Отличительные признаки Живых объектов
ž 1) способность к метаболизму - к обмену веществ и энергии с окружающей средой.
ž 2) сложность, высокий уровень структурной организации живой материи. Структурной единицей организма считается клетка.
ž 3) изменчивость (приспособляемость) – способность к самостоятельному реагированию на воздействие окружающей среды изменением химического состава и функции;
ž 4) способность к точному самовоспроизведению (за счёт передачи наследственной информации).
Обязательными структурными элементами всех известных живых организмов являются клетки. Каждая клетка состоит из огромного числа атомов и молекул.
Оказалось, что из 92 химических элементов встречающихся в естественном состоянии в природе, для поддержания жизни необходимо около 20 (24). Их называют биологически значимыми элементами и делят на 2 группы:
- макроэлементы (содержание в живых организмах составляет больше 0,01 %);
- микроэлементы (содержание менее 0,01 %).
Макроэлементы
ž – составляют тела живых организмов;
ž - как правило, поступают в организм человека вместе с пищей;
ž - суточная доза их потребления составляет более 200 мг.;
Четыре из них называют Биогенными. Их содержание в организме более 1%;
Из них построены Белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты:
ž Кислород — 65 %
ž Углерод— 18 %
ž Водород — 10 %
ž Азот — 3 %
Доля других М. в организме 0,1-1,0%: Калий Кальций Магний Натрий Сера Фосфор Хлор Железо*
Микроэлементами называются элементы, содержание которых в организме мало (ниже 0,01%), но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам; Суточная доза потребления для человека составляет менее 200 мг. Их более 30. Это микроэлементы: цинк, марганец, медь, йод, бром, кобальт, молибден, фтор; а также ультрамикроэлементы – кремний, селен, никель и хром.
В организме человека находят также ванадий, кадмий, золото, ртуть, литий и др. Их биологическая роль не ясна, возможно, их появление связано с загрязнением окружающей среды.
Из основных биоэлементов наибольшее значение имеет углерод.
ž Основные структуры живой материи состоят из углеродных каркасов.
Характерной особенностью атома углерода является способность образовывать углеродные цепи любого размера и конфигурации. Это обусловлено тем, что три из четырёх валентностей углерода могут участвовать в образовании трёхмерного скелета, а четвёртая - связывать ту или иную функциональную группу.
Вещества, образованные на основе углерода, называются органическими соединениями.
Органические соединения могут иметь огромное число углеродных цепей и функциональных групп, причём отдельные части молекулы способны вращаться вокруг одинарных углеродных связей.
Они способны также образовывать трёхмерную структуру, играющую первостепенную роль в процессах жизнедеятельности.
5. Закономерности строения и метаболизма макромолекул
Если все биологические вещества клетки расположить по сложности их строения – получатся уровни организации клетки:
- первый уровень занимают низкомолекулярные вещества: вода, углекислый газ, молекулярные кислород и азот, неорганические ионы, ряд химических элементов;
- на втором уровне - промежуточные химические соединения: аммиак, органические кислоты, рибоза и др.;
- в ходе жизнедеятельности клеток из соединений первого и второго уровня образуются биологические мономеры: аминокислоты, олигосахариды, ВЖК и др.;
Мономеры – строительный материал для биополимеров – имеющих большую молекулярную массу и отличающихся огромным разнообразием;
Биополимеры, соединяясь друг с другом, образуют сложные макромолекулы: нуклеопротеины, гликопротеины, липопротеины и др.
Промежуточное положение между био-мономерами и полимерами занимают витамины и коферменты;
Простые и сложные макромолекулы взаимодействуя между собой, создают надмолекулярные структуры: клеточные мембраны и хромосомы;
Следующий уровень организации - клеточные органеллы: ядра, митохондрии, рибосомы, лизосомы и др.
Система органелл образует клетку;
Клетки образуют ткани и органы;
Ткани и органы составляют целый организм.
Структура и функции воды
Жизнь на планете Земля зародилась в водной среде;
Ни один живой организм не может обходиться без воды;
Содержание воды в организме человека зависит от возраста: около 85% массы тела - при рождении; 60-65% - у взрослого человека; около 50% - у стариков;
В составе костей - всего 22% воды, в мозге - 75%, в мышцах - тоже 75% (в них находится около половины всей воды тела), кровь состоит из воды на 92%.
Внутриклеточная вода (2/3 общего кол-ва воды в организме) находится в составе протоплазмы. Ее называют структурируемой, она обладает высокой биологической активностью и обеспечивает устойчивость организма к воздействию агрессивных факторов окружающей среды;
В ней находятся калий, анионы фосфатных эфиров и белки.
Внеклеточная вода (1/3) включает межклеточную жидкость - 20%, воду плазмы крови - 8%, воду лимфы - 2%;
В ней много ионов натрия, хлориды и бикарбонаты
Необходимое содержание воды в организме человека поддерживается за счет:
1.- поступления извне (88% - 2л/сут.):
- в виде жидкости (48%);
- в составе плотной пищи (40%).
2. - образуется в процессе распада веществ в организме (12% - 300 мл);
Нарушение водного баланса в клетках приводит к патологическим состояниям вплоть до их гибели.
Процесс обновления воды в организме происходит с большой скоростью: так, в плазме крови за 1 минуту обновляется 70% воды. В обмене воды участвуют все ткани организма, но больше всего:
-почки; кожа; лёгкие; желудочно-кишечный тракт.
Потеря воды через кожу происходит путём потоотделения и прямого испарения (за счет последнего - 200-300 мл воды в день);
Количество пота в большей степени зависит от условий окружающей среды и характера физической нагрузки.
С выдыхаемым воздухом через легкие выделяется в виде паров до 500 мл воды. Это количество возрастает по мере увеличения физической нагрузки на организм;
Обычно вдыхаемый воздух содержит 1,5% воды, тогда как выдыхаемый - около 6%.
Активную роль в регуляции водно-солевого обмена играет ЖКТ, в который непрерывно выделяются пищеварительные соки. Их общее количество может достигать 8 литров в сутки.
Большая часть этих соков всасывается вновь и из организма выделяется с калом не более 4%;
К органам, участвующим в регуляции водно-солевого обмена, относится и печень, способная задерживать большое количество жидкости.
В результате интенсивной физической нагрузки в организме спортсменов происходят одновременно два процесса: образование тепла и отдача его:
ž - путём излучения в окружающую среду;
ž - путём испарения пота с поверхности тела;
ž - за счет нагревания вдыхаемого воздуха.
При потоотделении и испарении 1 литра пота организм отдаёт 600 ккал. В результате регулируется температура тела; Вместе с потом выделяются минеральные соли (от этого пот солёный на вкус).
Поэтому во время мышечной работы требуется повышенное потребление жидкости в виде специальных напитков.
При потере жидкости у человека, особенно спортсмена, появляются определенные симптомы:
- потеря 1% воды вызывает чувство жажды;
- 2% - снижение выносливости;
- 3% - снижение силы;
- 5% - снижение слюно- и мочео-отделения, учащенный пульс, апатию, мышечную слабость, тошноту.
Без воды человек может жить примерно 3-е суток;
Вода, имея простой химический состав и строение, обладает уникальными физико-химическими и биологическими свойствами; Молекула воды – Н20 – полярное соединение. В ней атом кислорода притягивает спаренные электроны от атомов водорода, приобретая частичный отрицательный заряд, а атомы водорода прибретают частично + заряды. Молекулы воды обладают способностью объединяться в структурные агрегаты за счет образования водородных связей между разноименно заряженными атомами (кислородом и атомами водорода); Такая структура воды обуславливает ее уникальные физико-химические свойства.
ž Все биохимические процессы в организме протекают в водной среде;
ž Вещества в растворе имеют водную оболочку, которая образуется при взаимодействии полярных молекул воды и с заряженными группами макромолекул или ионов;
ž Чем больше такая оболочка, тем лучше растворимо вещество;
ž По отношению к воде молекулы или части макромолекул делят на гидрофильные и гидрофобные (водорастворимые и водонерастворимые);
Гидрофильные: - все органические и неорганические соединения, образующие ионы;
¡ - биологические мономеры и биополимеры, имеющие полярные группы;
Гидрофобные: соединения, молекулы которых содержат неполярные группы или цепи: триглицериды, стероиды и др.;
Молекулы некоторые соединений имеют и гидрофильные и гидрофобные группы: жирные кислоты, фосфолипиды и др. Таким образом молекулы воды способны взаимодействовать не только между собой, но и с полярными молекулами органических и неорганических веществ в организме.