Skałdniki nieorganiczne organizmów

Związki chemiczne zwyczajowo dzieli się na dwie grupy:

Pierwiastki

Niemal w każdym organizmie występują 22 pierwistki chemiczne. Ze względu na ich zawartość w suchej masie komórek dzieli się je na mikroelementy ( poniżej 0,01%) i makroelementy : węgiel (C), wodór (H), tlrn (O), azot (N), siarkę (S) i fosfor (P), określa się mianem pierwiastków biogennych, ponieważ wchodzą one w skład związków organiczncyh budujących wszystkie organizmy
SKŁADNIKI CHEMICZNE ORGANIZMÓ
Pierwiastki
makroelementy mikroelementy
  • pierwistki biogenne: C, H, O, N, S, P
  • pozostałe: Ca, Mg, K, Na, Cl
  • Fe, Cu, Zn, Mn, Mo, B, Se, Cr, I, F
⇓
⇓
związki nieorganiczne zaiązki organiczne
woda, sole mineralne węglowodany, lipidy, białka, kwasy nukleinowe
  • jest składnikiem chlorofilu
    • Znaczenie wybranych makri- i mikroelementów
    Pierwiastek
    i forma jego
    występowania    		 Niektóre funkcje biologiczne Przykładowe objawy niedoboru
    M
    A
    K
    R
    O
    E
    L
    E
    M
    E
    N
    T
    Y
    		 Wapń Ca2+
    • jest składnikiem szkieletów kręgowców i bezkręgowców (muszle, pancerzyki)
    • niezbędny w funkcjonowanie komórek nerwowych; wpływa na skurcze mięśni
    • bierze udział w procesie krzepnięcia krwi
  • krzywica u dzieci
  • osteoporoza u dorosłych
  • zaburzenia krzepnięcia krwi
  • drgawki i silne skurcze mięśni szkieletowych
    		•
    Magnez (Mg2+)
    • jest składnikiem kości
    • jest aktywatorem licznych enzymów
    • niezbędny do uzyskania energii z ATP
    • zwiększenie pobudliwości komórek nerwowych i mięśni (kurcze i drżenie)
    • zaburzenia rytmu pracy serca
    • zachamowaie fotosyntezy
    • chloroza, czyli żółknięcie, a następnie zamieranie liści spowodowane brakiem chlorofilu
    • więdnięcie
    Potas (K+)
    • bierze udział w przewodzeniu impulsów nerwowych
    • u zwierząt jest ważnym składnikiem płynów ustrojowych; zwiększa stopień uwodnienia płynu wewnątrz komórkowego
    • wpływa na skurcze mięśni
    • u roślin aktywator wielu enzymów
    • zaburzenia rytmu pracy serca
    • osłabienie mięśni
    • żłóknięcie liści
    • więdnięcie rośliny
    • zahamowanie wzrostu korzeni i pędów

    Rodzaje wiązań chemicznych i oddziaływań chemicznych

    Atomy jednego lub kilku pierwiastków mogą łączyć się ze sobą za pomocą różnych wiązań chemicznych. Tworzą się one głónie dzięki elektronom walencyjnym. Elektrony te są najsłabiej przyciągane przez jądro, ponieważ znajdują się na najbardziej zewnętrznej powłoce elektronowej atomu.
    W zależności od sposobu oddziaływania między atomami wyróżnia się wiązania: kowalencyjne, jonowe, wodorowe, siły van der Waalsa i oddziaływania hydrofobowe.

    Wiązania kowalencyjne (atomowe) to wiązanie silne, które powstaje przez uwspólnienie jednej lub kilku par elektronów należących do różnych atomów. Taki typ wiązania spotyka się np. w cząsteczkach wodoru (H2), tlenu (O2), cjloru (Cl2), azotu (N2, a także między atomami węgla w związkach organicznych).

    wiązanie kowalnecyjne

    Wiązanie kowalencyjne, w którym - ze względu na pobobną siłę przyciągania elektronów przez atomy budujące cząsteczkę - rozmieszczenie wspólnej pary elektronów jest równomierne, określa się jako wiązanie kowalnecyjne niepolarne. Wiązanie chemiczne, w którym wspólna para elektronów jest przesunięta w kierunku jednego z atomów tworzącyh wiżanie, nazywa się wiązaniem kowalencyjnym spolaryzowanym. Cząsteczka związku chemicznego zyskuje w nim charakter dwubiegunowy (polarny) lub, inaczej mówiąc, staje się dipolem.

    wiazanie_kowalnecyjne_spolaryzowane

    Wiązanie jonowe powstaje w wyniku przyciągania się różnoimiennych jonów (jest zatem rodzajem oddziaływania elektrostatycznego). Podobnie jak wiązanie atomowe należy do ailnych wiązań chemicznych.

    wiązanie jonowe

    Wiązanie wodorowe powstaje między dodatnio naładowanym atomem wodoru jednej cząsteczki a innym atomem nałoadowanm ujemnie (najczęściej tlenem lub azotem), pochodzącym z innej cząsteczki. Pojedyńcze wiązanie wodorowe należą do słabych (są ok. 10 - 20 razy słabsze od typowych wiązań kowalnecyjnych). Zwykle jednak występują w dużej liczbie, co sprawia że decydują o właściwościach wielu związków ( np. o wartości temperatury topnienia) oraz odgrywają isitoną rolę w utrzymaniu odpowiedniej struktury substancji wielkocząsteczkowych (np. białek i kwasów nukleinowych).

    wiązania wodorowe

    Siły van der Waalsa to oddziaływania między cząsteczkowe kilkadziesiąt razy słabsze od wiązń wodorowych. Dlatego dopiero duża ich liczba ma istotny wpływ na kształtowanie się struktiry dużych cząsteczek, np białek. Występowanie sił van der Waasla jest uwarunkowane dwubiegunową budową cząseczek oraz przyciąganiem się dipoli płożonych blisko siebie.

    Oddziaływania hydrofobowe należy do słabych oddziaływań międzycząsteczkowych. Powstają wtedy, gdy w środowisku wodnym znajdują się cząsteczki które nie są dipolamu. Należą do nich m.in. cząsteczki tłuszczów, układające się w środowisku wodnym tak, aby ich kontakt z wodą był jak najmniejszy (tworzą krople lub warstwę). Oddziaływania hydrofobowe mają zasadnicze naczenie podczas tworzenia się błon biologicznych.

    Woda

    Woda hest głównym związkiem nieorganicznym wchodzącym w skład organizmów. Jej średnia zawartość wynosi 60-70%, jednak u niektórych organizmów np. chełbu modrej dochodzi nawet do 98%. Zawartość wody zależy często od stanu aktywności organizmu i jego wieku. Może byc różna także w poszczególnych elementach np. krew człowieka zawiera 90 % wody, tkanka mięsniowa - 75%, a kości- tylko 20 %.

    Budowa i właściości fizykochemiczne wody

    Łatwość tworzenia wiązań wodorowych ma duże znaczenie biologiczne, ponieważ decyduje o takich właściwościach wody, jak: zdolność do rozpuszczania innych substancji, wytemperatura topnienia i wrzenia, duże ciepło właściwe, duże napięce powierzchniowe, a także tworzenie sztywnej struktury lodu.

    Budowa cząsteczki wody

    Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wpdoru połaćzonych wiązaniek kowalencyjnym spolaryzowanym z jednym atomem tlenu. Polaryzacja wiązań powoduje, że cząsteczki wody są dipolami.
    bodowa cząsteczki wody

    Uniwersalny rozpuszczalnik

    Woda jest rozpuszczalnikiem większości związkow chemicznych (polarnych), budujących organizmy. Jej cząsteczki rozrywają wiązania wodorowe między cząsteczkami innej substancji polarnej i zastepują je wiązaniami wodorowymi, ktore same tworzą.

    Duże napięcie powierzchniowe

    Liczne wiązania wodorowe między cząsteczkami wody powodują powstanie sił kohezji (spójności), czyli przyciągania międzyczasteczkowego. Jednym z przejawów ich występowania jest duże napięcie powierzchniowe wpdy. Powstaje ono, ponieważ oddziaływania między cząsteczkami wody są siliejsze niż między cząsteczkami gazów znajedujących się w powietrzu.
    Cząsteczki wody charakteryzuje także zdolność do adhezji, czyli przylegania do substancji zawierających grupy naładowanych atomów lub cząsteczek i zwilżania ich.

    Gęstość mniejsza w stanie stałym niż w stanie ciekłym

    Woda uzyskuje największą gęstość (1g/cm3) w temperatyrze +4oC. Wraz ze spadkiem temperatury jej gęstość maleje a objętość wzrasta, co jest spowodowane zwiększeniem się odległości między cząsteczkami wody.
    woda w stanie płynnym

    Wysokie ciepło parowania

    Wysokie ciepło parowania wody powoduje, że trzeba dostarczyć znaczną ilość energii, aby zerwać liczne wiązania wodorowe i zmienić jej stan skupienia z ciekłego na gazowy. Dzięki tej właściowści woda pełni istotną funkcję w termoregulacji.
    Woda jako dobry przewodnik ciepła łatwo je rozprowadza, dzięki czemu szybko wyrównuje temperaturę organizmu.

    Duże ciepło właściwe

    Woda ma największe ciepło właściwe (ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury) spośród wszystkich znanych substancji. Oznacza to że aby podnieść temperaturę wody należy dostarczyć jej znaczna ilość energii cieplnej, natomiast aby obniżyć temperaturę, trzeba dużą ilość energii odebrać.

    Sole mineralne

    Większosć soli mineralnych rozpuszcza sie w wodzie i wystepuje w postaci jonów.
    Sole mineralne: