesteia de a dizolva gazele (O2, CO2 etc.).

3. Care este conductibilitatea termică și capacitatea de căldură a apei?

Răspuns. Apa are o capacitate termică mare, adică capacitatea de a absorbi energia termică cu o creștere minimă a propriei temperaturi. Capacitatea mare de căldură a apei protejează țesuturile corpului de creșterile rapide și puternice de temperatură. Multe organisme se răcesc prin evaporarea apei (transpirație la plante, transpirație la animale).

4. De ce se crede că apa este un lichid ideal pentru o celulă?

Răspuns. Un conținut ridicat de apă într-o celulă este cea mai importantă condiție pentru activitatea acesteia. Odată cu pierderea cea mai mare parte a apei, multe organisme mor și un număr de organisme unicelulare și chiar multicelulare pierd temporar toate semnele de viață. Această stare se numește animație suspendată. După hidratare, celulele se trezesc și redevin active.

Molecula de apă este neutră din punct de vedere electric. Dar sarcina electrică din interiorul moleculei este distribuită neuniform: în regiunea atomilor de hidrogen (mai precis, protonii), predomină sarcina pozitivă, în regiunea în care se află oxigenul, densitatea sarcinii negative este mai mare. Prin urmare, o particulă de apă este un dipol. Proprietatea de dipol a unei molecule de apă explică capacitatea sa de a se orienta într-un câmp electric și de a se atașa de diferite molecule și secțiuni de molecule care poartă o sarcină. Ca rezultat, se formează hidrații. Capacitatea apei de a forma hidrați se datorează proprietăților sale universale de solvent. Dacă energia de atracție a moleculelor de apă către moleculele unei substanțe este mai mare decât energia de atracție dintre moleculele de apă, atunci substanța se dizolvă. În funcție de aceasta, se face o distincție între substanțele hidrofile (greacă hydros - apă și phileo - dragoste) care sunt foarte solubile în apă (de exemplu, săruri, alcaline, acizi etc.) și hidrofobe (greacă hydros - apă și phobos). - frica) substante, greu sau deloc solubile in apa (grasimi, substante asemanatoare grasimilor, cauciuc etc.). Compoziția membranelor celulare include substanțe asemănătoare grăsimilor care limitează tranziția de la mediul extern în celule și înapoi, precum și de la o parte a celulei la alta.

Majoritatea reacțiilor care apar într-o celulă pot avea loc numai într-o soluție apoasă. Apa este un participant direct la multe reacții. De exemplu, descompunerea proteinelor, carbohidraților și a altor substanțe are loc ca urmare a interacțiunii lor cu apa catalizată de enzime. Astfel de reacții se numesc reacții de hidroliză (greacă hydros - apă și liză - scindare).

Apa are o capacitate termică mare și, în același timp, o conductivitate termică relativ mare pentru lichide. Aceste proprietăți fac din apa un lichid ideal pentru menținerea echilibrului termic al celulelor și organismelor.

Apa este principalul mediu pentru reacțiile biochimice ale celulei. Este o sursă de oxigen eliberată în timpul fotosintezei și de hidrogen, care este folosit pentru a restabili produsele de asimilare a dioxidului de carbon. Și în sfârșit, apa este principalul mijloc de transport al substanțelor în organism (fluxul sanguin și limfatic, curenții ascendenți și descendenți de soluții prin vasele plantelor) și în celulă.

5. Care este rolul apei în celulă

Asigurarea elasticitatii celulare. Consecințele pierderii celulelor de apă sunt ofilirea frunzelor, uscarea fructelor;

Accelerarea reacțiilor chimice prin dizolvarea substanțelor în apă;

Asigurarea mișcării substanțelor: intrarea majorității substanțelor în celulă și îndepărtarea lor din celulă sub formă de soluții;

Asigurarea dizolvării multor substanțe chimice (un număr de săruri, zaharuri);

Participarea la o serie de reacții chimice;

Participarea la procesul de termoreglare datorită capacității de a se încălzi și de a se răci lent.

6. Ce proprietăți structurale și fizico-chimice ale apei determină rolul ei biologic în celulă?

Răspuns. Proprietățile fizico-chimice structurale ale apei determină funcțiile sale biologice.

Apa este un bun solvent. Datorită polarității moleculelor și capacității de a forma legături de hidrogen, apa dizolvă ușor compușii ionici (săruri, acizi, baze).

Apa are o capacitate termică mare, adică capacitatea de a absorbi energia termică cu o creștere minimă a propriei temperaturi. Capacitatea mare de căldură a apei protejează țesuturile corpului de creșterile rapide și puternice de temperatură. Multe organisme se răcesc prin evaporarea apei (transpirație la plante, transpirație la animale).

Apa are, de asemenea, o conductivitate termică ridicată, asigurând o distribuție uniformă a căldurii în întregul corp. În consecință, capacitatea de căldură specifică ridicată și conductibilitatea termică ridicată fac din apa un lichid ideal pentru menținerea echilibrului termic al celulelor și organismelor.

Apa practic nu se comprimă, creând presiunea turgenței, determinând volumul și elasticitatea celulelor și țesuturilor. Astfel, scheletul hidrostatic este cel care menține forma viermilor rotunzi, meduze și alte organisme.

Apa se caracterizează printr-o forță de tensiune superficială optimă pentru sistemele biologice, care apare din cauza formării legăturilor de hidrogen între moleculele de apă și moleculele altor substanțe. Datorită forței tensiunii superficiale, în plante apar fluxul sanguin capilar, curenții ascendenți și descendenți ai soluțiilor.

În anumite procese biochimice, apa acționează ca substrat.

În scoarța terestră se găsesc aproximativ 100 de elemente chimice, dar doar 16 dintre ele sunt necesare vieții. Cele mai comune patru elemente în organismele vegetale sunt hidrogenul, carbonul, oxigenul, azotul, care formează diverse substanțe. Componentele principale ale unei celule vegetale sunt apa, substanțele organice și minerale.

Apă- baza vietii. Conținutul de apă din celulele vegetale variază de la 90 la 10%. Este o substanță unică datorită proprietăților sale chimice și fizice. Apa este necesară procesului de fotosinteză, transport de substanțe, creștere celulară, este un mediu pentru multe reacții biochimice, un solvent universal etc.

Minerale (cenusa)– substanțe care rămân după arderea unei bucăți dintr-un organ. Conținutul de elemente de cenușă variază de la 1% până la 12% din greutatea uscată. Aproape toate elementele care alcătuiesc apa și solul se găsesc în plantă. Cele mai frecvente sunt potasiu, calciu, magneziu, fier, siliciu, sulf, fosfor, azot (macroelemente) și cuprul, aluminiu, clor, molibden, bor, zinc, litiu, aurul (microelemente). Mineralele joacă un rol important în viața celulelor - fac parte din aminoacizi, enzime, ATP, lanțuri de transport de electroni, sunt necesare pentru stabilizarea membranelor, participă la procesele metabolice etc.

Materie organică celulele vegetale se împart în: 1) carbohidrați, 2) proteine, 3) lipide, 4) acizi nucleici, 5) vitamine, 6) fitohormoni, 7) produse ale metabolismului secundar.

Carbohidrați alcătuiesc până la 90% din substanțele care alcătuiesc o celulă vegetală. Sunt:

Monozaharide (glucoză, fructoză). Monozaharidele se formează în frunze în timpul fotosintezei și sunt ușor transformate în amidon. Se acumulează în fructe, mai rar în tulpini și bulbi. Monosaharidele sunt transportate de la celulă la celulă. Sunt un material energetic și participă la formarea glicozidelor.

Dizaharidele (zaharoză, maltoză, lactoză etc.) sunt formate din două particule de monozaharide. Se acumulează în rădăcini și fructe.

Polizaharidele sunt polimeri care sunt foarte răspândiți în celulele vegetale. Acest grup de substanțe include amidon, inulină, celuloză, hemiceluloză, pectină și caloză.

Amidonul este principala substanță de depozitare a celulei vegetale. Amidonul primar se formează în cloroplaste. În părțile verzi ale plantei, este descompusă în mono- și dizaharide și transportată de-a lungul floemului venelor către părțile în creștere ale plantei și organele de depozitare. În leucoplastele organelor de depozitare, amidonul secundar este sintetizat din zaharoză sub formă de boabe de amidon.

Molecula de amidon este formată din amiloză și amilopectină. Lanțurile liniare de amiloză, constând din câteva mii de reziduuri de glucoză, sunt capabile să se ramifice elicoidal și să ia astfel o formă mai compactă. În amilopectina polizahpridă ramificată, compactitatea este asigurată prin ramificare intensivă a lanțului datorită formării legăturilor 1,6-glicozidice. Amilopectina conține aproximativ de două ori mai multe unități de glucoză decât amiloza.

Cu soluția Lugol, o suspensie apoasă de amiloză dă o culoare albastru închis, o suspensie de amilopectină dă o culoare roșu-violet, iar o suspensie de amidon dă o culoare albastru-violet.

Inulina este un polimer al fructozei, un carbohidrat de stocare din familia Asteraceae. Se găsește în celule în formă dizolvată. Nu se colorează cu soluție de iod; se înroșește cu β-naftol.

Celuloza este un polimer al glucozei. Celuloza conține aproximativ 50% din carbonul găsit în plantă. Această polizaharidă este principalul material al peretelui celular. Moleculele de celuloză sunt lanțuri lungi formate din reziduuri de glucoză. Multe grupări OH ies din fiecare lanț. Aceste grupări sunt direcționate în toate direcțiile și formează legături de hidrogen cu lanțurile învecinate, ceea ce asigură o reticulare rigidă a tuturor lanțurilor. Lanțurile sunt combinate între ele, formând microfibrile, iar acestea din urmă sunt combinate în structuri mai mari - macrofibrile. Rezistența la tracțiune a acestei structuri este foarte mare. Macrofibrilele, dispuse in straturi, sunt scufundate intr-o matrice de cimentare formata din substante pectinice si hemiceluloze.

Celuloza nu se dizolvă în apă; cu soluție de iod dă o culoare galbenă.

Pectinele constau din galactoză și acid galacturonic. Acidul pectic este un acid poligalacturonic. Ele fac parte din matricea peretelui celular și îi asigură elasticitatea. Pectinele formează baza plăcii mijlocii formate între celule după diviziune. Formează geluri.

Hemicelulozele sunt compuși cu molecule înalte de compoziție mixtă. Ele fac parte din matricea peretelui celular. Nu se dizolvă în apă, se hidrolizează într-un mediu acid.

Caloza este un polimer amorf al glucozei care se găsește în diferite părți ale corpului plantei. Caloza este produsă în tuburile site ale floemului și este, de asemenea, sintetizată ca răspuns la daune sau adversitate.

Agar-agar este o polizaharidă cu greutate moleculară mare care se găsește în alge marine. Se dizolvă în apă fierbinte și se întărește după răcire.

Veverițe compuși cu greutate moleculară mare formați din aminoacizi. Compoziția elementară – C, O, N, S, P.

Plantele sunt capabile să sintetizeze toți aminoacizii din substanțe mai simple. 20 de aminoacizi bazici formează întreaga varietate de proteine.

Complexitatea structurii proteinelor și diversitatea extremă a funcțiilor acestora fac dificilă crearea unei clasificări unice și clare a proteinelor pe orice bază. Pe baza compoziției lor, proteinele sunt clasificate în simple și complexe. Simplu - constă numai din aminoacizi, complex - este format din aminoacizi și material neproteic (grup protetic).

Proteinele simple includ albumine, globuline, histone, prolamine și glutenine. Albuminele sunt proteine ​​neutre, solubile în apă și rareori găsite în plante. Globulinele sunt proteine ​​neutre, insolubile în apă, solubile în soluții de sare diluate, distribuite în semințele, rădăcinile și tulpinile plantelor. Histonele sunt proteine ​​neutre, solubile în apă, localizate în nucleele tuturor celulelor vii. Prolaminele sunt solubile în 60-80% etanol și se găsesc în boabele de cereale. Gluteinele sunt solubile în soluții alcaline și se găsesc în boabele de cereale și părți verzi ale plantelor.

Proteinele complexe includ fosfoproteine ​​(grup protetic - acid fosforic), licoproteine ​​(glucide), nucleoproteine ​​(acid nucleic), cromoproteine ​​(pigment), lipoproteine ​​(lipidice), flavoproteine ​​(FAD), metaloproteine ​​(metal).

Proteinele joacă un rol important în viața unui organism vegetal și, în funcție de funcția pe care o îndeplinesc, proteinele sunt împărțite în proteine ​​structurale, enzime, proteine ​​de transport, proteine ​​contractile și proteine ​​​​de stocare.

Lipidele– substanțe organice insolubile în apă și solubile în solvenți organici (eter, cloroform, benzen). Lipidele sunt împărțite în grăsimi adevărate și lipoide.

Grăsimile adevărate sunt esterii acizilor grași și ai unor alcool. Ele formează o emulsie în apă și se hidrolizează când sunt încălzite cu alcalii. Sunt substanțe de rezervă care se acumulează în semințe.

Lipoizii sunt substanțe asemănătoare grăsimilor. Acestea includ fosfolipide (parte a membranelor), ceară (formează un strat protector pe frunze și fructe), steroli (parte a protoplasmei, participă la formarea metaboliților secundari), carotenoizi (pigmenți roșii și galbeni, necesari pentru a proteja clorofilei, conferă culoare). fructe, flori), clorofilă (pigmentul principal al fotosintezei)

Acizi nucleici- materialul genetic al tuturor organismelor vii. Acizii nucleici (ADN și ARN) constau din monomeri - nucleotide. O moleculă de nucleotidă constă dintr-un zahăr cu cinci atomi de carbon, o bază azotată și acid fosforic.

Vitamine– substanţe organice complexe de compoziţie chimică variată. Au activitate fiziologică mare - sunt necesare pentru sinteza proteinelor, grăsimilor, pentru funcționarea enzimelor etc. Vitaminele sunt împărțite în liposolubile și hidrosolubile. Vitaminele solubile în grăsimi includ vitaminele A, K și E; vitaminele solubile în apă includ vitamina C și vitaminele B.

Fitohormoni– substanțe cu greutate moleculară mică cu activitate fiziologică ridicată. Au un efect reglator asupra proceselor de creștere și dezvoltare a plantelor în concentrații foarte mici. Fitohormonii sunt împărțiți în stimulenți (citokinine, auxine, gibereline) și inhibitori (etilenă și abscisine).

1.3 Distribuția apei în celulă

Conținutul de apă din diferite organe ale plantelor variază în limite destul de largi. Acesta variază în funcție de condițiile de mediu, vârsta și tipul plantelor. Astfel, conținutul de apă din frunzele de salată este de 93-95%, porumb - 75-77%. Cantitatea de apă variază în diferite organe ale plantei: frunzele de floarea soarelui conțin 80-83% apă, tulpinile conțin 87-89%, rădăcinile conțin 73-75%. Conținutul de apă de 6-11% este tipic în principal pentru semințele uscate la aer, în care procesele vitale sunt inhibate.

Apa este conținută în celulele vii, elementele de xilem moarte și spațiile intercelulare. În spațiile intercelulare, apa este în stare de vapori. Principalele organe de evaporare ale plantei sunt frunzele. În acest sens, este firesc ca cea mai mare cantitate de apă să umple spațiile intercelulare ale frunzelor. În stare lichidă, apa se găsește în diferite părți ale celulei: membrana celulară, vacuola, protoplasmă. Vacuolele sunt partea cea mai bogată în apă a celulei, unde conținutul său ajunge la 98%. La cel mai mare conținut de apă, conținutul de apă din protoplasmă este de 95%. Cel mai scăzut conținut de apă este caracteristic membranelor celulare. Determinarea cantitativă a conținutului de apă din membranele celulare este dificilă; se pare că variază de la 30 la 50%.

Formele de apă din diferite părți ale celulei plantei sunt, de asemenea, diferite. Seva celulelor vacuolare este dominată de apa reținută de compuși cu greutate moleculară relativ mică (legați osmotic) și apă liberă. În învelișul unei celule vegetale, apa este legată în principal de compuși cu conținut ridicat de polimeri (celuloză, hemiceluloză, substanțe pectinice), adică apă legată coloidal. În citoplasmă însăși există apă liberă, legată coloidal și osmotic. Apa situată la o distanță de până la 1 nm de suprafața moleculei proteice este strâns legată și nu are o structură hexagonală regulată (apă legată coloidal). În plus, există o anumită cantitate de ioni în protoplasmă și, prin urmare, o parte din apă este legată osmotic.

Semnificația fiziologică a apei libere și a apei legate este diferită. Majoritatea cercetătorilor consideră că intensitatea proceselor fiziologice, inclusiv ratele de creștere, depinde în primul rând de conținutul de apă liberă. Există o corelație directă între conținutul de apă legată și rezistența plantelor la condiții externe nefavorabile. Aceste corelații fiziologice nu sunt întotdeauna observate.

aparate Golgi

aparate Golgi

Lizozomii sunt mici vezicule înconjurate de o singură membrană. Ele înmuguresc din aparatul Golgi și posibil din reticulul endoplasmatic. Lizozomii conțin o varietate de enzime care descompun moleculele mari...

Sănătatea școlarilor: probleme și soluții

Când un adolescent este implicat în sport, supraantrenamentul nu ar trebui să fie permis. Oboseala după o activitate fizică grea este indicată de letargie și dureri musculare. Părinții ar trebui să controleze timpul în care fac sport...

Sistemul informatic al celulei

Informația genetică este codificată în ADN. Codul genetic a fost elucidat de M. Nirenberg și H.G. Coranul, pentru care au primit Premiul Nobel în 1968. Codul genetic este un sistem de aranjare a nucleotidelor în moleculele de acid nucleic...

Codarea și implementarea informațiilor biologice într-o celulă, codul genetic și proprietățile acesteia

Mediatorul în transferul de informații genetice (ordinea nucleotidelor) de la ADN la proteină este ARNm (ARN mesager)...

Meiobentos al desișurilor de macrofite din zona de coastă a Golfului Novorossiysk

Există destul de multe lucrări care descriu modelele de distribuție spațială a organismelor meiobentice - în ultimele decenii, acesta a fost unul dintre cele mai populare domenii în cercetare...

Potențial de membrană

În 1890, Wilhelm Ostwald, care a lucrat la filme artificiale semi-permeabile, a sugerat că semi-permeabilitatea ar putea fi cauza nu numai a osmozei, ci și a fenomenelor electrice. Osmoza are loc atunci...

Microbiologia peștelui și a produselor din pește

Evaluarea microbiologică a apei este dată pe baza determinării numărului microbian QMAFAnM; dacă - titra; dacă - indice; prezența microorganismelor patogene. Primele două analize sunt efectuate continuu...

Nivelul genetic molecular al structurilor vii

Faptul că genele sunt localizate pe cromozomi ar părea a fi în contradicție cu faptul că oamenii au doar 23 de perechi de cromozomi și totuși mii de trăsături diferite care trebuie să fie egalate de mii de gene diferite. Doar câteva semne...

Muștele sferoceridelor (Diptera, Sphaeroceridae) din rezervația naturală Kamyshanova Polyana

Pe teritoriul rezervației Kamyshanova Polyana se disting în mod clar următoarele tipuri de biotopi: pădure, pajiște, diverse lângă apă, precum și formațiuni de margine...

Obiecte de biotehnologie în industria alimentară

Metabolismul, sau metabolismul, este ordinea naturală de transformare a substanțelor și energiei în sistemele vii care stă la baza vieții, având ca scop conservarea și auto-reproducția; totalitatea tuturor reacțiilor chimice care au loc în organism...

Conceptul de celulă

Secolul al XVII-lea 1665 - Fizicianul englez R. Hooke în lucrarea sa „Micrografie” descrie structura plutei, pe secțiuni subțiri ale căreia a găsit goluri corect localizate. Hooke a numit aceste goluri „pori sau celule”...

Rolul mitocondriilor în apoptoză

Fiziologia excitatiei celulare

· Formarea excitatiei celulare se datoreaza tocmai transportului ionilor. Stratul bilipid al membranei celulare este impermeabil la ioni (Na, K, Cl) sunt destinate transportului lor în interiorul și în afara celulei...

Compoziția chimică a celulei

Toate organismele vii sunt capabile să facă schimb de substanțe cu mediul lor. Procesele de sinteză biologică sau biosinteză au loc continuu în celule...