Тип урок -комбинирани

Методи:частично търсеща, проблемна, обяснителна и илюстративна.

Мишена:

Формиране у учениците на цялостна система от знания за живата природа, нейната системна организация и еволюция;

Способност да дава аргументирана оценка на нова информация по биологични въпроси;

Възпитаване на гражданска отговорност, самостоятелност, инициативност

Задачи:

Образователни: за биологичните системи (клетка, организъм, вид, екосистема); история на развитието на съвременните представи за живата природа; изключителни открития в биологичната наука; ролята на биологичната наука за формирането на съвременната природонаучна картина на света; методи на научно познание;

развитиетворчески способности в процеса на изучаване на изключителните постижения на биологията, които са влезли в универсалната човешка култура; сложни и противоречиви начини за развитие на съвременни научни възгледи, идеи, теории, концепции, различни хипотези (за същността и произхода на живота, човека) в процеса на работа с различни източници на информация;

Възпитаниеубеденост във възможността за познаване на живата природа, необходимостта от грижа за околната среда и собственото здраве; уважение към мнението на опонента при обсъждане на биологични проблеми

Лични резултати от изучаване на биология:

1. възпитание на руска гражданска идентичност: патриотизъм, любов и уважение към отечеството, чувство на гордост за родината; осъзнаване на своята етническа принадлежност; усвояване на хуманистични и традиционни ценности на многонационалното руско общество; възпитаване на чувство за отговорност и дълг към Родината;

2. формирането на отговорно отношение към ученето, готовността и способността на учениците за саморазвитие и самообразование въз основа на мотивация за учене и знания, съзнателен избор и изграждане на по-нататъшна индивидуална образователна траектория въз основа на ориентация в света на професии и професионални предпочитания с отчитане на устойчиви познавателни интереси;

Метапредметни резултати от обучението по биология:

1. способността самостоятелно да определя целите на своето обучение, да поставя и формулира нови цели за себе си в учебната и познавателната дейност, да развива мотивите и интересите на своята познавателна дейност;

2. владеене на компонентите на изследователската и проектната дейност, включително способността да се вижда проблем, да се задават въпроси, да се излагат хипотези;

3. способност за работа с различни източници на биологична информация: намиране на биологична информация в различни източници (текст от учебници, научно-популярна литература, биологични речници и справочници), анализиране и

оценява информацията;

Когнитивна: идентифициране на съществени характеристики на биологични обекти и процеси; предоставяне на доказателства (аргументация) за връзката между хората и бозайниците; взаимоотношения между хората и околната среда; зависимост на човешкото здраве от състоянието на околната среда; необходимостта от опазване на околната среда; овладяване на методите на биологичната наука: наблюдение и описание на биологични обекти и процеси; поставяне на биологични експерименти и обяснение на резултатите от тях.

Регулаторни:способността за самостоятелно планиране на начини за постигане на цели, включително алтернативни, за съзнателен избор на най-ефективните начини за решаване на образователни и когнитивни проблеми; способност за организиране на образователно сътрудничество и съвместни дейности с учителя и връстниците; работа индивидуално и в група: намиране на общо решение и разрешаване на конфликти въз основа на координиране на позициите и отчитане на интересите; формиране и развитие на компетентност в областта на използването на информационни и комуникационни технологии (наричани по-нататък ИКТ компетентности).

Комуникативен:формирането на комуникативна компетентност в общуването и сътрудничеството с връстници, разбиране на характеристиките на половата социализация в юношеството, социално полезни, образователни и изследователски, творчески и други видове дейности.

Технологии : Опазване на здравето, проблемно, развиващо обучение, групови дейности

Техники:анализ, синтез, извод, превод на информация от един вид в друг, обобщение.

По време на часовете

Задачи

Запознайте учениците с химичния състав на клетките.

Разкрийте структурните особености на водните молекули, които определят нейната роля в живота на клетките и организмите.

Характеризирайте ролята на минералните соли и техните съставни катиони и аниони в живота на клетката.

Основни положения

Биологичната еволюция представлява естествен етап от развитието на материята като цяло.

Космическите и планетарни предпоставки за възникване на живот са размерът на планетата, разстоянието от Слънцето, кръговата орбита и постоянството на излъчването на звездата.

Възстановителният характер на атмосферата на първобитната Земя се разглежда като химическа предпоставка за появата на живот на нашата планета.

Абиогенно, от компонентите на първичната атмосфера на Земята под въздействието на енергията на мълниеносните разряди, мощното силно ултравиолетово лъчение от Слънцето и др., Могат да възникнат различни прости органични молекули - мономери на биологични полимери.

Във водни разтвори при по-меки условия се образуват по-сложни съединения в резултат на взаимодействието на прости органични молекули.

Коацерватите са мултимолекулни комплекси, заобиколени от обща водна обвивка.

Капките Coacervate имат способността да абсорбират селективно вещества от околната среда и да извършват прости метаболитни реакции.

По време на образуването на вътрешната среда на коацерватите протичащите в тях процеси на синтез доведоха до появата на мембрани и специфични катализатори от протеинова природа.

Най-важното събитие на предбиологичната еволюция е появата на генетичния код под формата на последователност от РНК кодони и след това ДНК, която се оказа способна да съхранява информация за най-успешните комбинации от аминокиселини в протеинови молекули.

Появата на първите клетъчни форми бележи началото на биологичната еволюция, началните етапи на която се характеризират с появата на еукариотни организми, полов процес и появата на първите многоклетъчни организми.

Проблемни зони

Как може да се преодолее концентрационната бариера във водите на първичния океан?

Какви са принципите на естествения подбор на коацерватите в условията на ранната Земя?

Какви големи еволюционни трансформации съпътстваха първите стъпки на биологичната еволюция?

Неорганични вещества, които изграждат клетката

Около 70 елемента от периодичната таблица на химичните елементи са открити в клетките на различни организми D.I. Менделеев, но само 24 от тях имат установено значение и се намират постоянно във всички видове клетки.

Най-голям дял в елементния състав на клетката заемат кислородът, въглеродът, водородът и азотът. Това са така наречените основни или биогенни елементи. Тези елементи съставляват повече от 95% от масата на клетките, а относителното им съдържание в живата материя е много по-високо, отколкото в земната кора.

Жизненоважните са калций, фосфор, сяра, калий, хлор, натрий, магнезий и желязо. Съдържанието им в клетката се изчислява в десети и стотни от процента. Изброените елементи съставляват група от макроелементи.

Други химични елементи: мед, кобалт, манган, молибден, цинк, бор, флуор, хром, селен, алуминий, йод, силиций - се съдържат изключително в малки количества (по-малко от 0,01% от клетъчната маса). Принадлежат към групата на микроелементите.

Процентното съдържание на даден елемент в организма по никакъв начин не характеризира степента на важност и необходимост в организма. Например, много микроелементи влизат в състава на различни биологично активни вещества - ензими, витамини, хормони, те влияят върху растежа и развитието, хемопоезата, процесите на клетъчно дишане и др.

вода. Най-разпространеното неорганично съединение в живите организми е водата. Съдържанието му варира в широки граници: в клетките на зъбния емайл има около 10% вода, а в клетките на развиващия се ембрион - повече от 90%. Средно в многоклетъчния организъм водата съставлява около 80% от телесното тегло.

Ролята на водата в клетката е много важна. Неговите функции се определят до голяма степен от неговата химическа природа. Диполният характер на структурата на молекулите определя способността на водата активно да взаимодейства с различни вещества. Неговите молекули причиняват разграждането на редица водоразтворими вещества до катиони и аниони. В резултат на това йоните бързо влизат в химични реакции. Повечето химични реакции включват взаимодействия между водоразтворими вещества.

вода.Играе важна роля в живота на клетките и живите организми като цяло. Освен, че е част от състава им, за много организми е и местообитание. Ролята на водата в клетката се определя от нейните свойства. Тези свойства са доста уникални и се свързват главно с малкия размер на водните молекули, с полярността на нейните молекули и със способността им да се свързват една с друга чрез водородни връзки.

Молекулите на водата имат нелинейна пространствена структура. Атомите във водната молекула се държат заедно чрез полярни ковалентни връзки, които свързват един кислороден атом с два водородни атома. Полярността на ковалентните връзки се обяснява в този случай със силната електроотрицателност на кислородните атоми спрямо водородния атом; Кислородният атом привлича електрони от техните общи електронни двойки.

В резултат на това се появява частично отрицателен заряд на кислородния атом и частично положителен заряд на водородните атоми. Водородните връзки възникват между кислородните и водородните атоми на съседните водни молекули.

Водата е отличен разтворител за полярни вещества, като соли, захари, алкохоли и киселини. Веществата, които са разтворими във вода, се наричат хидрофилен.

Веществата, които са неразтворими във вода, се наричат хидрофобен.

Водата има висок топлинен капацитет. Разкъсването на водородните връзки, които държат водните молекули заедно, изисква усвояването на голямо количество енергия. Това свойство осигурява поддържането на топлинния баланс на тялото при значителни температурни промени в околната среда. Освен това водата има висока топлопроводимост, което позволява на тялото да поддържа еднаква температура в целия си обем. Водата също има високо топлина на изпарение, т.е. способността на молекулите да отвеждат значително количество топлина, охлаждайки тялото. Това свойство на водата се използва при изпотяване при бозайници, термичен задух при крокодили и транспирация (изпарение) при растенията, като ги предпазва от прегряване.

Биологични свойства на водата:

транспорт. Водата осигурява движението на веществата в клетката и тялото, усвояването на веществата и отстраняването на метаболитните продукти.

Метаболитен. Водата е среда за много биохимични реакции в клетката.

Структурни. Цитоплазмата на клетките съдържа от 60 до 95% вода. При растенията водата определя тургора на клетките.

вода участва в образуването на смазочни течности и слуз. Влиза в състава на слюнката, жлъчката, сълзите и др.

Минерални соли. Повечето от неорганичните вещества на клетката са под формата на соли. Във воден разтвор молекулите на солта се дисоциират на катиони и аниони. Най-важните катиони са: K+, Na+, Ca2+, Mg2+ и аниони: Cl-, H2PO4-, HPO42-, HCO3-, NO3-, SO42-. Значително е не само съдържанието, но и съотношението на йони в клетката.

Буферните свойства на клетката зависят от концентрацията на соли вътре в клетката.

Буфернаричаме способността на клетката да поддържа леко алкална реакция на съдържанието си на постоянно ниво.

Въпроси за обсъждане

Какъв е приносът на различните елементи за организацията на живата и неживата материя?

Как се проявяват физикохимичните свойства на водата в подпомагането на жизнените процеси на клетката и целия организъм?

Въпроси и задачи за преглед

1.Какво вещество е в основата на вътрешната среда на живите организми?

2. Как ще се отрази липсата на всеки необходим елемент върху жизнената дейност на клетката и организма? Дайте примери за подобни явления?

3.Катионите на кои елементи осигуряват най-важното свойство на живите организми - раздразнителност?

4. Намерете в справочния материал елементите, съдържащи се в най-малки количества в клетката. Какво е общото им име? Каква роля изпълняват в клетката?

Неорганичнивеществаклетки

Водата и нейната роля в живота на клетката

Химичен състав на клетката. Неорганични съединения.

Ресурси

В. Б. ЗАХАРОВ, С. Г. МАМОНТОВ, Н. И. СОНИН, Е. Т. ЗАХАРОВА УЧЕБНИК „БИОЛОГИЯ” ЗА ОБЩООБРАЗОВАТЕЛНИ ИНСТИТУЦИИ (10-11 клас).

А. П. Плехов Биология с основи на екологията. Поредица „Учебници за ВУЗ. Специална литература”.

Книга за учители Сивоглазов В.И., Сухова Т.С. Козлова Т. А. Биология: общи модели.

Хостинг на презентации

Тема: “Химичен състав на клетката.”

план:

1. Неорганични вещества на клетката.

2. Органични вещества на клетката.

Клетката съдържа около 70 химични елемента от периодичната таблица на Менделеев, които се срещат и в неживата природа. Това показва единството на органичния и неорганичния свят. Съотношението на химичните елементи в живата и неживата материя обаче е различно.

В зависимост от съдържанието им в живия организъм химичните елементи се делят на няколко групи:

1 група - макроелементи(съставляват 98% от масата на клетката): водород, кислород, въглерод и азот. Те са част от въглехидратите, мазнините и протеините.

2-ра група - макроелементи(съставляват приблизително 1,9% от общия състав на клетката): сяра, фосфор, хлор, калий, натрий, магнезий, калций, желязо. Те също така изпълняват важна функция в клетката. Например натрият, калият и калцият осигуряват пропускливостта на клетъчните мембрани за различни вещества и провеждането на импулси по нервните влакна. Ca е един от факторите, от които зависи нормалното съсирване на кръвта. Fe е част от хемоглобина, протеин на червените кръвни клетки, участващ в преноса на кислород от белите дробове към тъканите.

3 група - микроелементи(0,1%): цинк, мед, йод, флуор, кобалт, манган, бор и др. Те също изпълняват важна функция. Микроелементите влизат в състава на ензими, витамини, хормони - вещества с голяма биологична активност. Липсата или липсата на каквито и да е микроелементи в организма може да причини заболяване. Например липса йод, който е част от хормона на щитовидната жлеза - тироксин, води до намаляване на образуването му, хипофункция на органа и развитие на заболяването. Цинквлиза в състава на редица ензими на хормона на панкреаса - инсулин; повишава активността на половите хормони. Кобалт– необходим компонент на витамин B 12, който участва в процеса на синтеза на NK, в метаболизма на протеините и е много важен за хемопоезата.

4 група - ултрамикроелементи(под 0,00001%): злато, сребро, живак, уран, берилий, радий и др. Ролята им не е напълно проучена.

Въз основа на химичния състав веществата, влизащи в клетката, се разделят на неорганичен(среща се и в неживата природа) и органични, характерни за живите организми.

Неорганични вещества на клетката.

вода- най-често срещаното неорганично съединение. Средно в многоклетъчния организъм той съставлява 80% от телесното тегло. Функцията на водата до голяма степен се определя от нейните химични и физични свойства. Тези свойства са свързани с малкия размер на водните молекули, тяхната полярност и способността да се свързват една с друга чрез водородни връзки.

Водна функция:

1. Водата е основният разтворител на полярните вещества (соли, захар, киселини, алкохоли и др.). По отношение на водата всички вещества се разделят на 2 групи: веществата, които са силно разтворими във вода, се наричат хидрофилен. Водата не разтваря неполярни вещества (мазнини, масла) и не се смесва с тях, тъй като не може да образува водородни връзки с тях. Веществата, които са неразтворими във вода, се наричат хидрофобен.

2. Водата има добра топлопроводимост и висок топлинен капацитет, така че температурата вътре в клетката остава непроменена или нейните колебания са значително по-малки, отколкото в околната среда около клетката.

3. Водата има висока топлина на изпарение, т.е. способността на молекулите да отвеждат значително количество топлина, охлаждайки тялото (това свойство на водата се използва при изпотяване при бозайници).

4. Водата осигурява както навлизането на вещества в клетката, така и извеждането от нея.

5. Водата е източник на O 2 и H 2 по време на фотосинтезата.

6. Водата е стабилизатор на клетъчната структура поради полярността на молекулите

7. Вода – осморегулатор: осигурява еластичност и обем на клетката.

8. Водата е участник в хидролизата и окислението на високомолекулни вещества.

Минерални соли.Повечето от неорганичните вещества в клетката са под формата на соли. Молекулите на солта във воден разтвор се дисоциират на катиони и аниони (NaCl = Na + + Cl -; NaSO 4 = Na + + SO 4 2-)

Най-важните катиони са: K +, Na +, Ca 2+, NH 4 + и аниони: Cl -, H 2 PO 4 -, HCO 3 -, NO 3 -, SO 4 2-.

Разликата между количествата катиони и аниони на повърхността и вътре в клетката осигурява възникването на потенциал на действие, който е в основата на нервното и мускулното възбуждане.

Функции:

1. Поддържане на постоянството на вътрешната среда на тялото: анионите на фосфорната киселина (H 2 PO 4 и HPO 4 2-) създават буферна система, която поддържа рН вътре в клетката на 6,9. В извънклетъчната течност и в кръвта въглеродната киселина играе ролята на буфер и нейните аниони (H 2 CO 3 и HCO 3 -) поддържат pH = 7,4.

2. Осигуряване на постоянно осмотично налягане: вътре в клетката концентрацията на соли е по-висока - това осигурява притока на вода в клетката и създава тургорно налягане.

3. Активиране на ензими.

4. Образувайте съединения с органични вещества (Hb, хлорофил, тироксин, витамин B 12, окислителни ензими).

Биология- наука за живота. Най-важната задача на биологията е изучаването на разнообразието, структурата, жизнената активност, индивидуалното развитие и еволюцията на живите организми, техните взаимоотношения с околната среда.

Живи организмиимат редица особености, които ги отличават от неживата природа. Поотделно, всяка от разликите е доста произволна, така че те трябва да се разглеждат в комбинация.

Признаци, които отличават живата материя от неживата:

1. способността за възпроизвеждане и предаване на наследствена информация на следващото поколение;
2. метаболизъм и енергия;
3. възбудимост;
4. адаптивност към специфични условия на живот;
5. строителен материал - биополимери (най-важните от тях са протеини и нуклеинови киселини);
6. специализация от молекули до органи и висока степен на тяхната организация;
7. височина;
8. стареене;
9. смърт.

Нива на организация на живата материя:

1. молекулярно,
2. клетъчен,
3. плат,
4. орган,
5. организмов,
6. популация-вид,
7. биогеоценотичен,
8. биосфера.

Разнообразието на живота

Безядрените клетки бяха първите, които се появиха на нашата планета. Повечето учени приемат, че ядрените организми са се появили в резултат на симбиозата на древни архебактерии със синьо-зелени водорасли и окислителни бактерии (теорията на симбиогенезата).

Цитология

Цитология- науката за клетка. Изучава структурата и функциите на клетките на едноклетъчните и многоклетъчните организми. Клетката е елементарна единица за структура, функциониране, растеж и развитие на всички живи същества. Следователно процесите и моделите, характерни за цитологията, са в основата на процесите, изучавани от много други науки (анатомия, генетика, ембриология, биохимия и др.).

Химични елементи на клетката

Химичен елемент- определен вид атом със същия положителен ядрен заряд. В клетките са открити около 80 химични елемента. Те могат да бъдат разделени на четири групи:
Група 1 - въглерод, водород, кислород, азот (98% от клетъчното съдържание),
Група 2 - калий, натрий, калций, магнезий, сяра, фосфор, хлор, желязо (1,9%),
Група 3 - цинк, мед, флуор, йод, кобалт, молибден и др. (по-малко от 0,01%),
Група 4 - злато, уран, радий и др. (по-малко от 0,00001%).

Елементите от първата и втората група в повечето ръководства се наричат макроелементи, елементи от третата група - микроелементи, елементи от четвърта група - ултрамикроелементи. За макро- и микроелементите са изяснени процесите и функциите, в които участват. За повечето ултрамикроелементи не е установена биологична роля.

Атомите на химичните елементи в живите организми се образуват неорганичен(вода, соли) и органични съединения(протеини, нуклеинови киселини, липиди, въглехидрати). На атомно ниво няма разлики между живата и неживата материя; разликите ще се появят на следващите, по-високи нива на организация на живата материя.

вода

вода- най-често срещаното неорганично съединение. Съдържанието на вода варира от 10% (емайл на зъбите) до 90% от клетъчната маса (развиващ се ембрион). Без вода животът е невъзможен; биологичното значение на водата се определя от нейните химични и физични свойства.

Молекулата на водата има ъглова форма: водородните атоми образуват ъгъл от 104,5° спрямо кислорода. Частта от молекулата, където се намира водородът, е положително заредена, частта, където се намира кислородът, е отрицателно заредена и следователно водната молекула е дипол. Между водните диполи се образуват водородни връзки. Физични свойства на водата:прозрачен, максимална плътност при 4 °C, висок топлинен капацитет, практически не се компресира; Чистата вода провежда лошо топлина и електричество, замръзва при 0 °C, кипи при 100 °C и т.н. Химични свойства на водата:добър разтворител, образува хидрати, претърпява реакции на хидролитично разлагане, взаимодейства с много оксиди и др. Във връзка със способността да се разтварят във вода се разграничават: хидрофилни вещества- силно разтворим, хидрофобни вещества- практически неразтворим във вода.

Биологично значение на водата:

1. е основата на вътрешната и вътреклетъчната среда,
2. осигурява поддържането на пространствената структура,
3. осигурява транспорт на вещества
4. хидратира полярните молекули,
5. служи като разтворител и среда за дифузия,
6. участва в реакциите на фотосинтеза и хидролиза,
7. помага за охлаждане на тялото,
8. е местообитание за много организми,
9. насърчава миграцията и разпространението на семена, плодове, ларви,
10. е средата, в която се извършва оплождането,
11. в растенията осигурява транспирация и покълване на семената,
12. насърчава равномерното разпределение на топлината в тялото и много други. и т.н.

Други неорганични съединения на клетката

Други неорганични съединения са представени главно от соли, които могат да бъдат намерени или в разтворена форма (дисоцирани на катиони и аниони) или в твърдо състояние. Катионите K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ (виж таблицата по-горе) и анионите HPO 4 2 - , Cl - , HCO 3 - са важни за живота на клетката, осигурявайки буферните свойства на клетката . Буфериране- способността да се поддържа рН на определено ниво (рН е десетичният логаритъм на реципрочната стойност на концентрацията на водородни йони). Стойност на рН 7,0 съответства на неутрален разтвор, под 7,0 на кисел разтвор и над 7,0 на алкален разтвор. Клетките и тъканите се характеризират с леко алкална среда. Фосфатната (1) и бикарбонатната (2) буферни системи са отговорни за поддържането на тази леко алкална реакция.

Химичен състав на клетката

Химични елементи на клетката.

Всички клетки, независимо от нивото на организация, са подобни по химичен състав. Клетката съдържа няколко хиляди вещества, които участват в различни химични реакции. В живите организми са открити около 80 химически елемента от периодичната таблица на Д. И. Менделеев. За 24 елемента са известни функциите, които изпълняват в тялото, това са биогенен елементи. Въз основа на количественото си съдържание в живата материя елементите се делят на три категории:

Макронутриенти:

O, C, H, N- около 98% от масата на живата материя, елементи от 1-ва група;

K, Na, Ca, Mg, S, P, Cl, F e - елементи от 2-ра група. (1,9% от масата на живата материя).

Микроелементи (Zn, Mn, Cu, Co, Mo и много други),чийто дял варира от 0,001% до 0,000001. Микроелементите влизат в състава на биологично активни вещества - ензими, витамини и хормони.

Ултрамикроелементи (Au, U, Ra и др.),чиято концентрация не надвишава 0,000001%. Ролята на повечето елементи от тази група все още не е изяснена.

Макро- и микроелементите присъстват в живата материя под формата на различни химически съединения,които се делят на неорганични и органични вещества .

Неорганични съединения на клетката.

Неорганичните вещества включват: вода,съставляващи приблизително 70-80% от теглото на тялото; минерали - 1-1,5%.

вода. Най-често срещаното неорганично съединение в живите организми. Съдържанието му варира в широки граници: в клетките на зъбния емайл водата е около 10% от теглото, а в клетките на развиващия се ембрион - повече от 90%.

Без вода животът е невъзможен. Той е не само основен компонент на живите клетки, но и местообитанието на организмите. Биологичното значение на водата се основава на нейните химични и физични свойства.

Химическите и физичните свойства на водата се обясняват преди всичко с малкия размер на водните молекули, тяхната полярност и способността да се свързват помежду си чрез водородни връзки. Във водната молекула един кислороден атом е ковалентно свързан с два водородни атома. Молекулата е полярна: кислородният атом носи малък отрицателен заряд, а двата водородни атома носят малки положителни заряди. Това прави водната молекула дипол. Следователно, когато водните молекули взаимодействат една с друга, между тях се установяват водородни връзки. Те са 15-20 пъти по-слаби от ковалентните, но тъй като всяка водна молекула е способна да образува 4 водородни връзки, те значително влияят върху физичните свойства на водата. Големият топлинен капацитет, топлината на топене и топлината на изпаряване се обясняват с факта, че по-голямата част от погълнатата от водата топлина се изразходва за разрушаване на водородните връзки между нейните молекули. Водата има висока топлопроводимост. Водата е практически несвиваема и прозрачна във видимата част на спектъра. И накрая, водата е вещество, чиято плътност в течно състояние е по-голяма, отколкото в твърдо състояние; при 4ºC има максимална плътност, ледът има по-ниска плътност, издига се на повърхността и предпазва резервоара от замръзване.

Физичните и химичните свойства го правят уникална течност и определят биологичното му значение. Водата е добър разтворител за йонни (полярни) съединения, както и за някои нейонни съединения, чиито молекули съдържат заредени (полярни) групи. Всички полярни съединения във вода хидратиран(заобиколени от водни молекули), докато водните молекули участват в образуването на структурата на молекулите на органичните вещества. Ако енергията на привличане на водните молекули към молекулите на веществото е по-голяма от енергията на привличане между молекулите на веществото, тогава веществото се разтваря. Във връзка с водата има: хидрофилни вещества -вещества, които са силно разтворими във вода; хидрофобни вещества- вещества, които са практически неразтворими във вода. Повечето биохимични реакции могат да протичат само във воден разтвор; Много вещества влизат и излизат от клетката във воден разтвор. Високият топлинен капацитет и топлопроводимост на водата допринасят за равномерното разпределение на топлината в клетката.

Поради голямата загуба на топлина при изпаряването на водата тялото се охлажда. Благодарение на силите на сцепление и сцепление, водата може да се издигне през капилярите (един от факторите, осигуряващи движението на водата в съдовете на растенията). Водата е пряк участник в много химични реакции (хидролитично разграждане на протеини, въглехидрати, мазнини и др.). Определя напрегнатото състояние на клетъчните стени (тургор), а също така изпълнява поддържаща функция (хидростатичен скелет, например при кръгли червеи).

Минерали на клетката.Те са представени главно от соли, които се дисоциират на аниони и катиони. За жизнените процеси на клетката най-важните катиони са K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ и анионите HPO 4 2-, Cl -, HCO 3 -. Концентрациите на йони в клетката и околната среда са различни. Например във външната среда (кръвна плазма, морска вода) K + винаги е по-малко, а Na + винаги е повече, отколкото в клетката. Съществуват редица механизми, които позволяват на клетката да поддържа определено съотношение на йони в протопласта и външната среда.

Различни йони участват в много процеси на клетъчния живот: катиони K +, Na +, Cl - осигуряват възбудимостта на живите организми; катиони Mg 2+, Mn 2+, Zn 2+, Ca 2+ и др. са необходими за нормалното функциониране на много ензими; образуването на въглехидрати по време на фотосинтезата е невъзможно без Mg 2+ (компонент на хлорофила); буферните свойства на клетката (поддържане на леко алкална реакция на клетъчното съдържание) се поддържат от аниони на слаби киселини (HCO 3 -, HPO 4 -) и слаби киселини (H 2 CO 3);

Фосфатна буферна система:

Ниско pH Високо pH

NPO 4 2- + H + ←―――――――→H 2 PO 4 -

Хидроген фосфат - йон Дихидроген фосфат - йон

Бикарбонатна буферна система:

Ниско pH Високо pH

HCO 3 - + H + ←―――――――→ H 2 CO 3

Бикарбонат - йон Карбонова киселина

Някои неорганични вещества се съдържат в клетката не само в разтворено, но и в твърдо състояние. Например Ca и P се съдържат в костната тъкан и в черупките на мекотелите под формата на двоен въглероден диоксид и фосфатни соли.

Химически елементи, които изграждат клетката.

Съставът на живата клетка включва около 60 химични елемента от периодичната таблица на Д. И. Менделеев. Освен това много от тях имат най-малките серийни номера. И колкото по-нисък е поредният номер на химичния елемент, толкова по-често се среща в живата природа.

Всички химични елементи, които изграждат една клетка, могат да бъдат разделени на
3 групи според поява:

1) макроелементи: въглерод, водород, кислород и азот. Техният брой в клетката е най-голям, около 98%. Тези елементи са част от протеина.

2) олигоелементи или средни по поява. Има общо 8 от тях: 5 от тях са метали (натрий, калий, калций, магнезий и желязо) и 3 са неметали (сяра, фосфор и хлор). Делът на олигоелементите в клетката е 1,9%.

3) микроелементи. В клетката има много малко от тях, около 0,1% от повече от 40 елемента. Това са йод, цинк, мед, флуор и др. Липсата или липсата на микроелементи може да причини сериозни заболявания. Например дефицитът на йод причинява дисфункция на щитовидната жлеза, което води до развитие на гуша.

Въз основа на химичния състав веществата, влизащи в клетката, се разделят на 2 групи:

– Неорганични (среща се и в неживата природа)

– Органични (характерни само за живи организми)

вода . Количеството вода в клетката е максимално и е 70–80%.

Ролята на водата в клетката е много важна:

1) Водата е универсален разтворител. В него се разтварят различни органични и неорганични вещества. В зависимост от това как различните вещества се разтварят във вода, има 2 групи вещества:

– хидрофилен(от гръцки hydor - вода, phileo - любов) - това са вещества, които са силно разтворими във вода. Те включват много соли, киселини, протеини, въглехидрати и др.

– хидрофобен(от гръцки hydor - вода, phobos - страх) - това са неразтворими или слабо разтворими вещества във вода. Те включват мазнини и подобни на мазнини вещества.

2) Повечето химични процеси в клетката протичат само във водни разтвори. Водата участва пряко в много химични вътреклетъчни реакции (хидролиза, т.е. разграждане на протеини, мазнини и други вещества).

3) Обемът и еластичността на клетката зависят от количеството вода в нея.

4) Водата има висок топлинен капацитет; осигурява терморегулация на клетката.

Молекулите на водата са полярни и са способни да образуват комплекси от няколко молекули поради образуването на водородни връзки. С повишаването на температурата на околната среда част от топлината се изразходва за разрушаване на водородните връзки между водните молекули, докато температурата на вътрешната среда остава практически непроменена. При охлаждане водородните връзки между водните молекули се появяват отново и се отделя топлина.

Освен вода клетката съдържа слаби киселини, основи и много соли.

соли са в дисоциирано състояние в клетката. K + , Na + Ca 2+ Mg 2+ и HPO 2- , H 2 PO 4 , HCO 3 , Cl – са важни в живота на клетката. С помощта на аниони на слаби киселини реакцията на вътрешната среда на клетката се поддържа на почти постоянно ниво, близко до неутрално (слабо алкално).

Концентрацията на йони вътре в клетката и в междуклетъчната течност е различна. Особено резки разлики са характерни за Na + (локализиран главно в междуклетъчната течност) и K + (съдържащ се във високи концентрации в клетката), които играят важна роля в работата на нервните и мускулните влакна.

Съдържанието на различни соли в клетката се поддържа на определено ниво. Значителна промяна в тяхната концентрация може да причини сериозни смущения в клетката и дори нейната смърт. Намаляването на концентрацията на Ca 2+ в кръвта на бозайниците причинява конвулсии и смърт. За нормалното свиване на сърдечния мускул е необходимо определено съотношение на K +, Na + Ca 2+. Когато балансът на тези йони се промени, работата на сърдечния мускул се нарушава.

Често неорганичните вещества в клетката образуват комплекси с протеини, въглехидрати и мазнини.