Решебник по биологии 8 класс Соловьева §3

Вещества, входящие в состав клеток, делятся на две большие группы: органические и неорганические. Такое деление основано на химической природе соединений и их происхождении. Органические вещества обязательно содержат углерод в сочетании с водородом и другими элементами. Неорганические вещества могут содержать углерод, но никогда — в связке с водородом (например, углекислый газ относится к неорганическим). Органические вещества являются основой строения и функционирования живых организмов. Неорганические вещества также важны, так как обеспечивают обмен веществ, поддержание водного баланса, электролитного состава. Таким образом, клетка состоит из соединений обеих групп.

К неорганическим веществам относятся вода, минеральные соли и газы (углекислый газ, кислород). Вода составляет большую часть массы клетки и обеспечивает среду для протекания всех биохимических реакций. Минеральные соли поддерживают осмотическое давление, участвуют в формировании скелета, костей, раковин у различных организмов. Ионы солей участвуют в передаче нервных импульсов и сокращении мышц. Кислород необходим для процессов дыхания, а углекислый газ — для фотосинтеза у растений. Хотя их роль велика, неорганические вещества не являются основой живой материи, в отличие от органических.

К органическим веществам относятся углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты. Эти соединения всегда содержат углерод, водород, а также кислород, азот, фосфор и серу. Белки являются основным строительным материалом клетки, катализируют реакции в виде ферментов. Углеводы служат источником энергии, образуют клеточные стенки растений. Жиры участвуют в построении мембран и запасании энергии. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) хранят и передают наследственную информацию. В отличие от неорганических, органические вещества определяют специфику живых организмов.

К основным органическим веществам клетки относятся углеводы, белки, липиды (жиры) и нуклеиновые кислоты. Все они содержат углерод, водород, кислород, а также другие элементы — азот, фосфор, сера. Углеводы выполняют энергетическую и структурную функции, входят в состав клеточных стенок растений. Белки являются строительным материалом клеток и катализаторами всех биохимических процессов. Липиды участвуют в построении мембран, запасают энергию и защищают клетки от потерь воды. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) отвечают за хранение, передачу и реализацию наследственной информации. Также к органическим веществам относят витамины, гормоны, АТФ и другие молекулы.

Полимеры — это сложные органические вещества, состоящие из большого числа одинаковых или сходных по строению звеньев — мономеров, соединённых в длинные цепи. Эти звенья связаны между собой прочными ковалентными связями. Примером полимера может служить белок, состоящий из аминокислот, или полисахарид, построенный из моносахаридов. Полимеры могут быть линейными или разветвлёнными, а их структура влияет на свойства вещества. В живых организмах полимеры выполняют структурную, транспортную, каталитическую и генетическую функции. Важной особенностью полимеров является их способность разбираться на мономеры и снова синтезироваться из них.

К органическим веществам, которые являются полимерами, относятся белки, полисахариды (например, крахмал, гликоген, целлюлоза) и нуклеиновые кислоты. Белки состоят из мономеров — аминокислот, полисахариды — из моносахаридов (глюкоза, фруктоза), нуклеиновые кислоты — из нуклеотидов. Липиды (жиры) не являются полимерами, так как они состоят из небольшой молекулы глицерина и жирных кислот, которые не образуют длинных повторяющихся цепей. Витамины, гормоны, АТФ также не являются полимерами. Таким образом, не все органические вещества клетки относятся к полимерам, это зависит от их молекулярной структуры.

Полимеры состоят из мономеров — одинаковых или похожих по строению небольших молекул, соединённых между собой в длинные цепочки. Эти связи носят ковалентный характер, обеспечивая прочность и устойчивость всей молекулы. Полимеры могут иметь линейное строение, когда мономеры соединены последовательно, либо разветвлённое, когда от основной цепи отходят боковые цепочки. В зависимости от порядка соединения мономеров различают регулярные и нерегулярные полимеры. В живых организмах полимеры могут быть как структурными (целлюлоза, коллаген), так и функциональными (ферменты, ДНК). Важной особенностью является способность полимеров к разложению на мономеры и их повторной сборке.

Мономер — это основная структурная единица, из которой состоят полимеры. Полимер образуется путём соединения большого количества мономеров в длинную молекулярную цепь. Эти мономеры могут быть одинаковыми, как в крахмале (глюкоза), или разными, как в белках (разные аминокислоты). Связь между мономерами осуществляется через химические реакции полимеризации. Мономеры задают свойства полимера, от их состава зависит структура и функция готового вещества. Таким образом, мономеры — это «кирпичики», а полимер — «здание» из этих кирпичиков.

Регулярные полимеры состоят из одинаковых мономеров или имеют повторяющуюся последовательность звеньев. Пример — полисахариды вроде крахмала или целлюлозы, где каждый мономер представляет собой молекулу глюкозы. В таких полимерах порядок чередования мономеров строгий, что придаёт им чёткую структуру. Нерегулярные полимеры состоят из различных мономеров, собранных в случайной последовательности. Пример — белки, где последовательность аминокислот может варьироваться, создавая огромное разнообразие молекул. Также нерегулярными полимерами являются нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), в которых порядок нуклеотидов кодирует генетическую информацию.

Полимеры формируются в природе благодаря своей универсальности и стабильности. Длинные молекулярные цепи позволяют хранить большое количество информации или выполнять сложные функции. Например, ДНК как полимер кодирует наследственные признаки благодаря последовательности нуклеотидов. Полимеры обладают высокой прочностью и эластичностью, что выгодно для построения биологических структур (например, целлюлоза, коллаген). Их способность к самосборке из мономеров облегчает процессы синтеза и восстановления. Энергетически выгодно собирать длинные молекулы из однотипных мономеров. Поэтому природа активно использует полимерные соединения для формирования живой материи.

На рисунке представлены разные цепочки: одни состоят из повторяющихся одинаковых звеньев, другие — из одиночных символов. Линейная цепочка из одинаковых звеньев — это регулярный полимер. Полимер с чередующимися или случайными звеньями — нерегулярный полимер. Одиночные незамкнутые символы (без соединений) — это неполимерные вещества, так как они не образуют цепочку мономеров. Регулярными полимерами являются те, где структура повторяется строго в определённой последовательности. Нерегулярные полимеры будут иметь вариативность звеньев в цепочке. Следовательно, полимеры на рисунке — это цепочки, а одиночные значки — неполимеры.

Полимеры состоят из большого количества мономеров, соединённых между собой, поэтому их молекулярная масса кратна массе мономера. Если мономер имеет массу, например, 100 а.е.м., то полимер из 100 таких мономеров будет иметь массу 10 000 а.е.м. В отличие от этого, неполимерные вещества обычно состоят из одной или нескольких небольших молекул, их масса значительно меньше. Чем больше длина полимерной цепи, тем выше молекулярная масса полимера. Также у полимеров возможны разветвлённые структуры, увеличивающие их массу. Это делает полимеры тяжёлыми молекулами, по сравнению с простыми веществами. Следовательно, по своей природе полимеры обязаны иметь большую молекулярную массу.

(выполнить в тетради от руки, но принцип такой:)

• Регулярный полимер: мономеры чередуются строго — например, 1-2-3-4-5-1-2-3-4-5.

• Нерегулярный полимер: мономеры чередуются произвольно — например, 1-3-2-2-1-3-1-2-3-1.

Главное отличие — строгая закономерность в регулярном и случайный порядок в нерегулярном полимере.

Примерами органических полимеров являются целлюлоза, крахмал, гликоген, которые состоят из мономеров глюкозы. Белки — это полимеры аминокислот, выполняющие каталитические, транспортные и структурные функции. ДНК и РНК — нуклеиновые кислоты, полимеры из мономеров — нуклеотидов, хранящие генетическую информацию. Липиды, хотя и не являются полимерами, тоже относятся к органическим веществам, как важные компоненты мембран. Органические полимеры встречаются в составе всех живых организмов. Их природное происхождение связано с биосинтетическими процессами в клетках.

Число различных полимеров зависит от числа возможных комбинаций мономеров в цепи. В первом случае, с 3 типами мономеров и длиной цепи 5, количество комбинаций будет равно 3^5 = 243. Во втором случае, с 5 типами мономеров и длиной цепи 3, получится 5^3 = 125 вариантов. Очевидно, что 243 > 125, значит, первое условие даёт больше вариантов. Длина цепи оказывает гораздо большее влияние на разнообразие, чем количество типов мономеров. Чем больше длина цепи, тем больше последовательностей можно составить даже из малого числа мономеров. Поэтому первый вариант (3 мономера и длина 5) выгоднее с точки зрения разнообразия полимеров.

Функция основного источника энергии характерна для неполимерных веществ, например, для моносахаридов (глюкоза). Запасной источник энергии — функция полимеров (крахмал, гликоген), так как они состоят из множества мономеров, аккумулирующих энергию. Управление биохимическими процессами — это функция белков, которые являются полимерами аминокислот (ферменты, регуляторные белки). Хранение наследственной информации выполняют нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), также являющиеся полимерами. Придание твёрдости обеспечивается полимерами вроде целлюлозы и хитина, входящих в оболочки клеток растений и насекомых. Токсичность может быть как свойством неполимерных соединений (алкалоиды, яды), так и некоторых белков. Распознавание и разрушение чужеродных веществ характерно для белков-антител, которые тоже являются полимерами. Таким образом, полимеры чаще связаны со сложными функциями строения, регуляции и защиты, а неполимеры — с быстрым обеспечением энергии и специализированными эффектами (токсичность).