Какое свойство воды делает ее хорошим растворителем биологических систем
Вода как растворитель играет предельно важную роль далеко не только в плане нашего быта. Исследователи давно говорят, что данное волшебное соединение является основой для образования жизни вообще. И именно поэтому его наличие выступает обязательным условием для существования чего-то более сложного, нежели неживая природа.
Растворимость тех или иных химических элементов напрямую связана с существованием воды, так как она чаще всего выступает той средой, которая преобразует все вокруг себя и создает новые формы органической и неорганической материи.
Человек примерно на 70% состоит из воды (имеется ввиду кровь, межклеточная жидкость, плазма крови и прочие вещества), у большинства других существ этот показатель колеблется от 50 до 95%. Очевидно, что свойства данного соединения оказывают решающую роль на происходящие вокруг нас и внутри нас процессы синтеза, регенерации и многие другие.
Это универсальный растворитель, который буквально формирует окружающий мир, постоянно преображает и обновляет его!
Свойства воды как растворителя
Вода – сложное вещество, отличающееся многими уникальными характеристиками, которые нельзя встретить больше нигде.
Она способна растворить большую часть существующих в природе комплексных соединений, содержащих в своей структуре молекулы как с положительными, так и отрицательными ионами одновременно.
При проведении так называемых кинетических исследований все растворы также изготавливаются на основе H2O.
Яркий пример особенности воды – при схожести по своей структуре с метаном CH4, она имеет температуру кипения выше на целых 2500С!
Важную роль играет также ее способность выступать одновременно либо донором, либо акцептором частиц водорода, благодаря чему проходят многие химические процессы. Химия говорит нам еще и о том, что вода выступает идеальным растворителем для диссоциирующих соединений.
Интересно отметить, что по причине высокого уровня диэлектрической проницаемости, вода отлично экранирует электрические поля ионов друг от друга. Благодаря этому притяжение противоположно заряженных частиц в воде снижается примерно в 80 раз.
Какие вещества растворяются в воде
Даже если школьник ходит только в 3 класс, он наверняка может привести примеры материалов, которые боятся контакта с водой, или, другими словами, растворяются в ней и теряют свои свойства.
Вот перечень только некоторых веществ такого типа:
К хорошо растворимым относятся: соль, сахар, сода, хлориды, щелочные металлы и нитраты, а также бромиды. Воздух также претерпевает изменения при контакте с жидкой средой. Крахмал полностью растворим, спирт тоже.
К средней степени взаимодействия относятся: бертолетова соль, метан, гипс, кислород, азот, другие химические элементы, например, сульфаты, некоторые газообразные вещества.
Есть и такие материалы, которые являются нерастворимыми: сульфид меди, стекло, золото, керосин, серебро, растительный жир и многие другие. Правда, при некоторых условиях даже они не способны устоять от такого мощного воздействия.
В организме человека есть целая группа витаминов (С, В1, 2, 3(РР), В12 и другие), которые способны оказывать свое положительное воздействие на здоровье только в контакте с H2O. Это касается также и фолиевой кислоты, биотина и т. д.
Что не растворяется в воде
Существуют такие химические образования, которые не воспринимают воздействия воды в качестве растворителя совсем.
Хороший пример: углерод С, который находится в простом карандаше, многие металлы и сплавы, типа алюминия, а также золото, серебро, медь.
Такая ситуация складывается благодаря тому, что между молекулами и атомами нерастворимых веществ действуют сильные связи, которые водород разрушить не в состоянии. Полярное состояние молекулы также способствует большей прочности материала, который состоит из таких частиц.
Многие вещи, которые мы видим вокруг себя в быту, также являются нерастворимыми. Очень популярный пример – пластик.
В мировом океане плавает огромное пятно из пластикового мусора, которое ежегодно растет, и количество пластмассы там совершенно не желает уменьшаться естественным путем. Его не могут никак переработать, что очень плохо для всей экосистемы.
Именно поэтому экологи бьют тревогу и в ЕС уже сейчас планируется отказ от целлофановых пакетов, пластиковых стаканчиков и трубочек и тому подобные меры.
Значение воды как растворителя
Как уже упоминалось в начале статьи, рассматриваемые свойства воды являются ключевыми для всей живой и неживой природы нашей планеты.
Если бы она не обладала этими характеристиками, то большинство химических процессов на Земле, в живых организмах, в органической природе бы просто остановилось. Картинка такого мира была бы очень неутешительна – темная пустыня без признаков жизни.
Роль воды настолько огромна, что именно ее определение в далеких планетах и галактиках является для астрономов основным занятием в надежде когда-то отыскать там если не разумное существование, то хотя бы зачатки жизни.
Источник
Свойства воды и ее роль в клетке:
На первом месте среди веществ клетки стоит вода. Она составляет около 80% массы клетки. Вода важна для живых организмов вдвойне, ибо она необходима не только как компонент клеток, но для многих и как среда обитания.
1. Вода определяет физические свойства клетки – ее объем, упругость.
2. Многие химические процессы протекают только в водном растворе.
3. Вода – хороший растворитель: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе, и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки.
4. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью.
5. Вода обладает уникальным свойством: при охлаждении ее от +4 до 0 градусов, она расширяется. Поэтому лед оказывается легче жидкой воды и остается на ее поверхности. Это очень важно для организмов, обитающих в водной среде.
6. Вода может быть хорошим смазочным материалом.
Биологическая роль воды определяется малыми размерами ее молекул, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями.
Биологические функции воды:
транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.
метаболическая. Вода является средой для всех биохимических реакций, донором электронов при фотосинтезе; она необходима для гидролиза макромолекул до их мономеров.
вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме.
За очень немногими исключениями (кость и эмаль зуба), вода является преобладающим компонентом клетки. Вода необходима для метаболизма (обмена) клетки, так как физиологические процессы происходят исключительно в водной среде. Молекулы воды участвуют во многих ферментативных реакциях клетки. Например, расщепление белков, углеводов и других веществ происходит в результате катализируемого ферментами взаимодействия их с водой. Такие реакции называются реакциями гидролиза.
Вода служит источником ионов водорода при фотосинтезе. Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода составляет 95% всей воды в клетке и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы протоплазмы. Связанная вода, на долю которой приходится всего 4% всей воды клетки, непрочно соединена с белками водородными связями.
Из-за асимметричного распределения зарядов молекула воды действует как диполь и потому может быть связана как положительно, так и отрицательно заряженными группами белка. Дипольным свойством молекулы воды объясняется способность ее ориентироваться в электрическом поле, присоединяться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд. В результате этого образуются гидраты
Благодаря своей высокой теплоемкости вода поглощает тепло и тем самым предотвращает резкие колебания температуры в клетке. Содержание воды в организме зависит от его возраста и метаболической активности. Оно наиболее высоко в эмбрионе (90% ) и с возрастом постепенно уменьшается. Содержание воды в различных тканях варьируется в зависимости от их метаболической активности. Например, в сером веществе мозга воды до 80%, а в костях до 20%. Вода — основное средство перемещения веществ в организме (ток крови, лимфы, восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам у растений) и в клетке. Вода служит «смазочным» материалом, необходимым везде, где есть трущиеся поверхности (например, в суставах). Вода имеет максимальную плотность при 4°С. Поэтому лед, обладающий меньшей плотностью, легче воды и плавает на ее поверхности, что защищает водоем от промерзания. Это свойство воды спасает жизнь многим водным организмам.
Источник
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