Молекулярний рівень організації живої матерії.

Молекулярна біологія-це галузь біології, яка вивчає особливості молекулярної організації живих організмів.

Хімічний склад живих організмів.

Неорганічні речовини :

1.сполуки- вода, солі, кислоти тощо.

2. іони, катіони, аніони. Органічні речовини :

1. малі молекули: моносахариди, амінокислоти, нуклеотиди, ліпіди тощо.

2.біополмери( макромолекули): білки, жири, вуглеводи та нуклеїнові кислоти.

Хімічний склад живих організмів вивчає наука - біохімія.

Біохімія- це наука, яка вивчає хімічний склад живих істот і хімічні процеси пов’язані з їхньою життєдіяльністю.

Всі живі організми на нашій планеті подібні за хімічним складом.

Хімічний склад живих організмів:

Органогени: Н, N, О, С - 92-98 %.

Макроелементи: Р, К, Са, Мg, Na ,S ,Cl- менше 0,001%.

Мікроелементи: I, Fe, Mn, Ni, F, Co, Cu, Zn та інші –від 0,0001% до 0,000000000001%.

Ультрамікроелементи: Ag, Au, Br, Pb та інші від 0, 000000000001% та менше.

Вода

Найпоширеніша на поверхні Землі речовина.

Вода необхідний компонент, а часто і середовище існування організмів.

Деякі важливі для життя властивості води.

Властивості води досить незвичайні і пов’язані головним чином :

-з малими розмірами молекул води,

-з полярністю її молекул

- з їхньою здатністю з’єднуватись за допомогою водневих зв’язків.

Під полярністю розуміють нерівномірний розподіл зарядів в молекулі.

Це тому, що молекули води є диполями мають на одному кінці невеликий позитивний заряд, а на іншому - негативний заряд.

Більш електронегативний атом кисню притягує електрони водневих атомів. В результаті між молекулами води виникає електростатична взаємодія, а оскільки протилежні заряди притягуються їхні молекули « схильні» склеюватись. Ці взаємодії, більш слабкі аніж звичайні водневі зв’язки, називаються водневими зв’язками.

Біологічне значення води

1.Вода- чудовий розчинник для полярних речовин. До них належать іонні сполуки ( солі, кислоти, основи) і ті неіонні сполуки(спирти, цукор), молекули яких мають заряджені ділянки.

Це тому, що молекули води є диполями мають на одному кінці невеликий позитивний заряд, а на іншому - негативний заряд.

Вони ніби «розтягують» молекули полярних речовин. При цьому зростає реакційна здатність розчинених речовин, оскільки їхні молекули або іони набувають можливості вільно рухатись. В живих системах значна частина хімічних реакцій відбувається в водних розчинах.

Притаманні воді властивості розчинника означають також, що вода являється середовищем для транспорту речовин. Цю роль вона виконує в крові. В лімфатичній та екскреторних системах, в травній системі, і в ксилемі та флоемі рослин.

2.Вода володіє високою теплоємністю, це значить, що суттєве збільшення теплової енергії викликає лише порівняно невелике підвищення її температури.

Отже велика теплоємність води зводить до мінімуму температурні зміни, які в ній відбуваються. Завдяки цьому біохімічні процеси протікають в меншому інтервалі температур, з більш-менш постійною швидкістю і небезпека порушення цих процесів від різких температурних перепадів не сильно їм загрожує. Вода є для багатьох клітин і організмів середовищем існування з доволі постійними умовами.

3.Висока теплота випаровування. Випаровування води потребує доволі великих затрат енергії ( цю енергію вода отримує від оточення).

Це явище використовується тваринами для потовиділення; при тепловій задусі у ссавців чи у деяких плазунів ( крокодили на сонці сидять з відкритим ротом); охолодження листків при транспірації.

4.Висока теплота плавлення. Воді для топлення необхідно відносно велику кількість енергії. Справедливо і навпаки: при замерзанні вода повинна віддати велику кількість енергії. Це зменшує імовірність замерзання вмісту клітині оточуючої її рідини. Кристали льоду руйнують клітини, якщо вони утворюються в середині цих клітин.

5. Густина води. Густина води від +4 до 0 знижується тому лід легший за воду і в ній не тоне. Вода єдина речовина , що має більшу густину в рідкому стані, аніж в твердому.

Оскільки лід плаває у воді, він утворюється при замерзанні спочатку на її поверхні і лише потім в придонних шарах. Якщо замерзання йшло знизу вверх то в областях з помірним чи холодним кліматом життя в прісноводних водоймах взагалі не могло б існувати. Лід вкриває поверхню води, як покривалом, що збільшує шанси на виживання організмів, які мешкають у воді. Знаходячись на поверхні води лід також швидше топиться.

6. Великий поверхневий натяг і когезія. Когезія –це зчеплення молекул фізичного тіла одне з одним під дією сил притягання. На поверхні рідини існує поверхневий натяг –результат діючої між молекулами сил когезії, що направлені до середини. Завдяки поверхневому натягу рідина намагається прийняти таку форму, що площа її поверхні була мінімальна( в ідеалі форму кулі). Вода має найбільшу силу поверхневого натягу з усіх рідин. Значна когезія, характерна для молекул води, відіграє важливу роль в живих клітинах, а також при русі води по судинах ксилеми в рослин. Багато дрібних організмів можуть утримуватись на поверхні води і ковзати по її поверхні.

7. Вода як реагент. Біологічне значення води визначається і тим, що вона являє собою один з необхідних метаболітів. Вода використовується, наприклад, в якості джерела водню в процесі фотосинтезу, а також бере участь в процесах гідролізу.

8.Вода і процес еволюції. Роль води в живих організмах знаходить своє відображення в тому факті, що одним з основних факторів природного добору, що впливає на видоутворення є нестача води. Всі наземні організми пристосовані до того, щоб добувати і зберігати воду; в крайніх своїх проявах – у ксерофітів, у тварин мешканців пустелі тощо-такого роду пристосування є справжнім чудом «винахідливості» природи.

Взаємодія води і розчинених молекул.

Молекули води взаємодіють з молекулами розчиненими у ній молекулами полярних речовин з утворенням водневих зв’язків. Такі речовини називаються гідрофільними. Молекули або іони гідрофільних речовин вбудовуються в загальну систему водневих зв’язків води.

Неполярні молекули (наприклад, молекули жирів) намагаються ізолюватись від молекул води, і при цьому вони групуються між собою. Таким чином, неполярні молекули витісняються з водного розчину, ніби уникаючи води. Тому їх називають гідрофобними.

Деякі органічні молекули мають подвійні властивості: на одних їхніх ділянках зосереджені полярні групи, а на інших неполярні. Такими є багато білків, а також фосфоліпіди - важливі компоненти клітинних мембран. Ці молекули утворюють у воді групи, повертаючись від води своїми гідрофобними ділянками, а до води гідрофільними.