Охарактеризуйте распространенность химических элементов на Земле и в ее биосфере. В чем принципиальное единство химического состава живых организмов и неживой природы
Примерно из ста химических элементов, встречающихся на земле, для жизни необходимы только 16, причем 4 из них: водород (Н), углерод (С), кислород (О) и азот (N), наиболее распространены в живых организмах и составляют 99% массы живого. Биологическое значение этих элементов связанно с их валентностью (1,2,3,4,) и способность образовывать прочные ковалентные связи, которые оказываются прочнее, чем связи, образуемые другими элементами той же валентности. Следующими по важности являются фосфор (P), сера (S), ионы натрия, магния, хлора, калия и кальция (Na,Mg,Ci,K,Ca). В качестве микроэлементов в живых организмов присутствуют железо (Fe), кобальт (Co), медь (Cu), цинк (Zn), бор (B), алюминий (AI), кремний (Si), ванадий (V), молибден (Mo), иод (I), марганец (Mn).
С точки зрения химии – это всевозможные превращения разнообразных крупных и сложных молекул, главным из которых является углерод. В земной коре углерода всего 0,055%, кислорода 60,50%, кремния 20,45% и титана 0,27%. В атмосфере двуокиси углерода 0,03%, т.е. углерода всего 0,008%. Все биологически функциональные вещества, кроме нескольких солей и воды, содержит углерод. Это белки, жиры, углеводы, гормоны, витамины. Число соединений углерода огромно.
Соединениями углерода занимается органическая химия. Органика разлагается, горит при высоких температурах, при сгорании в воздухе углерод окисляется до СО2. Химический характер веществ зависит от природы и количества его составных частей и химического строения соединения. Благодаря этому было сформулировано понятие химического строения как способа связей в молекуле. Структурные формы отражали связь со свойствами вещества, объяснили изомерию, предсказали свойства еще неизвестных соединений, и помогли развить систематику органических соединений.
Свойства углерода – образовывать стабильные кольца и цепи – октан – это 8 атомов углерода в окружении водородных, образующих цепочку, в которой атомы лежат не параллельно, а зигзагообразно, свободно вращаясь в местах сочленения.
Кратные связи, кроме углерода, могут образовывать фосфор и кислород. Размеры органических молекул определяются углеродным скелетом, а химические свойства – присоединенными к нему элементами и химическими группами.
Обменные процессы в живой природе характеризуется круговоротом веществ. В круговорот втянуты все геосферы, в них происходит процесс переноса веществ. Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере осуществляется при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или она протекает в среде геохимические особенности которой (кислород, углеродный газ, водород) обусловлены живым веществом, которое в настоящее время населяет биосферу .
Какими методами удалось изучить состав живой клетки и ее молекулярное строение? Каково значение неорганических компонентов клетки в обеспечении процессов ее жизнедеятельности?
Клетка – элементарная живая система. На нашей планете все живое развивалось в несколько миллионов видов, но все они от бактерий до высших живых – состоят из клеток. Об открытии клеточного строения жилого вещества сообщил в 1665 году Гук. Он впервые применил микроскоп для исследования живой ткани, увидел только клеточные стенки отличающиеся размером и толщиной.
Клеточная теория сложилась в течении 19 века в результате микроскопических исследований , когда появились более совершенные микроскопы. Основа клеточной теории: клетка основная структурная единица теории и единица развития живых организмов; ядро – основная составляющая клетки; клетки размножаются только делением; всем клеткам присуща мембранное строение; клеточное строение – свидетельство единого происхождения растительного и животного мира. Современная клеточная теория исходит из единства растленности многоклеточного организма на клетки и его целостности, основанной на взаимодействии клеток. Размеры клеток измеряются в микрометрах (мкм) и в нанометрах (нм).
Ткань образуют клетки одного типа, сгруппированные вместе. Каждый орган состоит из ткани, каждая ткань состоит из клетки. При большем увеличении в клетках можно обнаружить органеллы, выполняющие свой набор функций. В ядре хранится генетическая информация, в секреторных гранулах запасаются вещества, которые затем выделяются из клетки. Наружная мембрана контролирует поступление веществ внутрь клетки и выход из нее. Органелла выполняет свою функцию через серию химический реакций, каждая из которых катализируется ферментом. Органелльная организация клетки играет важную роль в ее функционировании, иначе активность клетки была бы невозможна.
Химический состав клетки: кроме воды (около 70%) в клетке содержаться белки, кислоты, углеводы, жироподобные вещества, ионы минеральных солей. Каждая клетка выполняет свою функцию в организме.
Количество клеток в разных организмах отличается . в соответствии числом клеток все организмы делятся на пять царств.
Вирусы – они в 50 раз меньше бактерий. Они обладают генетическим материалом (ДНК или РНК). Они являются паразитами. Проникнув в чужую клетку, вирусы как бы отключают хозяйскую ДНК и заставляет ее производить только вирусы.
Прокариоты
Эукариоты
Бактерии
Водоросли.
Ядро – основная часть клетки. В ядре различают кариоплазму, хроматин и ядрышко.
Кариоплазма – это жидкая часть ядра, в которой находятся растворенные продукты жизнедеятельности. Под электронным микроскопом ядро выглядит беспорядочно зернистым и только в одной ее части зернистость резко возрастает – образуя ядрышко. Ядро расположено в центральной части клетки, окружена мембранной и содержит ДНК, в ядрышке, которых бывает несколько ,только РНК. Ядрышко – это скопление рибосомальных белков и частей рибосом , в основе которого лежит участок хромосомы, определяющий ее структуру, несущий ген. Благодаря ДНК ядро выполняет свои функции: хранение и воспроизведение генетической информации и регуляции процессов метаболизма в клетке. Жизненный цикл клетки – это промежуток времени от ее возникновения до ее гибели.
Клетки могут делиться и размножаться. Совокупность процессов период к подготовки к делению и сам процесс называется митотическим циклом. Деление клетки делят на : митоз (процесс деления клетки, состоящий в точном распределении генетического материала между дочерними клетками. Деление начинается с ядра, когда хромосомы уже удвоились.); мейоз (делению подвержены только клетки с двойным набором хромосом – диплоидные).
Виды размножения:
Бесполое – новая особь развивается из соматических клеток.
Половое – смена поколений и развитие организмов на основе половых клеток, называемых «гаметами». Половые клетки объединяются и их ядра сливаются с образованием зиготы.
Клетке присуще мембранное строение . среди мембранных органоидов: наружная цитоплазматическая мембрана , эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды. В основе всех этих органелл лежит биологическая мембрана и все они имею единое строение. Мембрана обеспечивает стабильность химического содержимого клетки и регулирует обмен с окружающей средой. Вещества растворимые в липидах, проходят через мембрану, не растворяясь в ней. Специальные белковые молекулы в мембране переносят различные вещества. Клеточная мембрана, по мимо барьерной функции обеспечивает обмен между цитоплазмой и внешней средой, из которой в клетку поступает вода, ионы, различные молекулы, а выводятся продукты обмена веществ и синтезированные в клетке вещества.
В растительных клетках имеются еще хлоропласты и вакуоли (пространство заполненное клеточным соком).
Литература
1. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов / Татьяна Яковлевна Дубнищева. — 6-е изд., испр. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 608 с.
2. Дубнищева Т.Я. Современное естествознание / Т.Я.Дубнищева, А.Ю.Пигарев. — Новосибирск: ЮКЭА, 1998. — М.: Маркетинг, 2000.
3. Липкин А. И. Основания современного естествознания. — М.: Вузовская книга, 2001.
4. Электронный учебник «концепции современного естествознания»
5. Астрономия с Патриком Муром/ Патрик Мур.- пер. с англ. К. Савельева. – М.: ФАИР_ПРЕСС, 2004.- 368 с.:- (Грандиозный мир).