§ 02. Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества

1. Каково содержание воды в живых организмах? От чего это зависит?

Вода в живых организмах — основная среда, в которой происходят процессы обмена веществ. Она образует основу внутренней среды организма животных и человека — крови» лимфы, тканевой жидкости. Содержание воды зависит от вида организма, типа клеток и их функционального состояния. Наибольшее содержание воды имеют организмы на эмбриональной стадии развития (до 95 %). В зависимости от вида тканей количество в них воды различается. Так, в сером веществе мозга оно составляет 85 %, в костной ткани — 20 %, жировой — около 40 %, мышечной — 75 %, в эмали зубов — 10 %.

С возрастом любого организма количество воды в клетках заметно уменьшается и функциональная активность клеток и организма в целом снижается.

2. Каковы основные функции воды в живых организмах?

Роль воды в клетке определяется ее химическими и структурными свойствами. Эти свойства связаны с малыми размерами молекул воды, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями. Поэтому вода является хорошим растворителем для полярных веществ, называемых гидрофильными. Вода — участник всех реакций гидролиза. Обладая высокой удельной теплоемкостью и теплопроводностью, она стабилизирует температуру тела и
обеспечивает равномерное распределение в организме тепла, что создает оптимальную среду для жизнедеятельности. Высокое поверхностное натяжение воды имеет важное значение для передвижения растворов по тканям (капиллярный кровоток, восходящий и нисходящий токи по растению и т. п.). Благодаря свойству вязкости вода входит с состав смазывающих жидкостей в позвоночных суставах, плевральной полости легких. Испарение воды сопровождается охлаждением тела, что используется животными при потоотделении, тепловой одышке у собак, транс-пирации у растений. Свойство несжимаемости воды обеспечивает тургорное давление клеткам растений, формирует гидростатический скелет круглым и кольчатым червям.

3. В каких химических реакциях в организме участвует вода? Приведите примеры таких реакций.

Вода — активный участник метаболических реакций в клетке. Так, она участвует в реакциях гидролиза биополимеров до мономеров (например, крахмал + вода = глюкоза; белки + вода = аминокислоты), высвобождении энергии АТФ (АТФ + Н20 = АДФ + Н3Р04 + Е (40 кДж) и ряде других реакций.

4. Почему вода является хорошим растворителем?

Вода — самый распространенный в природе растворитель для большинства веществ, необходимых организмам (минеральных солей, моно- и дисахаридов, спиртов, кислот и др.). Это свойство воде придает полярность ее молекулы и способность образовывать водородные связи с другими веществами, называемыми гидрофильными. К ним относятся ионные соединения, у которых заряженные частицы (ионы) диссоциируют (отделяются друг от друга) в воде, когда вещество растворяется (например, соли). Такой способностью обладают и неионные соединения, в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы.

5. Как вы думаете, почему неполярные вещества плохо растворимы в воде?

Нерастворимые в воде вещества называются гидрофобными. Для них характерно наличие неполярных ковалентных связей и отсутствие водородных связей. Гидрофобны жирные кислоты, жиры. Твердые гидрофобные вещества не смачиваются водой (воск).

6. В каком состоянии в клетке содержатся минеральные вещества?

Минеральные вещества в живых организмах находятся либо в растворенном виде (диссоциированы на ионы), либо в твердом состоянии. Например, в виде ионов в живых организмах находится натрий и калий, кальций. В костной ткани, раковинах моллюсков кальций находится в твердом состоянии в составе карбоната и фосфата кальция, придавая им прочность.

7. Какова роль минеральных веществ в клетке?

Минеральные вещества играют важную и разнообразную роль в процессах жизнедеятельности организмов. Так, регуляторную функцию и активацию многих ферментов осуществляют ионы Са2+ и Mg2+. Ионы Са2+ необходимы для осуществления мышечных сокращений, свертывания крови, входят в состав костной ткани. Ионы Mg2+ также входят в состав костной ткани и эмали зубов. Остатки фосфорной кислоты входят в состав нуклеотидов, АТФ; железо — в состав гемоглобина, кобальт — в состав витамина В12.

8. Чем определяются буферные свойства организмов?

От концентрации ионов внутри клетки зависят ее буферные свойства, т. е. способность клетки сохранять реакцию своего содержимого на относительно постоянном уровне несмотря на то, что в процессе жизнедеятельности непрерывно образуются ионы водорода, кислоты и щелочи. Роль буфера играют анионы слабых кислот (НС03-, НР04-) и слабые кислоты (Н2С03), которые связывают и отдают ионы водорода, благодаря чему реакция внутри клетки практически не меняется и остается слабощелочной, почти нейтральной.