Докладне рішення параграфа § 7 з біології для учнів 10 класу, авторів Каменський А.А., Криксунов Є.А., Пасічник В.В. 2014
- Гдз робочий зошит з Біології за 10 клас можна знайти
1. Яку будову має вода?
Відповідь. Молекула води має кутову будову: ядра, що входять до її складу, утворюють рівнобедрений трикутник, в основі якого знаходяться два водні, а у вершині – атом кисню. Міжядерні відстані О-Н близькі до 0,1 нм, відстань між ядрами атомів водню дорівнює 0,15 нм. З шести електронів, що становлять зовнішній електронний шар атома кисню в молекулі води, дві електронні пари утворюють ковалентні зв'язки О-Н, а решта чотирьох електронів являють собою дві неподілені електронні пари.
Молекула води є маленьким дипольом, що містить позитивний і негативний заряди на полюсах. У ядер водню є дефіцит електронної щільності, але в протилежному боці молекули, біля ядра кисню, спостерігається надлишок електронної щільності. Саме така структура визначає полярність молекули води.
2. Яка кількість води (в %) міститься у різних клітинах?
Кількість води неоднакова в різних тканинах та органах. Так, у людини в сірій речовині головного мозку її вміст становить 85%, а в кістковій тканині – 22%. Найбільший вміст води в організмі спостерігається в ембріональний період (95%) та з віком поступово зменшується.
Зміст води у різних органах рослин коливається у досить широких межах. Воно змінюється залежно від умов довкілля, віку та виду рослин. Так, вміст води у листі салату становить 93-95%, кукурудзи – 75-77%. Кількість води неоднакова у різних органах рослин: у листі соняшника води міститься 80-83%, у стеблах – 87-89%, у корінні – 73-75%. Вміст води, що дорівнює 6-11%, характерно головним чином для повітряно-сухого насіння, в якому процеси життєдіяльності загальмовані. Вода міститься у живих клітинах, у мертвих елементах ксилеми та у міжклітинниках. У міжклітинниках вода перебуває у пароподібному стані. Основними органами, що випаровують рослини є листя. У зв'язку з цим природно, що найбільше води заповнює міжклітини листя. У рідкому стані вода знаходиться у різних частинах клітини: клітинній оболонці, вакуолі, цитоплазмі. Вакуолі – найбільш багата водою частина клітини, де вміст її досягає 98%. При найбільшій обводненості вміст води у цитоплазмі становить 95%. Найменший вміст води притаманно клітинних оболонок. Кількісне визначення вмісту води в клітинних оболонках утруднене; мабуть, воно коливається від 30 до 50%. Форми води у різних частинах рослинної клітини також різні.
3. Яка роль води у живих організмах?
Відповідь. Вода – переважний компонент всіх живих організмів. Вона має унікальні властивості завдяки особливостям будови: молекули води мають форму диполя і між ними утворюються водневі зв'язки. Середній вміст води у клітинах більшості живих організмів становить близько 70%. Вода в клітині присутня у двох формах: вільної (95% усієї води клітини) та пов'язаної (4-5% пов'язані з білками).
Функції води:
1. Вода як розчинник. Багато хімічних реакцій у клітині є іонними, тому протікають лише у водному середовищі. Речовини, що розчиняються у воді, називаються гідрофільними (спирти, цукру, альдегіди, амінокислоти), які не розчиняються - гідрофобними (жирні кислоти, целюлоза).
2. Вода як реагент. Вода бере участь у багатьох хімічних реакціях: реакціях полімеризації, гідролізу, у процесі фотосинтезу.
3.Транспортна функція. Пересування організмом разом із водою розчинених у ній речовин до різних його частин і виведення непотрібних продуктів з організму.
4. Вода як термостабілізатор та терморегулятор. Ця функція обумовлена такими властивостями води, як висока теплоємність – пом'якшує вплив на організм значних перепадів температури у навколишньому середовищі; висока теплопровідність – дозволяє організму підтримувати однакову температуру у всьому його обсязі; висока теплота випаровування - використовується для охолодження організму при потовиділенні у ссавців та транспірації у рослин.
5. Структурна функція. Цитоплазма клітин містить від 60 до 95 % води, і саме вона надає клітинам їхньої нормальної форми. У рослин вода підтримує тургор (пружність ендоплазматичної мембрани), у деяких тварин служить гідростатичним скелетом (медузи)
Питання після § 7
1. У чому особливість будови молекули води?
Відповідь. Унікальні властивості води визначаються структурою молекули. Молекула води складається з атома, пов'язаного з двома атомами Н полярними ковалентними зв'язками. Характерне розташування електронів у молекулі води надає їй електричної асиметрії. Більше негативний атом кисню притягує електрони атомів водню сильніше, в результаті загальні пари електронів зміщені в молекулі води в його бік. Тому, хоча молекула води загалом не заряджена, кожен із двох атомів водню має частково позитивним зарядом (позначається 8+), а атом кисню несе частково негативний заряд (8-). Молекула води поляризована і є диполем (має два полюси).
Частково негативний заряд атома кисню однієї молекули води частково притягується позитивними атомами водню інших молекул. Таким чином кожна молекула води прагне зв'язатися водневим зв'язком з чотирма сусідніми молекулами води.
2. Яке значення води як розчинника?
Відповідь. Завдяки полярності молекул та здатності утворювати водневі зв'язки вода легко розчиняє іонні сполуки (солі, кислоти, основи). Добре розчиняються у воді деякі неіонні, але полярні сполуки, т. е. у молекулі яких присутні заряджені (полярні) групи, наприклад цукру, прості спирти, амінокислоти. Речовини, добре розчинні у воді, називаються гідрофільними (від грец. Hygros - вологий і Philia - дружба, схильність). Коли речовина перетворюється на розчин, її молекули чи іони можуть рухатися вільніше і, отже, реакційна здатність речовини зростає. Це пояснює, чому вода є основним середовищем, в якому протікає більшість хімічних реакцій, а всі реакції гідролізу та численні окислювально-відновні реакції йдуть за безпосередньою участю води.
Речовини, погано чи зовсім нерозчинні у воді, називаються гідрофобними (від грец. phobos – страх). До них відносяться жири, нуклеїнові кислоти, деякі білки та полісахариди. Такі речовини можуть утворювати з водою поверхні розділу, на яких протікає багато хімічних реакцій. Отже, те що, що вода не розчиняє неполярні речовини, для живих організмів також дуже важливий. До важливих у фізіологічному відношенні властивостей води належить її здатність розчиняти гази (О2, СО2 та ін).
3. Що таке теплопровідність та теплоємність води?
Відповідь. Вода має високу теплоємність, тобто здатність поглинати теплову енергію при мінімальному підвищенні власної температури. Велика теплоємність води захищає тканини організму від швидкого та сильного підвищення температури. Багато організмів охолоджуються, випаровуючи воду (транспірація у рослин, потовиділення у тварин).
4. Чому вважають, що вода є ідеальною рідиною для клітин?
Відповідь. Високий вміст води у клітці – найважливіша умова її діяльності. При втраті більшості води багато організмів гинуть, а ряд одноклітинних і навіть багатоклітинних організмів тимчасово втрачає всі ознаки життя. Такий стан називається анабіозом. Після зволоження клітини прокидаються і стають знову активними.
Молекула води електронейтральна. Але електричний заряд усередині молекули розподілений нерівномірно: в області атомів водню (точніше, протонів) переважає позитивний заряд, в області, де розташований кисень, вища за щільність негативного заряду. Отже, частка води – це диполь. Дипольною властивістю молекули води пояснюється здатність її орієнтуватися в електричному полі, приєднуватися до різних молекул та ділянок молекул, що несуть заряд. Внаслідок цього утворюються гідрати. Здібністю води утворювати гідрати обумовлені її універсальні розчинні властивості. Якщо енергія тяжіння молекул води до молекул будь-якої речовини більша, ніж енергія тяжіння між молекулами води, речовина розчиняється. Залежно від цього розрізняють гідрофільні (грец. hydros - вода і phileo - люблю) речовини, добре розчинні у воді (наприклад, солі, луги, кислоти ін.), і гідрофобні (грец. hydros - вода і phobos - страх) речовини, важко чи зовсім не розчинні у воді (жири, жироподібні речовини, каучук та ін.). До складу клітинних мембран входять жироподібні речовини, що обмежують перехід із зовнішнього середовища в клітини та назад, а також з одних частин клітини в інші.
Більшість реакцій, що протікають у клітині, можуть йти лише у водному розчині. Вода – безпосередній учасник багатьох реакцій. Наприклад, розщеплення білків, вуглеводів та інших речовин відбувається в результаті взаємодії їх з водою, що каталізується ферментами. Такі реакції називаються реакціями гідролізу (грец. hydros – вода та lysis – розщеплення).
Вода має високу теплоємність і водночас відносно високу для рідин теплопровідність. Ці властивості роблять воду ідеальною рідиною для підтримки теплової рівноваги клітини та організму.
Вода – основне середовище для протікання біохімічних реакцій клітини. Вона є джерелом кисню, що виділяється при фотосинтезі, і водню, який використовується для відновлення продуктів асиміляції вуглекислого газу. І нарешті, вода - основний засіб пересування речовин в організмі (струм крові та лімфи, висхідні та низхідні струми розчинів по судинах у рослин) та в клітці.
5. Яка роль води у клітці
Забезпечення пружності клітини. Наслідки втрати клітиною води в'янення листя, висихання плодів;
Прискорення хімічних реакцій з допомогою розчинення речовин, у воді;
Забезпечення переміщення речовин: надходження більшості речовин у клітину та видалення їх із клітини у вигляді розчинів;
забезпечення розчинення багатьох хімічних речовин (ряду солей, цукрів);
Участь у низці хімічних реакцій;
Участь у процесі теплорегуляції завдяки здатності до повільного нагрівання та повільного остигання.
6. Які структурні та фізико-хімічні властивості води визначають її біологічну роль у клітині?
Відповідь. Структурні фізико-хімічні властивості води визначають її біологічні функції.
Вода є добрим розчинником. Завдяки полярності молекул та здатності утворювати водневі зв'язки вода легко розчиняє іонні сполуки (солі, кислоти, основи).
Вода має високу теплоємність, тобто здатність поглинати теплову енергію при мінімальному підвищенні власної температури. Велика теплоємність води захищає тканини організму від швидкого та сильного підвищення температури. Багато організмів охолоджуються, випаровуючи воду (транспірація у рослин, потовиділення у тварин).
Вода має також високу теплопровідність, забезпечуючи рівномірний розподіл тепла по всьому організму. Отже, висока питома теплоємність і висока теплопровідність роблять воду ідеальною рідиною підтримки теплового рівноваги клітини і організму.
Вода практично не стискається, створюючи тургорний тиск, визначаючи об'єм та пружність клітин та тканин. Так, саме гідростатичний скелет підтримує форму у круглих хробаків, медуз та інших організмів.
Вода характеризується оптимальним для біологічних систем значенням сили поверхневого натягу, що виникає завдяки утворенню водневих зв'язків між молекулами води та іншими речовинами. Завдяки силі поверхневого натягу відбувається капілярний кровотік, висхідний і низхідний струм розчинів у рослинах.
У певних біохімічних процесах вода виступає як субстрат.
Вода та її роль у життєдіяльності клітини
1. Яка будова має вода?
2. Яка кількість води (в %) міститься у різних клітинах?
3. Яка роль води у живих організмах?
Роль води у клітці.
Вода - одна з найпоширеніших речовин на нашій планеті. У клітці у кількісному відношенні вона також посідає перше місце серед інших хімічних сполук. Чим вища інтенсивність обміну речовину тій чи іншій клітині, тим більше в ній міститься вода.
Вода в клітині знаходиться у двох формах: вільної та пов'язаної. Вільна вода знаходиться у міжклітинних просторах, судинах, вакуолях, порожнинах органів. Вона служить для перенесення речовин із навколишнього середовища до клітини і навпаки. Пов'язана вода входить до складу деяких клітинних структур, перебуваючи між молекулами білка, мембранами, волокнами і з'єднана з деякими білками.
Вода виконує різні функції: збереження об'єму, пружності клітинирозчинення різних речовин. Крім того, в живих системах більшість хімічних реакцій протікає у водних розчинах.
Вода має низку властивостей, що мають винятково важливе значення для живих організмів.
Властивості води.
Унікальні властивості води визначаються структурою молекули. Молекула води складається з атома, пов'язаного з двома атомами Н полярними ковалентними зв'язками. Характерне розташування електронів у молекулі води надає їй електричної асиметрії. Більше електронегативний атом кисню притягує електрони атомів водню сильніше, в результаті загальні пари електронівзміщені в молекулі води у його бік.
Тому, хоча молекула води загалом не заряджена, кожен із двох атомів водню має частково позитивним зарядом (позначається δ+), а атом кисню несе частково негативний заряд (δ-). Молекула води поляризована і є диполем (має два полюси) (рис. 6).
Частково негативний заряд атома кисню однієї молекули води частково притягується позитивними атомами водню інших молекул. Таким чином кожна молекула води прагне зв'язатися водневим зв'язком з чотирма сусідніми молекулами води (рис. 7).
Вода є добрим розчинником.
Завдяки полярності молекул та здатності утворювати водневі зв'язки вода легко розчиняє іонні сполуки (солі, кислоти, основи). Добре розчиняються у воді деякі неіонні, але полярні сполуки, т. е. у молекулі яких присутні заряджені (полярні) групи, наприклад цукру, прості спирти, амінокислоти. Речовини, добре розчинні у воді, називаються гідрофільними (від грец. hygros - вологий і philia - дружба, схильність). Коли речовина перетворюється на розчин, її молекули чи іони можуть рухатися вільніше і, отже, реакційна здатність речовини зростає.
Це пояснює, чому вода є основним середовищем, в якому протікає більшість хімічних реакцій, а всі реакції гідролізу та численні окислювально-відновні реакції йдуть за безпосередньою участю води.
Речовини, погано чи зовсім нерозчинні у воді, називаються гідрофобними (від грец.phobos – страх). До них відносяться жири, нуклеїнові кислотидеякі білки. Такі речовини можуть утворювати з водою поверхні розділу, на яких протікає багато хімічних реакцій. Отже, те що, що вода не розчиняє неполярні речовини, для живих організмів також дуже важливий. До важливих у фізіологічному відношенні властивостей води відноситься її здатність розчиняти гази (О2, С та ін).
Вода має високу теплоємність, тобто здатність поглинати теплову енергію при мінімальному підвищенні власної температури. Велика теплоємність води захищає тканини організму від швидкого та сильного підвищення температури. Багато організмів охолоджуються, випаровуючи воду (транспірація у рослин, потовиділення у тварин).
Вода має також високу теплопровідність, забезпечуючи рівномірний розподіл тепла по всьому організму. Отже, висока питома теплоємність і висока теплопровідність роблять воду ідеальною рідиною підтримки теплового рівноваги клітини і організму.
Вода практично не стискається, створюючи тургорний тиск, визначаючи об'єм та пружність клітин та тканин. Так, саме гідростатичний скелет підтримує форму у круглих хробаків, медуз та інших організмів.
Вода характеризується оптимальним для біологічних систем значенням сили поверхневого натягу, що виникає завдяки утворенню водневих зв'язків між молекулами води та іншими речовинами. Завдяки силі поверхневого натягу відбувається капілярний кровотік, висхідний і низхідний струм розчинів у рослинах.
Гідрофільні та гідрофобні речовини.
1. У чому особливість будови молекули води?
2. Яке значення води як розчинника?
3. Що таке теплопровідність та теплоємність води?
4. Чому вважають, що вода є ідеальною рідиною для клітин?
5. Яка роль води у клітці?
6. Які структурні та фізико-хімічні властивості води визначають її біологічну роль у клітині?
Утворення кристалів льоду в клітинах може призводити до їх пошкодження та загибелі. Відомо, що розчини різних речовин замерзають за нижчої температури, ніж чиста вода. Тому деякі організми накопичують у своїх тканинах речовини, що запобігають замерзанню та утворенню кристалів льоду. Так, жаби здатні оживати після вмерзання у лід. Це забезпечується підвищеним вмістом у їхніх клітинах глюкози та деяких інших речовин.
Кам'янський А. А., Криксунов Є. В., Пасічник В. В. Біологія 10 клас
Надіслано читачами з інтернет-сайту
За дуже небагатьма винятками (кістка та емаль зуба), вода є переважним компонентом клітини. Вода необхідна для метаболізму (обміну) клітини, оскільки фізіологічні процеси відбуваються у водному середовищі. Молекули води беруть участь у багатьох ферментативних реакціях клітини. Наприклад, розщеплення білків, вуглеводів та інших речовин відбувається в результаті взаємодії їх з водою, що каталізується ферментами. Такі реакції називаються реакціями гідролізу.
Вода є джерелом іонів водню при фотосинтезі. Вода в клітині знаходиться у двох формах: вільної та пов'язаної.
Вільна водастановить 95% усієї води в клітині і використовується головним чином як розчинник і як дисперсійне середовище колоїдної системи протоплазми.
Пов'язана вода, частку якої припадає всього 4% всієї води клітини, неміцно з'єднана з білками водневими зв'язками.
Полярність молекули води.Через асиметричний розподіл зарядів молекула води діє як дипольі тому може бути пов'язана як позитивно, і негативно зарядженими групами білка. Дипольною властивістю молекули води пояснюється здатність її орієнтуватися в електричному полі, приєднуватися до різних молекул та ділянок молекул, що несуть заряд. Внаслідок цього утворюються гідрати.
Теплоємність.Завдяки своїй високій теплоємності вода поглинає тепло і тим самим запобігає різким коливанням температури в клітці.
Транспортна функція води. Вода- основний засіб переміщення речовин в організмі (струм крові, лімфи, висхідні та низхідні струми розчинів по судинах у рослин) та в клітині.
Вода як мастило.Вода служить «мастильним» матеріалом, необхідним скрізь, де є поверхні, що труться (наприклад, у суглобах).
Вода має максимальну густину при 4°С. Тому лід, що має меншу щільність, легший за воду і плаває на її поверхні, що захищає водойму від промерзання. Ця властивість води рятує життя багатьом водним організмам.
Деяким учням доводиться писати у школі есе на тему: «Яку роль клітині грає вода?». І кожен старанний учень із курсу загальної біології знає, що без неї життя людства неможливе. Якщо людина втрачає до 3% рідини, то починає відчувати спрагу. При втраті близько 20% рідини клітини в живому організмі починають відмирати, що призводить зрештою до загибелі.
Вконтакте
Значення води для життєдіяльності клітини
На нашій планеті ця речовина є найпоширенішим. Кожна клітина живого організму містить його тим більше, чим інтенсивніше вона бере участь в обмінних процесах.
В організмі ця речовина міститься у зв'язковій та вільній формі. Вільна рідина бере участь у транспортуванні із зовнішнього середовища до клітини і навпаки. Вільна рідина виступає у ролі розчинника і міститься у кількості 95% від загальної маси. Міститься вона у порожнинах органів, вакуолях, міжклітинному просторі та судинах.
Пов'язана рідина може перебувати між волокнами, молекулами білка, мембранами, клітинних структурах і утворює сполуки з деякими білками. Пов'язана рідина в кожній клітині міститься не більше 4% від загальної кількості.
Властивості
Ця речовина для людини, як і будь-якого іншого живого організму, має більше значення, ніж їжа . Вона є головним елементом життя організму та забезпечує:
У складі будь-якої клітини, як видно в таблиці нижче, перше місце займає вода за кількісним складом.
Функції
Як відомо з курсу шкільної хімії, вода є каталізатором для протікання різноманітних процесів в організмі. Усередині клітин будь-якого живого організму відбуваються різні хімічні реакції, де участь води протікає як реагент.
У процесі травлення відбувається білків, вуглеводів та жирів за участю молекул води та вивільняється енергія, здатна забезпечити процеси життєдіяльності.
Участь у гідролізі солей дозволяє їй служити джерелом для протонів та електронів. Головний показник для внутрішньоклітинних процесів - це здатність речовини рідини брати участь у оборотній іонізації та утворювати зв'язки з воднем.
Транспортну функціювсередині органів живого організму виконує також цю речовину. Усі продукти життєдіяльності клітини виводяться молекулами рідини. Поживні речовини клітинам доставляють молекули рідкої речовини, проникаючи у міжклітинний простір.
Головним компонентом для лімфи та крові є рідина. Недолік її в організмі призводить до загусання крові та ламкості судин. Місцево це виявляється у вигляді тромбозів та крововиливів.
Постійність структури органів прокуратури та тканин забезпечується тим, що у рідкому вигляді не стискається, утворюючи оптимальне внутрішньоклітинний тиск і підтримуючи структуру клітини.
Постійна температура всередині організму підтримується завдяки тому, що молекула рідини є теплоємною структурою. Велика кількість енергії утворюється при розщепленні жирів, що також служить для підтримки оптимальної температури.
Ця речовина має невеликий обсяг молекул, полярність і здатність молекул з'єднуватися одна з одною з допомогою водневих зв'язків, що зумовлює її біологічну роль.
Можна виділити дві функції водиз погляду біологічних процесів:
Фотоліз
При фотосинтезіця речовина є джерелом іонів водню. При фотосинтезі відбувається фотоліз. У перекладі з грецької це явище означає розчинення, розпад чи розкладання з участю світла. Фотоліз здійснюється у період світлової фази фотосинтезу, де під впливом світла молекула цієї речовини розпадається на іони.
В результаті фотолізу молекула води розпадається на протони та електрони і виділяє як побічний продукт кисень. Саме цим киснем і дихають усі живі істоти на планеті.
Всім відомо, що вода грає одну з ключових ролей у життєдіяльності людини і що без неї життя на Землі немислиме. Пізнаючи світ і вивчаючи різні науки, люди дізнаються, якою є біологічна роль води в клітині і настільки вода важлива для функціонування будь-яких організмів.
Вода (молекулярна формула Н2О) є найпоширенішою речовиною землі. Вона міститься практично скрізь у різних кількостях. Наприклад, у зубній емалі вона займає 10%, а ось у зародку, що розвивається, - більше 90%. У людському тілі міститься приблизно 65% води. Особливо насичені нею тканини молодих організмів.
Так, у тілі немовляти міститься 70% рідини. Існує навіть гіпотеза, за якою причиною старіння вважається нездатність білків в організмі пов'язувати великі обсяги води. Усі людські тканини та органи містять рідину. Навіть у кістках її наявність становить приблизно 20%, а в мозку, печінці та м'язах ця цифра збільшується до 80%.
Однією з основних ознак життя є обмін речовин. Всі види обміну – білковий, вуглеводний, жировий та інші – включають також водний. Його суть полягає в процесі всмоктування рідини в кишечнику та шлунку з подальшим розподілом її в тканинах організму та виділенням за допомогою нирок, шкіри та легень.
Живі тканини складаються з клітин та міжклітинних речовин, що є досить складною системою, і в окремих їх частинах міститься вода. Адже вона є чудовим розчинником для більшості живих речовин, з яких складається живий організм.
Завдяки ній під час водного обміну відбувається процес терморегуляції. Також з водою йдуть непотрібні та шкідливі продукти обміну.
Зі сказаного вище можна зробити висновок, яка роль води в клітині:
- Підтримується еластичність клітини. При втраті клітиною рідини, наприклад, можуть висохнути плоди або зав'яне листя.
- Відбувається переміщення речовин, зокрема видаляються непотрібні елементи.
- Забезпечується прискорення хімічних реакцій завдяки розчиненню речовин у рідині.
- Відбувається розчинення солей та цукрів.
- Завдяки здатності води повільно нагріватися і остигати вона бере участь у терморегуляції.
Вільна та зв'язана вода
Роль води у житті клітини, мабуть, важко переоцінити. Причому за більшої інтенсивності обміну речовин кількість рідини збільшується. Вода у клітині може бути пов'язаною чи вільною. Остання міститься у вакуолях, просторах між клітинами, порожнинах різних органів, судинах. Вона необхідна для того, щоб переносити речовини в клітину та з неї у зовнішнє середовище.
Завдяки тому, що електрони в цій молекулі розташовуються незвичайно, в ній існує електрична асиметрія. Оскільки кисень є електронегативнішим, він сильніше притягує водень.
Вода як розчинник
Завдяки полярності молекул, а також їх здатності до створення водневих зв'язків вода виявляється дуже хорошим розчинником іонних сполук, наприклад, солей або кислот. Також непогано розчиняються в рідині неіонні (проте полярні) сполуки. До таких відносяться речовини, молекулах яких містяться заряджені (полярні) групи, – наприклад, спирти, цукру чи амінокислоти.
