Химический состав клетки, роль воды

Содержание:

Введение

Глава 1

1. Химический состав клетки.
2. Роль воды и неорганических веществ в жизнедеятельности клетки.

Глава 2

1. Учение Ч. Дарвина об эволюции органического мира.

Глава 3

3.1 Биология организма. Разделение и интеграция функций.

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Биология - это наука о жизни, ее формах и закономерностях развития.

По структуре, свойствам и проявлениям индивидуальной жизни в биологии выделяют морфологию и анатомию (изучает формы и  строение организмов), физиологию (анализирует функции живых организмов, их взаимную связь и зависимость от внешних и внутренних условий), генетику (изучает закономерности наследственности и изменчивости организмов), биологию развития (изучает закономерности индивидуального развития организмов), эволюционное учение (исследует закономерности исторического развития органического мира), экологию (изучает образ жизни растений и животных в их взаимосвязи с условия окружающей среды). Химические реакции и физико-химические процессы в живых организмах, а также химический состав и физическую структуру биологических систем на всех уровня организации изучают биохимия и биофизика. Установить закономерности, незаметные при описании единичных процессов и явлений, позволяет биометрия, т.е. совокупность приемов планирования и обработки результатов биологических исследований методами математической статистики.

Закономерности строения (структуры) и функционирования, единые для всех организмов независимо от их систематического положения, разрабатывает общая биология.

Основными методами биологии являются наблюдение (позволяет  описать биологические явления), сравнение (дает возможность найти  общие закономерности в строении, жизнедеятельности различных организмов), эксперимент или опыт (помогает исследователю  изучить свойства биологических объектов), моделирование (имитируются многие процессы, недоступные для непосредственного наблюдения или экспериментального воспроизведения), исторический метод (позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познать процессы развития живой природы).

Значение биологии как науки исключительно велико, так как познание исторического  развития органическо мира, начиная  от молекулярного уровня до биогеоценотического, играет определяющую роль в формировании материалистического мировоззрения и понимании коренных философско-методологических проблем (форма и содержание, целостность и целесообразность, прогресс и т.д.). Кроме того, биология способствует решению жизненно важных практических задач.

Благодаря знанию законов наследственности и изменчивости можно создавать высокопродуктивные сорта культурных растений и пород домашних животных, что позволит интенсивно вести сельскохозяйственное производство и удовлетворять потребности населения планеты в пищевых ресурсах.

Биологические знания помогают в борьбе с вредителями  и болезнями культурных растений, паразитами животных. Они играют важную роль в совершенствовании лесного  и промыслового хозяйства, звероводства.

Достижения  современной биологии нашли практическое применение в промышленном биологическом синтезе аминокислот, кормовых белков, ферментов, витаминов, стимуляторов роста и средств защиты растений, органических кислот и др.

С помощью методов  генной инженерии биологами созданы  организмы с новыми комбинациями наследственных признаков и свойств, например растения с повышенной устойчивостью к заболеваниям, засолению почв, способностью к фиксации атмосферного азота и др. Кроме того, генная инженерия положена в основу разработки принципов биотехнологии, связанной с производством биологически активных веществ (инсулин, антибиотики, интерферон, новые вакцины для профилактики инфекционных заболеваний человека и животных).

Теоретические достижения биологии широко применяются  в медицине. Именно успехи и открытия биологии определили современный уровень медицинской науки. В частности, генетические исследования позволяют разрабатывать методы ранней диагностики, лечения и профилактики многих наследственных болезней человека (альбинизм, гемофилия, бесплодие, слабоумие и др.). С ними во многом связан и дальнейший прогресс медицины.

Решение таких  важных проблем современности, как  охрана окружающей среды, рациональное использование природных ресурсов и повышение продуктивности растительного  мира, возможны только на основе биологических исследований. Они предусматривают выявление и устранение отрицательных эффектов воздействия человека на природу (загрязнение среды вредными веществами), определение режимов рационального использования резервов биосферы, вскрытие негативных последствий хозяйственной деятельности. Кроме того, задачей биологии является обеспечение сохранности биосферы и способности природы к самовоспроизведению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1

1. Химический состав клетки.

Все клетки животных и растительных организмов, а также  микроорганизмов сходны по химическому составу. Сходство в строении и химическом составе разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения.

Каждая клетка содержит множество химических элементов, участвующих в различных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке — одно из основных условий её жизни, развития и функционирования. Одних химических элементов в клетке больше, других — меньше.

На атомарном уровне различий между органическим и неорганическим миром живой природы нет: живые организмы состоят из тех же атомов, что и тела неживой природы. Однако соотношение разных химических элементов в живых организмах и в земной коре сильно различается. Кроме того, живые организмы могут отличаться от окружающей их среды по изотопному составу химических элементов.

Условно все  элементы клетки можно разделить на три группы: макроэлементы, микроэлементы и ультра-микроэлементы.

Макроэлементы. К ним относят: кислород (65—75 %), углерод (15—18 %), водород (8—10 %), азот (2,0—3,0 %), калий (0,15—0,4 %), сера (0,15—0,2 %), фосфор (0,2—1,0 %), хлор (0,05—0,1 %), магний (0,02—0,03 %), натрий (0,02—0,03 %), кальций (0,04—2,00 %), железо (0,01—0,015 %). Такие элементы, как C, O, H, N, S, P входят в состав органических соединений.

Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO₂ фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO₃ входит в состав минеральных скелетов.

Кислород — входит в состав практически всех органических веществах клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды.

Водород — входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.

Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты как конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления.

Сера — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.

Фосфор — входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты), в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат ионов).

Магний — фактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.

Кальций — участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные процессы (в том числе участвует в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения). Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.

Натрий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессах регуляции (в том числе в работе почек у человека) и создании буферной системы крови.

Калий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы. Содержится в межклеточных веществах.

Хлор — поддерживает электро-нейтральность клетки.

Микроэлементы. Составляющие от 0,001 % до 0,000001 % массы тела живых существ, относят ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк

Цинк — входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина

Медь — входит в состав окислительных ферментов, участвующих в синтезе фито-хромов.

Селен — участвует в регуляторных процессах организма.

Ультра-микроэлементы ¹. Ультра-микроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультра-микроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания.

Золото — некоторые его соединения токсичны, накапливаются в почках, печени, селезенке и гипоталамусе, что может привести к органическим заболеваниям и дерматитам, стоматитам, тромбоцитопении. 
Радий — сильно токсичен. Около 80% поступившего в организм радия накапливается в костной ткани. Большие концентрации радия вызывают остеопороз, самопроизвольные переломы и опухоли. 
Литий — в незначительных количествах присутствует в живых организмах, но, по—видимому, не выполняет никаких биологических функций. В организме среднего человека (масса 70 кг) содержится около 0,7 мг лития. Токсическая доза 90-200 мг.

Бериллий — содержание в организме среднего человека (масса тела 70 кг) составляет 0,036 мг, ежедневное поступление с пищей — около 0,01 мг. Летучие и растворимые соединения бериллия, а также пыль, содержащая бериллий и его соединения, очень токсичны. Бериллий замещает в ферментах магний и обладает ярко выраженным аллергическим и канцерогенным действием. Его присутствие в атмосферном воздухе приводит к тяжелому заболеванию органов дыхания — бериллиозу. Следует отметить, что эти заболевания могут возникнуть через 10-15 лет после прекращения контакта с бериллием. Для воздуха ПДК в пересчете на бериллий составляет 0,001 мг/м3. 
Бор — в мышечной ткани человека содержится (0,33-1)•10-4% бора, в костной ткани — (1,1-3,3)•10-4%, в крови — 0,13 мг/л. Ежедневно с пищей человек получает 1-3 мг бора. Токсичная доза — 4 г.

Алюминий — в организм человека ежедневно с пищей поступает  2-3 мг. В среднем в организме человека (70 кг) в костях, мышцах содержится около 60 мг алюминия.

Кремний — для некоторых организмов кремний является важным биогенным элементом. Он входит в состав опорных образований. Мышечная ткань человека содержит (1-2)•10-2% кремния, костная ткань — 17•10-4%, кровь — 3,9 мг/л. С пищей в организм человека ежедневно поступает до 1 г кремния. 
Соединения кремния не ядовиты. Но очень опасно вдыхание высокодисперсных частиц как силикатов, так и диоксида кремния, образующихся, например, при взрывных работах, при долблении пород в шахтах, при работе пескоструйных аппаратов и т. д. Микрочастицы SiO2, попавшие в легкие, в них кристаллизуются, а возникающие кристаллики разрушают легочную ткань и вызывают тяжелую болезнь — силикоз. Чтобы не допустить попадания в легкие этой опасной пыли, следует использовать для защиты органов дыхания респиратор.

Ванадий — постоянно присутствует в тканях всех организмов в ничтожных количествах. В растениях его содержание (0,1-0,2%) значительной выше, чем в животных (1•10–5-1•10–4%). По-видимому, ванадий участвует в некоторых окислительных процессах в тканях. Мышечная ткань человека содержит 2•10–6% ванадия, костная ткань — 0,35•10–6%, в крови — менее 2•10–4% мг/л. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия. Ванадий и его соединения токсичны. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза — 2-4 мг. Для V2O5 ПДК в воздухе 0,1-0,5 мг/м3.

Хром — один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов. Снижение содержания хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови. Металлический хром практически нетоксичен, но металлическая пыль хрома раздражает ткани легких. Соединения хрома(III) вызывают дерматиты. Соединения хрома(VI) приводят к разным заболеваниям человека, в том числе и онкологическим. ПДК хрома(VI) в атмосферном воздухе 0,0015 мг/м3.