Zgłoś uwagi
Pokaż spis treści
Wróć do informacji o e-podręczniku Udostępnij materiał

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.

Już wiesz
  • materia jest zbudowana z różnych substancji, np. wody, soli, żelaza;

  • substancje składają się z drobin, które nadają im charakterystyczne właściwości;

  • organizmy pobierają substancje z otoczenia i je przetwarzają.

Nauczysz się
  • wymieniać przykłady pierwiastków budujących organizmy;

  • wyjaśniać, dlaczego węgiel i woda są tak ważne dla życia;

  • wykazywać związek między budową chemiczną i właściwościami węglowodanów, białek, tłuszczów i kwasów nukleinowych a ich funkcją biologiczną.

1. Pierwiastki budujące organizmy

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

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 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 makroelementami, gdyż ich ilość w organizmach jest na tyle duża, że łatwo da się ją określić wagowo. Pozostałe pierwiastki to tzw. mikroelementy, czyli pierwiastki występujące w ilościach śladowych, z których każdy stanowi mniej niż 0,01% suchej masy. Są one równie ważne w rozwoju i funkcjonowaniu organizmów jak makroelementy. Należą do nich między innymi: żelazo, jod, miedź, cynk, fluor i krzem.

Znaczenie wybranych pierwiastków w organizmach

Nazwa i symbol chemiczny pierwiastka

Znaczenie biologiczne

MAKROELEMENTY

PIERWIASTKI BIOGENNE

węgiel C

podstawowy składnik wszystkich związków organicznych

warunkuje życie na Ziemi

wodór H

wchodzi w skład wszystkich związków organicznych

składnik wody

tlen O

wchodzi w skład wszystkich związków organicznych (z wyjątkiem węglowodorów)

jeden ze składników atmosfery ziemskiej

niezbędny do oddychania dla większości organizmów

azot N

składnik białek i kwasów nukleinowych

siarka S

wchodzi w skład wielu białek i niektórych węglowodanów

bierze udział w procesach oddechowych w komórce

fosfor P

składnik kwasów nukleinowych

buduje kości i zęby

składnik płynów wypełniających wnętrze organizmów

wapń Ca

składnik kości, muszli mięczaków, ścian komórkowych roślin

niezbędny w procesie krzepnięcia krwi i skurczu komórek mięśniowych

potas K i sód Na

odpowiadają za uwodnienie komórek

biorą udział w przewodzeniu impulsów nerwowych

magnez Mg

reguluje pracę układu nerwowego

niezbędny w procesach fotosyntezy i oddychania

składnik zielonego barwnika roślin – chlorofilu

chlor Cl

tworzy kwas solny – składnik soku żołądkowego

MIKROELEMENTY

żelazo Fe

składnik hemoglobiny – czerwonego barwnika krwi

miedź Cu

bierze udział w oddychaniu komórkowym

składnik enzymów biorących udział w tworzeniu chlorofilu i hemoglobiny

cynk Zn

niezbędny do wzrostu i rozwoju roślin

bierze udział w gojeniu się ran

fluor F

składnik szkliwa zębów i kości

Doświadczenie 1
Problem badawczy

Jaki wpływ na rozwój rzeżuchy mają pierwiastki zawarte w wodzie mineralnej?

Hipoteza

Zasilanie rzeżuchy wodą mineralną powoduje szybki wzrost roślin.

Co będzie potrzebne
  • nasiona rzeżuchy,

  • 2 talerzyki,

  • wata,

  • woda mineralna o znanym składzie pierwiastkowym,

  • woda destylowana (demineralizowana).

Instrukcja
  1. Ułóż w talerzykach grubą warstwę waty zwilżonej wodą destylowaną (Próba 1) i wodą mineralną (Próba 2).

  2. Wysiej na talerzykach po 30 nasion i ustaw je w nasłonecznionym miejscu o stałej temperaturze około 20°C.

  3. W razie potrzeby podlewaj hodowlę wodą destylowaną (Próba 1) i mineralną (Próba 2).

  4. Przez 14 dni codziennie dokonuj pomiarów i porównuj wysokość wykiełkowanych roślin.

  5. Pobierz załącznik. Zapisz wyniki doświadczenia i wniosek.

Podsumowanie

Jeśli rzeżucha podlewana wodą mineralną rośnie lepiej niż rzeżucha zaopatrywana tylko w wodę destylowaną, to znaczy, że pierwiastki zawarte w wodzie mineralnej prawdopodobnie sprzyjają jej szybszemu rozwojowi.

Polecenie 1

Na czystym talerzyku o ciemnej barwie umieść kroplę wody destylowanej, a obok niej kroplę wody mineralnej. Poczekaj, aż woda wyschnie. Wyjaśnij, dlaczego na talerzyku pozostał ślad tylko po jednej kropli.

Wskazówka

Czym jest białawy osad pozostawiony na talerzyku? Czy skład chemiczny wody destylowanej i wody mineralnej jest taki sam?

Ciekawostka

Istnieje grupa pierwiastków, które oddziałują niekorzystnie na organizmy. Są to metale ciężkie, do których należą: ołów, glin, rtęć, arsen, kadm. Nagromadzone w zanieczyszczonym środowisku wnikają do organizmów, powodując zaburzenia procesów życiowych.

2. Związki chemiczne występujące w organizmach

Organizmy zbudowane są z tych samych podstawowych związków chemicznych, występujących jednak w różnych proporcjach. Ciało człowieka składa się przeciętnie w 65% z wody i w 2% z innych związków 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 białka, węglowodany, tłuszcze i kwasy 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.

Skład chemiczny organizmów (w %)

Składniki

Rośliny

Zwierzęta

Woda

75

60

Związki mineralne

2

4

Węglowodany

18

5,8

Tłuszcze

0,5

11

Białka

4

19

Kwasy nukleinowe

0,5

0,2

Ciekawostka

Alkaloidy są związkami organicznymi gromadzonymi w nasionach, łodygach, liściach czy korzeniach roślin. Wykazują zwykle silnie odurzające, czasem trujące działanie na organizmy. Najbardziej znane substancje tego rodzaju to: chinina, morfina, nikotyna, kokaina, kofeina. Silnie trującym alkaloidem jest kurara stosowana przez Indian południowoamerykańskich do zatruwania grotów strzał używanych podczas polowań na zwierzęta.

3. Biologiczna funkcja wody

Woda 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.

Polecenie 2

Wyjaśnij, które fizyczne właściwości wody umożliwiają funkcjonowanie twojego organizmu.

Obserwacja 1

Oznaczenie zawartości wody w liściach.

Co będzie potrzebne
  • kilka świeżych liści różnych roślin,

  • palnik lub świeczka,

  • probówki żaroodporne,

  • uchwyt do probówki,

  • waga laboratoryjna.

Instrukcja
  1. Zważ osobno wszystkie liście.

  2. Każdy liść włóż do innej probówki i ogrzewaj je nad palnikiem tak długo, aż woda całkowicie odparuje.

  3. Zważ wysuszone liście.

  4. Oblicz procentową zawartość wody w każdym z liści.

  5. Otwórz i wypełnij załącznik.

  6. Do obliczenia procentowej zawartości wody w liściach użyj wzoru:

Podsumowanie

Liście roślin różnią się zawartością wody.

Polecenie 3

Zdecyduj, czy na podstawie wyników obserwacji 1. można sformułować wniosek: „Zawartość wody w liściach zależy od gatunku rośliny”. Uzasadnij odpowiedź.

Wskazówka

Czy można sformułować wniosek, porównując wyniki dotyczące pojedynczych liści różnych roślin? Czy porównaliście dane liczbowe ustalone przez poszczególne grupy?

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 budulcowymzapasowym. W przyrodzie duże znaczenie mają takie cukry proste, jak glukozafruktoza, będące materiałem energetycznym dla komórek, oraz rybozadeoksyryboza – 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: skrobia, glikogen, celulozachityna.

Polecenie 4

Wyjaśnij, dlaczego glikogen jest gromadzony w mięśniach.

Wskazówka

Jaką funkcję pełnią mięśnie?

Obserwacja 2

Obserwacja kształtu ziaren skrobi.

Co będzie potrzebne
  • surowy ziemniak,

  • nożyk,

  • przybory do mikroskopowania,

  • mikroskop.

Instrukcja
  1. Przekrój ziemniak, zbierz nożykiem płyn, który pojawił się w miejscu cięcia.

  2. Odrobinę płynu umieść na szkiełku podstawowym i dodaj kroplę wody. Przykryj preparat szkiełkiem nakrywkowym.

  3. Obejrzyj preparat pod mikroskopem.

  4. Wykonaj rysunek.

Podsumowanie

Ziarna skrobi ziemniaka są owalne.

Ciekawostka

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 rozkładania celulozy.

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.

Polecenie 5

Tłuszcze są magazynowane przez rośliny głównie w nasionach. Podaj przykłady roślin, które zawierają najwięcej tłuszczów.

Wskazówka

Jakie oleje spożywcze można najczęściej spotkać w sprzedaży?

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.

Polecenie 6

Wyjaśnij, dlaczego:

  • skala termometru do mierzenia temperatury ciała kończy się na 41°C;

  • długotrwała i wysoka gorączka jest niebezpieczna dla zdrowia i należy ją obniżać.

Wskazówka

Co dzieje się z białkiem jaja kurzego pod wpływem wysokiej temperatury?

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.

Polecenie 7

Wyjaśnij, czy kwasy nukleinowe mogą być źródłem energii dla organizmu. Uzasadnij swoją odpowiedź.

Ciekawostka

Kwasy nukleinowe wyizolowano po raz pierwszy z jąder komórkowych (łac. nucleus), dlatego nazwano je nukleiną. Później odkryto, że związki te mają charakter kwasowy, wprowadzono więc nazwę kwasy nukleinowe.

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.

Praca domowa
Polecenie 8.1

1. Woda pełni funkcję transportową – przenosi na przykład cukry. Wymień właściwości fizyczne wody, dzięki którym jest to możliwe.

Polecenie 8.2

2. Wyjaśnij, jakie znaczenie ma woda jako środowisko zewnętrzne ryby i substancja znajdująca się w komórce jej ciała.

Słowniczek

atom

najmniejsza, niepodzielna część pierwiastka

białka

wielkocząsteczkowe związki organiczne zbudowane z aminokwasów; występują we wszystkich organizmach; pełnią funkcje budulcowe, enzymatyczne, transportujące, odpornościowe i regulacyjne

celuloza

wielocukier nierozpuszczalny w wodzie; buduje ściany komórkowe roślin

chityna

wielocukier nierozpuszczalny w wodzie; buduje ściany komórkowe grzybów i szkielety zewnętrzne owadów

glukoza

cukier prosty; podstawowe źródło energii dla organizmów

glikogen

wielocukier; stanowi materiał zapasowy u zwierząt (występuje głównie w ich wątrobie i mięśniach)

kwasy nukleinowe

organiczne związki chemiczne; przechowują informację genetyczną organizmu i pośredniczą w produkcji białek; znane są dwa podstawowe typy naturalnych kwasów nukleinowych: kwasy deoksyrybonukleinowe (DNA) i kwasy rybonukleinowe (RNA)

makroelementy

pierwiastki, z których każdy stanowi nie mniej niż 0,01% suchej masy organizmu; oprócz pierwiastków biogennych należą do nich: magnez (Mg), wapń (Ca), potas (K), sód (Na) i chlor (Cl); są niezbędne do prawidłowego wzrostu i rozwoju organizmów

mikroelementy

pierwiastki, których ilość nie przekracza 0,01% suchej masy organizmu; są niezbędne do prawidłowego rozwoju organizmu, a ich brak lub niedobór może powodować zaburzenia funkcjonowania i choroby; należą do nich m.in. żelazo (Fe), jod (I), miedź (Cu), cynk (Zn), fluor (F), krzem (Si)

pierwiastek chemiczny

substancja złożona z jednakowych atomów

pierwiastki biogenne

pierwiastki stanowiące podstawowy składnik związków organicznych; są to: węgiel (C), wodór (H), tlen (O), siarka (S), azot (N), fosfor (P)

skrobia

wielocukier zbudowany z cząsteczek glukozy, nierozpuszczalny w wodzie; materiał zapasowy roślin

sucha masa

masa substancji po odparowaniu z niej wody

tłuszcze

związki organiczne; stanowią substancje zapasowe roślin i zwierząt oraz materiał ochronny i termoizolacyjny u zwierząt

węglowodany

inaczej cukry; organiczne związki chemiczne złożone z atomów węgla oraz wodoru i tlenu; ze względu na budowę dzielone na cukry proste, dwucukry i wielocukry; jedna z podstawowych grup związków chemicznych wytwarzanych przez organizmy

węglowodory

organiczne związki węgla i wodoru występujące w ropie naftowej

woda

jedna z najczęściej spotykanych substancji na Ziemi; stanowi średnio 2/3 masy organizmów; doskonały rozpuszczalnik związków organicznych; uczestniczy w przebiegu większości reakcji chemicznych w komórkach; transportuje produkty przemiany materii, substancje odżywcze, enzymy; reguluje temperaturę organizmów; stanowi płynne środowisko wielu reakcji biochemicznych

związek chemiczny

jednorodna substancja złożona z wybranych atomów trwale połączonych w cząsteczki

związek nieorganiczny

związek, który nie zawiera atomów węgla; wyjątkiem są zawierające węgiel tlenki węgla, kwas węglowy i węglany

związek organiczny

związek chemiczny, w skład którego wchodzą atomy węgla, często tworzące długie łańcuchy, a także atomy innych pierwiastków; wyjątkiem są zawierające węgiel tlenki węgla, kwas węglowy i węglany; związki organiczne powstają głównie w organizmach

Zadania

Ćwiczenie 1
Ćwiczenie 2
Ćwiczenie 3
Ćwiczenie 4
Ćwiczenie 5
Ćwiczenie 6