Tvori osnovu unutarnjeg okoliša živih organizama. Biologija

2014-05-31

Među anorganskim spojevima živih organizama voda ima posebnu ulogu. Voda je glavni medij u kojem se odvijaju metabolički procesi i pretvorba energije.

Udio vode u većini živih organizama je 60-70%. Voda je osnova unutarnjeg okoliša živih organizama (krv, limfa, međustanična tekućina). Jedinstvena svojstva vode određena su strukturom njezinih molekula. U molekuli vode jedan atom kisika kovalentno je vezan na dva atoma vodika. Molekula vode je polarna (dipolna). Pozitivni naboj koncentriran je na atome vodika jer je kisik više elektronegativan od vodika. Negativno nabijeni atom kisika jedne molekule vode privlači pozitivno nabijeni atom vodika druge molekule, pri čemu nastaje vodikova veza, koja je 15-20 puta slabija od kovalentne veze. Zbog toga se vodikove veze lako kidaju, što se opaža, na primjer, tijekom isparavanja vode. Zbog toplinskog kretanja molekula u vodi, neke vodikove veze se prekidaju, a neke se stvaraju.

Dakle, molekule su pokretne u tekućem stanju, što je vrlo važno za metaboličke procese. Molekule vode lako prodiru kroz stanične membrane. Zbog velike polarnosti svojih molekula, voda je otapalo za druge polarne spojeve. Ovisno o sposobnosti otapanja u vodi, pojedini spojevi se konvencionalno dijele na hidrofilne, odnosno polarne, i hidrofobne, odnosno nepolarne. Većina soli su hidrofilni spojevi koji su topljivi u vodi. Hidrofobni spojevi (gotovo sve masti, neki proteini) sadrže nepolarne skupine i ne stvaraju vodikove veze, pa nisu topivi u vodi. Ima visok toplinski kapacitet i istovremeno visoku toplinsku vodljivost za tekućine. Ova svojstva čine vodu idealnom za održavanje toplinske ravnoteže u tijelu.

Za održavanje vitalnih procesa pojedinih stanica i tijela u cjelini važne su mineralne soli. Živi organizmi sadrže i otopljene soli (u obliku iona) i soli u krutom stanju. Ione dijelimo na pozitivne (kationi metalnih elemenata K+, Na+, Ca2+, M2+ itd.) i negativne (anioni klorovodične kiseline - Cl -, sumporne kiseline - HSO4 -, SO42 -, karbonatne kiseline - HCO3 - , fosfatne kiseline - H2PO4 - , HPO42 - itd.).. Različite koncentracije kationa K + i Na + u stanici i međustaničnoj tekućini uzrokuju razliku potencijala na staničnoj membrani; promjena propusnosti membrane za K + i Na + pod utjecajem iritacije osigurava pojavu živčane i mišićne ekscitacije. Anioni fosforne kiseline podržavaju neutralnu reakciju unutarstanične okoline (pH = 6,9), anioni karboksilne kiseline podržavaju blago alkalnu reakciju krvne plazme (pH = 7,4). Spojevi kalcija (CaCO3) ulaze u sastav ljuštura mekušaca i praživotinja te ljuštura rakova. Klorovodična kiselina stvara kiseli okoliš u želucu kralješnjaka i čovjeka, čime se osigurava aktivnost enzima želučanog soka. Ostaci sumporne kiseline spajaju spojeve netopljive u vodi, osiguravajući njihovu topljivost, što pridonosi uklanjanju ovih spojeva iz stanica i tijela.

Pojam unutarnje okoline tijela

Svaki organizam - jednostanični ili višestanični - treba određene uvjete postojanja. Ove uvjete organizmima osigurava okolina na koju su se prilagodili tijekom evolucijskog razvoja.

Unutarnji okoliš za ljudske stanice i organe su krv, limfa i tkivna tekućina.

Ako si jako posjekao prst, krv će poteći; ako je rez plitak i žile nisu oštećene, tada se umjesto krvi ponekad pojavi nekoliko kapljica bistre tekućine na rezu - to je tkivna tekućina. Tkivna tekućina neprestano ispire stanice i služi im kao životna sredina. Tkivna tekućina se stalno obnavlja kroz sustav limfnih žila: tkivna tekućina se skuplja u tim žilama (unutar limfnih žila naziva se limfa), a zatim preko najveće limfne žile ulazi u opći krvotok, gdje se miješa s krvlju.

Prve žive formacije nastale su u vodama Svjetskog oceana, a morska voda im je služila kao stanište. Kako su živi organizmi postajali složeniji, neke od njihovih stanica postale su izolirane od vanjskog okoliša. Tako je dio staništa završio unutar organizma, što je omogućilo mnogim organizmima da napuste vodeni okoliš i počnu živjeti na kopnu.

"Malo more", postajući složenije, postupno se pretvorilo u unutarnje okruženje životinja. S tim u vezi, ne treba čuditi sličan sadržaj soli u morskoj vodi i unutarnjem okolišu organizma.

Osim soli, unutarnji okoliš tijela sadrži mnogo različitih tvari - bjelančevine, šećere, tvari slične mastima, hormone itd. Svaki organ neprestano ispušta produkte svoje aktivnosti u unutarnji okoliš i iz njega prima tvari koje su mu potrebne. . I unatoč takvoj aktivnoj razmjeni, sastav unutarnjeg okruženja ostaje gotovo nepromijenjen.

Homeostaza. Održavanje stalnih životnih uvjeta u unutarnjem okruženju naziva se homeostaza.

Pojedinačne stanice i skupine stanica u ljudskom tijelu izuzetno su osjetljive na promjene u svojoj okolini. Što se tiče cijelog organizma, granice promjena u vanjskom okruženju koje on može tolerirati mnogo su šire nego za pojedinačne stanice. Ljudske stanice normalno funkcioniraju samo pri temperaturi od 36-38° C. Povećanje ili smanjenje temperature iznad tih granica dovodi do poremećaja u funkciji stanica. Čovjek, kao što je poznato, može normalno postojati uz mnogo veće fluktuacije temperature vanjskog okoliša.

Stanice održavaju stalnu količinu vode i minerala. Mnoge stanice umiru gotovo trenutno kada se stave u destiliranu vodu. Tijelo kao cjelina može tolerirati i gladovanje i prekomjerni unos vode i soli.

Pojedinačne stanice izuzetno su osjetljive na male promjene koncentracije vodikovih iona. Cijeli organizam sposoban je održavati konstantnu koncentraciju vodikovih iona, čak i kada u tkivnu tekućinu uđu mnogi kiseli ili alkalni metabolički produkti.

Ovi primjeri dovoljni su da nas uvjere da organizmi imaju posebne prilagodbe kako bi osigurali stalnost staništa svojih stanica.

Vrlo važna značajka unutarnjeg okruženja je da sadržaj tvari u njemu nije apsolutno isti, već varira unutar određenih granica, tj. za sadržaj svake tvari norma nije samo jedna brojka, već određeni raspon pokazatelja. Na primjer, u priručniku možete pročitati: sadržaj iona kalija u krvi zdrave osobe je 16-20 mg% (tj. 16-20 mg na 100 ml).

U praksi, sadržaj bilo koje tvari u unutarnjem okruženju nikada nije apsolutno isti - on stalno varira, ali unutar strogo određenih granica.

Raspon pokazatelja za različite tvari je različit. Neki su pokazatelji posebno dobro održavani; nazivaju se konstantama. Konstante uključuju, na primjer, reakciju krvi (tj. koncentraciju vodikovih iona u njoj - pH).

U tijelu se na relativno konstantnoj razini održavaju pokazatelji poput krvnog tlaka, tjelesne temperature, osmotskog tlaka krvi i tkivne tekućine, sadržaja bjelančevina i šećera, natrija, kalija, kalcija, klora i iona vodika.

Ne samo da sastav unutarnjeg okoliša ostaje konstantan, već i njegov volumen. Međutim, postojanost volumena unutarnjeg okoliša nije apsolutno konstantna. Dio tekućine iz unutarnje sredine izlučuje se iz organizma putem bubrega s mokraćom, kroz pluća s izdahnutom vodenom parom i u probavni trakt s probavnim sokovima. Dio vode ispari s površine tijela u obliku znoja. Ti se gubici vode neprestano nadoknađuju apsorpcijom vode iz probavnog trakta. Postoji stalna obnova vode uz općenito održavanje njenog volumena. Stanice također sudjeluju u održavanju konstantnog volumena tekućine u unutarnjem okruženju. Voda unutar stanica čini otprilike 50% tjelesne težine. Ako se iz nekog razloga količina tekućine u unutarnjem okruženju smanji, tada počinje kretanje vode iz stanica u međustanični prostor. To pomaže u održavanju konstantnog volumena unutarnjeg okruženja.

Neprekinutim radom organa i tkiva održava se konstantnost unutarnje sredine – homeostaza.

Uloga različitih organa u održavanju homeostaze

Uloga različitih organa u održavanju homeostaze je različita. Probavni sustav osigurava da hranjive tvari uđu u krvotok u obliku u kojem ih stanice tijela mogu apsorbirati.

Krvožilni organi provode kontinuirano kretanje krvi i dostavljaju kisik i hranjive tvari stanicama te odvode otpadne tvari iz njih. Dišni organi osiguravaju opskrbu krvi kisikom i uklanjanje ugljičnog dioksida.

Krajnji produkti metabolizma i neke druge tvari uklanjaju se iz tijela putem pluća, bubrega i kože.

Živčani sustav igra ključnu ulogu u održavanju homeostaze. Brzo reagirajući na različite promjene u vanjskom ili unutarnjem okruženju, živčani sustav mijenja aktivnost organa na način da se pomaci ili smetnje u tijelu izravnavaju.

Zahvaljujući razvoju uređaja koji osiguravaju postojanost unutarnjeg okruženja tijela, njegove su stanice manje podložne promjenjivim utjecajima vanjskog okruženja.

Kršenje homeostaze dovodi do značajnih promjena u funkcioniranju organa i do raznih bolesti. Zato je mjerenje pokazatelja kao što su tjelesna temperatura, fizikalno-kemijski sastav krvi, krvni tlak od velike važnosti za dijagnozu, odnosno prepoznavanje bolesti.

Ako želite iskusnu heteru, postoji veliki izbor.

Svaki organizam - jednostanični ili višestanični - treba određene uvjete postojanja. Ove uvjete organizmima osigurava okolina na koju su se prilagodili tijekom evolucijskog razvoja.

Unutarnji okoliš za ljudske stanice i organe su krv, limfa i tkivna tekućina.

Relativna postojanost unutarnje okoline

U unutarnjem okruženju tijela, osim soli, nalazi se i mnoštvo različitih tvari - bjelančevine, šećeri, tvari slične mastima, hormoni itd. Svaki organ neprestano oslobađa proizvode svoje vitalne aktivnosti u unutarnje okruženje i prima od njega potrebne tvari. I unatoč takvoj aktivnoj razmjeni, sastav unutarnjeg okruženja ostaje praktički nepromijenjen.

Tekućina koja napušta krv postaje dio tkivne tekućine. Većina te tekućine vraća se u kapilare prije nego što se povežu s venama koje vraćaju krv u srce, ali oko 10% tekućine ne ulazi u krvne žile. Stijenke kapilara sastoje se od jednog sloja stanica, ali između susjednih stanica postoje uski razmaci. Kontrakcija srčanog mišića stvara krvni tlak, zbog čega voda s otopljenim solima i hranjivim tvarima prolazi kroz te praznine.

Sve tjelesne tekućine su međusobno povezane. Izvanstanična tekućina dolazi u kontakt s krvlju i cerebrospinalnom tekućinom koja kupa leđnu moždinu i mozak. To znači da se regulacija sastava tjelesnih tekućina događa centralno.

Tkivna tekućina ispire stanice i služi im kao stanište. Stalno se obnavlja kroz sustav limfnih žila: ta se tekućina skuplja u žilama, a zatim preko najveće limfne žile ulazi u opći krvotok, gdje se miješa s krvlju.

Sastav krvi

Dobro poznata crvena tekućina zapravo je tkivo. Dugo je vremena krv bila prepoznata kao moćna sila: svete zakletve bile su zapečaćene krvlju; svećenici su svoje drvene idole činili da "plaču krv"; Stari Grci žrtvovali su krv svojim bogovima.

Neki filozofi antičke Grčke smatrali su krv nositeljem duše. Starogrčki liječnik Hipokrat propisivao je krv zdravih ljudi psihički bolesnima. Smatrao je da je u krvi zdravih ljudi zdrava duša. Doista, krv je najčudesnije tkivo našeg tijela. Pokretljivost krvi je najvažniji uvjet za život tijela.

Otprilike polovica volumena krvi je njezin tekući dio - plazma s otopljenim solima i proteinima u njoj; drugu polovicu čine različiti oblikovani elementi krvi.

Krvne stanice dijele se u tri glavne skupine: bijele krvne stanice (leukociti), crvene krvne stanice (eritrociti) i trombociti, odnosno trombociti. Svi oni nastaju u koštanoj srži (mekom tkivu koje ispunjava šupljinu dugih kostiju), no neki se leukociti mogu razmnožavati kada napuste koštanu srž. Postoji mnogo različitih tipova bijelih krvnih stanica - većina je uključena u zaštitu tijela od bolesti.

Krvna plazma

100 ml krvne plazme zdrave osobe sadrži oko 93 g vode. Ostatak plazme sastoji se od organskih i anorganskih tvari. Plazma sadrži minerale, bjelančevine, ugljikohidrate, masti, produkte metabolizma, hormone i vitamine.

Minerali plazme predstavljeni su solima: kloridima, fosfatima, karbonatima i sulfatima natrija, kalija, kalcija i magnezija. Mogu biti u obliku iona ili u neioniziranom stanju. Čak i mali poremećaj u sastavu soli plazme može biti štetan za mnoga tkiva, a prije svega za same stanice krvi. Ukupna koncentracija mineralne sode, proteina, glukoze, uree i drugih tvari otopljenih u plazmi stvara osmotski tlak. Zahvaljujući osmotskom tlaku, tekućina prodire kroz stanične membrane, što osigurava izmjenu vode između krvi i tkiva. Stalnost osmotskog tlaka krvi važna je za život tjelesnih stanica. Membrane mnogih stanica, uključujući krvne stanice, također su polupropusne.

crvene krvne stanice

crvene krvne stanice su najbrojnije krvne stanice; glavna im je funkcija prijenos kisika. Uvjeti koji povećavaju tjelesnu potrebu za kisikom, poput života na velikim nadmorskim visinama ili stalne tjelesne aktivnosti, potiču stvaranje crvenih krvnih stanica. Crvena krvna zrnca žive u krvotoku oko četiri mjeseca, nakon čega se uništavaju.

Leukociti

Leukociti, odnosno bijele krvne stanice nepravilnog oblika. Imaju jezgru ugrađenu u bezbojnu citoplazmu. Glavna funkcija leukocita je zaštitna. Leukociti se ne prenose samo krvotokom, već su sposobni i za samostalno kretanje uz pomoć pseudopoda (pseudopoda). Prodirući kroz zidove kapilara, leukociti se kreću prema akumulaciji patogenih mikroba u tkivu i uz pomoć pseudopoda ih hvataju i probavljaju. Ovaj fenomen je otkrio I.I.Mechnikov.

Trombociti, odnosno krvne pločice

Trombociti, ili krvne pločice su vrlo krhke, lako se uništavaju kada su krvne žile oštećene ili kada krv dođe u dodir sa zrakom.

Trombociti imaju važnu ulogu u zgrušavanju krvi. Oštećeno tkivo oslobađa histomin, tvar koja povećava dotok krvi u oštećeno područje i potiče otpuštanje tekućine i proteina sustava zgrušavanja krvi iz krvotoka u tkivo. Kao rezultat složenog slijeda reakcija brzo se stvaraju krvni ugrušci koji zaustavljaju krvarenje. Krvni ugrušci sprječavaju bakterije i druge strane čimbenike da uđu u ranu.

Mehanizam zgrušavanja krvi vrlo je složen. Plazma sadrži topljivi protein fibrinogen koji se tijekom zgrušavanja krvi pretvara u netopljivi fibrin i taloži u obliku dugih niti. Iz mreže ovih niti i krvnih stanica koje ostaju u mreži, a tromb.

Ovaj se proces događa samo u prisutnosti kalcijevih soli. Stoga, ako se kalcij ukloni iz krvi, krv gubi sposobnost zgrušavanja. Ovo se svojstvo koristi u konzerviranju i transfuziji krvi.

Osim kalcija, u procesu zgrušavanja sudjeluju i drugi čimbenici, poput vitamina K, bez kojeg je poremećeno stvaranje protrombina.

Funkcije krvi

Krv obavlja različite funkcije u tijelu: dostavlja kisik i hranjive tvari stanicama; odnosi ugljični dioksid i krajnje produkte metabolizma; sudjeluje u regulaciji aktivnosti različitih organa i sustava putem prijenosa biološki aktivnih tvari - hormona, itd.; pomaže u održavanju stalnosti unutarnjeg okruženja - kemijski i plinski sastav, tjelesna temperatura; štiti organizam od stranih tijela i štetnih tvari, uništavajući ih i neutralizirajući.

Zaštitne barijere tijela

Zaštita tijela od infekcija osigurava se ne samo fagocitnom funkcijom leukocita, već i stvaranjem posebnih zaštitnih tvari - protutijela I antitoksini. Proizvode ih leukociti i tkiva različitih organa kao odgovor na uvođenje patogena u tijelo.

Protutijela su proteinske tvari koje mogu slijepiti mikroorganizme, otopiti ih ili uništiti. Antitoksini neutraliziraju otrove koje luče mikrobi.

Zaštitne tvari su specifične i djeluju samo na one mikroorganizme i njihove otrove pod čijim su djelovanjem nastale. Protutijela mogu dugo ostati u krvi. Zahvaljujući tome, osoba postaje imuna na određene zarazne bolesti.

Imunitet na bolesti zbog prisutnosti posebnih zaštitnih tvari u krvi i tkivima naziva se imunitet.

Imunološki sustav

Imunitet, prema suvremenim pogledima, je imunitet tijela na različite čimbenike (stanice, tvari) koji nose genetski strane informacije.

Ako se u tijelu pojave stanice ili složene organske tvari koje se razlikuju od stanica i tvari tijela, tada se zahvaljujući imunitetu eliminiraju i uništavaju. Glavna zadaća imunološkog sustava je održavanje genetske postojanosti organizma tijekom ontogeneze. Kada se stanice dijele zbog mutacija u tijelu, često nastaju stanice s promijenjenim genomom. Kako bi se osiguralo da te mutirane stanice ne dovedu do poremećaja u razvoju organa i tkiva tijekom daljnje diobe, uništava ih imunološki sustav tijela.

U tijelu, imunitet je osiguran zahvaljujući fagocitnim svojstvima leukocita i sposobnosti nekih tjelesnih stanica da proizvode zaštitne tvari - protutijela. Dakle, po svojoj prirodi imunitet može biti stanični (fagocitni) i humoralni (protutijela).

Imunost na zarazne bolesti dijeli se na prirodnu, koju tijelo razvija samo bez umjetnih intervencija, i umjetnu, koja nastaje unošenjem posebnih tvari u tijelo. Prirodni imunitet manifestira se u osobi od rođenja ( prirođena) ili se javlja nakon bolesti ( stečena). Umjetni imunitet može biti aktivan i pasivan. Aktivni imunitet se razvija kada se oslabljeni ili ubijeni patogeni ili njihovi oslabljeni toksini unesu u tijelo. Ovaj imunitet se ne pojavljuje odmah, već traje dugo - nekoliko godina, pa čak i cijeli život. Pasivna imunost nastaje kada se u tijelo unese terapeutski serum s gotovim zaštitnim svojstvima. Ovaj imunitet je kratkotrajan, ali se javlja odmah nakon primjene seruma.

Zgrušavanje krvi također se odnosi na zaštitne reakcije tijela. Štiti tijelo od gubitka krvi. Reakcija se sastoji od stvaranja krvnog ugruška - tromb, koji zatvara područje rane i zaustavlja krvarenje.

Unutar biosfere možemo razlikovati četiri glavna staništa. To su vodeni okoliš, kopneni zračni okoliš, tlo i okoliš koji čine sami živi organizmi.

Vodeni okoliš

Voda služi kao stanište mnogim organizmima. Iz vode dobivaju sve tvari potrebne za život: hranu, vodu, plinove. Stoga, koliko god vodeni organizmi bili raznoliki, svi moraju biti prilagođeni glavnim značajkama života u vodenom okolišu. Ova svojstva određena su fizikalnim i kemijskim svojstvima vode.

Hidrobionti (stanovnici vodenog okoliša) žive i u slatkoj i u slanoj vodi, a prema staništu se dijele u \(3\) skupine:

plankton - organizmi koji žive na površini vodenih tijela i pasivno se kreću zbog kretanja vode;
nekton - aktivno se kreće u vodenom stupcu;
bentos - organizmi koji žive na dnu rezervoara ili se ukopavaju u mulj.

Mnoge male biljke i životinje stalno lebde u vodenom stupcu, živeći u suspendiranom stanju. Sposobnost lebdenja osigurana je ne samo fizičkim svojstvima vode, koja ima silu uzgona, već i posebnim prilagodbama samih organizama, na primjer, brojnim izraslinama i dodacima koji značajno povećavaju površinu njihova tijela i, prema tome, povećati trenje s okolnom tekućinom.

Gustoća tijela životinja kao što su meduze vrlo je slična gustoći vode.

Štoviše, njihov karakterističan oblik tijela, koji podsjeća na padobran, pomaže im da ostanu u vodenom stupcu.

Aktivni plivači (ribe, dupini, tuljani i dr.) imaju vretenasto tijelo i udove u obliku peraja.

Njihovo kretanje u vodenom okolišu olakšano je, osim toga, zbog posebne strukture vanjskih pokrova, koji izlučuju posebno mazivo - sluz, što smanjuje trenje s vodom.

Voda ima vrlo visok toplinski kapacitet, tj. sposobnost akumulacije i zadržavanja topline. Iz tog razloga nema oštrih temperaturnih kolebanja u vodi, koje se često događaju na kopnu. Vrlo duboke vode mogu biti vrlo hladne, no zahvaljujući stalnoj temperaturi, životinje su uspjele razviti niz prilagodbi koje osiguravaju život čak i u tim uvjetima.

Životinje mogu živjeti na ogromnim oceanskim dubinama. Biljke preživljavaju samo u gornjem sloju vode, gdje ulazi energija zračenja potrebna za fotosintezu. Ovaj sloj se zove fotička zona .

Budući da površina vode odbija većinu svjetlosti, čak iu najprozirnijim oceanskim vodama debljina fotičke zone ne prelazi \(100\) m. Životinje velikih dubina hrane se ili živim organizmima ili ostacima životinja biljke koje neprestano padaju s gornjeg sloja.

Poput kopnenih organizama, vodene životinje i biljke dišu i trebaju kisik. Količina kisika otopljenog u vodi smanjuje se s porastom temperature. Štoviše, kisik se slabije otapa u morskoj nego u slatkoj vodi. Zbog toga su vode otvorenog mora tropske zone siromašne živim organizmima. I obrnuto, polarne vode su bogate planktonom - malim rakovima kojima se hrane ribe i veliki kitovi.

Sastav soli vode vrlo je važan za život. Ioni \(Ca2+\) od posebne su važnosti za organizme. Školjke i rakovi trebaju kalcij za izgradnju svojih ljuštura ili oklopa. Koncentracija soli u vodi može jako varirati. Voda se smatra slatkom ako jedna litra sadrži manje od \(0,5\) g otopljenih soli. Morska voda ima stalan salinitet i sadrži prosječno \(35\) g soli po litri.

Prizemno zračno okruženje

Kopneni zračni okoliš, osvojen tijekom evolucije kasnije od vodenog, složeniji je i raznolikiji, a nastanjen je više organiziranih živih organizama.

Najvažniji čimbenik u životu organizama koji ovdje žive su svojstva i sastav zračnih masa koje ih okružuju. Gustoća zraka znatno je manja od gustoće vode, pa kopneni organizmi imaju vrlo razvijena potporna tkiva – unutarnji i vanjski skelet. Oblici kretanja su vrlo raznoliki: trčanje, skakanje, puzanje, letenje itd. Zrakom lete ptice i neke vrste kukaca. Zračne struje nose sjemenke biljaka, spore i mikroorganizme.

Zračne mase su stalno u pokretu. Temperatura zraka može se mijenjati vrlo brzo i na velikim područjima, pa organizmi koji žive na kopnu imaju brojne prilagodbe kako bi podnijeli ili izbjegli nagle promjene temperature.

Najznačajniji od njih je razvoj toplokrvnosti, koji je nastao upravo u zemaljskom zračnom okruženju.
Kemijski sastav zraka (\(78%\) dušik, \(21%\) kisik i \(0,03%\) ugljikov dioksid važan je za život biljaka i životinja. Ugljični dioksid je, primjerice, najvažnija sirovina za fotosintezu. Dušik iz zraka neophodan je za sintezu proteina i nukleinskih kiselina.

Količina vodene pare u zraku (relativna vlažnost) određuje intenzitet transpiracijskih procesa u biljaka i isparavanja s kože nekih životinja. Organizmi koji žive u uvjetima niske vlažnosti imaju brojne prilagodbe kako bi spriječili ozbiljan gubitak vode. Na primjer, pustinjske biljke imaju snažan korijenski sustav koji može pumpati vodu u biljku iz velike dubine. Kaktusi skladište vodu u svojim tkivima i štedljivo je koriste. U mnogim biljkama, kako bi se smanjilo isparavanje, lisne ploče su pretvorene u bodlje. Mnoge pustinjske životinje spavaju zimski san tijekom najtoplijeg razdoblja, koje može potrajati i nekoliko mjeseci.

Tlo - ovo je gornji sloj zemlje, transformiran kao rezultat vitalne aktivnosti živih bića. Ovo je važna i vrlo složena komponenta biosfere, usko povezana s ostalim njezinim dijelovima. Život u tlu je neobično bogat. Neki organizmi provedu cijeli život u tlu, drugi dio života. Između čestica tla nalaze se brojne šupljine koje mogu biti ispunjene vodom ili zrakom. Stoga tlo nastanjuju i vodeni organizmi i organizmi koji dišu zrakom. Tlo ima veliku ulogu u životu biljaka.

Uvjeti života u tlu uvelike su određeni klimatskim čimbenicima, od kojih je najvažniji temperatura. No, kako se ulazi dublje u tlo, kolebanja temperature postaju sve manje uočljiva: dnevne temperaturne promjene brzo blijede, a s povećanjem dubine blijede i sezonske temperaturne promjene.

Čak i na malim dubinama, u tlu vlada potpuni mrak. Osim toga, kako tonete u tlo, sadržaj kisika se smanjuje, a sadržaj ugljičnog dioksida raste. Dakle, samo anaerobne bakterije mogu živjeti na znatnoj dubini, dok u gornjim slojevima tla, osim bakterija, gljivica, protozoa, valjkastih crva, člankonožaca, pa čak i relativno velikih životinja koje prave prolaze i grade skloništa, poput krtica, rovke i krtice se nalaze u izobilju.

Okoliš koji čine sami živi organizmi

Očito je da su životni uvjeti unutar drugog organizma karakterizirani većom postojanošću u usporedbi s uvjetima vanjskog okruženja.

Stoga organizmi koji nađu mjesto u tijelu biljaka ili životinja često potpuno gube organe i sustave potrebne slobodnoživućim vrstama. Nemaju razvijene osjetne organe niti organe za kretanje, ali razvijaju prilagodbe (često vrlo sofisticirane) za zadržavanje u tijelu domaćina i učinkovito razmnožavanje.

Izvori:

Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Biologija. 9. razred // Droplja
Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Biologija. Opća biologija (osnovna razina) razredi 10-11 // Bustard

Nakon što smo se upoznali s elementima prisutnim u živim organizmima, okrenimo se sada spojevima koji sadrže te elemente (sl.). Ovo također otkriva temeljnu sličnost između svih živih organizama. Najviše od svega sadrže vodu. U svim organizmima nalazimo i jednostavne organske spojeve koji igraju ulogu “građevnih blokova” od kojih se grade veće molekule. To su prije svega aminokiseline, monosaharidi, organske kiseline, alkoholi, nukleotidi i neke druge tvari.

Voda. Među anorganskim spojevima živih organizama voda ima posebnu ulogu. Ona je glavni medij u kojem se odvijaju metabolički i energetski procesi. Sadržaj vode u živim organizmima iznosi 60–75% njihove mase, au nekim (na primjer, meduza) - do 98%. Voda čini osnovu unutarnjeg okoliša organizama (krv, limfa, tkivna tekućina). Najveći sadržaj vode u tijelu opažen je u embrionalnom razdoblju (95%) i postupno se smanjuje s godinama. Količina vode varira u različitim tkivima. Dakle, u sivoj tvari mozga njegov sadržaj iznosi 85%, u kostima - 20%, u zubnoj caklini - 10%. Što je više vode u stanicama tijela, to je metabolizam intenzivniji. Ako tijelo izgubi 20% vode, može nastupiti smrt. Osoba ne može živjeti više od pet do sedam dana bez vode.

Svojstva vode. Kao što znate, život je nastao u vodi i ostao je usko povezan s njom. Iz tog su razloga fizikalna i kemijska svojstva vode od temeljne važnosti za životne procese. U usporedbi s drugim tekućinama, voda ima relativno visoku točku vrelišta i isparavanja.

Molekula HO sastoji se od dva atoma vodika koji su kovalentnim vezama povezani s atomom kisika (slika).

H - O - H veze nalaze se pod kutom jedna prema drugoj. Atom kisika, kao elektronegativniji element, privlači zajedničke elektronske parove iz atoma vodika. Atomi vodika dobivaju djelomično pozitivan naboj, a atom kisika - djelomično negativan, ᴛ.ᴇ. molekula je polarna i predstavlja električni dipol Kao rezultat toga, dolazi do elektrostatske interakcije između molekula vode, a budući da se suprotni naboji privlače, molekule vode nastoje se "zalijepiti" (sl.). Te interakcije, slabije od običnih ionskih veza, nazivaju se vodikove veze. Energija vodikove veze je 10 do 40 puta manja od energije kovalentne veze. Svaka molekula vode, poput malog magneta, privlači sebi još četiri molekule zbog stvaranja vodikove veze. Zahvaljujući stvaranju vodikovih veza, molekule su međusobno povezane, što određuje početno tekuće stanje vode na temperaturama od 0º do 100 ºS i formira čvrste kristale leda na temperaturama ispod 0ºS.

Funkcije vode. Voda određuje volumen i unutarstanični tlak (turgor) Stanice. Sposoban je formirati vodeni omotač oko određenih spojeva (na primjer, proteina), što sprječava njihovu interakciju. Ova voda se zove povezano (strukturirano).Čini 4 - 5% ukupne količine vode u tijelu. Drugi dio vode (95 - 96%) koji nije povezan sa spojevima naziva se besplatno. Upravo je to univerzalno otapalo, bolje od većine poznatih tekućina.

Uzimajući u obzir ovisnost o topljivosti u vodi, spojevi se konvencionalno dijele na polarni, ili hidrofilni (s grčkog gidora- voda, filija- voljeti) i nepolarni, ili hidrofobni (s grčkog Fobos- strah). Hidrofilne tvari su mnoge mineralne soli, šećeri, alkoholi, kiseline itd. Hidrofobne tvari karakteriziraju nepolarne kovalentne veze pa su stoga netopljive u vodi. Parafin, benzin, kerozin itd. su hidrofobni. Čvrste hidrofobne tvari se ne kvase vodom.

Voda poput univerzalno otapalo igra izuzetno važnu ulogu. Većina kemijskih reakcija u tijelu događa se samo u vodenim otopinama. Tvari prodiru u stanicu, a otpadni proizvodi se iz nje uklanjaju uglavnom u otopljenom obliku. Voda je izravno uključena u reakcije hidroliza - cijepanje organskih spojeva uz dodatak molekula vode (H + i OH) na mjesto loma.

Voda je također izvor elektrona u reakcijama fotosinteze. Odvajanje elektrona od molekula vode dovodi do pojave nusprodukta za biljne stanice - kisika, koji je, međutim, tvar od planetarne važnosti.

Voda je također povezana s regulacijom toplinskog režima organizama. Odlikuje se visokim toplinski kapacitet, ᴛ.ᴇ. sposobnost apsorpcije topline uz manje promjene vlastite temperature. Zahvaljujući tome, voda sprječava nagle promjene temperature u stanicama i tijelu u cjelini, čak i kada ona značajno varira u okolini. Isparavanje vode tijekom transpiracije i znojenja?

Kada organizmi ispare vodu (transpiracija i znojenje), gubi se mnogo topline koja ih štiti od pregrijavanja. Zahvaljujući visokim toplinska vodljivost voda osigurava ravnomjernu raspodjelu topline između tjelesnih tkiva (npr. kroz krvožilni sustav, kruženje tekućine u tjelesnim šupljinama).

Tvari otopljene u vodi mogu promijeniti njezina svojstva, posebice točke smrzavanja i vrelišta, što je od važnog biološkog značaja. Tako se u stanicama biljaka otpornih na mraz i hladnokrvnih životinja s početkom zime povećava koncentracija topivih bjelančevina, ugljikohidrata i drugih spojeva, snižavajući temperaturu pri kojoj voda prelazi u kristalno stanje, što sprječava njihovu smrt. .

Mineralne soli i kiseline. Za održavanje vitalne aktivnosti tijela kao cjeline i njegovih stanica, osim vode, važne su mineralne soli. U živim organizmima su ili u otopljenom obliku (disocirani na ione) ili u krutom stanju. Među ionima najvažniji su kationi K+, Na+, Ca2+, Mg2+ te anioni HCO, HPO, HPO, Cl–, HSO, SO.

Ukupni sadržaj anorganskih tvari u različitim stanicama varira od jednog do nekoliko postotaka. Njihova je uloga u stanici raznolika. Dakle, različite koncentracije K + unutar i Na + izvan stanica dovode do pojave razlike električnog potencijala na citoplazmatskoj membrani, što je vrlo važno za prijenos živčanih impulsa, kao i za transport tvari kroz membrane. Kako se ta razlika smanjuje, podražljivost stanice opada.

Regulacijsku funkciju i aktivaciju mnogih enzima provode Ca 2+ i Mg 2+. Ioni Ca2+ potrebni su za kontrakciju mišića i zgrušavanje krvi; dio su kostiju. Ioni Mg2+ ulaze u sastav kostiju i zuba te aktiviraju energetski metabolizam i sintezu ATP-a.

Neki ioni su potrebni za sintezu važnih organskih tvari. Na primjer, ostaci fosforne kiseline dio su nukleotida i ATP-a; Fe 2+ ion - u hemoglobin, Mg 2+ - u klorofil itd. Ioni NO, NH izvor su atoma dušika, iona SO i atoma sumpora koji su neophodni za sintezu molekula aminokiselina.

Spojevi kalcija (CaCO) nalaze se u ljušturama mekušaca, rakova i drugih životinja. Kod nekih protista (radiolarija) unutarstanični kostur građen je od silicijeva dioksida (SiO) ili stroncijeva sulfata (SrSO 4).

Anorganske kiseline također obavljaju važne funkcije u tijelu. Tako klorovodična kiselina stvara kiselo okruženje u želucu kralješnjaka i čovjeka, čime se osigurava aktivnost enzima želučanog soka.

Kiselost okoline. Na odvijanje biokemijskih reakcija u živim organizmima značajno utječe koncentracija vodikovih iona (H) - kiselost sredine. U neutralnim otopinama ta je koncentracija 10 mol/l, u kiselim otopinama je veća od te vrijednosti, au alkalnim otopinama manja. U kemiji, za opisivanje kiselosti medija, tzv vodikov indeks (pH). Duljina pH ljestvice je od 0 do 14. Važno je napomenuti da je za neutralne otopine pH = 7, za kisele otopine< 7, для щелочных рН >7. Unutar stanica okolina je neutralna ili blago alkalna (pH = 7,0-7,3); U krvi pH vrijednost obično varira između 7,35 - 7,45, što je nešto više nego u stanicama.

U probavnom traktu iu tjelesnim izlučevinama pH varira. Ekstremne pH vrijednosti uočene su u želucu (oko 2) iu tankom crijevu (više od 8). Budući da bubrezi mogu izlučiti i katione i anione, u urinu se opažaju značajne varijacije u pH (4,8 – 7,5).

Pojam tamponskih otopina. Tijelo kao cjelina i njegove pojedinačne stanice održavaju kiselost okoliša na konstantnoj razini zahvaljujući puferskim svojstvima svog sadržaja. Pufer Uobičajeno je nazivati otopinu koja sadrži smjesu slabe kiseline i njezine topive soli. Kad se koncentracija vodikovih iona poveća, slobodni anioni, čiji je izvor sol, lako se spajaju sa slobodnim ionima i uklanjaju ih iz otopine. Kada se kiselost smanjuje, oslobađaju se dodatni ioni vodika. Tako se u puferskoj otopini održava relativno konstantna koncentracija HCO iona za održavanje blago alkalne reakcije izvanstanične sredine. neutralna ili blago alkalna unutarstanična sredina – HPO, HPO ioni.

s 1. Koliki je sadržaj vode u živim organizmima? O čemu to ovisi? 2. Koja su svojstva vode kao glavne komponente unutarnjeg okoliša organizama? Koje strukturne značajke molekula vode osiguravaju njezina svojstva? 3. Sudjeluje li voda u kemijskim reakcijama u organizmima? Navedite primjere takvih reakcija ako ih poznajete. 4. Zašto je voda dobro otapalo? 5. Koje su glavne funkcije vode u živim organizmima? 6. Zašto su nepolarne tvari slabo topive u vodi? 7. U kojem stanju stanice sadrže mineralne tvari? 8. Koja je uloga minerala u stanici? 9. Što su svojstva pufera i kako se određuju?