Химические элементы и вода
Единство химического состава — свойство живого: в клетках те же элементы, что и в неживой природе, но в другом соотношении.
| Группа | Элементы | Роль |
|---|---|---|
| Макроэлементы (≈ 99,9 %) | O, C, H, N — органогены (≈ 98 %); K, Na, Ca, Mg, P, S, Cl, Fe (≈ 1,9 %); железо относят и к микроэлементам — см. ниже | Строят биополимеры; Fe — гемоглобин, Mg — хлорофилл, Ca — кости и свёртывание крови, P — АТФ, ДНК, кости, S — белки (дисульфидные связи), Na/K — возбудимость |
| Микроэлементы (каждый < 0,01 %, вместе ≈ 0,1 %) | Zn, Cu, I, F, Co, Mn, Mo, B | I — тироксин (щитовидная железа), F — эмаль зубов, Co — витамин B₁₂, Zn — инсулин и ферменты, Cu — гемоцианин моллюсков, Mo — азотфиксация |
| Ультрамикроэлементы (< 0,000001 %) | Au, Ag, Hg, Se, U (селен относят и к микроэлементам) | Роль изучена мало; селен — антиоксидантные ферменты |
Границы групп условны. Элементы делят на макро-, микро- и ультрамикроэлементы только по содержанию, а не по значению: йода в организме ничтожно мало, но без него не образуются гормоны щитовидной железы. Пороговые доли в учебниках различаются, поэтому некоторые элементы попадают в разные группы: железо относят и к макроэлементам, и к микроэлементам (в теле человека его всего около 4 г, ≈ 0,006 % массы, — это граница групп); селен называют то микро-, то ультрамикроэлементом. К ультрамикроэлементам (менее миллионной доли процента) относят золото, серебро, ртуть, уран, радий и др. Для большинства из них необходимость для организма не доказана, многие в повышенных дозах ядовиты, но некоторые нужны в следовых количествах — например, селен входит в антиоксидантные ферменты.
Как быть с железом на ЕГЭ. Но и там, где железо перечислено среди микроэлементов, критерии ЕГЭ это ошибкой не считали. Отсюда три правила: 1) если нужно назвать группу железа — отвечайте «макроэлемент» (как в учебнике), можно добавить, что его относят и к микроэлементам; 2) в задании «найдите ошибки» не исправляйте предложение только из-за группы железа — ищите бесспорную ошибку; 3) в задании с выбором ответа опирайтесь на бесспорные элементы — органогены O, C, H, N; макроэлементы K, Na, Ca, Mg, P, S, Cl; микроэлементы Zn, Cu, I, F, Co, Mn; если ответ всё-таки решает железо, выбирайте «макроэлемент». Селен — тот же случай: микро- или ультрамикроэлемент, бесспорным признаком группы его не считают.
- растворитель — среда для реакций; гидрофильные вещества (соли, сахара, спирты, аминокислоты) растворяются, гидрофобные (липиды, каучук) — нет;
- реагент — участник гидролиза и фотолиза (источник O₂ при фотосинтезе);
- структурирование клетки — тургор, объём, форма; несжимаемость даёт опору (гидроскелет червей); в водной среде гидрофобные участки молекул собираются вместе — так сворачиваются белки и возникает двойной слой мембран;
- теплорегуляция — высокая теплоёмкость сглаживает колебания температуры, испарение (пот, транспирация) охлаждает;
- транспорт веществ (кровь, лимфа, сок растений), капиллярность.
| Группа | Доля в массе | Элементы и их роль |
|---|---|---|
| Органогены (макроэлементы) | ≈ 98 % | O, C, H, N — основа всех органических веществ: углеродный скелет, аминогруппы, вода. |
| Остальные макроэлементы | ≈ 1,9 % | K, Na, Ca, Mg, P, S, Cl, Fe — мембранный потенциал, кости и раковины, АТФ и нуклеиновые кислоты (P), дисульфидные мостики белков (S), гемоглобин (Fe). |
| Микроэлементы | вместе ≈ 0,1 % (каждый < 0,01 %) | Zn, Cu, I, Mn, Co, Mo, F, Se (селен относят и к ультрамикроэлементам) — входят в активные центры ферментов, гормоны (I — тироксин), витамин B₁₂ (Co), эмаль зубов (F). |
| Ультрамикроэлементы | < 0,000001 % (следовые количества) | Au, Ag, Hg, U и др.; биологическая роль большинства неясна, многие токсичны. |
Гидрофильность и гидрофобность. Полярные и ионные вещества (соли, сахара, аминокислоты) растворимы в воде — гидрофильны; неполярные (жиры, воска) — гидрофобны и в воде собираются в капли. Именно это свойство удерживает фосфолипиды в двойном слое и создаёт мембрану. Вещества с двумя частями — гидрофильной «головкой» и гидрофобным «хвостом» — называют амфифильными (фосфолипиды, белки мембран).
| Группа | Элементы | Роль |
|---|---|---|
| Макроэлементы (≈ 99,9 %) | O, C, H, N — органогены (≈ 98 %); K, Na, Ca, Mg, P, S, Cl, Fe (≈ 1,9 %); железо относят и к микроэлементам — см. ниже | Строят биополимеры; Fe — гемоглобин, Mg — хлорофилл, Ca — кости и свёртывание крови, P — АТФ, ДНК, кости, S — белки (дисульфидные связи), Na/K — возбудимость |
Как быть с железом на ЕГЭ. В школьных учебниках, на которые опираются задания ФИПИ, железо стоит в списке макроэлементов: O, C, H, N, P, S, K, Ca, Mg, Na, Cl, Fe. Поэтому в заданиях ЕГЭ фраза «к макроэлементам относят калий, натрий, хлор, серу и железо» считается верной.
Вода (40–98 % массы клетки) — полярная молекула, между молекулами — водородные связи. Функции:
- реагент — участник гидролиза и фотолиза (источник O₂ при фотосинтезе);
- теплорегуляция — высокая теплоёмкость сглаживает колебания температуры, испарение (пот, транспирация) охлаждает;
| Группа | Доля в массе | Элементы и их роль |
|---|---|---|
| Органогены (макроэлементы) | ≈ 98 % | O, C, H, N — основа всех органических веществ: углеродный скелет, аминогруппы, вода. |
| Остальные макроэлементы | ≈ 1,9 % | K, Na, Ca, Mg, P, S, Cl, Fe — мембранный потенциал, кости и раковины, АТФ и нуклеиновые кислоты (P), дисульфидные мостики белков (S), гемоглобин (Fe). |
Вода: свойства и их причины. Молекула воды полярна — атом кислорода оттягивает электроны, и между молекулами образуются водородные связи. Из этого вытекают почти все биологически важные свойства.
| Свойство | Причина | Значение для жизни |
|---|---|---|
| Универсальный растворитель | Полярные молекулы окружают ионы и полярные вещества, разъединяя их | Среда для реакций обмена, транспорт веществ кровью, соками растений |
| Высокая теплоёмкость | Значительная часть тепла идёт на разрыв водородных связей | Сглаживает колебания температуры в клетке, организме и водоёмах |
| Высокая теплота испарения | Для отрыва молекулы нужно разорвать связи с соседями | Охлаждение при потоотделении и транспирации |
| Поверхностное натяжение и капиллярность | Сцепление молекул друг с другом (когезия) и со стенками (адгезия) | Подъём воды по сосудам древесины, передвижение водомерок по плёнке воды |
| Плотность льда ниже, чем воды | В кристалле водородные связи удерживают молекулы на расстоянии | Лёд плавает и защищает водоёмы от промерзания до дна |
| Несжимаемость | Плотная упаковка молекул | Тургор растительной клетки, гидроскелет червей, амортизация суставов |
- растворитель — среда для реакций; гидрофильные вещества (соли, сахара, спирты, аминокислоты) растворяются, гидрофобные (липиды, каучук) — нет;
Сколько воды в организме. В большинстве активных клеток 70–80 % массы; в клетках мозга около 85 %, в костной ткани 20 %, в эмали зубов 10 %; в покоящихся семенах и спорах 10–15 % — обезвоженное состояние приостанавливает обмен веществ и повышает устойчивость к холоду и засухе. С возрастом доля воды снижается, и её потеря более чем на 10 % опасна для жизни.
Закрепите теорию: 8 терминов и 10 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.
Пройти урок arrow_forward