Химия и жизнь

Химия изучает вещества, их свойства и превращения. Все, что нас окружает, состоит из различных веществ. Живые существа не являются исключением. Как же появились вещества, из которых они состоят, и как влияют на жизнь? Это мы и постараемся узнать.

В живых организмах найдено 80 элементов Периодической таблицы Менделеева. «Фундаментом»жизни являются неметаллы – углерод, азот, водород, кислород. Они составляют более 90 процентов от всех химических элементов, входящих в состав живых организмов.

Но и без элементов – металлов существование живых существ было бы невозможно: ионы щелочных металлов «сшивают» из полипептидов белки; благодаря железу, входящему в состав белковых комплексов – гемов – эритроциты способны транспортировать в организм атмосферный кислород и вывозить углекислый газ; металлы служат действующим компонентом в составе ферментов, которые – непременные участники процессов биосинтеза белка и пищеварения. Ферменты – «чернорабочие» организма – они разбирают попавшие в организм вещества на части (которые потом идут на изготовление структур самого организма), или добывают заключенную в них энергию; они же и помогают созданию органических полимеров, из которых строится организм.

ПРЕДБИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ

Биологические тела выделяются в химическом составе тем, что состоят из соединений углерода, молекулярная масса которых очень велика. Для существования этих тел важны физические и химические свойства веществ, которые образуют органеллы клетки клетку - ткань орган- организм. Разнообразие веществ определяет строение, конкурентоспособность в борьбе за существование организма, вида и биоценоза, к которым он принадлежит. Из-за этого, чтобы получить простейший организм, надо иметь готовые органические вещества, которые могли появиться в результате вулканической деятельности или космического облучения поверхности Земли.

Условия появления жизни на Земле:

1) Сильная вулканическая активность (в процессе которой из карбидов металлов и паров воды могли появиться углеводороды, от них берут начало другие классы органических соединений).

2) Океаническая среда с малым содержанием солей (NaCl и прочих), так как горные породы еще только формировались, и вода не успела ничего из них вымыть.

3) Коллоидный раствор, образованный из веществ, появившихся в результате вулканической деятельности.

4) Влияние солнечной радиации (озонового экрана еще не существовало).

5) Вероятно влияние разрядов атмосферного электричества.

РОЛЬ ХИМИИ В ЖИЗНИ

Определяющее влияние оказывает химия и на все уровни организации жизни, и на биологическое разнообразие живой природы, так как:

1) Наследственность осуществляется химическими механизмами;

2) Изменчивость тоже имеет химическую природу;

3) И химия обуславливает признаки, по которым мы судим о биологическом разнообразии (цвет, запах, вкус, поведение животных, фактуру поверхностей организмов).

Уровень организации жизни Влияние химии на разные уровни организации живой природы

Биосферный Химия определяет границу распространения живых организмов в различных средах обитания.

Биогеоценотический Химия позволяет живым организмам воздействовать на окружающую среду, делая ее условия более благоприятными для себя (растения, микроорганизмы и черви создают почву; леса меняют состав атмосферы: в сосняке воздух содержит озон и больше влаги, чем на открытом месте.

Биоценотический Химия определяет взаимодействия между разными видами (медведь ест рябину, повышает всхожесть и силу прорастания семян пищеварительными ферментами, «гранулирует» их удобрением, переносит семена в новые места обитания; крапива защищается от травоядных животных специальными клетками- «шприцами» с кислотой, с «иглой» из кремния)

Популяционно-видовой Химия определяет ареал вида, его приспособленность к местам обитания.

Организменный Химия определяет конкурентоспособность отдельного организма в борьбе за существование, его поведение в ситуациях, определенных безусловными рефлексами.

Органный Химия определяет приспособленность органов и систем органов к выполнению их функций; например, без наличия в желудке пищеварительных ферментов и соляной кислоты невозможно переваривание пищи.

Тканевый Химия определяет прочность, биофильтрующие качества, гибкость и эластичность, работоспособность, сократительную и проводящую способность тканей.

Клеточный Химия определяет функции различных видов клеток; способность одной разновидности клеток синтезировать биологически активные вещества (пример - лимфоциты), способность другой транспортировать определенные химические вещества

(пример - эритроциты).

Молекулярный Химия определяет порядок атомов в молекуле, ее состав, конфигурацию, и в конечном итоге свойства молекул и всего, что из них состоит.

ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ СТРОЯТСЯ ИЗ ЧЕТЫРЕХ ВИДОВ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ:

Белков (производных аминокислот), липидов (производных глицерина и жирных кислот), углеводов (производных многоатомных спиртов), нуклеиновых кислот (производных азотистых оснований: пурина и пиримидина; пентоз-рибозы и дезоксирибозы; фосфорной кислоты).

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

ДНК РНК АТФ

Пуриновые азотистые основания:

Аденин то же Аденин

Гуанин то же -

Пиримидиновые азотистые основания:

Цитозин то же -

Тимин урацил -

Углевод:

Дезоксирибоза рибоза рибоза

(С5H10O4)

Фосфорная кислота:

1HPO3 то же 3 HPO3

Белки – основной структурный компонент организма, они являются полимерами, мономер которых – аминокислота (производное углеводородного радикала, карбоксильной и амино групп ). Аминокислот всего 20. Они различаются по содержанию серы, растворимости в воде, молекулярной массе, наличию или отсутствию кольцевых структур в молекуле, электрическому заряду.

Аминокислоты- R-COOH-NH2 (общая формула),

Гидрофобные аминокислоты

Гидрофильные аминокислоты (электронейтральные)

Кислые аминокислоты (электроотрицательные)

Основные аминокислоты (электроположительные)

Простые Сложные

(содержат только аминокислоты) (содержат дополнительные компоненты небелковой природы).

Протамины и гистоны. Фосфорпротеины.

(являются белковым компонентом в составе нуклеопротеидов; влияют на (содержит фосфорную кислоту)

метаболическую активность ДНК)

2) Проламины и глютелины. Хромопротеины.

(белки растительного происхождения) (содержат пигмент; делятся на гемо- протеины (пример- гемоглобин), магнийпорфирины (хлорофилл, каротиноиды), фикобилины)

3) Альбумины и глобулины. Нуклеопротеины.

(белки животного происхождения) (содержат нуклеиновые кислоты)

Гликопротеины.

(содержат углеводы; являются гормонами и ферментами; регуляторы иммунитета

– интерфероны; эластичные компоненты хрящевой и костной тканей)

Липопротеины.

(содержат липиды; входят в состав биомембран; содержатся в жизненно важных клеточных системах (хлоропластах, палочках и колбочках сетчатки глаз)

Металлопротеины.

(содержат металлы; физиологичекие переносчики железа в организме, ферменты)

Липиды по определению являются эфирами, так как эфиры – продукты реакции между спиртом и органической кислотой. По составу липиды делятся на: фосфоглицериды (липидные компоненты биологических мембран), сфинголипиды (входят в состав биомембран, нервной ткани), гликолипиды, цереброзиды, простогландины (участвуют в гуморальной регуляции, регулируя активность гормонов, стимулируют сокращение гладкой мышечной ткани), воска, стероиды (гормоны, входят в состав желчи, органические яды), терпены (составная часть ароматических веществ). Они различаются по наличию или отсутствию фосфорной кислоты, аминоспирта сфингозина, моносахарида галактозы, по веществам, из которых синтезировались (полиненасыщенные жирные кислоты, кислород, высшие жирные кислоты, высшие спирты, пергидрофенантрен, изопрен). В этих классах липидов еще выделяют подгруппы – по содержанию полисахаридов (ганглиозиды), по наличию спиртовых гидроксогрупп (стерины).

Углеводы в зависимости от состава делятся на моносахариды, олигосахариды, полисахариды.

Они имеют общую формулу Cn(H2O)m,но некоторые сахара, например, рамноза, имеют другое соотношение между кислородом и водородом.

УГЛЕВОДЫ:

Моносахариды Олигосахариды (полисахариды Полисахариды

(петнозы и гексозы содержат 5 или 6 атомов 1порядка содержат до 5 остатков моносахаридов) (содержат более 5 остатков моносахаридов)

углерода)

СВОЙСТВА АТОМОВ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, ОБУСЛАВЛИВАЮЩИЕ СУЩЕСТВОВАНИЕ ЖИЗНИ

– способность атомов химических элементов образовывать между собой связи различной прочности;

– способность атомов химических элементов образовывать между собой соединения различной

– конфигурации;

– различное строение атомов.

Основные типы связи в органических соединениях – ковалентные и водородная, а также виды связей, характерные только для органических веществ (пептидная и гликозидная).

Основы жизни

Углерод-элемент № 6 ,2 периода, 4 группы, главной подгруппы, неметалл;

Водород-элемент № 1, 1 периода, 1группы, главной подгруппы, неметалл;

Азот-элемент № 7, 2 периода, 5 группы, главной подгруппы, неметалл;

Кислород-элемент № 8, 2 период,6 группа, главная подгруппа, неметалл;

Все эти элементы имеют небольшую атомную массу и валентность от 1 до 4.