Неорганические вещества

Цель урока:

·       Обуч. Расширить знания старшеклассников о химическом составе внутриклеточной среды; строении и значении в жизни клетки различных неорганических соединений (на примере воды и минеральных солей).

·       Развив. Научить школьников выявлять связь между составом, строением молекул химического соединения и его функциями в клетке.

·       Воспит. Воспитывать всестороннее понимание материала, понимания сущности протекающих в клетке процессов.

Орг. момент. План урока.

Методы активизации мыслительной деятельности 3-5 мин.

Основная часть (новый материал) 5-7 мин.

Химический состав любой клетки очень сложен, но не случаен. Интересно, что из известных нам 112 химических элементов в состав внутриклеточной среды входят 27. Живые организмы состоят преимущественно из тех элементов, которые образуют легко растворимые в воде соединения. Очень большое значение имеет вода для жизни клетки. Обмен воды в организме многоклеточного существа рассмотрим на примере человека.

ОБМЕН ВОДЫ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА:

·       Поступление воды из внешней среды.

·       Вода в кишечнике.

·       Вода в крови и лимфе.

·       Вода в клетках организма.

Некоторые функции воды:

1. Входит в состав внутриклеточной среды, участвует в образовании клеточных структур.

2. Участвует в выведении из клетки вредных и отработанных веществ.

3. Растворяет органические и неорганические соединения.

4. Обеспечивает транспорт веществ и взаимосвязь между органоидами клетки.

5. Участвует в терморегуляции.

6. Участвует в химических превращениях.

·       Выведение воды из организма.

Осуществляется с участием кровеносной системы.

1. Через систему органов выделения (в составе мочи).

2. Через кожу в составе пота.

3. Через легкие (в составе выдыхаемого воздуха).

Кроме воды, в числе неорганических веществ, входящих в состав клетки, нужно назвать соли, представляющие собой ионные соединения. Клетка избирательно поглощает необходимые ей ионы из окружающей среды. Это приводит к тому, что концентрация ионов на внешней поверхности клетки отличается от их концентрации на внутренней поверхности.

Очевидно, что минеральные соли должны поступать в клетки организма из внешней среды и использоваться в них для обеспечения процессов жизнедеятельности. Избыток солей вместе с водой должен выводится из организма во внешнюю среду. Перечисленные процессы составляют сущность обмена минеральных солей в организме.

ОБМЕН МИНЕРАЛЬНЫХ СОЛЕЙ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА:

·       Минеральные соли в составе пищи.

·       Поступают в кишечник.

·       Всасываются в кровь (в растворенном виде).

·       Поступают в различные органы, ткани, клетки.

Некоторые функции минеральных солей:

1. Регулируют обмен веществ, обеспечивают постоянство химического состава внутриклеточной среды.

2. Необходимы для синтеза гормонов (ионы цинка).

3. Входят в состав костной ткани (ионы кальция).

4. Обеспечивают процесс свертывания крови (ионы кальция).

5. Отвечают за проведение нервного импульса (ионы натрия, калия).

·       Выведение минеральных солей из организма.

Осуществляется с участием кровеносной системы.

1. Через систему органов выделения.

2. Через пищеварительную систему.

3. Через систему покровных тканей.

Такова роль некоторых органических соединений в клетке и организме.

 Биологически важные химические соединения

Из известных более 100 хим. элементов в состав организмов входят около 80, причём только в отношении 24 известно, какие функции в клетке они выполняют.

Набор этих элементов не случаен. Жизнь зародилась в водах Мирового океана, и живые организмы состоят преимущественно из этих элементов, которые образуют легко растворимые в воде соединения.

В составе клеток человеческого тела преобладают элементы:

органогены: О₂ – 65–75 %; С – 15–18 %; Н – 8–10 %; N – 1,5–3 %;

макроэлементы: Mg, Na, Ca, Fe, K, S, P, Cl ≈ 4–5 %;

микроэлементы: Zn, Cu, Co, J, F, Mn ≈ 0,1 %.

Сходный элементарный состав имеют клетки большинства животных; отличаются лишь клетки растений и микроорганизмов.

Даже те элементы, которые в клетках содержатся в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни. Так, содержание йода в клетках не превышает 0,01 %. Однако при недостатке его в почве (в пищевых продуктах) задерживается рост и развитие детей. Значение для клетки основных элементов смотрите в таблице на стр. 11–12 (см. учебник Беляева Д.К.).

Неорганические соединения

Вода – одно из самых распространённых веществ на Земле. Она покрывает большую часть земной поверхности. Почти все живые существа состоят в основном из воды. У человека содержание Н₂О в различных органах и тканях варьирует от 20 % (в костной ткани) до 85 % (в головном мозге). Около 2/3 массы человека состоит из воды, даже в сухих семенах растений вода составляет 10–12 %. Уникальные свойства воды определяются структурой её молекул.

 Схема образования связей между диполями воды

По прочности водородная связь ~ в 15–20 раз слабее ковалентной связи, следовательно легко разрывается. Т.  о., в жидкой воде молекулы воды легкоподвижные.

Функция воды в клетке: растворитель, источник кислорода, осмотический регулятор, среда для физиологических и биохимических процессов, среда для хим. реакций, терморегулятор, продукт хим. реакций.

Гидрофобные – практически не растворимые в воде вещества (жиры).

Гидрофильные – растворимые в воде (соли, сахар, аминокислоты).

Минералы в человеческом теле – это и так называемые макроэлементы(которых действительно много), и микроэлементы, которых в нем всего 0,04–0,06 %. Между человеческим организмом и окружающей средой постоянно идет обмен веществ, происходит убыль макро- и микроэлементов. Содержание и тех, и других человеку приходится непрерывно пополнять.

Функции некоторых ионов в клетке

Соединения, питающие клетку и являющиеся минеральными удобрениями:

NaNO₂, NaH₂PO₄, KNO₂, CaSO₄, KH₂PO₄

Макроэлементов (кальция Са, фосфора Р, магния Mg, калия К, натрия Na, хлора Cl, серы S) человеку требуется сравнительно много: до двух-трех граммов в сутки. А потребность человека в микроэлементах (таких, как железо Fe, медь Cu, марганец Mn, цинк Zn, кобальт Co, иод I, фтор F, хром Cr, молибден Mo и др.) составляет в сутки всего лишь несколько миллиграммов, а порой и того меньше. Однако, если их не хватает, наступает беда: без одних нарушаются процессы кроветворения, без других не могут нормально функционировать железы внутренней секреции, иначе говоря, становятся невозможны рост, развитие и жизнедеятельность организма. Все необходимые человеку макро- и микроэлементы должны присутствовать в рационе питания, причем в строго определенном соотношении. В организме должно поддерживаться некоторое кислотно-щелочное равновесие: натрий, калий, кальций (элементы, которые биохимики и физиологи называют "щелочными") должны преобладать над серой, фосфором, хлором, фтором и другими "кислотными" элементами. В большинстве распространенных продуктов питания (мясе, рыбе, яйцах, сыре, крупе и мучных изделиях) основная часть минеральных веществ служит источником макро- и микроэлементов кислотного типа. Поэтому ограничиваться в рационе питания одними этими продуктами недопустимо.

Наибольшее "ощелачивающее" действие оказывают овощи и фрукты. Вдобавок овощи – это и важнейший источник калия, помогающего деятельности сердца.

Фосфаты кальция, в частности ортофосфат, составляют минеральную основу костей и зубов. Другие соединения кальция участвуют в нервной и мышечной деятельности, входят в состав тканевой жидкости, ядер и стенок клеточной ткани живого организма. Кальций уменьшает аллергические реакции, а это особенно важно в наше время. Суточная потребность в кальции от 0,8 до 2 г, а источники этого элемента – молоко и кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а также яйца, гречка, овсянка, морковь и горох.

Но в пище есть и "враги" кальция, которые препятствуют усвоению этого элемента. Главные "антикальцинисты" - это щавелевая кислота и фитин, связывающие кальций в неусвояемую форму. Со щавелевой кислотой кальций образует малорастворимый оксалат кальция, а фитин тоже довольно прочно удерживает кальций. Важно не злоупотреблять блюдами из щавеля и шпината, в листьях которых 0,1–0,5 % щавелевой кислоты. Фитин, присутствующий в овощах и злаках, разрушается при нагревании, и поэтому причиняет меньше неприятностей. Поэтому ржаной хлеб полезнее пшеничного – в нем фитина меньше (однако в некоторых случаях врачи прописывают фитин как лекарство).

Фосфор также относится к макроэлементам, необходимым организму. Помимо зубной, костной и нервной тканей, фосфорные соединения входят в состав жиров (фосфолипидов), многих белков, биологически активных веществ, таких как ферменты. Фосфор поступает в организм обычно с белковой пищей.

Ученые-медики считают, что следует строго выдерживать соотношение кальция и фосфора, поступающих человеку с пищей; оптимальным признано соотношение этих элементов, равное 1:1 по массе (или, в крайнем случае, 1:1,5). При избытке фосфора возможна даже потеря кальция костной тканью (остеопороз), что ведет к уменьшению их прочности и частым переломам.

Магний наряду с кальцием в виде ортофосфата образует костную ткань. Им богаты все зеленые овощи: магний входит в состав хлорофилла. Кушайте свежую зелень, желательно круглый год, и вы обеспечите потребность своего организма в магнии, составляющую ежесуточно 0,4 г.

Калий и натрий – два регулятора водно-солевого обмена в организме: калий выводит воду, а натрий накапливает. Обычно в растительной пище калия в 5–10 раз больше, чем натрия, поэтому при гипертонической болезни и при отеках, когда надо избавляться от лишней воды в организме, врачи назначают растительную и бессолевую (без хлорида натрия) диету.

Потребность человека в хлоре обычно удовлетворяется за счет поваренной соли NaCl. Хлор совершенно необходим для получения соляной кислоты HCl, которая постоянно образуется в желудке. Поскольку хлорид натрия выводится из организма, когда человек потеет, то потребность в поваренной соли у работающих в жарком климате или в горячих цехах больше. Она возрастает до 20–25 г в сутки.

Для кроветворения и тканевого дыхания необходимо железо, входящее в состав гемоглобина крови и миоглобина мышц. Этот элемент переносит кислород в организме. Особенно богаты железом, причем в хорошо усвояемой форме, печень, мясо, рыба, икра, а из фруктов и овощей – яблоки, смородина, гранаты. Однако некоторые медики в последние годы высказывали мнение, что железо усваивается организмом человека лишь из продуктов животного происхождения.

Потребность человека в микроэлементах в количественном отношении намного (в 400–500 раз) меньше, чем в макроэлементах, но это именно тот случай, когда "мал золотник, да дорог". Так, фтор необходим для здоровья костной и особенно зубной ткани; цинк, кобальт и медь – кроветворные элементы, а соединения марганца ответственны за рост, размножение и уровень холестерина в крови, недостаток этого элемента ведет к возникновению нервных расстройств. Источником цинка, меди и кобальта служат овощи: морковь, капуста, петрушка и особенно свекла.

Химическая организация клетки. Неорганические вещества

Физминутка.

Текущий контроль, закрепление материала (проверка понимания) 5-7 мин.

Работа в парах: Каждый учащийся выбирает из двух тем (Роль воды в клетке. Роль минер, солей для клетки.) только одну. В течение 5 мин. Готовится по этой теме. Приступают к работе, задают друг другу вопросы, сами на них отвечают. Следующий этап - адресуют вопросы по пройденной теме уже в соседние группы.

Итоговый контроль 3-5 мин.

Рефлексия

Д\З п.5