Змістових нотатки з матеріалів транскрипта

Методи досліджень

Порівняльно-описовий: порівнюємо зовнішній вигляд організмів; маніпуляцій з ними не проводимо.
Експериментальний: маніпуляції з організмами, зміна умов середовища, експерименти з окремими частинами організмів.
Моніторинг: спостереження за організмами або екосистемою протягом певного проміжку часу з висновками.
Моделювання: для процесів, які важко дослідити в природі, створюється макет (модель), яка досліджується.

Рівні організації життя (за зростанням від простого до складного)

Хімічні елементи та хімічні реакції, вірус(и).
Клітинний рівень: клітини, органели, одноклітинні організми (наприклад, бактерії).
Органний рівень: органи тварин і рослин.
Організмовий рівень: окремі цілісні організми (тварини, рослини, гриби, бактерії).
Популяційно-видовий рівень: група організмів одного виду.
Екосистемний (біогеоценотичний) рівень: група організмів та середовище їх існування.
Біосферний рівень: вся планета, кругообіг речовин та загальний потік енергії.

Групи хімічних елементів

Органогени (до 98% в складі організмів): C, O, H, N.
Макроелементи (до 1.9%): S, P, Ca, K, Na, Mg, Fe.
Мікроелементи (до 0.1%): F, Cu, Zn, Mn, I, Co.

Основні ознаки живого

Єдність хімічного складу (усі організми містять однакові основні елементи: O, H, N, C).
Основні ознаки живого:
1) Саморегуляція
2) Самооновлення
3) Самовідтворення
4) Рух
5) Розвиток
6) Подразливість (реагування на подразники)
7) Мінливість
Джерела надходження та функції цих ознак залежать від біологічного контексту.

Хімічні елементи та їх значення

C: входить до складу молекул всіх органічних речовин.
O: бере участь у воді та реакціях окиснення.
H: у воді та органічних речовинах; бере участь у реакціях відновлення.
N: у білках, нуклеїнових кислотах, АТФ, ферментів і вітамінів.
K: транспортування речовин з клітини; регуляція ритму серця.
Ca: кістки; регуляція ритму серця; збудження м’язів; зсідання крові.
Na: транспорт речовин в клітину; реалізація подразливості.
Mg: компонент хлорофілу; активує ферменти енергетичного обміну.
Fe: компонент гемоглобіну та міоглобіну; ферменти дихання та фотосинтезу.
P (Р): входить до складу кісток, білків, нуклеїнових кислот, АТФ.
Cl: участь у складі шлункового соку; регуляція складу плазми.
S: входить до складу сірковмісних амінокислот та вітаміну B1.
F (фтор): входить до складу емалі зубів.
I: входить до складу гормонів щитоподібної залози (тироксин).
Cu: компонент гемоціаніну у молюсків; участь у диханні та фотосинтезі.
Co: входить до складу вітаміну B12 (ціанокобаламін).
Si: входить до складу черепашок радіолярій, стінок хвощів, панцирів діатомей.

Наслідки нестачі або надлишку біоелементів (у людини)

Йод: нестача — ендемічний зоб; надлишок — йодизм.
Флуор: нестача — руйнування емалі зубів; надлишок — флюороз.
Fe: нестача — анемія, кровотечі; надлишок — сидероз.
Ca: нестача — остеопороз; надлишок — сечокам’яна хвороба.
Кальцій.
Калій: нестача — серцеві напади, виразкова хвороба, безпліддя.
Si: вплив на пиловий процес; силікоз за вдихання пилу з діоксидом силіцію.
Pb (свинець): надлишок — отруєння, анемія, сатурнізм (недокрів’я).
Hg (ртуть): хронічне отруєння — мінаматизм (меркуліалізм).
Інші біонеорганічні речовини та їх значення: HCl, H2SO4, NH3, CO2, O2, O3, SiO2, H2O2.
- HCl: у складі шлункового соку; активує ферменти; джерело аніонів цитоплазми.
- H2SO4: надає розчинність нерозчинним речовинам.
- NH3: кінцевий продукт обміну нітрогенвмісних сполук.
- CO2: кінцевий продукт окиснення; регуляція дихання; вихідна сполука фотосинтезу.
- O2: акцептор електронів у диханні; кінцевий продукт фотосинтезу.
- O3: утворює озоновий екран, захищає від ультрафіолету.
- SiO2: участь у побудові черепашок та клітинних стінок.
- H2O2: продукт окиснення; може бути токсичним; розщеплюється каталазою.

Біополімери

Біополімери — високомолекулярні органічні сполуки, які складаються з великої кількості мономерів.
Білки, вуглеводи та нуклеїнові кислоти — полімери. Ліпіди не є полімери (не складаються з великої кількості повторюваних елементів).
Види розчинностей біополімерів:
- Гідрофобний: розчиняються в неполярних розчинниках.
- Гідрофільний: розчиняються у воді.
- Амфіфільний: частина молекули розчиняється, інша — ні.
Буси (monomers) — одиниця побудови:
- Білки: амінокислоти
- Вуглеводи: моносахариди
- Нуклеїнові кислоти: нуклеотиди
Термінологія біополімерів:
- Полімер — довга лінійна молекула з повторюваними одиницями.
- БУСИ — мономери, одиниці біополімерів.

Хімічні зв'язки

Ковалентний зв'язок: сильний зв'язок; задіяні спільні пари електронів, які утримують атоми в молекулі.
Невалентні зв'язки:
- Водневий зв'язок: між позитивно зарядною Гідрогрупою однієї молекули та відсутньою або негативною групою іншої.
- Йонний зв'язок: між групами з різко різними зарядами (не розчиняються у воді).
- Гідрофобні взаємодії: між гідрофобними частинами молекул.
Таким чином: ковалентний зв'язок — основа стабільних структур; нековалентні взаємодії підтримують форму та динаміку біополімерів.

Вуглеводи

МОНОСАХАРИДИ: мають від 3 до 10 атомів карбону.
ОЛІГОСАХАРИДИ: 2–10 залишків моносахаридів, зв'язані глікозидним зв’язком.
ПОЛІСАХАРИДИ: більше ніж 10 залишків моносахаридів.
Властивості:
- Солодкий смак; добре розчиняються у воді; кристалізуються.
Дисахариди (приклади): несолодкі або не кристалізуються; гідрофобні в певних контекстах.
Приклади моносахаридів: Рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.
Приклади дисахаридів: сахароза = глюкоза + фруктоза; лактоза = глюкоза + галактоза.
Приклади полісахаридів: крохмаль, целюлоза, глікоген, хітин.
Функції:
- Рибоза, дезоксирибоза — структурна роль.
- Глюкоза, фруктоза — енергетична функція; поживна роль.
- Сахароза для клітин рослин; лактоза для малят ссавців.
- Крохмаль та глікоген — резервна (енергетична) функція; крохмаль — у рослин, глікоген — у тварин та грибів.
- Целюлоза — структурна роль у клітинних стінках рослин; хітин — структурна роль у грибів.
Вуглеводи — основні біополімери з різною біологічною роллю.

Ліпіди

Ліпіди — гідрофобні, неполярні макромолекули; утворюються з вищих жирних кислот та спиртів.
Розчиняються в неполярних розчинниках (бензин, ацетон тощо).
Ліпіди не є біополімерами (не мають великої кількості повторюваних елементів).
Види ліпідів:
- Воски: вищі жирні кислоти + одноатомні спирти; утворюють захисну кутикулу на листках та плодах, стільники бджіл, підвищують плавучість китів.
- Жири: вищі жирні кислоти + триатомний спирт гліцерол; рослинні та тваринні джерела.
- Фосфоліпіди: ліпіди + залишок фосфорної кислоти; утворюють клітинні мембрани.
- Стероїди: похідні холестеролу; включають статеві гормони та гормони кори надниркових залоз.

Захисні та інші функції ліпідів

Захисна й амортизуюча функції; теплоізоляція; регуляторна та енергетична роль.
Ендогенне джерело води за рахунок низької теплопровідності (не проводять тепло і зберігають його).
Деякі гормони утворюються із жирів (стероїдні гормони).
Фосфоліпіди утворюють мембрани клітин.
Розщеплення ліпідів може призводити до утворення молекул води.

Складні біополімери

Розщеплення енергії:
- Розщеплення 1 г вуглеводів = $17.6 ext{ kJ}$ енергії.
- Розщеплення 1 г ліпідів = $38.9 ext{ kJ}$ енергії.
Складні ліпіди:
- Гліколіпід = ліпід + вуглевод (частка ліпіду переважає).
- Ліпопротеїн = ліпід + білок (білкова частка переважає).
Складні вуглеводи:
- Глікопротеїн = вуглевод + білок (білкова частка переважає).
- Протеоглікан = вуглевод + білок (вуглеводна частка переважає).
Позначення в біополімерах:
- «ЛІПО» — ліпідна частина молекули
- «ГЛІКО» — вуглеводна частина молекули
- «ПРОТЕО» — білкова частина молекули
- «НУКЛЕО» — частина нуклеїнової кислоти

Найважливіше запамʼятати

Рівні організації життя та об’єкти, що знаходяться на кожному рівні.
Функції виділених хімічних елементів (таблиця на сторінці 4).
Поняття біополімери: класифікація, функції та приклади вуглеводів.
Основи будови та ролі ліпідів та складних біополімерів.
Основні типи біополімерів та їх позначення (ЛІПО, ГЛІКО, ПРОТЕО, НУКЛЕО).
Енергетична цінність розщеплення основних макромолекул:
- $17.6 ext{ kJ/g}$ для вуглеводів,
- $38.9 ext{ kJ/g}$ для ліпідів.

Зв’язки з попередніми темами та реальним світом

Роль біополімерів у структурі клітин та тканин (клітинна стінка, мембрани, зберігання енергії).
Значення елементів для медицини та здоров’я (йод, кальцій, залізо тощо).
Енергетичні витрати організмів під час обміну речовин.
Етичні/практичні аспекти: вплив дієт на рівні елементів та біополімерів; використання моделей (моделювання) для прогнозів екологічних процесів.

Примітки щодо формул та чисел

Енергія розщеплення:
- $ext{Розщеплення 1 г вуглеводів} = 17.6 ext{ kJ}$
- $ext{Розщеплення 1 г ліпідів} = 38.9 ext{ kJ}$
Вуглеводи й ліпіди як основні біополімери за їх роллю в живих організмах включно з енергетичною функцією та структурною роллю.