有機物質の形成はどの器官で起こりますか? 有機物質および化合物の酸化: 反応プロセスと最終生成物

現代の地球の条件下では、無機化合物から有機化合物の自然な形成は事実上起こりません。さらに、生きた有機物の出現は不可能です。初期の地球に関しては、地球上の状況はまったく異なりました。高濃度の水素、メタン、アンモニアを含む還元性雰囲気、そのような雰囲気では吸収されない太陽からの強力な紫外線、そして大気中の強力な放電が、有機化合物の形成に必要かつ明らかに十分な条件を作り出しました。。実際、初期の地球の大気を模擬した条件下で行われた実験室実験では、生きたタンパク質の一部であるアミノ酸を含む多くの有機化合物が生成されました。

大気中に酸素が存在しないことは、有機物の自発的合成にとって必要な条件でした。しかし、その後の変革の観点から見ると、この要因は破壊的であることが判明しました。実際、酸素が欠乏した大気は、強力な紫外線をほぼ自由に透過します（現代の地球の大気には、酸素成分とともに発生したオゾン層があり、この放射線は吸収されます）。放射線は、有機化合物の合成の化学反応にエネルギーを提供すると同時に、有機化合物を即座に破壊する傾向があります。したがって、大気中に形成された生体高分子、脂質、炭化水素は、出現するとすぐに消滅する運命にあります。死なないためには、太陽の紫外線の有害な影響から身を隠す必要がありました。これらの有機化合物の一部は、一次貯水池の水生環境に侵入することで死を免れたと考えられています。

ここでは、水性環境において、有機化合物がさまざまな化学反応を起こし、その中で最も活性な触媒の自己開発につながる反応が利用されました。自然は、反応中に放出されるエネルギーによるものも含め、自立可能な周期的反応の自然選択を非常に厳密に追求しました。水性環境は化学物質の活性化にほとんど寄与しないため、進化反応、特に重合反応（同じ種類の分子の結合、つまりモノマーから高分子へ）のためのエネルギー供給の問題が、進化のこの段階では最も重要であると思われる。反応。それが、特に効果的な自己生成型触媒を含む高エネルギー反応だけが「生き残る」ことができる理由です。

ここに開発の重要な瞬間の 1 つが訪れました。生物進化への移行に必要な化学反応が発生し、自立する性質を獲得したと仮定しましょう。それらを保存するには（そしてもちろん、さらなる開発のために）、対応するボリュームは、物質とエネルギーを交換する能力を失わずに、未組織の環境から何らかの方法で隔離されなければなりません。化学進化が質的に新しいレベルに到達するには、一見すると相容れないこれら 2 つの条件が同時に満たされることが必須でした。

この機会は、脂質からの特殊な構造の形成により発見されました。膜殻。現代の実験室実験の結果は、水中の一定濃度の脂質と、当時の地球の大気と水圏の状態をシミュレートする外部条件において、特徴的な自己組織化プロセスが発生し、 膜特性を備えた脂質シェルの自己集合.

さらに、周期的触媒反応の選択と脂質シェルの自己集合のプロセスが時間的および空間的に一致していると仮定するのは難しくありません。したがって、自然の地層は、環境の破壊的な影響から隔離されながらも、代謝によって環境と結びついて出現した可能性があります。一種の反応器内で自立反応が起こり始め、その中に含まれる生体高分子システムの重大な非平衡を維持するのに役立ちます。現在、化学試薬の位置は整然としており、シェル上の吸着プロセスにより化学試薬の濃度が増加し、それによって触媒効果が活性化されました。実際にそれは起こりました 化学混合物からさらなる発展に適応した組織化システムへの移行.

同様の重要ではあるが、生物学的進化への移行過程におけるまだ中間の出来事につながる他の多くのモデルも考慮されています。そのうちの 1 つは、希薄な還元性大気を持つ初期の地球が -50 ℃程度の低温の天体であったという仮定の下で、大気中での初期有機化合物の形成に関連するプロセスを考察しています。このモデルの重要な点は、これらの条件下の大気はイオン化されている、つまり冷たいプラズマの状態にあると仮定していることです。このプラズマは、化学進化反応の主なエネルギー源と考えられています。低温という仮定は、大気中で形成された生体高分子の保存を説明するために使用されます。つまり、生体高分子は凍結して地球の氷床に落ち、「より良い時代になるまで」この天然の冷蔵庫に保管されていました。この形態では、紫外線や強力な放電は彼らにとってもはやそれほど危険ではありませんでした。

さらに、地殻活動の激化と大規模な火山噴火の開始によって「より良い時代」が到来したと考えられています。火山活動の生成物が大気中に放出されると、その圧縮とイオン化境界のより高い層への移動が引き起こされました。温度条件の変化により、氷の表面が自然に溶け、一次貯留層が形成され、そこでは解凍後、長期間にわたって蓄積された生体高分子、脂質、炭化水素が活発な化学活動を開始しました。したがって、彼らの集中力の高さについて話すことができます。 「原始スープ」これは、化学進化を促進するという観点からは、もう 1 つのプラスの要因でした。

繰り返しの実験により、解凍中に脂質が実際に自己集合を示し、直径数十マイクロメートルの微小球を形成することが確認されました。生体高分子がどのように内部に到達するかは問題ではありません。生体高分子が膜層を貫通するのか、脂質の殻が徐々に生体高分子を包み込むのかは関係ありません。重要なことは、膜殻に囲まれた空間で、化学反応から生化学反応への移行という進化の新しい段階が始まる可能性があるということです。

決定的な瞬間、つまり最も単純なセルへの移行に関しては、それは物質の自己組織化に特徴的なジャンプの結果と考えることができます。この飛躍に備えるために、原細胞に必要な機能を実行できる化学進化の過程で、さらにいくつかの構造が出現する必要がありました。このような構造断片が考えられます。派閥、物質の輸送に必要な荷電粒子の移動を確実にします。他のグループはエネルギー供給を提供する必要があります。これらは主にリン含有化合物の分子です (ADP-ATP システム)。最後に、DNA や RNA などのポリマー構造を形成する必要があります。その主な機能は、 触媒マトリックス 自己複製のため。

異性体対称性の違反に関連するもう 1 つの重要な点を見逃してはなりません。左巻きの有機物を支持する選択がどのようにして起こったのかは推測することしかできませんが、この変動が生命の起源の直前に起こったという事実は完全に自然であるように思えます。生物学的進化は、左手系原細胞の出現によって「開始」されたと考えられます。

連邦教育庁

州立教育機関

ノヴゴロド州立大学にちなんで名付けられました。ヤロスラフ賢者

科学天然資源学部

化学生態学科

植物による有機物の生成と消費

ガイドライン集

ヴェリーキー・ノヴゴロド

植物による有機物質の生成と消費: 実験室作業のためのガイドライン集 / Kuzmina I. A. 編 - NovSU、Veliky Novgorod、2007. - 12 p.

このガイドラインは、専門 020801.65 - 「生態学」の学生および「一般生態学」を学ぶすべての学生を対象としています。

導入

地球上の植物バイオマスの基礎である有機物の形成には、土壌ミネラルだけでなく、大気中の二酸化炭素と水も必要です。特定の波長の光を使用すると、光合成中に二酸化炭素が植物内に固定されます。その結果、水の光分解中に生成される酸素が大気中に放出されます。これは生化学的な炭素循環の最初の段階です。

光合成によって地球上に蓄えられるエネルギーの量は膨大です。毎年、緑色植物による光合成の結果として、1,000億トンの有機物質が形成され、これには化学結合のエネルギーに変換された約450〜1,015kcalの太陽エネルギーが含まれます。これらのプロセスは、植物による約1,700億トンの二酸化炭素の同化、約1,300億トンの水の光化学分解、そこから1,150億トンの遊離酸素の放出などの大規模な現象を伴います。

酸素はすべての生き物にとって生命の基礎であり、酸素は呼吸の過程でさまざまな有機化合物を酸化するために使用されます。際立っている CO2。これは、生物の二酸化炭素機能に関連する生化学的炭素循環の第 2 段階です。この場合、第 1 段階での酸素の放出は第 2 段階での酸素の吸収よりも約 1 桁多く、その結果、緑色の植物が機能している間、大気中に酸素が蓄積します。

光合成の過程で独立栄養生物によって結合されたエネルギーは、その後、人間を含むさまざまな従属栄養生物の生命活動に費やされ、部分的に熱エネルギーに変わり、生物圏（植物と土壌）を構成する多くの構成要素に蓄えられます。陸上生物群系では、光合成中の炭素は森林（年間 -110 億トン）によって最も強く隔離され、次いで耕地（-40 億トン）、草原（-11 億トン）、砂漠（-2 億トン）となっています。しかし、炭素の大部分は、地球表面の約 70% (年間 1,270 億トン) を占める世界の海洋に結合しています。

結果として生じる独立栄養生物の有機物質は、さまざまな従属栄養生物の食物連鎖に入り、それらを通過することで変換され、質量とエネルギー（質量のピラミッド、エネルギー）を失い、後者はリンクとして含まれるすべての生物の生命活動に費やされます。食物連鎖の中で、熱エネルギーの形で世界空間に送られます。

さまざまな生物の有機物は、死んだ後は従属栄養微生物の財産（餌）になります。微生物は摂食、呼吸、発酵のプロセスを通じて有機物を分解します。炭水化物が分解すると二酸化炭素が形成され、二酸化炭素は土壌だけでなく地上で分解された有機物からも大気中に放出されます。タンパク質の分解によりアンモニアが生成され、その一部が大気中に放出され、主に硝化のプロセスを通じて土壌中の窒素埋蔵量が補充されます。

有機物の一部は分解されずに「埋蔵量」を形成します。先史時代には、これが石炭、ガス、頁岩、そして現在では泥炭と土壌腐植土が形成された方法です。

上記のプロセスはすべて、生化学サイクル (炭素、酸素、窒素、リン、硫黄など) の最も重要な段階と段階を表します。このように、生物物質はその代謝の過程で、空気、水、土壌の一定の組成を持つ生物圏の存在の安定性を確保しており、人間の介入がなければ、この地球生態系の恒常性は永久に維持されることになります。

2 安全要件

実験は方法論的なガイドラインに従って厳密に実行されます。作業を行うときは、化学実験室の一般的な安全規則に従う必要があります。試薬が皮膚や衣服に付着した場合は、直ちに多量の水で洗い流してください。

3 実験部分

作業 No. 1. 光合成中の植物の葉の有機物の形成の決定 (炭素含有量に基づく)

光合成は地球上の物質とエネルギーの蓄積の主なプロセスであり、その結果として CO2そして H2O有機物質が形成されます (この式ではグルコース)。

6СО2 + 6Н2О + 光エネルギー → С6Н12О6+ 602t

光合成の強さを測定する 1 つの方法は、炭素含有量によって植物内の有機物の形成を決定することです。これは、土壌用に開発され、F. 3. ボロドゥリナによって木本植物用に改良された湿式燃焼法によって考慮されます。

葉のサンプルの炭素含有量が測定され、次に葉が 2 ～ 3 時間以上光にさらされて、炭素含有量が再度測定されます。 2 回目と 1 回目の測定の差は、単位時間当たりの葉の表面の単位当たりで表され、形成された有機物の量を示します。

燃焼プロセス中に、葉の炭素は硫酸中の重クロム酸カリウムの0.4 N溶液で酸化されます。反応は次の方程式に従って進行します。

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

未使用の重クロム酸カリウムの量は、0.2 N モール塩溶液を用いた逆滴定によって決定されます。

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

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

ジフェニルアミンの無色の溶液が指示薬として使用され、酸化すると青紫のジフェニルベンジジンバイオレットに変わります。重クロム酸カリウムはジフェニルアミンを酸化し、混合物は赤茶色になります。モール塩で滴定すると、六価クロムは三価クロムに還元されます。その結果、溶液の色は青色に変わり、滴定の終わりに近づくにつれて青紫色に変わります。クロムを滴定する場合、その後モール塩を添加すると、指示薬の酸化型が還元型 (無色) に変化します。緑色が現れますが、これは三価クロムイオンによって溶液に与えられます。青紫色から緑色への明確な移行は、反応中に現れる第二鉄イオンによって妨げられます。滴定反応の終わりを明確にするために、滴定反応はオルトリン酸の存在下で行われます。オルトリン酸は、Fe3+ イオンを結合して無色の錯イオン 3 にし、ジフェニルアミンを酸化から保護します。

装置、試薬、材料：

1) 250 ml 三角フラスコ; ２）１００ｍｌの耐熱三角フラスコ。３）還流冷却器として使用される小さなガラス漏斗。 4) ビュレット。５）重クロム酸カリウムの０．４Ｎ溶液（希硫酸（１：１）中）。６）モール塩の０．２Ｎ溶液。 7) ジフェニルアミン。 8) 85% リン酸; ９）直径１ｃｍのディスクをノックアウトするためのプラグドリルまたは他の装置。 10）メスシリンダー。 11）対称的な広くて薄い葉身を持つ栄養植物（ゼラニウム、フクシア、木本植物の葉）。

進捗

栄養植物の葉を主脈に沿って半分に分け、そのうちの1枚をコルクドリルで直径1cmの円盤3枚に切り抜き、容量のある三角耐熱フラスコの底に置きます。１００ｍｌの溶液に、０．４ＮのＫ２Ｃｒ２Ｏ７溶液１０ｍｌを注ぐ。 . フラスコを、注ぎ口を下にして小さな漏斗で閉じ、ドラフト内の密閉螺旋を備えた電気ストーブ上に置く。溶液が沸騰したら、ディスクが液体で十分に覆われるように、時々フラスコを円を描くように軽く振りながら、5 分間穏やかに沸騰させます。フラスコの上部には厚紙を何枚も重ねたベルトが（首を覆わずに）配置されており、フラスコ内容物をかき混ぜたり並べ替えたりする際の火傷を防ぎます。

次に、フラスコを火から下ろし、セラミックタイルの上に置き、冷却します。液体は茶色がかった色になるはずです。色が緑色の場合、有機物の酸化に必要な重クロム酸カリウムの量が不十分であることを示します。この場合、試薬を増やすかカット数を減らして測定を繰り返す必要があります。

冷却した溶液に蒸留水１５０ｍｌを数回に分けて少しずつ加え、この液体を２５０ｍｌフラスコに徐々に注ぎ、８５％オルトリン酸３ｍｌとジフェニルアミン１０滴を加える。内容物を振盪し、0.2 N モール塩溶液で滴定します。

同時に、上記のすべての操作を注意深く観察しながら、（植物材料なしで）管理の決定が実行されます。モール塩は力価が比較的早く失われるため、測定を開始する前に溶液を定期的にチェックする必要があります。

葉の表面1dm2に含まれる有機物炭素量は、次の式で計算されます。

a は、対照溶液の滴定に使用されるモール塩の量 (ml) です。

b は実験溶液の滴定に使用したモール塩の量 (ml) です。

k - モール塩力価の補正。

0,6 - 正確に0.2Nのモール塩溶液1mlに相当する炭素のミリグラム。

S - 切断面積、cm2。

結果記録スキーム

炭素量の計算例:

1. 実験の開始時に:

a = 19 ml、b = 9 ml、k = 1、S = πr2・3 = (3.14 ∙ 12) ∙ 3 = 9.4 cm2

水素" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">水素は、二酸化炭素、水、窒素酸化物の形で揮発します。残った不揮発性残留物 (灰分) には、灰分と呼ばれる元素が含まれています。乾燥サンプル全体の質量。灰残留物は有機物の質量です。

1) 分析または精密テクノケミカル天びん; 2）マッフル炉。 3）るつぼトング。 4）閉じたスパイラルを備えた電気ストーブ。 5) 磁器るつぼまたは蒸発カップ。 6) 解剖針。 7) デシケーター。 8）アルコール。 9) 蒸留水。 10）塩化カルシウム。 11) 完全に乾燥した塊になるまで乾燥させた木の削りくず、砕いた樹皮、葉、腐植質に富んだ土壌。

進捗

平均サンプル法によって選択された木材、樹皮、葉、および土壌の乾燥および粉砕サンプル (3 ～ 6 g 以上) を、トレーシングペーパー上で 0.01 g まで秤量します。これらを焼成して計量した磁器るつぼまたは蒸発皿（直径 5 ～ 7 cm）に置き、塩化第二鉄の 1% 溶液で満たします。この溶液は加熱すると茶色に変わり、加熱しても消えません。有機物を入れたるつぼをドラフト内で加熱した電気ストーブの上に置き、焦げて黒煙が消えるまで加熱します。さらに、植物材料が多量にある場合は、事前に計量したサンプルから植物材料を補充することができます。

次に、るつぼを温度400〜450℃のマッフル炉に入れ、灰が灰白色になるまでさらに20〜25分間燃焼させます。より高い焼成温度では、硫黄、リン、カリウム、ナトリウムが大幅に失われる可能性があります。ケイ酸との融合も起こり、完全なアッシングが妨げられる場合があります。この場合、焼成を停止し、るつぼを冷却し、そこに数滴の熱蒸留水を加えます。ホットプレート上で乾燥させ、焼成を続けます。

次の灰色のオプションが可能です: 赤褐色 (サンプル中に酸化鉄が多く含まれる場合)、緑がかった色 (マンガンが存在する場合)、灰白色。

マッフル炉がない場合は、牽引下の電気ストーブで教育目的で燃焼を実行できます。より高い温度を作り出すには、タイルシートから高さ5〜7 cmの側面の形で鉄シートでタイルをしっかりと保護し、その上にアスベスト片で覆う必要があります。燃焼は30〜40分間続きます。燃やすときは、定期的に解剖針で材料をかき混ぜる必要があります。白い灰になるまで焼却も行われます。

ゆっくり燃焼する場合は、冷却したるつぼに少量のアルコールを注ぎ、点火します。灰の中に目立った黒色の石炭粒子があってはなりません。それ以外の場合は、サンプルを 1 ml の蒸留水で処理し、撹拌し、焼成を繰り返します。

燃焼終了後、るつぼを蓋付きデシケーター中で冷却し、重量を量ります。

ステートメント" href="/text/category/vedomostmz/" rel="bookmark">ボードに描かれたステートメント。

結果記録スキーム

作業 No. 3. 呼吸中の植物による有機物の消費の決定

地球上のあらゆる生物群集は、その生産性と持続可能性によって特徴付けられます。生産性は、特に、光合成や呼吸などの重要なプロセスにおける有機物の蓄積と消費の差として定義されます。最初のプロセスでは、有機物は酸素の放出を伴って二酸化炭素と水から合成され、2 番目のプロセスでは、酸素の吸収を伴う細胞のミトコンドリアで起こる酸化プロセスにより有機物が分解されます。植物が異なれば、これらのプロセス間の関係は大きく異なります。はい、そうです C4植物（トウモロコシ、ソルガム、サトウキビ、マングローブ）は、光呼吸がほとんどなくても高い光合成を行うため、他の植物と比べて高い生産性が保証されます。 C3植物（小麦、米）。

C3 - 植物。これらは地球上の大部分の植物であり、 C3- 光合成中に二酸化炭素を固定し、炭素数 3 の化合物 (グルコースなど) を生成する方法。これらは主に温帯緯度の植物で、最適温度は+20...+25°C、最大+35...+45°Cです。

C4 -植物。これらは固定製品です。 CO2炭素数4の有機酸およびアミノ酸です。これには主に熱帯植物（トウモロコシ、ソルガム、サトウキビ、マングローブ）が含まれます。 C4- 固定経路 CO2は現在、温帯緯度の多くの穀物植物を含む、18 科、196 属の 943 種で見つかっています。これらの植物は、非常に高い光合成強度によって区別され、高温に耐えることができます（最適温度は+35...+45°C、最大+45...+60°C）。彼らは暑い条件に非常に適応し、水を効率的に使用し、干ばつや塩分などのストレスによく耐え、すべての生理学的プロセスの強度の増加を特徴とし、これが非常に高い生物学的および経済的生産性を決定します。

好気呼吸（酸素の関与による）は、光合成の逆のプロセスです。このプロセスでは、細胞内で合成された有機物質 (ショ糖、有機酸、脂肪酸) が分解され、エネルギーが放出されます。

С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + エネルギー

すべての植物や動物は、呼吸を通じて生命機能を維持するためにエネルギーを受け取ります。

植物の呼吸数を決定する方法は、植物が放出し重晶石に吸収される二酸化炭素の量を考慮することに基づいています。

Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O

反応しなかった過剰な重晶石 CO2、塩酸で滴定する:

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

設備、試薬、材料

1) 容量 250 ml の広口三角フラスコ。 2) ガラス管が挿入される穴が開けられたゴム栓。長さ12〜15 cmの細いワイヤーがチューブ内に引き込まれます。 3) テクノケミカルスケール。 4）重み。 5）黒色の不透明紙。 6) Ba(OH)2 溶液とソーダ石灰の入ったチューブが挿入される上部のストッパーを備えたビュレット。７）Ｂａ（ＯＨ）２の０．１Ｎ溶液； 8) 0.1 N HCl 溶液。９）スポイト中の１％フェノールフタレイン溶液； 10) 緑の葉、野生で採れたばかりの葉、または屋内植物の葉。

進捗

摘みたての緑色の植物の葉 5 ～ 8 g を葉柄とともにテクノケミカルスケールで量り、葉柄をワイヤーの一端で固定し、コルクの穴に通します (図 1)。

米。 1. 呼吸強度を測定するための取り付けられたフラスコ:

1 - ワイヤー、2 - ガラス管、3 - ゴム栓、4 - 葉の束、5 - 重晶石。

最初に材料をフラスコに下げてフラスコをストッパーで閉めて、テスト設置を実行することをお勧めします。ストッパーがフラスコをしっかりと覆い、葉の束がフラスコの上部に位置し、重晶石と葉の束の間の距離が十分に大きいことを確認してください。フラスコ、ストッパー、チューブの間のすべての穴を粘土で密閉し、チューブからのワイヤーの上部出口にあるホイルでシステムを絶縁することをお勧めします。

10 ml の 0.1 N Ba(OH)2 溶液をビュレットから試験フラスコに注ぎ、材料を入れ、上記の方法を使用して分離します。対照（植物なし）は2〜3回実行されます。光合成とすべてのフラスコの正体を排除するために、すべてのフラスコを黒い不透明な紙で覆い、実験の開始時間を記録します。実験中は、形成される BaCO3 膜を破壊するためにフラスコを定期的に穏やかに揺さぶる必要があります。重晶石の表面に付着し、CO2 の完全な吸収を防ぎます。

1 時間後、栓を少し開け、葉の付いたワイヤーを素早く引き抜いてフラスコから材料を取り出します。すぐにストッパーを閉め、チューブの上部をホイルで絶縁します。滴定する前に、各フラスコにフェノールフタレインを 2 ～ 3 滴加えます。溶液は深紅色に変わります。遊離重晶石を 0.1 N HCl で滴定します。この場合、対照フラスコが最初に滴定されます。平均をとり、実験用フラスコを滴定します。溶液は変色するまで注意深く滴定する必要があります。結果を表に（黒板とノートに）書きます。

最終製品" href="/text/category/konechnij_produkt/" rel="bookmark">最終製品

最も単純な化合物への有機物の分解の別の形態は、土壌および水中での微生物学的プロセスであり、その結果、土壌腐植および半分解有機物（腐泥など）のさまざまな底質堆積物が形成されます。これらのプロセスの主なものは、腐生植物による窒素と炭素を含む有機物質の生物学的分解であり、これは自然のサイクルにおけるこれらの元素のサイクルの不可欠な部分です。アンモニア化細菌は、植物や動物の残渣のほか、他の微生物（窒素固定剤を含む）、尿素、キチン、核酸からタンパク質を石化して、アンモニア（NH3）を生成します。硫黄を含む植物や動物のタンパク質も分解され、硫化水素 (H2S) が生成されます。微生物の老廃物はインドール化合物であり、成長刺激剤として作用します。最もよく知られているのは、β-インドリル酢酸またはヘテロオーキシンです。インドール物質はアミノ酸トリプトファンから形成されます。

有機物質を単純な化合物に分解するプロセスは酵素によって行われます。アンモニア化の最終段階では、植物が利用できるアンモニウム塩が生成されます。

設備、試薬、材料

1) テクノケミカルスケール。 2) サーモスタット。 3）試験管。 4）綿栓。 5) ビーカー。 6) ペトリ皿。 7) NaHCO3; 8) 5% PbNO3 または Pb(CH3COO)2; 9) サルコフスキー試薬。 10）エールリッヒ試薬。１１）ニンヒドリン試薬； 12) ネスラー試薬。 13）腐植土。１４）生のルピナスの葉または他のマメ科植物の乾燥葉。 15) 魚、肉粉または肉片、魚。

進捗

A. 動物性タンパク質のアンモン化

a) 0.5 ～ 1 g の新鮮な魚または肉の小片を試験管に入れます。沈殿した水を試験管の半分の量に加え、25～50 mg NaHCO3 （メスの先端で）環境を中和し、アンモニファイアの活性を促進します（pH = 7 以上の中性または弱アルカリ性の環境がアンモニファイアにとって有利です）。アンモニア剤を培地に導入するために小さな腐植土の塊を加え、試験管の内容物を混合し、綿栓で試験管に栓をします。あらかじめ栓と試験管の間に鉛紙を挟んでおきます（図2）。）溶液に触れないようにします。試験管からガスが漏れるのを防ぐために、各試験管の上部をホイルで包みます。すべてを25〜30°Cのサーモスタットに7〜14日間置きます。

米。 2. タンパク質のアンモニア化を測定するための取り付けられた試験管: 1 - 試験管; 2 - 綿プラグ。 3 - 鉛紙; 4 - 水曜日。

この実験は、隣接する畑からの土壌粒子が洗い流される可能性がある、立っている貯水池 (池など) の水生環境における有機残留物の分解をシミュレートします。

b) 腐植土をガラスに注ぎ、沈殿した水を注ぎ、小さな肉片を土の中に埋め、土とガラスの端の間に鉛紙を入れて強化し、ペトリ皿でシステムを閉じ（面を下にして）、 25〜30℃のサーモスタットで1〜2週間保管します。

この実験は、土壌中の有機残留物 (虫、さまざまな土壌動物) の分解をシミュレートします。

B. 植物残留物のアンモン化

100 ml ビーカーに腐植土を入れ、秋に鉢に植えた多年生ルピナス、エンドウ豆、インゲン豆の緑色の茎と葉を数片埋めて、土壌中の緑色肥料の分解を監視します。夏に収穫された豆類の乾燥部分を水で蒸して使用できます。ペトリ皿の蓋でガラスを覆い、25～30℃の温度のサーモスタットに1～2週間置き、実験中は過度に湿らせないように通常の土壌水分（全水分容量の60％）を維持します。。

作業の続きその4（7～14日で実施）

a) 動物性タンパク質の分解が起こった試験管から培養液の一部を濾過します。悪臭のある生成物（硫化水素、腐った卵の臭い、インドール化合物など）の生成に注意してください。

ネスラー試薬 2 ～ 3 滴を培養液 1 ml に加え、アンモニアの生成を検出します。これを行うには、白い紙または磁器のカップの上に置かれた時計皿を使用すると便利です。溶液の黄色は、タンパク質の破壊中に生成されるアンモニアの存在を示します。

硫化水素の存在は、溶液の上の鉛紙、または溶液中に鉛紙を降ろしたときに黒くなることによって検出します。

注ぎ口を引き出したマイクロピペットを使って培養液をフィルターまたはクロマトグラフペーパー上に滴下し（一度に10～20滴）、扇風機の上で乾燥させ、サルコフスキー試薬、エールリッヒ試薬またはニンヒドリン試薬を滴下します。ストーブの上で加熱します。インドール化合物とサルコフスキー試薬は、インドール生成物の組成に応じて青、赤、深紅の色を与えます（オーキシンインドール酢酸は赤色を与えます）。エールリッヒ試薬はインドール誘導体により紫色を呈します。ニンヒドリン試薬は、アミノ酸トリプトファン (インドールオーキシンの前駆体) に対する反応です。加熱すると青色になります。

b) 肉または魚の一部を、隣接する土ごと土から取り除き、ガラスに置き、少量の水を注ぎ、ガラス棒でつぶし、振り、濾過します。上記の方法により、ろ液中のアンモニア、硫化水素、インドール物質を定量します。動物の死骸が腐るときも同様のプロセスが土壌で起こります。

c) 半分分解したルピナスの緑色の塊の茎を土から取り除き、土から取り除き、少量の水で粉砕します。溶液 1 ～ 2 ml をろ過し、植物タンパク質の石灰化中に放出されるアンモニア態窒素を検査します (ネスラー試薬を使用)。緑色の肥料や、肥料、泥炭、腐葉土などの形の有機残留物を耕すときに、同様のプロセスが土壌で発生します。

硫化水素、インドール物質、トリプトファンの存在を確認します。

d) 動物性たんぱく質の分解が起こった試験管の培養液をスライドガラス上に滴下し、600 倍の顕微鏡で観察すると、有機物の分解を引き起こす微生物が多数検出されます。彼らはしばしば激しく動き、ミミズのように曲がります。

導入。 3

2 安全要件。 4

3 実験部分。 4

研究 No. 1. 光合成中の植物の葉における有機物の形成の決定 (炭素含有量に基づく) 4

作業 No. 2. 植物バイオマスおよび土壌中の有機物の蓄積の測定。 8

作業 No. 3. 呼吸中の植物による有機物の消費の決定 11

作業番号 4. 水と土壌中の有機物の分解と、最終生成物の特定。 14

従属栄養仮説の主な仮定の 1 つは、生命の出現に先立って有機分子の蓄積があったということです。今日、私たちは炭素と水素を含む分子すべてを有機分子と呼んでいます。もともとこの種の化合物は生物によってのみ合成できると考えられていたため、私たちは分子を有機とも呼びます。

しかし、1828年に遡ると、化学者は無機物質から尿素を合成することを学びました。尿素は、多くの動物の尿中に排泄される有機化合物です。尿素が実験室で合成できるようになるまでは、生物が尿素の唯一の供給源であると考えられていました。化学者が有機化合物を入手した実験室の条件は、明らかに、地球誕生初期の地球上の環境条件をある程度模倣しています。従属栄養仮説の著者らによれば、これらの条件は酸素、水素、窒素、炭素原子から有機化合物の形成を引き起こす可能性があるという。

シカゴ大学に勤めるノーベル賞受賞者のハロルド・ユーリーは、地球誕生の初期の状況における地球上の化合物の進化に興味を持ちました。彼はこの問題について、生徒の一人であるスタンレー・ミラーと話し合いました。 1953 年 5 月、ミラーは「初期の地球上に存在したものと同様の条件下でのアミノ酸の形成」と題する論文を発表し、その中で彼は、A. オパーリンは、地球の大気中に二酸化炭素、窒素、酸素、水ではなく、メタン、アンモニア、水、水素が含まれていた時代に、生命の基礎である有機化合物が形成されたという考えを初めて表明しました。最近、この考えはユーリーとベルナルのロボットで確認されました。

この仮説を検証するために、特別に作成された装置で、CH4、NH3、H2O、H2 のガス混合物がパイプシステムを通過し、特定の時点で放電が発生しました。得られた混合物中のアミノ酸含有量を測定した。

放電は、ミラーが設計したメタン、水素、アンモニアが充填された気密装置を通過しました。水蒸気は、装置の主要部分に接続された特別な装置から発生しました。装置を通過した蒸気は冷却され、雨の形で凝縮します。したがって、実験室は原始地球の大気中に存在した状態を非常に正確に再現しました。これらには、熱、雨、短い閃光が含まれます。 1週間後、ミラー氏は実験条件下にあったガスを分析した。彼は、それまで無色だった液体が赤くなっていることに気づきました。

化学分析の結果、実験開始時には存在しなかったいくつかの化合物が液体中に出現したことが判明した。一部のガス分子の原子が再結合して、より複雑な新しい有機分子を形成しました。ミラーは液体中の化合物を分析することにより、アミノ酸として知られる有機分子がそこで形成されていることを発見しました。アミノ酸は炭素、水素、酸素、窒素原子で構成されています。

各炭素原子は他の原子と 4 つの化学結合を形成できます。ミラーの実験は、同様のプロセスが地球の存在の初期に地球の大気中で起こった可能性があることを示しています。これらの実験により、従属栄養仮説の重要な確認が得られました。

最初から厳密な枠組みに無理やり当てはめるのではなく、できるだけ簡単にこの用語を説明しましょう。有機物質（有機物。これらは、タンパク質、脂肪、炭水化物などです）の酸化プロセスは、結果として次のような反応を引き起こします。酸素（O2）の体積が増加し、水素（H2）の体積が減少します。

有機物質とは、(C) を含むさまざまな化合物です。例外は、炭酸 (H2CO3)、炭化物 (カーボランダム SiC、セメンタイト Fe3C など)、炭酸塩 (方解石 CaCO3、マグネサイト MgCO3 など)、酸化炭素、シアン化物 (KCN、AgCN など) です。有機物質は、最もよく知られている酸化剤である酸素 O2 と相互作用し、水 H2O および二酸化炭素 CO2 を形成します。

有機物が酸化する過程

論理的に考えると、完全酸化のプロセスは燃焼であるため、不完全酸化のプロセスは有機物の酸化です。そのような効果では、物質は発火せず、加熱されるだけであるためです（有機物の放出を伴う）。 ATP（アデノシン三リン酸）の形での一定量のエネルギーと熱Q）。

有機酸化の反応はそれほど複雑ではないため、化学コースの最初から分析を開始し、もちろん少なくともある程度の努力をすれば、学生はすぐに情報を学びます。私たちはこのプロセスが何であるかをすでに学びましたが、今度は問題の本質を掘り下げなければなりません。では、反応はどのように進行し、どのようなものになるのでしょうか?

有機物の酸化は一種の遷移であり、ある種類の化合物が別の種類の化合物に変化することです。たとえば、プロセス全体は飽和炭化水素の酸化と不飽和炭化水素への変換から始まり、その後、得られた物質が酸化されてアルコールが形成されます。次に、アルコールがアルデヒドを形成し、そのアルデヒドからカルボン酸が「流出」します。手順全体の結果として、二酸化炭素 (方程式を書くとき、対応する矢印を忘れないでください) と水が得られます。

これは酸化還元反応であり、多くの場合、有機物は還元性を示しますが、それ自体が酸化されてしまいます。関係する各元素には独自の分類があり、還元剤または酸化剤のいずれかであり、ORR の結果に基づいて名前が付けられます。

有機物質が酸化する能力

酸化還元反応（レドックス反応）のプロセスには、電子を受け取りマイナスの電荷をもつ酸化剤と、電子を与えてプラスの電荷をもつ還元剤が関与していることがわかりました。ただし、すべての物質が私たちが検討しているプロセスに参加できるわけではありません。分かりやすくするために、ポイントを見ていきましょう。

化合物は酸化しません。

アルカン – パラフィンまたは飽和炭化水素とも呼ばれます (たとえば、式 CH4 を持つメタン)。
アリーナは芳香族有機化合物です。このうち、ベンゼンは酸化されません (理論的には、この反応は実行できますが、いくつかの長いステップを経る必要があります。ベンゼンは独立して酸化することはできません)。
第三級アルコールは、ヒドロキシル基 OH が第三級炭素原子に結合しているアルコールです。
フェノールは石炭酸の別名で、化学では式 C6H5OH と表記されます。

酸化しやすい有機物質の例:

アルケン;
アルキン (結果として、アルデヒド、カルボン酸、またはケトンの形成を追跡します);
アルカジエン (多価アルコールまたは酸のいずれかが形成される);
シクロアルカン (触媒の存在下でジカルボン酸が形成されます);
アレーン (ベンゼンに似た構造を持つあらゆる物質、つまりその同族体は酸化されて安息香酸になる可能性があります);
第一級、第二級アルコール。
アルデヒド (炭素を酸化する能力がある);
アミン (酸化中に、ニトロ基 NO2 を持つ 1 つ以上の化合物が形成されます)。

植物、動物、人間の細胞内の有機物質の酸化

これは化学に興味がある人だけでなく、最も重要な質問です。自然界のさまざまなプロセス、世界の物質の価値、さらには自分自身、つまり人について正しい考えを形成するために、誰もがこの種の知識を持っている必要があります。

学校の生物学の授業で、有機物の酸化が人体において重要な生物学的役割を果たすことはおそらくすでにご存知でしょう。酸化還元反応の結果として、BFA (タンパク質、脂肪、炭水化物) の分解が起こり、熱、ATP、その他のエネルギーキャリアが細胞内に放出され、私たちの体には常に、細胞の活動や正常な機能を実行するのに十分な供給が提供されます。臓器系。

このプロセスの発生は、人間だけでなく他の温血動物の体内の体温を一定に維持するのに役立ち、また内部環境の恒常性（これをホメオスタシスといいます）、代謝の調節にも役立ちます。細胞小器官や器官の質の高い機能だけでなく、さらに多くの必要な機能も実行します。

光合成中、植物は有害な二酸化炭素を吸収し、呼吸に必要な酸素を生成します。

有機物質の生物学的酸化は、さまざまな電子伝達体と酵素を使用する場合にのみ発生します (これらがなければ、このプロセスには信じられないほど長い時間がかかります)。

産業における有機酸化の役割

産業における有機物の酸化の役割について話すと、この現象は合成、酢酸バクテリアの働き（不完全な有機酸化では、多くの新しい物質を形成します）、そして場合によっては有機物でも使用されます。爆発性物質が発生する可能性もあります。

有機化学における方程式の書き方の原則

化学では方程式を作成せずにはいられません。これはこの科学の一種の言語であり、国籍に関係なく地球上のすべての科学者が話し、お互いを理解することができます。

しかし、有機化学を勉強するときに最も難しいのは方程式を作るときです。

このトピックについて議論するには非常に長い時間がかかるため、ここでは、一連の方程式を解くためのアクションの短いアルゴリズムといくつかの説明のみを選択しました。

まず、特定のプロセスで発生する反応の数をすぐに確認し、番号を付けます。また、出発物質および最終的に形成される物質のクラス、名前も決定します。
次に、全ての方程式を一つ一つ書き出して、その反応の種類（化合物、分解、交換、置換）と条件を調べる必要があります。
この後、電子天秤を作成できます。係数を設定することを忘れないでください。

有機物質とその最終生成物の酸化反応

ベンゼンの酸化

最も過酷な条件下でも、ベンゼンは酸化されません。しかし、ベンゼン同族体は、中性環境において過マンガン酸カリウム溶液の影響下で酸化して安息香酸カリウムを形成する可能性があります。

中性環境を酸性環境に変えると、ベンゼン同族体は過マンガン酸カリウムまたは重クロム酸カリウムで酸化され、最終的に安息香酸が形成されます。

安息香酸の生成式

アルケンの酸化

アルケンが無機酸化剤で酸化されると、最終生成物はいわゆる二価アルコール、つまりグリコーゲンになります。これらの反応における還元剤は炭素原子です。

この明確な例は、弱アルカリ環境と関連した過マンガン酸カリウム溶液の化学反応です。

激しい酸化条件では、二重結合の炭素鎖が破壊され、最終生成物は 2 つの酸の形になります。さらに、環境のアルカリ含有量が高い場合、2 つの塩が形成されます。また、炭素鎖の分解の結果として酸と二酸化炭素が形成されることがありますが、強アルカリ環境では酸化反応の生成物は炭酸塩になります。

最初の 2 つの例で示した同様のスキームに従って、アルケンは重クロム酸カリウムの酸性環境に浸漬すると酸化する可能性があります。

アルキンの酸化

アルケンとは異なり、アルキンはより攻撃的な環境で酸化されます。炭素鎖の破壊は三重結合で起こります。アルケンに共通の特性は、炭素原子の形をした還元剤であることです。

出力される反応生成物は二酸化炭素と酸です。過マンガン酸カリウムを酸性環境に置くと、酸化剤として作用します。

過マンガン酸カリウムを含む中性媒体に浸漬すると、アセチレンの酸化生成物はシュウ酸カリウムになります。

中性環境から酸性環境に変化すると酸化反応が進み、二酸化炭素やシュウ酸が生成されます。

アルデヒドの酸化

アルデヒドは、強力な還元剤としての特性により、容易に酸化されやすくなります。アルデヒドの酸化剤としては、以前のバージョンと同様に、過マンガン酸カリウムと重クロム酸カリウム、および主にアルデヒドの特徴であるヒドロキシジアミン銀 - OH と水酸化銅 - Cu(OH)2 の溶液を区別できます。アルデヒドの酸化反応が起こる重要な条件は温度の影響です。

ビデオでは、水酸化銅との反応においてアルデヒドの存在がどのように決定されるかを確認できます。

アルデヒドは、溶液の形でヒドロキシジアミン銀の影響下でカルボン酸に酸化され、アンモニウム塩が放出されます。この反応は「銀の鏡」と呼ばれます。

下のビデオは、「シルバーミラー」と呼ばれる興味深い反応を示しています。この実験は、アルデヒドでもあるグルコースとアンモニア銀溶液との相互作用で行われます。

アルコールの酸化

アルコールの酸化生成物は、アルコールの OH 基が結合している炭素原子の種類によって異なります。基が第一級炭素原子によって結合されている場合、酸化生成物はアルデヒドになります。アルコールの OH 基が第 2 炭素原子に結合している場合、酸化生成物はケトンになります。

アルコールの酸化中にアルデヒドが形成され、その後酸化されて酸が形成されます。これは、アルデヒドの沸騰中の酸性環境下で第一級アルコールを重クロム酸カリウムで酸化することによって達成され、蒸発中に酸化する時間がなくなります。

過マンガン酸カリウム (KMnO4) や重クロム酸カリウム (K2Cr2O7) などの酸化剤が過剰に存在する条件下では、ほぼどのような条件でも、一級アルコールはカルボン酸を放出して酸化し、二級アルコール、さらにはケトンになります。、形成生成物との反応の例を以下に検討します。

エチレングリコールまたはいわゆる二価アルコールは、環境に応じて酸化されてシュウ酸やシュウ酸カリウムなどの生成物を形成することがあります。エチレングリコールが酸を加えた過マンガン酸カリウム溶液中にある場合はシュウ酸が形成され、二価アルコールが同じ過マンガン酸カリウムまたは重クロム酸カリウム溶液中にあり、中性環境であればシュウ酸カリウムが形成されます。これらの反応を考えてみましょう。

私たちは最初に理解しなければならないことをすべて見つけ出し、方程式を解いたり組み立てたりするような難しいテーマの分析も始めました。結論として、バランスの取れた練習と頻繁な学習は、カバーした内容をすぐに定着させ、問題を解決する方法を学ぶのに役立つとしか言えません。

I. 地球上の生命の起源に関するアイデアの発展。

1. 地球上の生命の起源を説明する基本的な考え方:

地球上の生命は神によって創造されました。
地球上の生物は無生物から自然発生を繰り返してきました。
生命は常に存在していました。

*生物発生 – 経験に基づく一般化（19 世紀半ば）、すべてがそうだと主張

生き物は生き物からのみ生まれます。

地球上の生命は外部（たとえば他の惑星）から持ち込まれました。

*仮説 パンスペルミア （1865年にG.リヒターによって提案され、1895年にS.アレニウスによって策定されました）

生命は、生化学進化の結果として、地球の発展における特定の時期に誕生しました。理論 生物発生 （A.I.オパリンのコアセルベート理論）。

2. フランチェスコ・レディ（1626-1698）、ルイ・パスツール（1822-1895）の作品の本質と重要性。

II. 生命システムの基本特性 (生命の基準):

複雑さと高度な組織化
化学組成の統一
離散性
代謝（新陳代謝）
自己調節（自己調節→ホメオスタシス）
イライラ
変動性
遺伝
自己複製（再生産）
発生（個体発生と系統発生）
開放性
エネルギー依存
リズム
適応力
構造組織の単一原理 - 細胞*

Ⅲ．地球上の生命の起源に関する現代の考えに基づいた

生物発生理論について。

結論:

1 – 生物学的進化の前には長い化学進化があった（ 非生物起源の );

2 - 生命の出現は、宇宙における物質の進化の一段階です。

3 – 生命の起源の主要な段階のパターンは、実験室で実験的に検証でき、次の図の形で表現できます。

原子 → 単純分子 → 高分子 →

超分子システム（プロバイオント）→単細胞生物。

4 – 地球の一次大気は 修復的な 性質 (CH 4、NH 3、H 2 O、H 2) により、最初の生物は 従属栄養生物 ;

5 – ダーウィンの自然選択と適者生存の原則

前生物学的システムに移すことができます。

6 – 現在、生物は生物からのみ生じます（生物起源）。機会

地球上の生命の再出現は除外されます。

I. 無機物の進化と地球上の生命の出現条件。

1. 化学元素の原子の出現は、無機進化の初期段階です。

太陽や星の深部、プラズマ中では、最も単純なものから複雑な原子核の形成が起こります。物質は継続的に運動し、発展しています。

地球は 45 ～ 70 億年前に形成されました (ガスと塵の雲)。

硬い地殻の外観 ( 地質時代) 4～45億年前

最も単純な無機化合物の形成。

C、H、O、N、F (生体元素) は宇宙に広く分布しており、相互に反応する大きな機会があり、電磁放射と熱によって促進されます。

地球の一次大気には、 修復的な 文字: CH 4、NH 3、H 2 O、H 2。

一次リソスフェアの組成：Al、Ca、Fe、Mg、Na、Kなど。

一次水圏: 現在の海洋の水量は 0.1 未満、pH = 8 ～ 9。

最も単純な有機化合物の形成。

この段階は、有機生命体の主な担体である炭素の特定の原子価、ほぼすべての元素と結合して鎖やサイクルを形成する能力、触媒活性やその他の特性に関連しています。

有機分子の特徴 ミラー異性 、つまりそれらは、類似していると同時に互いに異なる 2 つの構造形態で存在できます。分子が二つの鏡の形で存在するこの特徴を キラリティー。それを有する有機物質の中には、生命の分子の「構成要素」であるアミノ酸と糖があります。それらは絶対的なキラル純度によって特徴付けられます。タンパク質には「左巻き」のアミノ酸のみが含まれ、核酸には「右巻き」の糖のみが含まれます。 これは生物と無生物を区別する最も重要な特徴です。 無生物の自然は、鏡面対称性 (ラセミ化)、つまり左右のバランスを確立する傾向があります。鏡面対称性の破れは生命の出現の前提条件です。

4. 生体高分子の非生物的合成– タンパク質と核酸。

条件のセット : かなり高温の惑星表面、活発な火山活動、ガス状の放電、紫外線。

乾燥したラグーンの泥底に吸着されたさまざまなモノマーは、太陽エネルギーの影響下で重合、縮合、脱水を受けます。海洋にはポリマーが豊富に含まれ、「一次培養液」が形成され、コアセルベートが形成されました。

コアセルベート– さまざまな物質を吸着できる高分子化合物の塊。化学化合物が環境から浸透圧でそれらに侵入し、新しい化合物の合成が起こる可能性があります。コアセルベートは次のように機能します オープンシステムできる 代謝と成長。多分 機械的破砕.

II. 化学進化から生物学への移行。

A.I. オパリン (1894-1980) は、化学進化から生物学的進化への移行は最も単純な相分離有機系の出現に関連していると示唆しました。 プロビオント 、環境からの物質を使用することができます（代謝）およびエネルギーとこれに基づいて実装します 最も重要な生命機能は、成長し、自然選択を受けることです。

生物学的進化の真の始まりは、次のようなプロビオントの出現によって特徴付けられます。タンパク質と核酸の間の関係をコード化する。タンパク質と核酸の相互作用により、生物の次のような性質が発現します。 自己複製、遺伝情報の保存と次世代への伝達。おそらく、前世の初期段階では、ポリペプチドとポリヌクレオチドの分子系が互いに独立して存在していたと考えられます。それらの組み合わせの結果、次のような能力が得られます。 自己再生核酸を補給 触媒的なタンパク質の活性。