10 класс. Биология. Вода и её роль в жизнедеятельности клетки

Комментарии преподавателя

 1. Введение

Цель урока – озна­ком­ле­ние со струк­ту­рой мо­ле­ку­лы воды, и её ролью в жиз­не­де­я­тель­но­сти клет­ки. 

 2. Вода. Общее значение

Вода яв­ля­ет­ся одним из самых рас­про­стра­нен­ных ве­ществ на нашей пла­не­те. Для мно­гих живых ор­га­низ­мов вода важна вдвойне, т.к. она не толь­ко вхо­дит в со­став их кле­ток, но и яв­ля­ет­ся сре­дой оби­та­ния (рис. 1).

Рис. 1. Вода, как среда оби­та­ния. Часть ко­рал­ло­во­го рифа

В клет­ке в ко­ли­че­ствен­ном от­но­ше­нии, вода за­ни­ма­ет пер­вое место среди всех хи­ми­че­ских со­еди­не­ний.

Вода в ор­га­низ­ме бы­ва­ет сво­бод­ной и свя­зан­ной.

Сво­бод­ная вода вхо­дит в со­став ци­то­плаз­мы клет­ки, ва­ку­о­ли; за­пол­ня­ет меж­кле­точ­ное про­стран­ство, со­су­ды, про­стран­ство между ор­га­на­ми, - она нужна для транс­пор­та и пе­ре­но­са ве­ществ.

Свя­зан­ная вода вхо­дит в со­став кле­точ­ных струк­тур (бел­ков, мем­бран) и под­дер­жи­ва­ет их струк­ту­ру.

Вода имеет ряд свойств, ис­клю­чи­тель­но важ­ных для живых ор­га­низ­мов. Уни­каль­ные свой­ства воды опре­де­ля­ют­ся струк­ту­рой её мо­ле­ку­лы.

 3. Молекула воды

Мо­ле­ку­ла воды со­сто­ит из атома кис­ло­ро­да и двух ато­мов во­до­ро­да.

Атом кис­ло­ро­да как более элек­тро­от­ри­ца­тель­ный, чем атомы во­до­ро­да, от­тя­ги­ва­ет элек­трон­ную плот­ность на себя. В ре­зуль­та­те она сме­ща­ет­ся в его сто­ро­ну, и на ато­мах во­до­ро­да воз­ни­ка­ет ча­стич­но по­ло­жи­тель­ный заряд, а на атоме кис­ло­ро­да ча­стич­но от­ри­ца­тель­ный заряд.

Так как атомы в мо­ле­ку­ле воды об­ра­зу­ют угол (рис. 2), один конец мо­ле­ку­лы воды несет по­ло­жи­тель­ный заряд, а дру­гой – от­ри­ца­тель­ный. Такую мо­ле­ку­лу на­зы­ва­ют ди­по­лем (рис. 2), или по­ляр­ной мо­ле­ку­лой.

Рис. 2. Рас­пре­де­ле­ние за­ря­да в мо­ле­ку­ле воды

 4. Водородная связь

Ча­стич­ный по­ло­жи­тель­ный заряд атома во­до­ро­да одной мо­ле­ку­лы вза­и­мо­дей­ству­ет с ча­стич­ным от­ри­ца­тель­ным за­ря­дом атома кис­ло­ро­да дру­гой мо­ле­ку­лы. Между ними воз­ни­ка­ет элек­тро­ста­ти­че­ское вза­и­мо­дей­ствие, и об­ра­зу­ют­ся во­до­род­ные связи. Во­до­род­ные связи сла­бые, но в воде их до­ста­точ­но много, по­это­му уни­каль­ные свой­ства воды как раз и опре­де­ля­ет­ся на­ли­чи­ем во­до­род­ных свя­зей в воде.

Рис. 3. Схема об­ра­зо­ва­ния во­до­род­ной связи между раз­но­имен­но за­ря­жен­ны­ми ато­ма­ми в двух мо­ле­ку­лах воды

Учи­ты­вая дан­ную спо­соб­ность воды, рас­смот­рим те свойств воды, ко­то­рые важны с био­ло­ги­че­ской точки зре­ния.

 5. Биологически важные свойства воды

Вода - уни­вер­саль­ный рас­тво­ри­тель. Она пре­вос­ход­ный рас­тво­ри­тель для по­ляр­ных со­еди­не­ний. К ним от­но­сят­ся ион­ные со­еди­не­ния, такие как соли, у ко­то­рых за­ря­жен­ные ча­сти­цы, ионы, дис­со­ци­и­ру­ют, то есть от­де­ля­ют­ся друг от друга в воде, когда ве­ще­ство рас­тво­ря­ет­ся.

Рис. 4. Рас­тво­ре­ние по­ляр­но­го ве­ще­ства в овде. Об­ра­зо­ва­ние ионов с гид­рат­ной обо­лоч­кой

А также со­еди­не­ния, на­при­мер, са­ха­ра и про­стые спир­ты, в мо­ле­ку­лах ко­то­рых при­сут­ству­ют за­ря­жен­ные груп­пы, то есть эти ве­ще­ства имеют функ­ци­о­наль­ные груп­пы для вза­и­мо­дей­ствия с водой (рис. 4).

Рис. 5. Гид­ро­лиз са­ха­ро­зы в воде

В рас­тво­ре мо­ле­ку­лы или ионы ве­ще­ства на­чи­на­ют быст­рее дви­гать­ся, и ре­ак­ци­он­ная спо­соб­ность этого ве­ще­ства воз­рас­та­ет. Все био­хи­ми­че­ские про­цес­сы про­хо­дят в вод­ных рас­тво­рах.

По­ляр­ные ве­ще­ства «ли­пи­ды» не сме­ши­ва­ют­ся с водой, и по­это­му могут раз­де­лять вод­ные рас­тво­ры на от­дель­ные ком­парт­мен­ты. Непо­ляр­ные части мо­ле­кул от­тал­ки­ва­ют­ся водой, и в ее при­сут­ствии при­тя­ги­ва­ют­ся друг к другу.

Непо­ляр­ные мо­ле­ку­лы вза­и­мо­дей­ству­ют с водой по-дру­го­му – они со­би­ра­ют­ся в капли, об­ра­зу­ют плен­ки. Такие ве­ще­ства на­зы­ва­ют гид­ро­фоб­ны­ми.  

Рис. 6. Масло - ве­ще­ство, ко­то­рое не рас­тво­ря­ет­ся в воде – на по­верх­но­сти воды оно об­ра­зу­ет плен­ки (слева) или со­би­ра­ет­ся в капли (спра­ва)

По­доб­ные гид­ро­фоб­ные вза­и­мо­дей­ствия иг­ра­ют важ­ную роль в обес­пе­че­нии ста­биль­но­сти мо­ле­кул суб­кле­точ­ных струк­тур, а также бел­ков и нук­ле­и­но­вых кис­лот.

Вода об­ла­да­ет боль­шой теп­ло­ём­ко­стью. То есть по­гло­ща­ет боль­шое ко­ли­че­ство теп­ло­вой энер­гии при ми­ни­маль­ном по­вы­ше­нии соб­ствен­ной тем­пе­ра­ту­ры.

Это до­сти­га­ет­ся за счёт того, что боль­шое ко­ли­че­ство энер­гии тра­тит­ся на раз­рыв во­до­род­ных свя­зей. Боль­шая теп­ло­ём­кость воды за­щи­ща­ет ор­га­низ­мы от пе­ре­гре­ва. И кроме этого со­зда­ет по­сто­ян­ные усло­вия для про­те­ка­ния био­хи­ми­че­ских про­цес­сов в ор­га­низ­ме.

Вода об­ла­да­ет боль­шой теп­ло­про­вод­но­стью, что обес­пе­чит рав­но­мер­ное рас­пре­де­ле­ние тепла по всему ор­га­низ­му. За счёт этого, био­хи­ми­че­ские про­цес­сы и все про­цес­сы жиз­не­де­я­тель­но­сти про­хо­дят в от­но­си­тель­но по­сто­ян­ных усло­ви­ях.

У воды от­но­си­тель­но боль­шая теп­ло­та ис­па­ре­ния. Ис­па­ре­ние воды со­про­вож­да­ет­ся охла­жде­ние ор­га­низ­ма, по­то­му что боль­шое ко­ли­че­ство энер­гии тра­тит­ся на раз­рыв во­до­род­ных свя­зей, и эта энер­гия чер­па­ет­ся из окру­жа­ю­щей среды.

Вода прак­ти­че­ски не сжи­ма­ет­ся, со­зда­вая тем самым тур­гор­ное дав­ле­ние, опре­де­ляя объем и упру­гость кле­ток и тка­ней. На­при­мер, бла­го­да­ря этому наша кожа упру­га, а у круг­лых чер­вей и медуз име­ет­ся гид­ро­ста­ти­че­ский ске­лет.  

Вода ха­рак­те­ри­зу­ет­ся боль­шим по­верх­ност­ным на­тя­же­ни­ем, что свя­за­но с об­ра­зо­ва­ни­ем во­до­род­ных свя­зей между мо­ле­ку­ла­ми воды и дру­ги­ми со­еди­не­ни­я­ми.

Рис. 7. Ис­поль­зо­ва­ние по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния жи­вы­ми ор­га­низ­ма­ми. Во­до­мер­ка бежит по воде (слева). Кровь дви­жет­ся по ка­пил­ля­ру (спра­ва)

Бла­го­да­ря силе по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния воды про­ис­хо­дит ка­пил­ляр­ный кро­во­ток в нашем ор­га­низ­ме, вос­хо­дя­щий и нис­хо­дя­щий токи воды в теле рас­те­ний. Мно­гие мел­кие ор­га­низ­мы из­вле­ка­ют для себя поль­зу из этого по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния, оно поз­во­ля­ет им удер­жи­вать­ся на воде или сколь­зить по её по­верх­но­сти.

Рис. 8. Ос­нов­ные био­ло­ги­че­ски важ­ные свой­ства воды

Таким об­ра­зом, мы рас­смот­ре­ли струк­ту­ру и свой­ства воды.

Зна­че­ние по­то­от­де­ле­ния

По­то­от­де­ле­ние – это вы­де­ле­ние жид­ко­го сек­ре­та на по­верх­ность кожи. Вме­сте с потом вы­де­ля­ют­ся такие ве­ще­ства, как ами­но­кис­ло­ты, мыла, жир­ные кис­ло­ты, ам­ми­ак, хо­ле­сте­рин – ве­ще­ства, ко­то­рые яв­ля­ют­ся про­дук­та­ми жиз­не­де­я­тель­но­сти живых ор­га­низ­мов. Также с потом могут вы­де­лять­ся ионы тя­же­лых ме­тал­лов, ко­то­рые слу­чай­но по­па­ли в ор­га­низм

Со­став пота на раз­ных участ­ках че­ло­ве­че­ско­го тела не оди­на­ков, и за­ви­сит от раз­ных фак­то­ров: от со­сто­я­ния ор­га­низ­ма, от типа пи­та­ния, от дей­ствия дру­гих фак­то­ров (на­при­мер, влаж­но­сти среды, тем­пе­ра­ту­ры среды), а также от фи­зи­че­ских на­гру­зок.

Раз­ли­ча­ют тер­ми­че­ское и пси­хо­ген­ное по­то­от­де­ле­ние.

Рис. 9. Виды по­то­от­де­ле­ния

Тер­ми­че­ское по­то­от­де­ле­ние, за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры окру­жа­ю­щей среды, яв­ля­ет­ся одним из ме­ха­низ­мов тер­мо­ре­гу­ля­ции, то есть спа­са­ет наш ор­га­низм от пе­ре­гре­ва. Тер­ми­че­ское по­то­от­де­ле­ние раз­ви­ва­ет­ся в те­че­нии несколь­ких минут.  

Пси­хо­ген­ное по­то­от­де­ле­ние за­ви­сит от эмо­ци­о­наль­но­го со­сто­я­ния.

Пси­хо­ген­ное по­то­от­де­ле­ние может раз­ви­вать­ся на раз­ных участ­ках тела че­ло­ве­ка, это могут быть даже по­дош­вы ног, по­душ­ки паль­цев; и раз­ви­ва­ет­ся в те­че­нии несколь­ких се­кунд.

Плот­ность воды и по­ве­де­ние её вб­ли­зи точки за­мер­за­ния

Плот­ность воды мак­си­маль­но при +4оС. Она умень­ша­ет­ся от +4 до 0, то есть лёд менее плот­ный (а зна­чит более лег­кий), чем вода.

Рис. 10. Лед, пла­ва­ю­щий по по­верх­но­сти воды (слева), и ор­га­низ­мы, жи­ву­щие подо льдом (спра­ва)

Это имеет боль­шое зна­че­ние для живых ор­га­низ­мов, оби­та­ю­щих в воде, по­то­му что во­до­е­мы за­мер­за­ют свер­ху, и мно­гие ор­га­низ­мы со­хра­ня­ют в них жиз­не­спо­соб­ность подо льдом.

Если бы во­до­е­мы за­мер­за­ли бы снизу, от дна, тогда бы все эти живые ор­га­низ­мы по­гиб­ли бы зимой.

источник конспекта - http://interneturok.ru/ru/school/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/voda-i-eyo-rol-v-zhiznedeyatelnosti-kletki

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=UV_KBari7IY

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=iWV301UCPFU

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=Ho621rq82Qg

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=MllI3wMezXU

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=yrueRLAa84Q

источник презентации - http://www.myshared.ru/slide/download/

Файлы