Вода та її основні фізко-хімічні властивості. Інші неорганічні сполуки.

Вода та її основні фізко-хімічні властивості. Інші неорганічні сполуки.

Біохімія (біологічна хімія) - наука, яка вивчає хімічний склад живих організмів, будову, властивості та роль виявлених у них сполук, шляхи їхнього виникнення та перетворення. Одне з головних завдань біохімії - з’ясування механізмів регуляції життєдіяльності клітин та організму в цілому, які забезпечують єдність процесів обміну речовин і перетворення енергії в організмі.

Вода. Вода утворює основу внутрішнього середовища організмів. Вода забезпечує: процеси обміну речовин перетворення енергіїбере участь у реакціях розщеплення органічних сполук

Вода. Уміст води в організмах становить 60-70 %, а в деяких випадках до 98 % (як-от, у медуз). Цитоплазма більшості клітин містить приблизно 80 % води.

Структура, властивості та функції води. Молекула води (Н2 О) складається з двох атомів Гідрогену, сполучених з атомом Оксигену ковалентними зв’язками . На полюсах молекули води є позитивний і негативний заряди, тобто вона полярна. Завдяки цьому дві сусідні молекули води зазвичай взаємно притягуються за рахунок сил електростатичної взаємодії між негативним зарядом атома Оксигену однієї молекули та позитивним зарядом атома Гідрогену іншої.

Особливості води. Частина молекул води формує водну оболонку навколо деяких сполук (наприклад, білків), запобігаючи їхній взаємодії. Таку воду називають зв’язаною, або структурованою (4-5 % загальної кількості води в організмах). Решта 95-96 % води має назву вільної: вона не пов’язана з іншими сполуками.

Агрегатний стан води. Залежно від температури середовища вода здатна змінювати свій стан. За зниження температури вода з рідкого стану може переходити у твердий, а за підвищення - у газоподібний.

Іонізація води. Молекулам води притаманна здатність до іонізації, коли вони розщеплюються на йони Гідрогену та гідроксид-іону. При цьому між молекулами води та йонами встановлюється динамічна рівновага: Н2 O ⇄ H+ + OH-*Іонізація – це утворення електрично заряджених частинок вільних електронів та іонів з електрично нейтральних частинок середовища.

Властивості води. Вода визначає фізичні властивості клітин - їхній об’єм і внутрішньоклітинний тиск (тургор). Порівняно з іншими рідинами, у неї відносно високі температури кипіння, плавлення та випаровування, що зумовлене взаємодією між сусідніми молекулами води.

Вода - універсальний розчинник. Речовини (за розчинністю у воді)Гідрофільні, або полярнірозчиняються у воді Гідрофобні, або неполярнінерозчинні -Майже всі ліпіди, деякі білки містять неполярні групи, які не взаємодіють з молекулами води (-СН2, -СН2 СН3)-Всі кристалічні солі, наприклад кухонна сіль (Na. Cl), а також глюкоза, фруктоза тощо. Вони часто містять полярні (частково заряджені) групи, здатні взаємодіяти з молекулами води

Участь у транспортіВода бере участь у транспорті різних сполук в організмах. Розчини органічних і неорганічних речовин рослини транспортують по провідних тканинах. У тварин таку функцію виконують кров, лімфа, тканинна рідина тощо.

Участь води у розщепленніЗа участі води розщеплюються органічні сполуки з приєднанням до місць розривів йонів Н+ та ОН . Перебіг багатьох біологічних процесів можливий саме завдяки утворенню й руйнуванню водневих зв’язків.

Тепловий режим. Завдяки високій теплопровідності вода забезпечує рівномірний розподіл теплоти між тканинами та органами організму через кровообіг, лімфообіг, циркуляцію рідини порожнини тіла у тварин, рух розчинів по тілу рослин тощо.*Теплоємність - кількість тепла, потрібна для нагрівання тіла або середовища на 1 °С.

Елементарний хімічний склад живих організмів. З-понад 120 різних типів атомів хімічних елементів в організмах виявляють понад 60. Одні з них є обов’язковими в усіх організмів, інші - лише в окремих . Хімічні елементи, частка яких становить майже 99,9 %, наприклад, Гідроген, Карбон, Нітроген, Оксиген, Кальцій, Калій, Натрій, Ферум, Магній, Сульфур, Хлор, Фосфор, належать до макроелементів.

Мікроелементи. Близько 60 хімічних елементів відносять до мікроелементів (Йод, Кобальт, Манган, Купрум, Молібден, Цинк тощо), адже їхній уміст у клітині становить лише від 10 12 % до 10 3 %.

Оксиген. Входить до складу молекул води, багатьох неорганічних та органічних сполук; кисень, який під час дихання надходить в організм живої істоти, забезпечує окиснення різних органічних сполук65-75% від маси клітини

Карбон Входить до складу молекул усіх органічних і багатьох неорганічних сполук. Завдяки СО2 відбувається повітряне живлення здатних до фотосинтезу автотрофних організмів: вони використовують Карбон для синтезу власних органічних речовин 15-18% від маси клітини

Гідроген Входить до складу молекул води, інших неорганічних та органічних сполук8-10% від маси клітини

Нітроген Входить до складу білків, нуклеїнових кислот, АТФ та деяких інших біомолекул. Атоми Нітрогену входять до складу мінеральних сполук, які вбирають з ґрунту рослини. З атмосфери його можуть засвоювати бульбочкові бактерії, деякі ціанобактерії. Нітроген входить до складу полісахариду хітину - складової клітинної оболонки грибів, кутикули членистоногих, що надає їм додаткової міцності1,5-3,0% від маси клітини

Фосфор Входить до складу деяких білків, нуклеїнових кислот, інших біомолекул; солі ортофосфатної кислоти - компонент скелетів різних тварин. Ортофосфатна кислота бере участь у синтезі АТФ (універсального накопичувана енергії в клітині). Нестача сполук Фосфору негативно позначається на формуванні скелета, синтезі багатьох важливих органічних речовин. Сполуки Фосфору сприяють швидшому дозріванню плодів і забезпечують зимостійкість рослин0,2-1,0% від маси клітини

Калій Один з основних позитивно заряджених йонів живих організмів; бере участь у забезпеченні транспорту сполук через клітинні мембрани, регуляції роботи серця (підвищена концентрація йонів Калію послаблює її); створенні електричного потенціалу на мембранах клітин0,15-0,4% від маси клітини

Сульфур Входить до складу білків (зокрема, кератину) і деяких інших органічних речовин. Залишки сульфатної кислоти, приєднуючись до нерозчинних у воді сполук, забезпечують їхню розчинність. Це сприяє виведенню таких речовин у розчиненому стані з клітин і організму0,15-0,2% від маси клітини

Хлор Основний негативно заряджений йон організмів; входить до складу хлоридної кислоти (складової шлункового соку людини і багатьох тварин), плазми крові. Хлоридна кислота створює кисле середовище в шлунку хребетних тварин і людини, забезпечуючи активність ферментів шлункового соку0,05-0,1% від маси клітини

Кальцій Входить до складу зубів, кісток і черепашок; у йонній формі бере участь у регуляції обміну речовин, скорочень скелетних м’язів, діяльності серця (підвищена концентрація йонів Кальцію її посилює); необхідний для забезпечення зсідання крові у людини та ссавців. Нестача сполук Кальцію у дітей може спричинити викривлення кісток-рахіт0,04-2,0% від маси клітини

Магній Як небілкова частина входить до складу певних ферментів. Атом Магнію входить до складу молекули хлорофілу. За нестачі цього хімічного елемента порушуються процеси фотосинтезу0,02-0,03% від маси клітини

Натрій Один з провідних внутрішньоклітинних позитивно заряджених йонів; бере участь у забезпеченні транспорту сполук через клітинні мембрани; входить до складу плазми крові: сталий уміст натрій хлориду (0,9 %) у плазмі крові - необхідна складова підтримання гомеостазу нашого організму0,02-0,03% від маси клітини

Ферум Входить до складу деяких біомолекул (дихального пігменту - гемоглобіну, білка м’язів - міоглобіну, який зв’язує кисень, що приносить кров, складних ферментів тощо)0,01-0,015% від маси клітини

Цинк Компонент деяких ферментів і гормонів (цинк потрібний для утворення гормонів підшлункової залози)0,0003% від маси клітини;

Купрум Входить до складу деяких ферментів, дихального пігменту деяких безхребетних тварин - гемоціаніну. Купрум потрібен для процесів кровотворення0,0002% від маси клітини;

Йод Є складовою гормонів щитоподібної залози (тироксину, трийодтироніну). Недостатнє надходження Йоду в організм людини з їжею чи водою може спричинити порушення синтезу цих гормонів0,0001% від маси клітини;

Флуор Входить до складу емалі зубів, надаючи їй міцності. Нестача цього елемента в організмі призводить до руйнування емалі зубів - карієсу0,0001% від маси клітини%