"Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10-11 классы". В.И. Сивоглазов (гдз)

 Особенности химического состава клетки

Вопрос 1. В чем заключается сходство биологических систем и объектов неживой природы?
Основное сходство — это родство химического состава. Подавляющее большинство известных на сегодняшний день химических элементов обнаружено как в живых организмах, так и в неживой природе. Атомов, характерных только для живых систем, не существует. Однако содержание конкретных элементов в живой и неживой природе резко различается. Организмы (от бактерий до позвоночных) способны избирательно накапливать элементы, которые необходимы для жизнедеятельности.
Можно однако выделить совокупность свойств, которые присущи всем живым существам и отличают их от тел неживой природы. Для живых объектов характерна особая форма взаимодействия с окружающей средой — обмен веществ. Основу его составляют взаимосвязанные и сбалансированные процессы ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Эти процессы направлены на обновление структур организма, а также на обеспечение различных сторон его жизнедеятельности необходимыми питательными веществами и энергией. Обязательным условием обмена веществ служит поступление извне определенных химических соединений, т. е. существование организма как открытой системы.
Интересно, что неживые объекты могут проявлять отдельные свойства, более характерные для живого. Так, кристаллы минералов способны к росту и обмену веществ с окружающей средой, а фосфор может «запасать» энергию света. Но всей совокупностью черт, присущих живому организму, не обладает ни одна неорганическая система.

Вопрос 2. Перечислите биоэлементы и объясните, каково их значение в образовании живой материи.
К биоэлементам (органогенам) относят кислород, углерод, водород, азот, фосфор и серу. Они составляют основу белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и других органических веществ. Для всех органических молекул особое значение имеют атомы углерода, образующие каркас. К этому каркасу присоединяются разнообразные химические группы, образованные другими биоэлементами. В зависимости от состава и расположения таких групп органические молекулы приобретают индивидуальные свойства и функции. Например, аминокислоты в большом количестве содержат азот, а нуклеиновые кислоты — фосфор.
В клетках некоторых организмов обнаружено повышенное содержание отдельных химических элементов. Например, бактерии способны накапливать марганец, морские водоросли - йод, ряска -радий, моллюски и ракообразные - медь, позвоночные - железо.
Химические элементы входят в состав органических соединений. Углерод, кислород и водород участвуют в построении молекул углеводов и жиров. В молекулы белков помимо этих элементов входят азот и сера, а в молекулы нуклеиновых кислот фосфор и азот. Ионы железа и меди включены в молекулы окислительных ферментов, магний — в молекулу хлорофилла, железо входит в состав гемоглобина, йод — в состав гормона щитовидной железы - тироксина, цинк — в состав инсулина - гормона поджелудочной железы, кобальт — в состав витамина В₁₂.
Химические элементы, принимающие участие в процессах обмена веществ и обладающие выраженной биологической активностью, называют биогенными.

Вопрос 3. Что такое микроэлементы? Приведите примеры и охарактеризуйте биологическое значение этих элементов.
Многие химические элементы содержатся в живых системах в очень малых количествах (доли процента от общей массы). Такие вещества называют микроэлементами.
Микроэлементы: Си, В, Со, Мо, Мn, Ni, Вг, Т.п. I и другие. На их долю в клетке суммарно приходится более 0,1%; концентрация каждого не превышает 0,001%. Это ионы металлов, входящие в состав биологически активных веществ (гормонов, ферментов и др.). Растения, грибы, бактерии получают микроэлементы из почвы и воды; животные — в основном с пищей. В большинстве своем микроэлементы входят в состав белков и биологически активных веществ (гормонов, витаминов). Например, цинк содержится в гормоне поджелудочной железы инсулине, а иод — в тироксине (гормоне щитовидной железы). Кобальт является важнейшей составной частью витамина В₁₂. Железо входит в состав примерно семидесяти белков организма, медь — в состав двадцати белков и т. д.
В клетках некоторых организмов обнаружено повышенное содержание отдельных химических элементов. Например, бактерии способны накапливать марганец, морские водоросли - йод, ряска -радий, моллюски и ракообразные - медь, позвоночные - железо. Ультрамикроэлементы: уран, золото, бериллий, ртуть, цезий, селен и другие. Их концентрация не превышает 0,000001%. Физиологическая роль многих из них не установлена.

Вопрос 4. Как отразится на жизнедеятельности клетки и организма недостаток какого-либо микроэлемента? Приведите примеры таких явлений.
Недостаток какого-либо микроэлемента приводит к уменьшению синтеза того органического вещества, в состав которого этот микроэлемент входит. В результате нарушаются процессы роста, обмена веществ, воспроизведения и т. п. Например, дефицит иода в пище приводит к общему падению активности организма и разрастанию щитовидной железы — эндемическому зобу. Недостаток бора вызывает отмирание верхушечных почек у растений. Основной функцией железа в организме является перенос кислорода и участие в окислительных процессах (посредством десятков окислительных ферментов). Железо входит в состав гемоглибина, миоглобина, цитохромов. Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в обеспечении имунных реакций организма, в метаболизме холестерина. При недостатке цинка нарушается дифференцировка клеток, выработка инсулина, всасывание витамина Е, нарушается регенерация кожных клеток. Немаловажную роль цинк играет в переработке алкоголя, поэтому недостаток его в организме вызывает предрасположенность к алкоголизму (особенно у детей и подростков). Цинк входит в состав инсулина. ряда ферментов, участвует в кроветворении.
Нехватка селена может привести к возникновению раковых заболеваний у человека и животных. По аналогии с авитаминозамитакие заболевания называют микроэлементозами.

Вопрос 5. Расскажите об ультрамикроэлементах. Каково их содержание в организме? Что известно об их роли в живых организмах?
Ультрамикроэлементы — это элементы, которые содержатся в клетке в ничтожно малых количествах (концентрация каждого не превышает одной миллионной доли процента). К ним относят уран, радий, золото, серебро, ртуть, бериллий, мышьяк и др.
Мышьяк относят к условно эссенциальным, иммунотоксичным элементам. Известно, что мышьяк с белками (цистеином, глутамином), липоевой кислотой. Мышьяк оказывает влияние на окислительные процессы в митохондриях и принимает участие во многих других важных биологических процессах, он входит в состав ферментов, защищающих мембраны наших клеток от окисления, и необходим для их нормальной работы.
В организме литий способствует высвобождению магния из клеточных "депо" и тормозит передачу нервного импульса, тем самым снижая. возбудимость нервной системы. литий также влияет на нейроэндокринные процессы, жировой и углеводный обмен.
Ванадий принимает участие в регуляции углеводного обмена и сердечно-сосудистой системы также входит в метаболизме тканей костей и зубов. Физиологическая роль большинства из ультраэлементов не установлена. Не исключено, что она вообще отсутствует, и тогда часть ультрамикроэлементов являются просто примесями живых организмов. Многие ультрамикроэлементы токсичны для человека и животных в определённых концентрациях, например, серебро, титан, мышьяк и др.

Вопрос 6. Приведите примеры известных вам биохимических эндемий. Объясните причины их происхождения.
Биохимические эндемии — это заболевания растений, животных и человека, связанные с явным недостатком либо избытком какого-либо химического элемента в окружающей среде. В результате развиваются микроэлементозы или некоторые другие нарушения. Так, во многих районах нашей страны значительно снижено количество иода в воде и почве. Нехватка иода приводит к падению синтеза гормона тироксина, щитовидная железа, пытаясь компенсировать его нехватку, разрастается (развивается эндемический зоб). Другими примерами могут служить дефицит селена в почве ряда районов Монголии, а также избыток ртути в воде некоторых горных рек Чили и Цейлона. Наблюдается избыток фтора в воде многих районов, что приводит к заболеванию зубов - флюорозов.
Одной из форм биохимических эндемий можно считаь избыток радиоактивных элементов в районе Чернобыльской АЭС и мест, подвергшихся интенсивному радиооблучению, например: Фукусима (Япония); Республика Маршалловы острова (острова, на которых радиационное загрязнение превышает Чернобыльское); Станция Маяк (Россия, после Чернобыля и Фукусимы она считается третьей наиболее серьезной ядерной аварией); Хэнфордский комплекс (США).