Підручники з Біології / Біологія 9 клас / Шаламов Біологія 9 клас 2017

здатні добре розчинятись у воді. До другої — нерозчинні у воді речовини, такі як жири та подібні до них.

Завдяки різній розчинності гідрофобні речовини можуть розділяти ділянки всередині клітини чи цілі клітини. Як побачимо далі, усі біомембрани, що оточують клітини, складаються з гідрофобних речовин.

Як добрий розчинник для багатьох речовин, вода здатна транспортувати їх у живому організмі. Згадаймо хоча б рух речовин ксилемою та флоемою рослин чи транспортну функцію плазми крові.

Вода — майже нестискувана рідина, тому вона виконує опорну функцію. Більшу частину дозрілої рослинної клітини становить вакуоля, наповнена рідиною під тиском. Саме завдяки цьому тискові клітини й органи рослин зберігають свою форму. За втрати клітинами води ми спостерігаємо в’янення рослин, що напряму пов’язано зі зменшенням тиску у вакуолі (рис. 2.5).

Варто зауважити, що вода є не лише середовищем, у якому взаємодіють різні біологічні молекули, а й учасником хімічних реакцій. Так, у процесі фотосинтезу, який здійснюють рослини, вода є однією з речовин, із яких потім будуть побудовані молекули органічних сполук. Процес травлення також відбувається за безпосередньої участі молекул води: вона потрібна для розщеплення великих молекул на дрібніші.

Насамкінець зазначимо, що завдяки високій теплоємності води живі організми використовують її для терморегуляції. Організми миттєво не замерзають на морозі та не перегріваються в спеку саме тому, що містять велику кількість води. А такий процес, як випаровування поту, супроводжується втратою значної кількості теплоти та охолодженням організму.

Неорганічні речовини організмів здебільшого розчинені у воді

Уміст клітин — це водний розчин, у якому, крім молекул води, є багато різних органічних і неорганічних речовин. Значну частину внутрішньоклітинної та міжклітинної рідини становлять водні розчини неорганічних йонів. Серед неорганічних аніонів (негативно заряджених йонів) у клітині переважають хлорид- і фосфатіони. Хлорид-аніон є як ззовні, так і всередині клітини, натомість фосфат-аніон

переважає у внутрішньоклітинному середовищі. Серед катіонів (позитивно заряджених йонів) домінують йони лужних (Натрій, Калій) та лужноземельних (Кальцій і Магній) металів. При цьому спостерігається асиметрія розподілу йонів: у міжклітинній рідині більше йонів Натрію та Кальцію, а у внутрішньоклітинній — йонів Калію та Магнію1. Йони лужних і лужноземельних металів відіграють найрізноманітніші ролі.

Саме вони залучені до утворення різниціелектричнихпотенціалівнамембрані нервових клітин, що забезпечує передачу нервового імпульсу. Йони Магнію вкрай

1Це твердження не завжди правильне: часто всередині клітини є обмежені мембраною ділянки, у яких концентраціяйонівКальціюможезначноперевищуватиконцентраціюззовніклітини.Утімціділянкивідгороджені від звичайного внутрішньоклітинного середовища та є «коморами» йонів Кальцію всередині клітини.

12

потрібні для нормального функціонування багатьох великих біологічних молекул. Йони Кальцію залучені до таких процесів, як м’язове скорочення та передача сигналів усередині клітин.

Деякі неорганічні речовини міжклітинного середовища є нерозчинними

Окрім важливої ролі всередині клітини, неорганічні сполуки виконують значущу роль поза клітиною. Так, достатня кількість йонів Кальцію в плазмі крові потрібна для згортання крові та припинення кровотечі. Шлунковий сік містить до 5 % хлоридної кислоти, необхідної для процесів розщеплення білків і знищення бактерій, що потрапили в шлунок разом із їжею. Певна кислотність крові підтримується, насамперед, завдяки наявності в крові карбонат- і фосфат-іонів: вони підтримують постійну кислотність плазми крові, якщо виникає загроза її зміни. Багато речовин важливі для організмів і в нерозчиненому стані. Так, кальцій ортофосфат і кальцій карбонат становлять до 70 % маси сухої кісткової тканини людини1, забезпечуючи високу міцність кісток і зубів. Солі Кальцію та Стронцію є основою скелета й в інших істот, входячи до складу мушель молюсків та одноклітинних, а також панцирів раків.

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1Для перенесення теплоти по організму використовується

А залізо Б гемоглобін В кальцій Г вода Д кальцій фосфат

2Тіло людини масою 70 кг містить 65 % води. Щоб нагрітися на 1 градус, ураховуючи, що поглинає теплоту лише вода, тілу потрібно поглинути теплоти

3У внутрішньоклітинному просторі більше, ніж у міжклітинному, йонів

4Під час передачі нервового імпульсу позитивно та негативно заряджені

боки мембрани міняються через перенесення йонів

5Уміст якого елемента у висушеній кістці найбільший?

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6Як змінилися б властивості води, якби між її молекулами не виникали водневі зв’язки?

1 Насправді до складу міжклітинного матриксу кісткової тканини частіше входять не наведені речовини, а кальцій гідроксиапатит складу Ca10(OH)2(PO4)6.

13

7До яких наслідків для організму призводить зменшення в ньому води в похилому віці?

8Чому, на відміну від води, густина твердого аміаку більша за густину рідкого?

9Собаки в спекотну погоду дихають відкритим ротом із висунутим вологим язиком. Які властивості води та як допомагають собакам боротися зі спекою в такий спосіб?

10Схарактеризуйте порушення в роботі організму людини, що виникають у разі нестачі Кальцію.

11Чому для створення кислого середовища в шлунку організм утворює хлоридну, а не якусь іншу кислоту?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

12Оскільки внутрішній простір організмів заповнений водою, то нерозчинні в ній сполуки — жири та багато солей — не мали б транспортуватися, а мусили б накопичуватися в місці виникнення. У які способи організми вирішують цю проблему?

13Чому основними катіонами організму є катіони лужних і лужноземельних металів, а не інші катіони?

14Які хвороби та як призводять до зневоднення організму? Чи достатньо для боротьби зі зневодненням пити воду?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

15У міжклітинній рідині підтримується певна концентрація неорганічних йонів. Що станеться з клітинами, якщо їх помістити в розчин, концентрація солей у якому в 10 разів більша або менша, ніж у клітині?

16Клітини багатьох організмів здатні витримувати зниження температури нижче нуля без замерзання внутрішнього вмісту. Які стратегії захисту клітин від замерзання використовують такі організми?

Проект для дружної компанії

17Значення органічних і неорганічних речовин для міцності та гнучкості кістки.

1)З’їжте курку, а очищені від м’яких тканин кістки промийте водою та просушіть. Обов’язково збережіть кілька кісток для порівняння.

2)Помістіть кілька кісток у банку й залийте їх оцтом (розчин оцтової кислоти). Щоб оцет не тхнув, щільно закрийте банку кришкою. Через 3–5 днів зберігання дістаньте кістки, промийте водою та просушіть.

3)Інші кістки прожарте на відкритому вогні впродовж різного часу. Пам’ятайте, що горіння органічних речовин зумовить появу різкого неприємного запаху, тому працюйте в добре провітрюваному приміщенні. Зачекайте, поки кістка непочорнієвідорганічнихсполук,щообвуглилися.Обережноостудітькістки.

4)Принесіть і покажіть однокласникам, як змінилися міцність і гнучкість кісток у результаті дослідів. Поясніть зміни, що відбулися.

14

§ 3. Білки

Білки — найрізноманітніші органічні компоненти будь-якої клітини

Білки — великі молекули зі складною будовою

Відповідь криється в будові білка. Білок є полімерною молекулою, що складається з мономерних ланок — залишків амінокислот (рис. 3.1), з’єднаних між собою в лінійний1 ланцюжок. До складу таких ланцюжків може входити від 50 до кількох сотень амінокислотних залишків (рис. 3.2). Ці амінокислотні залишки в білкових молекулах різняться. У ході утворення тваринних і рослинних білків до складу їхніх молекул включається 21 різновид амінокислот.

1 Лінійний тут потрібно розуміти як нерозгалужений, тобто такий, що в ньому всі мономери з’єднані послідовно один за одним.

15

Рис. 3.5. Будова альбуміну (А), кератину (Б), гемоглобіну (В)

Біологічна роль білків

Описуючи будову білків, ми вже порушили питання про їхню біологічну роль. Отже, функції білків дуже різноманітні. Можна сказати, що білки беруть участь у здійсненні майже всіх процесів в організмі. У таблиці 3.1 наведено огляд біологічної ролі білків із прикладами.

Олександр Данилевський

Народився 1838 року в Харкові. Навчався в Другій харківській гімназії, потім закінчив медичний факультет Харківського університету. Працював у Харківському й Казанському університетах, Санкт-Петербурзькій імператорській військово-медичній академії, лабораторіях Німеччини, Австрії та Швейцарії. Запропонував теорію будови білкової молекули, довів, що шлунковий сік гідролізує білки, відкрив інгібітори травних ферментів антитрипсин і антипепсин, які запобігають самоперетравленню стінок шлун-

ково-кишкового тракту. Помер 1923 року в Петрограді (нині Санкт-Петербург).

17

Еміль Фішер

Народився 1852 року в німецькому місті Ойскірхен. Закінчив Страсбурзький університет. Працював у Мюнхенському, Ерлангенському, Вюрцбурзькому й Берлінському університетах. Фішер вивчав хімію білків і відкрив пептидний зв’язок, установивши, що саме з допомогою цього зв’язку амінокислотні залишки об’єднані в білкову молекулу. Ось що писав дослідник: «Оскільки білкові речовини тією чи іншою мірою беруть участь у всіх хімічних процесах, що відбуваються в організмі, з’ясування їхньої структури й перетворень має

бути найважливішим для біологічної хімії». Водночас він вивчав хімію вуглеводів, дослідив будову молекул глюкози. Уперше синтезував глюкозу й фруктозу. У 1902 році став лауреатом Нобелівської премії з хімії саме за дослідження хімії вуглеводів. Проте у своїй Нобелівській лекції Фішер сказав: «Поступово завіса, якою природа приховувала свої секрети, була привідхилена в питаннях, що стосуються вуглеводів. Попри це, хімічна загадка Життя не може бути розкрита доти, поки органічна хімія не вивчить інший, складніший предмет — білки». Помер 1919 року в Берліні.

Амінокислоти — замінні та незамінні компоненти організмів

Білки синтезуються з амінокислот, однак не всі амінокислоти, що потрібні для побудови білків, синтезуються в людському організмі. Такі амінокислоти мають назву незамінні1. Вони мусять надходити до організму людини з їжею. Відомо вісім незаміннихдлялюдиниамінокислот.Вонивходятьдоскладутвариннихірослиннихбілків у різних співвідношеннях, тому в правильному раціоні повинні бути різноманітні білкові продукти (м’ясо, бобові, яйця, молочні продукти, риба).

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1Якщо кружечками позначено залишки амінокислот, то що може бути фрагментом білка?

2 Які з двох фрагментів білків відрізняються тільки складом?

1 На відміну від замінних, які організм здатен синтезувати сам з інших молекул.

18

4Назваодногозбілківпоходитьвідгрецькогословаkolla (клей),доякогододано суфікс-gen (той, що народжує). Цей білок утворює основу міжклітинної речовини сполучної тканини. На нього багаті хрящі, сухожилля, кістки. Про який білок ідеться?

5Якщо на свіжу ранку крапнути розчин гідроген пероксиду, можна спостерігати активне спінювання, спричинене розкладанням пероксиду. Із діяльністю якого білка пов’язане це явище?

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6Чому білки називають найважливішим складником клітин будь-якого живого організму?

7Схарактеризуйте біологічне значення білків. Що дає змогу білкам виконувати безліч найрізноманітніших функцій у живих організмах?

8Білки практично ніколи не відкладаються про запас. Та все ж таки є запасні білки. Наведіть приклади запасних білків і вкажіть, у яких випадках запасним матеріалом є білки.

9Наведіть кілька причин величезного різноманіття білків. Відповідь підтвердьте прикладами.

10Як пов’язана роль конкретного білка з його тривимірною структурою? Чи можна за тривимірною структурою білка визначити його функцію в організмі? Наскільки точним може бути таке визначення?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11Є хвороби людини, що пов’язані з порушенням структури тих чи інших білків. Наприклад, серпуватоклітинна анемія розвивається через заміну однієї амінокислоти на іншу в молекулі гемоглобіну. Багато хвороб спричинені зовсім незначними порушеннями в структурі ферментів (фенілкетонурія, таласемія, різні форми порфирій). Поясни, як такі незначні зміни в структурі білків призводять до суттєвих наслідків для організму.

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

12Під час білкового голодування в дитячому віці розвивається квашіоркор — тяжка дистрофія, що супроводжується набряклістю. Набряклість також розвивається й у дорослих під час тривалого білкового голодування. Припусти механізм цього явища.

13Чому білки — найполіфункціональніші молекули з усіх, що входять до складу нашого організму?

14Сучасна наука про білковий набір клітини — протеоміка. Чому виникла ця наука та які її завдання?

19