Лекция к уроку: АТФ. Регуляторные и сигнальные вещества. Витамины.

Лекция

Тема 1.1. Химическая организация клетки.

Тема 1.1.5. АТФ. Регуляторные и сигнальные вещества. Витамины.

Знания, умения и навыки, которыми должны обладать обучающиеся:

З1. - основные положения биологических теорий и закономерностей: клеточной теории строение и функционирование биологических объектов;

З2. - строение и функционирование биологических объектов;

З3 - вклад выдающихся (в том числе отечественных) учёных в развитие биологической науки;

У1. - объяснять роль биологии в формировании научного мировоззрения; вклад биологических теорий в формирование современной естественно-научной картины мира; единство живой и неживой природы, родство живых организмов;

У2. - сравнивать биологические объекты: химический состав тел живой и неживой природы, зародышей человека и других животных, природные экосистемы и агроэкосистемы своей местности;

У3. - находить информацию о биологических объектах в различных источниках (учебниках, справочниках, научно-популярных изданиях, компьютерных базах, ресурсах сети Интернет) и критически её оценивать.

СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЯ:

Изучение нового материала

Вопросы (план):

1. АТФ. Строение и функции АТФ.

2. Регуляторные и сигнальные вещества.

3. Витамины.

1. АТФ. Строение и функции АТФ.

В любой клетке, кроме углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот, синтезируется большое количество других органических соединений. Их можно условно разделить на конечные и промежуточные продукты биосинтеза и распада.

Конечными продуктами биосинтеза называют органические соединения, которые играют самостоятельную роль в организме или служат мономерами для синтеза биополимеров. К числу конечных продуктов биосинтеза относятся аминокислоты, из которых в клетках синтезируются белки; нуклеотиды – мономеры, из которых синтезируются нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК); моносахарид глюкоза, которая служит мономером для синтеза гликогена, крахмала и целлюлозы.

Путь к синтезу каждого из конечных продуктов лежит через ряд промежуточных соединений. Многие вещества подвергаются в клетках ферментативному расщеплению, распаду.

Среди конечных продуктов биосинтеза важную роль в биоэнергетике клетки играет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) – универсальный источник и основной аккумулятор энергии в клетках.

АТФ была открыта в 1929 г. Карлом Ломанном, а в 1941 г. Фриц Липман показал, что она является основным переносчиком энергии в клетке. АТФ содержится во всех клетках растений, животных и человека. Количество ее колеблется и в среднем составляет 0,04% (в клетке ≈1 млрд молекул АТФ). Наибольшее количество АТФ содержится в скелетных мышцах (0,2–0,5%).

Молекула АТФ состоит из азотистого основания – аденина, моносахарида – рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. АТФ – особый адениловый нуклеотид. В отличие от других нуклеотидов молекула АТФ содержит не один, а три остатка фосфорной кислоты.

АТФ относится к макроэргическим веществам, т.е. веществам, содержащим в своих связях между остатками фосфорной кислоты большое количество энергии. Энергия освобождается при отщеплении фосфата. При отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту), при отщеплении второго остатка фосфорной кислоты – в АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту).

Выход свободной энергии при отщеплении как концевого, так и второго остатков фосфорной кислоты составляет до 40 кДж. Именно поэтому связь между этими остатками фосфорной кислоты называют макроэргической (она обозначается символом ~). Связь между рибозой и первым остатком фосфорной кислоты макроэргической не является, и при ее расщеплении выделяется только 13,8 кДж энергии. Макроэргические соединения могут образовываться и на основе других нуклеотидов.

Функции аденозинтрифосфорной кислоты. АТФ поставляет энергию для большинства реакций, происходящих в клетке. С помощью АТФ клетка синтезирует новые молекулы белков, углеводов, жиров, избавляется от отходов, осуществляет активный транспорт веществ, биение жгутиков и ресничек и т. д.

1. Регуляторные и сигнальные вещества.

Конечными продуктами биосинтеза являются вещества, играющие важную роль в регуляции физиологических процессов и развитии организма. К числу их относятся многие гормоны животных. Наряду с белковыми гормонами, известны гормоны небелковой природы. Некоторые из них регулируют содержание ионов натрия и воды в организме животных, другие обеспечивают половое созревание и играют важную роль в воспроизведении животных. Гормоны тревоги или стресса (например, адреналин) в условиях напряжения усиливают выход глюкозы в кровь, что в конечном счете приводит к увеличению синтеза АТФ и активному использованию энергии, запасенной организмом.

Насекомые производят ряд особых пахучих веществ, которые играют роль сигналов, сообщающих о нахождении пищи, об опасности, привлекающих самок к самцам (и наоборот).

У растений имеются свои гормоны. Под действием некоторых гормонов значительно ускоряется созревание растений, увеличивается их урожайность.

Растения производят сотни разнообразных летучих и нелетучих соединений, которые привлекают насекомых, переносящих пыльцу; отпугивают или отравляют насекомых, питающихся растениями; подавляют иногда развитие растений других видов, растущих рядом и конкурирующих за минеральные вещества в почве.

1. Витамины.

К конечным продуктам биосинтеза принадлежат витамины (от лат. vita – жизнь). К ним относят жизненно важные соединения, которые организмы определенного вида не способны синтезировать сами, а должны получать в готовом виде извне. Например, витамин С (аскорбиновая кислота) синтезируется в клетках большинства животных, а также в клетках растений и микроорганизмов. Клетки человека, человекообразных обезьян, морских свинок, некоторых видов летучих мышей утратили способность синтезировать аскорбиновую кислоту. Поэтому она является витамином только для человека и перечисленных животных. Витамин РР (никотиновую кислоту) животные не способны синтезировать, но его синтезируют все растения и многие бактерии.

Все витамины делят на растворимые в воде (водорастворимые) и растворимые в жирах (жирорастворимые).

К жирорастворимым витаминам относят следующие:

Витамин А входит в состав зрительного пигмента. При его недостатке развивается куриная слепота (ухудшение сумеречного зрения), нарушается работа иммунной системы, замедляется рост.

Витамин D способны синтезировать клетки кожи под действием солнечного света, он содержится в больших количествах в печени морских животных. Его недостаток приводит к нарушению обмена ионов кальция, отвечающих за минерализацию костной ткани, при этом у детей возникает рахит – размягчение и деформация костей.

Витамин Е защищает липиды клеточной мембраны от окисления. Недостаточное количество этого витамина в пище приводит к разрушению эритроцитов и слабости мышц.

Витамин К отвечает за свертываемость крови. Его дефицит приводит к частым и длительным кровотечениям.

К водорастворимым относят следующие витамины, не имеющие общих свойств с липидами:

Витамин С (аскорбиновая кислота) участвует в формировании и поддержании структуры хрящей, костей, зубов, образовании гемоглобина и эритроцитов. Недостаток витамина С является причиной тяжелого заболевания – цинги.

Витамины группы В входят в состав коферментов. Многие витамины группы В и витамин К синтезируются бактериями пищевого тракта.

Большинство известных витаминов в клетке становятся составными частями ферментов и участвуют в биохимических реакциях, оказывают регулирующее влияние на обмен веществ и тем самым обеспечивают нормальное течение практически всех биохимических и физиологических процессов в организме. Суточная потребность человека в каждом витамине составляет несколько микрограммов (1 мкг = 10–6 г). Только витамин С нужен в количестве около 100 миллиграмм (1 мг = 10–3 г) в сутки.

Недостаток ряда витаминов в организме человека и животных ведет к нарушению работы ферментов и является причиной тяжелых заболеваний – авитаминозов. Следует отметить, что прием антибиотиков приводит к интенсивной гибели бактерий в организме, в том числе и бактерий в кишечнике, синтезирующих витамины. Поэтому после приема антибиотиков рекомендуется принимать витамины.

Вопросы для закрепления изученного материала:

1. Охарактеризуйте клетку как структурно-функциональную единицу, единую систему жизнедеятельности, роста, развития.

2. Укажите структурную организацию и роль АТФ в клеточном метаболизме

3. Укажите роль витаминов в клетке и организме.

Информационное обеспечение обучения:

1. Общая биология: Учебн. для 10–11 кл. общеобразоват. учреждений / Д.К. Беляев, П.М. Бородин, Н.Н. Воронцов и др.; Под ред. Д.К. Беляева, Г.М. Дымшица. – М.: Просвещение, 2020. – 303 с.: ил.

2. Сухорукова, Л. Н. Биология. 10-11 классы. Базовый уровень. Учебник / Л.Н. Сухорукова, Т.В. Иванова. - М.: Просвещение, 2020. - 128 c.

3. Константинов, В. М. Общая биология: учебник для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования / В. М. Константинов, А. Г. Резанов, Е. О. Фадеева. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 256 с.

Дополнительная, интернет - ресурсы

1. www. sbio. info

2. www. window. edu. ru

3. www.5ballov. ru/test

4. www. vspu. ac. ru/deold/bio/bio. htm

5. www. biology. ru