Конспект урока «Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества»

Тема: «Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества»

Цель: содействовать формированию знаний о разнообразии неорганических соединений в живых организмах и их биологическом значении.

Задачи:

• продолжить формирование представлений учащихся о единстве живой и неживой природы на примере неорганических соединений живого организма (вода, соли, кислоты);

• расширить знания о строении молекул воды, ее свойствах, формировании водородной связи, гидрофильных и гидрофобных веществах;

• содействовать формированию знаний о биологическом значении минеральных веществ, кислотности среды;

• развивать умения анализировать учебную информацию, выявлять главное, устанавливать причинно-следственные связи;

• способствовать расширению кругозора и активизации интереса к изучению природы;

• воспитание ответственного отношения к процессу обучения.

По итогу урока учащиеся должны:

• знать основные неорганические (вода, соли, кислоты) вещества, входящие в состав организмов, и их функции;

• владеть основными терминами и понятиями темы: кислотность среды, гидрофильные и гидрофобные вещества;

• уметь анализировать текст учебного пособия, выделять главное в определенном фрагменте, ставить вопросы к фрагменту текста, составлять опорные схемы

Тип урока: усвоение новых знаний

Ход урока

1.Организационный момент

-приветствие, проверка готовности к уроку

2.Проверка домашнего задания

Сейчас  вы выступите в роли диагностов. По симптомам, используя таблицу, определите дефицит, какого элемента испытывает организм человека?

Задача 1. У пациента отмечались: потеря массы тела, замедление роста волос и ногтей, ухудшение роста, дерматит. Кроме того, его темные волосы приобрели красноватый оттенок (марганец).

Задача 2.  Больной жаловался врачу, что в последние несколько месяцев он наблюдает у себя увеличение щитовидной железы (йод).

Задача 3. Проблемой нехватки этого элемента врачи озаботились давно. В давние времена считалось, что это  заболевание характерно для юных девушек. В ходу был даже такой термин «бледная немочь». Лица многих девушек в то далекое время действительно выглядели бледными. О каком элементе идёт речь? (железо).

Задача 4. У больного наблюдалось  ломкость и исчерченность ногтей,  волосы стали ломкими и тусклыми; появился множественный кариес зубов. Он стал раздражительным, плаксивым. У него появились приступы страха (магний).

Учитель: Обратите внимание на рис. 40 на странице 95 «Химические элементы в организме человека». Расположите химические элементы в порядке уменьшения их содержания в организме человека.
Но если в организме человека содержание  микроэлементов невелико, это не значит, что они не нужны, в чём мы уже убедились на конкретных примерах. Человек и животные получают нужные им для нормальной жизнедеятельности элементы с пищей (в основном это относится к микроэлементам). Если в пище не хватает каких-нибудь элементов, то возможны различные заболевания. Добавка долей миллиграмма нужного элемента к суточному рациону человека устраняет их.

Учитель:  А теперь  решим несколько расчётных задач:

Задача 1. Фосфат кальция со­ставляет минеральную основу костей и зу­бов. Су­точная потребность организма в кальции составляет от 0,8 до 2 г. Источниками каль­ция служат молоко, кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а так­же яйца, гречка и овсянка, морковь и горох.
Обеспечит ли суточную потребность организма в кальции добавление в пишу 1 г карбоната кальция при условии его полного усвоения?

Решение

Количество кальция в карбонате кальция равно количеству карбоната кальция:
Из формулы СаСO₃ следует, что n (Са) = n (СаСO₃),
n(CaCO₃) = m/M = 1/100 = 0,01моль
Отсюда
n(Ca) = 0.01 моль
m(Ca) = M x n = 0,01 x 40 = 0,4 г.
Таким образом, это меньше суточной по­требности организма (0,8-2 г/день).

Задача 2. В человеческом организме в общей сложности содержится примерно 25 мг иода (в составе различных соедине­ний), причем половина всей массы иода на­ходится в щитовидной железе. Подсчитай­те, сколько атомов иода находится: а) в щи­товидной железе; б) в человеческом организ­ме в целом.

Решение

Число атомов иода в человеческом орга­низме
N (I) = Nа • n (I) = Nа • m (I)/M (I);
N (I) = 6 •10²⁰ • 25/127 = 1,18 • 10²⁰
В щитовидной железе число атомов иода в 2 раза меньше:
N1 (I) = 0,5 • 1,18 • 10²⁰ = 5,9 • 10¹⁹.

3.Целеполагание: объявление темы и цели урока

4.Изучение нового материала

Неорганические вещества, входящие в состав клетки

В клетках разных организмов обнаружено около 70 элементов периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, но лишь 24 из них имеют установленное значение и встречаются постоянно во всех типах клеток.

Наибольший удельный вес в элементном составе клетки приходится на кислород, углерод, водород и азот. Это так называемые основные или биогенные элементы. На долю этих элементов приходится более 95% массы клеток, причем их относительное содержание в живом веществе гораздо выше, чем в земной коре.

Жизненно важными являются кальций, фосфор, сера, калий, хлор, натрий, магний и железо. Их содержание в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Перечисленные элементы составляют группу макроэлементов.

Другие химические элементы: медь, кобальт, марганец, молибден, цинк, бор, фтор, хром, селен, алюминий, йод, кремний – содержатся исключительно в малых количествах (менее 0,01% массы клеток). Они относятся к группе микроэлентов.

Процентное содержание в организме того или иного элемента никоим образом не характеризует степень важности и необходимости в организме. Так, например, многие микроэлементы входят в состав различных биологически активных веществ – ферментов, витаминов, гормонов, оказывают влияние на рост и развитие, кроветворение, процессы клеточного дыхания и т.д.

Вода. Самое распространенное неорганическое соедине­ние в живых организмах — вода. Ее содержание колеблется в широких пределах: в клетках эмали зубов воды около 10%, а в клетках развивающегося зародыша — более 90%. В сред­нем в многоклеточном организме вода составляет около 80% массы тела.

Роль воды в клетке очень велика. Ее функции во многом определяются химической природой. Дипольный характер строения молекул обусловливает способность воды активно вступать во взаимодействие с различными веществами. Ее молекулы вызывают расщепление ряда водорастворимых веществ на катионы и анионы. В результате этого ионы бы­стро вступают в химические реакции. Большинство хими­ческих реакций представляет собой взаимодействие между растворимыми в воде веществами.

Вода. Играет важную роль в жизни клеток и живых организмов в целом. Помимо того, что она входит в их состав, для многих организмов это еще и среда обитания. Роль воды в клетке определяется ее свойствами. Свойства эти довольно уникальны и связаны главным образом с малыми размерами молекул воды, с полярностью ее молекул и с их способностью соединяться друг с другом водородными связями.

М олекулы воды имеют нелинейную пространственную структуру. Атомы в молекуле воды удерживаются посредством полярных ковалентных связей, которые связывают один атом кислорода с двумя атомами водорода. Полярность ковалентных связей объясняется в данном случае сильной электроотрицательностью атомов кислорода по отношению к атому водорода; атом кислорода оттягивает на себя электроны их общих электронных пар.

Вследствие этого на атоме кислорода возникает частично отрицательный заряд, а на атомах водорода – частично положительный. Между атомами кислорода и водорода соседних молекул воды возникают водородные связи.

Вода является превосходным растворителем для полярных веществ, например солей, сахаров, спиртов, кислот. Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными.

Не растворимые в воде вещества называются гидрофобными.

Вода обладает высокой теплоемкостью. Для разрыва водородных связей, удерживающих молекулы воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде. Кроме того, вода обладает высокой теплопроводностью, что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме. Вода обладает также высокой теплотой парообразования, т.е. способностью молекул уносить с собой значительное количество тепла, охлаждая организм. Это свойство воды используется при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и транспирации (испарении) у растений, предотвращая их перегрев.

Биологические свойства воды:

Транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.

Метаболическая. Вода является средой для многих биохимических реакций в клетке.

Структурная. Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95% воды. У растений вода определяет тургор клеток.

Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей. Она входит в состав слюны, желчи, слез и т.д.

Минеральные соли. Большая часть неорганических веществ клетки находится в виде солей. В водном растворе молекулы солей диссоциируют на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы: K+, Na+, Ca2+, Mg2+ и анионы: Cl-, H2PO4-, HPO42-, HCO3-, NO3-, SO42-. Существенным является не только содержание, но и соотношение ионов в клетке.

От концентрации солей внутри клетки зависят буферные свойства клетки. 

Буферностью называют способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне.

Биологические функции катионов

• Структурообразующая: обусловлена комплексообразующими свойствами металлов, катионы которых участвуют в образовании функционально активных структур макромолекул и надмолекулярных комплексов (гем, хлорофилл, белки, нуклеиновые кислоты и т.д.).

• Транспортная: катионы в составе металлопротеидов участвуют в переносе электронов или молекул простых веществ. Например, ионы железа и меди входят в цитохромы, которые переносят электроны, а железо в составе гемоглобина связывает и переносит кислород.

• Регуляторная: ионы металлов, соединяясь с ферментами, влияют на активность катионов и регулируют (активируют или ингибируют) скорость химических реакций в клетке (Mg2+ активирует ДНК- и РНК-полимеразу, Ca2+ – креатинкиназу, Mg2+, Mn2+ – гексокиназу; ионы Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+ ускоряют распад и синтез белков, а ионы Ca2+, Mg2+ участвуют в распаде и синтезе липидов и углеводов).

• Осмотическая: катионы используются для регуляции осмотического и гидроосмотического давлений в клетке и организме в целом.

• Биоэлектрическая: катионы участвуют в возникновении и регуляции величины разности потенциалов на клеточных мембранах в возбудимых клетках (нервных, мышечных) и проведении нервных импульсов.

• Синтетическая: связана с использованием неорганических катионов для синтеза сложных молекул, например, Fe3+ – в синтезе гемоглобина, Ca2+ – в синтезе амилазы. Cu2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+ поддерживают вторичную и третичную структуру ДНК и РНК, Zn2+, участвуют в образовании активного центра 30 ферментов.

Биологические функции анионов

• Энергетическая: анионы участвуют в образовании главного носителя энергии в организме человека – молекулы АТФ – из АДФ и неорганических фосфатных анионов.

• Механическая (или опорная): например, анион фосфора и катион кальция входят в состав гидроксилапатита и фосфата кальция костей, тем самым определяя их механическую прочность.

• Синтетическая: связана с использованием неорганических анионов для синтеза сложных молекул. Например, I- участвует в синтезе иодтиронинов в клетках щитовидной железы, SO 2-4 – в синтезе эфиросерных соединений, обезвреживающих в печени чужеродные вещества и биологические яды.

5.Физкульминутка

6.Закрепление материала

Обобщающая беседа по вопросам

Вопросы для обсуждения

Каков вклад различных элементов в организа­цию живой и неживой материи?

Как проявляются физико-химические свойства воды в обеспечении процессов жизнедеятель­ности клетки и целостного организма?

Вопросы и задания для повторения

1.Какое вещество образует основу внутренней сре­ды живых организмов?

2.Как отразится на жизнедеятельности клетки и организма недостаток какого-либо необходимого элемента? Приведите примеры таких явлений?

3.Катионы каких элементов обеспечивают важней­шее свойство живых организмов — раздражимость?

4.Найдите в справочном материале элементы, со­держащиеся в наименьшем количестве в клетке. Каково их общее название? Какую роль выполняют они в клетке?

7.Домашнее задание §2

8.Подведение итогов

9.Рефлексия (прием «Продолжи фразу»)

Мне было интересно…

Мы сегодня разобрались…

Я сегодня понял, что…

Мне было трудно…

На следующем уроке я хочу…