НЕОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ І СПОЛУКИ В ЖИВИХ СИСТЕМАХ

Розділ 2 Молекулярний рівень організації живої природи

Тема 4 Неогранічні речовини живих організмів

§ 13. НЕОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ І СПОЛУКИ В ЖИВИХ СИСТЕМАХ

Терміни та поняття: електроліти, аеробні організми, метаболіт, баланс неорганічних речовин, біогеохімічний цикл.

Що таке неорганічні речовини. Неорганічні речовини поділяють на прості, що складаються з атомів одного хімічного елементу, і складні – з атомів різних елементів. Слід зазначити, що в живих організмах, на відміну від неживих об’єктів, не існує простих речовин.

Всі молекули, що входять до живої речовини, є сполуками – складними речовинами. (Пригадайте, яким чином еритроцити крові транспортують кисень по організму людини.) Складні неорганічні сполуки поділяються на чотири класи: – оксиди, кислоти, основи і солі. Їх представники входять до складу всіх живих систем.

Неорганічні сполуки також поділяють на дві основні групи: бінарні, що складаються з атомів двох хімічних елементів, і багатокомпонентні – більше двох елементів. І ті й інші сполуки є важливими

складовими організму. Практично всі хімічні елементи утворюють оксиди (пригадайте, які не утворюють). Є оксиди, яким відповідають гідрати (від грец. гідро – вода), що можуть мати кислотні, лужні й амфотерні властивості. Гідрати оксидів з різними властивостями, взаємодіючи один з одним, утворюють солі. Поширеним типом хімічного зв’язку, властивого неорганічним сполукам, є іонний зв’язок. Коли атом одного елементу передає свій електрон (або кілька електронів) іншому, утворюються йони, які мають певний заряд. Атоми, що приєднали електрони, мають негативний заряд і в електричному полі рухаються до аноду, називаються аніонами, а ті, що віддали електрони – катіони, – мають позитивний заряд і відповідно рухаються до катоду. При дисоціації солей, кислот чи основ (пригадайте, як називають водорозчинні основи) у воді їх молекули розпадаються на йони. Такі розчини – електроліти (від грец. електрон – смола, бурштин і літос – той, що розчиняється) – здатні проводити електричний струм. Всі рідини будь-якого організму і клітин є електролітами.

Незважаючи на “небіологічну” назву, неорганічні сполуки є обов’язковим компонентом будь-якого живого організму. При цьому неорганічні речовини зазвичай становлять близько 81-81,5 % маси середньостатистичної клітини: на воду припадає приблизно 80 %, а на мінеральні солі, кислоти й основи – не більше 1,5 %.

Прості неорганічні речовини і сполуки, їх значення в організмі. Як вже зазначалось, до складу живих систем не входять прості речовини, а тільки складні. Однак прості речовини відіграють ключову роль в життєдіяльності як окремих клітин, так і організму в цілому. До таких речовин належать кисень і озон.

Єдина проста речовина, без якої не може обійтись більшість організмів, – це кисень (О2). (Пригадайте, які організми можуть обійтися без кисню, а які взагалі не можуть жити в кисневому середовищі.)

Усі аеробні (від грец. аер – повітря і біос – життя) організми використовують кисень для дихання. Як ви, напевно, пам’ятаєте, процес дихання – це не тільки потрапляння повітря до організму за допомогою органів дихальної системи, а, перш за все, окиснення різноманітних органічних сполук киснем на рівні клітини. Завдяки цьому організм отримує енергію, необхідну для підтримання життєдіяльності.

Озон (О3) – теж проста речовина, дуже сильний окисник, який при розкладі утворює вільні атоми Оксигену, що реагують з такими речовинами, з якими зазвичай двохатомний кисень практично не взаємодіє.

У підвищеній концентрації озон згубно діє на клітини, тому його вважають отруйною речовиною. Озон використовують у медицині та харчовій промисловості для боротьби з бактеріями та пліснявою.

Важливу роль у живих системах відіграють неорганічні бінарні сполуки, що перебувають у газоподібному стані (виняток – вода).

Карбон(ІV’) оксид (СО2), або вуглекислий газ, як кисень і вода, є ключовою речовиною, без якої неможливе існування життя в будь-якій формі. Ця речовина забезпечує постачання Карбону до живих систем. Без вуглекислого газу не відбувається фотосинтез, відповідно неможливе життя не тільки рослин, а й всіх живих організмів на Землі. У тварин, а також у рослин в нічний період вуглекислий газ – це метаболіт (від лат. метаболе – зміни, перетворення), тобто речовина, яка утворилася в організмі як кінцевий або проміжній продукт обміну речовин. Однак у незначній кількості СО2 є важливим регулятором стану організму, наприклад у людини обумовлює тонус кровоносних судин. Карбон(IV) оксид, на відміну від карбон(ІІ) оксиду (СО), не є речовиною отруйною, однак завелика його концентрація в повітрі викликає задуху. Проте і дефіцит СО2 також шкідливий для організму людини.

Два оксиди (СО і NO) в незначній кількості виробляються клітиною. Вони, так само як і сірководень (H2S), беруть участь у передачі сигналів від однієї клітини до іншої. Незважаючи на те, що сірководень у тисячних частках – отруйна речовина, при розведенні в мільйони разів він є важливим регулятором обміну речовин, одним з “гарантів” цілісності клітини.

Амоніак (NH3) – речовина, без якої неможливе життя рос лин. Якщо тварини з їжею отримують сполуки Нітрогену, з яких утворюються компоненти білків, то рослини поглинають їх з водою із грунту. Серед цих сполук зустрічається і розчин амоніаку. Разом з тим у значній кількості ця речовина для рослин згубна. Це ще один наочний приклад відомої істини: “У природі немає отруйних і не отруйних речовин, справа тільки в їх кількості”. Для тварин амоніак – отрута, він завжди виводиться з організму.

Баланс неорганічних речовин. На відміну від органічних речовин, які у переважній більшості утворюються в клітинах, неорганічні надходять до організмів із навколишнього середовища. Тому очевидно, що у цьому випадку повинен спостерігатися певний баланс – стале співвідношення між кількістю речовин, що виходять з організму і кількістю речовин, що до нього надходять. Особливе місце в житті будь-якого організму займає баланс води. Порушення балансу неорганічних речовин неодмінно призводить до розладів функціонування, а згодом захворювань (пригадайте, які хвороби викликає нестача мікроелементів), а при подальшому нарощуванні дисбалансу – до смерті. Баланс неорганічних речовин підтримується на кількох рівнях організації живої матерії: клітинному, організменому, біогеоценотичному, біосферному. В останньому випадку баланс реалізується в біогеохімічних циклах хімічних елементів: Нітрогену, Сульфуру, Фосфору, Карбону й Оксигену.

До складу живих систем входять представники всіх класів неорганічних речовин (оксиди, кислоти, основи і солі). Прості речовини, що складаються з однакових атомів, хоча і відіграють певну роль в живих системах, до складу живого не входять. Значимість неорганічних речовин випливає хоча б із того, що вони складають близько 87 % маси клітини, з яких близько 85 % припадає на воду. При цьому в живих системах підтримується певний баланс неорганічних речовин, який реалізується на кількох рівнях організації живого.




НЕОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ І СПОЛУКИ В ЖИВИХ СИСТЕМАХ