Scharakteryzuj budowę i funkcje składników chemicznych występujących w organizmach żywych

Woda (tlenek wodoru, H2O) - związek nieorganiczny, bezbarwna ciecz, w grubych warstwach zielononiebieska, bez smaku i zapachu. Temperatura krzepnięcia 0°C, temperatura wrzenia 100°C, podczas ogrzewania gęstość wody początkowo wzrasta (maksymalna gęstość 1,0 g/cm3 w temperaturze 4°C), następnie maleje. Woda krzepnie (zamienia się w lód) zwiększając swoją objętość. Wykazuje duże wartości niektórych parametrów fizycznych, m.in. momentu dipolowego (stąd tendencja do asocjacji), względnej przenikalności elektrycznej, ciepła właściwego, ciepła topnienia i parowania. Wartości temperatury: topnienia, wrzenia, punktu potrójnego wody, służą jako wzorcowe punkty stałe przy wyznaczaniu skal temperatury. W nieznacznym stopniu woda ulega dysocjacji (autojonizacji): H2O H+ + OH– (jon H+ występuje jako jon oksoniowy H3O+), wykazując odczyn obojętny. Jest ona dobrym rozpuszczalnikiem wielu substancji - powoduje ich hydrolizę lub hydratację, jest także katalizatorem wielu chemicznych reakcji. Tlenki metali reagują z wodą tworząc zasady, tlenki niemetali - kwasy, niektóre metale łączą się z wodą z wydzieleniem wodoru i powstaniem wodorotlenków. Woda jest trwałym związkiem chemicznym najbardziej rozpowszechnionym w przyrodzie i znajduje się w stałym obiegu; występuje też w stanie związanym jako woda konstytucyjna, krystalizacyjna i zeolityczna. Stanowi ona jeden z podstawowych składników wszystkich żywych organizmów, umożliwiający przemianę materii i biorący udział w wielu jej procesach. Żywa komórka zawiera 75–85% wody. W środowisku wodnym powstało życie. Dla licznych zwierząt i roślin stanowi ona jedyne środowisko życia. Dla świata istot żywych bardzo ważne są: duża wartość ciepła właściwego (4,18 J/g • K) i ciepła krzepnięcia wody (337 J/g) oraz specyficzna zależność gęstości od temperatury. Te cechy wody sprawiają, że wahania temperatury w środowisku wodnym są mniejsze niż na lądzie - duże zbiorniki wodne wolno się nagrzewają i ochładzają, łagodząc także klimat przyległych lądów. Zwiększanie się gęstości wody wywołane jej ochładzaniem jest przyczyną opadania chłodniejszych warstw na dno zbiornika i wypływania na powierzchnię warstw cieplejszych, lżejszych. Dalsze ochładzanie prowadzi do powstania lodu (gęstość 0,9168 g/cm3) na powierzchni i zalegania warstw wody o temp. 4°C w głębi zbiornika - pozostają one nie zamarznięte i może się w nich toczyć aktywne życie. Wody naturalne (np. woda morska, woda mineralna) zawierają zwykle rozpuszczone sole i gazy, a także bakterie i inne drobnoustroje oraz zawiesiny substancji nieorganicznych. Woda zawierająca duże ilości soli wapnia i magnezu nazywa się wodą twardą. Woda ma szerokie zastosowanie, jest używana do spożycia, do celów gospodarczych, w przemyśle; jest niezbędna do przebiegu wielu procesów technologicznych (jako rozpuszczalnik, substrat lub katalizator reakcji chemicznych). Stosowana jest do rozdzielania i oczyszczania substancji, wykorzystywana jako nośnik ciepła. Energię mechaniczną wody naturalnych przetwarza się na inne rodzaje energii, parę wodną wykorzystuje się do poruszania turbin parowych i parowych silników tłokowych.
Białka - biopolimery zbudowane z reszt aminokwasów połączonych wiązaniem peptydowym, występujące we wszystkich organizmach roślinnych i zwierzęcych. W zależności od spełnianych funkcji można je podzielić na: transportujące, przechowujące, strukturalne, regulatorowe, toksyny, przeciwciała, hormony, enzymy i białka aparatu kurczliwego. Podział ten jest umowny, gdyż białka mogą spełniać więcej niż jedną funkcję. Białka mogą być zbudowane z jednego lub wielu łańcuchów peptydowych, mogą spełniać swe funkcje samodzielnie lub w kompleksach z innymi niebiałkowymi substancjami komórkowymi. Cząsteczki białek mogą przyjmować różne kształty, najczęściej spotykane to sferoidalne i włókienkowe. Powstanie określonej struktury jest uzależnione od kolejności występowania reszt aminokwasów w łańcuchu peptydowym. Niektóre białka tworzą struktury nadcząsteczkowe. Pod wpływem wielu czynników białka tracą swą charakterystyczną strukturę przestrzenną bądź bezpowrotnie, bądź odwracalnie (strukturyzacja białek). Białka są niezbędnym budulcem struktur komórkowych i tkankowych, u roślin często są materiałem zapasowym (np. w nasionach roślin strączkowych, zbóż), stanowią także ważne składniki płynów ustrojowych. U człowieka białka stanowią ok. 56% suchej masy ciała. Białka stanowią podłoże lub biorą udział w licznych procesach fizjologicznych: przenoszeniu i magazynowaniu różnych substancji, utlenianiu tkankowym, krzepnięciu krwi, procesach odpornościowych, procesach widzenia, przewodzenia bodźców nerwowych, skurczu mięśni, dostarczaniu energii, regulacji procesów metabolicznych, stężenia jonów, ciśnienia osmotycznego. Wszystkie te funkcje białka spełniają dzięki odwracalnym zmianom swej struktury przestrzennej. U zwierząt i człowieka skład i zawartość białek w danym stadium rozwoju osobniczego są dla gatunku prawie stałe. W organizmie zachodzi jednak bezustannie rozpad białek z wytwarzaniem zawierających azot produktów, usuwanych z kałem i moczem, oraz utrata białek wraz z wydzielinami ustroju. Straty te są uzupełniane w wyniku biosyntezy białka, a procesy rozpadu i biosyntezy białek są regulowane m.in. przez hormony. Odnawianie zasobów białek zachodzi z różną szybkością: u człowieka - w wątrobie, osoczu, jelicie, trzustce i nerkach - połowa białek ulega wymianie w ciągu 10–20 dni, w mięśniach, skórze i kośćcu - w ciągu 160 dni, a w tkance łącznej w ciągu 300 dni. Zapotrzebowanie ustroju na aminokwasy potrzebne do biosyntezy białek jest pokrywane głównie przez białka pokarmu rozkładane w procesie trawienia na aminokwasy, i wchłaniane do krwiobiegu. Zapotrzebowanie to jest zależne od okresu i warunków życia organizmu, a także od jego właściwości osobniczych.
Lipidy (tłuszczowce) - liczna grupa związków organicznych o różnorodnym składzie i budowie, których cząsteczki zawsze zawierają długołańcuchowe kwasy tłuszczowe, co nadaje im wspólną właściwość - złą rozpuszczalność w wodzie, dobrą w rozpuszczalnikach organicznych. Pełnią rozmaite funkcje w organizmach roślin, zwierząt i drobnoustrojów. Rozróżnia się lipidy proste i lipidy złożone. Do lipidów prostych należą triglicerydy - estry glicerolu z kwasami tłuszczowymi, stanowiące główne materiały zapasowe organizmu, a u zwierząt także podściółkę i warstwę ochronną różnych narządów; woski naturalne - estry alkoholi z kwasami tłuszczowymi, tworzące warstwy chroniące przed nadmiernym parowaniem wody; a także estry sterolowe- kwasów tłuszczowych z cholesterolem. Do lipidów prostych są często zaliczane wyższe kwasy tłuszczowe, których łańcuch zawiera 10 atomów węgla lub więcej, alkany, alkanole, karotenoidy i sterole. Związki te są zaliczane do lipidów ze względu na podobne zachowanie się w procesie przemiany materii oraz podobną rozpuszczalność. Lipidy złożone zawierają w cząsteczce oprócz kwasów tłuszczowych i alkoholi kwas fosforowy, cholinę, etanoloaminę, sacharydy. Należą do nich tzw. lipidy narządowe: fosfolipidy i glikolipidy , wchodzące w skład elementów strukturalnych komórek (błon i ziarnistości), a u zwierząt występujące w szczególnie dużej ilości w tkance mózgowej i włóknach nerwowych. W organizmie lipidy występują przeważnie w postaci połączeń z białkami (lipoproteiny). Współdziałaniu lipidów i białek przypisuje się m.in. selektywność i półprzepuszczalność błon komórkowych.
Tłuszcze - związki organiczne należące do lipidów, triestry gliceryny i różnych kwasów tłuszczowych. Tłuszcze naturalne są mieszaninami acylogliceroli o różnym składzie. Przewaga kwasów tłuszczowych nienasyconych nadaje tłuszczom konsystencję płynną (oleje roślinne, tran), nasyconych - konsystencję stałą (masło, łój, smalec). Tłuszcze w niewielkich ilościach występują we wszystkich komórkach, jako składnik błon i protoplazmy. U zwierząt szczególnie dużą zawartością tłuszczu odznacza się tkanka tłuszczowa. Skład tłuszczu jest charakterystyczny dla danego gatunku. Tłuszcze organizmów zwierzęcych powstają z tłuszczów pokarmowych (po ich częściowym zhydrolizowaniu przez lipazę trzustkową i wchłonięciu z przewodu pokarmowego przy współudziale kwasów żółciowych), a także z innych składników pokarmowych, głównie sacharydów. Są one materiałem zapasowym organizmów żywych. Kataboliczna przemiana tłuszczów (głównie ich kwasów tłuszczowych) dostarcza energii (ok. 38 kJ/g), a także częściowo pokrywa zapotrzebowanie na wodę (np. u wielbłądów lub rozwijających się zarodków ptasich). Przewlekły niedobór tłuszczu w pokarmie prowadzi do braku rozpuszczalnych w tłuszczu witamin (A, D, E i K) oraz wielonienasyconych, biologicznie czynnych kwasów tłuszczowych (tzw. witaminy F).
Sacharydy (cukry, węglowodany) - szeroko rozpowszechniona w przyrodzie grupa wielohydroksylowych aldehydów (aldozy) i ketonów (ketozy) oraz ich pochodnych występujących jako monosacharydy i ich polimery: oligosacharydy oraz polisacharydy. Fragmenty sacharydowe różnej budowy i wielkości występują często w połączeniu z białkami (glikoproteiny i mukoproteiny), lipidami (glikolipidy ) i innymi związkami (glikozydy).
Sacharydy stanowią ok. 80% suchej masy roślin i ok. 2% suchej masy zwierząt, z czego większość przypada na polisacharydy. Niektóre z nich są substancjami zapasowymi (skrobia, glikogen), inne - strukturalnymi (celuloza, hemicelulozy u roślin, chityna, mukopolisacharydy, gangliozydy u zwierząt). Sacharydy wchodzą też w skład gum, śluzów roślinnych i zwierzęcych, mazi torebek stawowych, śliny itp. Polisacharydami są też substancje grupowe krwi i substancje przeciwdziałające krzepnięciu krwi (heparyna). U bakterii polisacharydy stanowią składnik ścian i otoczek komórkowych, często wykazując właściwości antygenowe. Monosacharydy występują w organizmach w niewielkiej ilości w stanie wolnym, a ponadto jako estry fosforanowe - metabolity przemiany pośredniej sacharydów, i glikozydy, będące połączeniami monosacharydów z niesacharydowymi aglikonami (glukuronidy, nukleozydy). Rośliny zielone, glony i niektóre drobnoustroje są zdolne do syntezy sacharydów z dwutlenku węgla i wody (fotosynteza ), natomiast zwierzęta, takie jak heterotrofy, pobierają niezbędne sacharydy z pokarmem i przetwarzają je na właściwe sobie sacharydy. W zachodzących w komórkach procesach rozkładu monosacharydów i sacharydów zapasowych (w glikolizie, fermentacji, w cyklu Krebsa) uwalnia się większa część energii niezbędnej do procesów życiowych.