Какое свойство воды делает ее хорошим растворителем биологических систем

Вода (H2O) — важнейшее неорганическое вещество клетки. В клетке в количественном отношении вода занимает первое место среди других химических соединений. Вода выполняет различные функции: сохранение объёма, упругости клетки, участие во всех химических реакциях. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней содержится воды.
Обрати внимание!
Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной.
Свободная вода находится в межклеточных пространствах, сосудах, вакуолях, полостях органов. Она служит для переноса веществ из окружающей среды в клетку и наоборот.
Связанная вода входит в состав некоторых клеточных структур, находясь между молекулами белка, мембранами, волокнами, и соединена с некоторыми белками.
Вода обладает рядом свойств, имеющих исключительное значение для живых организмов.
Структура молекулы воды
Уникальные свойства воды определяются структурой её молекулы.
Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
Характерное расположение электронов в молекуле воды придаёт ей электрическую асимметрию. Более электроотрицательный атом кислорода притягивает электроны атомов водорода сильнее, в результате молекула воды является диполем (обладает полярностью). Каждый из двух атомов водорода обладает частично положительным зарядом, а атом кислорода несёт частично отрицательный заряд.
Частично отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается частично положительными атомами водорода других молекул. Таким образом, каждая молекула воды стремится связаться водородной связью с четырьмя соседними молекулами воды.
Свойства воды
Так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ.
Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными (соли, сахара, простые спирты, аминокислоты, неорганические кислоты). Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы могут двигаться более свободно и, следовательно, реакционная способность вещества возрастает.
Вещества, нерастворимые в воде, называются гидрофобными (жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки). Такие вещества могут образовывать с водой поверхности раздела, на которых протекают многие химические реакции. Следовательно, тот факт, что вода не растворяет некоторые вещества, для живых организмов также очень важен.
Вода обладает высокой удельной теплоёмкостью, т. е. способностью поглощать тепловую энергию при минимальном повышении собственной температуры. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме. Большая теплоёмкость воды защищает ткани организма от быстрого и сильного повышения температуры.
Для испарения воды необходима довольно большая энергия. Использование значительного количества энергии на разрыв водородных связей при испарении способствует его охлаждению. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.
Пример:
примерами этого могут являться транспирация у растений и потоотделение у животных.
Вода обладает также высокой теплопроводностью, обеспечивая равномерное распределение тепла по всему организму.
Обрати внимание!
Высокая удельная теплоёмкость и высокая теплопроводность делает воду идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма.
Вода практически не сжимается, создавая тургорное давление, определяя объём и упругость клеток и тканей.
Пример:
гидростатический скелет поддерживает форму у круглых червей, медуз и других организмов.
Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создаётся плёнка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.
Пример:
благодаря силе поверхностного натяжения происходит капиллярный кровоток, восходящий и нисходящий токи растворов в растениях.
К числу важных в физиологическом отношении свойств воды относится её способность растворять газы (O2, CO2 и др.).
Вода является также источником кислорода и водорода, выделяемых при фотолизе в световую фазу фотосинтеза.
Биологические функции воды
- Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почву и к водоёмам.
- Вода — активный участник реакций обмена веществ.
- Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме (эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке).
- Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слёзы, желчь, сперма и т. д.
Источники:
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.
Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.
https://infourok.ru/prezentaciya_po_biologii_na_temu_mineralnye_veschestva_i_voda-409343.htm
https://otvet.mail.ru/question/182353364
https://www.studfiles.ru/html/2706/741/html_fBK8q_mH0r.UWHS/htmlconvd-PYhDG9_html_1c3325a2.png
Источник
Тестирование по теме «Строение клетки» 10 класс
1 вариант
Часть А
1. На каком рисунке изображена эндоплазматическая сеть?
2. Хлоропласты в растительной клетке
1) выполняют защитную функцию
2) осуществляют связь между частями клетки
3) обеспечивают накопление воды
4) осуществляют синтез органических веществ из неорганических
3. Прокариотические клетки, в отличие от эукариотических,
1) имеют кольцевую молекулу ДНК 2) не способны к фотосинтезу
3) способны к делению надвое 4) не имеют цитоплазмы и оболочки
4. Какие структуры клеточного органоида позволяют установить, что на рисунке изображена рибосома?
1) многочисленные кристы 2) граны и тилакоиды
3) цистерны и полости 4) большая и малая частицы
5. Животных относят к группе эукариот, так как их клетки имеют
1) хлоропласты 2) плазматическую мембрану
3) оболочку 4) оформленное ядро
6. Митохондрии отсутствуют в клетках
1) растений 2) грибов 3) водорослей 4) бактерий
7. Какова роль ядра в растительной клетке?
1) обеспечивает образование органических веществ из неорганических
2) способствует перемещению органоидов в клетке
3) поглощает и использует в процессе фотосинтеза солнечную энергию
4) обеспечивает хранение и передачу наследственной информации
8. В лизосомах, в отличие от митохондрий, не происходит
1) синтез молекул АТФ 2) расщепление органических веществ
3) гидролиз белков до аминокислот 4) расщепление ДНК
9. В комплексе Гольджи накапливаются продукты
1) окисления глюкозы 2) окисления аминокислот
3) синтетической деятельности клетки 4) расщепления пировиноградной кислоты
10. Клеточный органоид, содержащий молекулу ДНК, –
1) рибосома 2) хлоропласт
3) клеточный центр 4) комплекс Гольджи
11. Расщепление в клетке полисахаридов до моносахаридов с участием ферментов происходит в
1) рибосоме 2) лизосоме
3) комплексе Гольджи 4) эндоплазматической сети
12. Какие органоиды клетки содержат молекулы хлорофилла?
1) рибосомы 2) пластиды
3) митохондрии 4) комплекс Гольджи
Часть В
13. Какие функции выполняет комплекс Гольджи?
1) синтезирует органические вещества из неорганических
2) расщепляет биополимеры до мономеров
3) накапливает белки, липиды, углеводы, синтезированные в клетке
4) осуществляет сборку компонентов клеточных мембран
5) окисляет органические вещества до неорганических
6) участвует в образовании лизосом
14. Чем митохондрии отличаются от лизосом?
1) имеют наружную и внутреннюю мембраны
2) имеют многочисленные выросты – кристы
3) участвуют в процессах освобождения энергии
4) в них пировиноградная кислота окисляется до углекислого газа и воды
5) в них биополимеры расщепляются до мономеров
6) участвуют в обмене веществ
15. Установите последовательность этапов фагоцитоза.
А) плазматическая мембрана углубляется внутрь клетки и окружает частицу пищи
Б) фагоцитозный пузырёк сливается с лизосомой и образует пищеварительную вакуоль
В) частица пищи в мембранной упаковке погружается в цитоплазму
Г) сложные органические вещества расщепляются ферментами и поступают в цитоплазму
Часть С
16. Найдите ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.
1. Клеточные организмы делят на две группы. 2. Прокариоты – доядерные организмы. 3. К прокариотам относят одноклеточные организмы: бактерии, водоросли, простейшие. 4. К эукариотам относят только многоклеточные организмы. 5. Прокариоты, как и эукариоты, имеют митохондрии. 6. Группа прокариот – Цианобактерии используют солнечную энергию в процессе фотосинтеза для образования органических веществ из неорганических.
17. Какие элементы строения клеточной мембраны животной клетки обозначены на рисунке цифрами 1, 2, 3 и какие функции они выполняют?
18. Известно, что аппарат Гольджи особенно хорошо развит в железистых клетках поджелудочной железы. Объясните, почему.
Тестирование по теме «Строение клетки» 10 класс
2 вариант
Часть А
1. На каком рисунке изображена митохондрия?
2. К двухмембранным органоидам клетки относят
1) митохондрии и пластиды 2) рибосомы и клеточный центр
3) лизосомы и вакуоли 4) ЭПС и аппарат Гольджи
3. Клеточная мембрана состоит из двойного слоя
1) фосфолипидов и мозаично встроенных молекул белков
2) белков, снаружи покрытых фосфолипидами, а изнутри углеводами
3) белков, между которыми находится один слой фосфолипидов
4) фосфолипидов, между которыми располагается один слой белка
4. Изображённый на рисунке органоид клетки, в котором накапливаются синтезированные в ней продукты, представляет собой
1) рибосому
2) комплекс Гольджи
3) митохондрию
4) плазматическую мембрану
5. Митохондрию в клетке можно узнать по наличию в ней
1) одной мембраны 2) большой и малой частиц
3) полостей с пузырьками 4) крист внутренней мембраны
6. Биосинтез белка в клетке происходит
1) в лизосомах 2) в вакуолях
3) в комплексе Гольджи 4) на рибосомах
7. Митохондрии относят к полуавтономным органоидам клетки, так как
1) они имеют два слоя мембран
2) в них образуются молекулы АТФ
3) они обладают собственным аппаратом биосинтеза белка
4) их внутренняя мембрана образует многочисленные выросты
8. Какую функцию выполняет в клетке ядро?
1) осуществляет синтез углеводов
2) регулирует процессы жизнедеятельности
3) устанавливает связь между органоидами
4) осуществляет связь одной клетки с другими
9. Растительную клетку относят к группе эукариотных клеток, так как она имеет
1) ядерное вещество 2) плазматическую мембрану
3) оболочку 4) оформленное ядро
10. В животной клетке отсутствуют
1) пластиды 2) лизосомы
3) элементы комплекса Гольджи 4) центриоли клеточного центра
11. Какой из перечисленных органоидов является немембранным?
1) эндоплазматическая сеть 3) лизосома
2) клеточный центр 4) аппарат Гольджи
12. Гликокаликс представляет собой
1) клеточную стенку растений
2) мембрану клеток животных
3) поверхностный слой мембраны растительных клеток
4) поверхностный слой мембраны животных клеток
Часть В
13. Какие функции выполняет в клетке плазматическая мембрана?
1) придает клетке жесткую форму
2) отграничивает цитоплазму от окружающей среды
3) служит матрицей для синтеза иРНК
4) обеспечивает поступление в клетку ионов и мелких молекул
5) обеспечивает передвижение веществ в клетке
6) участвует в поглощении веществ клеткой
14. Какие процессы жизнедеятельности происходят в ядре клетки?
1) образование веретена деления
2) формирование лизосом
3) удвоение молекул ДНК
4) синтез молекул иРНК
5) образование митохондрий
6) формирование субъединиц рибосом
15. Установите последовательность процессов, происходящих при фагоцитозе.
А) поступление растворённых веществ в цитоплазму
Б) захват клеточной мембраной питательных веществ
В) гидролиз полимеров до мономеров
Г) образование фагоцитозного пузырька внутри клетки
Д) слияние фагоцитозного пузырька с лизосомой
Часть С
16. Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, объясните их.
1. У бактерий, как и у всех живых организмов, происходит обмен веществ и превращение энергии. 2. По способу питания их делят на автотрофов и гетеротрофов. 3. Автотрофные бактерии, синтезируя органические вещества из неорганических, всегда используют энергию света. 4. Фотосинтез в автотрофных бактериях протекает в хлоропластах, как у растений. 5. Все бактерии дышат кислородом.
17. Почему поглощение частиц пищи путем фагоцитоза характерно только для животных клеток, а у растений и грибов фагоцитоз невозможен?
18. Работа какого органоида приводит к исчезновению хвоста головастиков по мере их превращения в лягушат? Какое значение имеет данное явление?
Источник
РАЗДЕЛ 1.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО
ТЕМА 2.
ХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ. ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ КЛЕТОК. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА: ВОДА И МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ
1. Основные вопросы теории
Молекулярный уровень организации живого
Это самый низкий уровень организации живого, представленный отдельными молекулами органических и неорганических веществ, входящих в состав клеток организма. Жизнь можно представить как организационную иерархию вещества. В живых существах элементы образуют очень сложные органические молекулы, из которых в свою очередь состоят клетки, а из тех – целый организм. Жизнедеятельность всех живых систем проявляется во взаимодействии молекул различных химических веществ.
Элементный состав клетки
В составе живой природы обнаружено более 80 химических элементов, 27 из них выполняют определенные функции.
27 | ||
↓ | ↓ | ↓ |
макроэлементы | микроэлементы | ультрамикроэлементы |
99 % | 10-3 % | 10-6 % |
98% – биогенные: О, С, Н, N K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl, S, P. | B, Mn, Zn, Cu, Co, F, I, Br, Mo. | U, Au, Be, Hg, Se, Ra, Cs. |
Некоторые организмы – интенсивные накопители определенных элементов: бактерии способны накапливать марганец, морские водоросли – йод, ряска – радий, моллюски и ракообразные – медь, позвоночные – железо.
Каждый из химических элементов выполняет важную функцию в клетке.
Элемент | Биологическая роль |
О, Н | входят в состав воды. |
С, О, Н, N | входят в состав белков, липидов, нуклеиновых кислот, полисахаридов. |
K, Na, Cl | обеспечивают проведение нервного импульса. |
Ca | компонент костей, зубов, необходим для мышечного сокращения, компонент свертывания крови, посредник в механизме действия гормонов. |
Mg | структурный компонент хлорофилла, поддерживает работу рибосом и митохондрий. |
Fe | структурный компонент гемоглобина, миоглобина. |
S | входит в состав серосодержащих аминокислот, белков. |
P | входит в состав нуклеиновых кислот, костной ткани. |
B | необходим некоторым растениям. |
Mn, Zn, Cu | активаторы ферментов, влияют на процессы тканевого дыхания. |
Zn | входит в состав инсулина. |
Cu | входит в состав окислительных ферментов, переносит кислород в тканях моллюсков. |
Co | входит в состав витамина В12. |
F | входит в состав эмали зубов. |
I | входит в состав тироксина. |
Химические вещества клетки | |
↓ | ↓ |
неорганические | органические |
вода – 7585%; минеральные соли – 11,5%. | белки – 10 – 20%; углеводы – 0,2 – 2%; липиды – 1 – 5%; нуклеиновые кислоты – 1 – 2%. |
Уникальное строение воды, её свойства и роль в живой природе
Строение и свойства воды | Биологические функции воды |
1. Малые размеры молекул воды, молекула воды нелинейна. | 1. Вода – среда для протекания биохимических реакций в клетках. 2. Вода – донор электронов, источник ионов водорода и свободного кислорода при фотосинтезе. 3. Вода необходима для гидролиза макромолекул до мономеров, например, в пищеварении. 4. Вода обусловливает рН среды, что определяется концентрацией Н+ и ОН-. |
2. Полярность, молекула воды – диполь. | 5. Вода – универсальный растворитель для полярных веществ. По растворимости в воде все вещества подразделяют на гидрофильные (водорастворимые) и гидрофобные (нерастворимые). 6. Вода – среда для транспорта веществ. |
3. Способность образовывать водородные связи, подвижность молекул воды. … – водородная связь. | 7. Вода обладает высокой теплопроводностью и большой теплоемкостью, выполняет функцию терморегуляции в живых организмах (т.к. для разрыва водородных связей нужно много Е). 8. При замерзании вода расширяется (т.к. образуется много водородных связей), лед легче воды, плавает на её поверхности, самая «тяжелая вода» при t +40, что спасает жизнь водным обитателям зимой. |
4. Силы межмолекулярного сцепления не позволяют воде сжиматься. | 9. Вода служит для поддержания формы организмов (гидростатический скелет, тургорное давление). 10. Вода – смазывающее вещество в биологических системах (синовиальная жидкость, плевральная жидкость, слизь). |
Минеральные соли, их значение
Минеральные соли находятся в клетке либо в диссоциированном на ионы, либо в твердом состоянии.
Молекулы солей в водном растворе распадаются на катионы и анионы. Их значение:
- Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе возникновения нервного и мышечного возбуждения.
- Разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны обусловлен активный перенос веществ через мембрану.
- От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства клетки.
Буферные свойства клетки | |
↓ | ↓ |
фосфатная буферная система | бикарбонатная буферная система |
анионы фосфорной кислоты (Н2РО4- , НРО42-) | анионы угольной кислоты (НСО3-) |
рН внутриклеточной среды на уровне 6,9 | рН внеклеточной среды на уровне 7,4 |
- Участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.
Таким образом, функция минеральных солей в клетке состоит в поддержании постоянства внутренней среды и в обеспечении процессов жизнедеятельности.
В твердом состоянии минеральные соли Са3 (РО4)2 (фосфат кальция) входят в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков, обеспечивая прочность этих образований.
2. Тесты с выбором одного правильного ответа
1. Какой из химических элементов одновременно входит в состав костной ткани и нуклеиновых кислот?
а) калий;
б) фосфор;
в) кальций;
г) цинк.
2. У детей развивается рахит при недостатке:
а) марганца и железа;
б) кальция и фосфора;
в) меди и цинка;
г) серы и азота.
3. Передача возбуждения по нерву или мышце объясняется:
а) изменением концентраций ионов натрия и калия внутри и вне клетки;
б) разрывом водородных связей между молекулами воды;
в) изменением концентрации водородных ионов;
г) теплопроводностью воды.
4. Основу реакционного центра хлорофилла составляет атом:
а) Na;
б) K;
в) Mg;
г) Cl.
5. К биогенным элементам относятся:
а) C, P, O, N;
б) Ca, Cl, N, O;
в) C, H, O, N;
г) H, O, C, Na.
6. При замерзании воды расстояние между её молекулами:
а) уменьшается;
б) увеличивается;
в) не изменяется.
7. Какое из свойств воды обусловлено её полярностью?
а) теплопроводность;
б) теплоемкость;
в) способность растворять неполярные соединения;
г) способность растворять полярные соединения.
8. Какие химические связи возникают между атомами в молекуле воды?
а) ковалентно-неполярные;
б) ковалентно-полярные;
в) ионные;
г) водородные.
9. Поверхностное натяжение воды обусловлено:
а) ковалентными связями;
б) ионными связями;
в) водородными связями.
10. При испарении воды с поверхности тела расстояние между её молекулами:
а) увеличивается;
б) уменьшается;
в) не изменяется.
11. Какое свойство воды делает её хорошим растворителем в биологических системах?
а) высокая теплоемкость;
б) медленный нагрев и остывание;
в) высокая теплопроводность;
г) полярность молекул.
12. Твердость кости придают:
а) аминокислоты;
б) липиды и углеводы;
в) глюкоза и гликоген;
г) минеральные соли.
13. Почему в магазинах продают соль, обогащенную йодом?
а) йод влияет на изменение состава крови;
б) йод нормализует деятельность щитовидной железы;
в) йод предупреждает заболевание туберкулезом;
г) йод способствует образованию витамина D.
14. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются:
а) гидрофобными;
б) гидроидными;
в) гидрогенными;
г) гидрофильными.
15. К органическим веществам клетки относятся:
а) белки и липиды;
б) минеральные соли и углеводы;
в) вода и нуклеиновые кислоты:
г) все правильно.
3. Заполните пропуски
(заполните пропуски в предложениях, используя слова,
выделенные курсивом)
В молекуле воды (1…) атом кислорода (2…) связан с (3…) атомами водорода. Молекула воды (4…), т.к. кислород электроотрицательнее водорода. Между атомом кислорода одной молекулы и атомом (5…) другой молекулы воды образуется (6…).
Полярностью молекул воды обеспечивается ее способность (7…) другие полярные соединения. А наличием множества слабых водородных связей обеспечиваются такие её свойства, как высокая (8…) и (9…). Максимальную плотность вода имеет при температуре (10…). Поэтому лед (11…) воды и плавает на её поверхности. По отношению к воде все вещества клетки делятся на (12…) и (13…). К гидрофильным веществам относятся (14…), (15…), а к гидрофобным – (16…).
(Глюкоза, один, водорода, двумя, водородная связь, ковалентно, теплоемкость, полярна, теплопроводность, растворять, +40С, соли, легче, гидрофобные, гидрофильные, жиры.)
4. Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их
(укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, объясните их)
1. Вода – одно из самых распространенных органических веществ на Земле. 2. В клетках костной ткани до 20% воды, а в клетках мозга до 85%. 3. Свойства воды определяются структурой её молекул. 4. Ионные связи между атомами водорода и кислорода обеспечивают полярность молекулы воды и ее способность растворять неполярные соединения. 5. Между атомами кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой молекулы образуется сильная водородная связь, чем объясняется высокая температура кипения воды.
Источник