1.3 Κατανομή νερού στο κελί

Το νερό περιέχεται στα ζωντανά κύτταρα, στα νεκρά στοιχεία του ξυλώματος και στους μεσοκυττάριους χώρους. Στους μεσοκυττάριους χώρους, το νερό βρίσκεται σε κατάσταση ατμού. Τα φύλλα είναι τα κύρια εξατμιστικά όργανα ενός φυτού. Ως προς αυτό, είναι φυσικό ότι ο μεγαλύτερος αριθμόςνερό γεμίζει τους μεσοκυττάριους χώρους των φύλλων. Σε υγρή κατάσταση, το νερό βρίσκεται σε διάφορα μέρη του κυττάρου: την κυτταρική μεμβράνη, τα κενοτόπια και το πρωτόπλασμα. Τα κενοτόπια είναι το πιο πλούσιο σε νερό μέρος του κυττάρου, όπου η περιεκτικότητά του φτάνει το 98%. Στην υψηλότερη περιεκτικότητα σε νερό, η περιεκτικότητα σε νερό στο πρωτόπλασμα είναι 95%. Η χαμηλότερη περιεκτικότητα σε νερό είναι χαρακτηριστικό των κυτταρικών μεμβρανών. Ο ποσοτικός προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε νερό στις κυτταρικές μεμβράνες είναι δύσκολος. προφανώς, κυμαίνεται από 30 έως 50%.

Το νερό σχηματίζει μέσα διαφορετικά μέρηΤα φυτικά κύτταρα είναι επίσης διαφορετικά. Ο χυμός των κενοτοπίων κυριαρχείται από νερό που συγκρατείται από ενώσεις σχετικά χαμηλού μοριακού βάρους (οσμωτικά δεσμευμένες) και ελεύθερο νερό. Στο κέλυφος ενός φυτικού κυττάρου, το νερό δεσμεύεται κυρίως από ενώσεις υψηλής περιεκτικότητας σε πολυμερή (κυτταρίνη, ημικυτταρίνη, ουσίες πηκτίνης), δηλαδή κολλοειδή δεσμευμένο νερό. Στο ίδιο το κυτταρόπλασμα υπάρχει ελεύθερο νερό, κολλοειδή και οσμωτικά συνδεδεμένο. Το νερό που βρίσκεται σε απόσταση έως και 1 nm από την επιφάνεια ενός μορίου πρωτεΐνης είναι σταθερά συνδεδεμένο και δεν έχει κανονική εξαγωνική δομή (κολλοειδές δεσμευμένο νερό). Επιπλέον, υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα ιόντων στο πρωτόπλασμα και, κατά συνέπεια, μέρος του νερού είναι δεσμευμένο οσμωτικά.

Η φυσιολογική σημασία του ελεύθερου και του δεσμευμένου νερού είναι διαφορετική. Οι περισσότεροι ερευνητές πιστεύουν ότι η ένταση φυσιολογικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένων των ρυθμών ανάπτυξης, εξαρτάται κυρίως από την περιεκτικότητα σε ελεύθερο νερό. Υπάρχει άμεση συσχέτιση μεταξύ της περιεκτικότητας σε δεσμευμένο νερό και της αντοχής των φυτών σε αντίξοες εξωτερικές συνθήκες. Αυτές οι φυσιολογικές συσχετίσεις δεν παρατηρούνται πάντα.

συσκευή golgi

Τα λυσοσώματα είναι μικρά κυστίδια που περιβάλλονται από μία μόνο μεμβράνη. Εκφύονται από τη συσκευή Golgi και πιθανώς από το ενδοπλασματικό δίκτυο. Τα λυσοσώματα περιέχουν μια ποικιλία ενζύμων που διασπούν μεγάλα μόρια...

Υγεία μαθητών: προβλήματα και λύσεις

Όταν ένας έφηβος ασχολείται με τον αθλητισμό, δεν πρέπει να επιτρέπεται η υπερπροπόνηση. Η κόπωση μετά από πολλή σωματική δραστηριότητα αποδεικνύεται από λήθαργο, μυϊκό πόνο. Οι γονείς πρέπει να ελέγχουν την ώρα του αθλητισμού...

Σύστημα πληροφορίωνκύτταρα

Οι γενετικές πληροφορίες κωδικοποιούνται στο DNA. Ο γενετικός κώδικας διευκρινίστηκε από τους M. Nirenberg και H.G. Κοράνι, για το οποίο βραβεύτηκαν βραβείο Νόμπελτο 1968. Ο γενετικός κώδικας είναι ένα σύστημα για τη διάταξη των νουκλεοτιδίων σε μόρια νουκλεϊκού οξέος ...

Κωδικοποίηση και εφαρμογή βιολογικών πληροφοριών σε ένα κύτταρο, γενετικός κώδικαςκαι τις ιδιότητες του

Διαμεσολαβητής στη μεταγραφή γενετικές πληροφορίες(σειρά νουκλεοτιδίων) από το DNA στην πρωτεΐνη είναι mRNA (αγγελιοφόρος RNA) ...

Μειόβενθος από μακρόφυτα αλσύλλια στην παράκτια ζώνη του κόλπου Novorossiysk

Υπάρχουν πολλά έργα που περιγράφουν τις κανονικότητες της χωρικής κατανομής των μειοβενθικών οργανισμών - τις τελευταίες δεκαετίες ήταν ένας από τους πιο δημοφιλείς τομείς στην έρευνα...

Δυνατότητα μεμβράνης

Το 1890, ο Wilhelm Ostwald, ο οποίος μελέτησε ημιδιαπερατά τεχνητά φιλμ, πρότεινε ότι η ημιπερατότητα θα μπορούσε να είναι η αιτία όχι μόνο της όσμωσης, αλλά και των ηλεκτρικών φαινομένων. Η όσμωση εμφανίζεται όταν...

Μικροβιολογία ψαριών και προϊόντων ψαριών

Η μικροβιολογική εκτίμηση του νερού δίνεται με βάση τον προσδιορισμό του μικροβιακού αριθμού του QMAFAnM. αν - τιτρα? εάν - ευρετήριο; την παρουσία παθογόνων μικροοργανισμών. Οι δύο πρώτες αναλύσεις είναι σε εξέλιξη...

Μοριακό γενετικό επίπεδο ζωντανών δομών

Το γεγονός ότι τα γονίδια βρίσκονται στα χρωμοσώματα φαίνεται να είναι ασυμβίβαστο με το γεγονός ότι οι άνθρωποι έχουν μόνο 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων και ωστόσο έχουν χιλιάδες διαφορετικά χαρακτηριστικά που πρέπει να ταιριάζουν με χιλιάδες διαφορετικά γονίδια. Μόνο σημάδια...

Μύγες Spherocerid (Diptera, Sphaeroceridae) του φυσικού καταφυγίου "Kamyshanova Polyana"

Στην επικράτεια του αποθεματικού "Kamyshanova Polyana" διακρίνονται σαφώς οι ακόλουθοι τύποι βιοτόπων: δάσος, λιβάδι, διάφορα κοντά στο νερό, καθώς και σχηματισμοί άκρων ...

Αντικείμενα βιοτεχνολογίας σε Βιομηχανία τροφίμων

Ο μεταβολισμός, ή μεταβολισμός, είναι η φυσική σειρά του μετασχηματισμού των ουσιών και της ενέργειας στα ζωντανά συστήματα που βασίζεται στη ζωή, με στόχο τη διατήρηση και την αυτοαναπαραγωγή τους. το σύνολο όλων χημικές αντιδράσειςρέει στο σώμα...

Η έννοια του κυττάρου

XVII αιώνας 1665 - Ο Άγγλος φυσικός R. Hooke στο έργο του "Μικρογραφία" περιγράφει τη δομή ενός φελλού, στα λεπτά τμήματα του οποίου βρήκε σωστά διατεταγμένα κενά. Ο Χουκ ονόμασε αυτά τα κενά "πόρους, ή κύτταρα"...

Ο ρόλος των μιτοχονδρίων στην απόπτωση

Φυσιολογία κυτταρικής διέγερσης

· Ο σχηματισμός κυτταρικής διέγερσης οφείλεται ακριβώς στη μεταφορά ιόντων. Το διλιπιδικό στρώμα της κυτταρικής μεμβράνης είναι αδιαπέρατο από ιόντα (Na, K, Cl), τα κανάλια ιόντων έχουν σχεδιαστεί για τη μεταφορά τους μέσα και έξω από το κύτταρο - ειδικές ενσωματωμένες πρωτεΐνες ...

Η χημική σύνθεση του κυττάρου

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί είναι ικανοί να ανταλλάσσουν ουσίες με το περιβάλλον. Στα κύτταρα, οι διαδικασίες της βιολογικής σύνθεσης, ή βιοσύνθεσης, συνεχίζονται συνεχώς...

Περίπου 100 βρίσκονται στο φλοιό της γης. χημικά στοιχεία, αλλά μόνο 16 από αυτά χρειάζονται για τη ζωή. Τα πιο κοινά στους φυτικούς οργανισμούς είναι τέσσερα στοιχεία - υδρογόνο, άνθρακας, οξυγόνο, άζωτο, τα οποία σχηματίζουν διάφορες ουσίες. Τα κύρια συστατικά ενός φυτικού κυττάρου είναι το νερό, οι οργανικές και μεταλλικές ουσίες.

Νερό- η βάση της ζωής. Η περιεκτικότητα σε νερό στα φυτικά κύτταρα κυμαίνεται από 90 έως 10%. Είναι μια μοναδική ουσία λόγω του χημικού και φυσικές ιδιότητες. Το νερό είναι απαραίτητο για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, τη μεταφορά ουσιών, την ανάπτυξη των κυττάρων, είναι ένα μέσο για πολλές βιοχημικές αντιδράσεις, ένας γενικός διαλύτης κ.λπ.

Μεταλλικά στοιχεία(φλαμουριά)- ουσίες που παραμένουν μετά την καύση ενός κομματιού ενός οργάνου. Η περιεκτικότητα σε στοιχεία τέφρας κυμαίνεται από 1% έως 12% ξηρό βάρος. Σχεδόν όλα τα στοιχεία που συνθέτουν το νερό και το έδαφος βρίσκονται στο φυτό. Τα πιο κοινά είναι κάλιο, ασβέστιο, μαγνήσιο, σίδηρος, πυρίτιο, θείο, φώσφορος, άζωτο (μακροστοιχεία) και χαλκός, αλουμίνιο, χλώριο, μολυβδαίνιο, βόριο, ψευδάργυρος, λίθιο, χρυσός (μικροστοιχεία). Τα μέταλλα παίζουν σημαντικό ρόλο στη ζωή των κυττάρων - αποτελούν μέρος αμινοξέων, ενζύμων, ATP, αλυσίδων μεταφοράς ηλεκτρονίων, είναι απαραίτητα για τη σταθεροποίηση της μεμβράνης, συμμετέχουν σε μεταβολικές διεργασίες κ.λπ.

οργανική ύληΤα φυτικά κύτταρα χωρίζονται σε: 1) υδατάνθρακες, 2) πρωτεΐνες, 3) λιπίδια, 4) νουκλεϊκά οξέα, 5) βιταμίνες, 6) φυτοορμόνες, 7) προϊόντα δευτερογενούς μεταβολισμού.

Υδατάνθρακεςαποτελούν έως και το 90% των ουσιών που απαρτίζουν το φυτικό κύτταρο. Διακρίνω:

Μονοσακχαρίτες (γλυκόζη, φρουκτόζη). Οι μονοσακχαρίτες σχηματίζονται στα φύλλα κατά τη φωτοσύνθεση και μετατρέπονται εύκολα σε άμυλο. Συσσωρεύονται σε φρούτα, λιγότερο συχνά σε μίσχους, βολβούς. Οι μονοσακχαρίτες μεταφέρονται από κύτταρο σε κύτταρο. Αποτελούν ενεργειακό υλικό, συμμετέχουν στο σχηματισμό γλυκοσιδών.

Οι δισακχαρίτες (σακχαρόζη, μαλτόζη, λακτόζη κ.λπ.) σχηματίζονται από δύο σωματίδια μονοσακχαριτών. Συσσωρεύονται σε ρίζες και καρπούς.

Οι πολυσακχαρίτες είναι πολυμερή που είναι πολύ διαδεδομένα στα φυτικά κύτταρα. Αυτή η ομάδα ουσιών περιλαμβάνει άμυλο, ινουλίνη, κυτταρίνη, ημικυτταρίνη, πηκτίνη, καλόζη.

Το άμυλο είναι η κύρια αποθηκευτική ουσία ενός φυτικού κυττάρου. Το πρωτογενές άμυλο σχηματίζεται σε χλωροπλάστες. Στα πράσινα μέρη του φυτού, χωρίζεται σε μονο- και δισακχαρίτες και μεταφέρεται κατά μήκος του φλοιώματος των φλεβών στα αναπτυσσόμενα μέρη του φυτού και στα όργανα αποθήκευσης. Στους λευκοπλάστες των οργάνων αποθήκευσης, το δευτερογενές άμυλο συντίθεται από σακχαρόζη με τη μορφή κόκκων αμύλου.

Το μόριο του αμύλου αποτελείται από αμυλόζη και αμυλοπηκτίνη. Οι γραμμικές αλυσίδες αμυλόζης, που αποτελούνται από πολλές χιλιάδες υπολείμματα γλυκόζης, είναι σε θέση να διακλαδίζονται ελικοειδώς και έτσι να παίρνουν μια πιο συμπαγή μορφή. Στον διακλαδισμένο πολυσακχαρίτη αμυλοπηκτίνη, η συμπαγοποίηση εξασφαλίζεται με την έντονη διακλάδωση της αλυσίδας λόγω του σχηματισμού 1,6-γλυκοσιδικών δεσμών. Η αμυλοπηκτίνη περιέχει περίπου διπλάσια υπολείμματα γλυκόζης από την αμυλόζη.

Με το διάλυμα Lugol, ένα υδατικό εναιώρημα αμυλόζης δίνει ένα σκούρο μπλε χρώμα, το εναιώρημα αμυλοπηκτίνης - κόκκινο-ιώδες, το εναιώρημα αμύλου - μπλε-ιώδες.

Η ινουλίνη είναι ένα πολυμερές φρουκτόζης, ένας αποθηκευτικός υδατάνθρακας της οικογένειας των αστέρων. Βρίσκεται στα κύτταρα σε διαλυμένη μορφή. Δεν λερώνει με διάλυμα ιωδίου, κοκκινίζει με β-ναφθόλη.

Η κυτταρίνη είναι ένα πολυμερές γλυκόζης. Η κυτταρίνη περιέχει περίπου το 50% του άνθρακα του φυτού. Αυτός ο πολυσακχαρίτης είναι το κύριο υλικό του κυτταρικού τοιχώματος. Τα μόρια της κυτταρίνης είναι μακριές αλυσίδες υπολειμμάτων γλυκόζης. Ένα πλήθος ομάδων ΟΗ προεξέχουν από κάθε αλυσίδα. Αυτές οι ομάδες κατευθύνονται προς όλες τις κατευθύνσεις και σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με γειτονικές αλυσίδες, γεγονός που παρέχει μια άκαμπτη διασύνδεση όλων των αλυσίδων. Οι αλυσίδες συνδυάζονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας μικροϊνίδια και τα τελευταία συνδυάζονται σε μεγαλύτερες δομές - μακροϊνίδια. Η αντοχή σε εφελκυσμό αυτής της δομής είναι πολύ υψηλή. Τα μακροϊνίδια, που βρίσκονται σε στρώματα, βυθίζονται σε μια μήτρα τσιμέντου που αποτελείται από ουσίες πηκτίνης και ημικυτταρίνες.

Η κυτταρίνη δεν διαλύεται στο νερό, με διάλυμα ιωδίου δίνει κίτρινο χρώμα.

Οι πηκτίνες αποτελούνται από γαλακτόζη και γαλακτουρονικό οξύ. Το πηκτικό οξύ είναι ένα πολυγαλακτουρονικό οξύ. Αποτελούν μέρος της μήτρας του κυτταρικού τοιχώματος και παρέχουν την ελαστικότητά του. Οι πηκτίνες αποτελούν τη βάση του μέσου ελάσματος, το οποίο σχηματίζεται μεταξύ των κυττάρων μετά τη διαίρεση. Σχηματίστε τζελ.

Οι ημικυτταρίνες είναι μακρομοριακές ενώσεις μικτής σύνθεσης. Αποτελούν μέρος της μήτρας του κυτταρικού τοιχώματος. Δεν διαλύονται στο νερό, υδρολύονται σε όξινο περιβάλλον.

Η καλλόζη είναι ένα άμορφο πολυμερές γλυκόζης που βρίσκεται σε διάφορα μέρη του σώματος του φυτού. Η καλλόζη σχηματίζεται στους σωλήνες κόσκινου του φυλλώματος και συντίθεται επίσης ως απόκριση σε βλάβη ή δυσμενείς επιπτώσεις.

Το άγαρ-άγαρ είναι ένας πολυσακχαρίτης υψηλού μοριακού βάρους που βρίσκεται στα φύκια. Διαλύεται σε ζεστό νερό, και αφού κρυώσει σκληραίνει.

σκίουροιμακρομοριακές ενώσεις που αποτελούνται από αμινοξέα. Στοιχειακή σύνθεση - C, O, N, S, P.

Τα φυτά είναι σε θέση να συνθέσουν όλα τα αμινοξέα από περισσότερα απλές ουσίες. Τα 20 βασικά αμινοξέα αποτελούν όλη την ποικιλία των πρωτεϊνών.

Η πολυπλοκότητα της δομής των πρωτεϊνών και η εξαιρετική ποικιλομορφία των λειτουργιών τους καθιστούν δύσκολη τη δημιουργία μιας ενιαίας σαφούς ταξινόμησης πρωτεϊνών σε οποιαδήποτε βάση. Με βάση τη σύνθεση, οι πρωτεΐνες ταξινομούνται σε απλές και σύνθετες. Απλό - αποτελείται μόνο από αμινοξέα, σύνθετο - αποτελείται από αμινοξέα και μη πρωτεϊνικό υλικό (προσθετική ομάδα).

Οι απλές πρωτεΐνες περιλαμβάνουν λευκωματίνες, σφαιρίνες, ιστόνες, προλαμίνες και γλουτενίνες. Οι λευκωματίνες είναι ουδέτερες πρωτεΐνες, διαλυτές στο νερό, σπάνια βρίσκονται στα φυτά. Οι σφαιρίνες είναι ουδέτερες πρωτεΐνες, αδιάλυτες στο νερό, διαλυτές σε αραιά αλατούχα διαλύματα, κατανεμημένες σε σπόρους, ρίζες, μίσχους φυτών. Οι ιστόνες είναι ουδέτερες πρωτεΐνες, διαλυτές στο νερό, εντοπισμένες στους πυρήνες όλων των ζωντανών κυττάρων. Προλαμίνες - διαλυτές σε 60-80% αιθανόλη, που βρίσκονται στους κόκκους των δημητριακών. Οι γλουτενίνες είναι διαλυτές σε αλκαλικά διαλύματα, βρίσκονται σε κόκκους δημητριακών, πράσινα μέρη φυτών.

Τα σύνθετα περιλαμβάνουν φωσφοπρωτεΐνες (η προσθετική ομάδα είναι το φωσφορικό οξύ), λυκοπρωτεΐνες (υδατάνθρακες), νουκλεοπρωτεΐνες (νουκλεϊκό οξύ), χρωμοπρωτεΐνες (χρωστική ουσία), λιποπρωτεΐνες (λιπίδιο), φλαβοπρωτεΐνες (FAD), μεταλλοπρωτεΐνες (μέταλλο).

Οι πρωτεΐνες παίζουν σημαντικό ρόλο στη ζωή του φυτικού οργανισμού και, ανάλογα με τη λειτουργία που εκτελείται, οι πρωτεΐνες χωρίζονται σε δομικές πρωτεΐνες, ένζυμα, πρωτεΐνες μεταφοράς, συσταλτικές πρωτεΐνες, πρωτεΐνες αποθήκευσης.

Λιπίδια- οργανικές ουσίες αδιάλυτες στο νερό και διαλυτές σε οργανικούς διαλύτες (αιθέρας, χλωροφόρμιο, βενζόλιο). Τα λιπίδια χωρίζονται σε αληθινά λίπη και λιποειδή.

Τα αληθινά λίπη είναι εστέρες λιπαρών οξέων και κάποιου είδους αλκοόλ. Σχηματίζουν ένα γαλάκτωμα σε νερό, υδρολύονται όταν θερμαίνονται με αλκάλια. Είναι εφεδρικές ουσίες, συσσωρεύονται στους σπόρους.

Τα λιποειδή είναι ουσίες που μοιάζουν με λίπος. Αυτά περιλαμβάνουν φωσφολιπίδια (αποτελούν μέρος των μεμβρανών), κεριά (σχηματίζουν προστατευτική επικάλυψη σε φύλλα και καρπούς), στερόλες (αποτελούν μέρος του πρωτοπλάσματος, συμμετέχουν στο σχηματισμό δευτερογενών μεταβολιτών), καροτενοειδή (κόκκινες και κίτρινες χρωστικές ουσίες, απαραίτητες για την προστασία της χλωροφύλλης, δίνοντας χρώμα σε φρούτα, λουλούδια), χλωροφύλλη (η κύρια χρωστική ουσία της φωτοσύνθεσης)

Νουκλεϊκά οξέα- το γενετικό υλικό όλων των ζωντανών οργανισμών. Τα νουκλεϊκά οξέα (DNA και RNA) αποτελούνται από μονομερή που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Ένα μόριο νουκλεοτιδίου αποτελείται από ένα σάκχαρο πέντε άνθρακα, μια αζωτούχα βάση και φωσφορικό οξύ.

βιταμίνες- σύνθετες οργανικές ουσίες διαφόρων χημική σύνθεση. Έχουν υψηλή φυσιολογική δραστηριότητα - είναι απαραίτητες για τη σύνθεση πρωτεϊνών, λιπών, για τη λειτουργία ενζύμων κλπ. Οι βιταμίνες χωρίζονται σε λιποδιαλυτές και υδατοδιαλυτές. Οι λιποδιαλυτές βιταμίνες περιλαμβάνουν τις βιταμίνες Α, Κ, Ε και τις υδατοδιαλυτές βιταμίνες C και Β.

Φυτοορμόνες- ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους με υψηλή φυσιολογική δραστηριότητα. Έχουν ρυθμιστική επίδραση στις διαδικασίες ανάπτυξης και ανάπτυξης των φυτών σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις. Οι φυτοορμόνες χωρίζονται σε διεγερτικά (κυτοκινίνες, αυξίνες, γιβερελλίνες) και σε αναστολείς (αιθυλένιο και αψικίνες).

Η ζωτική δραστηριότητα των κυττάρων, των ιστών και των οργάνων των φυτών οφείλεται στην παρουσία νερού. Το νερό είναι συνταγματική ουσία. Καθορίζοντας τη δομή του κυτταροπλάσματος των κυττάρων και των οργανιδίων του, λόγω της πολικότητας των μορίων, είναι διαλύτης για οργανικές και ανόργανες ενώσεις που εμπλέκονται στο μεταβολισμό και δρα ως περιβάλλον περιβάλλοντος στο οποίο λαμβάνουν χώρα όλες οι βιοχημικές διεργασίες. Διεισδύοντας εύκολα μέσα από τα κελύφη και τις μεμβράνες των κυττάρων, το νερό κυκλοφορεί ελεύθερα σε όλο το φυτό, εξασφαλίζοντας τη μεταφορά ουσιών και συμβάλλοντας έτσι στην ενότητα των μεταβολικών διεργασιών του σώματος. Λόγω της υψηλής διαφάνειάς του, το νερό δεν παρεμβαίνει στην απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας από τη χλωροφύλλη.

Η κατάσταση του νερού στα φυτικά κύτταρα

Το νερό στο κελί παρουσιάζεται με διάφορες μορφές, είναι θεμελιωδώς διαφορετικές. Τα κυριότερα είναι το συστατικό, το διαλυτωμένο, το τριχοειδές και το εφεδρικό νερό.

Μερικά από τα μόρια του νερού που εισέρχονται στο κύτταρο σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με έναν αριθμό μορίων ριζών οργανική ύλη. Οι δεσμοί υδρογόνου είναι ιδιαίτερα εύκολο να σχηματιστούν τέτοιες ρίζες:

Αυτή η μορφή νερού ονομάζεται συνταγματικός . Περιέχεται από μια κυψέλη με ισχύ έως και 90 χιλιάδες barr.

Λόγω του ότι τα μόρια του νερού είναι δίπολα, σχηματίζουν στερεά συσσωματώματα με φορτισμένα μόρια οργανικών ουσιών. Αυτό το νερό, που σχετίζεται με τα μόρια των οργανικών ουσιών του κυτταροπλάσματος από τις δυνάμεις της ηλεκτρικής έλξης, ονομάζεται διαλύτωμα . Ανάλογα με τον τύπο του φυτικού κυττάρου, το διαλυτωμένο νερό αντιπροσωπεύει το 4 έως 50% της συνολικής του ποσότητας. Το διαλυτό νερό, όπως και το συστατικό νερό, δεν έχει κινητικότητα και δεν είναι διαλύτης.

Μεγάλο μέρος του νερού του κυττάρου είναι τριχοειδής , γιατί βρίσκεται στις κοιλότητες μεταξύ μακρομορίων. Το διαλύτωμα και το τριχοειδές νερό συγκρατούνται από το κύτταρο με μια δύναμη που ονομάζεται δυναμικό μήτρας. Είναι ίσο με 15-150 bar.

Αποθεματικό ονομάζεται το νερό μέσα στα κενοτόπια. Το περιεχόμενο των κενοτοπίων είναι ένα διάλυμα σακχάρων, αλάτων και μιας σειράς άλλων ουσιών. Επομένως, το αποθεματικό νερό συγκρατείται από το κύτταρο με μια δύναμη που καθορίζεται από το μέγεθος του οσμωτικού δυναμικού του περιεχομένου των κενοτοπίων.

Πρόσληψη νερού από τα φυτικά κύτταρα

Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν ενεργοί φορείς για τα μόρια του νερού στα κύτταρα, η μετακίνησή του μέσα και έξω από τα κύτταρα, καθώς και μεταξύ γειτονικών κυττάρων, πραγματοποιείται μόνο σύμφωνα με τους νόμους της διάχυσης. Επομένως, οι διαβαθμίσεις συγκέντρωσης διαλυμένων ουσιών αποδεικνύονται ότι είναι οι κύριοι οδηγοί για τα μόρια του νερού.

Τα φυτικά κύτταρα, ανάλογα με την ηλικία και την κατάστασή τους, απορροφούν νερό χρησιμοποιώντας τη διαδοχική συμπερίληψη τριών μηχανισμών: της απορρόφησης, της διαλυτοποίησης και της όσμωσης.

απορρόφηση . Όταν οι σπόροι βλασταίνουν, αρχίζουν να απορροφούν νερό λόγω του μηχανισμού απορρόφησης. Σε αυτή την περίπτωση, οι κενοί δεσμοί υδρογόνου των οργανικών ουσιών του πρωτοπλάστη γεμίζονται και το νερό εισέρχεται ενεργά στο κύτταρο από το περιβάλλον. Σε σύγκριση με άλλες δυνάμεις που δρουν στα κύτταρα, οι δυνάμεις απορρόφησης είναι κολοσσιαίες. Για ορισμένους δεσμούς υδρογόνου, φτάνουν την τιμή των 90 χιλιάδων barr. Ταυτόχρονα, οι σπόροι μπορούν να διογκωθούν και να βλαστήσουν σε σχετικά ξηρά εδάφη. Αφού γεμίσουν όλοι οι κενοί δεσμοί υδρογόνου, η απορρόφηση σταματά και ενεργοποιείται ο ακόλουθος μηχανισμός απορρόφησης νερού.

λύσεως . Κατά τη διαδικασία της διαλυτοποίησης, η απορρόφηση νερού λαμβάνει χώρα με την κατασκευή στρωμάτων ενυδάτωσης γύρω από τα μόρια των πρωτοπλάστων οργανικών ουσιών. Η συνολική περιεκτικότητα σε νερό του κυττάρου συνεχίζει να αυξάνεται. Η ένταση της διαλυτοποίησης εξαρτάται ουσιαστικά από τη χημική σύνθεση του πρωτοπλάστη. Όσο περισσότερες υδρόφιλες ουσίες στο κύτταρο, τόσο πληρέστερα χρησιμοποιούνται οι δυνάμεις διαλυτοποίησης. Η υδροφιλία μειώνεται στη σειρά: πρωτεΐνες -> υδατάνθρακες -> λίπη. Επομένως, οι πρωτεϊνικοί σπόροι (μπιζέλια, φασόλια, φασόλια) απορροφούν τη μεγαλύτερη ποσότητα νερού ανά μονάδα βάρους μέσω διαλυτοποίησης, οι σπόροι αμύλου (σίτος, σίκαλη) τον ενδιάμεσο και οι ελαιούχοι σπόροι (λινάρι, ηλίανθος) τη μικρότερη.

Οι δυνάμεις επίλυσης είναι κατώτερες σε ισχύ από τις δυνάμεις απορρόφησης, αλλά εξακολουθούν να είναι αρκετά σημαντικές και φτάνουν τα 100 bar. Μέχρι το τέλος της διαδικασίας διαλυτοποίησης, η περιεκτικότητα σε νερό του κυττάρου είναι τόσο μεγάλη που η τριχοειδική υγρασία κατακάθεται και αρχίζουν να εμφανίζονται κενοτόπια. Ωστόσο, από τη στιγμή του σχηματισμού τους, η διαλυτοποίηση σταματά και η περαιτέρω απορρόφηση του νερού είναι δυνατή μόνο λόγω του οσμωτικού μηχανισμού.

Ωσμωση . Ο ωσμωτικός μηχανισμός πρόσληψης νερού λειτουργεί μόνο σε κύτταρα που έχουν κενοτόπιο. Η κατεύθυνση της κίνησης του νερού σε αυτή την περίπτωση καθορίζεται από την αναλογία των οσμωτικών δυναμικών των διαλυμάτων που περιλαμβάνονται στο οσμωτικό σύστημα.

Το οσμωτικό δυναμικό του κυτταρικού χυμού, που συμβολίζεται με R,καθορίζεται από τον τύπο:

R = iRct,

που R -οσμωτικό δυναμικό του κυτταρικού χυμού

R-σταθερά αερίου ίση με 0,0821;

T -θερμοκρασία στην κλίμακα Kelvin?

Εγώ- ισοτονικός συντελεστής που δείχνει τον χαρακτήρα ηλεκτρολυτική διάστασηδιαλυμένες ουσίες.

Η ίδια η ισοτονική αναλογία είναι ίση με

και= 1 + α ( n + 1),

όπου α - βαθμός ηλεκτρολυτικής διάστασης.

Π -τον αριθμό των ιόντων στα οποία διασπάται το μόριο. Για μη ηλεκτρολύτες Π = 1.

Το οσμωτικό δυναμικό ενός εδαφικού διαλύματος συνήθως συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα π.

Τα μόρια του νερού κινούνται πάντα από ένα μέσο με χαμηλότερο οσμωτικό δυναμικό σε ένα μέσο με υψηλότερο οσμωτικό δυναμικό. Έτσι, εάν το κελί βρίσκεται στο έδαφος (εξωτερικό) διάλυμα στο R>π, τότε το νερό εισέρχεται στα κύτταρα. Η ροή του νερού στο κύτταρο σταματά όταν τα οσμωτικά δυναμικά εξισωθούν πλήρως (ο κενοτοπικός χυμός αραιώνεται στην είσοδο της απορρόφησης νερού) ή όταν η κυτταρική μεμβράνη φτάσει στα όρια εκτασιμότητας.

Έτσι, τα κύτταρα λαμβάνουν νερό από το περιβάλλον μόνο υπό μία προϋπόθεση: το οσμωτικό δυναμικό του κυτταρικού χυμού πρέπει να είναι υψηλότερο από το οσμωτικό δυναμικό του περιβάλλοντος διαλύματος.

Αν R< π, υπάρχει εκροή νερού από το κελί στο εξωτερικό διάλυμα. Κατά τη διάρκεια της απώλειας υγρού, ο όγκος του πρωτοπλάστη μειώνεται σταδιακά, απομακρύνεται από τη μεμβράνη και εμφανίζονται μικρές κοιλότητες στο κύτταρο. Μια τέτοια κατάσταση ονομάζεται Πλασμόλυση . Τα στάδια της πλασμόλυσης φαίνονται στο σχ. 3.18.

Εάν η αναλογία των οσμωτικών δυναμικών αντιστοιχεί στη συνθήκη P = π, τότε η διάχυση των μορίων του νερού δεν συμβαίνει καθόλου.

Ένας μεγάλος όγκος πραγματικού υλικού δείχνει ότι το οσμωτικό δυναμικό του κυτταρικού χυμού των φυτών ποικίλλει μέσα σε αρκετά μεγάλα όρια. Στα γεωργικά φυτά, στα κύτταρα των ριζών, συνήθως βρίσκεται σε πλάτος 5-10 bar, στα κύτταρα των φύλλων μπορεί να ανέλθει έως και 40 bar και στα κύτταρα καρπού - έως και 50 bar. Στα φυτά solonchak, το οσμωτικό δυναμικό του κυτταρικού χυμού φτάνει τα 100 bar.

Ρύζι. 3.18.

Α - ένα κύτταρο σε κατάσταση στρεβλότητας. Β - γωνιακό? Β - κοίλο? G - κυρτό? D - σπασμωδική? E - καπάκι. 1 - κέλυφος? 2 - κενοτόπιο; 3 - κυτταρόπλασμα; 4 - πυρήνας? 5 - Κλωστές Hecht

Το μάθημα έχει σχεδιαστεί για 80-90 λεπτά. Το θέμα του μαθήματος επιτρέπει στους μαθητές να δείξουν τη σχέση τέτοιων θεμάτων όπως η βιολογία, η γεωγραφία, η χημεία, η φυσική. Σε παρένθεση υπάρχουν απαντήσεις σε ερωτήσεις που θα ήθελα να λάβω από μαθητές.

Στόχοι:εξοικείωση των μαθητών με δεδομένα σχετικά με την περιεκτικότητα σε νερό στα κύτταρα διαφόρων ιστών και τον μεταβολισμό του νερού σε διαφορετικούς οργανισμούς, με σύγχρονες ιδέες για τη δομή και τις ιδιότητες του νερού, τις βιολογικές του λειτουργίες. βελτίωση των δεξιοτήτων λογικής σκέψης.

Εξοπλισμός:φυσικός χάρτης της Γης, δοκιμαστικοί σωλήνες, γυαλιά, τριχοειδείς σωλήνες. άλας, αιθανόλη, σακχαρόζη, φυτικό έλαιο, παραφίνη, ασπράδι αυγού, γαστρικός χυμός, πάγος; βιβλία αναφοράς για τη φυσική και τη χημεία.

Οργάνωση χρόνου

Ο δάσκαλος λέει στους μαθητές το θέμα και τους στόχους του μαθήματος και τη σειρά διεξαγωγής του.

Έλεγχος γνώσεων μαθητές με θέμα «Στοιχειακή και χημική (μοριακή) σύσταση του κυττάρου». Τρεις μαθητές εργάζονται στον μαυροπίνακα, οι υπόλοιποι (ανάλογα με τις επιλογές) εργάζονται σε κάρτες.

Εργασία στον πίνακα

1. Ένας κατάλογος στοιχείων είναι γραμμένος στον πίνακα: F, Zn, N, Ca, J, Cl, Na, H, Mn, Cu, P, C, K, Fe, O, Mg, Co, από τα οποία χρειάζεστε να επιλέξετε οργανογόνα (βιογενή) , μακροστοιχεία, μικροστοιχεία. Αναφέρετε το ποσοστό τους στο κελί.

(Απάντηση μαθητών:α) οργανογενές: N, H, C, O; β) μακροθρεπτικά συστατικά: Ca, Cl, Na, Mn, P, K, Fe, Mg; γ) ιχνοστοιχεία: F, Zn, J, Cu, Co).

2. Δώστε μια περιγραφή των οργανικών στοιχείων. Εξηγήστε γιατί, κατά την ανάπτυξη της ζωής στη Γη, αυτά τα στοιχεία αποδείχτηκαν «βολικά» για τη χημεία της ζωής.

3. Γράψτε στον πίνακα πληροφορίες για τη χημική (μοριακή) σύσταση του κυττάρου, αναφέροντας το ποσοστό των κύριων κατηγοριών ουσιών.

Εργασία με κάρτες

Απαντήστε στην ερώτηση γραπτώς.

Επιλογή 1.Πώς η έλλειψη κάποιου από τα απαραίτητα στοιχεία (οργανογόνο, μακροστοιχείο, μικροστοιχείο) επηρεάζει τη ζωτική δραστηριότητα ενός κυττάρου ή ενός οργανισμού; Πώς μπορεί να εκδηλωθεί αυτό; Δώσε παραδείγματα.

Επιλογή 2.Τι συμπέρασμα μπορεί να εξαχθεί από το γεγονός ότι τα κύτταρα έχουν παρόμοια στοιχειακή και χημική (μοριακή) σύσταση;

Επιλογή 3.Ποια είναι η επιστημονική σημασία των δεδομένων για τις ομοιότητες και τις διαφορές στη στοιχειακή σύνθεση (ποιοτική και ποσοτική) έμψυχης και άψυχης φύσης;

Εκμάθηση νέου υλικού

Περιεκτικότητα σε νερό σε κύτταρα και οργανισμούς

1. Διαβάστε τις ποιητικές γραμμές του Μιχαήλ Ντούντνικ και πείτε αν είναι σωστές από βιολογικής άποψης. (Το ποίημα είναι γραμμένο στον πίνακα.)

Λένε ότι το ογδόντα τοις εκατό του νερού είναι άνθρωπος,
Από το νερό, θα προσθέσω, τα γενέθλιά του ποτάμια,
Από το νερό, θα προσθέσω, - τις βροχές που του έδωσαν να πιει,
Από νερό, θα προσθέσω, από αρχαίο νερό, πηγές.
Από το οποίο έπιναν οι παππούδες και οι προπάππους του ...

(Απάντηση μαθητή. Οι ποιητικές γραμμές είναι σωστές, γιατί περισσότερα από τα 2/3 του ατόμου αποτελείται από νερό.)

2. Κοιτάζοντας έναν φυσικό χάρτη, θυμηθείτε ποια είναι η αναλογία χερσαίων και ωκεανικών περιοχών στον πλανήτη μας.

(Απάντηση μαθητή. Παγκόσμιος Ωκεανός, δηλ. το νερό που περιβάλλει τις ηπείρους και τα νησιά καταλαμβάνει περίπου το 71% της επιφάνειας της γης.)

Σχόλιο δασκάλου. Το νερό όχι μόνο καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας της γης, αλλά αποτελείται επίσης από όλα τα ζωντανά όντα: μικροοργανισμούς, φυτά, ζώα, ανθρώπους.

3. Είναι μεγάλη η σημασία του νερού στη ζωή του ανθρώπου;

(Απάντηση μαθητή. Ένα άτομο πίνει νερό, πλένεται με αυτό, το χρησιμοποιεί σε διάφορες βιομηχανίες, σε γεωργία. Τώρα πολλές χώρες του κόσμου αντιμετωπίζουν έλλειψη γλυκού νερού, για την οποία είναι απαραίτητο να κατασκευαστούν ειδικές εγκαταστάσεις και εγκαταστάσεις επεξεργασίας.)

Σχόλιο δασκάλου. Το νερό, μια τόσο γνώριμη ουσία, έχει απολύτως εκπληκτικές ιδιότητες. Μόνο χάρη σε αυτές τις ιδιότητες του νερού έγινε δυνατή η ζωή στη Γη. Όταν ψάχνετε για ζωή σε άλλους πλανήτες, ένα από τα πιο σημαντικά ερωτήματα είναι αν υπάρχει αρκετό νερό εκεί. Η μοναδική σημασία του νερού για τα βιολογικά συστήματα οφείλεται ακόμη και στην ποσοτική του περιεκτικότητα σε ζωντανούς οργανισμούς.

4. Δώστε παραδείγματα της περιεκτικότητας σε νερό στα κύτταρα διαφορετικών οργανισμών, των ιστών και των οργάνων τους, γνωστά σε εσάς από τα μαθήματα της βοτανικής, της ζωολογίας, της ανθρώπινης ανατομίας και φυσιολογίας.

(Απάντηση μαθητή. Το νερό αποτελεί το 80% της μάζας ενός κυττάρου σε ένα σώμα νεαρού ανθρώπου ή ζώου και το 60% στα κύτταρα ενός ηλικιωμένου. Στα κύτταρα του εγκεφάλου, είναι 85%, και στα κύτταρα του αναπτυσσόμενου εμβρύου - 90%. Εάν ένα άτομο χάσει το 20% του νερού, τότε επέρχεται ο θάνατος. Είναι αλήθεια ότι δεν έχουν όλα τα ανθρώπινα κύτταρα τόσο υψηλή περιεκτικότητα σε νερό. Ας πούμε, στα κύτταρα του σμάλτου των δοντιών είναι μόνο 10-15%. Υπάρχει πολύ νερό στα κύτταρα του πολτού των παχύφυτων φρούτων και των φύλλων των φυτών, αλλά υπάρχει πολύ λίγο στα κύτταρα των ξηρών σπόρων ή των σπορίων των φυτών και των μικροοργανισμών, έτσι ώστε να μπορούν να αποθηκευτούν για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα μέχρι και πάλι ποτίζονται υπό συνθήκες που ευνοούν τη βλάστησή τους.)

5. Τι καθορίζει τις διαφορές στην περιεκτικότητα σε νερό στα κύτταρα;

(Απάντηση μαθητή. Υπάρχει περισσότερο νερό σε εκείνα τα κύτταρα στα οποία ο μεταβολισμός είναι πιο εντατικός.)

Η ροή του νερού στους οργανισμούς των ζώων και των φυτών

Τι γνωρίζετε για τους τρόπους με τους οποίους λαμβάνεται νερό από διαφορετικούς οργανισμούς;

(Απάντηση μαθητή. Οι τρόποι με τους οποίους το νερό εισέρχεται στο σώμα είναι πολύ διαφορετικοί:

α) μέσω της επιφάνειας του σώματος μονοκύτταροι οργανισμοί, κατώτερα φυτά, προνύμφες ορισμένων εντόμων, βατράχια, ψάρια και άλλα υδρόβιοι οργανισμοί;
β) με φαγητό και ποτό - στα περισσότερα ζώα.
γ) υπάρχουν ζώα που σχεδόν δεν πίνουν ή πίνουν πολύ λίγο. Αυτό είναι δυνατό λόγω: μεταβολικού νερού, π.χ. νερό που σχηματίζεται στο σώμα κατά την οξείδωση, κυρίως των λιπών (όταν οξειδώνεται 1 g λίπους, σχηματίζεται 1,1 g νερού). οικονομική χρήση νερού, η οποία σε ορισμένα εξασφαλίζεται από την παρουσία αδιάβροχων καλυμμάτων, σε άλλα από υψηλή συγκέντρωση ούρων (για παράδειγμα, στις καμήλες, τα ούρα είναι 8 φορές πιο συμπυκνωμένα από το πλάσμα). αποθέματα νερού (για παράδειγμα, σε προνύμφες).
δ) τα φυτά απορροφούν νερό από το έδαφος με τη βοήθεια τριχών της ρίζας.
ε) οι ασυνήθιστες μέθοδοι λήψης νερού έχουν: επίφυτα - φυτά που εγκαθίστανται κυρίως στους κορμούς, κλαδιά άλλων δέντρων - απορροφούν νερό από τον αέρα. πολλά φυτά ομπρέλας συγκρατούν την υγρασία στα κυπελλοειδείς θήκες των φύλλων, από όπου απορροφάται σταδιακά μέσω της επιδερμίδας.

Η δομή του μορίου και οι ιδιότητες του νερού

Πολυάριθμος βιολογικές λειτουργίες, που εκτελούνται από το νερό, παρέχονται από τις μοναδικές του ιδιότητες και η μοναδικότητα των ιδιοτήτων του νερού καθορίζεται από τη δομή του μορίου του.

1. Θυμηθείτε τα δομικά χαρακτηριστικά του μορίου του νερού που σας είναι γνωστά από το μάθημα της χημείας.

(Απάντηση μαθητή. Σε ένα μόριο νερού (εμπειρικός τύπος H 2 O), ένα άτομο οξυγόνου συνδέεται ομοιοπολικά με δύο άτομα υδρογόνου. Το μόριο έχει το σχήμα ενός τριγώνου, σε μία από τις κορυφές του οποίου υπάρχει ένα άτομο οξυγόνου και στις άλλες δύο - από ένα άτομο υδρογόνου.)

2. Ποια είναι η φύση του ομοιοπολικού δεσμού μεταξύ του ατόμου οξυγόνου και των ατόμων υδρογόνου;

(Απάντηση μαθητή. Ο δεσμός μεταξύ του ατόμου οξυγόνου και των ατόμων υδρογόνου είναι πολικός, γιατί Το οξυγόνο έλκει τα ηλεκτρόνια πιο δυνατά από το υδρογόνο.)

Σχόλιο δασκάλου. Πράγματι, το άτομο οξυγόνου, λόγω της μεγαλύτερης ηλεκτραρνητικότητάς του, έλκει τα ηλεκτρόνια πιο έντονα από τα άτομα του υδρογόνου. Συνέπεια αυτού είναι η πολικότητα του μορίου του νερού. Γενικά, το μόριο του νερού είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, αλλά ηλεκτρικό φορτίομέσα στο μόριο κατανέμεται άνισα και στην περιοχή των ατόμων υδρογόνου επικρατεί θετικό φορτίο και στην περιοχή που βρίσκεται το οξυγόνο επικρατεί αρνητικό φορτίο (Εικ. 1). Επομένως, ένα τέτοιο μόριο είναι ένα ηλεκτρικό δίπολο.

Ρύζι. 1. Μόριο νερού στο οποίο ένα άτομο οξυγόνου είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένο με δύο άτομα υδρογόνου. Το μόριο είναι πολικό

Το αρνητικά φορτισμένο άτομο οξυγόνου ενός μορίου νερού έλκει τα θετικά φορτισμένα άτομα υδρογόνου των άλλων δύο μορίων, έτσι τα μόρια του νερού συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου. Είστε ήδη εξοικειωμένοι με την έννοια του δεσμού υδρογόνου (Εικ. 2).

Ρύζι. 2. Δεσμοί υδρογόνου (γραμμές) μεταξύ μορίων νερού. Τα άτομα οξυγόνου (λευκοί κύκλοι) φέρουν μερικώς αρνητικά φορτία, επομένως σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με άτομα υδρογόνου (μαύροι κύκλοι) άλλων μορίων που φέρουν μερικώς θετικά φορτία

Σε υγρό νερό, αυτοί οι ασθενείς δεσμοί σχηματίζονται γρήγορα και εξίσου γρήγορα καταστρέφονται από τυχαίες συγκρούσεις μορίων. Λόγω της ικανότητας των μορίων του νερού να συνδέονται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας δεσμούς υδρογόνου, το νερό έχει μια σειρά από ιδιότητες που είναι σημαντικές για τη ζωή.

Εργασίες για ομάδες μαθητών

Η τάξη χωρίζεται σε πέντε ομάδες, καθεμία από τις οποίες, χρησιμοποιώντας προετοιμασμένο εξοπλισμό, εργάζεται σε μια εκπαιδευτική κάρτα που περιέχει μια εργασία.

Εργασία 1η ομάδα

Σας προσφέρεται μια σειρά από ουσίες: επιτραπέζιο αλάτι, αιθυλική αλκοόλη, σακχαρόζη, φυτικό έλαιο, παραφίνη. Προσπαθήστε να διαλύετε με συνέπεια αυτές τις ουσίες στο νερό. Ποιες από τις παρακάτω ουσίες είναι διαλυτές στο νερό και ποιες όχι; Προσπαθήστε να εξηγήσετε γιατί ορισμένες ουσίες μπορούν να διαλυθούν στο νερό, ενώ άλλες όχι. Για ποια ιδιότητα του νερού μάθατε;

Εργασία 2η ομάδα

Σε δοκιμαστικό σωλήνα με λευκές νιφάδες αδιάλυτου ασπράδι αυγού, θερμαινόμενο σε υδατόλουτρο στους 37 ° C, προσθέστε το γαστρικό υγρό. Τι παρατηρείτε; Ποια αντίδραση έγινε και χάρη σε ποιο ένζυμο του γαστρικού υγρού; Ποια ιδιότητα του νερού γνωρίζετε;

Εργασία 3η ομάδα

Βουτήξτε τα παγάκια σε ένα ποτήρι νερό. Τι παρατηρείτε; Τι μπορείτε να πείτε για την πυκνότητα του νερού και του πάγου; Συγκεκριμένες πληροφορίες σχετικά με την πυκνότητα του νερού και του πάγου μπορούν να ληφθούν από το Εγχειρίδιο στοιχειώδους φυσικής (Enochovich). Ποια είναι τα χαρακτηριστικά του νερού;

Εργασία 4η ομάδα

Γνωρίζετε ότι το νερό βράζει και περνά σε κατάσταση ατμού σε θερμοκρασία 100 °C. Χρησιμοποιώντας το Handbook of Elementary Physics, συγκρίνετε το σημείο βρασμού του νερού με το σημείο βρασμού άλλων υγρών. Προσπαθήστε να εξηγήσετε τα αποτελέσματά σας.

Εργασία 5η ομάδα

Δοκίμασε να ρίξεις νερό σε ένα ποτήρι με πάνω μέρος. Γιατί είναι αυτό δυνατό; Χαμηλώστε αργά ένα γυάλινο σωλήνα μικρής διαμέτρου σε ένα ποτήρι νερό. Τι παρατηρείτε; Εξηγήστε τα αποτελέσματα του πειράματος. Ποια ιδιότητα του νερού γνωρίζετε;

Έκθεση 1ης ομάδας

Στο νερό των προτεινόμενων ουσιών διαλύονται: επιτραπέζιο αλάτι, αιθυλική αλκοόλη, σακχαρόζη (ζάχαρη από ζαχαροκάλαμο). Αδιάλυτο: φυτικό έλαιο και παραφίνη. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνάγεται το συμπέρασμα ότι ουσίες με ιον χημικός δεσμός(αλάτι), καθώς και μη ιοντικές ενώσεις (σάκχαρα, αλκοόλες), στα μόρια των οποίων, πιθανώς, υπάρχουν φορτισμένες (πολικές) ομάδες, διαλύονται στο νερό. Το νερό είναι ένας από τους πιο ευέλικτους διαλύτες: σχεδόν όλες οι ουσίες διαλύονται σε αυτό, τουλάχιστον σε ίχνη.

Σχόλιο δασκάλου. Εάν η ενέργεια έλξης μεταξύ των μορίων του νερού και των μορίων μιας ουσίας είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια έλξης μεταξύ των μορίων του νερού, τότε η ουσία διαλύεται. Οι ουσίες που είναι διαλυτές στο νερό ονομάζονται υδρόφιλες (άλατα, αλκάλια, οξέα κ.λπ.). Οι μη πολικές (μη φορτισμένες) ενώσεις πρακτικά δεν διαλύονται στο νερό. Ονομάζονται υδρόφοβα (λίπη, ουσίες που μοιάζουν με λίπος, καουτσούκ κ.λπ.).

Έκθεση 2ης ομάδας

Οι αδιάλυτες νιφάδες ασπράδι αυγού διαλύονται υπό τη δράση της γαστρικής πεψίνης. Υπάρχει μια αντίδραση ενζυματικής υδρόλυσης (διάσπασης) πρωτεϊνών σε αμινοξέα με την προσθήκη ενός μορίου νερού στο σπάσιμο του καθενός πεπτιδικός δεσμός. Παρόμοιες αντιδράσεις συμβαίνουν στο γαστρεντερικό σωλήνα των ανθρώπων και των ζώων:

Έτσι, το νερό μπορεί να εισέλθει σε χημικές αντιδράσεις, δηλ. είναι ένα αντιδραστήριο.

1. Ποια είναι η δομή του νερού;

Απάντηση. Το μόριο του νερού έχει μια γωνιακή δομή: οι συστατικοί πυρήνες του σχηματίζονται ισοσκελές τρίγωνο, που έχει δύο υδρογόνα στη βάση του και ένα άτομο οξυγόνου στην κορυφή του. Διαπυρηνική O-N αποστάσειςκοντά στα 0,1 nm, η απόσταση μεταξύ των πυρήνων των ατόμων υδρογόνου είναι 0,15 nm. Από τα έξι ηλεκτρόνια που αποτελούν το εξωτερικό στρώμα ηλεκτρονίων του ατόμου οξυγόνου στο μόριο του νερού, δύο ζεύγη ηλεκτρονίων σχηματίζουν ομοιοπολικά Συνδέσεις O-N, και τα υπόλοιπα τέσσερα ηλεκτρόνια είναι δύο μη κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων.

Το μόριο του νερού είναι ένα μικρό δίπολο που περιέχει θετικά και αρνητικά φορτία στους πόλους. Κοντά στους πυρήνες του υδρογόνου υπάρχει έλλειψη πυκνότητας ηλεκτρονίων και στην αντίθετη πλευρά του μορίου, κοντά στον πυρήνα του οξυγόνου, υπάρχει περίσσεια ηλεκτρονιακής πυκνότητας. Αυτή η δομή είναι που καθορίζει την πολικότητα του μορίου του νερού.

2. Ποια είναι η ποσότητα νερού (σε%) που περιέχεται σε διαφορετικά κύτταρα;

Η ποσότητα του νερού ποικίλλει σε διαφορετικούς ιστούς και όργανα. Έτσι, σε ένα άτομο στη φαιά ουσία του εγκεφάλου, το περιεχόμενό του είναι 85%, και στον οστικό ιστό - 22%. Η μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε νερό στον οργανισμό παρατηρείται στην εμβρυϊκή περίοδο (95%) και σταδιακά μειώνεται με την ηλικία.

Η περιεκτικότητα σε νερό σε διάφορα φυτικά όργανα ποικίλλει μέσα σε αρκετά μεγάλα όρια. Διαφέρει ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες, την ηλικία και τον τύπο των φυτών. Έτσι, η περιεκτικότητα σε νερό στα φύλλα μαρουλιού είναι 93-95%, καλαμπόκι - 75-77%. Η ποσότητα του νερού δεν είναι η ίδια σε διαφορετικά όργανα των φυτών: τα φύλλα του ηλίανθου περιέχουν 80-83% νερό, οι μίσχοι - 87-89%, οι ρίζες - 73-75%. Η περιεκτικότητα σε νερό, ίση με 6-11%, είναι τυπική κυρίως για τους ξηρούς σπόρους στον αέρα, στους οποίους αναστέλλονται ζωτικές διεργασίες. Το νερό περιέχεται στα ζωντανά κύτταρα, στα νεκρά στοιχεία του ξυλώματος και στους μεσοκυττάριους χώρους. Στους μεσοκυττάριους χώρους, το νερό βρίσκεται σε κατάσταση ατμού. Τα φύλλα είναι τα κύρια εξατμιστικά όργανα ενός φυτού. Από αυτή την άποψη, είναι φυσικό η μεγαλύτερη ποσότητα νερού να γεμίζει τους μεσοκυττάριους χώρους των φύλλων. Σε υγρή κατάσταση, το νερό βρίσκεται σε διάφορα μέρη του κυττάρου: κυτταρική μεμβράνη, κενοτόπιο, κυτταρόπλασμα. Τα κενοτόπια είναι το πιο πλούσιο σε νερό μέρος του κυττάρου, όπου η περιεκτικότητά του φτάνει το 98%. Στην υψηλότερη περιεκτικότητα σε νερό, η περιεκτικότητα σε νερό στο κυτταρόπλασμα είναι 95%. Η χαμηλότερη περιεκτικότητα σε νερό είναι χαρακτηριστικό των κυτταρικών μεμβρανών. Ο ποσοτικός προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε νερό στις κυτταρικές μεμβράνες είναι δύσκολος. προφανώς, κυμαίνεται από 30 έως 50%. Οι μορφές του νερού σε διάφορα μέρη του φυτικού κυττάρου είναι επίσης διαφορετικές.

3. Ποιος είναι ο ρόλος του νερού στους ζωντανούς οργανισμούς;

Απάντηση. Το νερό είναι το κυρίαρχο συστατικό όλων των ζωντανών οργανισμών. Έχει μοναδικές ιδιότητες λόγω των δομικών χαρακτηριστικών: τα μόρια του νερού έχουν τη μορφή διπόλου και σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ τους. Η μέση περιεκτικότητα σε νερό στα κύτταρα των περισσότερων ζωντανών οργανισμών είναι περίπου 70%. Το νερό στο κύτταρο υπάρχει σε δύο μορφές: ελεύθερο (95% του συνόλου του κυτταρικού νερού) και δεσμευμένο (4-5% σχετίζεται με πρωτεΐνες).

Λειτουργίες νερού:

1. Το νερό ως διαλύτης. Πολλές χημικές αντιδράσεις στο κύτταρο είναι ιοντικές, επομένως λαμβάνουν χώρα μόνο σε υδάτινο περιβάλλον. Οι ουσίες που διαλύονται στο νερό ονομάζονται υδρόφιλες (αλκοόλες, σάκχαρα, αλδεΰδες, αμινοξέα), αδιάλυτες - υδρόφοβες (λιπαρά οξέα, κυτταρίνη).

2. Νερό ως αντιδραστήριο. Το νερό εμπλέκεται σε πολλές χημικές αντιδράσεις: αντιδράσεις πολυμερισμού, υδρόλυση, στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

3. Λειτουργία μεταφοράς. Μετακίνηση μέσω του σώματος μαζί με το νερό των διαλυμένων σε αυτό ουσιών στα διάφορα μέρη του και την απομάκρυνση των περιττών προϊόντων από το σώμα.

4. Νερό ως σταθεροποιητής θερμότητας και θερμοστάτης. Αυτή η λειτουργία οφείλεται σε τέτοιες ιδιότητες του νερού όπως η υψηλή θερμική ικανότητα - μαλακώνει την επίδραση στο σώμα των σημαντικών αλλαγών θερμοκρασίας στο περιβάλλον; υψηλή θερμική αγωγιμότητα - επιτρέπει στο σώμα να διατηρεί την ίδια θερμοκρασία σε όλο τον όγκο του. υψηλή θερμότητα εξάτμισης - χρησιμοποιείται για την ψύξη του σώματος κατά την εφίδρωση στα θηλαστικά και τη διαπνοή στα φυτά.

5. Δομική λειτουργία. Το κυτταρόπλασμα των κυττάρων περιέχει από 60 έως 95% νερό και είναι αυτή που δίνει στα κύτταρα κανονική μορφή. Στα φυτά, το νερό διατηρεί τον στρόβιλο (την ελαστικότητα της ενδοπλασματικής μεμβράνης), σε ορισμένα ζώα χρησιμεύει ως υδροστατικός σκελετός (μέδουσες)

Ερωτήσεις μετά την § 7

1. Ποια είναι η ιδιαιτερότητα της δομής του μορίου του νερού;

Απάντηση. Οι μοναδικές ιδιότητες του νερού καθορίζονται από τη δομή του μορίου του. Το μόριο του νερού αποτελείται από ένα άτομο Ο συνδεδεμένο με δύο άτομα Η με πολικό δεσμό ομοιοπολικούς δεσμούς. Η χαρακτηριστική διάταξη των ηλεκτρονίων σε ένα μόριο νερού του δίνει μια ηλεκτρική ασυμμετρία. Όσο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο οξυγόνου έλκει τα ηλεκτρόνια των ατόμων υδρογόνου πιο έντονα, με αποτέλεσμα τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων στο μόριο του νερού να μετατοπίζονται προς αυτό. Επομένως, αν και το μόριο του νερού δεν είναι φορτισμένο ως σύνολο, καθένα από τα δύο άτομα υδρογόνου έχει ένα μερικώς θετικό φορτίο (σημαίνει 8+), ενώ το άτομο οξυγόνου φέρει ένα μερικώς αρνητικό φορτίο (8-). Το μόριο του νερού είναι πολωμένο και είναι δίπολο (έχει δύο πόλους).

Το μερικώς αρνητικό φορτίο του ατόμου οξυγόνου ενός μορίου νερού έλκεται από τα μερικώς θετικά άτομα υδρογόνου άλλων μορίων. Έτσι, κάθε μόριο νερού τείνει να δεσμεύει υδρογόνο με τέσσερα γειτονικά μόρια νερού.

2. Ποια είναι η σημασία του νερού ως διαλύτη;

Απάντηση. Λόγω της πολικότητας των μορίων και της ικανότητας σχηματισμού δεσμών υδρογόνου, το νερό διαλύει εύκολα τις ιοντικές ενώσεις (άλατα, οξέα, βάσεις). Καλά διαλυτό στο νερό και σε ορισμένες μη ιοντικές, αλλά πολικές ενώσεις, δηλαδή στο μόριο των οποίων υπάρχουν φορτισμένες (πολικές) ομάδες, όπως σάκχαρα, απλές αλκοόλες, αμινοξέα. Οι ουσίες που είναι πολύ διαλυτές στο νερό ονομάζονται υδρόφιλες (από το ελληνικό hygros - υγρό και φιλία - φιλία, κλίση). Όταν μια ουσία μπαίνει σε διάλυμα, τα μόρια ή τα ιόντα της μπορούν να κινούνται πιο ελεύθερα και, ως εκ τούτου, η αντιδραστικότητα της ουσίας αυξάνεται. Αυτό εξηγεί γιατί το νερό είναι το κύριο μέσο στο οποίο λαμβάνουν χώρα οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις και όλες οι αντιδράσεις υδρόλυσης και οι πολυάριθμες αντιδράσεις οξειδοαναγωγής λαμβάνουν χώρα με την άμεση συμμετοχή του νερού.

Οι ουσίες που είναι ελάχιστα ή εντελώς αδιάλυτες στο νερό ονομάζονται υδρόφοβες (από το ελληνικό phobos - φόβος). Αυτά περιλαμβάνουν λίπη, νουκλεϊκά οξέα, ορισμένες πρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες. Τέτοιες ουσίες μπορούν να σχηματίσουν διεπαφές με το νερό, πάνω στις οποίες λαμβάνουν χώρα πολλές χημικές αντιδράσεις. Επομένως, το γεγονός ότι το νερό δεν διαλύει μη πολικές ουσίες είναι επίσης πολύ σημαντικό για τους ζωντανούς οργανισμούς. Μεταξύ των φυσιολογικά σημαντικών ιδιοτήτων του νερού είναι η ικανότητά του να διαλύει αέρια (Ο2, CO2 κ.λπ.).

3. Ποια είναι η θερμική αγωγιμότητα και η θερμοχωρητικότητα του νερού;

Απάντηση. Το νερό έχει υψηλή θερμοχωρητικότητα, δηλαδή την ικανότητα να απορροφά θερμική ενέργειαμε ελάχιστη άνοδο της θερμοκρασίας. Η υψηλή θερμοχωρητικότητα του νερού προστατεύει τους ιστούς του σώματος από μια γρήγορη και έντονη αύξηση της θερμοκρασίας. Πολλοί οργανισμοί δροσίζονται με εξάτμιση του νερού (διαπνοή στα φυτά, εφίδρωση στα ζώα).

4. Γιατί να θεωρήσετε ότι το νερό είναι ιδανικό υγρόγια ένα κελί;

Απάντηση. Η υψηλή περιεκτικότητα του κυττάρου σε νερό είναι η πιο σημαντική προϋπόθεση για τη δραστηριότητά του. Με την απώλεια του μεγαλύτερου μέρους του νερού, πολλοί οργανισμοί πεθαίνουν και αρκετοί μονοκύτταροι και ακόμη και πολυκύτταροι οργανισμοί χάνουν προσωρινά όλα τα σημάδια ζωής. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται κινούμενη εικόνα σε αναστολή. Μετά την ενυδάτωση, τα κύτταρα ξυπνούν και ενεργοποιούνται ξανά.

Το μόριο του νερού είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Αλλά το ηλεκτρικό φορτίο μέσα στο μόριο κατανέμεται άνισα: στην περιοχή των ατόμων υδρογόνου (ακριβέστερα, των πρωτονίων), επικρατεί ένα θετικό φορτίο, στην περιοχή όπου βρίσκεται το οξυγόνο, η πυκνότητα του αρνητικού φορτίου είναι υψηλότερη. Επομένως, ένα σωματίδιο νερού είναι δίπολο. Η διπολική ιδιότητα ενός μορίου νερού εξηγεί την ικανότητά του να προσανατολίζεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, να προσκολλάται σε διάφορα μόρια και τμήματα μορίων που φέρουν φορτίο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται υδρίτες. Η ικανότητα του νερού να σχηματίζει υδρίτες οφείλεται στις καθολικές διαλυτικές του ιδιότητες. Εάν η ενέργεια έλξης των μορίων του νερού στα μόρια μιας ουσίας είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια έλξης μεταξύ των μορίων του νερού, τότε η ουσία διαλύεται. Ανάλογα με αυτό, διακρίνονται οι υδρόφιλες (ελληνικά hydros - νερό και phileo - αγάπη) ουσίες που είναι πολύ διαλυτές στο νερό (π.χ. άλατα, αλκάλια, οξέα κ.λπ.) και υδρόφοβες (ελληνικά υδρο - νερό και phobos - φόβος) ουσίες. , σχεδόν ή καθόλου διαλυτό στο νερό (λίπη, ουσίες που μοιάζουν με λίπος, καουτσούκ κ.λπ.). Η σύνθεση των κυτταρικών μεμβρανών περιλαμβάνει ουσίες που μοιάζουν με λίπος που περιορίζουν τη μετάβαση από το εξωτερικό περιβάλλον στα κύτταρα και αντίστροφα, καθώς και από το ένα μέρος του κυττάρου στο άλλο.

Οι περισσότερες από τις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα σε ένα κύτταρο μπορούν να πραγματοποιηθούν μόνο σε ένα υδατικό διάλυμα. Το νερό είναι άμεσος συμμετέχων σε πολλές αντιδράσεις. Για παράδειγμα, η διάσπαση πρωτεϊνών, υδατανθράκων και άλλων ουσιών συμβαίνει ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής τους με το νερό που καταλύεται από ένζυμα. Τέτοιες αντιδράσεις ονομάζονται αντιδράσεις υδρόλυσης (ελληνικά υδρός - νερό και λύση - διάσπαση).

Το νερό έχει υψηλή θερμοχωρητικότητα και ταυτόχρονα σχετικά υψηλή θερμική αγωγιμότητα για τα υγρά. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν το νερό ιδανικό υγρό για τη διατήρηση της θερμικής ισορροπίας του κυττάρου και του οργανισμού.

Το νερό είναι το κύριο περιβάλλον για τη ροή των βιοχημικών αντιδράσεων του κυττάρου. Είναι μια πηγή οξυγόνου που απελευθερώνεται κατά τη φωτοσύνθεση και υδρογόνου, το οποίο χρησιμοποιείται για την αποκατάσταση των προϊόντων αφομοίωσης. διοξείδιο του άνθρακα. Και τέλος, το νερό είναι το κύριο μέσο μεταφοράς ουσιών στο σώμα (ροή αίματος και λέμφου, ανερχόμενα και καθοδικά ρεύματα διαλυμάτων μέσω των αγγείων των φυτών) και στο κύτταρο.

5. Ποιος είναι ο ρόλος του νερού στο κύτταρο

Διασφάλιση της ελαστικότητας των κυττάρων. Οι συνέπειες της απώλειας νερού από το κύτταρο είναι μαρασμός των φύλλων, ξήρανση των καρπών.

Επιτάχυνση χημικών αντιδράσεων λόγω της διάλυσης ουσιών στο νερό.

Εξασφάλιση της κίνησης των ουσιών: η είσοδος των περισσότερων ουσιών στο κύτταρο και η απομάκρυνσή τους από το κύτταρο με τη μορφή διαλυμάτων.

Διασφάλιση της διάλυσης πολλών ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ(μια σειρά από άλατα, σάκχαρα)?

Συμμετοχή σε μια σειρά από χημικές αντιδράσεις.

Συμμετοχή στη διαδικασία της θερμορύθμισης λόγω της ικανότητας επιβράδυνσης της θέρμανσης και της αργής ψύξης.

6. Ποιες δομικές και φυσικοχημικές ιδιότητες του νερού το καθορίζουν βιολογικό ρόλοσε ένα κλουβί;

Απάντηση. Οι δομικές φυσικές και χημικές ιδιότητες του νερού καθορίζουν τις βιολογικές του λειτουργίες.

Το νερό είναι καλός διαλύτης. Λόγω της πολικότητας των μορίων και της ικανότητας σχηματισμού δεσμών υδρογόνου, το νερό διαλύει εύκολα τις ιοντικές ενώσεις (άλατα, οξέα, βάσεις).

Το νερό έχει υψηλή θερμοχωρητικότητα, δηλαδή την ικανότητα να απορροφά θερμική ενέργεια με ελάχιστη αύξηση στη δική του θερμοκρασία. Η υψηλή θερμοχωρητικότητα του νερού προστατεύει τους ιστούς του σώματος από μια γρήγορη και έντονη αύξηση της θερμοκρασίας. Πολλοί οργανισμοί δροσίζονται με εξάτμιση του νερού (διαπνοή στα φυτά, εφίδρωση στα ζώα).

Το νερό έχει επίσης υψηλή θερμική αγωγιμότητα, παρέχοντας ομοιόμορφη κατανομήθερμότητα σε όλο το σώμα. Κατά συνέπεια, η υψηλή ειδική θερμοχωρητικότητα και η υψηλή θερμική αγωγιμότητα καθιστούν το νερό ιδανικό υγρό για τη διατήρηση της θερμικής ισορροπίας του κυττάρου και του οργανισμού.

Το νερό πρακτικά δεν συμπιέζεται, δημιουργώντας πίεση στροβιλισμού, καθορίζοντας τον όγκο και την ελαστικότητα των κυττάρων και των ιστών. Έτσι, είναι ο υδροστατικός σκελετός που διατηρεί το σχήμα των στρογγυλών σκουληκιών, των μεδουσών και άλλων οργανισμών.

Το νερό χαρακτηρίζεται από τη βέλτιστη τιμή δύναμης για βιολογικά συστήματα επιφανειακή τάση, που προκύπτει λόγω του σχηματισμού δεσμών υδρογόνου μεταξύ μορίων νερού και μορίων άλλων ουσιών. Λόγω της δύναμης της επιφανειακής τάσης, εμφανίζεται τριχοειδής ροή αίματος, ανιούσα και καθοδικά ρεύματα διαλυμάτων στα φυτά.

Σε ορισμένες βιοχημικές διεργασίεςτο νερό λειτουργεί ως υπόστρωμα.

Περιεκτικότητα σε νερό στα φυτικά κύτταρα. υδατικό καθεστώς. Η ροή του νερού στους οργανισμούς των ζώων και των φυτών

1.3 Κατανομή νερού στο κελί

Η κατάσταση του νερού στα φυτικά κύτταρα