V katerih organih poteka tvorba organskih snovi? Oksidacija organskih snovi in ​​spojin: reakcijski proces in nastanek končnih produktov

V pogojih sodobne Zemlje se naravna tvorba organskih spojin iz anorganskih praktično ne pojavi. Poleg tega je nastanek žive organske snovi nemogoč. Kar se tiče zgodnje Zemlje, so bile razmere na njej popolnoma drugačne. Redukcijsko ozračje z visoko koncentracijo vodika, metana in amoniaka, intenzivno ultravijolično sevanje sonca, ki ga takšno ozračje ne absorbira, in močne električne razelektritve v ozračju so ustvarili potrebne in očitno zadostne pogoje za nastanek organskih spojin. . Dejansko so laboratorijski poskusi, izvedeni pod pogoji, ki simulirajo domnevno atmosfero zgodnje Zemlje, proizvedli številne organske spojine, vključno z aminokislinami, ki so del živih beljakovin.

Odsotnost kisika v ozračju je bila nujen pogoj za spontano sintezo organske snovi. Vendar se je z vidika poznejših preobrazb ta dejavnik izkazal za uničujočega. Pravzaprav atmosfera brez kisika skoraj prosto prepušča močno ultravijolično sevanje (atmosfera sodobne Zemlje ima ozonski plašč, ki je nastal skupaj s kisikovo komponento, ki to sevanje absorbira). Sevanje, ki zagotavlja energijo za kemijske reakcije sinteze organskih spojin, hkrati teži k temu, da jih takoj uniči. Zato so bili biopolimeri, lipidi in ogljikovodiki, ki so nastali v ozračju, takoj ko so se pojavili, obsojeni na propad. Da ne bi umrli, so se morali skriti pred škodljivimi učinki sončnega ultravijoličnega sevanja. Domneva se, da so nekatere od teh organskih spojin ušle uničenju z vstopom v vodno okolje primarnih rezervoarjev.

Tu so organske spojine v vodnem okolju vstopale v različne kemijske reakcije, med katerimi so imele prednost reakcije, ki so privedle do samorazvoja najaktivnejših katalizatorjev. Narava je zelo strogo sledila naravni selekciji cikličnih reakcij, ki so sposobne samovzdrževanja, tudi zaradi energije, ki se med reakcijo sprošča. Problem oskrbe z energijo za evolucijske reakcije, zlasti reakcije polimerizacije (združevanje istovrstnih molekul - monomerov v makromolekule), se zdi najpomembnejši na tej stopnji evolucije, saj vodno okolje malo prispeva k aktivaciji kemičnih reakcije. Zato bi lahko »preživele« samo visokoenergijske reakcije, ki vključujejo posebej učinkovite katalizatorje, ki se sami razvijajo.

Tu je nastopil eden ključnih trenutkov razvoja. Predpostavimo, da so se kemične reakcije, potrebne za prehod v bioevolucijo, pojavile in pridobile lastnost samovzdrževanja. Za njihovo ohranitev (in seveda nadaljnji razvoj) je treba ustrezne količine nekako izolirati od neurejenega okolja, ne da bi izgubili sposobnost izmenjave snovi in ​​energije z njim. Hkratna izpolnitev teh dveh na prvi pogled nezdružljivih pogojev je bila obvezna, da je kemijska evolucija dosegla kvalitativno novo raven.

Ta priložnost je bila najdena zaradi tvorbe posebnih struktur iz lipidov - membranske lupine . Rezultati sodobnih laboratorijskih poskusov dajejo razlog za domnevo, da pri določeni koncentraciji lipidov v vodi in zunanjih pogojih, ki simulirajo stanje atmosfere in hidrosfere takratne Zemlje, pride do značilnega procesa samoorganizacije, ki vodi do samosestavljanje lipidnih lupin z membranskimi lastnostmi.

Poleg tega ni težko domnevati, da so procesi selekcije cikličnih katalitičnih reakcij in samosestavljanja lipidnih lupin sovpadali v času in prostoru. Tako bi se lahko pojavile naravne tvorbe, izolirane od uničujočega vpliva okolja, vendar z njim povezane s presnovo. V nekakšnem reaktorju so se začele odvijati samozadostne reakcije, ki pomagajo ohranjati pomembno neravnovesje biopolimernega sistema, ki ga vsebuje. Zdaj je položaj kemičnih reagentov postal urejen, adsorpcijski procesi na lupini so prispevali k povečanju njihove koncentracije in s tem aktiviranju katalitičnega učinka. Pravzaprav se je zgodilo prehod iz kemičnih mešanic v organizirane sisteme, prilagojene nadaljnjemu razvoju navzgor.

Upoštevani so tudi številni drugi modeli, ki vodijo do podobnega pomembnega, a še vedno vmesnega dogodka na poti prehoda v biološko evolucijo. Eden od njih obravnava procese, povezane s tvorbo začetnih organskih spojin v atmosferi, ob predpostavki, da je bila zgodnja Zemlja s svojo redčeno redukcijsko atmosfero hladno telo s temperaturo reda -50 °C. Bistvena točka tega modela je predpostavka, da je bila atmosfera v teh pogojih ionizirana, torej v stanju hladne plazme. Ta plazma velja za glavni vir energije za reakcije kemične evolucije. Predpostavka o nizki temperaturi se uporablja za razlago ohranitve biopolimerov, ki so nastali v ozračju: zmrznili so padli na ledeni pokrov Zemlje in bili shranjeni v tem naravnem hladilniku "do boljših časov". V tej obliki ultravijolično sevanje in močni izpusti električne energije zanje niso bili več tako nevarni.

Nadalje se domneva, da so »boljši časi« prišli z okrepitvijo tektonske aktivnosti in začetkom velikih vulkanskih izbruhov. Sproščanje produktov vulkanske dejavnosti v ozračje je povzročilo njegovo zbijanje in premik ionizacijske meje v višje plasti. S spremembo temperaturnih pogojev se je ledeni pokrov naravno stopil, nastali so primarni rezervoarji, v katerih so po odmrzovanju dolgo časa nakopičeni biopolimeri, lipidi in ogljikovodiki začeli aktivno kemično delovati. Zato lahko govorimo o njihovi visoki koncentraciji v "prvotna juha"(kot se pogosto imenuje nastala snov), kar je bil še en pozitiven dejavnik z vidika pospeševanja kemične evolucije.

Ponavljajoči se poskusi so potrdili, da se med odmrzovanjem lipidi dejansko samosestavljajo in tvorijo mikrosfere s premerom več deset mikrometrov. Ni vseeno, kako se biopolimeri znajdejo v njih – ali prodrejo skozi membransko plast ali pa jih lipidna ovojnica postopoma ovije. Pomembno je, da se lahko v prostornini, obdani z membransko lupino, začne nova stopnja evolucije - prehod iz kemičnih reakcij v biokemične.

Kar zadeva odločilni trenutek - prehod v najpreprostejšo celico, ga lahko štejemo za rezultat skoka, značilnega za samoorganizacijo snovi. Da bi se pripravili na ta preskok, so se morale v procesu kemijske evolucije pojaviti še nekatere strukture, ki so bile sposobne opravljati funkcije, potrebne za protocelico. Upoštevani so takšni strukturni fragmenti frakcije , ki zagotavlja prenos nabitih delcev, ki je potreben za transport snovi. Druge skupine morajo zagotoviti oskrbo z energijo - to so predvsem molekule spojin, ki vsebujejo fosfor (sistem ADP-ATP). Končno je treba oblikovati polimerne strukture, kot sta DNA in RNA, katerih glavna funkcija je služiti katalitično matriko za samoreprodukcijo.

Ne smemo spregledati še ene ključne točke, povezane s kršitvijo izomerne simetrije. Kako je prišlo do izbire v korist levosučne organske snovi, lahko samo ugibamo, a dejstvo, da je to nihanje neposredno pred nastankom življenja, se zdi povsem naravno. Lahko domnevamo, da je biološko evolucijo "zagnal" pojav levosučne pracelice.

Zvezna agencija za izobraževanje

Državna izobraževalna ustanova

Novgorodska državna univerza poimenovana po. Yaroslav the Wise

Fakulteta za naravoslovje in naravne vire

Katedra za kemijo in ekologijo

nastajanje in poraba organske snovi s strani rastlin

Zbirka smernic

Veliki Novgorod

Tvorba in poraba organskih snovi v rastlinah: Zbirka smernic za laboratorijsko delo / Sestavila Kuzmina I. A. - NovSU, Veliki Novgorod, 2007. - 12 str.

Smernice so namenjene študentom specialnosti 020801.65 - "Ekologija" in vsem študentom, ki študirajo "Splošno ekologijo".

Za nastanek organske snovi - osnove rastlinske biomase na Zemlji - sta potrebna atmosferski ogljikov dioksid in voda ter minerali v tleh. S pomočjo svetlobe določene valovne dolžine se ogljikov dioksid med fotosintezo fiksira v rastlinah. Posledično se v ozračje sprošča kisik, ki nastane pri fotolizi vode. To je prva faza biokemičnega ogljikovega cikla.

Količina energije, shranjene na Zemlji s fotosintezo, je ogromna. Vsako leto zaradi fotosinteze zelenih rastlin nastane 100 milijard ton organskih snovi, ki vsebujejo približno 450-1015 kcal sončne energije, pretvorjene v energijo kemičnih vezi. Te procese spremljajo tako veliki pojavi, kot je asimilacija približno 170 milijard ton ogljikovega dioksida s strani rastlin, fotokemična razgradnja približno 130 milijard ton vode, iz katere se sprosti 115 milijard ton prostega kisika.

Kisik je osnova življenja vseh živih bitij, ki ga pri dihanju uporabljajo za oksidacijo različnih organskih spojin; izstopa CO2. To je druga stopnja biokemičnega ogljikovega cikla, povezana s funkcijo ogljikovega dioksida živih organizmov. V tem primeru je sproščanje kisika na prvi stopnji približno za red velikosti večje od njegove absorpcije na drugi stopnji, zaradi česar se med delovanjem zelenih rastlin kisik kopiči v ozračju.

Energija, ki jo vežejo avtotrofi v procesu fotosinteze, se nato porabi za vitalno aktivnost različnih heterotrofov, vključno s človekom, ki se delno spremeni v toplotno energijo, in se shrani v številnih komponentah, ki sestavljajo biosfero (rastline in tla). V kopenskih biomih se ogljik med fotosintezo najbolj zaseže v gozdovih (-11 milijard ton na leto), potem obdelovalna zemlja (-4 milijarde ton), stepe (-1,1 milijarde ton), puščave (-0,2 milijarde ton). Največ ogljika pa nase veže Svetovni ocean, ki zavzema približno 70 % zemeljske površine (127 milijard ton na leto).

Nastale organske snovi avtotrofov vstopajo v prehranjevalne verige različnih heterotrofov in se ob prehodu skozi njih transformirajo, izgubijo maso in energijo (piramide mase, energija), slednja pa se porabi za vitalne procese vseh organizmov, ki so vključeni kot povezave v prehranjevalnih verigah gre v svetovni prostor v obliki toplotne energije.

Organske snovi različnih živih organizmov po njihovi smrti postanejo last (hrana) heterotrofnih mikroorganizmov. Mikroorganizmi razgrajujejo organske snovi s procesi hranjenja, dihanja in fermentacije. Pri razgradnji ogljikovih hidratov nastane ogljikov dioksid, ki se sprošča v ozračje iz kopenskih razpadlih organskih snovi, pa tudi iz tal. Pri razgradnji beljakovin nastaja amoniak, ki se delno sprosti v ozračje in predvsem s procesom nitrifikacije obnavlja zaloge dušika v tleh.

Del organske snovi se ne razgradi, ampak tvori "rezervni sklad". V prazgodovini so tako nastajali premog, plin, skrilavec, danes pa šota in talni humus.

Vsi našteti procesi predstavljajo najpomembnejše stopnje in faze biokemičnih ciklov (ogljik, kisik, dušik, fosfor, žveplo itd.). Tako živa snov v procesu svojega metabolizma zagotavlja stabilnost obstoja biosfere z določeno sestavo zraka, vode, prsti in brez človekovega posredovanja bi se ta homeostaza zemeljskega ekosistema ohranila za nedoločen čas.

2 Varnostne zahteve

Poskusi se izvajajo strogo v skladu z metodološkimi navodili. Pri delu je treba upoštevati splošne varnostne predpise za kemijske laboratorije. Če reagenti pridejo v stik s kožo ali oblačili, je treba prizadeto mesto hitro sprati z obilo vode.

3 Eksperimentalni del

Delo št. 1. Določanje tvorbe organske snovi v rastlinskih listih med fotosintezo (na podlagi vsebnosti ogljika)

Fotosinteza je glavni proces kopičenja snovi in ​​energije na Zemlji, zaradi česar CO2 in H2O nastanejo organske snovi (glukoza v tej formuli):

6СО2 + 6Н2О + svetlobna energija → С6Н12О6+ 602t

Eden od načinov za merjenje intenzivnosti fotosinteze je določitev tvorbe organske snovi v rastlinah glede na vsebnost ogljika, ki se upošteva z metodo mokrega zgorevanja, ki jo je razvil F. 3. Borodulina za tla in modificiral za lesnate rastline.

V vzorcu listov določimo vsebnost ogljika, nato liste izpostavimo svetlobi 2-3 ure ali več in ponovno določimo vsebnost ogljika. Razlika med drugo in prvo določitvijo, izražena na enoto listne površine na enoto časa, kaže količino nastale organske snovi.

Med zgorevanjem se ogljik listov oksidira z 0,4 N raztopino kalijevega dikromata v žveplovi kislini. Reakcija poteka po naslednji enačbi:

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

Neporabljeno količino kalijevega bikromata določimo s povratno titracijo z 0,2 N raztopino Mohrove soli:

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

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

Kot indikator se uporablja brezbarvna raztopina difenilamina, ki se ob oksidaciji spremeni v modro-vijolično difenilbenzidin vijolično. Kalijev dikromat oksidira difenilamin in zmes dobi rdeče-rjavo barvo. Pri titriranju z Mohrovo soljo se šestvalentni krom reducira v trivalentni krom. Zaradi tega se raztopina obarva modro, proti koncu titracije pa se obarva modro-vijolično. Pri titriranju kroma kasnejši dodatek Mohrove soli povzroči, da se oksidirana oblika indikatorja spremeni v reducirano (brezbarvno); Pojavi se zelena barva, ki jo dajejo raztopini ioni trivalentnega kroma. Jasen prehod modro-vijolične barve v zeleno ovirajo ioni železovega železa, ki se pojavijo med reakcijo. Da je zaključek reakcije titracije jasnejši, le-ta poteka v prisotnosti ortofosforne kisline, ki veže ione Fe3+ v brezbarven kompleksni ion 3 in ščiti difenilamin pred oksidacijo.

Oprema, reagenti, materiali:

1) 250 ml erlenmajerica; 2) erlenmajerice, odporne na vročino, 100 ml; 3) majhni stekleni lijaki, ki se uporabljajo kot povratni kondenzatorji; 4) birete; 5) 0,4 N raztopina kalijevega dikromata (v razredčeni žveplovi kislini (1:1)); 6) 0,2 N raztopina Mohrove soli; 7) difenilamin; 8) 85% fosforna kislina; 9) sveder ali drugo napravo za izbijanje diskov s premerom 1 cm; 10) merilni valj; 11) vegetativne rastline s simetričnimi širokimi in tankimi listnimi ploščami (geranija, fuksija, listi lesnatih rastlin).

Napredek

List vegetativne rastline je razdeljen na dve polovici vzdolž glavne žile in na eni od njih s svedrom za pluto izrežemo 3 diske s premerom 1 cm, ki jih položimo na dno erlenmajerice s prostornino. 100 ml, v katerega vlijemo 10 ml 0,4 N raztopine K2Cr2O7. . Bučko zapremo z majhnim lijakom z nastavkom navzdol in postavimo na električni štedilnik z zaprto spiralo v dimni komori. Ko raztopina zavre, naj rahlo vre 5 minut, občasno s krožnimi gibi rahlo stresajte bučko, da so diski dobro pokriti s tekočino. Na vrh bučke (brez prekrivanja vratu) je nameščen pas iz več plasti debelega papirja, ki bo preprečil opekline rok pri mešanju vsebine bučke in pri preurejanju.

Nato bučko odstavimo z ognja, položimo na keramično ploščico in ohladimo. Tekočina mora biti rjavkaste barve. Če je njegova barva zelenkasta, potem to kaže na nezadostno količino kalijevega bikromata, vzetega za oksidacijo organskih snovi. V tem primeru je treba določitev ponoviti z več reagenta ali manj rezi.

Ohlajeni raztopini v majhnih delih v več fazah dodamo 150 ml destilirane vode, nato to tekočino postopoma vlijemo v 250 ml bučko, v katero dodamo 3 ml 85% ortofosforne kisline in 10 kapljic difenilamina. Vsebino pretresemo in titriramo z 0,2 N raztopino Mohrove soli.

Istočasno se izvede kontrolna determinacija (brez rastlinskega materiala), pri čemer se skrbno upoštevajo vse zgornje operacije. Mohrova sol razmeroma hitro izgubi titer, zato je treba raztopino pred začetkom določanja občasno preverjati.

Količina ogljika organske snovi v 1 dm2 listne površine se izračuna po formuli:

a je količina Mohrove soli v ml, uporabljena za titracijo kontrolne raztopine;

b je količina Mohrove soli v ml, uporabljena za titracijo poskusne raztopine;

k - popravek na Mohrov titer soli;

0,6 - miligramov ogljika, ki ustrezajo 1 ml natančno 0,2 N raztopine Mohrove soli;

S - površina potaknjencev, cm2.

Shema beleženja rezultatov

Primer izračuna količine ogljika:

1. Na začetku poskusa:

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

Vodik" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">vodik hlapi v obliki ogljikovega dioksida, vode in dušikovih oksidov. Preostali nehlapni ostanek (pepel) vsebuje elemente, imenovane pepel. Razlika med masa celotnega suhega vzorca in Ostanek pepela je masa organske snovi.

1) analitske ali precizne tehnokemične tehtnice; 2) mufelna peč; 3) klešče za lonček; 4) električni štedilnik z zaprto spiralo; 5) porcelanasti lončki ali izparilne skodelice; 6) disekcijske igle; 7) eksikator; 8) alkohol; 9) destilirana voda; 10) kalcijev klorid; 11) lesni oblanci, zdrobljeno lubje, listi, humusna tla, posušena do popolnoma suhe mase.

Napredek

Suhi in zdrobljeni vzorci lesa, lubja, listov in zemlje (3-6 g ali več), izbrani z metodo povprečnega vzorca, se na pavs papirju stehtajo na 0,01 g. Postavljeni so v žgane in stehtane porcelanaste lončke ali izparilne posode (premera 5-7 cm), napolnjene z 1% raztopino železovega klorida, ki pri segrevanju porjavi in ​​pri segrevanju ne izgine. Lončki z organsko snovjo se postavijo na segret električni štedilnik v dimni napi in segrevajo do zoglenitve in izginotja črnega dima. Poleg tega, če je rastlinskega materiala večja, se lahko dopolni s predhodno stehtanim vzorcem.

Nato se lončki postavijo v mufelno peč pri temperaturi 400-450 ° C in sežgejo še 20-25 minut, dokler pepel ne postane sivo-bel. Pri višjih temperaturah žganja lahko pride do znatnih izgub žvepla, fosforja, kalija in natrija. Lahko pride tudi do taljenja s silicijevo kislino, kar prepreči popolno upepelitev. V tem primeru se kalcinacija ustavi, lonček se ohladi in vanj dodamo nekaj kapljic vroče destilirane vode; posušimo na grelni plošči in nadaljujemo s kalcinacijo.

Možne so naslednje možnosti barve pepela: rdeče-rjava (z visoko vsebnostjo železovih oksidov v vzorcu), zelenkasta (v prisotnosti mangana), sivo-bela.

V odsotnosti dušilne peči se lahko zgorevanje izvaja v izobraževalne namene na električnem štedilniku pod vleko. Za ustvarjanje višjih temperatur je potrebno ploščico tesno zaščititi z železno pločevino v obliki stranice, visoke 5-7 cm od plošče ploščice, in jo na vrhu pokriti s kosom azbesta. Gorenje traja 30-40 minut. Pri sežigu je treba material občasno premešati z disekcijsko iglo. Sežig se izvaja tudi do belega jesena.

Pri počasnem gorenju vlijemo majhno količino alkohola v ohlajene lončke in prižgemo. V pepelu ne sme biti opaznih delcev črnega premoga. V nasprotnem primeru vzorce obdelamo z 1 ml destilirane vode, premešamo in ponovimo kalcinacijo.

Po končanem zgorevanju se lončki ohladijo v eksikatorju s pokrovom in stehtajo.

Izjava" href="/text/category/vedomostmz/" rel="bookmark">izjava, narisana na tablo.

Shema beleženja rezultatov

Za vsako skupnost živih organizmov na Zemlji je značilna produktivnost in trajnost. Produktivnost je opredeljena zlasti kot razlika med kopičenjem in porabo organske snovi med glavnimi procesi, kot sta fotosinteza in dihanje. V prvem procesu se organska snov sintetizira iz ogljikovega dioksida in vode s sproščanjem kisika, v drugem pa razpade zaradi oksidativnih procesov, ki potekajo v mitohondrijih celic z absorpcijo kisika. Različne rastline se zelo razlikujejo v razmerju med temi procesi. Ja, y C4 rastline (koruza, sirek, sladkorni trs, mangrove) imajo visoko intenzivnost fotosinteze z malo svetlobnega dihanja, kar zagotavlja njihovo visoko produktivnost v primerjavi z C3 rastline (pšenica, riž).

C3 - rastline. To je večina rastlin na Zemlji, ki izvajajo C3- način fiksiranja ogljikovega dioksida med fotosintezo, kar povzroči nastanek spojin s tremi ogljikovimi hidrati (glukoza itd.). To so predvsem rastline zmernih zemljepisnih širin z optimalno temperaturo +20...+25°C in največ +35...+45°C.

C4 - rastline. To so tisti, katerih izdelki za fiksiranje CO2 so organske kisline s štirimi ogljiki in aminokisline. To vključuje predvsem tropske rastline (koruza, sirek, sladkorni trs, mangrove). C4- pot fiksiranja CO2 zdaj najdemo v 943 vrstah iz 18 družin in 196 rodov, vključno s številnimi žitnimi rastlinami zmernih zemljepisnih širin. Te rastline odlikuje zelo visoka intenzivnost fotosinteze in lahko prenesejo visoke temperature (njihova optimalna je +35 ... + 45 ° C, največ + 45 ... + 60 ° C). So zelo prilagojene na vroče razmere, učinkovito uporabljajo vodo, dobro prenašajo stres - sušo, slanost, zanje je značilna povečana intenzivnost vseh fizioloških procesov, kar določa njihovo zelo visoko biološko in gospodarsko produktivnost.

Aerobno dihanje (s sodelovanjem kisika) je obratni proces fotosinteze. V tem procesu se organske snovi, sintetizirane v celicah (saharoza, organske in maščobne kisline), razgradijo, pri čemer se sprosti energija:

С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + energija

Vse rastline in živali z dihanjem prejemajo energijo za ohranjanje vitalnih funkcij.

Metoda za določanje stopnje dihanja rastlin temelji na upoštevanju količine ogljikovega dioksida, ki ga sprostijo rastline, ki ga absorbira barit:

Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O

Presežek barita, ki ni reagiral z CO2, titriramo s klorovodikovo kislino:

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

Oprema, reagenti, materiali

1) erlenmajerice s širokim vratom in prostornino 250 ml; 2) gumijasti čepi z izvrtanimi luknjami, v katere je vstavljena steklena cev; v cev se potegne tanka žica dolžine 12-15 cm; 3) tehnokemične tehtnice; 4) uteži; 5) črn neprozoren papir; 6) birete z raztopino Ba(OH)2 in zamaškom na vrhu, v katerega je vstavljena cevka z natrijevim apnom; 7) 0,1 N raztopina Ba(OH)2; 8) 0,1 N raztopina HCl; 9) 1% raztopina fenolftaleina v kapalki; 10) zeleni listi, sveže nabrani v naravi ali listi sobnih rastlin.

Napredek

5-8 g zelenih, sveže nabranih listov rastline stehtamo s peclji na tehnokemični tehtnici, peclje pritrdimo z enim koncem žice, ki jo potegnemo skozi luknjo v zamašku (slika 1).

riž. 1. Montirana bučka za določanje intenzivnosti dihanja:

1 - žica, 2 - steklena cev, 3 - gumijasti zamašek, 4 - šopek listov, 5 - barit.

Priporočljivo je, da najprej izvedete poskusno namestitev tako, da material spustite v bučko in bučko zaprete z zamaškom. Pazimo, da zamašek tesno pokriva bučko, da je šop listov v zgornjem delu bučke in da je razdalja med baritom in šopkom dovolj velika. Priporočljivo je, da vse luknje med bučko, zamaškom in epruveto zalepite s plastelinom, sistem pa izolirate s kosom folije na zgornjem izhodu žice iz epruvete.

10 ml 0,1 N raztopine Ba(OH)2 vlijemo iz birete v preskusne bučke, material namestimo in izoliramo po zgornji metodi. Zatiranje (brez rastlin) opravimo 2-3 krat. Vse bučke so pokrite s črnim neprozornim papirjem, da se prepreči fotosinteza in identiteta vseh bučk, zabeleži se čas začetka poskusa, ki traja 1 uro na površini barita in preprečuje popolno absorpcijo CO2.

Po eni uri rahlo odpremo zamašek in odstranimo material iz bučk tako, da hitro izvlečemo žico z listi. Takoj zaprite zamašek in izolirajte vrh tube s folijo. Pred titracijo dodamo v vsako bučko 2-3 kapljice fenolftaleina: raztopina se obarva škrlatno. Prosti barit titriramo z 0,1 N HCl. V tem primeru se najprej titrirajo kontrolne bučke. Vzemite povprečje in nato titrirajte poskusne bučke. Raztopine je treba skrbno titrirati, dokler ne postanejo obarvane. Rezultate zapišite v tabelo (na tablo in v zvezek).

Končni izdelek" href="/text/category/konechnij_produkt/" rel="bookmark">končni izdelki

Druga oblika razgradnje organskih snovi do najpreprostejših spojin so mikrobiološki procesi v tleh in vodah, pri katerih nastajajo talni humus in različni talni sedimenti polrazgrajenih organskih snovi (sapropel itd.). Glavni od teh procesov je biološka razgradnja s saprofiti organskih snovi, ki vsebujejo dušik in ogljik, kar je sestavni del ciklov teh elementov v naravnih ciklih. Bakterije amonifikatorji mineralizirajo beljakovine iz rastlinskih in živalskih ostankov, pa tudi drugih mikroorganizmov (vključno s fiksatorji dušika), sečnine, hitina in nukleinskih kislin, kar povzroči tvorbo amoniaka (NH3). Rastlinske in živalske beljakovine, ki vsebujejo žveplo, prav tako razpadejo, kar povzroči nastanek vodikovega sulfida (H2S). Odpadni produkti mikroorganizmov so indolne spojine, ki delujejo kot stimulansi rasti. Najbolj znana je β-indolilocetna kislina ali heteroavksin. Indolične snovi nastanejo iz aminokisline triptofan.

Proces razgradnje organskih snovi v enostavne spojine je encimski. Končna stopnja amonifikacije so rastlinam dostopne amonijeve soli.

Oprema, reagenti, materiali

1) tehnokemične tehtnice; 2) termostat; 3) epruvete; 4) bombažni čepi; 5) čaše; 6) petrijevke; 7) NaHCO3 8) 5% PbNO3 ali Pb(CH3COO)2; 9) reagent Salkovskega; 10) Ehrlichov reagent; 11) reagent ninhidrin; 12) Nesslerjev reagent; 13) humusna tla; 14) sveži listi volčjega boba ali posušeni listi drugih stročnic; 15) ribe, mesna moka ali kosi mesa, ribe.

Napredek

A. Amonifikacija živalskih beljakovin

a) V epruveto damo 0,5-1 g sveže ribe ali manjši kos mesa. Dodajte ustaljeno vodo do polovice prostornine epruvete in 25-50 mg NaHCO3 (na konici skalpela) za nevtralizacijo okolja, ki ugodno vpliva na delovanje amonifikatorjev (zanje je ugodno nevtralno ali rahlo alkalno okolje pri pH = 7 in več). Dodamo majhno kepo humusne zemlje za vnos amonifikatorjev v gojišče, premešamo vsebino epruvete, epruveto zamašimo z vatiranim zamaškom, med zamašek in epruveto predhodno pritrdimo kos svinčenega papirja (slika 2). ), tako da se ne dotika rešitve. Vsako epruveto na vrhu ovijte s folijo, da preprečite uhajanje plina iz epruvete. Vse postavite v termostat na 25-30°C za 7-14 dni.

riž. 2. Montirana epruveta za določanje amonifikacije beljakovin: 1 - epruveta; 2 - bombažni čep; 3 - svinčeni papir; 4 - sreda.

Ta poskus simulira razgradnjo organskih ostankov v vodnem okolju stoječega rezervoarja (na primer ribnika), v katerega se lahko sperejo delci zemlje s sosednjih polj.

b) V kozarec nasujemo humusno zemljo, zalijemo z ustaljeno vodo, v zemljo zakopljemo kos mesa, med zemljo in robom kozarca utrdimo svinčeni papir, zapremo sistem s petrijevko (s stranjo navzdol), damo v termostatu pri 25-30 °C en ali dva tedna.

Ta poskus simulira razgradnjo organskih ostankov (črvi, različne talne živali) v tleh.

B. Amonifikacija rastlinskih ostankov

Razgradnjo zelenega gnojila v zemlji spremljamo tako, da 100 ml čašo napolnimo s humusno zemljo in jeseni v lonec zakopljemo več kosov zelenih stebel in listov trajnega volčjega boba, graha in fižola. Uporabite lahko suhe dele poleti nabranih stročnic, poparjene v vodi. Kozarce pokrijte s pokrovom iz petrijevke, postavite v termostat pri temperaturi 25-30 ° C za en do dva tedna, pri čemer med poskusom vzdržujte normalno vlažnost tal (60 % polne kapacitete vlage), ne da bi jo prekomerno navlažili. .

Nadaljevanje dela št. 4 (izvedeno v 7-14 dneh)

a) Odfiltrirajte del raztopine kulture iz epruvet, v katerih je prišlo do razgradnje živalskih beljakovin. Bodite pozorni na nastajanje produktov slabega vonja (vodikov sulfid - vonj po gnilih jajcih, indolne spojine itd.).

Nastanek amoniaka zaznamo tako, da v 1 ml raztopine kulture dodamo 2-3 kapljice Nesslerjevega reagenta. Če želite to narediti, je priročno uporabiti urno steklo, postavljeno na list belega papirja ali porcelanasto skodelico. Porumenelost raztopine kaže na prisotnost amoniaka, ki nastane med uničenjem beljakovin.

Zaznajte prisotnost vodikovega sulfida tako, da svinčeni papir počrni nad raztopino ali ko ga spustite v raztopino.

Raztopino kulture nakapajte na filter ali kromatografski papir z mikropipeto z izvlečenim nastavkom (10-20 kapljic na točko), posušite nad ventilatorjem, nakapajte reagent Salkovsky, Ehrlich ali ninhidrin. Segrevajte nad štedilnikom. Indolne spojine z reagentom Salkovskega dajejo modro, rdečo, škrlatno barvo, odvisno od sestave indolnega produkta (avksinska indolocetna kislina daje rdečo barvo). Ehrlichov reagent daje vijolično barvo z indolnimi derivati. Ninhidrin reagent je reakcija na aminokislino triptofan (prekurzor indol avksinov). Pri segrevanju postane modro.

b) Kos mesa ali ribe odstranimo iz zemlje skupaj z zemljo ob kosu, damo v kozarec, nalijemo malo vode, pretlačimo s stekleno palčko, pretresemo, filtriramo. Z zgornjimi metodami določite amoniak, vodikov sulfid in indolne snovi v filtratu. Podobni procesi se dogajajo v zemlji, ko mrtve živali gnijejo.

c) Napol razpadla stebla zelene mase volčjega boba odstranimo iz zemlje, jih očistimo od zemlje in zmeljemo z malo vode. Filtriramo 1-2 ml raztopine in naredimo test na amonijakov dušik, ki se sprošča pri mineralizaciji rastlinskih beljakovin (z Nesslerjevim reagentom). Podobni procesi se dogajajo v tleh pri oranju v zelenih gnojilih ali organskih ostankih v obliki gnoja, šote, sapropela itd.

Določite prisotnost vodikovega sulfida, indolnih snovi, triptofana.

d) Kapljico kulture iz epruvete, kjer je prišlo do razgradnje živalskih beljakovin, kanite na predmetno stekelce in jo preglejte pod mikroskopom pri povečavi 600. Odkrijemo številne mikroorganizme, ki povzročajo razgradnjo organskih snovi. Pogosto se živahno premikajo in upogibajo kot črvi.

Uvod. 3

2 Varnostne zahteve. 4

3 Eksperimentalni del. 4

Delo št. 1. Določanje tvorbe organske snovi v listih rastlin med fotosintezo (na podlagi vsebnosti ogljika) 4

Delo št. 2. Določitev kopičenja organske snovi v rastlinski biomasi in v tleh. 8

Delo št. 3. Določitev porabe organske snovi rastlin med dihanjem 11

Delo št. 4. Razgradnja organske snovi v vodi in zemlji z določitvijo nekaterih končnih produktov. 14

Ena od glavnih predpostavk heterotrofne hipoteze je, da je nastanku življenja sledilo kopičenje organskih molekul. Danes imenujemo organske molekule vse tiste molekule, ki vsebujejo ogljik in vodik. Molekule imenujemo tudi organske, ker je prvotno veljalo, da lahko tovrstne spojine sintetizirajo le živi organizmi.

Vendar pa je leta 1828 Kemiki so se naučili sintetizirati sečnino iz anorganskih snovi. Urea je organska spojina, ki se izloča z urinom številnih živali. Živi organizmi so veljali za edini vir sečnine, dokler je ni bilo mogoče sintetizirati v laboratoriju. Laboratorijski pogoji, v katerih so kemiki pridobivali organske spojine, očitno do neke mere posnemajo okoljske razmere na zemlji v zgodnjem obdobju njenega obstoja. Ti pogoji bi lahko po mnenju avtorjev heterotrofne hipoteze vodili do nastanka organskih spojin iz atomov kisika, vodika, dušika in ogljika.

Nobelov nagrajenec Harold Urey, zaposlen na Univerzi v Chicagu, se je začel zanimati za razvoj kemičnih spojin na Zemlji v zgodnjem obdobju njenega obstoja. O tem problemu je razpravljal z enim svojih študentov, Stanleyjem Millerjem. Maja 1953 je Miller objavil članek z naslovom "Tvorba aminokislin pod pogoji, podobnimi tistim, ki so obstajali na Zemlji v zgodnjem obdobju", v katerem je navedel, da je A.I. Oparin je bil prvi, ki je izrazil misel, da so osnova življenja, organske spojine, nastale v obdobju, ko je Zemljina atmosfera vsebovala metan, amoniak, vodo in vodik, ne pa ogljikov dioksid, dušik, kisik in voda. Pred kratkim je bila ta ideja potrjena v robotih Urey in Bernal.

Da bi preverili to hipotezo, so v posebej izdelani napravi skozi sistem cevi spustili mešanico plinov CH4, NH3, H2O in H2 in v določenem trenutku je nastala električna razelektritev. V dobljeni zmesi smo določili vsebnost aminokislin.

Električna razelektritev je potekala skozi nepredušno napravo, napolnjeno z metanom, vodikom in amoniakom, ki jo je oblikoval Miller. Vodna para je prihajala iz posebne naprave, povezane z glavnim delom naprave. Para, ki je šla skozi napravo, se je ohladila in kondenzirala v obliki dežja. Tako je laboratorij precej natančno reproduciral pogoje, ki so obstajali v atmosferi primitivne Zemlje. Ti vključujejo vročino, dež in kratke bliske svetlobe. Teden dni kasneje je Miller analiziral plin, ki je bil v eksperimentalnih pogojih. Odkril je, da je prej brezbarvna tekočina postala rdeča.

Kemijska analiza je pokazala, da so se v tekočini pojavile nekatere spojine, ki jih na začetku poskusa ni bilo. Atomi nekaterih plinskih molekul so se ponovno združili v nove in bolj zapletene organske molekule. Z analizo spojin v tekočini je Miller odkril, da so tam nastale organske molekule, znane kot aminokisline. Aminokisline so sestavljene iz atomov ogljika, vodika, kisika in dušika.

Vsak atom ogljika je sposoben tvoriti štiri kemične vezi z drugimi atomi. Millerjevi poskusi kažejo, da bi se podobni procesi lahko zgodili v Zemljini atmosferi v zgodnjem obdobju njenega obstoja. Ti poskusi so pomembno potrdili heterotrofno hipotezo.

Ne silimo v stroge okvire že na samem začetku in izraz opišemo čim bolj preprosto: proces oksidacije organskih snovi (organskih; to so npr. beljakovine, maščobe in ogljikovi hidrati) je reakcija, pri kateri nastane povečanje volumna kisika (O2) in zmanjšanje volumna vodika (H2).

Organske snovi so različne kemične spojine, ki vsebujejo (C). Izjema so ogljikova kislina (H2CO3), karbidi (na primer karborund SiC, cementit Fe3C), karbonati (na primer kalcit CaCO3, magnezit MgCO3), ogljikovi oksidi, cianidi (na primer KCN, AgCN). Organske snovi medsebojno delujejo z najbolj znanim oksidantom, kisikom O2, pri čemer tvorijo vodo H2O in ogljikov dioksid CO2.

Proces oksidacije organskih snovi

Če razmišljamo logično, potem ker je proces popolne oksidacije gorenje, potem je proces nepopolne oksidacije oksidacija organske snovi, saj se s takšnim učinkom snov ne vname, temveč le segreje (spremlja se s sproščanjem določena količina energije v obliki ATP - adenozin trifosfata - in toplote Q ).

Reakcija organske oksidacije ni preveč zapletena, zato jo začnejo analizirati že na začetku tečaja kemije in učenci hitro usvojijo informacije, če se seveda vsaj malo potrudijo. Kaj je ta proces, smo že izvedeli, zdaj pa se moramo poglobiti v samo bistvo zadeve. Torej, kako poteka reakcija in kaj je to?

Oksidacija organskih snovi je neke vrste prehod, pretvorba enega razreda spojin v drugega. Na primer, celoten proces se začne z oksidacijo nasičenega ogljikovodika in njegovo pretvorbo v nenasičenega, nato pa nastala snov oksidira v alkohol; alkohol pa tvori aldehid in karboksilna kislina "priteče" iz aldehida. Kot rezultat celotnega postopka dobimo ogljikov dioksid (pri pisanju enačbe ne pozabite postaviti ustrezne puščice) in vodo.

To je oksidacijsko-redukcijska reakcija in v večini primerov ima organska snov redukcijske lastnosti, sama pa je oksidirana. Vsak vključeni element ima svojo klasifikacijo - je redukcijsko sredstvo ali oksidacijsko sredstvo, ime pa damo na podlagi rezultata ORR.

Sposobnost organskih snovi, da oksidirajo

Zdaj vemo, da proces redoks reakcije (redoks reakcija) vključuje oksidant, ki prevzema elektrone in ima negativen naboj, ter reducent, ki oddaja elektrone in ima pozitiven naboj. Vendar pa vsaka snov ne more vstopiti v proces, ki ga obravnavamo. Za lažje razumevanje si poglejmo točke.

Spojine ne oksidirajo:

• Alkani - drugače imenovani parafini ali nasičeni ogljikovodiki (na primer metan, ki ima formulo CH4);
• Arene so aromatične organske spojine. Med njimi benzen ni oksidiran (teoretično je to reakcijo mogoče izvesti, vendar skozi več dolgih korakov; benzena ni mogoče oksidirati neodvisno);
• Terciarni alkoholi so alkoholi, pri katerih je hidroksilna skupina OH vezana na terciarni ogljikov atom;
• Fenol je drugo ime za karbolno kislino in je v kemiji zapisan kot formula C6H5OH.

Primeri organskih snovi, ki lahko oksidirajo:

• alkeni;
• Alkini (kot rezultat bomo zasledili nastanek aldehida, karboksilne kisline ali ketona);
• Alkadieni (nastanejo bodisi polihidrični alkoholi bodisi kisline);
• Cikloalkani (v prisotnosti katalizatorja nastane dikarboksilna kislina);
• Areni (katera koli snov, ki ima podobno strukturo kot benzen, to je njeni homologi, se lahko oksidira v benzojsko kislino);
• Primarni, sekundarni alkoholi;
• Aldehidi (imajo sposobnost oksidacije ogljika);
• Amini (pri oksidaciji nastane ena ali več spojin z nitro skupino NO2).

Oksidacija organskih snovi v celicah rastlinskih, živalskih in človeških organizmov

To je najpomembnejše vprašanje ne samo za tiste ljudi, ki jih zanima kemija. Tovrstno znanje bi moral imeti vsak, da bi si ustvaril pravilno predstavo o različnih procesih v naravi, o vrednosti katere koli snovi na svetu in celo o sebi - človeku.

Iz šolskih tečajev biologije verjetno že veste, da ima oksidacija organskih snovi pomembno biološko vlogo v človeškem telesu. Zaradi redoks reakcij pride do razgradnje BFA (beljakovin, maščob, ogljikovih hidratov): v celicah se sproščajo toplota, ATP in drugi nosilci energije, našemu telesu pa je vedno zagotovljena zadostna zaloga za opravljanje dejavnosti in normalno delovanje organski sistemi.

Pojav tega procesa pomaga vzdrževati stalno telesno temperaturo v telesu ne le ljudi, ampak tudi katere koli druge toplokrvne živali, pomaga pa tudi uravnavati stalnost notranjega okolja (to se imenuje homeostaza), metabolizem, zagotavlja kakovostno delovanje celičnih organelov, organov, opravlja pa tudi številne druge potrebne funkcije.

Med fotosintezo rastline absorbirajo škodljivi ogljikov dioksid in proizvajajo kisik, potreben za dihanje.

Biološka oksidacija organskih snovi lahko poteka izključno z uporabo različnih nosilcev elektronov in encimov (brez njih bi ta proces trajal neverjetno dolgo).

Vloga organske oksidacije v industriji

Če govorimo o vlogi oksidacije organskih snovi v industriji, potem se ta pojav uporablja v sintezi, pri delu bakterij ocetne kisline (z nepopolno organsko oksidacijo tvorijo številne nove snovi), v nekaterih primerih pa z organskimi snovmi. možna je tudi proizvodnja eksplozivnih snovi.

Načela pisanja enačb v organski kemiji

V kemiji ne gre brez sestavljanja enačbe - to je nekakšen jezik te znanosti, ki ga lahko govorijo vsi znanstveniki na planetu, ne glede na narodnost, in se razumejo.

Največ težav pa nastane pri sestavljanju enačb pri študiju organske kemije.

Razprava o tej temi zahteva zelo dolgo obdobje, zato smo tukaj izbrali le kratek algoritem dejanj za reševanje verige enačb z nekaj razlagami:

1. Najprej takoj pogledamo, koliko reakcij se pojavi v določenem procesu in jih oštevilčimo. Določimo tudi razrede, imena izhodnih snovi in ​​snovi, ki na koncu nastanejo;
2. Drugič, vse enačbe je treba napisati eno za drugo in ugotoviti vrsto njihovih reakcij (spojina, razgradnja, izmenjava, substitucija) in pogoje.
3. Po tem lahko ustvarite elektronske tehtnice in ne pozabite nastaviti koeficientov.

Oksidacijske reakcije organskih snovi in ​​njihovi končni produkti nastajanja

Oksidacija benzena

Tudi v najbolj agresivnih pogojih benzen ni dovzeten za oksidacijo. Vendar pa homologi benzena lahko oksidirajo pod vplivom raztopine kalijevega permanganata v nevtralnem okolju in tvorijo kalijev benzoat.

Če nevtralno okolje spremenite v kislo, lahko homologe benzena oksidirate s kalijevim permanganatom ali dikromatom s končno tvorbo benzojske kisline.

Formula za tvorbo benzojske kisline

Oksidacija alkenov

Pri oksidaciji alkenov z anorganskimi oksidanti so končni produkti tako imenovani dihidrični alkoholi - glikogeni. Reducenti v teh reakcijah so ogljikovi atomi.

Jasen primer tega je kemijska reakcija raztopine kalijevega permanganata v povezavi s šibkim alkalnim okoljem.

Agresivni oksidacijski pogoji vodijo do uničenja ogljikove verige na dvojni vezi s končnimi produkti tvorbe v obliki dveh kislin. Poleg tega, če ima okolje visoko alkalno vsebnost, nastaneta dve soli. Tudi kislina in ogljikov dioksid lahko nastaneta kot posledica razpada ogljikove verige, vendar so v močnem alkalnem okolju produkti oksidativne reakcije karbonatne soli.

Alkeni lahko oksidirajo, ko so potopljeni v kislo okolje kalijevega dikromata po podobni shemi, podani v prvih dveh primerih.

Alkinska oksidacija

Za razliko od alkenov se alkini oksidirajo v bolj agresivnem okolju. Uničenje ogljikove verige se pojavi na trojni vezi. Skupna lastnost alkenov so redukcijska sredstva v obliki ogljikovih atomov.

Izhodni reakcijski produkti so ogljikov dioksid in kisline. Kalijev permanganat, postavljen v kislo okolje, bo deloval kot oksidant.

Oksidacijski produkt acetilena, ko je potopljen v nevtralni medij s kalijevim permanganatom, je kalijev oksalat.

Ko se nevtralno okolje spremeni v kislo, se oksidacijska reakcija nadaljuje s tvorbo ogljikovega dioksida ali oksalne kisline.

Aldehidna oksidacija

Aldehidi so zaradi svojih lastnosti močnih reducentov zlahka dovzetni za oksidacijo. Kot oksidanti za aldehide lahko ločimo, tako kot v prejšnjih različicah, kalijev permanganat s kalijevim dikromatom, pa tudi raztopino srebrovega hidroksidiamina - OH in bakrovega hidroksida - Cu (OH) 2, ki sta pretežno značilna za aldehide. Pomemben pogoj za nastanek reakcije oksidacije aldehida je vpliv temperature.

V videu si lahko ogledate, kako ugotavljamo prisotnost aldehidov pri reakciji z bakrovim hidroksidom.

Aldehidi se lahko oksidirajo v karboksilne kisline pod vplivom srebrovega hidroksidiamina v obliki raztopine s sproščanjem amonijevih soli. Ta reakcija se imenuje "srebrno ogledalo".

Spodnji video prikazuje zanimivo reakcijo, imenovano "srebrno ogledalo". Ta poskus poteka pri interakciji glukoze, ki je tudi aldehid, z raztopino srebrovega amoniaka.

Oksidacija alkoholov

Oksidacijski produkt alkoholov je odvisen od vrste ogljikovega atoma, na katerega je vezana OH skupina alkohola. Če je skupina povezana s primarnim ogljikovim atomom, bodo produkt oksidacije aldehidi. Če je OH skupina alkohola povezana s sekundarnim ogljikovim atomom, potem so produkt oksidacije ketoni.

Aldehidi, ki nastanejo med oksidacijo alkoholov, se lahko nato oksidirajo v kisline. To dosežemo z oksidacijo primarnih alkoholov s kalijevim dikromatom v kislem okolju med vrenjem aldehida, ki pa med izhlapevanjem nimajo časa za oksidacijo.

Pod pogojem prekomerne prisotnosti oksidantov, kot sta kalijev permanganat (KMnO4) in kalijev dikromat (K2Cr2O7), v skoraj vseh pogojih lahko primarni alkoholi oksidirajo s sproščanjem karboksilnih kislin v sekundarne alkohole, nato pa ketone. , katerih primeri reakcij s produkti tvorbe bodo obravnavani spodaj.

Etilenglikol ali tako imenovani dihidrični alkohol, odvisno od okolja, se lahko oksidira v produkte, kot sta oksalna kislina ali kalijev oksalat. Če je etilen glikol v raztopini kalijevega permanganata z dodatkom kisline, nastane oksalna kislina, če je dihidrični alkohol v isti raztopini kalijevega permanganata ali kalijevega dikromata, vendar v nevtralnem okolju, potem nastane kalijev oksalat. Razmislimo o teh reakcijah.

Izvedeli smo vse, kar je treba najprej razumeti, in celo začeli analizirati tako težko temo, kot je reševanje in sestavljanje enačb. Za zaključek lahko rečemo le, da bosta uravnotežena vadba in pogosto učenje pomagala hitro utrditi preteklo snov in se naučiti reševati probleme.

I. Razvoj idej o nastanku življenja na Zemlji.

1. Osnovne ideje, ki pojasnjujejo nastanek življenja na našem planetu:

• Življenje na zemlji je ustvaril Bog.
• Živa bitja na planetu so večkrat spontano nastala iz neživih bitij.
• Življenje je vedno obstajalo.

*Biogeneza – empirična posplošitev (sredi 19. stoletja), ki trdi, da vse

živa bitja izvirajo le iz živih bitij.

• Življenje na zemljo je bilo prineseno od zunaj (na primer z drugih planetov).

*Hipoteza panspermija (predlagal G. Richter leta 1865 in oblikoval S. Arrhenius leta 1895)

• Življenje je nastalo v določenem obdobju razvoja Zemlje kot posledica biokemične evolucije. Teorija abiogeneza (koacervatna teorija A.I. Oparina).

2. Bistvo in pomen del Francesca Redija (1626-1698), Louisa Pasteurja (1822-1895).

II. Osnovne lastnosti živih sistemov (kriteriji bivanja):

• kompleksnost in visoka stopnja organiziranosti
• enotnost kemične sestave
• diskretnost
• presnova (metabolizem)
• samoregulacija (avtoregulacija → homeostaza)
• razdražljivost
• variabilnost
• dednost
• samorazmnoževanje (razmnoževanje)
• razvoj (ontogeneza in filogenija)
• odprtost
• energetska odvisnost
• ritem
• prilagodljivost
• en sam princip strukturne organizacije - celica*

III. Sodobne ideje o izvoru življenja na Zemlji temeljijo na

o teoriji abiogeneze.

Sklepi:

1 – pred biološko evolucijo je sledila dolga kemična evolucija ( abiogena );

2 - nastanek življenja je stopnja v evoluciji snovi v vesolju;

3 – vzorec glavnih stopenj nastanka življenja je mogoče eksperimentalno preveriti v laboratoriju in izraziti v obliki naslednjega diagrama:

atomi → enostavne molekule → makromolekule →

ultramolekularni sistemi (probionti) → enocelični organizmi;

4 – imela je primarna atmosfera Zemlje obnovitveno značaja (CH 4, NH 3, H 2 O, H 2), zaradi tega so bili prvi organizmi heterotrofi ;

5 – Darwinova načela naravne selekcije in preživetja najmočnejših

se lahko prenesejo v predbiološke sisteme;

6 – trenutno živa bitja izvirajo samo iz živih bitij (biogeno). Priložnost

Ponoven pojav življenja na Zemlji je izključen.

I. Anorganski razvoj in pogoji za nastanek življenja na Zemlji.

1. Pojav atomov kemičnih elementov je začetna stopnja anorganske evolucije.

V globinah Sonca in zvezd, v plazmi, nastanejo kompleksna jedra iz najpreprostejših. Materija je v stalnem gibanju in razvoju.

Planet Zemlja je nastal pred 4,5 - 7 milijardami let (oblak plinov in prahu).

Pojav trde skorje ( geološka doba) pred 4 – 4,5 milijardami let

Tvorba najpreprostejših anorganskih spojin.

C, H, O, N, F (biogeni elementi) so zelo razširjeni v vesolju in so imeli veliko priložnost, da med seboj reagirajo, kar je bilo omogočeno z elektromagnetnim sevanjem in toploto.

Zemljina primarna atmosfera je imela obnovitveno značaj: CH 4, NH 3, H 2 O, H 2.

Sestava primarne litosfere: Al, Ca, Fe, Mg, Na, K itd.

Primarna hidrosfera: manj kot 0,1 prostornine vode v današnjih oceanih, pH = 8-9.

Tvorba najpreprostejših organskih spojin.

Ta stopnja je povezana s posebno valenco ogljika - glavnega nosilca organskega življenja, z njegovo sposobnostjo povezovanja s skoraj vsemi elementi, tvorjenjem verig in ciklov, s katalitsko aktivnostjo in drugimi lastnostmi.

Označene so organske molekule zrcalna izomerija , tj. lahko obstajajo v dveh strukturnih oblikah, podobnih in hkrati različnih med seboj. Ta lastnost molekul, ki obstajajo v dveh zrcalnih oblikah, se imenuje kiralnost. Med organskimi snovmi, ki ga vsebujejo, so molekularni »gradniki« življenja – aminokisline in sladkorji. Zanje je značilna absolutna kiralna čistost: beljakovine vsebujejo le »levosučne« aminokisline, nukleinske kisline pa samo »desnosučne« sladkorje. To je najpomembnejša lastnost, ki loči živo od neživega. Neživa narava je nagnjena k vzpostavljanju zrcalne simetrije (racemizacije) – ravnovesja med levo in desno. Kršitev zrcalne simetrije je predpogoj za nastanek življenja.

4. Abiogena sinteza biopolimerov– beljakovine in nukleinske kisline.

Niz pogojev : dokaj visoka temperatura površine planeta, aktivna vulkanska aktivnost, plinaste električne razelektritve, ultravijolično sevanje.

Adsorbirani na blatnem dnu sušečih se morskih lagun so različni monomeri pod vplivom sončne energije podvrženi polimerizaciji, kondenzaciji in dehidraciji. Ocean je bil obogaten s polimeri, tvorba "primarne brozge" in tvorba koacervatov.

Koacervati– strdki visokomolekularnih spojin, ki lahko adsorbirajo različne snovi. Kemične spojine lahko osmotsko pridejo vanje iz okolja in pride lahko do sinteze novih spojin. Koacervati delujejo kot odprti sistemi zmožen metabolizem in rast. mogoče mehansko drobljenje.

II. Prehod iz kemične evolucije v biološko.

A.I. Oparin (1894-1980) je predlagal, da je prehod od kemijske evolucije k biološki povezan z nastankom najpreprostejših fazno ločenih organskih sistemov - probiontov , sposobni uporabljati snovi iz okolja ( metabolizem) in energijo ter na tej podlagi izvajati najpomembnejši življenjski funkciji sta rast in naravna selekcija.

Pravi začetek biološke evolucije zaznamuje nastanek probiontov s kodna razmerja med proteini in nukleinskimi kislinami. Interakcija beljakovin in nukleinskih kislin je privedla do nastanka takšnih lastnosti živih bitij, kot so samoreprodukcija, ohranjanje dednih informacij in njihov prenos na naslednje generacije. Verjetno so v zgodnejših fazah predživljenja obstajali drug od drugega neodvisni molekularni sistemi polipeptidov in polinukleotidov. Kot rezultat njune kombinacije se lahko samorazmnoževanje dopolnjene nukleinske kisline katalitično aktivnost beljakovin.