Wszystkie istoty żyjące na naszej planecie mają zdumiewająco wiele wspólnego, składają się bowiem niemal z tych samych cząsteczek chemicznych, które w ich organizmach podlegają bardzo podobnym przemianom. Pierwiastki budujące te cząsteczki pochodzą ze skorupy i z  atmosfery ziemskiej. Do dziś pozostaje zagadką, jak z substancji nieorganicznych powstał pierwszy na Ziemi żywy organizm.

R1KQryQzoTjtE1

Ilustracja przedstawia zbiór kolorowych figur geometrycznych, obrazujących aminokwasy. Są tu kwadraty, prostokąty, kółka, romby, trójkąty. Poniżej znajdują się trzy łańcuchy białek, ułożone z tych figur. Każdy łańcuch ma inną kolejność aminokwasów, dlatego jest to inne białko.

1. Pierwiastki budujące organizmy

Wszystkie substancje zbudowane są z atomów. Jeśli substancja składa się z jednakowych atomówatomatomów, które nie są ze sobą trwale połączone, nosi nazwę pierwiastkapierwiastek chemicznypierwiastka.

Prześledźmy zawartość niektórych pierwiastków w organizmie człowieka. Przeciętnie kilogram jego ciała zawiera 650 g tlenu, 180 g węgla, 100 g wodoru, 30 g azotu. Te cztery pierwiastki to podstawowe składniki budujące żywą materię. Gdy dodamy do nich jeszcze kolejne pierwiastki: fosfor (10 g) i siarkę (3 g) – otrzymamy grupę tzw. pierwiastków biogennychpierwiastki biogennepierwiastków biogennych. Bez nich nie istniałoby życie na Ziemi.

Kolejne pierwiastki w analizowanej próbce to 15 g wapnia, 4 g potasu, 2 g sodu, 1 g magnezu i 1 g chloru. Wraz z pierwiastkami biogennymi nazywane są  makroelementamimakroelementymakroelementami, gdyż ich ilość w organizmach jest na tyle duża, że łatwo da się ją określić wagowo. Pozostałe pierwiastki to tzw. mikroelementymikroelementymikroelementy, czyli pierwiastki występujące w ilościach śladowych, z których każdy stanowi mniej niż 0,01% suchej masysucha masasuchej masy. Są one równie ważne w rozwoju i funkcjonowaniu organizmów jak makroelementy. Należą do nich między innymi: żelazo, jod, miedź, cynk, fluor i krzem.

RMTZtkbapEXcl1

Ilustracja przedstawia cztery wykresy kołowe. Koła podzielone są na części, oznaczające procentowy udział pierwiastków. Różne kolory oznaczają różne pierwiastki. Pierwszy wykres w lewym górnym rogu przedstawia zawartość tlenu, węgla, wodoru azotu i innych pierwiastków w organizmach. Najwięcej jest tlenu, bo siedemdziesiąt procent. Wykres obok przedstawia udział tlenu, wodoru oraz chloru i innych pierwiastków w wodzie. Tu też najwięcej jest tlenu, aż osiemdziesiąt sześć procent. Dolny lewy wykres odnosi się do zawartości azotu, tlenu i innych gazów w atmosferze. Najwięcej jest azotu, siedemdziesiąt osiem procent. Sąsiedni wykres przedstawia udział tlenu, krzemu, glinu, żelaza, wapnia, magnezu i innych pierwiastków w skorupie ziemskiej. Tu najwięcej jest tlenu, czterdzieści pięć procent i krzemu, dwadzieścia sześć procent.

2. Związki chemiczne występujące w organizmach

Organizmy zbudowane są z tych samych podstawowych związków chemicznychzwiązek chemicznyzwiązków chemicznych, występujących jednak w różnych proporcjach. Ciało człowieka składa się przeciętnie w 65% z wody i w 2% z innych związków nieorganicznychzwiązek nieorganicznyzwiązków nieorganicznych. Resztę, czyli około 33%, stanowią cząsteczki związków organicznych zbudowanych z licznych pierwiastków, z których najważniejszy jest węgiel. Węgiel wyróżnia się zdolnością do tworzenia długich łańcuchów o zróżnicowanych kształtach. Stanowią one „szkielet”, do którego mogą dołączać inne pierwiastki. W ten sposób powstają złożone cząsteczki związków takich, jak białkabiałkabiałka, węglowodanywęglowodanywęglowodany, tłuszczetłuszczetłuszcze i  kwasy nukleinowekwasy nukleinowekwasy nukleinowe. Budują one ciała organizmów, są  źródłem energii dla ich funkcjonowania oraz regulują procesy w nich zachodzące. Do związków organicznych należą także witaminy odpowiedzialne za prawidłowy przebieg procesów życiowych.

RhDNU3fHP5NSK1

Ilustracja przedstawia schemat składników chemicznych, budujących organizm. Podzielono je na pierwiastki i związki organiczne. U góry są pierwiastki, które dzielą się na mikroelementy i makroelementy. U dołu znajduje się podział związków chemicznych na nieorganiczne i organiczne. Nieorganiczne to woda i związki mineralne. Organiczne to tłuszcze, węglowodany, białka, kwasy nukleinowe i inne.

3. Biologiczna funkcja wody

WodawodaWoda jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych substancji na Ziemi. Bez niej nie istniałoby życie. Znajduje się w komórkach i płynach tkankowych wypełniających przestrzenie międzykomórkowe oraz w płynach ustrojowych (np. we krwi) zwierząt. Występuje także w tkankach i organach roślin. Średnia zawartość wody w organizmach nie jest jednakowa, zależy od gatunku i środowiska życia, od wieku i stanu organizmu, a także od rodzaju narządu lub organu. Budowa chemiczna cząsteczki wody decyduje o jej właściwościach fizycznych, te zaś wpływają na jej funkcje biologiczne. Woda jest środowiskiem, w którym przebiega większość procesów życiowych, i rozpuszczalnikiem dla wielu związków chemicznych. Ponadto umożliwia regulację temperatury ciała oraz ma wpływ na wymiary i kształt komórek. Zarodki zwierząt rozwijają się w środowisku wodnym, które zapewnia im stałą temperaturę i wilgotność.

RD93ueWSELYvc1

Plansza przedstawia sześć wykresów, obrazujących zawartości wody w roślinach. Od największej, dziewięćdziesiąt pięć procent w płatkach kwiatów do najmniejszej, dziesięć procent w nasionach soi.

R13gOybAB7nJM1

Plansza przedstawia wykresy zawartości wody w organizmie człowieka w zależności od wieku. Od największej, dziewięćdziesiąt procent u niemowlęcia, do pięćdziesięciu procent u człowieka w wieku ponad sześćdziesiąt lat.

RB0yEUhUXAB3n1

Plansza przedstawia zawartość wody w organizmach zwierząt, grzybów i glonów. Najwięcej wody w ciele ma meduza, dziewięćdziesiąt siedem procent. U glonów i grzybów jest to około osiemdziesiąt procent. Najmniej wody znajduje się w ciele owadów, pięćdziesiąt procent.

R1SvprB41u4a71

Plansza przedstawia zawartość wody w narządach. Najwięcej jest we krwi, dziewięćdziesiąt procent. Mięśnie, mózg i wątroba składają się z około siedemdziesięciu pięciu procent wody. Kości zawierają trzydzieści procent wody, a zęby tylko dwie dziesiąte procenta.

R1GDbDRUvkswx1

Fotografia przedstawia przecięte naczynie krwionośne , z którego wylewa się krew. Dzięki właściwości rozpuszczania substancji woda umożliwia funkcję transportową krwi.

R16OdweReb49I1

Fotografia przedstawia rybę w wodzie, płynącą w kierunku obserwatora. Jest to ilustracja dużej pojemności cieplnej wody i jej znaczenia dla stworzenia stabilnego środowiska życia organizmów.

RxugrcCyfFSsJ1

Zdjęcie trzecie. Na zdjęciu przedramię człowieka przedstawione poziomo. Łokieć i dłoń niewidoczne. Skóra pokryta drobnymi kroplami potu. Pod skórą widoczne naczynia krwionośne

RmiKzUVXfv7zF1

Ilustracja przedstawia pionowy przekrój zbiornika wody zimą. Pozioma podziałka wskazuje temperaturę. Na powierzchni jest minus dziesięć stopni, pod lodem zero, a przy dnie zbiornika plus cztery stopnie. Pływają tam dwie ryby. Woda ma największą gęstość w temperaturze cztery stopnie Celsjusza, dzięki czemu nie zamarza i umożliwia przeżycie zimy organizmom wodnym. Fotografia przedstawia owada nartnika na powierzchni wody. Siły działające pomiędzy cząsteczkami wody tworzą tak zwaną błonę powierzchniową, po której owad może się „ślizgać”.

RLQ11hrX3lORq1

Zdjęcie piąte. Zdjęcie przedstawia gładką powierzchnię wody. Na powierzchni wody owad o długich odnóżach. Odnóża owada wspierają się na wodzie. W miejscach oparcia odnóży na wodzie, lekkie wklęsłe owalne kręgi

4. Węglowodany

Węglowodany, nazywane także cukrami, to bardzo rozpowszechnione w przyrodzie organiczne związki chemiczne zbudowane z atomów węgla, wodoru i tlenu. Należą do nich jednocząsteczkowe cukry proste, dwucukry i cukry o długich łańcuchach utworzonych z wielu cząsteczek cukrów prostych, tzw. wielocukry. Cukry o małych cząsteczkach łatwo rozpuszczają się w wodzie, a te o długich – słabo. Te pierwsze są słodkie, pozostałe nie mają smaku. Węglowodany stanowią dla wszystkich istot źródło energii, są także materiałem budulcowym i zapasowym. W przyrodzie duże znaczenie mają takie cukry proste, jak glukozaglukozaglukoza i fruktoza, będące materiałem energetycznym dla komórek, oraz ryboza i deoksyryboza – składniki kwasów nukleinowych. Do dwucukrów należą: sacharoza – używana na przykład do słodzenia herbaty, laktoza – cukier zawarty w mleku, maltoza – obecna w kiełkujących ziarnach zbóż, w nektarze i pyłku kwiatowym. Wielocukry powstają najczęściej z kilku tysięcy połączonych ze sobą cząsteczek glukozy. Należą do nich: skrobiaskrobiaskrobia, glikogenglikogenglikogen, celulozacelulozaceluloza i chitynachitynachityna.

R1cKviTSwLQMP1

Ilustracja przedstawia fioletowy sześciokąt. Jest to schemat cząsteczki glukozy.

R1SCCJufkBdoL1

Ilustracja przedstawia dwa połączone ze sobą sześciokąty, filetowy i zielony. Jest to schemat cząsteczki sacharozy.

RezbWepTerEFD1

Ilustracja przedstawia po lewej kilka bulw ziemniaków. Czerwona strzałka prowadzi w prawo do powiększenia komórki ziemniaka. W komórce znajdują się wybarwione na brązowo i fioletowo ziarna skrobi. Kolejna strzałka w prawo prowadzi do powiększenia cząsteczki skrobi. Zbudowana jest z wielu fioletowych sześciokątów, czyli cząsteczek glukozy.

R1W8XUluZa7sO1

Ilustracja przedstawia po lewej wątrobę człowieka w kolorze brunatnym. Czerwona strzałka prowadzi w prawo do powiększenia cząsteczki glikogenu. Zbudowana jest z wielu połączonych fioletowych sześciokątów, skręconych w spirale.

Rtc8kEqEznqoC1

Ilustracja przedstawia po lewej zielony liść. W prawo znajduje się powiększenie kilku komórek liścia, oddzielonych od siebie białymi ścianami. Czerwona strzałka prowadzi w prawo do powiększenia ściany komórkowej, złożonej z błękitnych włókien celulozy, ułożonych warstwami na przemian. Dalej po prawej znajduje się powiększenie cząsteczki celulozy, zbudowanej z wielu fioletowych sześciokątów, czyli cząsteczek glukozy.

5. Tłuszcze

Tłuszcze są zbudowane z węgla, tlenu i wodoru. Związki te stanowią doskonały materiał zapasowy, który jest bogatym źródłem energii dla procesów zachodzących w komórkach. U roślin tłuszcze są gromadzone w postaci oleju, głównie w nasionach i niektórych owocach. Tłuszcze zwierzęce mają formę stałą. Magazynowane są najczęściej w podskórnej tkance tłuszczowej, a także na nerkach, wątrobie, sercu – narządach ważnych dla życia. Pełnią tam funkcje osłaniające i podporowe. Gruba warstwa tkanki podskórnej ochrania zwierzęta przed urazami mechanicznymi. Zabezpiecza również przed niską temperaturą otoczenia, będąc doskonałym materiałem termoizolacyjnym. Pochodne tłuszczów, zwane fosfolipidami, są bardzo ważnymi składnikami budującymi błony komórkowe wszystkich istot żywych.

RWDLCv1rL6PE21

Ilustracja przedstawia model cząsteczki tłuszczu. Cząsteczka tłuszczu ma kształt trzech niemal równoległych długich walców zbudowanych z cząsteczek węgla. Na nich leżą liczne białe kulki wodoru i nieliczne czerwone kulki tlenu

6. Białka

Białka to związki organiczne, w skład których wchodzą pierwiastki takie, jak węgiel, wodór, tlen oraz azot i siarka. Białka są złożone z  aminokwasów połączonych ze sobą w długie łańcuchy. W przyrodzie istnieje zaledwie dwadzieścia aminokwasów, ale są dziesiątki tysięcy białek. Każdy aminokwas występuje w białku wielokrotnie. Kolejność aminokwasów w łańcuchu białka decyduje o olbrzymiej różnorodności tych związków, a co za tym idzie – o różnych funkcjach białek. Białka budulcowe są składnikiem wszystkich organizmów, wchodzą m.in. w skład błon komórkowych. Białka enzymatyczne decydują o przebiegu wszystkich reakcji biochemicznych w organizmach. Białka odpornościowe, czyli przeciwciała, walczą z ciałami obcymi, które wnikają do organizmu i mogą wywołać infekcję lub uczulenie. Hormon wzrostu i insulina są przykładami białek regulujących funkcjonowanie organizmu. Są też białka umożliwiające skurcz mięśni. Z kolei białka transportujące przenoszą różne substancje między komórkami. U roślin mogą stanowić materiał zapasowy. Szczególnie bogate w białka są nasiona grochu, fasoli, bobu, soi i soczewicy. Zdarza się często, że omawiane związki mogą być wykorzystane jako źródło energii. Właściwości białek zależą od ich złożonej struktury przestrzennej.

R1KQryQzoTjtE1

Ilustracja przedstawia zbiór kolorowych figur geometrycznych, obrazujących aminokwasy. Są tu kwadraty, prostokąty, kółka, romby, trójkąty. Poniżej znajdują się trzy łańcuchy białek, ułożone z tych figur. Każdy łańcuch ma inną kolejność aminokwasów, dlatego jest to inne białko.

7. Kwasy nukleinowe

Kwasy nukleinowe – występujące we wszystkich organizmach i w wirusach – to związki organiczne, w których zapisana jest informacja genetyczna, czyli „przepis na organizm”. Mimo że zawartość kwasów nukleinowych w komórkach wynosi tylko około 1%, ich rola w życiu organizmów jest niezwykle ważna. Każdy osobnik danego gatunku ma charakterystyczny, niepowtarzalny materiał genetyczny, od którego w znacznym stopniu zależą jego wygląd, rozwój i funkcjonowanie.
Cząsteczki kwasów nukleinowych przyjmują postać łańcuchów składających się z tysięcy powtarzających się w różnym układzie czterech podstawowych jednostek – nukleotydów. Ich kolejność, podobnie jak kolejność liter w zdaniu, stanowi treść „przepisu na organizm”. Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) tworzą dwie skręcone wokół siebie nici.

R1Iao2tfYkve21

Ilustracja przedstawia schemat budowy kwasów nukleinowych. Po lewej umieszczono owal, zaznaczony przerywaną linią, obrazujący nukleotyd. Znajduje się w nim żółte kółko z literą P, czyli fosforan. Jest on połączony z zielonym pięciokątem z literą O, czyli cukrem. Powyżej łączy się z nim różowy sześciokąt, czyli zasada. Po prawej przedstawiono cząsteczkę DNA. Wygląda jak spiralnie skręcona drabinka, zbudowana z szarych wstęg, połączonych ze sobą kolorowymi nukleotydami.

Podsumowanie

• Wśród pierwiastków budujących organizmy wyróżnia się makroelementy i mikroelementy.

• Pierwiastkami, bez których nie istniałoby życie, są węgiel, wodór, azot, tlen, fosfor i siarka.

• Węgiel stanowi podstawowy składnik związków organicznych.

• Szczególne właściwości wody sprawiają, że jest ona niezbędnym składnikiem wszystkich organizmów.

• Białka, tłuszcze, węglowodany, kwasy nukleinowe to podstawowe związki organiczne wchodzące w skład organizmów.

• Glukoza jest głównym źródłem energii w komórkach.

• Wielocukry pełnią funkcje budulcowe i zapasowe.

• Białka są podstawowym materiałem budulcowym komórek, regulują ponadto przebieg procesów życiowych organizmów.

• Tłuszcze są źródłem energii i materiałem zapasowym dla roślin i zwierząt.

• DNA jest nośnikiem informacji genetycznej.

Słowniczek

Zadania