Химические системы

– Химия – наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения. (научный этап развития химии начинается примерно с 60-х гг. 17 века). Главная задача химии – получение веществ с необходимыми свойствами.

– Последовательность, в которой исторически развивалось химическое знание с учетом 4-х концептуальных этапов… 1. концепция о химических элементах вещества (началась с трудов Р. Бойля и завершилась созданием периодической системы Д. И. Менделеева)…2.

Концепция структурной химии (с конца 18 до сер. 20 в.) 3) концепция химических технологий…4) концепция эволюционной химии.

– Представление о химических элементах возникает при попытках установить состав вещества. Простейшая процедура для этого анализа химическое разложение, или химический анализ, в результате которого получаются вещества, не подвергающиеся дальнейшему разложению. Эти вещества и есть химические элементы, ранее называвшиеся « простыми телами».

– химический элемент – это определенный вид атомов, характеризующийся одинаковым зарядом ядра.

– Открытие кислорода опровергло гипотезу о «флогистоне» – некотором «невесомом теле», благодаря чему вещества способны гореть. Постепенно были открыты водород, азот, сера, фосфор, углерод. Менделееву в 1969 г. было известно уже 62 элемента.

– Ж. Пруст в 1801-1808 гг. установил закон постоянства вещества:»всякое вещество независимо от его происхождения и способа получения имеет один и тот же состав».

– Создатель химического атомизма Дж. Дальтон сформулировал закон кратных отношений. Он ввел в химии понятие атомного веса.

– В квантовой механике было показано, что индивидуальные свойства и положение каждого из элементов периодической таблицы определяются электрическим зарядом атомного ядра.

– Большинство природных химических элементов представляют собой смесь… изотопов.

Атомов одного и того же элемента может быть два, различающихся по атомному весу, но имеющих один и тот же ядерный заряд. Такие различающиеся по массе элементы стали называть изотопами.

– Атом – электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц. Составные части атома – ядро и протоны.

– Принцип Паули дает объяснение Периодической системе Менделеева. Атом водорода имеет 1 электрон и 1 протон. Каждый последующий атом будет получать, увеличивая заряд ядра предыдущего атома на единицу (один протон) и добавляя один электрон. У атома гелия на оболочке 2 электрона, оба они располагаются на первой оболочке. На атоме гелия заканчивается заполнение первой оболочки, что соответствует завершению первого периода периодической системы Менделеева. У атома лития Z=3 на оболочке 3 электрона, 2 – на первой и 1 – на второй. Завершается второй период таблицы.

– Конепция Й. Берцелиуса: атомы химических элементов обладают различной электроотрицательностью и, объединяясь между собой в молекулы, не компенсируют полностью свои заряды, оставаясь электрозаряженными.

– Ф. Кекуле сформулировал основные положения теории валентности, обосновал наличие для углерода четырех единиц сродства, а для азота, кислорода и водорода соответственно, трех, двух и одной. Число единиц сродства, присущее атому того или иного элемента, получило название «валентность».

– Структура молекул – это пространственная и энергетическая упорядоченность системы, состоящей из атомных ядер и электронов.

– Если продукты реакции образуют более прочные связи, чем исходные вещества, то имеет место выделение энергии (экзотермическая реакция – внутренняя энергия системы уменьшается), и наоборот (эндотермическая реакция).

– Внутренняя энергия – это общий запас энергии системы, складывающийся из энергии движения и взаимодействия молекул, ядер и электронов в атомах, нуклонов в ядрах, кварков в адронах.

– Химическая связь представляет собой одно из фундаментальных физических взаимодействий – электромагнитных.

– Закон постоянства химических соединений – любое индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным неизменным составом, прочным притяжением составных частей и тем самым отличается от смесей.

– Свойства молекулы воды полностью определяются суммой свойств атомов кислорода и двух атомов водорода.

– Невозможность протекания многих химических реакций при невысоких температурах объясняется… низким энергетическим барьером.

– способность атомов углерода образовывать связи с атомами азота, кислорода, серы представляет… химическую активность органических соединений.

– В химических превращениях молекулы … не сохраняются.

– Химическая кинетика изучает скорости и механизмы реакций, а также их зависимость от различных факторов (концентрация, температура, давление, облучение и т.д.)

– Отбор химических элементов во Вселенной проявляется таким оброазом, что борльшая частье

– Скорость химической реакции измеряется количеством вещества, вступающего в реакцию и образующегося в результате неё в единицу времени.

– Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры и от присутствия в системе катализаторов.

– Молекулярно-кинетическая энергия газов позволяет точно рассчитывать…1 отклонение скорости данной молекулы в данный момент времени от среднего значения;…2) средние значения величин, характеризующих коллектив молекул газа…

– Вещество, уменьшающее скорость протекания химического вещества, называется… ингибитор.

– Невозможность протекания многих химических реакций при невысоких температурах объясняется… низким энергетическим барьером.

Задание. Соотнесите свойства системы с проявлением этого свойства в природном объекте: 1. интегративность; 2. целостность. 3. иерархичность.

А. Свойства молекулы воды полностью определяются суммой свойств всех атомов кислорода и 2-х атомов водорода.

В. В живом организме согласованно функционируют системы всех уровней организаций.

С.. Вода состоит: из молекул – из атомов – из элементарных частиц.

– Ответ: 1 А; 2 В; 3 С.

Ж И В Ы Е С И С Т Е М Ы

– Главное свойство живого вещества – способность к воспроизводству специфической структуры;

– Среди бесчисленного разнообразия химических веществ, из которых построены живые организмы, особое место занимают нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты, как и любые полимеры, кислоты построены из большого количества небольших органических молекул, – мономеров, называемых нуклеотидами.

В отличие от всех других полимеров, кроме белков, нуклеиновые кислоты построены из нескольких разнотипных мономеров, отличающихся друг от друга одним из компонентов;

– В ядрах всех клеток, а также в некоторых других органоидах (митохондрии животных, хлоропласты растений), содержится дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – носитель наследственной информации на молекулярном уровне;

– У всех видов, обитающих на планете Земля, макромолекулы ДНК построены по одному и тому же плану.

– Нуклеотиды содержат по одной молекуле фосфорной кислоты, дезоксирибозы (пятиуглеродный сахар, т.е. пентоза) и азотистого основания, причем различаются они по последнему компоненту (азотистому основанию): аденин – А, гуанин, тимин – Т, цитозин – Ц.

– Нуклеотиды соединены в длинные цепочки, составляющие молекулы нуклеиновых кислот. Их 2 вида - дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). РНК бывает трех типов: рибосомная, информационная и транспортная.

– Молекула ДНК построена из двух спиралевидных полинуклеотидных цепей, которые объединены в результате закручивания одной вокруг другой по общей оси (двойная спираль). Цепи в молекуле не идентичны, но комплементарны (соответственны) и удерживаются слабыми водородными связями между азотистыми основаниями, причем это спаривание имеет специфический характер. Аденин (А) одной цепи связывается с тимином (Т) другой двумя, гуанин (Г) одной соединяется с цитозином Ц) другой тремя водородными связями. В полном наборе молекул ДНК человека 3 млрд. нуклеотидов. Они несут информацию о программе развития организма. В этой «записи» можно различать «слова» – гены (от греч. – происхождение)

ГЕНЫ

– Ген – это участок ДНК, связанный с развитием того или иного признака (цвета глаз, группы крови, уровня развития некоторых способностей, предрасположенности к тем или иным заболеваниям).

– Концепция гена как основной биологической единицы наследственности постулировала: ген должен обладать тремя главными свойствами : а) специфичностью; б) способностью к точному воспроизведению; в) способностью к изменениям (мутациям).

– В генах человека записан общий план развития организма, определяющий особенности человека как биологического вида, а также информации о множестве индивидуальных различий.

– Каждый ген связан с формированием одного или нескольких признаков.

– Последовательность нуклеотидов в гене кодирует последовательность аминокислот в белке (это структурный ген).

– Перед кодирующей последовательностью ДНК (структурным геном) обычно находятся сигналы, указывающие, когда и с какой интенсивностью должен работать данный ген. Эти сигналы называются регуляторными участками (регуляторными генами). Они включают и выключают создание необходимых клетке в данный момент «рабочих копий» генетической информации, хранящейся в «ДНК-архиве».

– У примитивных организмов, таких как бактерии, гены занимают около 80-90% всей ДНК.

– У человека на участки, кодирующие белок (структурные гены), приходится не более 5% нуклеотидных последовательностей. Остальные участки ДНК (регуляторные гены) содержат информацию о том, как и в какой последовательности должны включаться гены.

ГЕНОМ

– Совокупность всех генов и межгенных последовательностей нуклеотидов в гаплоидном наборе называется геномом (от слов ген + хромосома).Геном характеризует вид, а не особь, в отличие от генотипа.

– Общее число генов в геноме человека – около 25 тысяч.

–

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК, ХРОМОСОМЫ, БИОСИНТЕЗ БЕЛКА.

– перед каждым клеточным делением количество хромосом, т. е. число молекул ДНК, удваивается. и дочерние клетки получают точную копию того набора генов, который был у родительской клетки. Этот процесс называется р е п л и к а ц и е й (редупликацией) и заключается в раскручивании двойной спирали на отдельные цепи, каждая из которых используется как матрица (образец, шаблон).

– Из свободных нуклеотидов клеточного ядра достраиваются недостающие цепи ДНК с соблюдением принципа комплементарности (дополнительности): А-Т, Г-Ц.

– Чтобы длинные молекулы ДНК не запутались, они свернуты в более плотные структуры, называемые х р о м о с о м а м и. Хромосомы- органоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследственные свойства клеток и организмов. Хромосома образовано от латинских слов ХРОМА и СОМА – окрашенное тело, т.к. окрашиваются основными красителями).

– Каждая хромосома содержит одну линейную молекулу ДНК, поддерживаемую гистоновыми белками ( можно образно представить: на бусины - белковые глобулы намотаны нитевидные молекулы ДНК). У человека во всех клетках, кроме половых, имеется 46 (23 пары) хромосом.

– Одну из хромосом каждой пары ребенок получает от матери, вторую – от отца. Именно поэтому он похож на обоих родителей.

– Полный набор хромосом в ядре клетки называется к а р и о т и п о м (от греч. ядро + отпечаток).Это видовой признак. Их в ядре может быть от 2 до неск. сотен.

– Хромосомы нумеруют по размеру – у человека пара самых больших получила №1, следующая – №2, и так до 22-й пары.

– Хромосомы 23-й пары у человека называют половыми (у женщин XX, у мужчин XY), в отличие от остальных, называемых а у т о с о м а м и.

– В половых клетках – яйцеклетках и сперматозоидах – содержится по одной хромосоме из каждой пары, т. е. 23 хромосомы. Такой набор хромосом называется г а п л о и д н ы м, в отличие от д и п л о и д н о г о набора остальных (соматических) клеток.