Тип урока - комбинированный

Методы: частично-поисковый, про-блемного изложения, объясни-тельно-иллюстративный.

Цель:

Формирование у учащихся целостной системы знаний о живой природе, ее системной организации и эволюции;

Умения давать аргументированную оценку новой информации по биоло-гическим вопросам;

Воспитание гражданской ответственности, самостоятельности, инициативности

Задачи:

Образовательные : о биологических системах (клетка, организм, вид, экосистема); истории развития современных представлений о живой природе; выдающихся открытиях в биологической науке; роли биологической науки в формировании современной естественнонаучной картины мира; методах научного познания;

Развитие творческихспособностей в процессе изучения выдающихся достижений биологии, вошедших в общечеловеческую культуру; сложных и противоречивых путей развития современных научных взглядов, идей, теорий, концепций, различных гипотез (о сущности и происхождении жизни, человека) в ходе работы с различными источниками информации;

Воспитание убежденности в возможности познания живой природы, необходимости бережного отношения к природной среде, собственному здоровью; уважения к мнению оппонента при обсуждении биологических проблем

Личностные результаты обучения биологии :

1. воспитание российской гражданской идентичности: патриотизма, любви и уважения к Отечеству, чувства гордости за свою Родину; осознание своей этнической принадлежности; усвоение гуманистических и традиционных ценностей многонационального российского общества; воспитание чувства ответственности и долга перед Родиной;

2. формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию, осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования на базе ориентировки в мире профессий и профессиональных предпочтений, с учётом устойчивых познавательных интересов;

Метапредметные результаты обучения биологии:

1. умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности;

2. овладение составляющими исследовательской и проектной деятельности, включая умения видеть проблему, ставить вопросы, выдвигать гипотезы;

3. умение работать с разными источниками биологической информации: находить биологическую информацию в различных источниках (тексте учебника, научно популярной литературе, биологических словарях и справочниках), анализировать и

оценивать информацию;

Познавательные : выделение существенных признаков биологических объектов и процессов; приведение доказательств (аргументация) родства человека с млекопитающими животными; взаимосвязи человека и окружающей среды; зависимости здоровья человека от состояния окружающей среды; необходимости защиты окружающей среды; овладение методами биологической науки: наблюдение и описание биологических объектов и процессов; постановка биологических экспериментов и объяснение их результатов.

Регулятивные: умение самостоятельно планировать пути достижения целей, в том числе альтернативные, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач; умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учёта интересов; формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий (далее ИКТ-компетенции).

Коммуникативные: формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками, понимание особенностей гендерной социализации в подростковом возрасте, общественно полезной, учебно-исследовательской, творческой и дру-гих видов деятельности.

Технологии: Здоровьесбережения, проблем-ного, раз-вивающего обучения, групповой деятельно-сти

Приемы: анализ, синтез, умозаключение, перевод информации с одного вида в другой, обобщение.

Ход урока

Задачи

Познакомить учащихся с химическим составом клеток.

Раскрыть особенности строения молекул воды, определяющие ее роль в жизнедеятельности клет-ки и организмов.

Охарактеризовать роль минеральных солей и входящих в их состав катионов и анионов в жиз-ни клетки.

Основные положения

Биологическая эволюция представляет собой закономер-ный этап в развитии материи в целом.

Космическими и планетарными предпосылками возник-новения жизни являются размеры планеты, расстояние от Солнца, круговая орбита и постоянство излучения звезды.

Восстановительный характер атмосферы на первобыт-ной Земле расценивают как химическую предпосылку воз-никновения жизни на нашей планете.

Абиогенным путем из компонентов первичной атмосфе-ры Земли под действием энергии грозовых разрядов, мощ-ного жесткого ультрафиолетового излучения Солнца и т. д. могли возникать разнообразные простейшие органические молекулы — мономеры биологических полимеров.

В водных растворах, в более мягких условиях в резуль-тате взаимодействия простых органических молекул обра-зовывались более сложные соединения.

Коацерваты представляют собой многомолекулярные комплексы, окруженные общей водной оболочкой.

Коацерватные капли обладают способностью к избира-тельному поглощению веществ из окружающей среды и про-стейшим реакциям обмена веществ.

В процессе формирования внутренней среды коацерва- тов протекающие в них процессы синтеза обусловили появ-ление мембран и специфических катализаторов белковой природы.

Важнейшим событием добиологической эволюции явля-ется возникновение генетического кода в виде последова-тельности кодонов РНК, а затем и ДНК, которая оказалась способной сохранять информацию о наиболее удачных ком-бинациях аминокислот в белковых молекулах.

Появление первых клеточных форм ознаменовало нача-ло биологической эволюции, начальные этапы которой ха-рактеризовались появлением эукариотических организмов, полового процесса и возникновением первых многоклеточ-ных организмов.

Проблемные области

Каким образом мог быть преодолен концентрационный барьер в водах первичного океана?

В чем заключаются принципы естественного отбора коа- церватов в условиях ранней Земли?

Какие крупные эволюционные преобразования сопрово-ждали первые шаги биологической эволюции?

Неорганические вещества, входящие в состав клетки

В клетках разных организмов обнаружено около 70 элементов периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, но лишь 24 из них имеют установленное значение и встречаются постоянно во всех типах клеток.

Наибольший удельный вес в элементном составе клетки приходится на кислород, углерод, водород и азот. Это так называемые основные или биогенные элементы. На долю этих элементов приходится более 95% массы клеток, причем их относительное содержание в живом веществе гораздо выше, чем в земной коре.

Жизненно важными являются кальций, фосфор, сера, калий, хлор, натрий, магний и железо. Их содержание в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Перечисленные элементы составляют группу макроэлементов.

Другие химические элементы: медь, кобальт, марганец, молибден, цинк, бор, фтор, хром, селен, алюминий, йод, кремний - содержатся исключительно в малых количествах (менее 0,01% массы клеток). Они относятся к группе микроэлентов.

Процентное содержание в организме того или иного элемента никоим образом не характеризует степень важности и необходимости в организме. Так, например, многие микроэлементы входят в состав различных биологически активных веществ - ферментов, витаминов, гормонов, оказывают влияние на рост и развитие, кроветворение, процессы клеточного дыхания и т.д.

Вода. Самое распространенное неорганическое соедине-ние в живых организмах — вода. Ее содержание колеблется в широких пределах: в клетках эмали зубов воды около 10%, а в клетках развивающегося зародыша — более 90%. В сред-нем в многоклеточном организме вода составляет около 80% массы тела.

Роль воды в клетке очень велика. Ее функции во многом определяются химической природой. Дипольный характер строения молекул обусловливает способность воды активно вступать во взаимодействие с различными веществами. Ее молекулы вызывают расщепление ряда водорастворимых веществ на катионы и анионы. В результате этого ионы бы-стро вступают в химические реакции. Большинство хими-ческих реакций представляет собой взаимодействие между растворимыми в воде веществами.

Вода. Играет важную 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 свойствами. Свойства эти довольно уникальны и связаны главным образом с малыми размерами молекул воды, с полярностью ее молекул и с их способностью соединяться друг с другом водородными связями.

Молекулы воды имеют нелинейную пространственную структуру. Атомы в молекуле воды удерживаются посредством полярных ковалентных связей, которые связывают один атом кислорода с двумя атомами водорода. Полярность ковалентных связей объясняется в данном случае сильной электроотрицательностью атомов кислорода по отношению к атому водорода; атом кислорода оттягивает на себя электроны их общих электронных пар.

Вследствие этого на атоме кислорода возникает частично отрицательный заряд, а на атомах водорода - частично положительный. Между атомами кислорода и водорода соседних молекул воды возникают водородные связи.

Вода является превосходным растворителем для полярных веществ, например солей, сахаров, спиртов, кислот. Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными.

Не растворимые в воде вещества называются гидрофобными.

Вода обладает высокой 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 обладает высокой теплопроводностью , что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме. Вода обладает также высокой теплотой парообразования , т.е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла, охлаждая организм. Это свойство воды используется при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и транспирации (испарении) у растений, предотвращая их перегрев.

Биологические свойства воды:

Транспортная . Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.

Метаболическая . Вода является средой для многих биохимических реакций в клетке.

Структурная . Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95% воды. У растений вода определяет тургор клеток.

Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей . Она входит в состав слюны, желчи, слез и т.д.

Минеральные соли . Большая часть неорганических веществ клетки находится в виде солей. В водном растворе молекулы солей диссоциируют на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы: K+, Na+, Ca2+, Mg2+ и анионы: Cl-, H2PO4-, HPO42-, HCO3-, NO3-, SO42-. Существенным является не только содержание, но и соотношение ионов в клетке.

От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства клетки.

Буферностью называют способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне.

Вопросы для обсуждения

Каков вклад различных элементов в организа-цию живой и неживой материи?

Как проявляются физико-химические свойства воды в обеспечении процессов жизнедеятель-ности клетки и целостного организма?

Вопросы и задания для повторения

1.Какое вещество образует основу внутренней сре-ды живых организмов?

2.Как отразится на жизнедеятельности клетки и организма недостаток какого-либо необходимого элемента? Приведите примеры таких явлений?

3.Катионы каких элементов обеспечивают важней-шее свойство живых организмов — раздражимость?

4.Найдите в справочном материале элементы, со-держащиеся в наименьшем количестве в клетке. Каково их общее название? Какую роль выполняют они в клетке?

Неорганические вещества клетки

Вода и её роль в жизнедеятельности клетки

Химический состав клетки. Неорганические соединения.

Ресурсы

В. Б. ЗАХАРОВ, С. Г. МАМОНТОВ, Н. И. СОНИН, Е. Т. ЗАХАРОВА УЧЕБНИК «БИОЛОГИЯ» ДЛЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ (10-11класс) .

А. П. Плехов Биология с основами экологии. Серия «Учебники для вузов. Специальная литература».

Книга для учителя Сивоглазов В.И., Сухова Т.С. Козлова Т. А. Биология: общие закономерности.

Хостинг презентаций

Тема: «Химический состав клетки».

План:

1. Неорганические вещества клетки.

2. Органические вещества клетки.

В состав клетки входит около 70 химический элементов периодической системы Менделеева встречающихся и в неживой природе. Это свидетельствует о единстве органического и неорганического мира. Однако соотношение химических элементов в живой и неживой материи различно.

В зависимости от содержания в живом организме, химические элементы подразделяются на несколько групп:

1 группа - макроэлементы (составляют 98% массы клетки): водород, кислород, углерод и азот. Они входят в состав углеводов, жиров и белков.

2 группа - макроэлементы (составляют примерно 1,9 % всего состава клетки): сера, фосфор, хлор, калий, натрий, магний, кальций, железо. Они так же выполняют важную функцию в клетке. Например, натрий, калий и кальций обеспечивают проницаемость клеточных мембран для различных веществ и проведение импульса по нервному волокну. Са – один из факторов, от которых зависит нормальная свертываемость крови. Fe входит в состав гемоглобина – белка эритроцитов, участвующего в переносе кислорода от легких к тканям.

3 группа - микроэлементы (0,1 %): цинк, медь, йод, фтор, кобальт, марганец, бор и др. Они также выполняют важную функцию. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов, гормонов – веществ, обладающих большой биологической активностью. Недостаток или отсутствие в организме каких-либо микроэлементов может вызвать заболевание. Например, недостаток йода , входящего в состав гормона щитовидной железы – тироксина, приводит к уменьшению его образования, гипофункции органа и развитию заболевания. Цинк входит в состав ряда ферментов гормона поджелудочной железы – инсулина; он усиливает активность половых гормонов. Кобальт – необходимый компонент витамина В 12, участвующего в процессе синтеза НК, в белковом обмене, очень важен для кроветворения.

4 группа - ультрамикроэлементы (менее 0,00001%): золото, серебро, ртуть, уран, бериллий, радий и др.. Их роль до конца не изучена.

По химическому составу входящие в клетку вещества делятся на неорганические (встречаются и в неживой природе) и органические , характерные для живых организмов.

Неорганические вещества клетки.

Вода - самое распространенное неорганическое соединение. В среднем в многоклеточном организме составляет 80% массы тела. Функция воды во многом определяется её химическими и физическими свойствами. Эти свойства связаны с малыми размерами молекул воды, с их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями.

Функция воды:

1. Вода – основной растворитель для полярных веществ (соли, сахар, кислоты, спирты и др.). По отношению к воде все вещества разделяют на 2 группы: вещества хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными . Неполярные вещества (жиры, масла) вода не растворяет и не смешивается с ними, поскольку она не может образовать с ними водородные связи. Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными .

2. Вода обладает хорошей теплопроводностью и большой теплоемкостью, поэтому температура внутри клетки остается неизменной или её колебания оказываются значительно меньше, чем в окружающей клетку среде.

3. Вода обладает высокой теплотой парообразования, т.е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла, охлаждая организм (это свойство воды используется при потоотделении у млекопитающих).

4. Вода обеспечивает как приток веществ в клетку так и удаление из неё.

5. Вода - источник О 2 и Н 2 при фотосинтезе.

6. Вода - стабилизатор структуры клетки, благодаря полярности молекул

7. Вода – осморегулятор: обеспечивает упругость и объем клетки.

8. Вода - участник гидролиза и окисления высокомолекулярных веществ.

Минеральные соли. Большая часть неорганических веществ в клетке находится в виде солей. Молекулы солей в водном растворе диссоциируют на катионы и анионы (NaCl = Na + + Cl - ; NaSO 4 = Na + + SO 4 2-)

Наибольшее значение имеют катионы: К + , Na + , Ca 2+ , NH 4 + и анионы: Cl - , Н 2 РО 4 - , HCO 3 - , NO 3 - , SO 4 2- .

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

Функции:

1. Поддержка постоянства внутренней среды организма: анионы фосфорной кислоты (Н 2 РО 4 и НРО 4 2-) создают буферную систему, поддерживающую рН внутри клетки на уровне 6,9. Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играет угольная кислота и её анионы (Н 2 СО 3 и НСО 3 -) поддерживают рН= 7,4.

2. Обеспечение постоянства осмотического давления: внутри клетки концентрация солей выше – это обеспечивает поступление воды в клетку и создается тургорное давление.

3. Активация ферментов.

4. Образуют соединения с органическими веществами (Нb, хлорофил, тироксин, витамин В 12 , окислительные ферменты).

Биология — наука о жизни. Важнейшая задача биологии — изучение многообразия, строения, жизнедеятельности, индивидуального развития и эволюции живых организмов, их взаимоотношений со средой обитания.

Живые организмы имеют ряд особенностей, отличающих их от неживой природы. По отдельности каждое из отличий достаточно условно, поэтому их следует рассматривать в комплексе.

Признаки, отличающие живую материю от неживой:

1. способность к размножению и передаче наследственной информации следующему поколению;
2. обмен веществ и энергии;
3. возбудимость;
4. адаптированность к конкретным условиям обитания;
5. строительный материал — биополимеры (важнейшие из них — белки и нуклеиновые кислоты);
6. специализация от молекул до органов и высокая степень их организации;
7. рост;
8. старение;
9. смерть.

Уровни организации живой материи:

1. молекулярный,
2. клеточный,
3. тканевой,
4. органный,
5. организменный,
6. популяционно-видовой,
7. биогеоценотический,
8. биосферный.

Многообразие жизни

Первыми на нашей планете появились безъядерные клетки. Большинством ученых принимается, что ядерные организмы появились в результате симбиоза древних архебактерий с синезелеными водорослями и бактериями-окислителями (теория симбиогенеза).

Цитология

Цитология — наука о клетке . Изучает строение и функции клеток одноклеточных и многоклеточных организмов. Клетка является элементарной единицей строения, функционирования, роста и развития всех живых существ. Поэтому процессы и закономерности, характерные для цитологии, лежат в основе процессов, изучаемых многими другими науками (анатомия, генетика, эмбриология, биохимия и др.).

Химические элементы клетки

Химический элемент — определенный вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. В клетках обнаружено около 80 химических элементов. Их можно разделить на четыре группы:
1 группа — углерод, водород, кислород, азот (98% от содержимого клетки),
2 группа — калий, натрий, кальций, магний, сера, фосфор, хлор, железо (1,9%),
3 группа — цинк, медь, фтор, йод, кобальт, молибден и др. (меньше 0,01%),
4 группа — золото, уран, радий и др. (меньше 0,00001%).

Элементы первой и второй групп в большинстве пособий называют макроэлементами , элементы третьей группы — микроэлементами , элементы четвертой группы — ультрамикроэлементами . Для макро- и микроэлементов выяснены процессы и функции, в которых они участвуют. Для большинства ультрамикроэлементов биологическая роль не выявлена.

Атомы химических элементов в живых организмах образуют неорганические (вода, соли) и органические соединения (белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы). На атомном уровне различий между живой и неживой материей нет, различия появятся на следующих, более высоких, уровнях организации живой материи.

Вода

Вода — самое распространенное неорганическое соединение. Содержание воды составляет от 10% (зубная эмаль) до 90% массы клетки (развивающийся эмбрион). Без воды жизнь невозможна, биологическое значение воды определяется ее химическими и физическими свойствами.

Молекула воды имеет угловую форму: атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, часть, где находится кислород, — отрицательно, в связи с этим молекула воды является диполем. Между диполями воды образуются водородные связи. Физические свойства воды: прозрачна, максимальная плотность — при 4 °С, высокая теплоемкость, практически не сжимается; чистая вода плохо проводит тепло и электричество, замерзает при 0 °С, кипит при 100 °С и т.д. Химические свойства воды: хороший растворитель, образует гидраты, вступает в реакции гидролитического разложения, взаимодействует со многими оксидами и т.д. По отношению к способности растворяться в воде различают: гидрофильные вещества — хорошо растворимые, гидрофобные вещества — практически нерастворимые в воде.

Биологическое значение воды:

1. является основой внутренней и внутриклеточной среды,
2. обеспечивает поддержание пространственной структуры,
3. обеспечивает транспорт веществ,
4. гидратирует полярные молекулы,
5. служит растворителем и средой для диффузии,
6. участвует в реакциях фотосинтеза и гидролиза,
7. способствует охлаждению организма,
8. является средой обитания для многих организмов,
9. способствует миграциям и распространению семян, плодов, личиночных стадий,
10. является средой, в которой происходит оплодотворение,
11. у растений обеспечивает транспирацию и прорастание семян,
12. способствует равномерному распределению тепла в организме и мн. др.

Другие неорганические соединения клетки

Другие неорганические соединения представлены в основном солями, которые могут содержаться или в растворенном виде (диссоциированными на катионы и анионы), или твердом. Важное значение для жизнедеятельности клетки имеют катионы K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ (см. таблицу выше) и анионы HPO 4 2— , Cl — , HCO 3 — , обеспечивающие буферные свойства клетки. Буферность — способность поддерживать рН на определенном уровне (рН — десятичный логарифм величины, обратной концентрации водородных ионов). Величина рН, равная 7,0, соответствует нейтральному, ниже 7,0 — кислому, выше 7,0 — щелочному раствору. Для клеток и тканей характерна слабощелочная среда. За поддержание этой слабощелочной реакции отвечают фосфатная (1) и бикарбонатная (2) буферные системы.

Химический состав клетки

Химические элементы клетки.

Все клетки, независимо от уровня организации, сходны по химическому составу. В клетке содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных химических реакциях. В живых организмах обнаружено около 80 химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева. Для 24 элементов известны функции, которые они выполняют в организме, это биогенные элементы. По количественному содержанию в живом веществе элементы делятся на три категории:

Макроэлементы:

O, C, H, N - около 98% от массы живого вещества, элементы 1-ой группы;

K, Na, Ca, Mg, S, P, Cl, F e - элементы 2-ой группы. (1,9% массы живого вещества).

Микроэлементы (Zn, Mn, Cu, Co, Mo и многие другие), доля которых составляет от 0,001% до 0,000001. Микроэлементы входят в состав биологически активных веществ - ферментов, витаминов и гормонов.

Ультрамикроэлементы (Au, U, Ra и др.), концентрация которых не превышает 0,000001%. Роль большинства элементов этой группы до сих пор не выяснена.

Макро- и микроэлементы присутствуют в живой материи в виде разнообразных химических соединений, которые подразделяются на неорганические и органические вещества.

Неорганические соединения клетки.

К неорганическим веществам относятся: вода, составляющая примерно 70-80% массы организма; минеральные вещества - 1-1,5%.

Вода . Самое распространенное в живых организмах неорганическое соединение. Ее содержание колеблется в широких пределах: в клетках эмали зубов вода составляет по массе около 10%, а в клетках развивающегося зародыша - более 90%.

Без воды жизнь невозможна. Она не только обязательный компонент живых клеток, но и среда обитания организмов. Биологическое значение воды основано на ее химических и физических свойствах.

Химические и физические свойства воды объясняются, прежде всего, малыми размерами молекул воды, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями. В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Молекула полярна: кислородный атом несет небольшой отрицательный заряд, а два водородных - небольшие положительные заряды. Это делает молекулу воды диполем. Поэтому при взаимодействии молекул воды друг с другом между ними устанавливаются водородные связи. Они в 15-20 раз слабее ковалентной, но, поскольку каждая молекула воды способна образовывать 4 водородные связи, они существенно влияют на физические свойства воды. Большая теплоемкость, теплота плавления и теплота парообразования объясняются тем, что большая часть поглощаемого водой тепла расходуется на разрыв водородных связей между ее молекулами. Вода обладает высокой теплопроводностью. Вода практически не сжимается, прозрачна в видимом участке спектра. Наконец, вода -вещество, плотность которого в жидком состоянии больше, чем в твердом, при 4ºС у нее максимальная плотность, у льда плотность меньше, он поднимается на поверхность и защищает водоем от промерзания.

Физические и химические свойства делают ее уникальной жидкостью и определяют ее биологическое значение. Вода - хороший растворитель ионных (полярных), а также некоторых не ионных соединений, в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы. Любые полярные соединения в воде гидратируются (окружаются молекулами воды), при этом молекулы воды участвуют в образовании структуры молекул органических веществ. Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества больше, чем энергия притяжения между молекулами вещества, то вещество растворяется. По отношению к воде различают: гидрофильные вещества - вещества, хорошо растворимые в воде; гидрофобные вещества - вещества, практически нерастворимые в воде. Большинство биохимических реакций может идти только в водном растворе; многие вещества поступают в клетку и выводятся из нее в водном растворе. Большая теплоемкость и теплопроводность воды способствуют равномерному распределению тепла в клетке.

Благодаря большой потери тепла при испарении воды, происходит охлаждение организма. Благодаря силам адгезии и когезии, вода способна подниматься по капиллярам (один из факторов, обеспечивающих движение воды в сосудах растений). Вода является непосредственным участником многих химических реакций (гидролитическое расщепление белков, углеводов, жиров и др.). Определяет напряженное состояние клеточных стенок (тургор), а также выполняет опорную функцию (гидростатический скелет, например, у круглых червей).

Минеральные вещества клетки. В основном представлены солями, которые диссоциируют на анионы и катионы. Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны катионы К + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , анионы HPO 4 2- , Cl - , HCO 3 -. Концентрации ионов в клетке и окружающей ее среде различны. Например, во внешней среде (плазме крови, морской воде) K + всегда меньше, а Na + всегда больше, чем в клетке. Существует ряд механизмов, позволяющих клетке поддерживать определенное соотношение ионов в протопласте и внешней среде.

Различные ионы принимают участие во многих процессах жизнедеятельности клетки: катионы К + , Na + , Cl - обеспечивают возбудимость живых организмов; катионы Mg 2+ , Mn 2+ , Zn 2+ , Ca 2+ и др. необходимы для нормального функционирования многих ферментов; образование углеводов в процессе фотосинтеза невозможно без Mg 2+ (составная часть хлорофилла); буферные свойства клетки (поддержание слабощелочной реакции содержимого клетки) поддерживается анионами слабых кислот (НСО 3 - , НРО 4 -) и слабыми кислотами (Н 2 СО 3);

Фосфатная буферная система:

Низкий pH Высокий pH

НРО 4 2- + Н + ←―――――――→H 2 PO 4 -

Гидрофосфат - ион Дигидрофосфат - ион

Бикарбонатная буферная система:

Низкий pH Высокий pH

НСО 3 - + Н + ←―――――――→ H 2 СO 3

Гидрокарбонат - ион Угольная кислота

Некоторые неорганические вещества содержатся в клетке не только в растворенном, но и в твердом состоянии. Например, Са и Р содержатся в костной ткани, в раковинах моллюсков в виде двойных углекислых и фосфорнокислых солей.

Химические элементы, входящие в состав клетки.

В состав живой клетки входят около 60 химических элементов периодической системы Д. И Менделеева. Причем многие из них имеют наименьшие порядковые номера. А чем меньше порядковый номер химического элемента, тем чаще он встречается в живой природе.

Все химические элементы, входящие в состав клетки, можно разделить на
3 группы по встречаемости:

1) макроэлементы: углерод, водород, кислород и азот. Количество их в клетке наибольшее, составляет около 98%. Эти элементы входят в состав белка.

2) олигоэлементы или средние по встречаемости. Всего их 8: 5 из них металлы (натрий, калий, кальций, магний и железо) и 3 неметаллы (сера, фосфор и хлор). На долю олигоэлементов в клетке приходится 1,9%.

3) микроэлементы. Их в клетке очень мало, около 0,1% на более чем 40 элементов. Это йод, цинк, медь, фтор и др. Недостаток или отсутствие микроэлементов может вызвать серьезные заболевания. Например, недостаток йода вызывает нарушение функции щитовидной железы, в результате чего развивается зоб.

По химическому составу, входящие в клетку вещества, делятся на 2 группы:

– Неорганические (встречаются и в неживой природе)

– Органические (характерны только для живых организмов)

Вода . Количество воды в клетке максимально и составляет 70–80%.

Роль воды в клетке очень велика:

1) Вода является универсальным растворителем. В ней растворяются различные органические и неорганические вещества. В зависимости от того, как различные вещества растворяются в воде, выделяют 2 группы веществ:

– гидрофильные (от греч. hydor – вода, phileo – люблю) – это вещества хорошо растворимые в воде. К ним относятся многие соли, кислоты, белки, углеводы и др.

– гидрофобные (от греч. hydor – вода, phobos – страх) – это нерастворимые или плохо растворимые в воде вещества. К ним относятся жиры и жироподобные вещества.

2) Большинство химических процессов в клетке протекают только в водных растворах. Вода непосредственно участвует во многих химических внутриклеточных реакциях (гидролиз, т.е. расщепление белков, жиров и других веществ).

3) Объем и упругость клетки зависят от количества воды в ней.

4) Вода обладает высокой теплоемкостью, она обеспечивает терморегуляцию клетки.

Молекулы воды полярны и способны образовывать комплексы из нескольких молекул за счет возникновения водородных связей. При повышении температуры окружающей среды часть тепла затрачивается на разрыв водородных связей между молекулами воды, при этом температура внутренней среды практически не меняется. При охлаждении вновь возникают водородные связи между молекулами воды, и выделяется тепло.

Кроме воды в клетке содержатся слабые кислоты, основания, а также множество солей.

Соли в клетке находятся в диссоциированном состоянии. Важное значение в жизнедеятельности клетки имеют К + , Na + Ca 2+ Mg 2+ и HPO 2- , H 2 PO 4 , НСО 3 , Cl – . С помощью анионов слабых кислот поддерживается практически на постоянном уровне реакция внутренней среды клетки, близкая к нейтральной (слабощелочная).

Концентрация ионов внутри клетки и в межклеточной жидкости различна. Особенно резкие различия характерны для Na + (локализуется в основном в межклеточной жидкости) и К + (содержатся в клетке в высокой концентрации), играющих важную роль в работе нервных и мышечных волокон.

Содержание различных солей в клетке поддерживается на определенном уровне. Значительное изменение их концентрации может вызвать серьезные нарушения в клетке, и даже гибель ее. Снижение концентрации Ca 2+ в крови млекопитающих вызывает судороги и смерть. Для нормального сокращения сердечной мышцы необходимо определенное соотношение К + , Na + Ca 2+ . При изменении баланса этих ионов работа сердечной мышцы нарушается.

Часто неорганические вещества в клетке образуют комплексы с белками, углеводами и жирами.