Het vormt de basis van de interne omgeving van levende organismen. Biologie

2014-05-31

Onder de anorganische verbindingen van levende organismen behoort water een speciale rol toe. Water is het belangrijkste medium waarin de processen van stofwisseling en energieomzetting plaatsvinden.

Het watergehalte in de meeste levende organismen is 60-70%. Water vormt de basis van de interne omgeving van levende organismen (bloed, lymfe, intercellulaire vloeistof). De unieke eigenschappen van water worden bepaald door de structuur van de moleculen. In een watermolecuul is één zuurstofatoom covalent gebonden aan twee waterstofatomen. Het watermolecuul is polair (dipool). De positieve lading is geconcentreerd op de waterstofatomen omdat zuurstof meer elektronegatief is dan waterstof. Een negatief geladen zuurstofatoom van een watermolecuul wordt aangetrokken door een positief geladen waterstofatoom van een ander molecuul, waardoor een waterstofbinding wordt gevormd, die 15-20 keer zwakker is dan een covalente. Daarom worden waterstofbruggen gemakkelijk verbroken, wat bijvoorbeeld wordt waargenomen tijdens de verdamping van water. Door de thermische beweging van moleculen in water worden sommige waterstofbruggen verbroken, sommige worden gevormd.

De moleculen zijn dus mobiel in vloeibare toestand, wat erg belangrijk is voor metabolische processen. Watermoleculen dringen gemakkelijk celmembranen binnen. Door de hoge polariteit van de moleculen is water een oplosmiddel voor andere polaire verbindingen. Afhankelijk van het vermogen om bepaalde verbindingen in water op te lossen, worden ze voorwaardelijk onderverdeeld in hydrofiel of polair en hydrofoob of niet-polair. Hydrofiele verbindingen die in water oplosbaar zijn, omvatten de meeste zouten. Hydrofobe verbindingen (bijna alle vetten, sommige eiwitten) bevatten niet-polaire groepen, vormen geen waterstofbruggen, dus deze verbindingen lossen niet op in water. Het heeft een hoge warmtecapaciteit en tegelijkertijd een hoge thermische geleidbaarheid voor vloeistoffen. Deze eigenschappen maken water ideaal voor het handhaven van het thermische evenwicht van het lichaam.

Minerale zouten zijn belangrijk voor het in stand houden van de vitale processen van individuele cellen en het organisme als geheel. Levende organismen bevatten zowel opgeloste zouten (in de vorm van ionen) als zouten in vaste toestand. Ionen zijn onderverdeeld in positief (kationen van metaalelementen K +, Na +, Ca2 +, M2 +, enz.) en negatief (anionen van zoutzuren - Cl -, zwavelzuur - HSO4 -, SO42 -, carbonaat - HCO3 -, fosfaat - H2RO4 - , HPO42 - enz. Verschillende concentraties K+ en Na+ kationen in de cel en intercellulaire vloeistof veroorzaken een potentiaalverschil op het celmembraan; een verandering in de doorlaatbaarheid van het membraan voor K+ en Na+ onder invloed van irritatie zorgt voor het optreden van zenuw- en spierexcitatie. Fosforzuuranionen handhaven een neutrale reactie van de intracellulaire omgeving (pH = 6,9), carbonzuuranionen ondersteunen een licht alkalische reactie van bloedplasma (pH = 7,4). Calciumverbindingen (CaCO3) maken deel uit van de schelpen van weekdieren en protozoa, schelpen van rivierkreeften. Zoutzuur creëert een zure omgeving in de maag van gewervelde dieren en mensen, waardoor de activiteit van maagsap-enzymen wordt gewaarborgd. Residuen van zwavelzuur, die in water onoplosbare verbindingen verbinden, zorgen voor hun oplosbaarheid, wat bijdraagt aan de verwijdering van deze verbindingen uit cellen en het lichaam.

Het concept van de interne omgeving van het lichaam

Elk organisme - eencellig of meercellig - heeft bepaalde bestaansvoorwaarden nodig. Deze voorwaarden worden aan organismen verschaft door de omgeving waaraan ze zich in de loop van hun evolutionaire ontwikkeling hebben aangepast.

De interne omgeving voor menselijke cellen en organen zijn bloed, lymfe en weefselvocht.

Als je je vinger ernstig snijdt, zal het bloed stromen; als de snee ondiep is en de bloedvaten niet beschadigd zijn, verschijnen er in plaats van bloed soms een paar druppels heldere vloeistof op de snee - dit is weefselvloeistof. Weefselvloeistof baadt de cellen voortdurend en dient als hun leefomgeving. Weefselvloeistof wordt voortdurend bijgewerkt via het systeem van lymfevaten: weefselvloeistof wordt in deze vaten verzameld (in de lymfevaten wordt het lymfe genoemd) en vervolgens komt het via het grootste lymfevat in de algemene bloedsomloop, waar het zich vermengt met bloed.

De eerste levende formaties ontstonden in de wateren van de wereldoceaan en zeewater diende als hun leefgebied. Naarmate levende organismen complexer werden, raakten sommige van hun cellen geïsoleerd van de externe omgeving. Dus een deel van de habitat bevond zich in het organisme, waardoor veel organismen het aquatische milieu konden verlaten en op het land begonnen te leven.

De "kleine zee", die steeds complexer werd, veranderde geleidelijk in de interne omgeving van dieren. In dit opzicht zou het niet moeten verbazen dat het zoutgehalte in zeewater en in de interne omgeving van het lichaam vergelijkbaar is.

De interne omgeving van het lichaam bevat, naast zouten, veel verschillende stoffen - eiwitten, suiker, vetachtige stoffen, hormonen, enz. Elk orgaan geeft constant de producten van zijn activiteit af aan de interne omgeving en ontvangt daaruit de stoffen die het nodig heeft. En ondanks zo'n actieve uitwisseling blijft de samenstelling van de interne omgeving vrijwel ongewijzigd.

Homeostase. Het handhaven van de constantheid van de levensomstandigheden in de interne omgeving heet homeostase.

Individuele cellen en groepen cellen in het menselijk lichaam zijn extreem gevoelig voor veranderingen in hun omgeving. Wat betreft het hele organisme, de grenzen van veranderingen in de externe omgeving die het kan doorstaan, zijn veel breder dan die van individuele cellen. Menselijke cellen functioneren normaal gesproken alleen bij een temperatuur van 36-38 ° C. Een verhoging of verlaging van de temperatuur boven deze limieten leidt tot verstoring van celfuncties. Een persoon kan, zoals bekend, normaal gesproken bestaan met veel grotere schommelingen in de temperatuur van de externe omgeving.

De cellen houden een constante hoeveelheid water en mineralen vast. Veel cellen sterven vrijwel onmiddellijk wanneer ze in gedestilleerd water worden geplaatst. Het organisme als geheel kan zowel watergebrek als een overmatige inname van water en zouten doorstaan.

Individuele cellen zijn extreem gevoelig voor kleine veranderingen in de concentratie van waterstofionen. Het hele organisme is in staat om een constante concentratie van waterstofionen te handhaven, zelfs wanneer veel zure of alkalische stofwisselingsproducten in de weefselvloeistof terechtkomen.

Deze voorbeelden zijn voldoende om ervoor te zorgen dat organismen speciale aanpassingen ondergaan om de constantheid van de habitat van hun cellen te garanderen.

Een zeer belangrijk kenmerk van de interne omgeving is dat het gehalte aan stoffen daarin niet absoluut hetzelfde is, maar binnen bepaalde grenzen varieert, d.w.z. voor de inhoud van elke stof is de norm niet slechts één getal, maar een bepaald aantal indicatoren. In het naslagwerk kun je bijvoorbeeld lezen: het gehalte aan kaliumionen in het bloed van een gezond persoon is 16-20 mg% (d.w.z. 16-20 mg per 100 ml).

In de praktijk is het gehalte van elke stof in het interne milieu nooit precies hetzelfde - het fluctueert constant, maar binnen strikt gedefinieerde grenzen.

Het bereik van indicatoren voor verschillende stoffen is verschillend. Sommige indicatoren worden bijzonder nauwkeurig bijgehouden; ze worden constanten genoemd. Een van de constanten is bijvoorbeeld de reactie van het bloed (d.w.z. de concentratie van waterstofionen daarin - pH).

In het lichaam worden indicatoren als bloeddruk, lichaamstemperatuur, osmotische druk van bloed en weefselvocht, het gehalte aan eiwitten en suiker, natrium-, kalium-, calcium-, chloor- en waterstofionen op een relatief constant niveau gehouden.

Niet alleen de samenstelling van de interne omgeving blijft constant, maar ook het volume. De constantheid van het volume van de interne omgeving is echter niet absoluut onveranderd. Een deel van de vloeistof uit de interne omgeving wordt via de nieren met urine uit het lichaam uitgescheiden, via de longen met uitgeademde waterdamp en in het spijsverteringskanaal met spijsverteringssappen. Een deel van het water verdampt van het oppervlak van het lichaam in de vorm van zweet. Deze waterverliezen worden voortdurend aangevuld door de opname van water uit het spijsverteringskanaal. Er is een constante vernieuwing van water met een algemeen behoud van het volume. Cellen nemen ook deel aan het handhaven van een constant vloeistofvolume in de interne omgeving. Het water in de cellen maakt ongeveer 50% van het lichaamsgewicht uit. Als om de een of andere reden de hoeveelheid vloeistof in de interne omgeving afneemt, begint de beweging van water uit de cellen naar de intercellulaire ruimte. Dit helpt om de constantheid van het volume van de interne omgeving te behouden.

De constantheid van de interne omgeving - homeostase - wordt gehandhaafd door het continue werk van organen en weefsels.

De rol van verschillende organen bij het handhaven van homeostase

De rol van verschillende organen bij het handhaven van homeostase is anders. Het spijsverteringsstelsel zorgt ervoor dat voedingsstoffen het bloed binnenkomen in de vorm waarin ze door de lichaamscellen kunnen worden opgenomen.

De bloedsomlooporganen voeren een continue beweging van bloed uit en leveren zuurstof en voedingsstoffen aan de cellen, en de vervalproducten worden van hen weggevoerd. De ademhalingsorganen voorzien het bloed van zuurstof en verwijderen koolstofdioxide.

Via de longen, nieren, huid worden eindproducten van de stofwisseling en enkele andere stoffen uit het lichaam verwijderd.

Het zenuwstelsel speelt een belangrijke rol bij het handhaven van de homeostase. Door snel te reageren op verschillende veranderingen in de externe of interne omgeving, verandert het zenuwstelsel de activiteit van organen op zo'n manier dat verschuivingen of verstoringen in het lichaam worden geëgaliseerd.

Dankzij de ontwikkeling van apparaten die zorgen voor de constantheid van de interne omgeving van het lichaam, zijn de cellen minder vatbaar voor veranderende invloeden van de externe omgeving.

Schending van de homeostase leidt tot significante veranderingen in het functioneren van organen en tot verschillende ziekten. Daarom is het meten van indicatoren zoals lichaamstemperatuur, fysieke en chemische samenstelling van bloed, bloeddruk van groot belang voor de diagnose, d.w.z. het herkennen van ziekten.

Als je een ervaren hetaera wilt, is er een enorme keuze.

De interne omgeving voor menselijke cellen en organen zijn bloed, lymfe en weefselvocht.

Relatieve constantheid van de interne omgeving

In de interne omgeving van het lichaam zijn er, naast zouten, veel verschillende stoffen - eiwitten, suiker, vetachtige stoffen, hormonen, enz. elk orgaan geeft voortdurend de producten van zijn vitale activiteit af aan de interne omgeving en ontvangt daaruit de voor zichzelf noodzakelijke stoffen. En ondanks zo'n actieve uitwisseling blijft de samenstelling van de interne omgeving vrijwel ongewijzigd.

De vloeistof die het bloed verlaat, wordt onderdeel van de weefselvloeistof. Het grootste deel van deze vloeistof komt weer in de haarvaten voordat ze zich aansluiten bij de aderen, die het bloed terugvoeren naar het hart, maar ongeveer 10% van de vloeistof komt niet in de bloedvaten. De wanden van haarvaten bestaan uit een enkele laag cellen, maar er zijn nauwe openingen tussen aangrenzende cellen. Door de samentrekking van de hartspier ontstaat er bloeddruk, waardoor water met daarin opgeloste zouten en voedingsstoffen door deze scheurtjes stroomt.

Alle lichaamsvloeistoffen zijn met elkaar verbonden. De extracellulaire vloeistof staat in contact met het bloed en met de cerebrospinale vloeistof die het ruggenmerg en de hersenen omringt. Dit betekent dat de regulering van de samenstelling van lichaamsvloeistoffen centraal plaatsvindt.

Weefselvloeistof baadt de cellen en dient als hun leefgebied. Het wordt voortdurend bijgewerkt via het systeem van lymfevaten: deze vloeistof wordt verzameld in de bloedvaten en komt vervolgens via het grootste lymfevat in de algemene bloedsomloop, waar het zich vermengt met bloed.

Samenstelling van het bloed

De bekende rode vloeistof is eigenlijk weefsel. Lange tijd werd achter bloed een machtige kracht herkend: heilige eden werden met bloed bezegeld; de priesters lieten hun houten afgoden "bloed huilen"; De oude Grieken offerden bloed aan hun goden.

Sommige filosofen uit het oude Griekenland beschouwden bloed als de drager van de ziel. De oude Griekse arts Hippocrates schreef het bloed van gezonde mensen voor aan geesteszieken. Hij dacht dat in het bloed van gezonde mensen - een gezonde ziel. Bloed is inderdaad het meest verbazingwekkende weefsel van ons lichaam. Mobiliteit van bloed is de belangrijkste voorwaarde voor het leven van het lichaam.

Ongeveer de helft van het bloedvolume is het vloeibare deel - plasma met daarin opgeloste zouten en eiwitten; de andere helft zijn verschillende gevormde elementen van het bloed.

De gevormde elementen van het bloed zijn onderverdeeld in drie hoofdgroepen: witte bloedcellen (leukocyten), rode bloedcellen (erytrocyten) en bloedplaatjes of bloedplaatjes. Ze worden allemaal gevormd in het beenmerg (zacht weefsel dat de holte van buisvormige botten vult), maar sommige leukocyten kunnen zich al vermenigvuldigen wanneer ze het beenmerg verlaten. Er zijn veel verschillende soorten witte bloedcellen - de meeste zijn betrokken bij de afweer van het lichaam tegen ziekten.

bloed plasma

100 ml gezond menselijk plasma bevat ongeveer 93 g water. De rest van het plasma bestaat uit organische en anorganische stoffen. Plasma bevat mineralen, eiwitten, koolhydraten, vetten, stofwisselingsproducten, hormonen, vitamines.

Plasmamineralen worden weergegeven door zouten: chloriden, fosfaten, carbonaten en sulfaten van natrium, kalium, calcium en magnesium. Ze kunnen zowel in de vorm van ionen als in een niet-geïoniseerde toestand zijn. Zelfs een lichte schending van de zoutsamenstelling van het plasma kan schadelijk zijn voor veel weefsels, en vooral voor de cellen van het bloed zelf. De totale concentratie van minerale soda, eiwitten, glucose, ureum en andere stoffen opgelost in plasma zorgt voor osmotische druk. Door osmotische druk dringt vloeistof door de celmembranen, wat zorgt voor de uitwisseling van water tussen bloed en weefsel. De constantheid van de osmotische druk van het bloed is belangrijk voor de vitale activiteit van de cellen van het lichaam. De membranen van veel cellen, waaronder bloedcellen, zijn ook semi-permeabel.

rode bloedcellen

rode bloedcellen zijn de meest talrijke bloedcellen; hun belangrijkste functie is het vervoeren van zuurstof. Omstandigheden die de behoefte van het lichaam aan zuurstof verhogen, zoals leven op grote hoogte of constante fysieke activiteit, stimuleren de vorming van rode bloedcellen. Rode bloedcellen leven ongeveer vier maanden in de bloedbaan, waarna ze worden vernietigd.

leukocyten

leukocyten, of onregelmatig gevormde witte bloedcellen. Ze hebben een kern ondergedompeld in een kleurloos cytoplasma. De belangrijkste functie van leukocyten is beschermend. Leukocyten worden niet alleen door de bloedbaan vervoerd, maar zijn ook in staat tot onafhankelijke beweging met behulp van pseudopoden (pseudopoden). Door de wanden van de haarvaten dringen leukocyten zich naar de ophoping van pathogene microben in de weefsels en vangen en verteren ze met behulp van pseudopoden. Dit fenomeen werd ontdekt door I.I. Mechnikov.

Bloedplaatjes of bloedplaatjes

bloedplaatjes, of bloedplaatjes zijn erg kwetsbaar, gemakkelijk vernietigd wanneer bloedvaten beschadigd zijn of wanneer bloed in contact komt met lucht.

Bloedplaatjes spelen een belangrijke rol bij de bloedstolling. Beschadigde weefsels scheiden histomine af, een stof die de bloedstroom naar het beschadigde gebied verhoogt en de afgifte van vocht en eiwitten van het bloedstollingssysteem uit de bloedbaan in het weefsel bevordert. Als gevolg van een complexe opeenvolging van reacties vormen zich snel bloedstolsels, die het bloeden stoppen. Bloedstolsels voorkomen het binnendringen van bacteriën en andere vreemde factoren in de wond.

Het mechanisme van bloedstolling is zeer complex. Plasma bevat het oplosbare eiwit fibrinogeen, dat tijdens de bloedstolling verandert in onoplosbaar fibrine en neerslaat in de vorm van lange filamenten. Van het netwerk van deze draden en de bloedcellen die in het netwerk blijven hangen, a trombus.

Dit proces vindt alleen plaats in aanwezigheid van calciumzouten. Daarom, als calcium uit het bloed wordt verwijderd, verliest het bloed zijn vermogen om te stollen. Deze eigenschap wordt gebruikt bij het inblikken en bloedtransfusie.

Naast calcium nemen ook andere factoren deel aan het stollingsproces, bijvoorbeeld vitamine K, zonder welke de vorming van protrombine wordt belemmerd.

Bloedfuncties

Bloed vervult verschillende functies in het lichaam: levert zuurstof en voedingsstoffen aan cellen; voert koolstofdioxide en eindproducten van het metabolisme af; neemt deel aan de regulering van de activiteit van verschillende organen en systemen door de overdracht van biologisch actieve stoffen - hormonen, enz.; draagt bij aan het behoud van de constantheid van de interne omgeving - chemische en gassamenstelling, lichaamstemperatuur; beschermt het lichaam tegen vreemde lichamen en schadelijke stoffen, vernietigt en neutraliseert ze.

Beschermende barrières van het lichaam

Bescherming van het lichaam tegen infecties wordt niet alleen verzekerd door de fagocytische functie van leukocyten, maar ook door de vorming van speciale beschermende stoffen - antistoffen en antitoxines. Ze worden geproduceerd door leukocyten en weefsels van verschillende organen als reactie op de introductie van pathogenen in het lichaam.

Antilichamen zijn eiwitstoffen die micro-organismen aan elkaar kunnen plakken, oplossen of vernietigen. Antitoxinen neutraliseren vergiften die door microben worden uitgescheiden.

Beschermende stoffen zijn specifiek en werken alleen op die micro-organismen en hun vergiften, onder invloed waarvan ze zijn gevormd. Antistoffen kunnen lange tijd in het bloed blijven. Hierdoor wordt een persoon immuun voor bepaalde infectieziekten.

Immuniteit voor ziekten, door de aanwezigheid van speciale beschermende stoffen in het bloed en weefsels, wordt genoemd immuniteit.

Het immuunsysteem

Immuniteit is volgens moderne opvattingen de immuniteit van het lichaam tegen verschillende factoren (cellen, stoffen) die genetisch vreemde informatie bevatten.

Als er cellen of complexe organische stoffen in het lichaam verschijnen die verschillen van de cellen en stoffen van het lichaam, dan worden ze dankzij immuniteit geëlimineerd en vernietigd. De belangrijkste taak van het immuunsysteem is om de genetische constantheid van het organisme in ontogenie te handhaven. Wanneer cellen zich delen door mutaties in het lichaam, ontstaan vaak cellen met een gemodificeerd genoom. Om ervoor te zorgen dat deze gemuteerde cellen niet leiden tot stoornissen in de ontwikkeling van organen en weefsels in de loop van verdere deling, worden ze vernietigd door het immuunsysteem van het lichaam.

In het lichaam wordt immuniteit geboden vanwege de fagocytische eigenschappen van leukocyten en het vermogen van sommige lichaamscellen om beschermende stoffen te produceren - antistoffen. Daarom kan immuniteit van nature cellulair (fagocytisch) en humoraal (antilichamen) zijn.

Immuniteit voor infectieziekten is onderverdeeld in natuurlijk, ontwikkeld door het lichaam zelf zonder kunstmatige ingrepen, en kunstmatig, als gevolg van de introductie van speciale stoffen in het lichaam. Natuurlijke immuniteit manifesteert zich in een persoon vanaf de geboorte ( aangeboren) of treedt op na een ziekte ( verworven). Kunstmatige immuniteit kan actief of passief zijn. Actieve immuniteit wordt ontwikkeld wanneer verzwakte of gedode pathogenen of hun verzwakte toxines in het lichaam worden geïntroduceerd. Deze immuniteit verschijnt niet onmiddellijk, maar houdt lange tijd aan - meerdere jaren en zelfs een heel leven. Passieve immuniteit treedt op wanneer een therapeutisch serum met kant-en-klare beschermende eigenschappen in het lichaam wordt geïntroduceerd. Deze immuniteit is van korte duur, maar manifesteert zich onmiddellijk na de introductie van serum.

Bloedstolling verwijst ook naar de beschermende reacties van het lichaam. Het beschermt het lichaam tegen bloedverlies. De reactie bestaat uit de vorming van een bloedstolsel - bloedstolsel, verstopping van de wond en stoppen met bloeden.

Binnen de biosfeer kan men onderscheid maken tussen vier hoofdhabitats. Dit zijn het aquatisch milieu, het grond-luchtmilieu, de bodem en het milieu gevormd door de levende organismen zelf.

Wateromgeving

Water dient als leefgebied voor veel organismen. Uit water halen ze alle stoffen die nodig zijn voor het leven: voedsel, water, gassen. Daarom, hoe divers waterorganismen ook zijn, ze moeten allemaal worden aangepast aan de belangrijkste kenmerken van het leven in het watermilieu. Deze kenmerken worden bepaald door de fysische en chemische eigenschappen van water.

Hydrobionten (bewoners van het aquatisch milieu) leven in zowel zoet als zout water en zijn ingedeeld in \ (3 \) groepen op basis van hun leefgebied:

plankton - organismen die op het oppervlak van waterlichamen leven en passief bewegen door de beweging van water;
nekton - actief bewegend in de waterkolom;
benthos - organismen die op de bodem van waterlichamen leven of in slib graven.

In de waterkolom zweven voortdurend veel kleine planten en dieren, die het leven in suspensie leiden. Het vermogen om te zweven wordt niet alleen geboden door de fysieke eigenschappen van water, dat een drijvende kracht heeft, maar ook door speciale aanpassingen van de organismen zelf, bijvoorbeeld talrijke uitgroeisels en aanhangsels die het oppervlak van hun lichaam aanzienlijk vergroten en daarom verhoogt de wrijving met de omringende vloeistof.

De lichaamsdichtheid van dieren zoals kwallen ligt heel dicht bij die van water.

Ze hebben ook een karakteristieke lichaamsvorm die lijkt op een parachute, waardoor ze in de waterkolom blijven.

Actieve zwemmers (vissen, dolfijnen, zeehonden, etc.) hebben een spoelvormig lichaam en ledematen in de vorm van vinnen.

Hun beweging in het watermilieu wordt bovendien vergemakkelijkt door de speciale structuur van de buitenste afdekkingen, die een speciaal smeermiddel afgeven - slijm, dat wrijving tegen water vermindert.

Water heeft een zeer hoge warmtecapaciteit, d.w.z. vermogen om warmte op te slaan en vast te houden. Om deze reden zijn er geen sterke temperatuurschommelingen in het water, die vaak op het land voorkomen. Zeer diepe wateren kunnen erg koud zijn, maar door de constante temperatuur hebben dieren een aantal aanpassingen kunnen ontwikkelen die zelfs in deze omstandigheden het leven verzekeren.

Dieren kunnen leven in de enorme diepten van de oceaan. Planten daarentegen overleven alleen in de bovenste waterlaag, waar de stralingsenergie die nodig is voor fotosynthese binnenkomt. Deze laag heet fotozone .

Omdat het oppervlak van het water het meeste licht reflecteert, zelfs in de meest transparante oceaanwateren, is de dikte van de fotische zone niet groter dan \(100\) m. Dieren op grote diepte voeden zich met levende organismen of met de overblijfselen van dieren en planten die voortdurend uit de bovenste laag naar beneden zakken.

Net als terrestrische organismen ademen waterdieren en planten en hebben ze zuurstof nodig. De hoeveelheid opgeloste zuurstof in water neemt af met toenemende temperatuur. Bovendien lost zuurstof slechter op in zeewater dan in zoet water. Om deze reden zijn de wateren van de open zee van de tropische zone arm aan levende organismen. Omgekeerd zijn de poolwateren rijk aan plankton - kleine schaaldieren die zich voeden met vissen en grote walvisachtigen.

Zoute samenstelling van water is erg belangrijk voor het leven. Ionen \(Ca2+\) zijn van bijzonder belang voor organismen. Weekdieren en schaaldieren hebben calcium nodig om hun schelpen of schelpen te bouwen. De concentratie van zouten in water kan sterk variëren. Water wordt als vers beschouwd als één liter minder dan \ (0,5 \) g opgeloste zouten bevat. Zeewater wordt gekenmerkt door een constant zoutgehalte en bevat gemiddeld \ (35 \) g zouten per liter.

Grondluchtomgeving

De terrestrische luchtomgeving, die zich in de loop van de evolutie later meester heeft gemaakt dan de wateromgeving, is complexer en diverser en wordt bewoond door beter georganiseerde levende organismen.

De belangrijkste factor in het leven van organismen die hier leven, zijn de eigenschappen en samenstelling van de omringende luchtmassa's. De dichtheid van lucht is veel lager dan de dichtheid van water, daarom hebben terrestrische organismen sterk ontwikkelde ondersteunende weefsels - het interne en externe skelet. De bewegingsvormen zijn zeer divers: rennen, springen, kruipen, vliegen etc. Vogels en sommige soorten insecten vliegen in de lucht. Luchtstromen dragen plantenzaden, sporen, micro-organismen.

Luchtmassa's zijn constant in beweging. De luchttemperatuur kan zeer snel en over grote gebieden veranderen, dus op het land levende organismen hebben talrijke aanpassingen om plotselinge temperatuurveranderingen te weerstaan of te vermijden.

De meest opmerkelijke daarvan is de ontwikkeling van warmbloedigheid, die juist in de grond-luchtomgeving ontstond.
De chemische samenstelling van lucht (\(78%\) stikstof, \(21%\) zuurstof en \(0,03%\) kooldioxide) is belangrijk voor het leven van planten en dieren. Zo is kooldioxide de belangrijkste grondstof voor fotosynthese. Luchtstikstof is nodig voor de synthese van eiwitten en nucleïnezuren.

De hoeveelheid waterdamp in de lucht (relatieve luchtvochtigheid) bepaalt de intensiteit van transpiratieprocessen in planten en verdamping uit de huid van sommige dieren. Organismen die leven in omstandigheden met een lage luchtvochtigheid hebben talrijke aanpassingen om ernstig waterverlies te voorkomen. Woestijnplanten hebben bijvoorbeeld een krachtig wortelstelsel dat in staat is om vanaf grote diepte water de plant in te zuigen. Cactussen slaan water op in hun weefsels en gebruiken het spaarzaam. In veel planten worden de bladmessen in stekels veranderd om verdamping te verminderen. Veel woestijndieren gaan in winterslaap tijdens de heetste periode, die enkele maanden kan duren.

De grond - dit is de bovenste laag land, getransformeerd als gevolg van de vitale activiteit van levende wezens. Dit is een belangrijk en zeer complex onderdeel van de biosfeer, nauw verwant aan de andere delen. Het bodemleven is buitengewoon rijk. Sommige organismen brengen hun hele leven door in de bodem, andere - een deel van hun leven. Tussen gronddeeltjes bevinden zich tal van holtes die met water of lucht kunnen worden gevuld. Daarom wordt de bodem bewoond door zowel water- als luchtademende organismen. De bodem speelt een belangrijke rol in het plantenleven.

De leefomstandigheden in de bodem worden grotendeels bepaald door klimatologische factoren, waarvan de temperatuur de belangrijkste is. Naarmate ze in de bodem zinken, worden temperatuurschommelingen echter steeds minder merkbaar: dagelijkse temperatuurveranderingen vervagen snel en naarmate de diepte toeneemt, verandert de seizoenstemperatuur.

Zelfs op een ondiepe diepte in de bodem heerst volledige duisternis. Bovendien daalt het zuurstofgehalte naarmate het in de bodem zakt en neemt het kooldioxidegehalte toe. Daarom kunnen alleen anaërobe bacteriën op aanzienlijke diepte leven, terwijl in de bovenste lagen van de bodem, naast bacteriën, schimmels, protozoa, rondwormen, geleedpotigen en zelfs relatief grote dieren die doorgangen maken en schuilplaatsen bouwen, bijvoorbeeld mollen , spitsmuizen en molratten, zijn er in overvloed.

De omgeving gevormd door levende organismen zelf

Het is duidelijk dat de levensomstandigheden in een ander organisme worden gekenmerkt door een grotere constantheid in vergelijking met de omstandigheden van de externe omgeving.

Daarom verliezen organismen die een plaats voor zichzelf vinden in het lichaam van planten of dieren, vaak de organen en systemen die nodig zijn voor vrijlevende soorten volledig. Ze hebben geen zintuigen of bewegingsorganen ontwikkeld, maar er zijn aanpassingen (vaak zeer verfijnd) om in het lichaam van de gastheer te blijven en effectieve voortplanting te bewerkstelligen.

bronnen:

Kamensky AA, Kriksunov EA, Pasechnik V.V. Biologie. Graad 9 // DROFA
Kamensky AA, Kriksunov EA, Pasechnik V.V. Biologie. Algemene biologie (basisniveau) Cijfers 10-11 // DROFA

Nadat we kennis hebben gemaakt met de elementen die aanwezig zijn in levende organismen, gaan we nu over naar de verbindingen waarin deze elementen zijn opgenomen (Fig.). Ook hier is er een fundamentele overeenkomst tussen alle levende organismen. Ze bevatten vooral water. In alle organismen vinden we ook eenvoudige organische verbindingen die de rol spelen van "bouwstenen" waaruit grotere moleculen worden opgebouwd. Dit zijn in de eerste plaats aminozuren, monosachariden, organische zuren, alcoholen, nucleotiden en enkele andere stoffen.

Water. Onder de anorganische verbindingen van levende organismen behoort water een speciale rol toe, het is het belangrijkste medium waarin de processen van metabolisme en energie plaatsvinden. Het watergehalte in levende organismen is 60 - 75% van hun massa, en in sommige (bijvoorbeeld kwallen) - tot 98%. Water vormt de basis van het interne milieu van organismen (bloed, lymfe, weefselvocht). Het hoogste watergehalte in het lichaam wordt waargenomen in de embryonale periode (95%) en neemt geleidelijk af met de leeftijd. De hoeveelheid water is niet hetzelfde in verschillende weefsels. Dus in de grijze stof van de hersenen is het gehalte 85%, in de botten - 20%, in het glazuur van de tanden - 10%. Hoe meer water in de lichaamscellen, hoe intenser de stofwisseling. Als het lichaam 20% van het water verliest, kan de dood optreden. Zonder drinkwater kan een mens niet langer dan vijf tot zeven dagen leven.

Water eigenschappen. Zoals u weet, is het leven ontstaan in het water en is het er nog steeds nauw mee verbonden. Daarom zijn de fysische en chemische eigenschappen van water van fundamenteel belang voor levensprocessen. In vergelijking met andere vloeistoffen heeft water een relatief hoog kook- en verdampingspunt.

Het H O-molecuul bestaat uit twee waterstofatomen die door covalente bindingen zijn verbonden met een zuurstofatoom (Fig.).

De H - O - H bindingen staan onder een hoek met elkaar. Het zuurstofatoom, als een meer elektronegatief element, trekt gemeenschappelijke elektronenparen van waterstofatomen aan. De waterstofatomen krijgen een gedeeltelijk positieve lading en het zuurstofatoom een gedeeltelijk negatieve lading, ᴛ.ᴇ. het molecuul is polair en is elektrische dipool Als resultaat treedt er een elektrostatische interactie op tussen watermoleculen, en aangezien tegengestelde ladingen elkaar aantrekken, hebben watermoleculen de neiging om aan elkaar te "kleven" (Fig.). Deze interacties, die zwakker zijn dan gewone ionische bindingen, worden waterstofbruggen. De energie van een waterstofbinding is 10 - 40 keer minder dan de energie van een covalente binding.Elk watermolecuul trekt, net als een kleine magneet, nog vier moleculen naar zich toe door de vorming van waterstofbruggen. Door de vorming van waterstofbruggen zijn de moleculen met elkaar verbonden, wat de initiële vloeibare toestand van water bepaalt bij temperaturen van 0º tot 100 ºС en vaste ijskristallen vormt bij temperaturen onder 0ºС.

Functies van water. Water bepaalt het volume en de intracellulaire druk (turgor) cellen. Het kan een waterschil rond sommige verbindingen (bijvoorbeeld eiwitten) vormen, wat hun interactie verhindert. Dit water heet verbonden (gestructureerd). Het maakt 4 - 5% uit van de totale hoeveelheid water in het lichaam. Het andere deel van het water (95 - 96%), niet geassocieerd met verbindingen, heet vrij. Zij is het die een universeel oplosmiddel is, beter dan de meeste bekende vloeistoffen.

Gezien de afhankelijkheid van oplosbaarheid in water, worden verbindingen conventioneel onderverdeeld in: polair, of hydrofiel (uit het Grieks. guidor- water, philia- liefde en niet-polair, of hydrofoob (uit het Grieks. fobos- angst). Veel minerale zouten, suikers, alcoholen, zuren enz. zijn hydrofiele stoffen Niet-polaire covalente bindingen zijn kenmerkend voor hydrofobe stoffen en zijn daarom onoplosbaar in water. Hydrofobe paraffine, benzine, kerosine, enz. Vaste hydrofobe stoffen worden niet door water bevochtigd.

waterachtig universele oplosmiddel speelt een uiterst belangrijke rol. De meeste chemische reacties in het lichaam vinden alleen plaats in waterige oplossingen. Stoffen dringen de cel binnen en afvalstoffen worden er voornamelijk in opgeloste vorm uitgescheiden. Water is direct betrokken bij reacties hydrolyse - splitsing van organische verbindingen met bevestiging aan de plaats van breuk van watermolecuul-ionen (H + en OH).

Water is ook elektronenbron: bij fotosynthesereacties. De afsplitsing van elektronen van watermoleculen leidt tot het verschijnen van een bijproduct voor plantencellen - zuurstof, dat echter een stof van planetaire betekenis is.

De regulering van het thermische regime van organismen wordt ook geassocieerd met water. Ze heeft een hoge warmte capaciteit, .ᴇ. het vermogen om warmte te absorberen met kleine veranderingen in de eigen temperatuur. Hierdoor voorkomt water plotselinge temperatuurveranderingen in cellen en in het lichaam als geheel, zelfs als het sterk fluctueert in de omgeving. Verdamping van water bij transpiratie en transpiratie?

Bij de verdamping van water door organismen (transpiratie en zweten) wordt veel warmte afgegeven, waardoor ze worden beschermd tegen oververhitting. Dankzij de hoge warmtegeleiding water zorgt voor een gelijkmatige verdeling van warmte tussen lichaamsweefsels (bijvoorbeeld via de bloedsomloop, vloeistofcirculatie in lichaamsholten).

In water opgeloste stoffen kunnen de eigenschappen ervan veranderen, met name het vries- en kookpunt, dat van groot biologisch belang is. Dus in de cellen van vorstbestendige planten en koudbloedige dieren, met het begin van de winter, neemt de concentratie van oplosbare eiwitten, koolhydraten en andere verbindingen toe, waardoor de temperatuur van de overgang van water naar een kristallijne toestand wordt verlaagd, waardoor hun dood.

Minerale zouten en zuren. Om de vitale activiteit van het organisme als geheel en zijn cellen in stand te houden, zijn naast water ook minerale zouten belangrijk. In levende organismen zijn ze ofwel in een opgeloste vorm (gedissocieerd in ionen) of in een vaste toestand. De belangrijkste van de ionen zijn de kationen K+, Na+, Ca2+, Mg2+ en de anionen HCO, HPO, HPO, Cl–, HSO, SO.

Het totale gehalte aan anorganische stoffen in verschillende cellen varieert van één tot enkele procenten. Hun rol in de cel is gevarieerd. Zo leiden verschillende concentraties van K + binnen en Na + buiten de cellen tot het optreden van een verschil in elektrische potentialen op het cytoplasmatische membraan, wat erg belangrijk is voor de overdracht van zenuwimpulsen, evenals voor het transport van stoffen door membranen . Met een afname van dit verschil neemt de prikkelbaarheid van cellen af.

De regulerende functie en activering van veel enzymen wordt uitgevoerd door Ca 2+ en Mg 2+. Ca2+-ionen zijn nodig voor spiercontractie, bloedstolling, ze maken deel uit van de botten. Mg2+-ionen maken deel uit van botten en tanden, activeren het energiemetabolisme en de ATP-synthese.

Sommige ionen zijn essentieel voor de synthese van belangrijke organische stoffen. Fosforzuurresiduen maken bijvoorbeeld deel uit van nucleotiden, ATP; ion Fe 2+ - in de samenstelling van hemoglobine, Mg 2+ - in de samenstelling van chlorofyl, enz. NO, NH-ionen zijn de bron van stikstofatomen, SO-ionen zijn zwavelatomen, die nodig zijn voor de synthese van aminozuurmoleculen.

Calciumverbindingen (CaCO) maken deel uit van de schelpen van weekdieren, schelpen van schaaldieren en andere dieren. Bij sommige protisten (radiolariërs) is het intracellulaire skelet opgebouwd uit siliciumdioxide (SiO) of strontiumsulfaat (SrSO 4).

Belangrijke functies in het lichaam worden ook uitgevoerd door anorganische zuren. Zo creëert zoutzuur een zure omgeving in de maag van gewervelde dieren en mensen, waardoor de activiteit van maagsap-enzymen wordt gewaarborgd.

Zuurgraad van de omgeving. Het verloop van biochemische reacties in levende organismen wordt aanzienlijk beïnvloed door de concentratie van waterstofionen (H) - zuurgraad van de omgeving. In neutrale oplossingen is deze concentratie 10 mol / l, in zure oplossingen is het meer dan deze waarde, in alkalische oplossingen is het minder. In de chemie, om de zuurgraad van een medium te beschrijven, de zogenaamde pH-waarde (pH). De lengte van de pH-schaal is van 0 tot 14. Het is de moeite waard om te zeggen dat voor neutrale oplossingen pH = 7, voor zure pH< 7, для щелочных рН >7. In de cellen is het medium neutraal of licht alkalisch (pH = 7,0-7,3); in het bloed varieert de pH-waarde meestal tussen 7,35 - 7,45, wat iets hoger is dan in cellen.

In het spijsverteringskanaal en in lichaamsafscheidingen varieert de pH. Extreme pH-waarden worden waargenomen in de maag (ongeveer 2) en in de dunne darm (meer dan 8). Omdat de nieren zowel kationen als anionen kunnen uitscheiden, worden in de urine grote variaties in pH (4,8 - 7,5) waargenomen.

Het concept van bufferoplossingen. Het lichaam als geheel en zijn individuele cellen houden de zuurgraad van de omgeving op een constant niveau dankzij de bufferende eigenschappen van hun inhoud. Buffer Het is gebruikelijk om een oplossing te noemen die een mengsel van een zwak zuur en zijn oplosbaar zout bevat. Wanneer de concentratie van waterstofionen toeneemt, combineren de vrije anionen, die uit het zout komen, gemakkelijk met de vrije Ni-ionen en verwijderen ze uit de oplossing. Naarmate de zuurgraad afneemt, komen extra waterstofionen vrij. Zo wordt een relatief constante concentratie van H-ionen in de bufferoplossing gehandhaafd.Het vermogen om een licht alkalische reactie van het extracellulaire medium te handhaven wordt geleverd door HCO-ionen; neutrale of licht alkalische intracellulaire omgeving - HPO, HPO-ionen.

s 1. Wat is het watergehalte in levende organismen? Waar hangt het van af? 2. Wat zijn de eigenschappen van water als hoofdbestanddeel van het interne milieu van organismen? Welke kenmerken van de structuur van watermoleculen zorgen voor de eigenschappen ervan? 3. Neemt water deel aan chemische reacties in organismen? Geef voorbeelden van dergelijke reacties, als u ze kent. 4. Waarom is water een goed oplosmiddel? 5. Wat zijn de belangrijkste functies van water in levende organismen? 6. Waarom zijn apolaire stoffen slecht oplosbaar in water? 7. In welke staat bevinden mineralen zich in een cel? 8. Wat is de rol van mineralen in de cel? 9. Wat zijn buffereigenschappen en hoe worden ze gedefinieerd?