Биология Справочники / Напольская К.Р. Биология
..pdf
20
$1KLM2 |
' , ( |
|
|
||
|
12
'!
Все атомы каждого элемента имеют одинаковое количество протонов, а ко личество нейтронов может отличаться. При этом атомы с боUльшим количеством
нейтронов имеют боUльшую атомную массу.
Изотопы — это варианты атомов одного элемента, содержащие различ ное количество нейтронов.
21
(! " " ) !* "+ ,
Радиоактивные изотопы часто используют в медицине для диагностики.
В клетке химические реакции, в которых участвуют радиоактивные изотопы, проходят аналогично реакциям с нерадиоактивными изотопами того же эле
мента. Поэтому атомы радиоактивных изотопов можно включать в состав био логически активных молекул, чтобы атем отслеживать путь атомов в процес
се метаболизма.
Примеры из ЕГЭ "$,
1. С помощью радиоактивного изотопа кислорода определили, что кислород, который входит в состав воды, выделяется как побочный про дукт в процессе фотосинтеза (фото лиз воды), а кислород, который вхо дит в состав углекислого газа, участвует в синтезе глюкозы (в реак циях цикла Кальвина).
2. Пациент принимает внутрь капсулу или раствор с радиоактивным йодом, после чего (через 2, 6 и 24 ч.) ему
выполнят сканирование щитовидной железы. С помощью датчика, устанавлива емого над щитовидной железой, измеряют радиоактивность в ней и определяют в процентах, какую часть она составляет от общей исходной радиоактивности изотопа. Таким образом можно получить представление, как щитовидная желе
за поглощает и удерживает йод.
Еще примеры
3. Некоторые заболевания почек можно диагностировать, вводя в кровь ма лые дозы радиоактивно меченных веществ и анализируя количество и состав молекулярных меток, выводимых с мочой.
22
4. Радиоактивные метки используются |
|
в комбинации с такими сложными методами |
|
визуализации, как ПЭТ-сканирование (пози |
|
тронная эмиссионная томография). Этот метод |
|
позволяет отслеживать в организме рост и ме |
|
таболизм раковых опухолей. |
|
ПЭТ-снимок — пример использования радио |
|
активных изотопов в медицине. Это метод, |
|
с помощью которого можно определить локали |
|
зацию участков интенсивного протекания хи |
|
мических реакций в теле человека. Ярко-желтое |
|
пятно указывает на повышенное содержание ра |
|
диоактивно меченной глюкозы, что свидетель |
0 ;3 1 |
ствует о повышенной метаболической активно |
5 2 |
сти, характерной для опухолевой ткани. |
|
Используют для определения времени гибели растения или животного.
Углерод-14 постоянно образуется в атмосфере из азота-14 под воздействием космических лучей.
Как и обычный углерод, 14C вступает в реакцию с кислородом, образуя угле кислый газ. Растения в ходе фотосинтеза этот углекислый газ потребляют, а по том по пищевой цепочке 14C попадает в организмы животных и людей. При этом важно то, что соотношение изотопов углерода — 12 C, 13 C и 14C — в организме остается почти таким же, что и в атмосфере: один из 1012 атомов является угле родом-14.
После смерти организма углерод-14 больше не поступает извне, а наоборот — постепенно распадается, а стабильные изотопы углерода остаются без изменений.
14 14N |
= 14 |
То есть соотношение изотопов со временем меняется. И зная период полура спада 14C (5730 лет), можно датировать момент смерти.
Радиоуглеродная датировка показывает время гибели растения или жи вотного, а не время создания артефакта (произведения искусства, на пример).
23
50 тысяч лет — тот предел, за которым точность датировки резко снижа тс (из-за слишком малого количества исходного изотопа и поступления
современных атомов 14C в приборы).
-" )
Ковалентная связь образуется за счет того, что 2 атома обобществляют пару
валентных электронов
Ковалентная неполярная связь (силы
с двух сторон равны, между атомами с одина
ковой электроотрицательностью): Н–Н, О=О.
Ковалентная полярная связь (силы неравны между атомами с разной электро
отрицательностью): Н–Сl, Н–О–Н.
Одинарная (простая) связь — одна
пара общих электронов: Н–Н.
Двойная связь — две пары общих электронов: О=О.
Ионная связь |
& ' ' $ >$ |
|
В некоторых случаях два атома настолько |
1 $2$ $% |
|
различны по степени притяжения валентных |
'$ $' * ' # |
|
$ |
||
электронов, что более электроотрицательный |
||
|
||
атом фактически отрывает электрон от |
|
|
другого атома. В результате получаются |
|
|
два противоположно заряженных ато |
|
|
ма, которые называют ионами Два |
|
|
противоположно заряженных иона мо |
( |
|
гут образовывать ионную связь |
||
|
Водородная связь
Когда атом водорода образует ковалентную связь с электроотрицательным атомом, водород приобретает частично положительный заряд. Благодаря этому
он может связываться с другими электроотрицательным атомом, расположен ным поблизости. Такая связь называется водородной.
& $ * '$
24
) .
/
Вода в среднем составляет около 70% от массы живых клеток.
Молекула воды является диполем — одновременно два разноименных заряда (+ и –).
Связи в молекуле воды
Внутримолекулярные связи — простые (одинарные) ковалентные п
лярны
Молекулы воды образуют между собой водородные связ
#!
1.Универсальный растворитель и среда для химических реакций
Вода является хорошим растворителем для ионных (полярных) соедине ний и некоторых неионных, в молекулах которых присутствуют заряженные группы.
!2= # 62=
Вода играет важную роль в коллоидной системе цитоплазмы, определяет структуру и функциональную активность многих макромолекул.
2. Вода — участник реакций (реагент).
25
3. Высокая теплоемкость, т. е. способность поглощать тепло при мини мальном изменении собственной температуры, делает воду идеальной жидко стью для поддержания теплового равновесия клетки и организма
4.Высокая теплопроводность обеспечивает равномерное распределение теплоты между тканями организма
5.Обеспечивает транспортировку веществ в организме (диффузия, кровообращение, восходящий, нисходящий ток растворов по телу растения
ит. п.).
6.Тургорное давление (придание упругости). Вода не сжимается, создает
тургорное давление, определяет объем и упругость клеток и тканей. Вода не сжимается, т. к. между молекулами есть водородные связи.
|
7. Вода прозрачная, пропускает свет. Обеспечение фотосинтеза в водной |
||||
среде |
|
|
|
|
|
|
8. Поверхностное |
натяжение |
|
||
воды Капиллярность воды. За счет |
|
||||
полярности и водородных связей мо |
|
||||
лекулы воды |
способны |
соединяться |
|
||
между собой и с другими вещества |
|
||||
ми. В результате такого соединения |
|
||||
на поверхности образуется «пленка», |
|
||||
что и объясняет высокое поверхност |
|
||||
ное натяжение воды и ее капилляр |
|
||||
ные свойства. Капиллярность |
|
||||
способность |
подниматься |
или |
0 $ |
||
опускаться по узким каналам (капил |
|
||||
лярам) и проходить через поры. Ка |
|
||||
пиллярность |
играет важную роль |
|
|||
в |
поднятии |
растворов |
по |
сосудам |
;' *P QR |
и |
трахеидам |
растений, |
движении |
||
крови, лимфы и других жидкостей по
системе мелких сосудов в организме
животных и человека
9. Расширение при замерза
ии. Лед легче воды. Вода при замер зании увеличивается в объеме, лед имеет меньшую плотность. Объем увеличивается, т. к. расстояние меж ду молекулами воды увеличивается
(происходит кристаллизация).
10. Охлаждение поверхностей. При испарении воды поглощается тепло,
тк. тратится энергия на разрыв водородных связей.
Взависимости от степени взаимодействия с молекулами воды соединения
делят на гидрофильные и гидрофобные
26
$ % %
$ % $. $ # ' 
' $ " " $, $, #."
' , , 4' (
$ % ' $' $#
4 $ |
&$4 $ $ |
$ $ |
S $ |
, $ |
0, $ |
+, $ |
/ $ |
=$ |
|
|
|
!W $, # |
6W ' |
* ' ' $ |
# $ |
( |
|
Важную роль в жизнедеятельности клетки играют растворенные соли, кото рые представлены катионами и анионами
$ UV
$RV2
$# %" '( %= ' ' ' " "! '$ %' ' #.$ '%
$( %0 " ' ($,$4%
$" # #%&, #'%0$4 D %
27
|
|
&, , % |
|
$ef |
2 |
* , ' ,% |
|
|
0 '" +% |
||
|
|
! ' 5 " #% |
|
|
|
&, 1 2% |
|
$ gh2 |
&, 1 |
||
($ 2% |
|||
|
|
&, ,' $% |
|
|
|
" $,1, $2% |
|
$RX2 |
&, 1. '# |
||
'"$,. 5 ' '$, ' (2% |
|||
|
|
. "% |
|
$RY |
|
&, |
#$ 1*' "2 |
|
' ( ( . *' |
||
|
|
" % |
|
$ Z |
|
&, |
$, # *$ |
Mn |
|
'$4 ' * # #% |
|
|
|
! ' % |
|
&, 5 '
F0 E$>
1 " #2%
B& $ $ #%
^R_3 / H2R_3 |
6' |
% 0 |
* $ % |
^d_42 / H2 d_4 |
6' |
% 0 |
*#* % |
0!
Возможность протекания биохимических реакций, их скорость и резуль тат во многом зависят от кислотности среды, т. е. от концентрации ионов во дорода (H+). Количественно эту величину выражают при помощи водородно го показателя рН.
pH= –lg [H
Концентрация Н+ , выраженная в моль/л.
В водных растворах величина рН обычно принимает значения от 0 до 14. Нейтральная среда характеризуется значением рН = 7, в щелочной среде рН больше 7, в кислой — меньше 7. Чем больше величина рН отличается от 7, тем более кислым или щелочным является раствор.
28
D(4 " d^ " i.$"$
1 ,! "!
Многие биохимические процессы, протекающие в клетках и внеклеточной среде, сопровождаются высвобождением либо, наоборот, связыванием ионов во дорода (Н + ). Однако живые организмы обладают способностью поддерживать кислотность среды на определенном уровне благодаря существованию так назы ваемых буферных систем.
Буферная система состоит из кислоты (донор протона) и основания (акцеп тор протона). Буферная система нужна для поддержания постоянной pH-среды.
29
Угольная кислота — слабый электролит, поэтому в растворе лишь часть ее
молекул диссоциирована и наблюдается равновесие: Н |
СО |
3 |
Н + + НСО |
3 |
|
2 |
|
|
|
||
Если по какой-либо причине концентрация ионов H + в растворе увели |
|||||
чивается (среда становится более кислой), анионы |
НСО3 связывают их: |
||||
Н + + НСО3 Н2СО3 |
|
|
|
|
Если кислотность среды снижается, молекулы угольной кислоты диссоци |
||||
ируют, высвобождая дополнительные ионы водорода: Н |
СО |
3 |
Н+ + НСО |
3 |
2 |
|
|
||
,$# # '$,
Фосфатная буферная система — тканевая жидкость, просвет почек Карбонатная буферная сисема — плазма крови
Также есть
белковая буферная система, которая работает в основном внутри кле ток. Белки образуют буферную систему благодаря наличию кислотно-основных
групп в молекуле белков;гемоглобиновая буферная истема включает в себя восстановленный гемо
глобин (HHb) и калиевую соль восстановленного гемоглобина (KHb). Так, буферные свойства данной системы обусловлены тем, что калиевая соль гемоглобина являет ся солью слабой кислоты и может обменивать ион калия, К+ , на ион водорода, H+ при этом образуется слабодиссоциирующая кислота. Работает в плазме крови.
' |
& ' |
?% |
? " % |
= '('" |
0, '(4 |
$4 $ |
* , |
' (4 |
$ 3 |
3 * $% |
'" j^ ( # |
*j^ ( # |
i.ml |
* i.kl |
|
( ' # ' |
( ' ' |
/(4$ ' " 3 '4 #'#"#. $, (# ' ' ' $. ' (4 $, ( %
0$4 '$, ',
@ # ' $, (* %
@#' $, ( 1 . # 2%
@ (&7