Химический состав растительной и животной клеток

Превращения одних веществ в другие называют химическими явлениями, или химическими реакциями.

Так, наиболее известная вам из курса биологии химическая реакция – процесс образования органического вещества глюкозы на свету из углекислого газа и воды, который называется фотосинтез и упрощенно описывается схемой:

Однако этот процесс невозможен без особого вещества, содержащегося в зеленых листьях, – хлорофилла (рис. 49).

Рис. 49. Без хлорофилла невозможен фотосинтез

Демонстрационный эксперимент. Зеленый листок растения учитель помещает в пробирку, заливает его спиртом, а затем нагревает пробирку в стакане с горячей водой или на пламени спиртовки. Через некоторое время спирт окрасится в изумрудно-зеленый цвет. Хлорофилл, содержащийся в клетках растения, хорошо растворяется в спирте.

Этот опыт для вас проделал учитель. Какое явление – физическое или химическое – он вам продемонстрировал? А вот опыт по определению содержания неорганических и органических веществ в растениях вы с помощью учителя можете выполнить и сами.

Ученический эксперимент. Взвесьте 100 г свежего укропа или петрушки. Высушите зелень на солнце или батарее центрального отопления. На это потребуется 5–7 дней. Таким способом вы удалите из растения большую часть содержащейся в нем воды. Сколько граммов воды вы удалили высушиванием?
Сухой остаток с помощью учителя прокалите в муфельной печи. При этом из сухого остатка вы удалите все органические вещества, содержащиеся в растении. Взвесьте остаток после прокаливания, который состоит из негорючих минеральных солей. Массы воды, органических и неорганических веществ (в граммах) покажут вам процентное содержание каждой группы этих соединений в зеленом растении, взятом для опыта.

В повседневной жизни вы постоянно сталкиваетесь с такими важными веществами, как жиры.

Как правило, по консистенции жиры делятся на жидкие и твердые. Жидкие жиры имеют растительное происхождение, а твердые – это жиры животные.

Рис. 50. Подсолнечное масло – жир растительного происхождения

На любой кухне обязательно найдется жидкий растительный жир, который чаще называют растительным маслом: подсолнечным (рис. 50), оливковым, кукурузным. Сливочное масло в основном состоит из жиров (рис. 51). Это жир животного происхождения: его получают из коровьего молока. Понятно, что свиное сало, говяжий жир – это жиры той же группы.

Рис. 51. Сливочное масло – жир животного происхождения

Жиры входят в состав любых растений и живых организмов. За их счет организм получает основное количество энергии, необходимой для жизни, развития и роста. Кроме того, жиры выполняют роль резервного запаса энергии: подобно тому, как рачительная хозяйка имеет запас продуктов на «крайний случай», живой организм запасает жиры на тот период, когда поступление питательных веществ извне внезапно прекратится.

Обнаружить жиры в тканях растений достаточно просто.

Ученический эксперимент. На лист белой бумаги положите семечку подсолнечника или кусочек ядра грецкого ореха и раздавите его. На бумаге образуется жирное пятно. Значит, в семечке содержится растительное масло.

Особую группу растительных масел составляют так называемые эфирные масла. Часто именно они придают цветам, ягодам, фруктам и плодам неповторимый запах.

Ученический эксперимент. Резко согнув корочку апельсина, «выстрелите» соком на пламя свечи или газовой горелки. Что при этом наблюдается?
Эфирные масла – горючие органические вещества, они-то и вызывают небольшой «фейерверк».

В мире растений огромную роль играет группа органических веществ, называемых углеводами. К углеводам относятся простейшие по строению вещества этой группы – сладкие на вкус глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар). Подобно им растворимы в воде углеводы более сложного строения – сахароза (называемая в быту сахаром) и лактоза, придающая сладкий вкус молоку животных. Кроме растворимых в воде углеводов в природе есть углеводы, нерастворимые в воде, например основной «строительный материал» клеток и тканей растений – целлюлоза. Не растворяется, а набухает в воде запасное питательное вещество и один из важнейших компонентов пищи человека – углевод под названием «крахмал».

Обнаружим крахмал в некоторых продуктах питания с помощью эксперимента.

Ученический эксперимент. Из муки (ее изготавливают из зерен пшеницы) и небольшого количества воды замесите немного теста. Поместите кусочек теста в марлю и тщательно промойте его в стакане воды. К полученной мутной воде добавьте несколько капель йодной настойки из аптечки. О чем свидетельствует появление сине-фиолетового окрашивания?
В марле осталась липкая тягучая масса. Это растительный белок, который называется клейковиной.

Слово «белок» вам знакомо с раннего детства. Конечно, вы связываете его прежде всего с белком куриного яйца. Но вы даже не представляете, насколько велико разнообразие белковых веществ! Можно бесконечно спорить о том, какое из веществ на Земле главное. Понятно, что спор этот бесполезен.

Если в цепочке химических превращений, которые определяют обмен веществ в живых организмах, нарушить хотя бы одно звено, то цепь разорвется. И все-таки ученые сошлись во мнении: между понятиями «жизнь» и «белок» можно поставить знак равенства. Белки – это особая группа веществ, из которых построены любые живые организмы. Благодаря белкам все живое на Земле растет и размножается, борется с болезнями и врагами, питается и двигается, т.е. существует.

Следовательно, для нормального существования живому организму, и в первую очередь животному, необходимы углеводы, жиры, белки, а также вода и минеральные соли, которые поступают вместе с пищей. Растениям в этом плане повезло: они могут синтезировать из углекислого газа и воды углеводы (процесс фотосинтеза), а также еще одну удивительную группу веществ, которые называются витаминами.

Впервые предположение о существовании этих особых веществ высказал русский врач-педиатр Н.И.Лунин в 1880 г. Он кормил одну группу мышей искусственно приготовленной пищей, состоящей из чистых углеводов, белков и жиров, а другую – природными питательными веществами: зернами злаков, шариками из бобовой муки и кусочков мяса, замешанными на молоке. Ученый обнаружил, что первая группа мышей вскоре начала болеть, а затем погибла. Вторая же группа продолжала чувствовать себя хорошо. Лунин сделал вывод, что в состав пищи второй группы мышей помимо белков, жиров и углеводов входят еще какие-то очень важные для жизни вещества. Позже их обнаружили и дали им название «витамины».

Вы не раз слышали об укрепляющем действии на организм витамина С (читается «витамин цэ», химическое название этого вещества – аскорбиновая кислота), как и о том, что им богаты фрукты (рис. 52) и овощи. Обнаружить витамин С можно с помощью той же настойки йода, которую он обесцвечивает.

Рис. 52. Цитрусовые богаты витамином С

Ученический эксперимент. Таблетку аскорбиновой кислоты растворите в полстакане воды. Добавьте несколько капель йодной настойки. Что наблюдается при этом?
Попробуйте обнаружить витамин С в свежем соке апельсина, лимона, яблока. Есть ли витамин С в газированных напитках?

1. Сравните растительную и животную клетки.

2. Какие два типа веществ входят в состав растительных и животных клеток? На какие группы они подразделяются?

3. Как выделить хлорофилл из зеленых листьев?

4. Как доказать, что в состав зеленых растений входят вода и минеральные соли (качественный состав). Как определить содержание каждой группы неорганических веществ с помощью химического эксперимента?

5. Как обнаружить жир в тканях растений и животных?

6. Что такое эфирные масла? Какое значение они имеют в мире растений? Как можно
использовать их в пищевой и парфюмерной отраслях промышленности?

7. Назовите упоминаемые в параграфе углеводы. Какую качественную реакцию на крахмал вы знаете?

8. Какую роль в живых организмах играют белки?

9. Какие витаминные препараты есть в вашей домашней аптечке? Прочитайте на упаковке их состав.