Штанько Т.Ю. №221-987-502
Тема: Химический состав клетки. Углеводы, липиды, их роль в жизнедеятельности клетки .
Глоссарий урока: моносахариды, олигосахариды, полисахариды, липиды, воска, фосфолипиды.
Личностные результаты: формирование познавательных интересов и мотивов на изучение живой природы. Развитие интеллектуальных умений, творческих способностей.
Метапредметные результаты: формирование умений сравнивать, делать вывод, рассуждать, формулировать определения понятий.
Предметные результаты: характеризовать особенности строения, функции углеводов и липидов, их роль в жизнедеятельности клетки.
УУД: построение логической цепи рассуждений, сравнение, соотнесение понятий.
Цель урока: познакомить учащихсяся со строением, классификацией и функциями углеводов, с многообразием и функциями липидов.
Ход урока: проверка знаний
Дайте характеристику химическому составу клетки.
Почему можно утверждать, что химический состав клетки является подтверждением единства живой природы и общности живой и неживой природы?
Почему считают, что углерод составляет химическую основу жизни?
Выберите правильную последовательность химических элементов по возрастанию их концентрации в клетке:
а) йод-углерод-сера; б) железо-медь-калий;
в) фосфор-магний-цинк; г) фтор-хлор-кислород.
Дефицитом какого элемента могут быть обусловлены изменения формы конечностей у детей?
а) железа; б) калия; в) магния; г) кальция.
Охарактеризуйте строение молекулы воды и ее функции в клетке.
Вода растворитель. Полярные молекулы воды растворяют полярные молекулы других веществ. Вещества растворимые в воде называют гидрофильные , нерастворимые в воде – гидрофобные .
Высокая удельная теплоемкость. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме.
Теплопроводность.
Вода практически не сжимается, обеспечивая тургорное давление.
Сцепление и поверхностное натяжение. Водородные связи обеспечивают вязкость воды и сцепление с молекулами других веществ. Благодаря силам сцепления на поверхности воды образуется пленка, которую характеризует поверхностное натяжение.
Может находиться в трех состояниях.
Плотность. При охлаждении движение молекул воды замедляется. Количество водородных связей становится максимальным. Наибольшую плотность вода имеет при 4 градусах. Замерзая вода расширяется (необходимо место для образования водородных связей), ее плотность уменьшается, поэтому лед плавает на поверхности воды.
Выберите функции воды в клетке:
а) энергетическая г) строительная
б) ферментативная д) смазывающая
в) транспортная е) терморегуляционная
Выберите только физические свойства воды:
а) способность к диссоциации
б) гидролиз солей
в) плотность
г) теплопроводность
д) электропроводность
е) донорство электронов
Кол-во воды в клетках эмбриона - 97,55%; восьмимесячного - 83%; новорожденного - 74%; взрослого - 66% (кости - 20%, печень - 70%, мозг -86%). Количество воды прямо пропорционально интенсивности обмена веществ.
Расскажите, как определяется кислотность или основность растворов? (концентрацией ионов Н)
Как эта концентрация выражается? (Эту концентрацию выражают при помощи водородного показателя рН)
Нейтральная реакция рН = 7
Кислая рН меньше 7
Основная рН больше 7
Протяженность шкалы рН до 14
Значение рН в клетках 7 Изменение на 1-2 единицы губительно для клетки.
Как поддерживается Постоянство рН в клетках (поддерживается благодаря буферным свойствам их содержимого).
Буферным называют раствор, содержащий смесь какой-либо слабой кислоты и ее растворимой соли. Когда кислотность (концентрация ионов Н) увеличивается, свободные анионы, источником которых является соль, легко соединяется со свободными ионами Н и удаляет их из раствора. Когда кислотность снижается, высвобождаются дополнительные ионы Н.
Являясь компонентами буферных систем организма, ионы определяют их свойства - способность поддерживать рН на определенном уровне (близко к нейтральной), несмотря на то, что в результате обмена веществ образуются кислые и щелочные продукты.
Расскажите, что такое гомеостаз?
Изучение нового материала.
Распределите представленные вещества на группы. Объясните, какой принцип для распределения вы использовали?
Рибоза, гемоглобин, хитин, целлюлоза, альбумин, холестерин, муреин, глюкоза, фибрин, тестостерон, крахмал, гликоген, сахароза
Углеводы
Липиды (жиры)
Белки
рибоза
холестерин
гемоглобин
хитин
тестостерон
альбумин
целлюлоза
фибрин
муреин
глюкоза
крахмал
гликоген
сахароза
Сегодня мы будем говорить об углеводах и липидах
Общая формула углеводов С (НО) Глюкоза С Н О
Посмотрите на углеводы, которые вы выделили, и попробуйте разделить их на 3 группы. Объясните, какой принцип распределения вы использовали?
Моносахариды
Дисахариды
Полисахариды
рибоза
сахароза
хитин
глюкоза
целлюлоза
муреин
крахмал
гликоген
Чем они отличаются? Дать понятие полимер.
Работа с рисунками:
(Стр.3-9) рис.8 рис.9 рис.10
Функции углеводов
Значения углеводов в клетке
Функции
При ферментативном расщеплении молекулы углеводов освобождается 17,5 кДж
энергетическая
При избытке углеводы встречаются в клетке в виде крахмала, гликогена. Усиленное расщепление углеводов происходит при прорастании семян, длительном голодании, интенсивной мышечной работе
запасающая
Углеводы входят в состав клеточных стенок, образуют хитиновый покров членистоногих, препятствуют проникновению бактерий, выделяясь при повреждении растений.
защитная
Целлюлоза, хитин, муреин входит в состав клеточных стенок. Хитин образует панцирь членистоногих
строительная, пластическая
Участвует в процессах клеточного узнавания, воспринимает сигналы из окружающей среды, входя в состав гликопротеинов
рецепторная, сигнальная
Липиды - жироподобные вещества.
Их молекулы неполярны, гидрофобны, растворяются в органических растворителях.
По строению делятся на простые и сложные.
Простые: нейтральные липиды (жиры), воски, стерины, стероиды.
нейтральные липиды (жиры) состоят из: см. рис.11
Сложные липиды содержат нелипидный компонент. Наиболее важные: фосфолипиды, гликолипиды (в составе клеточных мембран)
Функции липидов
Соотнесите:
Описание функции Название
1) входят в состав клеточных мембран А) энергетическая
2) при окислении 1г. жира выделяется 38,9кДж Б) источник воды
3) откладываются в клетках растений и животных В) регуляторная
4) подкожная жировая клетчатка защищает органы от переохлаждения, ударов. Г) запасающая
5) некоторые из липидов являются гормонами Д) строительная
6) при окислении 1г жира выделяется более 1г воды Е) защитная
Закрепление:
вопросы стр.37 №1 - 3; стр.39 №1 - 4.
Д/З: §9; §10
1. Что такое химический элемент?
Ответ. Химический элемент - совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра и числом протонов, совпадающим с порядковым (атомным) номером в таблице Менделеева. Каждый химический элемент имеет свои название и символ, которые приводятся в Периодической системе элементов Дмитрия Ивановича Менделеева
2. Сколько химических элементов известно в настоящее время?
Ответ. Химических элементов в природе выявлено около 90. Почему около? Потому, что среди элементов с порядковым номером менее 92 (до урана) в природе отсутствуют технеций (43) и франций (87). Практически нет астата (85).С другой стороны, и нептуний (93) и плутоний (94) (нестабильные трансурановые элементы) обнаруживаются в природе там, где встречаются урановые руды. Все элементы следующие после плутония Pu в периодической системе Д.И.Менделеева в земной коре полностью отсутствуют, хотя некоторые из них несомненно образуются в космосе во время взрывов сверхновых звёзд. Но долго они не живут...
К настоящему времени ученые синтезировали 26 трансурановых элементов, начиная с нептуния (N=93) и заканчивая элементом с номером N=118 (номер элемента соответствует числу протонов в ядре атома и числу электронов вокруг ядра атома).
Трансурановые химические элементы от 93 до 100 получают в ядерных реакторах, а остальные - в результате ядерных реакций на ускорителях частиц.
3. Какие вещества называют неорганическими?
Ответ. Неорганические вещества (неорганические соединения) - химические соединения, не являющиеся органическими, то есть, не содержащие углерода, а также некоторые углеродсодержащие соединения (карбиды, цианиды, карбонаты, оксиды углерода и некоторые другие вещества, которые традиционно относят к неорганическим). Неорганические вещества не имеют характерного для органических веществ углеродного скелета.
4. Какие соединения называют органическими?
Ответ. Органические соединения, органические вещества - класс химических соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов). Органические соединения, кроме углерода, чаще всего содержат элементы водород, кислород, азот, значительно реже - серу, фосфор, галогены и некоторые металлы (порознь или в различных комбинациях).
5. Какие химические связи называют ковалентными?
Ответ. Ковалентная связь (атомная связь, гомеополярная связь) - химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных электронных облаков. Обеспечивающие связь электронные облака (электроны) называются общей электронной парой.
Характерные свойства ковалентной связи - направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость - определяют химические и физические свойства соединений.
Направленность связи обусловлена молекулярным строением вещества и геометрической формы их молекулы. Углы между двумя связями называют валентными.
Насыщаемость - способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей. Количество связей, образуемых атомом, ограничено числом его внешних атомных орбиталей.
Полярность связи обусловлена неравномерным распределением электронной плотности вследствие различий в электроотрицательностях атомов. По этому признаку ковалентные связи подразделяются на неполярные и полярные.
Поляризуемость связи выражается в смещении электронов связи под влиянием внешнего электрического поля, в том числе и другой реагирующей частицы. Поляризуемость определяется подвижностью электронов. Полярность и поляризуемость ковалентных связей определяет реакционную способность молекул по отношению к полярным реагентам.
Вопросы после §6
1. Почему можно утверждать, что химический состав клетки является подтверждением единства живой природы и общности живой и неживой природы?
Ответ. Химические элементы клетки. По химическому составу клетки разных организмов и даже клетки, выполняющие различные функции в одном многоклеточном организме, могут существенно отличаться друг от друга. В то же время разные клетки включают в себя практически одни и те же химические элементы. Сходство элементарного химического состава клеток разных организмов доказывает единство живой природы. Вместе с тем нет ни одного химического элемента, содержащегося в живых организмах, который не был бы найден в телах неживой природы. Это указывает на общность живой и неживой природы.
2. Какие элементы относятся к макроэлементам?
Ответ. Макроэлементы - химические элементы, содержащийся в теле живых организмов в концентрации от 0.001% до 70%. К макроэлементам относятся: кислород, водород, углерод, азот, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий, хлор, железо и др
3. В чём разница между микроэлементами и ультрамикроэлементами?
Ответ. Главное различие в процентном содержании: для макроэлементов больше 0.01%, для микроэлементов - менее 0.001%. Ультрамикроэлементы содержатся в еще меньшем объеме - менее 0.0000001%. К ультрамикроэлементам относятся золото, серебро, ртуть, платина, цезий, селен. Функции ультрамикроэлементов на данный момент мало понятны. К микроэлементам относят бром, железо, йод, кобальт, марганец, медь, молибден, селен, фтор, хром, цинк. Чем меньше концентрация вещества в организме, тем труднее определить его биологическую роль.
4. Почему считают, что углерод составляет химическую основу жизни?
Ответ. Углерод имеет уникальные химические свойства фундаментальные для жизни. Сочетание свойств атома - размеры и количество неспаренных электронов на внешней орбитали, позволяет образовывать различные органические соединения.. Он может вступать в связь со многими атомами и их группами, образуя цепочки, кольца, составляющие скелет различных по химическому составу, строению, длине и форме органических молекул. Из них образуются сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям
Химические элементы клетки
В живых организмах нет ни одного химического элемента, который не был бы найден в телах неживой природы (что указывает на общность живой и неживой природы).
Разные клетки включают в себя практически одни и те же химические элементы (что доказывает единство живой природы); и в то же время, даже клетки одного многоклеточного организма, выполняющие различные функции, могут существенно отличаться друг от друга по химическому составу.
Из известных в настоящее время более 115 элементов, около 80 обнаружено в составе клетки.
Все элементы по содержанию их в живых организмах разделяются на три группы:
- макроэлементы
- содержание которых превышает 0,001% от массы тела.
98% от массы любой клетки приходится на четыре элемента (их иногда называют органогены ): - кислород (O) - 75%, углерод (C) - 15%, водород (H) - 8%, азот (N) - 3%. Эти элементы составляют основу органических соединений (а кислород и водород, кроме того, входят в состав воды, которая также содержится в клетке). Около 2% от массы клетки приходится ещё восемь макроэлементов : магний (Mg), натрий (Na), кальций (Ca), железо (Fe), калий (K), фосфор (P), хлор (Cl), сера (S); - Остальные химические элементы содержатся в клетке в очень небольших количествах: микроэлементы - те, на долю которых приходится от 0,000001% до 0,001%, - бор (В), никель (Ni), кобальт (Co), медь (Cu), молибден (Mb), цинк (Zn) и др.;
- ультрамикроэлементы - содержание которых не превышает 0,000001% - уран (U), радий (Ra), золото (Au), ртуть (Hg), свинец (Pb), цезий (Cs), селен (Se) и др.
Живые организмы способны накапливать определенные химические элементы. Так, например, некоторые водоросли накапливают йод, лютики - литий, ряска - радий и т.д.
Химические вещества клетки
Элементы в виде атомов входят в состав молекул неорганических и органических соединений клетки.
К неорганическим соединениям
относятся вода и минеральные соли.
Органические соединения характерны только для живых организмов, в то время как неорганические существуют и в неживой природе.
К органическим соединениям
относятся соединения углерода с молекулярной массой от 100 до нескольких сотен тысяч.
Углерод - химическая основа жизни. Он может вступать в связь со многими атомами и их группами, образуя цепочки, кольца, составляющие скелет различных по химическому составу, строению, длине и форме органических молекул. Из них образуются сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Эти органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов получили название биологические полимеры
, или биополимеры
. Они составляют более 97% от сухого вещества клетки.
Вопрос 1. В чем заключается сходство биологических систем и объектов неживой природы?
Основное сходство - это родство химического состава. Подавляющее большинство известных на сегодняшний день химических элементов обнаружено как в живых организмах, так и в неживой природе. Атомов, характерных только для живых систем, не существует. Однако содержание конкретных элементов в живой и неживой природе резко различается. Организмы (от бактерий до позвоночных) способны избирательно накапливать элементы, которые необходимы для жизнедеятельности.
Можно однако выделить совокупность свойств, которые присущи всем живым существам и отличают их от тел неживой природы. Для живых объектов характерна особая форма взаимодействия с окружающей средой - обмен веществ. Основу его составляют взаимосвязанные и сбалансированные процессы ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Эти процессы направлены на обновление структур организма, а также на обеспечение различных сторон его жизнедеятельности необходимыми питательными веществами и энергией. Обязательным условием обмена веществ служит поступление извне определенных химических соединений, т. е. существование организма как открытой системы.
Интересно, что неживые объекты могут проявлять отдельные свойства, более характерные для живого. Так, кристаллы минералов способны к росту и обмену веществ с окружающей средой, а фосфор может «запасать» энергию света. Но всей совокупностью черт, присущих живому организму, не обладает ни одна неорганическая система.
Вопрос 2. Перечислите биоэлементы и объясните, каково их значение в образовании живой материи.
К биоэлементам (органогенам) относят кислород, углерод, водород, азот, фосфор и серу. Они составляют основу белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и других органических веществ. Для всех органических молекул особое значение имеют атомы углерода, образующие каркас. К этому каркасу присоединяются разнообразные химические группы, образованные другими биоэлементами. В зависимости от состава и расположения таких групп органические молекулы приобретают индивидуальные свойства и функции. Например, аминокислоты в большом количестве содержат азот, а нуклеиновые кислоты - фосфор.
В клетках некоторых организмов обнаружено повышенное содержание отдельных химических элементов. Например, бактерии способны накапливать марганец, морские водоросли - йод, ряска -радий, моллюски и ракообразные - медь, позвоночные - железо.
Химические элементы входят в состав органических соединений. Углерод, кислород и водород участвуют в построении молекул углеводов и жиров. В молекулы белков помимо этих элементов входят азот и сера, а в молекулы нуклеиновых кислот фосфор и азот. Ионы железа и меди включены в молекулы окислительных ферментов, магний - в молекулу хлорофилла, железо входит в состав гемоглобина, йод - в состав гормона щитовидной железы - тироксина, цинк - в состав инсулина - гормона поджелудочной железы, кобальт - в состав витамина В 12 .
Химические элементы, принимающие участие в процессах обмена веществ и обладающие выраженной биологической активностью, называют биогенными.
Вопрос 3. Что такое микроэлементы? Приведите примеры и охарактеризуйте биологическое значение этих элементов.
Многие химические элементы содержатся в живых системах в очень малых количествах (доли процента от общей массы). Такие вещества называют микроэлементами.
Микроэлементы: Си, В, Со, Мо, Мn, Ni, Вг, Т.п. I и другие. На их долю в клетке суммарно приходится более 0,1%; концентрация каждого не превышает 0,001%. Это ионы металлов, входящие в состав биологически активных веществ (гормонов, ферментов и др.). Растения, грибы, бактерии получают микроэлементы из почвы и воды; животные - в основном с пищей. В большинстве своем микроэлементы входят в состав белков и биологически активных веществ (гормонов, витаминов). Например, цинк содержится в гормоне поджелудочной железы инсулине, а иод - в тироксине (гормоне щитовидной железы). Кобальт является важнейшей составной частью витамина В 12 . Железо входит в состав примерно семидесяти белков организма, медь - в состав двадцати белков и т. д.
В клетках некоторых организмов обнаружено повышенное содержание отдельных химических элементов. Например, бактерии способны накапливать марганец, морские водоросли - йод, ряска -радий, моллюски и ракообразные - медь, позвоночные - железо. Ультрамикроэлементы: уран, золото, бериллий, ртуть, цезий, селен и другие. Их концентрация не превышает 0,000001%. Физиологическая роль многих из них не установлена.
Вопрос 4. Как отразится на жизнедеятельности клетки и организма недостаток какого-либо микроэлемента? Приведите примеры таких явлений.
Недостаток какого-либо микроэлемента приводит к уменьшению синтеза того органического вещества, в состав которого этот микроэлемент входит. В результате нарушаются процессы роста, обмена веществ, воспроизведения и т. п. Например, дефицит иода в пище приводит к общему падению активности организма и разрастанию щитовидной железы - эндемическому зобу. Недостаток бора вызывает отмирание верхушечных почек у растений. Основной функцией железа в организме является перенос кислорода и участие в окислительных процессах (посредством десятков окислительных ферментов). Железо входит в состав гемоглибина, миоглобина, цитохромов. Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в обеспечении имунных реакций организма, в метаболизме холестерина. При недостатке цинка нарушается дифференцировка клеток, выработка инсулина, всасывание витамина Е, нарушается регенерация кожных клеток. Немаловажную роль цинк играет в переработке алкоголя, поэтому недостаток его в организме вызывает предрасположенность к алкоголизму (особенно у детей и подростков). Цинк входит в состав инсулина. ряда ферментов, участвует в кроветворении.
Нехватка селена может привести к возникновению раковых заболеваний у человека и животных. По аналогии с авитаминозамитакие заболевания называют микроэлементозами.
Вопрос 5. Расскажите об ультрамикроэлементах. Каково их содержание в организме? Что известно об их роли в живых организмах?
Ультрамикроэлементы
- это элементы, которые содержатся в клетке в ничтожно малых количествах (концентрация каждого не превышает одной миллионной доли процента). К ним относят уран, радий, золото, серебро, ртуть, бериллий, мышьяк и др.
Мышьяк относят к условно эссенциальным, иммунотоксичным элементам. Известно, что мышьяк с белками (цистеином, глутамином), липоевой кислотой. Мышьяк оказывает влияние на окислительные процессы в митохондриях и принимает участие во многих других важных биологических процессах, он входит в состав ферментов, защищающих мембраны наших клеток от окисления, и необходим для их нормальной работы.
В организме литий способствует высвобождению магния из клеточных "депо" и тормозит передачу нервного импульса, тем самым снижая. возбудимость нервной системы. литий также влияет на нейроэндокринные процессы, жировой и углеводный обмен.
Ванадий принимает участие в регуляции углеводного обмена и сердечно-сосудистой системы также входит в метаболизме тканей костей и зубов. Физиологическая роль большинства из ультраэлементов не установлена. Не исключено, что она вообще отсутствует, и тогда часть ультрамикроэлементов являются просто примесями живых организмов. Многие ультрамикроэлементы токсичны для человека и животных в определённых концентрациях, например, серебро, титан, мышьяк и др.
Вопрос 6. Приведите примеры известных вам биохимических эндемий. Объясните причины их происхождения.
Биохимические эндемии
- это заболевания растений, животных и человека, связанные с явным недостатком либо избытком какого-либо химического элемента в окружающей среде. В результате развиваются микроэлементозы или некоторые другие нарушения. Так, во многих районах нашей страны значительно снижено количество иода в воде и почве. Нехватка иода приводит к падению синтеза гормона тироксина, щитовидная железа, пытаясь компенсировать его нехватку, разрастается (развивается эндемический зоб). Другими примерами могут служить дефицит селена в почве ряда районов Монголии, а также избыток ртути в воде некоторых горных рек Чили и Цейлона. Наблюдается избыток фтора в воде многих районов, что приводит к заболеванию зубов - флюорозов.
Одной из форм биохимических эндемий можно считаь избыток радиоактивных элементов в районе Чернобыльской АЭС и мест, подвергшихся интенсивному радиооблучению, например,
