Классификация живых организмов

7.3.1 По способу синтеза органических веществ и по виду используемой материи все живые организмы делятся на две основные группы:

- автотрофные – способные синтезировать органические соединения из СО₂, Н₂О, N₂, NН₃, Н₂S, Н₃РО₄ и др.;

- гетеротрофные – не могут синтезировать органические вещества, а потребляют их в готовом виде. К ним относятся животные организмы.

7.3.2 По виду используемой энергии:

- фототрофы – используют энергию света (солнечный свет);

- хемотрофы – используют энергию химических связей материи из окружающей среды.

7.3.3 По отношению к атмосферному кислороду:

- аэробы – используют кислород атмосферы и гибнут при его отсутствии;

- анаэробы факультативные – используют кислород, но не гибнут при его отсутствии;

- анаэробы облигатные – для которых кислород является ядом.

Растительные и животные организмы значительно отличаются по химическому составу и, прежде всего, по содержанию белков и углеводов. Растения содержат до 1/3 белков и 2/3 углеводов, животные организмы на 2/3 состоят из белков.

Вода в живых организмах

Является наиболее широко распространенным веществом в живой природе.

В большинстве организмов ее весовое содержание составляет 70% и более, причем в растительных организмах воды больше, чем в животных. Кроме этого, вода была средой, в которой зародилась жизнь. Вода заполняет составные части живой клетки и представляет собой среду, в которой осуществляется транспорт питательных веществ, катализируемые ферментами метаболические реакции и перенос химической энергии. Поэтому все структурные элементы живых клеток и их функции должны быть приспособлены в отношении физических и химических свойств воды. С содержанием воды связан процесс старения: при старении уменьшается способность удерживать влагу.

По сравнению с большинством других жидкостей вода имеет высокую температуру плавления, кипения и теплоту испарения, что свидетельствует о сильном притяжении между соседними молекулами. Это объясняется тем, что каждый из двух атомов водорода объединяет свой электрон с одним из электронов атома кислорода. Две образующиеся электронные пары обусловливают V-образную форму молекул воды. Так как у кислорода есть еще две неподеленные электронные пары, он несет частичный отрицательный заряд. Более электроотрицательный атом кислорода стремится притянуть электроны атомов водорода. Поэтому на них локализуются частичные положительные заряды:

• • • • • + - +

2Н + • О : Н : О : Н — О — Н

• • •

Н

Хотя молекула воды в целом электронейтральна, ее частичные отрицательный и положительный заряды пространственно разделены, что приводит к возникновению у нее электрического дипольного момента, т.е. две соединенные молекулы воды могут притягиваться друг к другу за счет сил электростатического взаимодействия между частичными положительными и отрицательными зарядами. Такой тип электростатического притяжения называется водородной связью.

Водородные связи слабее ковалентных, но благодаря своей многочисленности они обеспечивают высокую устойчивость жидкой воды.

Водородные связи характерны не только для воды. Они легко образуются между любым электроотрицательным атомом (обычно кислород или азот) и атомом водорода, ковалентно связанным с другим электроотрицательным атомом в той же или другой молекуле. Например:

Водород

Донор Акцептор водорода

— О — Н ••• О = С

— О — Н ••• N

— О — Н ••• О

N — Н ••• О = С

N — Н ••• О

N — Н ••• N

За счет свойств, описанных выше, вода является значительно лучшим растворителем, чем большинство других жидкостей.

Кристаллические соли (NaCl) хорошо растворимы в воде, но почти не растворимы в неполярных жидкостях. Это обусловлено биполярным характером молекулы воды.

Второй класс веществ, растворимый в воде – это нейтральные органические соединения, содержащие полярные функциональные группы: спирты, альдегиды, кетоны. Растворение происходит за счет образования водородных связей между молекулами воды и полярными функциональными группами.

Существуют также вещества, диспергируемые водой. К ним относятся полярные соединения (например, мыла). Это происходит за счет образования агрегатов – мицелл, в которых гидрофильные отрицательно заряженные карбоксильные группы обращены к водной фазе и взаимодействуют с молекулами воды, а гидрофобные неполярные углеводородные цепи спрятаны внутри структуры.

Водная фаза

Живые организмы успешно приспособились к водной среде и приобрели способность использовать необычные свойства воды. За счет высокой теплоемкости она действует в клетках как «тепловой буфер», поддерживающий в организме относительно постоянную температуру. Высокая теплота испарения воды используется для защиты организма от перегревания (путем испарения пота у некоторых позвоночных). Сильное сцепление молекул в жидкой воде обеспечивает эффективный перенос в растениях растворенных питательных веществ от корней к листьям. Кроме этого, важные биологические свойства макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты) обусловлены их взаимодействием с молекулами воды в окружающей среде.

Чистая вода, контактирующая с чистым воздухом, имеет рН около 5,6 (Н⁺ и НСО^-₃ при взаимодействии СО₂ с Н₂О), Суточная потребность воды составляет 2-2,6 л (в том числе: вода пищи – около 1 л). Вода в живых организмах представлена в нескольких видах:

- свободная влага – имеет механическую форму связи (удаляется при высушивании);

- связанная влага – химическим путем связана с органическими соединениями (механическим путем не отделяется).

Определение общего содержания воды называется определением влажности.