Какое свойство углерода подчеркивает своеобразие живой материи

Углерод – элемент номер шесть. Прямо в середине первой строки периодической таблицы химических элементов. Ну и что? Углерод основа жизни – это самый важный элемент живых организмов. Без этого элемента жизнь, какой мы ее знаем, не существовала бы.

Как вы увидите, шестой элемент периодической таблицы является центральным в соединениях, необходимых для жизни. углерод основа жизни

Значение углерода

Соединение, содержащееся главным образом в живых организмах, известно как органическое соединение.

Органические соединения составляют клетки и другие структуры организмов и осуществляют жизненные процессы. Углерод является основным элементом в органических соединениях, поэтому элемент необходим для жизни на Земле. Углерод основа жизни и она, какой мы ее знаем, не могла бы существовать. Теоретически, вроде бы возможны другие формы жизни, но человечество их не знает.

Соединения

Соединение – это вещество, состоящее из двух или более элементов. Соединение имеет уникальный состав, который всегда один и тот же. Мельчайшая частица соединения называется молекулой. Рассмотрим в качестве примера воду. Молекула воды всегда содержит один атом кислорода и два атома водорода. Состав воды выражается химической формулой H2O. Вода не является органическим соединением. Молекула воды всегда имеет такой состав: один атом кислорода и два атома водорода.

Что заставляет атомы молекулы воды “слипаться” вместе? Ответ – химические связи. Химическая связь-это сила, которая удерживает молекулы вместе. Химические связи образуются, когда вещества вступают в реакцию друг с другом. Химическая реакция-это процесс, который превращает одни химические вещества в другие. Для образования соединения необходима химическая реакция. Для разделения веществ в соединении необходима еще одна химическая реакция.

Почему этот элемент главный для жизни

Почему углерод так важен для жизни? Причина – способность образовывать устойчивые связи со многими элементами, в том числе и с самим собой. Это свойство позволяет шестому элементу образовывать огромное разнообразие очень больших и сложных молекул.

На самом деле, в живых организмах содержится около 10 миллионов соединений на основе углерода!

Однако миллионы органических соединений можно разделить всего на четыре основных типа: углеводы, липиды (жиры), белки и нуклеиновые кислоты.

Вы можете сравнить четыре типа в таблице ниже:

Элементы	Тип соединений	Состав	Функции	Мономер (повторяющиеся звенья)
Углеводы	сахар, крахмал	углерод, водород, кислород	снабжает энергией клетки, накапливает энергию, формирует структуры тела	моносахарид
Липиды (жиры)	жирное масло	углерод, водород, кислород	накапливает энергию, формирует клеточные мембраны, несет сообщения.
Белки	ферменты, антитела	углерод, водород, кислород, азот, сера	помогает клеткам сохранять форму, формирует мышцы, ускоряет химические реакции, несет сообщения и материалы.	аминокислота
Нуклеиновые кислоты	ДНК-РНК	углерод, водород, кислород, азот, фосфор	содержит инструкции для белков, передает инструкции от родителей к потомству, помогает производить белки	нуклеотид

Углеводы, белки и нуклеиновые кислоты-это крупные молекулы (макромолекулы), построенные из более мелких молекул (мономеров) в результате реакций дегидратации. В реакции дегидратации вода удаляется по мере соединения двух мономеров.

Возникновение «жизненного» элемента углерода

Каждый атом углерода, находящийся на Земле и во Вселенной, возник в ядре красных гигантов при температуре около 100 миллионов градусов.

Атомы углерода как сказано выше, являются основой любого живого организма, ибо обладают способностью соединяться в длинные цепочки и создавать сложные органические молекулы.

Углеродные атомы, из которых построен человеческий организм и биосфера в целом, возникали в те далекие времена, когда еще не существовали Солнце и Солнечная система, когда не было еще даже полимерной цепи, из которой позднее родилось Солнце и все его семейство. Именно в звездах-гигантах возникали тогда из атомов гелия атомы углерода. Это произошло более семи миллиардов лет тому назад. Из звезд атомы углерода потом попали в межзвездное пространство. Там они смешались с межзвездным веществом, из которого позднее возникли полимерные цепи, включая и создание нашей Солнечной системы.

Таким образом, углерод основа жизни которая переместилась из недр старых красных гигантов на нашу планету, а отсюда в земные растения и, наконец, вместе с пищей – в человеческий организм. Именно тогда зародилась жизнь на Земле.

Можно сказать, что без красных гигантов, существовавших семь миллиардов лет назад, на Земле не было бы углерода, а, следовательно, и жизни. Итак, с точки зрения астрономии нашими далекими предками являются именно красные гиганты.

Выводы

Жизнь основана на углероде – органическая химия изучает соединения, в которых он является центральным элементом.
Свойства углерода – основа жизни всех органических молекул, образующих живую материю.
Углерод является таким универсальным элементом, потому что он может образовывать четыре ковалентные связи.
Углеродные скелеты могут различаться по длине, ветвлению и кольцевой структуре.
Функциональные группы органических молекул – это части, участвующие в химических реакциях.
Органические молекулы, важные для жизни, включают в себя относительно небольшие мономеры, а также крупные полимеры.

Источник

ГЛАВА 1. БИОХИМИЯ-МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЛОГИКА ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

Объекты живой природы состоят из «неживых» молекул. Если эти молекулы выделить и каждый их вид исследовать в отдельности, то можно убедиться, что они подчиняются всем законам физики и химии, описывающим поведение неодушевленной материи. Тем не менее живые организмы обладают необычными свойствами, отсутствующими в скоплениях неживых молекул. Если мы поближе познакомимся с этими особыми свойствами, то нам станут более понятны те основные вопросы, ответы на которые пытается найти биохимия.

1.1. Для живой материи характерны некоторые отличительные особенности

Одна из наиболее примечательных особенностей живых организмов – это их сложность и высокая степень организации. Они характеризуются усложненным внутренним строением и содержат множество различных сложных молекул. Живые организмы представлены миллионами разных видов, тогда как окружающая нас неживая материя – глина, песок, камни, вода – состоит из неупорядоченных смесей сравнительно простых химических соединений.

Вторая особенность живых организмов заключается в том, что любая составная часть организма имеет специальное назначение и выполняет строго определенную функцию. Это относится не только к макроскопическим структурам и, в частности, к органам, таким, как сердце, легкие или мозг, но и к микроскопическим внутриклеточным структурам, таким, как клеточное ядро. Даже индивидуальные химические соединения, содержащиеся в клетке, например белки или липиды, наделены специальными функциями. Поэтому вполне правомерен вопрос о том, для какой цели понадобилась живому организму та или иная молекула или химическая реакция, тогда как спрашивать о функции различных химических соединений, входящих в состав неживой материи, абсолютно бессмысленно.

Третья особенность живого, благодаря которой мы ближе подходим к сути жизненных процессов, состоит в том, что живые организмы обладают способностью извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей их среды – либо в форме органических питательных веществ, либо в виде энергии солнечного излучения. Эта энергия позволяет организмам создавать собственные богатые энергией сложные структуры и поддерживать их целостность. Кроме того, за счет этой энергии организмы выполняют механическую работу при передвижении; она также дает возможность осуществлять перенос различных веществ через мембраны. Живые организмы никогда не бывают в состоянии равновесия – это касается как процессов, идущих в самих организмах, так и их взаимодействия с окружающей средой. Неживая материя, напротив, неспособна к целенаправленному использованию энергии для поддержания своей структуры и выполнения работы.

Рис. 1-1. Некоторые характерные особенности живой материи – «признаки жизни». А. Поперечный срез фотосинтезирующей клетки, на котором видна ее тонкая и сложная структура: темные образования – это хлоропласты, содержащие тысячи молекул хлорофилла, ориентированных так, чтобы они могли улавливать солнечную энергию. Б. Длинный хоботок бабочки бражника в результате длительной биологической эволюции оказался приспособленным к извлечению нектара из цветков с длинным раструбом. В. Дельфины, питающиеся мелкой рыбой, преобразуют химическую энергию пищевых продуктов в мощные импульсы мышечной энергии. Г. Биологическое сомовоспроизведение происходит с почти идеальной точностью.

Предоставленная самой себе, она постепенно разрушается и со временем переходит в неупорядоченное состояние; при этом устанавливается равновесие с окружающей средой.

Но самая поразительная особенность живых организмов – это их способность к точному самовоспроизведению – свойство, которое можно считать поистине квинтэссенцией живого состояния. Известные нам смеси веществ, входящие в состав неодушевленных предметов, не проявляют способности к росту и воспроизведению, обеспечивающему сохранение из поколения в поколение одинаковой формы, массы и внутренней структуры этих предметов.

Источник

“Введение в общую биологию и экологию. 9 класс”. А.А. Каменский (гдз)

Вопрос 1. Какие процессы исследуют ученые на молекулярном уровне?
На молекулярном уровне изучаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: его рост и развитие, обмен веществ и превращение энергии, хранение и передача наследственной информации, изменчивость. Элементарной единицей на молекулярном уровне служит ген – фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты, в котором записан определённый в качественном и количественном отношении объём биологической информации.

Вопрос 2. Какие элементы преобладают в составе живых организмов?
В составе живого организма насчитывают более 70—80 химических элементов, однако преобладают углерод, кислород, водород, азот и фосфор.

Вопрос 3. Почему молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов рассматриваются как биополимеры только в клетке?
Молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов являются полимерами, так как состоят из повторяющихся мономеров. Но лишь в живой системе (клетке, организме) эти вещества проявляют свою биологическую сущность, обладая рядом специфических свойств и выполняя множество важнейших функций. Поэтому в живых системах такие вещества называют биополимерами. Вне живой системы эти вещества теряют свои биологические свойства свойства и не являются биополимрами.

Вопрос 4. Что понимается под универсальностью молекул биополимеров?
Независимо от уровня сложности и выполняемых в клетке функций все биополимеры обладают следующими особенностями:
• в их молекулах мало длинных ответвлений, но много коротких;
• полимерные цепи прочны и не распадаются самопроизвольно на части;
• способны нести разнообразные функциональные группы и молекулярные фрагменты, обеспечивающие биохимическую функциональную активность, т. е. способность осуществлять нужные клетке биохимические реакции и превращения в среде внутриклеточного раствора;
• обладают гибкостью, достаточной для образования очень сложных пространственных структур, необходимых для выполнения биохимических функций, т. е. для работы белков как молекулярных машин, нуклеиновых кислот как программирующих молекул и т.д.;
• связи С—Н и С—С биополимеров, несмотря на их прочность, одновременно являются аккумуляторами электронной энергии.
Главным свойством биополимеров является линейность полимерных цепей, так как только линейные структуры легко кодируются и «собираются» из мономеров. Кроме того, если полимерная нить обладает гибкостью, то из нее довольно просто образовать нужную пространственную конструкцию, а после тот как построенная таким образом молекулярная машина амортизируется, сломается, ее легко разобрать на составные элементы, чтобы снова их использовать. Сочетание этих свойств имеется только в полимерах на углеродной основе. Все биополимеры в живых системах способны выполнять определённые свойства и выполнять множество важнейших функций. Свойства биополимеров зависят от числа, состава и порядка расположения составляющих их мономеров. Возможность изменения состава и последовательности мономеров в структуре полимера позволяет существовать огромному разнообразию вариантов биополимеров, независимо от видовой принадлежности организма. У всех живых организмов биополимеры построены по единому плану.

Источник

Сущность жизни и свойства живого.

Уровни организации живого.

Цель занятия: Познакомиться с живыми системами. Изучить уровни организации живой материи.

Что такое жизнь?

Живые организмы по многим признакам отличаются от неживой природы.

Живые организмы имеют определенный химический состав (белки, нуклеиновые кислоты), но смесь этих веществ не является живой системой. Особенностью живых систем является способность синтезировать белки по программам, содержащимися в нуклеиновых кислотах.

Каждый организм можно считать живым, если он имеет определенную структуру и выполняет определенные функции.

Классическое определение жизни дал Ф. Энгельс: «Жизнь, есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

Современным представлениям более соответствуют такие определения:

– живыми называются системы, имеющие в своём составе белки и нуклеиновые кислоты и способные сами синтезировать эти вещества;

– живыми называются системы, имеющие генотип, записанный в нуклеиновых кислотах.

Самый общий подход к поиску определения жизни связан с термодинамическими свойствами живых систем. Прежде всего это связано с тем, что живые организмы являются диссипативными структурами (от лат. dissipatio – рассеивание), увеличивающими собственную упорядоченность за счёт роста неупорядоченности окружающей среды.

Жизнь – это поддержание и воспроизводство характерных высокоупорядоченных структур, которое совершенствуется в ходе эволюции и осуществляется в соответствии с внутренней программой благодаря внешним источникам вещества и энергии.

Субстрат жизни – это комплекс сложных биополимеров белков и нуклеиновых кислот, а жизнь есть их совместная функция.

Свойства живой материи.

1. Определенный химический состав.

Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ являются С, О, Н и N.

2. Клеточное строение.

Все живые организмы, кроме вирусов, имеют клеточное строение.

3. Обмен веществ и энергозависимость.

Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступления в них веществ и энергии из внешней среды.

4. Саморегуляция.

Живые организмы обладают способностью поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов.

5. Раздражимость и психические функции.

Живые организмы проявляют раздражимость, то есть способность отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями.

6. Наследственность.

Живые организмы способны передавать признаки свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации – молекул ДНК и РНК.

7. Изменчивость.

Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства.

8. Самовоспроизведение (репродукция).

Живые организмы способны размножаться – воспроизводить себе подобных.

9. Индивидуальное развитие.

Онтогенез– развитие организма от момента зарождения до смерти. Развитие сопрвождается ростом.

10. Эволюционное развитие.

Филогенез– развитие жизни на Земле с момента её возникновения до настоящего времени.

11. Ритмичность.

Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.), что связано с особенностями среды обитания.

12. Целостность и дискретность.

С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована и подчиняется общим законам; с другой стороны, любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов.

13. Иерархичность.

Начиная от биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) до биосферы в целом все живое находится в определенной соподчиненности. Функционирование биологических систем – менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня.

Уровни организации живой природы.

Все живые организмы произошли из неживой природы, постепенно усложняясь в ходе эволюции и естественного отбора и затем разделились по способу питания на автотрофов и гетеротрофов. Однако в сходных условиях окружающей среды дальнейшее развитие растений и животных шло параллельно, и поэтому в строении тела живых организмов можно проследить гомологические ряды.

Все организмы – живые системы, имеющие сходные черты строения и жизнедеятельности; у них сходный генетический код, химический состав, строение молекул, клеток, однотипное строение тела на одинаковых уровнях организации. Это единство живых организмов даёт возможность построить общую систему уровней организации живой материи от молекулярного до биосферного.

Уровень организации живой материи – это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого. Выделяют следующие уровни (табл. 1).

Таблица 1 – Уровни организации живой природы

Уровень

Эмергентные свойства

Науки, занимающиеся этими вопросами

Молекулярный

(молекула белка)

Обладает характерной информацией, способностью к выполнению опреде-ленных функций в клетке.

Биохимия, цитология, биофизика

Клеточный

(клетка)

Обладает основными свойствами живых систем: способностью к обмену ве-ществ, размножению и т. д. У однок-леточных обладает свойствами организ-ма, у многоклеточных служит для вы-полнения определенной функции.

Биохимия, цитология,

биофизика

Органно – тканевый

(нейронная сеть)

Управляет клеточной жизнедеятель-ностью (делением, обменом веществ, функциональной активностью). Способ-на к обработке информации и выполне-нию определенных кибернетических функций.

Анатомия, морфология, гистология

Организменный

(особь)

Явяется единицей естественного отбора (как целое гибнет или выживает и разм-ножается). Обладает индивидуальностью, возникающей в результате онтогенеза.

Анатомия, морфология, физиология, генетика

Популяционный

(популяция)

Обладает потенциальным бессмертием и способностью к эволюции. Характери-зуется определенной половозрастной, пространственной, генетической, иерар-хической структурой.

Экология, эволюционное

учение

Биогеоценоти-ческий (биогеоценоз)

Способен к развитию (сукцессии), осу-ществляет частично замкнутый кругово-рот веществ.

Экология

Биосферный

(биосфера)

Осуществляет замкнутые биогеохими-ческие циклы (с учетом обмена вещест-вом с космосом и земными недрами). Регулирует некоторые свойства плане-ты, обладает способностью к биос-ферной эволюции.

Экология, учение о биосфере, геохимия

Задание для самостоятельной работы.

1. Какие свойства живой материи должны быть отражены, по вашему мнению, в определении понятия «жизнь»?

2. Почему трудно дать однозначное определение понятия «жизнь»? Попробуйте сформулировать собственное определение.

3. Дополните недостающие смысловые характеристики:

Упорядоченность__________________и___________________

Целостность_______________________и___________________

Рост_______________________________и__________________

__________________________________и энергии

__________________________________и гомеостаз.

4. Проиллюстрируйте на примерах такие свойства живой материи, как:

а) Дискретность и целостность…

б) Рост и развитие…

в) Обмен веществ и энергии…

5. Раскройте смысл утверждения: «Одним из важнейших свойств живых существ является способность к саморегуляции».

6. Установите соответствие между группами и их представителями:

Объекты Группы

1. Молекула А. Живая природа

2. Клетка

3. Дерево

4. Млекопитающие Б. Неживая природа

6. Повареная соль

7. Лед

8. Камень

9. Мел

10. Корень ландыша

7. Самовоспроизведение – это одно из важнейших свойств живой материи. Почему возникают различия между родителями и потомками?

8. Соедините стрелками соответствующие друг другу элементы левого и правого столбика.

9. Какие формы существования живой материи называются структурными уровнями организации жизни? Приведите примеры таких форм.

10. Заполните правую колонку таблицы 2.

Таблица 2 – Уровни организации живой материи

Биологический объект

Уровень организации

Молекулы белка

Корень

Вода

Нуклеиновая кислота

Растение

Животное

Древесина

Сосновый бор

Популяция зайцев

11. По аналогии с представленным примером в столбце 1 дополните таблицу 3.

Таблица 3 – Уровни организации живой природы

Уровни организации

Примеры

Молекулярно – генетический

Молекула АТФ

Клеточный

Нервная клетка

Тканевый

Нервный узел

Органный

Мозг

Организменный

Рыба

Популяционно – видовой

Стая рыб

Биогеоценотический

Коралловый риф

Биосферный

Биосфера Земли

12. Все уровни организации жизни рассматриваются как ступени, на которых происходит её усложнение и проявление ее новых форм. Перечислите примеры таких усложнений при переходе:

а) от молекулярного уровня – к клеточному.

13. Разгадайте кроссворд.

Вопросы.

1. Механизм, в результате которого сохраняется относительное постоянство внутренней среды организма.

2. Ответная реакция на внешние и внутренние воздействия на организм.

3. Преемственность поколений обеспечивает … .

4. Форма движения высшей материи по сравнению с физическими формами сущестования.

5. Единая структурно – функциональная единица живой материи.

6. Способность наследственной информации к изменениям.

7. Важнейшее свойство всех живых организмов, в основе которого лежит информация о строении и функциях любого живого организма.

8. Особь, индивид, самостоятельно взаимодействующий со средой обитания.

9. Системы, устойчивые лишь при условии непрерывного поступления в них энергии и вещества из окружающей среды.

Вопросы.

1. Высшая форма организации живой материи, объединяющая все экосистемы планеты.

2. Уровень, на котором изучают взаимоотношения организмов и среды обитания.

3. Совокупность особей одного вида, обладающих общим генофондом и занимающих определённую территорию.

4. Основная структурная и функ-циональная единица живых организмов.

5. Начальный уровень организации живого, который обладает всеми свойствами живого.

6. Уровень, представленный как одноклеточными, так и многоклеточными организмами, на котором изучается организм как единое целое.

7. Оболочка Земли, развивающаяся под воздействием живых организмов.

8. Совокупность живых организмов и среды обитания, связанных между собой обменом веществ, энергии и информации.

9. Уровень, представленный органическими и неорганическими молекулами, входящими в состав живых систем, а также в разнообразные комплексы.

Вопросы для повторения.

1. Какие химические элементы наиболее широко распространены в неживой природе?

2. Из каких химических элементов состоят живые организмы?

3. Чем отличаются обменные процессы в неживой природе от обмена веществ у живых организмов?

4. Что такое самовоспроизведение (репродукция) живых организмов? Что лежит в его основе?

5. Каково значение наследственности в поддержании жизни на Земле?

6. Что такое развитие?

7. Какие формы развития вы знаете?

8. В чем сущность онтогенеза и филогенеза? Что такое раздражимость?

9. Назовите формы раздражимости?

10. Какое значение для приспособления к условиям существования имеет раздражимость?

11. Приведите примеры дискретности как принципа организации живых систем для поддержания их целостности.

12. Приведите примеры саморегуляции физиологических процессов в организме.

13. В чем значение ритмичности процессов жизнедеятельности?

14. Объясните, почему живые организмы являются открытыми системами?

15. Дайте определение жизни.

Источник