Органические вещества клетки. Белки, структура и свойства, функции (часть 1)

Тема: «Неорганические вещества клетки»

Цель: Организовать деятельность учеников по восприятию, осмыслению, первичному запоминанию новых знаний и способов деятельности.

Обеспечить закрепление знаний и способов деятельности учащихся.

Создать содержательные и организационные условия для самостоятельного применения учениками комплекса знаний и способов деятельности.

Организовать деятельность учащихся по обобщению знаний и способов деятельности.

Организовать проверку и оценку знаний и способов деятельности учащихся, организовать работу учащихся по коррекции своих знаний и способов деятельности.

Задачи:

Обучающие:продолжить развитие понятий о клетке. Сформировать знания о неорганических веществах клетки. Рассмотреть значение неорганических веществ для жизнедеятельности клетки.

Развивающие : развитие речи, памяти, воображения, умения делать выводы и обобщения.

Воспитательные : защищать свои убеждения, давать оценку своей деятельности.

Оборудование:таблицы, презентация

Тип урока:

Ход урока:

1. Организационный этап

2. Актуализация опорных знаний

Фронтальный опрос(Слайд 2)

1.Что изучает биология?

2.Какие биологические науки вы знаете?

3.Что изучает цитология?

4.Знания каких биологических наук вы применяете каждый день?

1. Изучение нового материала.

– Одним из основных общих признаков живых организмов является единство их элементарного химического состава. Независимо от того, к какому царству, типу или классу принадлежит то или иное живое существо, в состав его тела входят одни и те же, так называемые универсальные химические элементы. Сходство в химическом составе разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения. Но количественное содержание тех или иных элементов в живых организмах и в окружающей их неживой среде существенно отличается.

– Что такое химический элемент? (Химический элемент – это определенные вид атомов с одинаковым зарядом ядра.)

Какие химические элементы преобладают в земной коре? (Кислород, кремний, алюминий, железо, магний, натрий, кальций – эти элементы составляют ≈ 98% массы земной коры) ( 3 слайд)

А какие химические элементы преобладают в живых организмах?

(слайд 4)

В клетках живых организмов встречается 90 различных химических элементов, из них 25 обнаружены практически во всех клетках. Эти химические элементы необходимы для их жизнедеятельности. Остальные элементы, вероятно, попадают в организм с водой, пищей, воздухом и не участвуют в жизнедеятельности.

Задача: (слайд 5)Подсчитайте, сколько в человеке массой 85 кг будет составлять каждый элемент.( Ответ: (слайд 5) кислород – 59,5 кг; углерод – 13,6 кг; водород – 7,65 кг; азот – 2, 125кг; кальций – 0, 85 кг; фосфор – 0,425кг; калий – 0,255 кг.)

Мы с вами выяснили, какова масса биогенов в организме человека определенной массы. Давайте посмотрим какие еще элементы есть в живых организмах.

По количественному содержанию в живых системах все химические элементы подразделяются на четырегруппы: макроэлементы, мезоэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы. (слайд 6)

Ультрамикроэлементы – бор, бром, серебро, золото, селен, мышьяк и др. Эти элементы составляют менее 0,000001%. Функции ультрамикроэлементов еще полностью не изучены, имеются лишь отдельные сведения о них: например, выяснено, что недостаток селена приводит к развитию раковых заболеваний.

Обратимся к таблице и посмотрим роль в организме некоторых элементов-биогенов. (слайд 7)

Учитель обращает внимание учащихся на то, что именно макроэлементы – кислород, углерод, водород и азот – обеспечивает большинство функций в организме, и задает вопрос:

– Почему данные элементы-биогены подходят для выполнения биологических функций?

Учащиеся из курса химии вспоминают о строении атомов биогенов, их расположении в первых периодах периодической системы Д.И.Менделеева, их общих свойствах – способности к образованию ковалентных связей посредством спаривания электронов с отдачей или присоединением при этом от одного до шести электронов. Кроме того, органеллы могут легко реагировать друг с другом, образуя при этом разнообразные химические соединения. Эти элементы имеют малую атомную массу (относительно малый радиус), то есть они сочетают легкость с прочностью ковалентных связей между ними. (слайд 8)

Ковалентно связанные атомы углерода образуют «каркас» органических молекул, на котором как бы «крепятся» разнообразные функциональные группы, содержащие водород, кислород, серу, азот и другие элементы. Отсюда можно сделать вывод, что свойства органогенов так разнообразны, что названных элементов достаточно для образования множества органических молекул. Следовательно, атомы, из которых состоят вещества клетки и неживой природы, идентичны. Это указывает на тесную связь и единство живой и неживой природы.

Содержание тех или иных элементов в организме определяется не только особенностями данного организма, но также составом среды, в которой он обитает, и той пищей, которую он использует. Геологическая история нашей планеты, особенности почвообразовательных процессов привели к тому, что на поверхности Земли сформировались области, которые отличаются друг от друга по содержанию химических элементов. Резкий недостаток или, наоборот, избыток какого-либо химического элемента вызывает в пределах таких зон возникновение биогеохимических эндемий – заболеваний растений, животных и человека.

Одни и те же химические элементы входят в состав как неорганических веществ (воды и минеральных солей), характерных и для живых организмов и существующих в неживой природе, так и органических веществ – углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот, витаминов и др., характерных только для живых организмов.

Рассмотрим самое распространенное в живых организмах неорганическое соединение – воду, её роль в клетке.

Вода абсолютно необходима для всех известных форм жизни – не случайно человеческое тело на 60–70 % состоит из воды. Кроме того, она является средой обитания для многих организмов. Содержание воды в организме колеблется:

• В слюне, желудочном соке, грудном молоке содержится 90 – 99%.

• В клетках развивающего зародыша её более 90%.

• В крови – около 83%.

• Клетки взрослого организма – 80%.

• В костях всего лишь 15 – 20%.

Время обновления количества воды, равного весу тела, колеблется в зависимости от окружающей среды, к которой адаптирован организм; для амебы оно составляет 7 дней; для человека 4 недели; для верблюда 3 месяца; для черепахи 1 год; для кактуса 29 лет.

Вода играет очень важную роль в жизни любого живого организма. Следует помнить основные свойства и функции воды.

Давайте вспомним физические свойства воды.

Вода – это бесцветная прозрачная жидкость, без цвета, запаха и вкуса, максимальная плотность — при 4 °С, высокая теплоемкость, практически не сжимается; чистая вода плохо проводит тепло и электричество, замерзает при 0 °С, кипит при 100 °С, обладает высокой испаряемостью за счет слабых водородных связей, текучесть.

Какие химические элементы входят в состав молекулы воды?Напишите молекулярную формулу, структурную, электронную.

Какая химическая связь в молекуле воды? (полярная, неполярная?)

Чему равен угол между атомами водорода и кислорода? (104,5^ᵒ)

Диполь.(Атом кислорода сильно электроотрицательный по отношению к атому водорода, что обеспечивает полярность ковалентной связи; при этом кислород оттягивает на себя электроны общей электронной пары.Следовательно кислород отрицательно заряжен, а водород – положительно. Между атомамиО и Н соседних молекул возникает водородная связь).

Каковы химические свойства воды? (хороший растворитель, реагируют сметаллами, оксидами, гидролиз солей и органических соединений;по отношению к способности растворяться в воде различают: гидрофильные вещества — хорошо растворимые, гидрофобные вещества — практически нерастворимые в воде.)

Свойства воды в живом организме:

• Текучесть;

• Вода – хороший растворитель;

• Высокая теплопроводность и теплоемкость;

• Высокая испаряемость за счет слабых водородных связей;

• Гидролиз – разложение под действием воды;

• Высокая сила поверхностного натяжения воды.

Функции воды в живом организме:

• является средой обитания для многих организмов,

• является основой внутренней и внутриклеточной среды;

• вода обеспечивает тургор клетки, гидроскелет; обеспечивает поддержание пространственной структуры,

• транспорт крови, межклеточного вещества, цитоплазмы, лимфы;

• служит растворителем и средой для диффузии; пищеварение, многие химические реакции в организме идут с растворенными в воде веществами;

• регуляция тепла в организме; способствует охлаждению организма,

• гидратирует полярные молекулы,

• участвует в реакциях фотосинтеза и гидролиза,

• способствует миграциям и распространению семян, плодов, личиночных стадий,

• является средой, в которой происходит оплодотворение,

• у растений обеспечивает транспирацию и прорастание семян,

• способствует равномерному распределению тепла в организме и мн. др.

Другие неорганические соединения клетки

Другие неорганические соединения представлены в основном солями, которые могут содержаться или в растворенном виде (диссоциированными на катионы и анионы), или твердом. Важное значение для жизнедеятельности клетки имеют катионы K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и анионы HPO₄^2—, Cl^—, HCO₃^—,

Многие ионы неравномерно распределены между клеткой и окружающей средой, так, например, в цитоплазме концентрация ионов калия в 20 – 30 раз выше, чем с наружи, а концентрация ионов внутри клетки, наоборот, в 10 раз ниже. Именно благодаря существованию подобных градиентов концентраций осуществляются многие важные процессы жизнедеятельности, такие как возбуждение нервных клеток, сокращение мышечных волокон. После гибели клетки концентрация катионов снаружи и внутри быстро выравнивается.

3.Закрепление изученного материала

Тест « Химический состав клетки». 1 вариант.

I. Наиболее распространенными в клетках живых организмов элементами являются:

a) N, О, H, S; б) С, Н, N, О; в) S, Fe, О, С ; г) О, S, Н, Fe

2. Азот как элемент входит в состав:

а) только белков и нуклеиновых кислот;

б) нуклеиновых кислот, белков и АТФ;

в) только белков;

г) белков, нуклеиновых кислот и липидов;

3. Водород как элемент входит в состав:

а) только воды и некоторых белков

б) только воды, углеводов и липидов

в) всех органических соединений клетки

г) только воды, углеводов, белков и нуклеиновых кислот.

4. Вода - основа жизни:

а) она может находиться в трех состояниях (жидком, твердом, газообразном);

б) является растворителем, обеспечивающим как приток веществ в клетку, так и удаление из неё продуктов обмена;

в) охлаждает поверхность при испарении.

II-Вариант

1. Наиболее распространенными в клетках живых организмах элементами являются:

а) С, О, Н, N; б) О, S, H,Fe; в) Н, Fe, N,S; г) N, О, S, Н.

2. Углерод как элемент входит в состав: «

а) только белков и углеводов;

б) только углеводов и липидов;

в) всех органических и неорганических соединений клетки;

г) всех органических соединений клетки.

3. Функции воды в клетке:

а) хранение и передача наследственной информации;

б) торможение химических реакций;

в) растворитель;

г) энергетическая функция.

5.Воды содержится больше в клетках:

а)эмбриона, б) молодого человека, в) старика.

4.Домашнее задание: п.2 читать и ответить на вопросы