Химические основы жизни

Химические основы
жизни
Изучение химии живых организмов, т.е.
биохимии, тесно связано с общим бурным
развитием биологии в 20 веке. Значение
биохимии состоит в том, что она дает
фундаментальное понимание физиологии,
т.е. понимание как работают биологические
системы.
 Биохимия в биологии играет также важную
объединяющую роль. При рассмотрении на
этом уровне часто бросаются в глаза не
столько различия между живыми
организмами, сколько их сходство.

Элементы, содержащиеся в
живых организмах.
В
земной коре встречается
около 100 химических элементов, но для
жизни необходимы около 20 из них.
Наиболее распространены в живых
организмах четыре элемента: кислород
(62 %), углерод (20 %), водород (10%) и
азот (3%). На их долю приходится
приходиться более 99 % массы всех
живых организмов.
Таблица элементов
макроэлементы
элемент
символ
микроэлементы
содержани
е%
элемент
символ
кислород
O
62 медь
Cu
углерод
C
20 марганец
Mn
водород
H
10 молибден
Mo
азот
N
3 кобальт
Co
кальций
Ca
фосфор
2.5 бор
B
P
1.0 цинк
Zn
сера
S
0.25 фтор
F
калий
K
0.25 селен
Se
хлор
Cl
0.2 хром
Cr
натрий
Na
0.1
магний
Mg
0.07
I
0.01
Fe
0.01
иод
железо
Значение воды

Вода – одно из самых
распространенных
веществ на Земле. Без
воды жизнь на нашей
планете не могла бы
существовать. Вода
важна для живых
организмов вдвойне, т.к.
она не только
необходимый компонент
живых клеток, но для
многих еще и среда
обитания.
 Уникальные
свойства воды
определяются структурой ее
молекул. Молекула воды полярна,
т.к. ее кислородный атом несет
частично отрицательный заряд, а
каждый из двух атомов водорода
частичный положительный заряд.
Рис. 1. Строение молекулы воды. Геометрическая схема (а),
плоская модель (б) и пространственная электронная структура (в)
мономера H2O. Два из четырех электронов внешней оболочки
атома кислорода участвуют в создании ковалентных связей с
атомами водорода, а два других образуют сильно вытянутые
электронные орбиты, плоскость которых перпендикулярна
плоскости Н-О-Н.
Свойства воды


Вода обладает когезией,
т.е. ее молекулы
способны «слипаться»
друг с другом, образуя
поверхностное
натяжение.
Благодаря когезии клопыводомерки держатся на
поверхности
 Адгезия
– способность полярных
молекул воды притягиваться к любым
поверхностям. Адгезией объясняются
капиллярные свойства воды
(способность подниматься по тонким
трубкам).
 Благодаря
адгезии по сосудам ксилемы
от корней растений к листьям двигается
вода с растворенными в ней солями
Вода является растворителем, в ней
растворяются больше веществ, чем в какой
либо другой жидкости. Неполярные
соединения в ней не растворяются
 Вода обладает высокой теплопроводностью.
Теплопроводность – это мера способности
теплоты распространяться по данному
веществу. В живом организме постоянно
происходят реакции, сопровождаемые
выделением тепла. Благодаря воде, это
тепло равномерно распространяется по
всему организму, устраняя риск
возникновения «горячих» точек.




Вода испаряясь,
способствует охлаждению
организма.
Вода имеет высокую
температуру замерзания, а ее
плотность максимальна при –
40С. Некоторые организмы
имеют природные
антифризы,
предотвращающие
образование льда в их
клетках. Млекопитающих и
птиц защищает постоянная
температура тела. Низкая
плотность льда выгодна
водным животным.
Тепловая одышка собак
Льды
Антарктиды
Значение углерода.
 Углерод
является главным элементом
биологических молекул. Свойства
атомов углерода определяют их
уникальную пригодность для выполнения
той главной роли, которую они призваны
играть в химии жизни.
 Основные и хорошо изученные
кристаллические модификации
углерода — алмаз и графит
Один углеродный атом способен
образовать четыре ковалентные связи.
Много атомов способны объединяться в
длинные цепи, присоединять к себе
короткие боковые цепочки.


Концы углеродных цепей
иногда соединяются, в
результате чего возникают
кольцевые структуры. Эти
углеродные цепи и кольца
составляют скелеты
органических молекул.
Углерод – единственный
элемент, способный
образовать достаточное
количество сложных и
стабильных соединений,
которые обнаруживаются у
живых существ.
Образование биологических
молекул


Живые организмы образуют всевозможные малые
органические молекулы, называемые мономерами.
Мономеры – это строительные блоки, или
субъединицы, более крупных молекул. Они
способны соединяться друг с другом, образуя
полимеры, известные так же под названием
макромолекул.
Все живые организмы содержат четыре главных
класса органических соединений: углеводы, липиды,
белки и нуклеиновые кислоты. Соединения каждого
класса построены из своих особых мономеров,
объединяющихся в полимеры.