В кои органи се образуват органични вещества? Окисляване на органични вещества и съединения: реакционен процес и крайни продукти на образуване

В условията на съвременната Земя естественото образуване на органични съединения от неорганични практически не се случва. Освен това появата на жива органична материя е невъзможна. Що се отнася до ранната Земя, условията на нея са били напълно различни. Редуцираща атмосфера с висока концентрация на водород, метан и амоняк, интензивно ултравиолетово лъчение от Слънцето, което не се абсорбира от такава атмосфера, и мощни електрически разряди в атмосферата създадоха необходимите и, очевидно, достатъчни условия за образуване на органични съединения . Наистина, лабораторни експерименти, проведени при условия, симулиращи предполагаемата атмосфера на ранната Земя, са произвели редица органични съединения, включително аминокиселини, които са част от живите протеини.

Липсата на кислород в атмосферата беше необходимо условие за спонтанния синтез на органична материя. Но от гледна точка на последващите трансформации този фактор се оказа разрушителен. Всъщност лишената от кислород атмосфера почти свободно пропуска мощна ултравиолетова радиация (атмосферата на съвременната Земя има озонов слой, възникнал заедно с кислородния компонент, който абсорбира тази радиация). Радиацията, като осигурява енергия за химичните реакции на синтеза на органични съединения, в същото време се стреми да ги унищожи незабавно. Следователно биополимерите, липидите и въглеводородите, образувани в атмосферата, веднага след като са се появили, са били обречени. За да не умрат, те трябваше да се скрият от вредното въздействие на слънчевата ултравиолетова радиация. Смята се, че някои от тези органични съединения са избегнали унищожаване, като са навлезли във водната среда на първичните резервоари.

Тук, във водна среда, органичните съединения влизат в различни химични реакции, сред които се възползват реакциите, довели до саморазвитието на най-активните катализатори. Природата много стриктно преследва естествения подбор на циклични реакции, способни да се самоподдържат, включително поради енергията, освободена по време на реакцията. Проблемът с енергийното снабдяване на еволюционните реакции, по-специално реакциите на полимеризация (комбинирането на молекули от един и същи тип - мономери в макромолекули) изглежда най-важният на този етап от еволюцията, тъй като водната среда допринася малко за активирането на химичните реакции. Ето защо само високоенергийни реакции, включващи особено ефективни, саморазвиващи се катализатори, могат да „оцелеят“.

Тук дойде един от ключовите моменти на развитие. Да приемем, че химическите реакции, необходими за прехода към биоеволюцията, са възникнали и са придобили свойството да се самоподдържат. За тяхното запазване (и, разбира се, по-нататъшно развитие) съответните обеми трябва да бъдат по някакъв начин изолирани от неорганизираната среда, без да се губи способността за обмен на материя и енергия с нея. Едновременното изпълнение на тези две, на пръв поглед, несъвместими условия е било задължително, за да достигне химическата еволюция на качествено ново ниво.

Тази възможност беше открита поради образуването на специални структури от липиди - мембранни черупки . Резултатите от съвременните лабораторни експерименти дават основание да се смята, че при определена концентрация на липиди във водата и външни условия, симулиращи състоянието на атмосферата и хидросферата на тогавашната Земя, възниква характерен процес на самоорганизация, водещ до самосглобяване на липидни обвивки с мембранни свойства.

Освен това не е трудно да се предположи, че процесите на селекция на циклични каталитични реакции и самосглобяване на липидни черупки съвпадат във времето и пространството. По този начин е възможно да се появят природни образувания, изолирани от разрушителното влияние на околната среда, но свързани с нея чрез метаболизъм. Самоподдържащите се реакции започнаха да се случват в един вид реактор, който помага да се поддържа значителната неравновесност на съдържащата се в него биополимерна система. Сега позицията на химическите реагенти стана подредена, адсорбционните процеси върху черупката допринесоха за увеличаване на тяхната концентрация и по този начин за активиране на каталитичния ефект. Всъщност то се състоя преход от химически смеси към организирани системи, адаптирани към по-нататъшно възходящо развитие.

Разглеждат се и редица други модели, които водят до подобно важно, но все пак междинно събитие по пътя към прехода към биологичната еволюция. Една от тях разглежда процесите, свързани с образуването на първоначални органични съединения в атмосферата, при предположението, че ранната Земя с нейната разредена редуцираща атмосфера е била студено тяло с температура от порядъка на -50°C. Съществен момент от този модел е предположението, че атмосферата при тези условия е била йонизирана, т.е. е била в състояние на студена плазма. Тази плазма се счита за основния източник на енергия за реакциите на химическата еволюция. Предположението за ниска температура се използва, за да се обясни запазването на образуваните в атмосферата биополимери: замръзвайки, те падали върху ледената покривка на Земята и се съхранявали в този естествен хладилник „до по-добри времена“. В тази форма ултравиолетовото лъчение и мощните електрически разряди вече не бяха толкова опасни за тях.

Освен това се предполага, че „по-добрите времена“ са дошли със засилването на тектоничната активност и началото на масивни вулканични изригвания. Изхвърлянето на продукти от вулканичната дейност в атмосферата доведе до нейното уплътняване и изместване на йонизационната граница към по-високите слоеве. С промяната на температурните условия ледената покривка естествено се разтопи, образуваха се първични резервоари, в които след размразяване натрупаните дълго време биополимери, липиди и въглеводороди започнаха активна химическа дейност. Следователно може да се говори за тяхната висока концентрация в "първичен бульон"(както често се нарича полученото вещество), което е друг положителен фактор от гледна точка на интензифицирането на химическата еволюция.

Повтарящите се експерименти потвърдиха, че по време на размразяването липидите всъщност демонстрират самосглобяване, образувайки микросфери с диаметър десетки микрометри. Няма значение как биополимерите попадат вътре в тях – дали проникват през мембранния слой или липидната обвивка ги обгръща постепенно. Важното е, че в обем, заобиколен от мембранна обвивка, може да започне нов етап от еволюцията - преходът от химични реакции към биохимични.

Що се отнася до решаващия момент - преходът към най-простата клетка, той може да се разглежда като резултат от скок, характерен за самоорганизацията на материята. За да се подготвим за този скок, в процеса на химическата еволюция трябваше да се появят още няколко структури, способни да изпълняват функциите, необходими на протоклетката. Разглеждат се такива структурни фрагменти фракции , осигуряващи преноса на заредени частици, който е необходим за транспорта на материята. Други групи трябва да осигурят енергийно снабдяване - това са главно молекули на фосфорсъдържащи съединения (АДФ-АТФ система). И накрая, необходимо е да се образуват полимерни структури като ДНК и РНК, чиято основна функция е да служат каталитична матрица за самовъзпроизвеждане.

Не трябва да се пренебрегва и още един ключов момент, свързан с нарушаването на изомерната симетрия. Как се е случил изборът в полза на лявата органична материя, може само да се гадае, но фактът, че тази флуктуация непосредствено предшества произхода на живота, изглежда напълно естествен. Може да се предположи, че биологичната еволюция е била „стартирана” от появата на лява протоклетка.

Федерална агенция за образование

Държавно учебно заведение

Новгородски държавен университет на име. Ярослав Мъдри

Факултет по природни науки и природни ресурси

Катедра по химия и екология

образуване и консумация на органични вещества от растенията

Сборник насоки

Велики Новгород

Образуване и консумация на органични вещества от растенията: Сборник с насоки за лабораторна работа / Съставител Кузмина И. А. - НовГУ, Велики Новгород, 2007. - 12 с.

Насоките са предназначени за студенти от специалност 020801.65 – „Екология” и всички студенти, изучаващи „Обща екология”.

За образуването на органична материя - основата на растителната биомаса на Земята - са необходими атмосферен въглероден диоксид и вода, както и почвени минерали. Използвайки светлина с определена дължина на вълната, въглеродният диоксид се фиксира в растенията по време на фотосинтезата. В резултат на това в атмосферата се отделя кислород, който се образува при фотолизата на водата. Това е първият етап от биохимичния въглероден цикъл.

Количеството енергия, съхранявано на Земята чрез фотосинтеза, е огромно. Всяка година в резултат на фотосинтеза от зелени растения се образуват 100 милиарда тона органични вещества, които съдържат около 450-1015 kcal слънчева енергия, преобразувана в енергията на химичните връзки. Тези процеси са придружени от явления от такъв мащаб като усвояването от растенията на около 170 милиарда тона въглероден диоксид, фотохимичното разлагане на около 130 милиарда тона вода, от което се отделят 115 милиарда тона свободен кислород.

Кислородът е основата на живота на всички живи същества, които го използват за окисляване на различни органични съединения по време на процеса на дишане; откроява CO2.Това е вторият етап от биохимичния въглероден цикъл, свързан с въглеродната функция на живите организми. В този случай освобождаването на кислород на първия етап е приблизително с порядък по-голямо от неговото усвояване на втория етап, в резултат на което по време на функционирането на зелените растения кислородът се натрупва в атмосферата.

Енергията, свързана от автотрофите в процеса на фотосинтеза, впоследствие се изразходва за жизнената дейност на различни хетеротрофи, включително хора, частично се превръща в топлинна енергия и се съхранява в редица компоненти, които изграждат биосферата (растения и почва). В сухоземните биоми въглеродът по време на фотосинтезата се поглъща най-силно от горите (-11 милиарда тона годишно), след това от обработваемата земя (-4 милиарда тона), степите (-1,1 милиарда тона), пустините (-0,2 милиарда тона). Но най-вече въглеродът е свързан от Световния океан, който заема около 70% от повърхността на Земята (127 милиарда тона годишно).

Получените органични вещества на автотрофите навлизат в хранителните вериги на различни хетеротрофи и, преминавайки през тях, се трансформират, губят маса и енергия (пирамиди на маса, енергия), последната се изразходва за жизнените процеси на всички организми, които са включени като връзки в хранителните вериги, отива в световното пространство под формата на топлинна енергия.

Органичната материя на различни живи организми, след като умрат, става собственост (храна) на хетеротрофни микроорганизми. Микроорганизмите разграждат органичната материя чрез процесите на хранене, дишане и ферментация. При разлагането на въглехидратите се образува въглероден диоксид, който се отделя в атмосферата от земната разложена органична материя, както и от почвата. При разграждането на протеините се получава амоняк, който частично се освобождава в атмосферата и главно чрез процеса на нитрификация попълва запасите от азот в почвата.

Част от органичните вещества не се разлагат, а образуват „резервен фонд“. В праисторически времена така са се образували въглища, газ, шисти, а сега - торф и почвен хумус.

Всички горепосочени процеси представляват най-важните етапи и фази на биохимичните цикли (въглерод, кислород, азот, фосфор, сяра и др.). По този начин живата материя в процеса на своя метаболизъм осигурява стабилността на съществуването на биосферата с определен състав на въздух, вода, почва и без човешка намеса тази хомеостаза на земната екосистема би се поддържала неограничено време.

2 Изисквания за безопасност

Експериментите се провеждат стриктно в съответствие с методическите указания. При извършване на работа трябва да се спазват общите правила за безопасност за химическите лаборатории. Ако реактивите влязат в контакт с кожата или дрехите, засегнатата област трябва бързо да се изплакне обилно с вода.

3 Експериментална част

Работа № 1. Определяне на образуването на органична материя в листата на растенията по време на фотосинтеза (въз основа на съдържанието на въглерод)

Фотосинтезата е основният процес на натрупване на материя и енергия на Земята, в резултат на което CO2И H2Oсе образуват органични вещества (глюкоза в тази формула):

6СО2 + 6Н2О + светлинна енергия → С6Н12О6+ 602t

Един от начините за измерване на интензивността на фотосинтезата е да се определи образуването на органична материя в растенията чрез съдържание на въглерод, което се взема предвид чрез метода на мокро изгаряне, разработен за почви и модифициран за дървесни растения от F. 3. Borodulina.

Определя се съдържанието на въглерод в проба от листа, след което листата се излагат на светлина за 2-3 часа или повече и съдържанието на въглерод се определя отново. Разликата между второто и първото определяне, изразена на единица листна повърхност за единица време, показва количеството образувана органична материя.

По време на процеса на горене въглеродът на листата се окислява с 0,4 N разтвор на калиев дихромат в сярна киселина. Реакцията протича съгласно следното уравнение:

2K2Cr2О7 + 8H2SO4 + 3C = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O + 3СО2

Неизразходваното количество калиев бихромат се определя чрез обратно титруване с 0,2 N разтвор на солта на Мор:

6FeSO4 ∙ (NH4)2SO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 =

Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 6(NH4)2SO4 + K2SO4 + 7H2O

Като индикатор се използва безцветен разтвор на дифениламин, който при окисление се превръща в синьо-виолетов дифенилбензидин виолет. Калиевият дихромат окислява дифениламина и сместа придобива червено-кафяв цвят. Когато се титрува със сол на Мор, шествалентният хром се редуцира до тривалентен хром. В резултат на това цветът на разтвора става син, а към края на титруването - синьо-виолетов. Когато хромът се титрува, последващото добавяне на сол на Мор води до превръщане на окислената форма на индикатора в редуцирана (безцветна); Появява се зелен цвят, който се придава на разтвора от йони на тривалентен хром. Ясният преход на синьо-виолетовия цвят към зеления се възпрепятства от йони на ферижелязо, които се появяват по време на реакцията. За по-ясен край на реакцията на титруване, тя се провежда в присъствието на ортофосфорна киселина, която свързва Fe3+ йони в безцветен комплексен йон 3 и предпазва дифениламина от окисляване.

Оборудване, реактиви, материали:

1) конични колби от 250 ml; 2) топлоустойчиви конични колби от 100 ml; 3) малки стъклени фунии, използвани като обратен хладник; 4) бюрети; 5) 0,4 N разтвор на калиев дихромат (в разредена сярна киселина (1:1)); 6) 0,2 N разтвор на сол на Мор; 7) дифениламин; 8) 85% фосфорна киселина; 9) бормашина или друго устройство за избиване на дискове с диаметър 1 cm; 10) градуиран цилиндър; 11) вегетативни растения със симетрични широки и тънки листни плочи (гераниум, фуксия, листа от дървесни растения).

Напредък

Листът на вегетативното растение се разделя на две половини по главната жилка и върху една от тях се изрязват 3 диска с диаметър 1 cm с коркова бормашина, поставена на дъното на конична термоустойчива колба с обем. 100 ml, в който се наливат 10 ml 0,4 N разтвор на K2Cr2O7. . Колбата се затваря с малка фуния с накрайника надолу и се поставя върху електрическа печка със затворена спирала в абсорбатор. Когато разтворът заври, постигнете леко кипене в продължение на 5 минути, като понякога леко разклащате колбата с кръгови движения, така че дисковете да са добре покрити с течност. На върха на колбата (без да покрива гърлото) се поставя колан от няколко слоя дебела хартия, който ще предотврати изгаряния на ръцете ви при разбъркване на съдържанието на колбата и при пренареждане.

След това колбата се отстранява от огъня, поставя се върху керамична плочка и се охлажда. Течността трябва да е кафеникава на цвят. Ако цветът му е зеленикав, това показва недостатъчно количество калиев бихромат, взет за окисляване на органични вещества. В този случай определянето трябва да се повтори с повече реагент или по-малко разфасовки.

Към охладения разтвор се добавят 150 ml дестилирана вода на малки порции на няколко етапа, след което тази течност постепенно се излива в колба от 250 ml, в която се добавят 3 ml 85% ортофосфорна киселина и 10 капки дифениламин. Съдържанието се разклаща и се титрува с 0,2 N разтвор на сол на Мор.

В същото време се извършва контролно определяне (без растителен материал), като внимателно се наблюдават всички горепосочени операции. Солта на Мор губи своя титър относително бързо, така че разтворът трябва да се проверява периодично преди започване на определянето.

Количеството органичен въглерод в 1 dm2 листна повърхност се изчислява по формулата:

a е количеството сол на Мор в ml, използвано за титруване на контролния разтвор;

b е количеството сол на Мор в ml, използвано за титруване на експерименталния разтвор;

k - корекция към солевия титър на Мор;

0,6 - милиграми въглерод, съответстващи на 1 ml точно 0,2 N разтвор на сол на Мор;

S - площ на резници, cm2.

Схема за записване на резултатите

Пример за изчисляване на количеството въглерод:

1. В началото на експеримента:

a = 19 ml, b = 9 ml, k = 1, S = πr2∙3 = (3,14 ∙ 12) ∙ 3 = 9,4 cm2

Водород" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">водородът се изпарява под формата на въглероден диоксид, вода и азотни оксиди. Останалият нелетлив остатък (пепел) съдържа елементи, наречени пепел. Разликата между масата на цялата суха проба и остатъкът от пепел е маса органична материя.

1) аналитични или прецизни технохимични везни; 2) муфелна пещ; 3) щипки за тигели; 4) електрическа печка със затворена спирала; 5) порцеланови тигли или чаши за изпаряване; 6) дисекционни игли; 7) ексикатор; 8) алкохол; 9) дестилирана вода; 10) калциев хлорид; 11) дървени стърготини, натрошена кора, листа, богата на хумус почва, изсушени до абсолютно суха маса.

Напредък

Сухи и натрошени проби от дърво, кора, листа, както и почва (3-6 g или повече), избрани по метода на средната проба, се претеглят до 0,01 g върху проследяваща хартия. Те се поставят в калцинирани и претеглени порцеланови тигли или изпарителни съдове (5-7 cm в диаметър), напълнени с 1% разтвор на железен хлорид, който при нагряване става кафяв и не изчезва при нагряване. Тигелите с органична материя се поставят върху загрята електрическа печка в абсорбатор и се нагряват до овъгляване и изчезване на черен дим. Освен това, ако има по-голямо количество растителен материал, той може да бъде допълнен от предварително претеглена проба.

След това тигелите се поставят в муфелна пещ при температура 400-450 ° C и се изгарят още 20-25 минути, докато пепелта стане сиво-бяла. При по-високи температури на калциниране може да има значителни загуби на сяра, фосфор, калий и натрий. Може също да възникне стопяване със силициева киселина, което предотвратява пълното опепеляване. В този случай калцинирането се спира, тигелът се охлажда и към него се добавят няколко капки гореща дестилирана вода; изсушава се на котлон и продължава калцинирането.

Възможни са следните опции за цвят на пепелта: червено-кафяв (с високо съдържание на железни оксиди в пробата), зеленикав (в присъствието на манган), сиво-бял.

При липса на муфелна пещ, изгарянето може да се извърши за образователни цели на електрическа печка под тяга. За да се създадат по-високи температури, е необходимо плътно да се защити плочката с железен лист под формата на страна с височина 5-7 см от листа на плочката и да се покрие отгоре с парче азбест. Горенето продължава 30-40 минути. При изгаряне е необходимо материалът периодично да се разбърква с дисекционна игла. Изгарянето се извършва и до бяла пепел.

При бавно горене малко количество алкохол се налива в охладени тигли и се запалва. В пепелта не трябва да има забележими частици черни въглища. В противен случай пробите се третират с 1 ml дестилирана вода, разбъркват се и калцинирането се повтаря.

След приключване на горенето тигелите се охлаждат в ексикатор с капак и се претеглят.

Изявление" href="/text/category/vedomostmz/" rel="bookmark">изявление, начертано на дъската.

Схема за записване на резултатите

Всяка общност от живи организми на Земята се характеризира със своята продуктивност и устойчивост. Производителността се определя по-специално като разликата между натрупването и потреблението на органична материя по време на такива основни процеси като фотосинтеза и дишане. В първия процес органичната материя се синтезира от въглероден диоксид и вода с освобождаване на кислород, във втория се разлага поради окислителни процеси, протичащи в митохондриите на клетките с абсорбция на кислород. Различните растения се различават значително във връзката между тези процеси. Да, да C4растенията (царевица, сорго, захарна тръстика, мангрови дървета) имат висока интензивност на фотосинтеза с малко светлинно дишане, което осигурява високата им продуктивност в сравнение с C3растения (пшеница, ориз).

C3 - растения. Това са повечето растения на Земята, които извършват C3- начин за фиксиране на въглероден диоксид по време на фотосинтеза, което води до образуването на три въглеродни съединения (глюкоза и др.). Това са предимно растения от умерени ширини с оптимална температура +20...+25°C, а максимум +35...+45°C.

C4 -растения. Това са тези, чиито продукти за фиксиране CO2са четиривъглеродни органични киселини и аминокиселини. Това включва предимно тропически растения (царевица, сорго, захарна тръстика, мангрови дървета). C4- фиксиращ път CO2сега се среща в 943 вида от 18 семейства и 196 рода, включително редица житни растения от умерените ширини. Тези растения се отличават с много висока интензивност на фотосинтезата и могат да понасят високи температури (оптимумът им е +35...+45°C, максимум +45...+60°C). Те са много приспособени към горещи условия, използват ефективно водата, понасят добре стреса - суша, засоляване и се характеризират с повишена интензивност на всички физиологични процеси, което определя тяхната много висока биологична и икономическа продуктивност.

Аеробното дишане (с участието на кислород) е обратният процес на фотосинтезата. В този процес органичните вещества, синтезирани в клетките (захароза, органични и мастни киселини), се разлагат, освобождавайки енергия:

С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + енергия

Всички растения и животни получават енергия за поддържане на жизнените си функции чрез дишане.

Методът за определяне на скоростта на дишане на растенията се основава на отчитане на количеството въглероден диоксид, отделен от растенията, което се абсорбира от барита:

Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O

Излишен барит, който не е реагирал с CO2,титрува се със солна киселина:

Ba(OH)2 + 2HCl = BaCl2 + H2O

Оборудване, реактиви, материали

1) конични колби с широко гърло с вместимост 250 ml; 2) гумени тапи с пробити отвори, в които се вкарва стъклена тръба; в тръбата се изтегля тънък проводник с дължина 12-15 см; 3) технохимични везни; 4) тежести; 5) черна непрозрачна хартия; 6) бюрети с разтвор на Ba (OH) 2 и запушалка отгоре, в която е вкарана тръба с натриева вар; 7) 0,1 N разтвор на Ba(OH)2; 8) 0,1 N разтвор на НС1; 9) 1% разтвор на фенолфталеин в капкомер; 10) зелени листа, прясно набрани в природата или листа от стайни растения.

Напредък

5-8 г зелени, прясно набрани листа от растението се претеглят с дръжките на технохимична везна, като дръжките се закрепват с единия край на тел, която се издърпва през отвора на тапата (фиг. 1).

Ориз. 1. Монтирана колба за определяне на интензивността на дишането:

1 - тел, 2 - стъклена тръба, 3 - гумена запушалка, 4 - връзка листа, 5 - барит.

Препоръчително е първо да извършите пробна инсталация, като спуснете материала в колбата и затворете колбата със запушалка. Уверете се, че запушалката покрива плътно колбата, чепката с листа е разположена в горната част на колбата и че разстоянието между барита и чепката е достатъчно голямо. Препоръчително е всички отвори между колбата, запушалката и епруветката да се запечатат с пластилин и да се изолира системата с парче фолио в горния изход на жицата от епруветката.

10 ml 0,1 N разтвор на Ba(OH)2 се излива от бюрета в колбите за изпитване, материалът се поставя и изолира по горния метод. Борбата (без растенията) се провежда на 2-3 пъти. Всички колби се покриват с черна непрозрачна хартия, за да се изключи фотосинтезата и идентичността на всички колби, отбелязва се началният час на експеримента, който продължава 1 час. По време на експеримента колбите трябва периодично да се разклащат внимателно, за да се унищожи образуваният BaCO3 филм върху повърхността на барита и предотвратява пълното усвояване на CO2.

След един час отворете леко запушалката и отстранете материала от колбите, като бързо издърпате жицата с листа. Веднага затворете запушалката, като изолирате горната част на сламката с фолио. Преди титруване добавете 2-3 капки фенолфталеин във всяка колба: разтворът става пурпурен. Титрува се свободният барит с 0,1 N HCl. В този случай първо се титруват контролните колби. Вземете средната стойност и след това титруйте експерименталните колби. Разтворите трябва да се титруват внимателно, докато се обезцветят. Запишете резултатите в таблица (на дъската и в тетрадката).

Краен продукт" href="/text/category/konechnij_produkt/" rel="bookmark">крайни продукти

Друга форма на разлагане на органична материя до най-прости съединения са микробиологичните процеси в почвите и водите, водещи до образуването на почвен хумус и различни дънни утайки от полуразложена органична материя (сапропел и др.). Основният от тези процеси е биологичното разграждане от сапрофити на органични вещества, съдържащи азот и въглерод, което е неразделна част от циклите на тези елементи в естествените цикли. Амонификаторните бактерии минерализират протеини от растителни и животински остатъци, както и други микроорганизми (включително азотфиксатори), урея, хитин и нуклеинови киселини, което води до образуването на амоняк (NH3). Растителните и животински протеини, съдържащи сяра, също се разлагат, което води до образуването на сероводород (H2S). Отпадъчните продукти на микроорганизмите са индолови съединения, които действат като стимулатори на растежа. Най-известната е β-индолилоцетна киселина или хетероауксин. Индолните вещества се образуват от аминокиселината триптофан.

Процесът на разграждане на органичните вещества до прости съединения е ензимен. Крайният етап на амонификацията е амониеви соли, достъпни за растенията.

Оборудване, реактиви, материали

1) технохимични везни; 2) термостат; 3) епруветки; 4) памучни тапи; 5) чаши; 6) Петри; 7) NaHCO3 8) 5% PbNO3 или Pb(CH3COO)2; 9) реактив Салковски; 10) реактив на Ерлих; 11) нинхидринов реактив; 12) реактив на Неслер; 13) хумусна почва; 14) пресни листа от лупина или сушени листа от други бобови растения; 15) риба, месно брашно или парчета месо, риба.

Напредък

А. Амонификация на животински протеини

а) Поставете 0,5-1 g прясна риба или малко парче месо в епруветка. Добавете утаена вода до половината от обема на епруветката и 25-50 mg NaHCO3 (на върха на скалпела) за неутрализиране на средата, която благоприятства дейността на амонификаторите (благоприятна за тях е неутрална или леко алкална среда при pH = 7 и повече). Добавете малка бучка хумусна почва, за да въведете амонификатори в средата, разбъркайте съдържанието на епруветката, запушете епруветката с памучна запушалка, като предварително поставите парче оловна хартия между запушалката и епруветката (фиг. 2). ), така че да не докосва разтвора. Увийте всяка епруветка отгоре с фолио, за да предотвратите излизането на газ от епруветката. Поставете всичко в термостат при 25-30°C за 7-14 дни.

Ориз. 2. Монтирана епруветка за определяне на протеинова амонификация: 1 - епруветка; 2 - памучна тапа; 3 - оловна хартия; 4 - сряда.

Този експеримент симулира разлагането на органични остатъци във водната среда на постоянен резервоар (например езерце), в който могат да бъдат отмити почвени частици от съседни полета.

б) Изсипете хумусна почва в чаша, налейте утаена вода, заровете малко парче месо в почвата, закрепете оловна хартия между почвата и ръба на чашата, затворете системата с петриево блюдо (страната надолу), поставете в термостат при 25-30°C за една или две седмици.

Този експеримент симулира разлагането на органични остатъци (червеи, различни почвени животни) в почвата.

Б. Амонификация на растителни остатъци

Наблюдавайте разграждането на зеления тор в почвата, като напълните чаша от 100 ml с хумусна почва и заровите няколко парчета зелени стъбла и листа от многогодишна лупина, грах и боб, засадени в саксия през есента. Можете да използвате сухи части от летни бобови растения, задушени във вода. Покрийте чашите с капак от петриево блюдо, поставете в термостат при температура 25-30 ° C за една до две седмици, като поддържате нормална влажност на почвата по време на експеримента (60% от пълния капацитет на влага), без да я преовлажнявате .

Продължение на работа № 4 (извършва се за 7-14 дни)

а) Филтрирайте част от културалния разтвор от епруветките, в които е настъпило разлагането на животинските протеини. Обърнете внимание на образуването на лошо миришещи продукти (сероводород - миризма на развалени яйца, индолови съединения и др.).

Открийте образуването на амоняк, като добавите 2-3 капки реактив на Неслер към 1 ml културален разтвор. За да направите това, е удобно да използвате часовниково стъкло, поставено върху лист бяла хартия или порцеланова чаша. Пожълтяването на разтвора показва наличието на амоняк, образуван по време на разрушаването на протеините.

Открийте наличието на сероводород чрез почерняването на оловната хартия над разтвора или при спускането й в разтвора.

Накапете културалния разтвор върху филтърна или хроматографска хартия с микропипета с изтеглен накрайник (10-20 капки в една точка), изсушете го над вентилатор, капнете реактив Салковски, Ерлих или нинхидрин. Загрейте над котлона. Индоловите съединения с реактива на Салковски дават синьо, червено, пурпурно оцветяване в зависимост от състава на индоловия продукт (ауксиновата индолоцетна киселина дава червен цвят). Реактивът на Ерлих дава пурпурен цвят с индолови производни. Нинхидриновият реагент е реакция към аминокиселината триптофан (прекурсор на индол ауксините). При нагряване става син.

b) Извадете парче месо или риба от почвата заедно с пръстта, прилежаща към парчето, поставете го в чаша, налейте малко вода, намачкайте със стъклена пръчка, разклатете, филтрирайте. Определете амоняка, сероводорода и индоловите вещества във филтрата, като използвате горните методи. Подобни процеси се случват в почвата, когато мъртвите животни гният.

в) Отстранете от почвата полуразложените стъбла на зелената маса на лупина, почистете ги от почвата и ги смилайте с малко количество вода. Филтрирайте 1-2 ml от разтвора и направете тест за амонячен азот, отделян при минерализацията на растителните белтъци (с реактив на Неслер). Подобни процеси протичат в почвата при оран със зелен тор или органични остатъци под формата на оборски тор, торф, сапропел и др.

Определете наличието на сероводород, индолови вещества, триптофан.

г) Поставете капка културална течност от епруветка, където е настъпило разлагането на животински протеин върху предметно стъкло и я изследвайте под микроскоп при увеличение 600. Откриват се множество микроорганизми, които причиняват разлагането на органични вещества. Често се движат енергично и се огъват като червей.

Въведение. 3

2 Изисквания за безопасност. 4

3 Експериментална част. 4

Работа № 1. Определяне на образуването на органична материя в листата на растенията по време на фотосинтеза (въз основа на съдържанието на въглерод) 4

Работа № 2. Определяне на натрупването на органична материя в растителната биомаса и в почвата. 8

Работа № 3. Определяне на консумацията на органична материя от растенията по време на дишане 11

Работа № 4. Разлагане на органични вещества във вода и почва с определяне на някои крайни продукти. 14

Едно от основните предположения на хетеротрофната хипотеза е, че появата на живот е предшествана от натрупването на органични молекули. Днес ние наричаме органични молекули всички онези молекули, които съдържат въглерод и водород. Ние също така наричаме молекулите органични, защото първоначално се смяташе, че съединения от този вид могат да бъдат синтезирани само от живи организми.

Въпреки това през 1828 г Химиците се научиха да синтезират урея от неорганични вещества. Уреята е органично съединение, което се екскретира в урината на много животни. Живите организми се смятаха за единствен източник на урея, докато тя не можеше да бъде синтезирана в лабораторията. Лабораторните условия, в които органичните съединения са получени от химиците, очевидно до известна степен имитират условията на околната среда на земята в ранния период на нейното съществуване. Тези условия биха могли, според авторите на хетеротрофната хипотеза, да доведат до образуването на органични съединения от кислородни, водородни, азотни и въглеродни атоми.

Носителят на Нобелова награда Харолд Юри, работещ в Чикагския университет, се заинтересува от еволюцията на химичните съединения на Земята в ранния период на нейното съществуване. Той обсъжда този проблем с един от своите студенти, Стенли Милър. През май 1953 г. Милър публикува статия, озаглавена „Образуването на аминокиселини при условия, подобни на тези, които са съществували на Земята в ранния период“, в която той посочва, че A.I. Опарин беше първият, който изрази идеята, че основата на живота, органичните съединения, са се формирали през периода, когато атмосферата на Земята съдържа метан, амоняк, вода и водород, а не въглероден диоксид, азот, кислород и вода. Наскоро тази идея беше потвърдена в роботите на Юри и Бернал.

За да се тества тази хипотеза, в специално създадено устройство, смес от газове CH4, NH3, H2O и H2 беше прекарана през система от тръби и в определен момент от времето се създаде електрически разряд. Определя се съдържанието на аминокиселини в получената смес.

Електрически разряд беше прекаран през херметично устройство, пълно с метан, водород и амоняк, проектирано от Милър. Водната пара идваше от специално устройство, свързано към основната част на устройството. Парата, преминавайки през устройството, се охлажда и кондензира под формата на дъжд. Така лабораторията доста точно възпроизвежда условията, които са съществували в атмосферата на първобитната Земя. Те включват топлина, дъжд и кратки светкавици. Седмица по-късно Милър анализира газа, който беше в експериментални условия. Той откри, че предишната безцветна течност е станала червена.

Химическият анализ показа, че в течността се появяват някои съединения, които не присъстват в началото на експеримента. Атомите на някои газови молекули се рекомбинират, за да образуват нови и по-сложни органични молекули. Анализирайки съединенията в течността, Милър открива, че там се образуват органични молекули, известни като аминокиселини. Аминокиселините са изградени от въглеродни, водородни, кислородни и азотни атоми.

Всеки въглероден атом е способен да образува четири химични връзки с други атоми. Експериментите на Милър показват, че подобни процеси биха могли да се случват в атмосферата на Земята в ранния период от нейното съществуване. Тези експерименти предоставиха важно потвърждение на хетеротрофната хипотеза.

Нека не се натрапваме в строга рамка от самото начало и да опишем термина възможно най-просто: процесът на окисляване на органични вещества (органични; това са например протеини, мазнини и въглехидрати) е реакция, която води до увеличаване на обема на кислорода (O2) и намаляване на обема на водорода (H2).

Органичните вещества са различни химични съединения, които съдържат (С). Изключенията са въглеродна киселина (H2CO3), карбиди (например карборунд SiC, цементит Fe3C), карбонати (например калцит CaCO3, магнезит MgCO3), въглеродни оксиди, цианиди (като KCN, AgCN). Органичните вещества взаимодействат с най-известния окислител, кислород O2, образувайки вода H2O и въглероден диоксид CO2.

Процесът на окисляване на органични вещества

Ако помислим логично, след като процесът на пълно окисление е изгаряне, то процесът на непълно окисление е окисление на органична материя, тъй като при такъв ефект веществото не се възпламенява, а само го нагрява (придружено с отделяне на известно количество енергия под формата на АТФ - аденозин трифосфат - и топлина Q ).

Реакцията на органично окисление не е твърде сложна, така че те започват да я анализират в началото на курса по химия и учениците бързо научават информацията, ако, разбира се, положат поне малко усилия. Вече научихме какъв е този процес и сега трябва да навлезем в самата същност на въпроса. И така, как протича реакцията и какво представлява тя?

Окисляването на органичната материя е вид преход, превръщането на един клас съединения в друг. Например, целият процес започва с окисляването на наситен въглеводород и превръщането му в ненаситен, след което полученото вещество се окислява до образуване на алкохол; алкохолът от своя страна образува алдехид, а от алдехида „изтича” карбоксилна киселина. В резултат на цялата процедура получаваме въглероден диоксид (когато пишете уравнението, не забравяйте да поставите съответната стрелка) и вода.

Това е окислително-редукционна реакция и в повечето случаи органичното вещество проявява редуциращи свойства, но самото се окислява. Всеки включен елемент има своя собствена класификация - той е или редуциращ агент, или окислител, и ние даваме името въз основа на резултата от ORR.

Способността на органичните вещества да се окисляват

Сега знаем, че процесът на редокс реакция (редокс реакция) включва окислител, който отнема електрони и има отрицателен заряд, и редуциращ агент, който отдава електрони и има положителен заряд. Въпреки това, не всяко вещество може да влезе в процеса, който разглеждаме. За по-лесно разбиране, нека разгледаме точките.

Съединенията не се окисляват:

• Алкани - иначе наречени парафини или наситени въглеводороди (например метан, който има формула CH4);
• Арените са ароматни органични съединения. Сред тях бензенът не се окислява (на теория тази реакция може да се извърши, но чрез няколко дълги стъпки; бензенът не може да се окисли самостоятелно);
• Третичните алкохоли са алкохоли, в които хидроксилната група ОН е свързана с третичен въглероден атом;
• Фенолът е другото име на карболовата киселина и се записва в химията като формула C6H5OH.

Примери за органични вещества, способни на окисление:

• алкени;
• Алкини (в резултат ще проследим образуването на алдехид, карбоксилна киселина или кетон);
• Алкадиени (образуват се поливалентни алкохоли или киселини);
• Циклоалкани (в присъствието на катализатор се образува дикарбоксилна киселина);
• Арени (всяко вещество, което има структура, подобна на бензола, т.е. неговите хомолози, може да се окисли до бензоена киселина);
• Първични, вторични алкохоли;
• Алдехиди (имат способността да окисляват въглеродите);
• Амини (при окисление се образуват едно или повече съединения с нитрогрупата NO2).

Окисляване на органични вещества в клетките на растителни, животински и човешки организми

Това е най-важният въпрос не само за хората, които се интересуват от химия. Всеки трябва да има този вид знания, за да формира правилна представа за различните процеси в природата, за стойността на всякакви вещества в света и дори за себе си - човек.

От училищните курсове по биология вероятно вече знаете, че окисляването на органичната материя играе важна биологична роля в човешкото тяло. В резултат на окислително-редукционните реакции настъпва разграждането на BFA (протеини, мазнини, въглехидрати): в клетките се освобождават топлина, АТФ и други енергийни носители и тялото ни винаги е снабдено с достатъчно количество за извършване на действия и нормално функциониране на системи от органи.

Появата на този процес спомага за поддържането на постоянна телесна температура в тялото не само на хората, но и на всяко друго топлокръвно животно, а също така помага за регулиране на постоянството на вътрешната среда (това се нарича хомеостаза), метаболизма, осигурява висококачествено функциониране на клетъчните органели, органи, а също така изпълнява много повече необходими функции.

По време на фотосинтезата растенията абсорбират вредния въглероден диоксид и произвеждат кислород, необходим за дишането.

Биологичното окисление на органичните вещества може да се случи изключително с помощта на различни електронни носители и ензими (без тях този процес би отнел невероятно дълго време).

Ролята на органичното окисление в промишлеността

Ако говорим за ролята на окисляването на органичните вещества в промишлеността, тогава това явление се използва в синтеза, в работата на бактериите с оцетна киселина (при непълно органично окисление те образуват редица нови вещества), а в някои случаи и с органични вещества също е възможно да се произвеждат експлозивни вещества.

Принципи на писане на уравнения в органичната химия

В химията не може да се направи без съставяне на уравнение - това е един вид език на тази наука, който всички учени на планетата могат да говорят, независимо от националността, и да се разбират помежду си.

Най-големите трудности обаче възникват при съставянето на уравнения при изучаване на органична химия.

Обсъждането на тази тема изисква много дълъг период от време, така че тук сме избрали само кратък алгоритъм от действия за решаване на верига от уравнения с някои обяснения:

1. Първо, ние веднага разглеждаме колко реакции възникват в даден процес и ги номерираме. Ние също така определяме класовете, имената на изходните вещества и веществата, които в крайна сметка се образуват;
2. Второ, необходимо е да напишете всички уравнения едно по едно и да разберете вида на техните реакции (съединение, разлагане, обмен, заместване) и условията.
3. След това можете да създадете електронни баланси и не забравяйте да зададете коефициентите.

Окислителни реакции на органични вещества и техните крайни продукти на образуване

Окисление на бензен

Дори при най-агресивните условия бензолът не е податлив на окисление. Бензеновите хомолози обаче са способни да се окисляват под въздействието на разтвор на калиев перманганат в неутрална среда, за да образуват калиев бензоат.

Ако промените неутралната среда на кисела, тогава хомолозите на бензена могат да бъдат окислени с калиев перманганат или дихромат с окончателното образуване на бензоена киселина.

Формула за образуване на бензоена киселина

Окисляване на алкени

Когато алкените се окисляват с неорганични окислители, крайните продукти са така наречените двувалентни алкохоли - гликогени. Редуциращите агенти в тези реакции са въглеродни атоми.

Ярък пример за това е химическата реакция на разтвор на калиев перманганат във връзка със слаба алкална среда.

Агресивните условия на окисление водят до разрушаване на въглеродната верига при двойната връзка с крайните продукти на образуване под формата на две киселини. Освен това, ако средата има високо алкално съдържание, се образуват две соли. Също така киселина и въглероден диоксид могат да се образуват в резултат на разпадането на въглеродната верига, но в силна алкална среда продуктите на окислителната реакция са карбонатни соли.

Алкените са способни да се окисляват, когато се потопят в киселата среда на калиев дихромат съгласно подобна схема, дадена в първите два примера.

Алкинно окисление

За разлика от алкените, алкините се окисляват в по-агресивна среда. Разрушаването на въглеродната верига става при тройната връзка. Общо свойство на алкените е техните редуциращи агенти под формата на въглеродни атоми.

Продуктите на изходната реакция са въглероден диоксид и киселини. Калиевият перманганат, поставен в кисела среда, ще действа като окислител.

Продуктите на окисление на ацетилена, когато са потопени в неутрална среда с калиев перманганат, е калиев оксалат.

Когато неутралната среда се промени в кисела, реакцията на окисление протича до образуването на въглероден диоксид или оксалова киселина.

Алдехидно окисление

Алдехидите са лесно податливи на окисляване поради свойствата си на силни редуциращи агенти. Като окислители за алдехиди можем да разграничим, както в предишните версии, калиев перманганат с калиев дихромат, както и разтвор на сребърен хидроксидиамин - ОН и меден хидроксид - Cu (OH) 2, които са предимно характерни за алдехидите. Важно условие за протичане на реакцията на алдехидното окисление е влиянието на температурата.

Във видеото можете да видите как се определя наличието на алдехиди при реакцията с меден хидроксид.

Алдехидите могат да бъдат окислени до карбоксилни киселини под въздействието на сребърен хидроксидиамин под формата на разтвор с освобождаване на амониеви соли. Тази реакция се нарича "сребърно огледало".

Видеото по-долу демонстрира интересна реакция, наречена „сребърно огледало“. Този експеримент се провежда при взаимодействието на глюкоза, която също е алдехид, с разтвор на сребърен амоняк.

Окисляване на алкохоли

Продуктът на окисление на алкохолите зависи от вида на въглеродния атом, към който е свързана ОН групата на алкохола. Ако групата е свързана с първичен въглероден атом, продуктът на окисление ще бъде алдехиди. Ако ОН групата на алкохол е свързана с вторичен въглероден атом, тогава продуктът на окисление е кетони.

Алдехидите, които на свой ред се образуват по време на окисляването на алкохоли, могат след това да се окислят, за да образуват киселини. Това се постига чрез окисляване на първични алкохоли с калиев дихромат в кисела среда по време на кипене на алдехида, който от своя страна няма време да се окисли по време на изпаряване.

При условие на прекомерно присъствие на окислители като калиев перманганат (KMnO4) и калиев дихромат (K2Cr2O7), при почти всякакви условия първичните алкохоли са способни да се окисляват с освобождаване на карбоксилни киселини във вторични алкохоли, от своя страна, кетони , примери за реакции на които с продуктите на образуване ще бъдат разгледани по-долу.

Етиленгликолът или така нареченият двувалентен алкохол, в зависимост от околната среда, може да се окисли до продукти като оксалова киселина или калиев оксалат. Ако етиленгликолът е в разтвор на калиев перманганат с добавяне на киселина, се образува оксалова киселина, ако двувалентният алкохол е в същия разтвор на калиев перманганат или калиев дихромат, но в неутрална среда, тогава се образува калиев оксалат. Нека да разгледаме тези реакции.

Открихме всичко, което трябва да разберем в началото и дори започнахме да анализираме толкова трудна тема като решаването и съставянето на уравнения. В заключение можем само да кажем, че балансираната практика и честото изучаване ще ви помогнат бързо да затвърдите преминатия материал и да се научите да решавате проблеми.

I. Развитие на идеите за произхода на живота на Земята.

1. Основни идеи, обясняващи произхода на живота на нашата планета:

• Животът на земята е създаден от Бог.
• Живите същества на планетата многократно са се генерирали спонтанно от неживи същества.
• Живот винаги е съществувал.

*Биогенеза – емпирично обобщение (в средата на 19 в.), утвърждаващо, че всичко

живите същества идват само от живи същества.

• Животът на земята е донесен отвън (например от други планети).

*Хипотеза панспермия (предложено от Г. Рихтер през 1865 г. и формулирано от С. Арениус през 1895 г.)

• Животът възниква в определен период от развитието на Земята като следствие от биохимичната еволюция. Теория абиогенеза (коацерватна теория на А. И. Опарин).

2. Същност и значение на творчеството на Франческо Реди (1626-1698), Луи Пастьор (1822-1895).

II. Основни свойства на живите системи (критерии за живеене):

• сложност и висока степен на организация
• единството на химичния състав
• дискретност
• метаболизъм (метаболизъм)
• саморегулация (авторегулация → хомеостаза)
• раздразнителност
• променливост
• наследственост
• самовъзпроизвеждане (възпроизвеждане)
• развитие (онтогенеза и филогенеза)
• откритост
• енергийна зависимост
• ритъм
• адаптивност
• единен принцип на структурна организация – клетка*

III. Съвременните представи за произхода на живота на Земята, базирани

върху теорията на абиогенезата.

Изводи:

1 – биологичната еволюция е предшествана от дълга химическа еволюция ( абиогенен );

2 - появата на живот е етап от еволюцията на материята във Вселената;

3 – закономерността на основните етапи на възникване на живота може да бъде проверена експериментално в лаборатория и изразена под формата на следната диаграма:

атоми → прости молекули → макромолекули →

ултрамолекулни системи (пробионти) → едноклетъчни организми;

4 – първичната атмосфера на Земята имаше възстановителен характер (CH 4, NH 3, H 2 O, H 2), поради това първите организми са били хетеротрофи ;

5 – Дарвинови принципи на естествен подбор и оцеляване на най-силните

могат да се прехвърлят в предбиологични системи;

6 – в момента живите същества произлизат само от живи същества (биогенно). Възможност

Повторната поява на живот на Земята е изключена.

I. Неорганична еволюция и условия за възникване на живота на Земята.

1. Появата на атомите на химичните елементи е началният етап от неорганичната еволюция.

В дълбините на Слънцето и звездите, в плазмата, се образуват сложни ядра от най-простите. Материята е в непрекъснато движение и развитие.

Планетата Земя се е образувала преди 4,5 - 7 милиарда години (газово-прахов облак).

Появата на твърда кора ( геоложка възраст) преди 4 – 4,5 милиарда години

Образуване на най-простите неорганични съединения.

C, H, O, N, F (биогенни елементи) са широко разпространени в космоса и имат голяма възможност да реагират помежду си, което се улеснява от електромагнитно излъчване и топлина.

Първичната атмосфера на Земята имаше възстановителен характер: CH 4, NH 3, H 2 O, H 2.

Състав на първичната литосфера: Al, Ca, Fe, Mg, Na, K и др.

Първична хидросфера: по-малко от 0,1 обем вода в днешните океани, pH = 8-9.

Образуване на най-простите органични съединения.

Този етап е свързан със специфичната валентност на въглерода - основният носител на органичния живот, способността му да се свързва с почти всички елементи, да образува вериги и цикли, с неговата каталитична активност и други свойства.

Характеризират се органичните молекули огледална изомерия , т.е. те могат да съществуват в две структурни форми, сходни и същевременно различни една от друга. Тази характеристика на молекулите, съществуващи в две огледални форми, се нарича хиралност. Сред органичните вещества, които го притежават, са молекулярните "градивни елементи" на живота - аминокиселини и захари. Те се характеризират с абсолютна хирална чистота: протеините съдържат само "леви" аминокиселини, а нуклеиновите киселини съдържат само "десни" захари. Това е най-важната характеристика, която отличава живите от неживите. Неживата природа има склонност към установяване на огледална симетрия (рацемизация) – баланс между ляво и дясно. Нарушаването на огледалната симетрия е предпоставка за появата на живот.

4. Абиогенен синтез на биополимери– протеини и нуклеинови киселини.

Набор от условия : доста висока температура на повърхността на планетата, активна вулканична дейност, газообразни електрически разряди, ултравиолетова радиация.

Адсорбирани върху тинестото дъно на изсъхващите морски лагуни, различни мономери претърпяха полимеризация, кондензация и дехидратация под въздействието на слънчевата енергия. Океанът е обогатен с полимери, образуването на „първичен бульон“ и образуването на коацервати.

Коацервати– съсиреци от високомолекулни съединения, способни да адсорбират различни вещества. Химичните съединения могат да попаднат в тях осмотично от околната среда и да се осъществи синтеза на нови съединения. Коацерватите действат като отворени системиспособен на метаболизъм и растеж. Може би механично раздробяване.

II. Преходът от химическата еволюция към биологичната.

A.I. Oparin (1894-1980) предполага, че преходът от химическата еволюция към биологичната е свързан с появата на най-простите органични системи, разделени на фази - пробионти , способни да използват вещества от околната среда ( метаболизъм) и енергетиката и на тази база да се реализират най-важните жизнени функции са растежът и естественият подбор.

Истинското начало на биологичната еволюция е белязано от появата на пробионти с кодови връзки между протеини и нуклеинови киселини. Взаимодействието на протеини и нуклеинови киселини доведе до появата на такива свойства на живите същества като самовъзпроизвеждане, запазване на наследствената информация и предаването й на следващите поколения. Вероятно на по-ранни етапи от предишния живот са съществували молекулярни системи от полипептиди и полинуклеотиди, независими една от друга. В резултат на съчетаването им, способността да самовъзпроизвежданедобавени нуклеинови киселини каталитиченпротеинова активност.