«Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10-11 классы». В.И. Сивоглазов (гдз)

Химический состав клетки. Неорганические вещества.

Вопрос 1. Каковы особенности пространственной организации молекул воды, обуславливающие ее биологическое значение?
Самое распространенное неорганическое соединение в живых организмах — вода. Молекулы воды представляют собой диполи — структуры, на положительном полюсе которых находятся два атома водорода, а на отрицательном полюсе — атом кислорода. Положительные и отрицательные полюса разных молекул воды притягиваются друг к другу. Это приводит к образованию так называемых водородных связей, что обеспечивает высокую теплоемкость воды, а также особенности процессов смены ее агрегатного состояния (плавление, испарение). Кроме того, Н₂О-диполи активно взаимодействуют с любыми молекулами, имеющими заряженные участки. Это обуславливает важнейшее свойство воды как универсального растворителя органических и неорганических веществ. Большинство химических реакций в клетке происходит между растворенными в воде веществами. Проникновение веществ в клетку и выведение из нее продуктов жизнедеятельности также возможно только в растворенном виде.
Не менее важна для клетки и чисто химическая роль воды. Под действием специальных ферментов она вступает в реакции гидролиза, т. е. в реакции, при которых к свободным валентностям различных молекул присоединяются ионы ОН^— или Н⁺ воды. В результате образуются новые вещества с новыми свойствами.

Вопрос 2. В чем заключается биологическая роль воды?
Вода необходима для осуществления жизненных процессов в клетке. Ее основные функции следующие:
• служит универсальным растворителем;
• является средой для большинства процессов, протекающих в клетке;
• сама участвует во многих биохимических реакциях — гидролизе органических веществ, высвобождении энергии при распаде АТФ, фотосинтезе и др.;
• высокая теплоемкость и теплопроводность воды облегчает организмам (в том числе теплокровным) процесс поддержания теплового равновесия с окружающей средой;
• высокая интенсивность испарения защищает живые существа от перегрева;
• почти полная несжимаемость воды обеспечивает поддержание формы отдельных клеток и целых организмов;
• вязкость придает воде свойства смазки;
• высокая сила поверхностного натяжения облегчает транспорт веществ в сосудах растений. • основное средство для транспорта веществ. Минеральные вещества клетки находятся в виде ионов. Наиболее важные из них катионы — это К⁺, Nа⁺, Са²⁺, Мg²⁺, анионы -это Сl^—, НСО₃^—, Н₂РО₄^—;
• Вода принимает участие в явлениях осмоса, играющею важную роль в поддержании постоянства химического состава клетки.

Вопрос 3. Какие вещества называют гидрофильными? Гидрофобными?
Гидрофильными называют вещества, которые хорошо растворяются в воде. К ним относят соли, аминокислоты, сахара, белки, простые спирты. Как правило, в составе их молекул присутствуют заряженные участки (спиртовые группы, аминогруппы и т. п.); нередко при растворении гидрофильных веществ образуются заряженные частицы — ионы. Гидрофобные вещества, напротив, плохо или совсем не растворяются в воде. В их число входят в первую очередь жиры и жироподобные соединения, а также полисахариды (хитин, пектин, целлюлоза).

Вопрос 4. Какие вещества поддерживают рН клетки на постоянном уровне?
Способность сохранять кислотно-щелочной баланс, т.е. поддерживать постоянное значение рН, обеспечивается так называемыми буферными свойствами клетки. Буферностью называется способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне. Это означает, что при добавлении небольших количеств кислот или щелочей концентрация ионов водорода (иначе — рН) в цитоплазме практически не изменяется. Такой эффект достигается благодаря присутствию в клетке отрицательно заряженных ионов — остатков слабых кислот (в первую очередь НСО₃^— и НРО₄^2—). При закислении (избытке ионов Н⁺) эти ионы могут превращаться в Н₂СО₃ и Н₂РО₄^—соответственно. Напротив, при дефиците Н⁺ (защелачивание цитоплазмы) НС0₃^— и НРО₄^2— способны отдавать часть своих ионов водорода. Анионы слабых кислот и слабые щелочи связывают ионы водорода и (Н⁺) ндроксил-ионы (ОН^—), благодаря чему реакция внутри кпегки практически не меняется. От концентрации солей зависят буферные свойства клетки. Буферные свойства клетки очень важны, поскольку большинство биологически активных веществ (в частности, белки-ферменты) могут вступать в реакции только при строго определенном уровне рН.

Вопрос 5. Расскажите о роли минеральных солей в жизнедеятельности клетки.
Подавляющая часть неорганических веществ клетки находится в виде солей — либо диссоциированных на ионы, либо в твердом состоянии. Минеральные соли и входящие в их состав элементы участвуют во многих процессах жизнедеятельности клетки. Так, остатки слабых кислот (НСО₃^—, и НРО₄^2—) обеспечивают ее буферные свойства. Движение ионов Na⁺, К⁺, Са²⁺, Сl^— через мембраны клеток лежит в основе всех электрических явлений, наблюдаемых в живых организмах (вплоть до разрядов электрических рыб); без этого мышечные волокна не способны сокращаться, а нервная ткань — проводить сигналы. Остатки фосфорной кислоты нужны для синтеза нуклеотидов и фосфолипидов. Фосфаты кальция и магния участвуют в образовании костей, а карбонат кальция является основой раковины моллюсков.