Тема 1. Хімічний склад клітини та біологічні молекули

§ 2. Речовини живих організмів. Неорганічні сполуки

Поміркуйте

Яке значення мають водні розчини в природі та для людини?

Згадайте

Які речовини потрібні організмам для їх життєдіяльності?
Що таке йони і як вони утворюються?

Хімічні елементи живих організмів

До складу рослинних і тваринних клітин входить понад 70 хімічних елементів. Але в клітині немає якихось елементів, характерних лише для живої природи. Ці самі елементи трапляються й у неживій природі.

Усі хімічні елементи за вмістом у живій клітині поділяють на три групи: макроелементи, мікроелементи й ультрамікроелементи (див. таблицю нижче).

Уміст хімічних елементів у живих клітинах

Група елементів	Хімічні символи елементів	Відсоток від маси організму, %
Макроелементи	Н, О, С, Ν, Р, S, Na, К, Mg, Са, Cl, Fe	10-0,001
Мікроелементи	Cu, Zn, Mn, Co, I, F, Ni та інші	0,001-0,000001
Ультрамікро- елементи	Au, Se, Hg, U, Ra та інші	Менш ніж 0,000001

Елементи О, С, Η, N інколи розглядають як окрему групу органогенних елементів, бо вони входять до складу всіх органічних речовин і складають до 98 % маси живої клітини.

Неорганічні речовини живих організмів

Вивчаючи хімію, ви дізналися про такі групи речовин, як кислоти, солі, оксиди тощо. Усі вони поширені в неживій природі, поза живими організмами. Тому й називають їх неорганічними речовинами. Та це не означає, що неорганічних речовин узагалі в живих організмах немає. Вони є й відіграють дуже важливу роль у процесах життєдіяльності.

Неорганічні речовини зазвичай потрапляють у живі організми із зовнішнього середовища з їжею (у тварин) або з розчином води через поверхню організму (у рослин, грибів і бактерій). Але в деяких випадках живі організми можуть їх синтезувати самостійно. Функції неорганічних речовин є достатньо різноманітними, й про це докладніше в таблиці.

Функції неорганічних речовин у клітині

Неорганічні речовини	Функції в клітині
Катіони Гідрогену (Н⁺)	Використовуються в біохімічних реакціях
Катіони та аніони розчинних солей	Створюють різницю потенціалів між умістом клітини і навколишнім середовищем, забезпечують проведення нервового імпульсу
Слаборозчинні солі Кальцію та Фосфору	Утворюють опорні структури (наприклад, у кістках хребетних)
Йони металічних елементів	Є компонентами багатьох гормонів, ферментів та вітамінів або беруть участь у їх активації
Складні неорганічні сполуки Нітрогену, Сульфуру ^та Фосфору	Беруть участь у синтезі органічних молекул

Властивості води

Властивості води зумовлені особливостями будови її молекули, а також зв’язком молекул між собою (мал. 2.1).

Мал. 2.1. Будова молекули води

Як ви вже знаєте, у молекулі води (хімічна формула — Н₂О) між атомами Гідрогену й Оксигену існує ковалентний полярний зв’язок. Це зумовлює появу на атомі Оксигену певного негативного електричного заряду (δ^-), а на атомах Гідрогену — позитивного (δ⁺). Саме тому позитивно заряджений атом Гідрогену однієї молекули води притягується до негативно зарядженого атома Оксигену іншої молекули води. Такий зв’язок має назву водневого (мал. 2.2).

Водневий зв’язок приблизно в 15-20 разів слабший за ковалентний. Тому водневий зв’язок відносно легко розривається, що відбувається, наприклад, під час випаровування води. За рідкого стану води водневі зв’язки між її молекулами постійно розриваються й утворюються нові.

Мал. 2.2. Водневий зв'язок

Властивості води

Має велику теплоємність
Має високу теплопровідність
У твердому агрегатному стані має меншу густину, ніж у рідкому
Кипить за t = 100 °С, замерзає за t = 0°С
Має високу теплоту випаровування
Гарний розчинник
У рідкому стані є прозорою рідиною
Відзначається великим поверхневим натягом

Біологічна роль води

У живих організмах вода виконує багато функцій: розчинну, транспортну, метаболічну, терморегуляторну, структурну.

Вода є універсальним розчинником. Речовини, які беруть участь у більшості біологічних реакцій, перебувають в організмі у водному розчині.

Дуже важливою для клітин та організмів у цілому є також транспортна роль води. У вигляді водного розчину речовини разом із водою можуть транспортуватися з одних частин клітини в інші. А між різними частинами багатоклітинних організмів вони транспортуються у складі спеціальних рідин (наприклад, у складі крові). Випаровування води листками рослин спричиняє її рух від коренів угору. При цьому переміщуються й розчинені у воді речовини.

Ключова ідея

У живих організмах містяться як органічні, так і неорганічні речовини. Неорганічні речовини — це хімічні елементи, вода, солі, кислоти та інші сполуки. Вони відіграють важливу роль у життєдіяльності живих організмів. Вода створює середовище, у якому відбуваються реакції обміну речовин. Інші неорганічні речовини беруть участь у формуванні скелета, роботі нервової, травної та інших систем організму.

Перевірте свої знання

1. Які неорганічні речовини трапляються в живих організмах? 2. Уявіть ситуацію, коли лікар або лікарка кажуть, що в організмі людини не вистачає Са. Яким чином вода зможе вирішити цю проблему? 3*. До яких наслідків для організму людини може призвести втрата ним солей Na⁺? Створіть постер на цю тему.

Зміст