Substanțe organice și anorganice. Substante anorganice ale celulei

Organismul uman- un sistem biologic deschis. Corpul uman este un sistem cu mai multe niveluri. Este format din sisteme de organe, fiecare sistem de organe este format din organe, fiecare organ este alcătuit din țesuturi, iar țesuturile sunt formate din celule. Fiecare celulă este un sistem de organite interconectate.

Corpul uman este un sistem deschis care schimbă constant substanțe și energie cu mediul. Din acesta, oxigenul intră în organism în timpul schimbului de gaze și împreună cu alimente, apă și nutrienți. În exterior, organismul elimină dioxidul de carbon, resturile alimentare nedigerate, urina, transpirația și secrețiile din glandele sebacee.

În exterior, organismul primește energie termică și nutrienți (proteine, grăsimi, carbohidrați), ale căror molecule acumulează energie chimică. Este eliberat în timpul descompunerii acestor substanțe în organism. O parte din energia chimică este cheltuită în procesul activității sale de viață, iar excesul sub formă de căldură este returnat mediului extern.

Substante anorganice

Dintre toate substanțele anorganice, conținutul de apă din corpul uman este cel mai mare. Reprezintă până la 90% din masa unui embrion și până la 70% din masa corporală a unei persoane în vârstă. Apa este un solvent care asigură transportul substanțelor în organism. Substanțele dizolvate în apă dobândesc capacitatea de a interacționa. Apa participă și la procesele de schimb de căldură dintre organism și mediu.

Corpul uman conține multe substanțe anorganice. Unele dintre ele sunt prezente sub formă de molecule, precum compușii de calciu din oase, substanțe sub formă de ioni. Astfel, ionii de fier sunt implicați în transportul oxigenului în sânge, ionii de calciu sunt necesari pentru contracția musculară, iar ionii de potasiu și sodiu sunt necesari pentru formarea și transmiterea impulsurilor nervoase.

Materie organică

Moleculele multor substanțe organice sunt formate din blocuri - molecule organice simple. Toate proteinele au această structură. Sunt formate din molecule de aminoacizi. De obicei, un lanț de aminoacizi se pliază în structuri fibroase sau asemănătoare clubului. În acest fel, molecula proteică devine mai compactă și ocupă mai puțin spațiu în celulă.

Fiecare proces care are loc în organism implică zeci sau chiar sute de proteine ​​diferite. Proporția de proteine ​​este mai mare de 50% din masa uscată a celulelor. Unele proteine ​​sunt materialul de construcție al celulelor, altele lucrează în timpul contracției musculare, iar altele protejează organismul de infecții. Aproape toate reacțiile chimice din organism apar cu ajutorul enzimelor - catalizatori proteici.

Carbohidrați complecși

Ca proteine, carbohidrați complecși sunt formate din molecule bloc. Astfel, blocurile de glicogen sunt molecule de carbohidrați simpli - glucoză. Glucoza din organism joacă rolul unei surse de energie, iar rezervele de glucoză sunt create sub formă de glicogen. În combinație cu proteine ​​și alte substanțe organice, carbohidrații îndeplinesc o funcție structurală.

Grasimi

Grasimi- substante organice insolubile in apa. Molecula de grăsime conține de obicei molecule de glicerol și acizi grași. Grăsimile formează membranele plasmatice ale celulelor; se acumulează în celulele țesutului adipos, care îndeplinește funcții de protecție în organism. La fel ca glucoza, grăsimile sunt o sursă de energie. O moleculă de grăsime stochează mai multă energie decât o moleculă de glucoză, dar celulei ia mult mai mult timp pentru a extrage energie din grăsimi decât din carbohidrați.

În fiecare zi, o persoană interacționează cu un număr mare de obiecte. Sunt realizate din materiale diferite și au propria lor structură și compoziție. Tot ceea ce înconjoară o persoană poate fi împărțit în organic și anorganic. În articol ne vom uita la ce sunt astfel de substanțe și vom da exemple. Vom stabili, de asemenea, ce substanțe anorganice se găsesc în biologie.

Descriere

Substantele anorganice sunt acele substante care nu contin carbon. Sunt opusul organicului. Acest grup include, de asemenea, câțiva compuși care conțin carbon, de exemplu:

• cianuri;
• oxizi de carbon;
• carbonați;
• carburi si altele.

• apă;
• diverși acizi (clorhidric, azotic, sulfuric);
• sare;
• amoniac;
• dioxid de carbon;
• metale și nemetale.

Grupul anorganic se distinge prin absența unui schelet de carbon, care este caracteristică substanțelor organice. În funcție de compoziția lor, ele sunt de obicei împărțite în simple și complexe. Substanțele simple formează un grup mic. În total, sunt aproximativ 400.

Compuși anorganici simpli: metale

Metalele sunt atomi simpli care se bazează pe o legătură metalică. Aceste elemente au proprietăți metalice caracteristice: conductivitate termică, conductivitate electrică, ductilitate, strălucire și altele. În total, există 96 de elemente în acest grup. Acestea includ:

• metale alcaline: litiu, sodiu, potasiu;
• metale alcalino-pământoase: magneziu, stronțiu, calciu;
• cupru, argint, aur;
• metale ușoare: aluminiu, cositor, plumb;
• semimetale: poloniu, moscoviu, nihonium;
• lantanide și lantan: scandiu, ytriu;
• actinide și actiniu: uraniu, neptuniu, plutoniu.

Metalele se găsesc în principal în natură sub formă de minereuri și compuși. Pentru a obține metal pur, fără impurități, se purifică. Dacă este necesar, este posibil să se efectueze aliere sau alte procesări. Acest lucru este realizat de o știință specială - metalurgia. Este împărțit în negru și colorat.

Compuși anorganici simpli: nemetale

Nemetalele sunt elemente chimice care nu au proprietăți metalice. Exemple de substanțe anorganice:

• apă;
• azot;
• sulf;
• oxigen și altele.

Nemetalele se caracterizează printr-un număr mare de electroni per atomul lor. Aceasta determină unele proprietăți: capacitatea de a atașa electroni suplimentari crește și apare o activitate oxidativă mai mare.

În natură puteți găsi nemetale în stare liberă: oxigen, clor, precum și forme solide: iod, fosfor, siliciu, seleniu.

Unele nemetale au o proprietate distinctivă - alotropia. Adică pot exista sub diferite modificări și forme. De exemplu:

• oxigenul gazos are modificări: oxigen și ozon;
• carbonul solid poate exista sub următoarele forme: diamant, grafit, carbon sticlos și altele.

Compuși anorganici complecși

Acest grup de substanțe este mai numeros. Compușii complecși se disting prin prezența mai multor elemente chimice în substanță.

Să aruncăm o privire mai atentă la substanțele anorganice complexe. Exemplele și clasificarea lor sunt prezentate mai jos în articol.

1. Oxizii sunt compuși în care oxigenul este unul dintre elemente. Grupul include:

• care nu formează sare (de exemplu, azot);
• oxizi care formează sare (de exemplu, oxid de sodiu, oxid de zinc).

2. Acizii sunt substanțe care conțin ioni de hidrogen și reziduuri acide. De exemplu, azot hidrogen sulfurat.

3. Hidroxizii sunt compuși care conțin gruparea -OH. Clasificare:

• baze - alcaline solubile și insolubile - hidroxid de cupru, hidroxid de sodiu;
• acizi care conțin oxigen - trioxocarbonat de hidrogen, trioxonitrat de hidrogen;
• amfoter - hidroxid de crom, hidroxid de cupru.

4. Sărurile sunt substanțe care conțin ioni metalici și reziduuri acide. Clasificare:

• mediu: clorură de sodiu, sulfură de fier;
• acid: bicarbonat de sodiu, hidrosulfați;
• principale: azotat dihidroxocrom, azotat hidroxocrom;
• complex: tetrahidroxizincat de sodiu, tetracloroplatinat de potasiu;
• dublu: alaun de potasiu;
• amestecat: sulfat de potasiu aluminiu, clorură de potasiu cupru.

5. Compușii binari sunt substanțe formate din două elemente chimice:

• acizi fără oxigen;
• săruri fără oxigen și altele.

Compuși anorganici care conțin carbon

Astfel de substanțe aparțin în mod tradițional grupului de substanțe anorganice. Exemple de substanțe:

• Carbonați - esteri și săruri ale acidului carbonic - calcit, dolomit.
• Carburele sunt compuși ai nemetalelor și metalelor cu carbon - carbură de beriliu, carbură de calciu.
• Cianuri - săruri ale acidului cianhidric - cianuri de sodiu.
• Oxizii de carbon sunt un compus binar de carbon și oxigen - monoxid de carbon și dioxid de carbon.
• Cianții sunt derivați ai acidului cianic - acid fulmic, acid izocianic.
• Metale carbonil - un complex de metal și monoxid de carbon - nichel carbonil.

Toate substanțele considerate diferă în proprietățile lor chimice și fizice individuale. În termeni generali, trăsăturile distinctive ale fiecărei clase de substanțe anorganice pot fi identificate:

1. Metale simple:

• conductivitate termică și electrică ridicată;
• strălucire metalică;
• lipsa de transparență;
• rezistență și ductilitate;
• la temperatura camerei își păstrează duritatea și forma (cu excepția mercurului).

2. Nemetale simple:

• nemetalele simple pot fi în stare gazoasă: hidrogen, oxigen, clor;
• bromul apare în stare lichidă;
• nemetalele solide au o stare nemoleculară și pot forma cristale: diamant, siliciu, grafit.

3. Substanțe complexe:

• oxizi: reactioneaza cu apa, acizi si oxizi acizi;
• acizi: reacționează cu apa și alcalii;
• oxizi amfoteri: pot reacționa cu oxizii și bazele acide;
• hidroxizi: solubili în apă, au o gamă largă de puncte de topire și își pot schimba culoarea atunci când interacționează cu alcalii.

Celula oricărui organism viu este formată din mai multe componente. Unii dintre ei sunt compuși anorganici:

• Apă. De exemplu, cantitatea de apă dintr-o celulă variază de la 65 la 95%. Este necesar pentru implementarea reacțiilor chimice, mișcarea componentelor și procesul de termoreglare. Tot apa este cea care determină volumul celulei și gradul de elasticitate a acesteia.
• Saruri minerale. Ele pot fi prezente în organism atât sub formă dizolvată, cât și nedizolvată. Un rol important in procesele celulare il au cationii: potasiu, sodiu, calciu, magneziu - si anioni: clor, bicarbonati, superfosfat. Mineralele sunt necesare pentru menținerea echilibrului osmotic, reglarea proceselor biochimice și fizice, formarea impulsurilor nervoase, menținerea nivelului de coagulare a sângelui și multe alte reacții.

Nu numai substanțele anorganice ale celulei sunt importante pentru menținerea vieții. Componentele organice ocupă 20-30% din volumul său.

Clasificare:

• substanțe organice simple: glucoză, aminoacizi, acizi grași;
• substanțe organice complexe: proteine, acizi nucleici, lipide, polizaharide.

Componentele organice sunt necesare pentru a îndeplini funcția protectoare, energetică a celulei; ele servesc ca sursă de energie pentru activitatea celulară și stochează nutrienți, efectuează sinteza proteinelor și transmit informații ereditare.

Articolul a examinat esența și exemplele de substanțe anorganice, rolul lor în compoziția celulei. Putem spune că existența organismelor vii ar fi imposibilă fără grupuri de compuși organici și anorganici. Ele sunt importante în fiecare domeniu al vieții umane, precum și în existența fiecărui organism.

După cum știți, toate substanțele pot fi împărțite în două mari categorii - minerale și organice. Puteți da un număr mare de exemple de substanțe anorganice sau minerale: sare, sifon, potasiu. Dar ce tipuri de conexiuni se încadrează în a doua categorie? Substanțele organice sunt prezente în orice organism viu.

Veverițe

Cel mai important exemplu de substanțe organice sunt proteinele. Conțin azot, hidrogen și oxigen. Pe lângă acestea, uneori, atomi de sulf pot fi găsiți și în unele proteine.

Proteinele sunt printre cei mai importanți compuși organici și sunt cei mai des întâlniți în natură. Spre deosebire de alți compuși, proteinele au anumite trăsături caracteristice. Principala lor proprietate este greutatea moleculară uriașă. De exemplu, greutatea moleculară a unui atom de alcool este de 46, benzenul este de 78, iar hemoglobina este de 152 000. În comparație cu moleculele altor substanțe, proteinele sunt adevărați giganți, care conțin mii de atomi. Uneori, biologii le numesc macromolecule.

Proteinele sunt cele mai complexe dintre toate structurile organice. Ei aparțin clasei polimerilor. Dacă examinezi o moleculă de polimer la microscop, poți vedea că este un lanț format din structuri mai simple. Se numesc monomeri și se repetă de multe ori în polimeri.

Pe lângă proteine, există un număr mare de polimeri - cauciuc, celuloză, precum și amidon obișnuit. De asemenea, mulți polimeri au fost creați de mâini umane - nailon, lavsan, polietilenă.

Formarea proteinelor

Cum se formează proteinele? Sunt un exemplu de substanțe organice, a căror compoziție în organismele vii este determinată de codul genetic. În sinteza lor, în marea majoritate a cazurilor, se folosesc diverse combinații

De asemenea, noi aminoacizi pot fi formați deja atunci când proteina începe să funcționeze în celulă. Cu toate acestea, conține doar aminoacizi alfa. Structura primară a substanței descrise este determinată de secvența reziduurilor de aminoacizi. Și în majoritatea cazurilor, atunci când se formează o proteină, lanțul polipeptidic este răsucit într-o spirală, ale cărei spire sunt situate aproape una de alta. Ca urmare a formării compușilor cu hidrogen, are o structură destul de puternică.

Grasimi

Un alt exemplu de substanțe organice sunt grăsimile. Omul cunoaste multe tipuri de grasimi: unt, ulei de vita si peste, uleiuri vegetale. Grăsimile se formează în cantități mari în semințele plantelor. Dacă puneți o sămânță de floarea soarelui decojită pe o foaie de hârtie și o apăsați, pe foaie va rămâne o pată uleioasă.

Carbohidrați

Carbohidrații nu sunt mai puțin importanți în natura vie. Se găsesc în toate organele plantelor. Clasa carbohidraților include zahăr, amidon și fibre. Tuberculii de cartofi și fructele de banane sunt bogate în ele. Este foarte ușor de detectat amidonul în cartofi. Când reacţionează cu iodul, acest carbohidrat devine albastru. Puteți verifica acest lucru aruncând puțin iod pe un cartof tăiat.

Zaharurile sunt, de asemenea, ușor de detectat - toate au gust dulce. Mulți carbohidrați din această clasă se găsesc în fructele de struguri, pepeni verzi, pepeni și mere. Sunt exemple de substanțe organice care sunt produse și în condiții artificiale. De exemplu, zahărul este extras din trestia de zahăr.

Cum se formează carbohidrații în natură? Cel mai simplu exemplu este procesul de fotosinteză. Carbohidrații sunt substanțe organice care conțin un lanț de mai mulți atomi de carbon. Ele conțin, de asemenea, mai multe grupări hidroxil. În timpul fotosintezei, zahărul anorganic se formează din monoxid de carbon și sulf.

Celuloză

Un alt exemplu de materie organică este fibrele. Cea mai mare parte se găsește în semințele de bumbac, precum și în tulpinile plantelor și frunzele acestora. Fibra este formată din polimeri liniari, greutatea sa moleculară variază de la 500 mii la 2 milioane.

În forma sa pură, este o substanță care nu are miros, gust sau culoare. Este folosit la fabricarea de filme fotografice, celofan și explozivi. Fibrele nu sunt absorbite de corpul uman, ci sunt o parte necesară a dietei, deoarece stimulează funcționarea stomacului și a intestinelor.

Substanțe organice și anorganice

Putem da multe exemple de formare de organice și secunde care provin întotdeauna din minerale - cele nevii care se formează în adâncurile pământului. Ele se găsesc și în diverse roci.

În condiții naturale, substanțele anorganice se formează în timpul distrugerii mineralelor sau substanțelor organice. Pe de altă parte, substanțele organice se formează în mod constant din minerale. De exemplu, plantele absorb apa cu compuși dizolvați în ea, care ulterior trec de la o categorie la alta. Organismele vii folosesc în principal substanțe organice pentru alimentație.

Motive pentru diversitate

Adesea, școlarii sau elevii trebuie să răspundă la întrebarea care sunt motivele diversității substanțelor organice. Principalul factor este că atomii de carbon sunt legați între ei folosind două tipuri de legături - simple și multiple. De asemenea, pot forma lanțuri. Un alt motiv este varietatea diferitelor elemente chimice care sunt incluse în materia organică. În plus, diversitatea se datorează și alotropiei - fenomenul existenței aceluiași element în compuși diferiți.

Cum se formează substanțele anorganice? Substanțele organice naturale și sintetice și exemplele lor sunt studiate atât în ​​liceu, cât și în instituții de învățământ superior de specialitate. Formarea substanțelor anorganice nu este un proces atât de complex precum formarea de proteine ​​sau carbohidrați. De exemplu, oamenii extrag sifon din lacurile de sifon din timpuri imemoriale. În 1791, chimistul Nicolas Leblanc a propus sintetizarea acestuia în laborator folosind cretă, sare și acid sulfuric. Pe vremuri, soda, care este familiară tuturor astăzi, era un produs destul de scump. Pentru a efectua experimentul, a fost necesar să se calcineze sarea de masă împreună cu acid și apoi să se calcineze sulfatul rezultat împreună cu calcar și cărbune.

Un altul este permanganatul de potasiu sau permanganatul de potasiu. Această substanță este obținută industrial. Procesul de formare constă în electroliza unei soluții de hidroxid de potasiu și a unui anod de mangan. În acest caz, anodul se dizolvă treptat pentru a forma o soluție violetă - acesta este binecunoscutul permanganat de potasiu.

O celulă este unitatea structurală elementară a organismelor vii. Toate ființele vii - fie ele oameni, animale, plante, ciuperci sau bacterii - au o celulă în miezul lor. În corpul cuiva există multe dintre aceste celule - sute de mii de celule alcătuiesc corpul mamiferelor și reptilelor, dar în corpul cuiva sunt puține - multe bacterii constau dintr-o singură celulă. Dar numărul de celule nu este la fel de important ca prezența lor.

Se știe de mult că celulele au toate proprietățile viețuitoarelor: ele respiră, se hrănesc, se reproduc, se adaptează la noile condiții și chiar mor. Și, ca toate ființele vii, celulele conțin substanțe organice și anorganice.

Mult mai mult, pentru că este și apă și, desigur, cea mai mare parte a secțiunii numite „substanțe anorganice ale celulei” este alocată apei - reprezintă 40-98% din volumul total al celulei.

Apa dintr-o celulă îndeplinește multe funcții importante: asigură elasticitatea celulei, viteza reacțiilor chimice care au loc în ea, mișcarea substanțelor care intră în celulă și îndepărtarea lor. În plus, multe substanțe se dizolvă în apă, poate participa la reacții chimice și apa este responsabilă pentru termoreglarea întregului corp, deoarece apa are o conductivitate termică bună.

Pe lângă apă, substanțele anorganice ale celulei includ și multe substanțe minerale, împărțite în macroelemente și microelemente.

Macroelementele includ substanțe precum fier, azot, potasiu, magneziu, sodiu, sulf, carbon, fosfor, calciu și multe altele.

Oligoelementele sunt în mare parte metale grele, cum ar fi bor, mangan, brom, cupru, molibden, iod și zinc.

Corpul conține, de asemenea, ultramicroelemente, inclusiv aur, uraniu, mercur, radiu, seleniu și altele.

Toate substanțele anorganice ale celulei joacă propriul lor rol important. Astfel, azotul este implicat într-o mare varietate de compuși - atât proteici, cât și non-proteici și contribuie la formarea vitaminelor, aminoacizilor și pigmenților.

Calciul este un antagonist de potasiu și servește drept lipici pentru celulele vegetale.

Fierul este implicat în procesul de respirație și face parte din moleculele de hemoglobină.

Cuprul este responsabil pentru formarea celulelor sanguine, sănătatea inimii și pofta de mâncare bună.

Borul este responsabil pentru procesul de creștere, în special la plante.

Potasiul asigură proprietățile coloidale ale citoplasmei, formarea proteinelor și funcționarea normală a inimii.

De asemenea, sodiul asigură ritmul corect al activității cardiace.

Sulful este implicat în formarea unor aminoacizi.

Fosforul este implicat în formarea unui număr mare de compuși esențiali, cum ar fi nucleotidele, unele enzime, AMP, ATP, ADP.

Și doar rolul ultramicroelementelor este încă complet necunoscut.

Dar numai substanțele anorganice ale celulei nu au putut să o facă completă și vie. Materia organică este la fel de importantă.

C includ carbohidrați, lipide, enzime, pigmenți, vitamine și hormoni.

Carbohidrații sunt împărțiți în monozaharide, dizaharide, polizaharide și oligozaharide. Mono-di- și polizaharidele sunt principala sursă de energie pentru celule și organism, dar oligozaharidele insolubile în apă lipesc țesutul conjunctiv și protejează celulele de influențele externe negative.

Lipidele sunt împărțite în grăsimi în sine și lipoide - substanțe asemănătoare grăsimilor care formează straturi moleculare orientate.

Enzimele sunt catalizatori care accelerează procesele biochimice din organism. În plus, enzimele reduc cantitatea de energie consumată pentru a face reactivitatea unei molecule.

Vitaminele sunt necesare pentru reglarea oxidării aminoacizilor și carbohidraților, precum și pentru creșterea și dezvoltarea completă.

Hormonii sunt necesari pentru a regla funcționarea organismului.

Substanțe precum nisipul, argila, diverse minerale, apa, oxizii de carbon, acidul carbonic, sărurile acestuia și altele care se găsesc în „natura neînsuflețită” sunt numite substanțe anorganice sau minerale.

Din cele aproximativ o sută de elemente chimice găsite în scoarța terestră, doar șaisprezece sunt necesare vieții, iar patru dintre ele - hidrogen (H), carbon (C), oxigen (O) și azot (N) sunt cele mai comune în viață. organisme și reprezintă 99% mase de viețuitoare. Semnificația biologică a acestor elemente este asociată cu valența lor (1, 2, 3, 4) și cu capacitatea de a forma legături covalente puternice, care sunt mai puternice decât legăturile formate de alte elemente de aceeași valență. Următorii cei mai importanți sunt ionii de fosfor (P), sulf (S), sodiu, magneziu, clor, potasiu și calciu (Na, Mg, Cl, K, Ca). Fier (Fe), cobalt (Co), cupru (Cu), zinc (Zn), bor (B), aluminiu (Al), siliciu (Si), vanadiu (V), molibden (Mo), iod (I), mangan (Mn).

Toate elementele chimice sub formă de ioni sau ca parte a anumitor compuși participă la construcția corpului. De exemplu, carbonul, hidrogenul și oxigenul se găsesc în carbohidrați și grăsimi. În compoziția proteinelor, li se adaugă azot și sulf, în compoziția acizilor nucleici - azot, fosfor, fier, care sunt implicați în construcția moleculei de hemoglobină; magneziul se găsește în clorofilă; cuprul se găsește în unele enzime oxidative; iodul este conținut în molecula de tiroxină (hormonul tiroidian); sodiul și potasiul asigură încărcare electrică membranelor celulelor nervoase și fibrelor nervoase; zincul este inclus în molecula hormonului pancreatic - insulina; Cobaltul se găsește în vitamina B12.

Compușii de azot, fosfor, calciu și alte substanțe anorganice servesc ca sursă de material de construcție pentru sinteza moleculelor organice (aminoacizi, proteine, acizi nucleici etc.) și fac parte dintr-o serie de structuri de susținere ale celulei și organismului. . Unii ioni anorganici (de exemplu, ionii de calciu și magneziu) sunt activatori și componente ale multor enzime, hormoni și vitamine. Cu lipsa acestor ioni, procesele vitale din celulă sunt perturbate.

Acizii anorganici și sărurile lor îndeplinesc funcții importante în organismele vii. Acidul clorhidric face parte din sucul gastric al animalelor și oamenilor, accelerând procesul de digerare a proteinelor alimentare. Reziduurile de acid sulfuric, unind substanțele străine insolubile în apă, le conferă solubilitate, facilitând îndepărtarea lor din organism. Sărurile anorganice de sodiu și potasiu ale acizilor azotos și fosforici servesc ca componente importante ale nutriției minerale a plantelor; acestea sunt adăugate în sol ca îngrășăminte. Sărurile de calciu și fosfor fac parte din țesutul osos animal. Dioxidul de carbon (CO2) se formează constant în natură în timpul oxidării substanțelor organice (rămășițe vegetale și animale în putregai, respirație, arderea combustibilului) în cantități mari, este eliberat din fisurile vulcanice și din apele izvoarelor minerale.

Apa este o substanță foarte comună pe Pământ. Aproape suprafața globului este acoperită cu apă, formând oceane și mări. Râuri, lacuri. Multă apă există ca vapori gazoși în atmosferă; se află sub formă de mase uriașe de zăpadă și gheață pe tot parcursul anului pe vârfurile munților înalți iar în țările polare din măruntaiele Pământului există și apă care saturează solul și rocile.

Apa este foarte importantă în viața plantelor, animalelor și oamenilor. Potrivit ideilor moderne, însăși originea vieții este legată de mare. În orice organism, apa este mediul în care au loc procese chimice care asigură viața organismului; în plus, el însuși ia parte la o serie de reacții biochimice.

Proprietățile chimice și fizice ale apei sunt destul de neobișnuite și sunt asociate în principal cu dimensiunea mică a moleculelor sale, cu polaritatea moleculelor sale și cu capacitatea lor de a se conecta între ele prin legături de hidrogen.

Să luăm în considerare semnificația biologică a apei. Apa - excelenta solvent pentru substanțele polare. Acestea includ compuși ionici, cum ar fi sărurile, în care particulele încărcate (ionii) se disociază (se separă unele de altele) în apă atunci când substanța este dizolvată, precum și unii compuși neionici, cum ar fi zaharurile și alcoolii simpli, care conțin încărcare. molecule.grupe (polare) (în zaharuri și alcooli acestea sunt grupe OH). Când o substanță intră în soluție, moleculele sau ionii ei se pot mișca mai liber și, în consecință, reactivitatea ei crește. Din acest motiv, majoritatea reacțiilor chimice dintr-o celulă au loc în soluții apoase. Substanțele nepolare, cum ar fi lipidele, nu se amestecă cu apa și, prin urmare, pot separa soluțiile apoase în compartimente separate, la fel cum membranele le separă. Părțile nepolare ale moleculelor sunt respinse de apă și, în prezența acesteia, sunt atrase unele de altele, așa cum se întâmplă, de exemplu, atunci când picăturile de ulei se contopesc în picături mai mari; cu alte cuvinte, moleculele nepolare sunt hidrofobe. Astfel de interacțiuni hidrofobe joacă un rol important în asigurarea stabilității membranelor, precum și a multor molecule de proteine ​​și acizi nucleici. Proprietățile inerente ale apei ca solvent înseamnă, de asemenea, că apa servește ca mediu pentru transportul diferitelor substanțe. Îndeplinește acest rol în sânge, în sistemele limfatic și excretor, în tractul digestiv și în floem și xilemul plantelor.

Apa are grozav capacitate termică. Aceasta înseamnă că o creștere semnificativă a energiei termice determină doar o creștere relativ mică a temperaturii acesteia. Acest fenomen se explică prin faptul că o parte semnificativă din această energie este cheltuită pentru ruperea legăturilor de hidrogen care limitează mobilitatea moleculelor de apă, adică pentru depășirea adezivității acesteia. Capacitatea mare de căldură a apei minimizează schimbările de temperatură care apar în ea. Datorită acestui fapt, procesele biochimice au loc într-un interval de temperatură mai mic, cu o viteză mai constantă, iar pericolul de întrerupere a acestor procese din cauza abaterilor bruște de temperatură le amenință mai puțin puternic. Apa servește ca habitat pentru multe celule și organisme, care se caracterizează printr-o constantă destul de semnificativă a condițiilor.

Apa se caracterizează prin mare căldură de vaporizare. Căldura latentă de evaporare (sau căldura latentă relativă de evaporare) este o măsură a cantității de energie termică care trebuie transmisă unui lichid pentru ca acesta să se transforme în vapori, adică pentru a depăși forțele de coeziune moleculară din lichid. Evaporarea apei necesită cantități destul de importante de energie. Acest lucru se explică prin existența legăturilor de hidrogen între moleculele de apă. Din această cauză, punctul de fierbere al apei, o substanță cu molecule atât de mici, este neobișnuit de ridicat.

Energia necesară pentru ca moleculele de apă să se evapore provine din mediul lor. Astfel, evaporarea este însoțită de răcire. Acest fenomen este folosit la animale în timpul transpirației, în timpul dispneei termice la mamifere sau la unele reptile (de exemplu, crocodilii), care stau la soare cu gura deschisă; poate juca, de asemenea, un rol semnificativ în răcirea frunzelor transpirante. Căldura latentă de fuziune (sau căldura latentă de fuziune relativă) este o măsură a energiei termice necesare pentru a topi un solid (gheață). Apa are nevoie de o cantitate relativ mare de energie pentru a se topi (topi). Opusul este și adevărat: atunci când apa îngheață, trebuie să elibereze o cantitate mare de energie termică. Acest lucru reduce probabilitatea de înghețare a conținutului celulelor și a lichidului din jur. Cristalele de gheață sunt deosebit de dăunătoare viețuitoarelor atunci când se formează în interiorul celulelor.

Apa este singura substanță care are mai mult densitate, decât în ​​solid. Deoarece gheața plutește în apă, se formează atunci când îngheață mai întâi la suprafață și abia în cele din urmă în straturile inferioare. Dacă înghețarea iazurilor a avut loc în ordine inversă, de jos în sus, atunci în zonele cu climă temperată sau rece, viața în corpurile de apă dulce nu ar putea exista deloc. Gheața acoperă coloana de apă ca o pătură, ceea ce crește șansele de supraviețuire pentru organismele care trăiesc în ea. Acest lucru este important în climatele reci și în timpul sezonului rece, dar, fără îndoială, a jucat un rol deosebit de important în timpul erei glaciare. Fiind la suprafață, gheața se topește mai repede. Faptul că straturile de apă a căror temperatură a scăzut sub 4 grade se ridică în sus determină mișcarea lor în corpuri mari de apă. Substanțele nutritive conținute în acesta circulă împreună cu apa, datorită căreia corpurile de apă sunt populate de organisme vii la adâncimi mari.

Apa are o mare tensiune superficială și coeziune. Coeziune- aceasta este aderența moleculelor unui corp fizic între ele sub influența forțelor atractive. Există tensiune superficială pe suprafața unui lichid - rezultatul forțelor de coeziune care acționează între molecule, îndreptate spre interior. Datorită tensiunii superficiale, lichidul tinde să ia o formă astfel încât suprafața sa să fie minimă (în mod ideal, o formă sferică). Dintre toate lichidele, apa are cea mai mare tensiune superficială. Caracteristica semnificativă de coeziune a moleculelor de apă joacă un rol important în celulele vii, precum și în mișcarea apei prin vasele de xilem la plante. Multe organisme mici beneficiază de tensiunea superficială: le permite să plutească pe apă sau să alunece pe suprafața acesteia.

Semnificația biologică a apei este determinată și de faptul că este unul dintre metaboliții necesari, adică participă la reacțiile metabolice. Apa este folosită, de exemplu, ca sursă de hidrogen în procesul de fotosinteză și, de asemenea, participă la reacțiile de hidroliză.

Rolul apei pentru organismele vii se reflectă, în special, în faptul că unul dintre principalii factori ai selecției naturale care influențează speciația este lipsa apei (limitând distribuția unor plante cu gameți mobili). Toate organismele terestre sunt adaptate pentru a obține și conserva apa; în manifestările lor extreme - la xerofite, la animalele care locuiesc în deșert etc. Acest tip de adaptare pare a fi un adevărat miracol al ingeniozității naturii.

Funcțiile biologice ale apei:

În toate organismele:

1) asigură menținerea structurii (conținut mare de apă în protoplasmă); 2) servește ca solvent și mediu de difuzie; 3) participă la reacțiile de hidroliză; 4) servește ca mediu în care are loc fertilizarea;

5) asigură dispersarea semințelor, gameților și stadiilor larvare ale organismelor acvatice, precum și a semințelor unor plante terestre, precum palmierul de cocos.

În plante:

1) determină osmoza și turgența (de care depind multe lucruri: creșterea (mărirea celulelor), menținerea structurii, mișcarea stomatelor etc.); 2) participă la fotosinteză; 3) asigură transportul ionilor anorganici și al moleculelor organice; 4) asigură germinarea semințelor - umflarea, ruperea învelișului semințelor și dezvoltarea ulterioară.

La animale:

1) asigură transportul substanțelor;

2) determină osmoreglarea;

3) favorizează răcirea corpului (transpirație, scurtarea termică a respirației);

4) servește ca una dintre componentele lubrifierii, de exemplu în îmbinări;

5) are funcții de susținere (schelet hidrostatic);

6) îndeplinește o funcție de protecție, de exemplu în lichidul lacrimal și mucus;

7) favorizează migrația (curenții marini).