Chemiczna budowa organizmów
Wszystkie istoty żyjące na naszej planecie mają zdumiewająco wiele wspólnego. Nie tylko składają się niemal z tych samych cząsteczek chemicznych, ale i cząsteczki te podlegają w ich organizmach bardzo podobnym przemianom.
z jakich substancji są zbudowane organizmy,
jaka jest rola cukrów, białek i tłuszczów.
Wymienisz najważniejsze pierwiastki budujące ciała organizmów.
Omówisz rodzaje związków budujących organizmy.
Wyjaśnisz znaczenie wody w życiu organizmów.
Wymienisz podstawowe grupy związków chemicznych występujących w organizmach: białka, cukry, tłuszcze, kwasy nukleinowe, woda, sole mineralne i podasz ich funkcje.
1. Pierwiastki budujące organizmy
Wszystkie organizmy zbudowane są z pierwiastkówpierwiastków.
Czy wiesz, z jakich pierwiastków jest zbudowany organizm człowieka? Składa się, tak jak inne organizmy, głównie z tlenu, węgla, wodoru, azotu, wapnia i fosforu.
W jednym kilogramie ciała człowieka znajduje się 650 g tlenu, 180 g węgla,
100 g wodoru, 30 g azotu, 15 g wapnia i 10 g fosforu. W znacznie mniejszej ilości występują m.in. potas, siarka, sód, magnez i chlor.
Jesteśmy głównie zbudowani z wody. Co ciekawe, woda jest jedną z najcięższych substancji występujących w przyrodzie, mimo że tworzą ją jedne z najlżejszych pierwiastków.
Nazwa pierwiastka | Znaczenie biologiczne |
---|---|
węgiel | podstawowy składnik wszystkich białek, cukrów, tłuszczów, kwasów nukleinowych |
warunkuje życie na Ziemi | |
wodór | wchodzi w skład wszystkich białek, cukrów, tłuszczów, kwasów nukleinowych |
składnik wody | |
tlen | składnik wody i innych związków chemicznych |
jeden z gazów występujących w powietrzu | |
niezbędny do oddychania dla większości organizmów | |
azot | składnik białek i kwasów nukleinowych |
siarka | wchodzi w skład wielu białek |
fosfor | składnik kwasów nukleinowych |
buduje kości i zęby | |
wapń | składnik kości, muszli mięczaków, ścian komórkowych roślin |
niezbędny w procesie krzepnięcia krwi i skurczu komórek mięśniowych | |
potas i sód | regulują ilość wody w organizmie |
biorą udział w przekazywaniu sygnałów z jednej komórki nerwowej do drugiej | |
magnez | reguluje pracę układu nerwowego |
niezbędny w procesach fotosyntezy i oddychania | |
składnik zielonego barwnika roślin – chlorofilu | |
chlor | tworzy kwas solny – składnik soku żołądkowego |
żelazo | składnik hemoglobiny – czerwonego barwnika krwi |
Jaki wpływ na rozwój rzeżuchy mają pierwiastki zawarte w wodzie mineralnej?
nasiona rzeżuchy
2 talerzyki
wata
woda mineralna o znanym składzie pierwiastkowym
woda destylowana (woda pozbawiona gazu i soli mineralnych, czyli zdemineralizowana).
Próba kontrolna
rzeżucha podlewana wodą destylowaną
Próba badawcza
rzeżucha podlewana wodą mineralną
Na jednym talerzyku ułóż grubą warstwę waty zwilżonej wodą destylowaną (próba kontrolna), a na drugim grubą warstwę waty zwilżonej wodą mineralną (próba badawcza).
Rozsyp na wacie po 30 nasion i ustaw talerzyki w nasłonecznionym miejscu o stałej temperaturze (ok. 20°C).
Podlewaj nasiona wodą destylowaną (próba kontrolna) lub mineralną (próba badawcza). Pilnuj, żeby wata nie wyschła. Po 2 dniach nasiona powinny wykiełkować.
Przez 14 dni codziennie dokonuj pomiarów i porównuj wysokość wykiełkowanych roślin na obu talerzykach.
Zapisz wyniki doświadczenia.
Sformułuj i zapisz wniosek.
R18kSqciDPYIA
Niektóre pierwiastki są dla organizmów szkodliwe. Pierwiastki te to metale ciężkie. Należą do nich ołów, glin, rtęć, arsen i kadm. Z zanieczyszczonego środowiska lub pożywienia metale ciężkie przenikają do organizmów, powodując np. uszkodzenie nerek i wątroby.
2. Związki chemiczne występujące w organizmach
Pierwiastki łączą się ze sobą i tworzą związki chemicznezwiązki chemiczne, takie jak wodawoda (związek tlenu i wodoru), białkabiałka, cukrycukry, tłuszczetłuszcze i kwasy nukleinowekwasy nukleinowe. Organizmy zbudowane są z tych samych związków chemicznych, występujących jednak w różnych proporcjach. Związki chemiczne są też dla nich źródłem energii i regulują procesy w nich zachodzące.
Do związków chemicznych budujących organizmy należą także witaminy odpowiedzialne za prawidłowy przebieg procesów życiowych.
Składniki | Rośliny | Zwierzęta |
woda | 75 | 60 |
związki mineralne | 2 | 4 |
cukry | 18 | 5,8 |
tłuszcze | 0,5 | 11 |
białka | 4 | 19 |
kwasy nukleinowe | 0,5 | 0,2 |
3. Biologiczna funkcja wody
Woda jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych substancji na Ziemi. Bez niej nie istniałoby życie. Znajduje się m.in. w komórkach i w płynach (np. we krwi) zwierząt. Występuje także w tkankach i organach roślin. Średnia zawartość wody w organizmach nie jest jednakowa – zależy od gatunkugatunku, środowiska życia i od wieku danego organizmu, a także od rodzaju narządu lub organu.
Woda:
stanowi środowisko, w którym przebiega większość przemian chemicznych i procesów życiowych w organizmie (np. fotosynteza),
jest dobrym rozpuszczalnikiemrozpuszczalnikiem, dzięki czemu umożliwia rozpuszczanie i transport różnych związków chemicznych w organizmie i usuwanie wraz z moczem niepotrzebnych i szkodliwych substancji,
umożliwia regulację temperatury ciała: człowiek oddaje ciepło do otoczenia przez pocenie się, co skutkuje ochłodzeniem organizmu,
ma wpływ na wymiary i kształt komórek,
stanowi środowisko dla rozwoju zarodków zwierząt, zapewniając im stałą temperaturę i wilgotność.
Galeria ilustracji dotyczących udziału wody w składzie różnych organizmów
Galeria zdjęć ilustrujących funkcje wody
Problem badawczy: Czy liście różnych roślin różnią się zawartością wody?
kilka świeżych liści różnych roślin
żaroodporne naczynie
piekarnik
waga laboratoryjna
Zważ osobno wszystkie liście.
Włóż je do naczynia żaroodpornego, a następnie umieść w piekarniku nagrzanym do 40 °C na 6 godzin.
Zważ wysuszone liście.
Zapisz wyniki i wyciągnij wnioski. Określ, która hipoteza jest prawdziwa, a która fałszywa.
4. Sole mineralne
Organizm człowieka potrzebuje soli mineralnych, które zawierają sód, chlor, potas, wapń, fosfor, magnez, siarkę i żelazo.
Sole mineralne budują zęby, kości, skórę i włosy. Ponadto zawartość soli jest konieczna do utrzymania równowagi płynów krążących w naczyniach krwionośnych, dlatego też ilość soli usuwanych z organizmu z potem, moczem i kałem musi być uzupełniana. Trafiają one do organizmu w formie rozpuszczonej w pokarmach lub wodzie.
5. Cukry
Cukry, nazywane także węglowodanami, to bardzo rozpowszechnione w przyrodzie związki chemiczne zbudowane z węgla, wodoru i tlenu. Cukry o małych cząsteczkach łatwo rozpuszczają się w wodzie, a te o długich – słabo. Te pierwsze są słodkie, pozostałe nie mają smaku.
Cukry są:
materiałem energetycznym (np. glukozaglukoza i fruktoza występujące w owocach i miodzie); są potrzebne do prawidłowego funkcjonowania organizmów, np. pracy mięśni i mózgu (mózg każdego dnia potrzebuje ok. 130 g glukozy),
materiałem budulcowym (np. celulozaceluloza, która buduje ściany komórkowe roślin, chitynachityna, która tworzy ściany komórkowe grzybów, a także pancerzyki owadów i skorupiaków)
materiałem zapasowym (np. skrobiaskrobia gromadzona m.in. w bulwach ziemniaków). Zgromadzone substancje zapasowe rośliny wykorzystują do wzrostu i rozwoju.
Galeria zdjęć ilustrujących funkcje wybranych cukrów
Problem badawczy: Jaki kształt mają ziarna skrobi obecne w bulwach ziemniaka?
surowy ziemniak
nożyk
przybory do mikroskopowania
mikroskop
Przekrój ziemniak. Zbierz nożykiem płyn, który pojawił się w miejscu cięcia.
Odrobinę płynu umieść na szkiełku podstawowym i dodaj kroplę wody. Przykryj preparat szkiełkiem nakrywkowym.
Obejrzyj preparat pod mikroskopem.
Wykonaj rysunek.
Wyciągnij wnioski i określ, czy postawiona hipoteza jest prawdziwa czy fałszywa.
Celuloza zawarta w roślinach nie jest trawiona przez większość ssaków. Zwierzęta roślinożerne mogą wykorzystywać celulozę jako pokarm dzięki zamieszkującym ich przewód pokarmowy drobnoustrojom, które są zdolne do rozkładu celulozy.
6. 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 tkance tłuszczowej znajdującej się pod skórą, a także na nerkach, wątrobie i sercu, gdzie pełnią funkcje osłaniające: ochraniają narządy przed uszkodzeniami. Ochraniają również przed niską temperaturą otoczenia.
7. Białka
Białka to związki chemiczne, w skład których wchodzi węgiel, wodór, tlen oraz azot i siarka.
Białka pełnią liczne funkcje, m.in.:
budują organizmy – np. keratyna buduje włosy, pióra, paznokcie i rogi, kolagen skórę, ścięgna i więzadła; białka są też głównym składnikiem mięśni;
są materiałem zapasowym – np. białka występujące w nasionach niektórych roślin, mioglobina gromadząca tlen w mięśniach;
transportują substancje – np. hemoglobina przenosi tlen i dwutlenek węgla we krwi;
regulują przebieg procesów życiowych – np. enzymy, które przyspieszają szybkość reakcji chemicznych;
biorą udział w reakcji odpornościowej organizmu – np. globuliny walczą z bakteriami i wirusami, które wnikają do organizmu i mogą wywołać infekcję.
Szczególnie bogate w białka są pokarmy pochodzenia zwierzęcego (mięso, nabiał), nasiona grochu, fasoli, bobu, soi i soczewicy.
8. Kwasy nukleinowe
Kwasy nukleinowe – występujące we wszystkich organizmach i wirusach – to związki chemiczne, w których zapisana jest informacja genetyczna, czyli „przepis na organizm”. Najczęściej występującym kwasem nukleinowym jest DNA (wym. de en a). Mimo że zawartość kwasów nukleinowych w komórkach wynosi tylko ok. 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 (np. kolor oczu, włosów, skóry) i funkcjonowanie.
Podsumowanie
Pierwiastkami, które tworzą organizmy niemal w całości, są węgiel, tlen, wodór, azot, wapń i fosfor. Pozostałe niezbędne do życia pierwiastki to siarka, potas, sód, magnez, chlor i żelazo.
Podstawowe grupy związków chemicznych występujących w organizmach to: woda, sole mineralne, białka, cukry, tłuszcze i kwasy nukleinowe.
Woda jest niezbędnym związkiem chemicznym wszystkich organizmów.
W wodzie przebiega większość przemian chemicznych i procesów życiowych w organizmie. Ponadto jest ona dobrym rozpuszczalnikiem, umożliwia regulację temperatury ciała, wpływa na rozmiar i kształt komórek oraz stanowi środowisko dla rozwoju zarodków zwierząt.
Cukry są źródłem energii w komórkach, stanowią materiał budulcowy i zapasowy.
Białka są podstawowym materiałem budulcowym komórek. Ponadto regulują przebieg procesów życiowych organizmów.
Tłuszcze są źródłem energii i materiałem zapasowym.
DNA jest nośnikiem informacji genetycznej.
Praca domowa
Słownik
związki chemiczne; występują we wszystkich organizmach; pełnią funkcje budulcowe, enzymatyczne, transportujące, odpornościowe i regulacyjne
cukier nierozpuszczalny w wodzie; buduje ściany komórkowe roślin
cukier nierozpuszczalny w wodzie; buduje ściany komórkowe grzybów i szkielety zewnętrzne owadów
inaczej węglowodany; związki chemiczne złożone z węgla oraz wodoru i tlenu; jedna z podstawowych grup związków chemicznych wytwarzanych przez organizmy
grupa osobników, które mogą się ze sobą rozmnażać, dając płodne potomstwo
jeden z cukrów, będący podstawowym źródłem energii dla organizmów
związki chemiczne; przechowują informację genetyczną organizmu; znane są dwa podstawowe typy naturalnych kwasów nukleinowych: kwasy deoksyrybonukleinowe (DNA) i kwasy rybonukleinowe (RNA)
substancja, której nie można rozłożyć na substancje prostsze
substancja zdolna do rozpuszczania innych substancji
cukier zbudowany z cząsteczek glukozy, nierozpuszczalny w wodzie; materiał zapasowy roślin
związki chemiczne; stanowią substancje zapasowe roślin i zwierząt; chronią ciało przed utratą ciepła
jedna z najczęściej spotykanych substancji na Ziemi; stanowi największą część masy organizmów; dobrze rozpuszcza związki chemiczne; uczestniczy w przebiegu większości reakcji chemicznych w komórkach; transportuje produkty przemiany materii i substancje odżywcze
substancja złożona z wybranych pierwiastków trwale połączonych w cząsteczki
Zadania
Przyporządkuj nazwy węglowodanów do właściwej kategorii.
chityna, glukoza, celuloza, glikogen, skrobia
materiał energetyczny | |
---|---|
materiał budulcowy |
Połącz w pary nazwy rodzajów białek i opisy ich funkcji.
decydują o przebiegu reakcji biochemicznych w organizmach, wpływają na prawidłowe funkcjonowanie organizmu, wspomagają przenoszenie substancji między komórkami, wchodzą w skład błon biologicznych, niszczą ciała obce atakujące organizmy
białka budulcowe | |
białka enzymatyczne | |
białka transportujące | |
białka odpornościowe | |
białka regulujące |