В человеческом организме обнаружено 86 химических элементов, входящих в состав Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Эти элементы условно разделяют на четыре группы:

• макроэлементы – элементы, составляющие основную массу клетки (приблизительно 98-99% в пересчете на сухую массу), среди которых углерод (C), водород (H), кислород (O) и азот (N);
• элементы, содержание которых в клетке, в пересчете на сухую массу, составляет около 1,9%. Это калий (K), натрий (Na), кальций (Ca), магний (Mg), сера (S), фосфор (P), хлор (Cl) и железо (Fe);
• элементы, содержание которых в клетке, в пересчете на сухую массу, менее 0,01% — микроэлементы. Это цинк (Zn), медь (Cu), фтор (F), йод (I), кобальт (Co), молибден (Mo) и др.
• элементы, содержание которых в клетке, в пересчете на сухую массу, менее 0,00001% — ультрамикроэлементы: золото (Au), уран (U), радий (Ra) и др.

Роль химических элементов в клетках живых организмов

Каждый элемент, входящий в состав живого организма, отвечает за выполнение определенной функции (табл. 1).

Таблица 1.Роль химических элементов в клетках живых организмов.

Химический элемент	Вещества, в которых химический элемент содержится	Процессы, в которых химический элемент участвует
Углерод, водород, кислород, азот	Белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и др. органические вещества	Синтез органических веществ и весь комплекс функций, осуществляемых этими органическими веществами
Калий, натрий		Обеспечение функции мембран, в частности, поддержание электрического потенциала клеточной мембраны, работы Na + /Ka + -насоса, проведение нервных импульсов, анионный, катионный и осмотический балансы
		Участие в процессе свертывания крови
	Фосфат кальция, карбонат кальция	Костная ткань, зубная эмаль, раковины моллюсков
	Пектат кальция	Формирование срединной пластинки и клеточной стенки у растений
	Хлорофилл	Фотосинтез
		Формирование пространственной структуры белка за счет образования дисульфидных мостиков
	Нуклеиновые кислоты, АТФ	Синтез нуклеиновых кислот
		Поддержание электрического потенциала клеточной мембраны, работы Na + /Ka + -насоса, проведение нервных импульсов, анионный, катионный и осмотический балансы
		Активизация пищеварительных ферментов желудочного сока
	Гемоглобин	Транспорт кислорода
	Цитохромы	Перенос электронов при фотосинтезе и дыхании
Марганец	Декарбоксилазы, дегидрогеназы	Окисление жирных кислот, участие в процессах дыхания и фотосинтеза
	Гемоцианин	Транспорт кислорода у некоторых беспозвоночных
	Тирозиназа	Образование меланина
	Витамин В 12	Формирование эритроцитов
	Алькогольдегидрогеназа	Анаэробное дыхание у растений
	Карбоангидраза	Транспорт СО 2 у позвоночных
	Фторид кальция	Костная ткань, зубная эмаль
	Тироксин	Регуляция основного обмена
Молибден	Нитрогеназа	Фиксация азота

Недостаток какого-либо элемента может привести к заболеванию, и даже гибели организма, так как каждый элемент играет определенную роль. Макроэлементы первой группы составляют основу биополимеров — белков, углеводов, нуклеиновых кислот, а также липидов, без которых жизнь невозможна. Сера входит в состав некоторых белков, фосфор — в состав нуклеиновых кислот, железо — в состав гемоглобина, а магний — в состав хлорофилла. Кальций играет важную роль в обмене веществ

Часть химических элементов, содержащихся в клетке, входит в состав неорганических веществ — минеральных солей и воды. Минеральные соли находятся в клетке, как правило, в виде катионов (К + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+) и анионов (HPO 4 2- , H 2 PO 4 — , СI — , НСО 3 —), соотношение которых определяет важную для жизнедеятельности клеток кислотность среды, так слабощелочная среда многих клеток и ее рН почти не изменяется, потому что в ней постоянно поддерживается определенное соотношение катионов и анионов.

Вода играет большую роль в химических реакциях, протекающих в клетке в водных растворах. Она растворяет ненужные организму продукты обмена веществ и тем самым способствует выводу их из организма. Большое содержание воды в клетке придает ей упругость. Вода способствует перемещению различных веществ внутри клетки или из клетки в клетку.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание

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

Ответ

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.д. Например, дефицит йода в пище приводит к общему падению активности организма и разрастанию щитовидной железы - эндемическому зобу. Недостаток бора вызывает отмирание верхушечных почек у растений. Нехватка селена может привести к возникновению раковых заболеваний у человека и животных.

В живых организмах обнаружено более 70 химических элементов. Они являются составной частью определенных веществ, образующих структуры организма и участвующих в химических реакциях. Одних химических элементов в организмах содержится больше, других меньше, третьи присутствуют в ничтожных количествах.

Макроэлементы. Химические элементы, содержание которых в живых организмах составляет от десятков до сотых долей процента, называются макроэлементами. Живые организмы более чем на 98 % состоят из четырех химических элементов: кислорода (О), углерода (С), водорода (Н) и азота (N). Водород и кислород — составные элементы воды. Наряду с углеродом и азотом эти элементы являются основными составляющими органических соединений живых организмов.

В состав молекул многих органических веществ также входят сера (S) и фосфор (Р). Кроме того, к макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), магний (Mg), кальций (Са), хлор (С1) и др.

Важнейшим макроэлементом для организма человека является кальций. Его соединения, в частности ортофосфат, составляют минеральную основу костей и зубов. Другие соединения кальция участвуют в нервной и мышечной деятельности, входят в состав клеток и тканевой жидкости организма. Суточная потребность взрослого человека в кальции составляет от 0,8 до 2 г. Основные источники этого элемента — молоко, кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а также яйца, гречка, овсянка, морковь и горох.

Однако в пище могут также содержаться вещества, препятствующие усвоению кальция, например щавелевая кислота и фитин. Со щавелевой кислотой кальций образует малорастворимую соль, фитин тоже довольно прочно удерживает кальций. Поэтому важно не злоупотреблять блюдами из щавеля и шпината, в листьях которых содержится 0,1 —0,5 % щавелевой кислоты. Фитин, присутствующий в овощах и злаках, разрушается при нагревании, поэтому менее вреден. Ржаной хлеб полезнее пшеничного — в нем меньше фитина.

Микроэлементы. Жизненно важные элементы, которые содержатся в живых организмах в исключительно малых количествах (менее 0,01 %) составляют группу микроэлементов. К этой группе относятся некоторые металлы, например железо (Fe), цинк (Zn), медь (Си), марганец (Мп), кобальт (Со), молибден (Мо), а также неметаллы фтор (F), йод (I) и др.

Процентное содержание того или иного элемента не характеризует степень его важности в организме. Например, йод, содержание которого в норме в организме человека не превышает 0,0001 %, входит в состав гормонов щитовидной железы тироксина и т р и й о д т и р о н и н а. Эти гормоны регулируют обмен веществ, влияют на рост, развитие и дифференцировку тканей, на деятельность нервной системы.

Железо и медь входят в состав ферментов, участвующих в клеточном дыхании. Вместе с кобальтом они играют важную роль в процессах кроветворения. Цинк и марганец оказывают влияние на рост и развитие организмов. Фтор входит в состав костной ткани и эмали зубов. Более подробная информация о содержании и биологической роли химических элементов в живых организмах приведена в таблице 1.

Таблица 1. Биологически важные химические элементы

		Биологическая роль
Макроэлементы
Кислород(О)		Входит в состав молекул воды и органических веществ, обеспечивает реакции окисления, в ходе которых выделяется необходимая организму энергия
Углерод(С)		Входит в состав молекул всех органических веществ
Водород (Н)		Входит в состав молекул воды и всех органических веществ
		Входит в состав молекул органических веществ, в том числе белков, нуклеиновых кислот, АТФ
Кальций(Са)		Входит в состав костной ткани, зубной эмали, участвует в процессах свертывания крови и обеспечивает сократимость мышечных волокон. У растений входит в состав клеточной стенки
Фосфор (Р)		Входит в состав органических веществ (ДНК, РНК, АТФ и др.), костной ткани и зубной эмали
		Один из основных катионов в организме животных: участвует в генерации биоэлектрических потенциалов, регуляции ритма сердечной деятельности. Также участвует в процессе фотосинтеза
		Входит в состав органических веществ (белков, некоторых аминокислот)
		Основной анион в организме животных. Входит в состав соляной кислоты желудочного сока
Натрий (Na)		Один из основных катионов: участвует в генерации биоэлектрических потенциалов, поддерживает нормальный ритм сердечной деятельности, влияет на синтез гормонов
Магний (Mg)		Входит в состав хлорофилла, некоторых ферментов, а также в состав костной ткани и зубной эмали

		Биологическая роль
Микроэлементы
Железо (Fe)		Входит в состав многих ферментов, гемоглобина и миоглобина. Участвует в процессах клеточного дыхания и фотосинтеза
Кремний (Si)*		Участвует в формировании костей и коллагена — основного белка соединительной ткани животных. Входит в состав клеточной оболочки растений
		Входит в состав инсулина, некоторых ферментов, принимает участие в процессах синтеза растительных гормонов
		Участвует в процессах фотосинтеза, клеточного дыхания, синтеза гемоглобина. Входит в состав гемоцианинов — дыхательных пигментов крови и гемолимфы некоторых видов беспозвоночных животных
		Входит в состав зубной эмали и костной ткани
		Входит в состав гормонов щитовидной железы
Марганец (Мп)	менее 0,0001	Входит в состав или повышает активность некоторых ферментов. Участвует в формировании костей, в процессе фотосинтеза
Кобальт (Со)	менее 0,0001	Входит в состав витамина В 12 , участвует в процессах кроветворения
Молибден (Мо)	менее 0,0001	Участвует в процессах связывания атмосферного азота клубеньковыми бактериями

* Для растений — макроэлемент

Для человека источниками макро- и микроэлементов являются продукты питания и вода. Поэтому для полного удовлетворения потребностей в макро- и микроэлементах необходимо полноценное и разнообразное питание, включающее продукты животного и растительного происхождения. Для Беларуси и некоторых других регионов Земли характерен недостаток йода и фтора в природной воде. Поэтому очень важно чаще употреблять в пищу морепродукты, а также восполнять этот недостаток употреблением фторированной и йодированной поваренной соли, производство и продажа которой налажены в нашей стране.

1. В какой группе все элементы относятся к макроэлементам? К микроэлементам?

а) Железо, сера, кобальт; в) натрий, кислород, йод;

б) фосфор, магний, азот; г) фтор, медь, марганец.

2. Какие химические элементы называются макроэлементами? Перечислите их. Каково значение макроэлементов в живых организмах?

3. Какие элементы называются микроэлементами? Приведите примеры. В чем заключается роль микроэлементов для жизнедеятельности организмов?

4. Установите соответствие между химическим элементом и его биологической функцией:

1) кальций

3) кобальт

4) йод 5) цинк 6) медь

а) участвует в синтезе гормонов растений, входит в состав инсулина, б) входит в состав гормонов щитовидной железы.

в) является компонентом хлорофилла.

г) входит в состав гемоцианинов некоторых беспозвоночных животных.

д) необходим для мышечного сокращения и свертывания крови, е) входит в состав витамина В 12 .

5. На основании материала о биологической роли макро- и микроэлементов и знаний, полученных при изучении организма человека в 9-м классе, объясните, к каким последствиям может привести недостаток тех или иных химических элементов в организме человека.

6. В таблице указано содержание основных химических элементов в земной коре (по массе, в %). Сравните состав земной коры и живых организмов. В чем заключаются особенности элементарного состава живых организмов? Какие факты позволяют сделать вывод о единстве живой и неживой природы?

Глава 1. Химические компоненты живых организмов

• § 1. Содержание химических элементов в организме. Макро- и микроэлементы
• § 2. Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества

Глава 2. Клетка - структурная и функциональная единица живых организмов

• § 10. История открытия клетки. Создание клеточной теории
• § 15. Эндоплазматическая сеть. Комплекс Гольджи. Лизосомы

Глава 3. Обмен веществ и преобразование энергии в организме

Видеоурок 2: Строение, свойства и функции органических соединений Понятие о биополимерах

Лекция: Химический состав клетки. Макро- и микроэлементы. Взаимосвязь строения и функций неорганических и органических веществ

Химический состав клетки

Обнаружено, что в клетках живых организмов постоянно содержатся в виде нерастворимых соединений и ионов около 80 химических элементов. Все они подразделяются на 2 большие группы по своей концентрации:

макроэлементы, содержание которых не ниже 0,01%;

микроэлементы – концентрация, которых составляет меньше 0,01%.

В любой клетке содержание микроэлементов составляет менее 1%, макроэлементов соответственно -- больше 99%.

Макроэлементы:

Натрий, калий и хлор – обеспечивают многие биологические процессы – тургор (внутреннее клеточное давление), появление нервных электрических импульсов.

Азот, кислород, водород, углерод. Это основные компоненты клетки.

Фосфор и сера – важные компоненты пептидов (белков) и нуклеиновых кислот.

Кальций – основа любых скелетных образований – зубов, костей, раковин, клеточных стенок. Также, участвует в сокращении мышц и свертывании крови.

Магний – компонент хлорофилла. Участвует в синтезе белков.

Железо – компонент гемоглобина, участвует в фотосинтезе, определяет работоспособность ферментов.

Микроэлементы содержатся в очень низких концентрациях, важны для физиологических процессов:

Цинк – компонент инсулина;

Медь – участвует в фотосинтезе и дыхании;

Кобальт – компонент витамина В12;

Йод – участвует в регуляции обмена веществ. Он является важным компонентом гормонов щитовидной железы;

Фтор – компонент зубной эмали.

Нарушение баланса концентрации микро и макроэлементов приводит к нарушениям метаболизма, развитию хронических болезней. Недостаток кальция – причина рахита, железа – анемия, азота – дефицит протеинов, йода – снижение интенсивности метаболитических процессов.

Расмотрим связь органических и неорганических веществ в клетке, их строение и функции.

В клетках содержится огромное количество микро и макромолекул, относящихся к разным химическим классам.

Неорганические вещества клетки

Вода . От общей массы живого организма она составляет наибольший процент – 50-90% и принимает участие практически во всех процессах жизнедеятельности:

терморегуляции;

капиллярных процессах, так как является универсальным полярным растворителем, влияет на свойства межтканевой жидкости, интенсивности обмена веществ. По отношению к воде все химические соединения делятся на гидрофильные (растворимые) и липофильные (растворимые в жирах).

От концентрации ее в клетке зависит интенсивность обмена веществ – чем больше воды, тем быстрее происходят процессы. Потеря 12% воды человеческим организмом – требует восстановления под наблюдением врача, при потере 20% – наступает смерть.

Минеральные соли. Содержатся в живых системах в растворенном виде (диссоциировав на ионы) и нерастворенном. Растворенные соли участвуют в:

переносе веществ сквозь мембрану. Катионы металлов обеспечивают «калиево-натриевый насос», изменяя осмотическое давление клетки. Из-за этого вода с растворенными в ней веществами устремляется в клетку либо покидает ее, унося ненужные;

формировании нервных импульсов, имеющих электрохимическую природу;

сокращении мышц;

свертывании крови;

входят в состав белков;

фосфат-ион – компонент нуклеиновых кислот и АТФ;

карбонат-ион – поддерживает Ph в цитоплазме.

Нерастворимые соли в виде цельных молекул образуют структуры панцирей, раковин, костей, зубов.

Органические вещества клетки

Общая черта органических веществ – наличие углеродной скелетной цепи. Это биополимеры и небольшие молекулы простой структуры.

Основные классы, имеющиеся в живых организмах:

Углеводы . В клетках присутствуют различные их виды -- простые сахара и нерастворимые полимеры (целлюлоза). В процентном отношении доля их в сухом веществе растений -- до 80%, животных – 20%. Они играют важную роль в жизнеобеспечении клеток:

Фруктоза и глюкоза (моносахара) – быстро усваиваются организмом, включаются в метаболизм, являются источником энергии.

Рибоза и дезоксирибоза (моносахара) – один из трех основных компонентов состава ДНК и РНК.

Лактоза (относится к дисахарам) – синтезируется животным организмом, входит в состав молока млекопитающих.

Сахароза (дисахарид) – источник энергии, образуется в растениях.

Мальтоза (дисахарид) – обеспечивает прорастание семян.

Также, простые сахара выполняют и другие функции: сигнальную, защитную, транспортную.
Полимерные углеводы – это растворимый в воде гликоген, а также нерастворимые целлюлоза, хитин, крахмал. Они играют важную роль в метаболизме, осуществляют структурную, запасающую, защитную функции.

Липиды или жиры. Они нерастворимы в воде, но хорошо смешиваются между собой и растворяются в неполярных жидкостях (не имеющих в составе кислород, например – керосин или циклические углеводороды относятся к неполярным растворителям). Липиды необходимы в организме для обеспечения его энергией – при их окислении образуется энергия и вода. Жиры очень энергоэффективны – с помощью выделяющихся при окислении 39 кДж на грамм можно поднять груз весом в 4 тонны на высоту в 1 м. Также, жир обеспечивает защитную и теплоизоляционную функцию – у животных толстый его слой способствует сохранению тепла в холодный сезон. Жироподобные вещества предохраняют от намокания перья водоплавающих птиц, обеспечивают здоровый лоснящийся вид и упругость шерсти животных, выполняют покровную функцию у листьев растений. Некоторые гормоны имеют липиднуюструктуру. Жиры входят в основу структуры мембран.

Белки или протеины являются гетерополимерами биогенной структуры. Они состоят из аминокислот, структурными единицами которых являются: аминогруппа, радикал, и карбоксильная группа. Свойства аминокислот и их отличия друг от друга определяют радикалы. За счет амфотерных свойств – могут образовывать между собой связи. Белок может состоять из нескольких или сотен аминокислот. Всего в структуру белков входят 20 аминокислот, их комбинации определяют разнообразие форм и свойств протеинов. Около десятка аминокислот относятся к незаменимым – они не синтезируются в животном организме и их поступление обеспечивается за счет растительной пищи. В ЖКТ белки расщепляются на отдельные мономеры, используемые для синтеза собственных белков.

Структурные особенности белков:

первичная структура – аминокислотная цепочка;

вторичная – скрученная в спираль цепочка, где образуются между витками водородные связи;

третичная – спираль или несколько их, свернутые в глобулу и соединенные слабыми связями;

четвертичная существует не у всех белков. Это несколько глобул, соединенных нековалентными связями.

Прочность структур может нарушаться, а затем восстанавливаться, при этом белок временно теряет свои характерные свойства и биологическую активность. Необратимым является только разрушение первичной структуры.

Белки выполняют в клетке множество функций:

ускорение химических реакций (ферментативная или каталитическая функция, причем каждый из них отвечает за конкретную единственную реакцию);
транспортная – перенос ионов, кислорода, жирных кислот сквозь клеточные мембраны;

защитная – такие белки крови как фибрин и фибриноген, присутствуют в плазме крови в неактивном виде,в месте ранений под действием кислорода образуют тромбы. Антитела -- обеспечивают иммунитет.

структурная – пептиды входят частично или являются основой клеточных мембран, сухожилий и других соединительных тканей, волос, шерсти, копыт и ногтей, крыльев и внешних покровов. Актин и миозин обеспечивают сократительную активность мышц;

регуляторная – белки-гормоны обеспечивают гуморальную регуляцию;
энергетическая – во время отсутствия питательных веществ организм начинает расщеплять собственные белки, нарушая процесс собственной жизнедеятельности. Именно поэтому после длительного голода организм не всегда может восстановиться без врачебной помощи.

Нуклеиновые кислоты. Их существует 2 – ДНК и РНК. РНК бывает нескольких видов – информационная, транспортная, рибосомная. Открыты щвейцарцем Ф. Фишером в конце 19-го века.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота. Содержится в ядре, пластидах и митохондриях. Структурно является линейным полимером, образующим двойную спираль из комплементарных цепочек нуклеотидов. Представление о ее пространственной структуре было создано в в 1953 г американцами Д. Уотсоном и Ф. Криком.

Мономерные ее единицы --нуклеотиды, имеющие принципиально общую структуру из:

фосфат-группы;

дезоксирибозы;

азотистого основания (принадлежащие к группе пуриновых – аденин, гуанин, пиримидиновых – тимин и цитозин.)

В структуре полимерной молекулы нуклеотиды объединены попарно и комплементарно, что обусловлено разным количеством водородных связей: аденин+тимин – две, гуанин+цитозин – водородных связей три.

Порядок расположения нуклеотидов кодирует структурные последовательности аминокислот белковых молекул. Мутацией называются изменения порядка нуклеотидов, так как будут кодироваться белковые молекулы другой структуры.

РНК – рибонуклеиновая кислота. Структурными особенностями ее отличия от ДНК являются:

вместо тиминового нуклеотида – урациловый;

рибоза вместо дезоксирибозы.

Транспортная РНК – это полимерная цепочка, которая в плоскости свернута в виде листочка клевера, основной ее функцией является доставка аминокислоты к рибосомам.

Матричная (информационная) РНК постоянно образуется в ядре, комплементарно какому-либо участку ДНК. Это -- структурная матрица, на основе ее строения на рибосоме будет собираться белковая молекула. От всего содержания молекул РНК этот тип составляет 5%.

Рибосомная – отвечает за процесс составления молекулы белка. Синтезируется на ядрышке. Ее в клетке 85%.

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота. Это нуклеотид, содержащий:

3 остатка фосфорной кислоты;

В результате каскадных химических процессов дыхания синтезируется в митохондриях. Основная функция – энергетическая, одна химическая связь в ней содержит почти столько же энергии, сколько получается при окислении 1 г жира.

Класс: 10

Презентация к уроку

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели:

• Выявление роли химических элементов, органических и неорганических веществ в жизни клетки и организма; показать единство живой и неживой природы на основе знаний об элементарном составе клетки; формирование и расширение знаний о органических веществах клетки;
• Развитие умений конспектировать лекции, работать со схемами, текстом учебника, анализировать, делать выводы.
• Воспитание уважительного отношения к окружающему миру, культуры общения.

План лекции:

1. Разделение химических элементов по количественному содержанию.

2. Вода, ее содержание и роль в клетке.

3. Минеральные соли и их значение.

4. Органические вещества клетки. Мономеры и биополимеры. Углеводы, их классификация.

5. Липиды, их классификация.

6. Белки, их строение, свойства.

7. Нуклеиновые кислоты, их характеристика, функции.

8. АТФ, ее строение и значение.

1. В состав живой клетки входит около 90 химических элементов, 25 их них обнаружены практически во всех клетках. Эти химические элементы необходимы для их жизнедеятельности. Они же встречаются в неживой природе. Но количественное соотношение химических элементов в живой и неживой природе разное. (слайд 3)

Какие химические элементы являются самыми распространенными в земной коре? (фосфор, магний, кремний, железо, алюминий, натрий, кальций, кислород - вместе - 98 % массы земной коры).

По количественному содержанию в живых системах все химические элементы подразделяются на три группы: (слайд 21)

1. Макроэлементы - химические элементы в сумме составляющие около 98 % всего содержимого клетки (H , N,O, C). (слайд 22)

2. Микроэлементы - химические элементы в сумме составляют около 1,9 % всего содержимого клетки. (слайд 24)

3. Ультрамикроэлементы - химические элементы, в сумме составляющие около 0, 02 % (Zn, Cu, I, F и т. д). (слайд 25)

Давайте обратимся к таблице " Биологически важные химические элементы клетки" на странице 11 учебника и ознакомимся со значением химических элементов для клетки и организма.

Почему N, C, H,O,S, Р называют биоэлементами? (слайд 23)

2. Вода - самое распространенное в живых организмах неорганическое вещество, обязательный ее компонент, среда обитания для многих организмов, главный растворитель клетки. (слайд 3)

Приводим строки стихотворения М. Дудника: (слайд 5)

Говорят, что из восмидесяти процентов воды состоит человек,
Из воды, добавлю, родных его рек,
Из воды, добавлю, дождей, что его напоили,
Из воды, добавлю, из древней воды родников,
Из которых, деды и прадеды пили.

О каком значении воды говорится в стихотворении?

Почему одни вещества в воде растворяются, а другие - нет?

Демонстрационный опыт (может проводить ученик - помощник):

Растворить в воде следующие вещества: поваренную соль, этиловый спирт, сахарозу, растительное масло.

Что произошло с каждым из веществ? Почему?

Вода обладает рядом свойств, благодаря способности своих молекул связываться друг другом при помощи водородных связей. Молекула воды полярна - диполь. Положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, так как кислород электроотрицательнее водорода. Отрицательно зараженный атом кислорода одной молекулы вода притягивается к положительно заряженному атому водорода другой молекулы с образованием водородной связи. Водородная связь слабее ковалентной связи, поэтому она легко разрывается.(слад 8). Таким образом, в жидкой воде молекулы подвижны, они легко проникают через клеточные мембраны. Это очень важно для процессов обмена веществ.(Рисунок 1. на стр. 9.)

Гидрофильные вещества - хорошо растворимые в воде вещества.

Гидрофобные вещества - плохо растворимые в воде вещества.

С помощью учебника в группах нужно заполнить таблицу " Свойства и значение воды". (слайд 9 -18)

Закрепление изученного материала: (слайд 19)

В ясный весенний день температура воздуха + 10 С, влажность 80 %. Будут ли ночью заморозки? Почему?

3. Минеральные соли - неорганические вещества в клетке, в виде солей. (слайд 26, 27)

Катионы: К + , Na + , Ca +2 .

Буферность - способность клетки поддерживать относительное постоянство слабощелочной среды.

Анионы - H 2 PO 4 - (внутри клетки); Н 2 СО 3 - (кровь и МКВ).

Анионы и аминокислоты связываются протонами водорода и гидроксильной группой воды и рН среды не меняется.

4. Кроме неорганических веществ в состав клетки входят и органические вещества . (слайд 27 )

Углеводы - С n (Н 2 О) m

Углеводы бывают: Простые (моносахариды) и сложные (олигосахариды и полисахариды)

Моносахариды (бесцветные вещества, сладкие на вкус, хорошо растворяются в воде):

Пентозы (рибозы С 5 Н 10 О 5 ; дезоксирибозы - С 5 Н 10 О 4) ;

Гексозы (глюкоза, фруктоза и галактоза - С 6 Н 12 О 6); Тетрозы (4 атома С); Триозы (3 атома С).

Олигосахариды (от 2 до 10 моносахарных остатков. Хорошо растворяются в воде):

Мальтоза (солодовый сахар); Сахароза (свекловичный сахар); Лактоза (молочный сахар).

Полисахариды (плохо растворяются в воде, без вкуса, состоят до 300 молекул глюкозы))

Крахмал; Муреин; Гликоген; Хитин; Целлюлоза и т.д.

Функции углеводов.

Изучив статью учебника на стр. 14 и заполните схему "Функции углеводов" (слайд 42)

(слайд 42)

Почему все углеводы при расщеплении дают глюкозу?

5. Липиды - сборная группа органических соединений, не имеющих единой химической характеристики; не растворимы в воде, но хорошо растворимые в органических растворителях, содержатся во всех клетках животных и растений (от 5 до 90 % сухой массы).

Есть простые липиды (гликолипиды, жиры, воска, стерины) и сложные.

Жиры - сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. (слайд 43 - 50)

(Неполярный гидрофильный) R----- COOH (полярна гидрофильна)

Растительные клетки богаты не насыщенными жирными кислотами, а животные - насыщенными.

Заполните схему с помощью учебника: "Функции липидов" (слайд 49)

Закрепление изученного материала. (слайд 50)

Зарисуйте каплю жира, образующего каплю в воде.

Сделайте "Проверочный тест" (слайд 51)

6. Белки.

Вспомните, пожалуйста, высказывание Ф. Энгельса " Жизнь - это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой: причем при прекращении обмена веществ прекращается и сама жизнь, что приводит к разложению белка:" (слайд 52) (слайды 52-61)

Какие основные моменты можно выделить в этом определении жизни?

Белки имеют еще одно название - протеины.

В переводе с греческого означает "протос" - первый, главный. Следовательно, белки главные вещества клетки. Давайте, докажем это.

Белки - это биополимеры, состоящие из мономеров - аминокислот, их всего -20. Посмотрите общую формулу аминокислот:

Пептиды образуются при связывании между собой аминокислот при помощи пептидной связи.

Строение белковой молекулы. (слайд 55-56)

• Первичная структура - связь пептидная между карбоксильной и аминогруппами, полипептидная цепочка. Открыта в 1888г. А.В. Данилевским.
• Вторичная структура - связь - водородная между кислородом и водором амино и карбоксильных групп разных аминокислот, полипептидная цепочка закручивается в спиралевидную структуру внутри молекулы.
• Третичная структура - связь дисульфидная, между серами радикалов, упаковка вторичной спирали в глобулярную структуру.
• Четвертичная структура - комплекс, который объединяет несколько третичных структур органической природы и неорганическое вещество.

Свойства белков.(слайды 57-58)

1. Денатурация - нарушение структуры белка.

I и II структуры - необратимая,

III и IV структуры - обратимая денатурация.

2. Ренатурация - восстановление естественной структуры белка. (шерсть - стираем, связь S-S восстанавливается)

3. Видовая специфичность - определяется набором аминокислот, их количеством, последовательностью расположения в цепи.

4. Белковая индивидуальность человека - отторжение донорских органов, аллергии. Лежит в основе иммунитета.

Закрепление изученного материала.

Заполните таблицу " Строение белковой молекулы" (слайд 60)

Почему из вареного яйца никогда не появится цыпленок? (слайд 59)

Почему аминокислоты имеют амфотерные свойства?

Какая часть аминокислоты определяет уникальные ее свойства?

6. Ферменты (энзимы)- это специфические белки, осуществляющие каталитическую функцию. (слайд 77 - 79) Наука энзимология. Академик И. П. Павлов назвал ферменты " возбудителями жизни и первым актом жизненной деятельности". Все ферменты имеют белковую природу, но не все белки имеют ферментативную природу. Почему?

Активный центр - происходит соединение фермента с субстратом. Форма активного центра и субстрата подходят друг к другу как ключ к замку.

Аллостерический центр - происходит связывание низкомолекулярных соединений, не сходных по строению с субстратом.

7. Нуклеиновые кислоты - РНК и ДНК

Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации.

"Нуклеус", в переводе от латинского означает " ядро". Впервые были обнаружены в ядре в 1869 году швейцарским химиком И. Ф. Мишером.. в живых организмах. Нуклеиновые кислоты представляют собой линейные гетерополимеры, состоящие из мономеров - повторяющихся строительных блоков, называемых нуклеотидами.

ДНК. (слайд 62 - 64)

Структура ДНК была смоделирована в 1953 году в США Д. Уотсоном и Ф. Криком. Она представляет собой двухцепочечную спираль, закрученную вокруг своей оси. Мономерами являются нуклеотиды.

Нуклеотид - это химическое соединение, состоящее их остатков трех веществ: азотистого основания, пятиатомного сахара - дезоксирибозы, и фосфорной кислоты. Соединены между собой через углевод одного нуклеотида и остаток фосфорной кислоты соседнего нуклеотида.

Азотистые основания: Пуриновые - аденин и гуанин; Пиримидиновые - цитозин и тимин.

Свойства ДНК: (слайд 65-66)

1. Комплементарность - избирательное соединение нуклеотидов, с образованием пары А = Т; Г = Ц. Если известна последовательность оснований в одной цепи, то, благодаря комплементарности, можно узнать последовательность оснований другой цепи.

Рассмотрим пример:

Дан фрагмент цепочки ДНК:

: А - Т - Г- Ц - А - А- Т- Ц- Г: Достройте вторую цепь.

2. Количественный нуклеотидный состав ДНК впервые проанализировал американец Э. Чаргафф. Количество аденина всегда равно количеству тимина, а количество гуанина всегда равно количеству цитозина. Такая закономерность называется правилом Чаргаффа.

Нуклеотиды расположены друг от друга на расстоянии 0,34 нм, и масса одного нуклеотида равна 345. Это постоянные величины!

Давайте сейчас решим задачу №5 на странице 27 учебника.

3. Молекула ДНК способна к самоудвоению - репликации .

При этом происходит копирование содержащейся в них информации. Спираль ДНК распадается и к к каждой нити притягиваются свободные нуклеотиды, синтезируя две новые цепи ДНК. В результате репликации две новые молекулы ДНК представляют точную копию исходной молекулы. Этот процесс лежит в основе передачи наследственной информации на клеточном и организменном уровнях.

Это тоже полимер, мономером которого являются нуклеотиды. (слайд 67 - 69)

Нуклеотид РНК: азотистые основания (аденин, гуанин, цитозин и урацил) -рибоза - остаток фосфорной кислоты. Соединены через связи между рибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида.

Виды РНК: (слайд 54)

1. Одноцепочечная - переносят информацию о первичной структуре белка, от хромосом к месту синтеза белка:

1. Рибосомальная РНК (р РНК)- в комплексе с белами образует рибосомы, на которых происходит синтез белков.

2. Информационная (матричная) РНК(иРНК)- программирует синтез белков в клетке. Она осуществляет передачу кода ДНК к месту синтеза белка.

3. Транспортная РНК(тРНК )- доставляет аминокислоты к месту синтеза белков и определяет точную ориентацию аминокислоты на рибосоме. (слайд 69)

У тРНК есть четыре петли: акцепторная, для присоединения аминокислоты; антикодоновая, для узнавания кодона во время трансляции и две боковые петли.

2. Двухцепочечные РНК- хранители наследственной информации у ряда вирусов, выполняют функцию хромосом.

Закрепление изученного материала.

1. А теперь, пожалуйста, с помощью учебника и своих конспектов заполните таблицу "Нуклеиновые кислоты". (слайд 72 - 74)

2. Впишите в схему названия компонентов нуклеотидов ДНК и РНК. (слайд 70)

8. АТФ - нуклеотид, состоящий из азотистого основания - аденина + пентозы (рибоза) + три остатка фосфорной кислоты. (слайд 75)

Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены между собой макроэргическими связями, при их разрыве выделяется большое количество энергии, образуется АДФ и высвобождается энергия.

АТФ - наиболее энергоемка. Отщепление концевого фосфата АТФ сопровождается выделением 40 кДж энергии. АТФ содержится в митохондриях, ядре, хлоропластах. С ее помощью осуществляется синтез веществ. АТФ - универсальный биологический аккумулятор энергии. (слайд 76)

Закрепление знаний.

Каковы причины использования медицинских препаратов, содержащих АТФ, при мышечной или сердечной дистрофии?

Домашнее задание.

1. Повторить материал о химическом составе клетки. Подготовиться к семинарскому занятию.

2. Для желающих:

а) составить кроссворд, ребус или тесты по любой из тем.

б) сделать модель ДНК, структур белка, АТФ или ферментно-субстратного комплекса.

в) составить презентацию на программе power point, по любой из тем.

3. (Для желающих). По учебнику Н.И. Сонина "Общая биология" перевести текст"Summari" на страницах 87, 103,

Использованная литература.

1. Биология. 10 класс: поурочные планы по учеб. Д. К. Беляева, П.М.Бородина, часть I /автор-составитель А.Ю.Гаврилова - Волгоград.: Учитель,2006.
2. Биология. Методическое пособие / А.П.Пуговкин,П.М.Скворцов -М.:Академия,08.
3. Биология: Учебник для 10-11 классов: среднее(полное0общее образование(базовый уровень) /А. П. Пуговкин, Н.А. Пуговкина. - М.: Издательский центр "Академия",2007.
4. Дидактические материалы по общей биологии / Петросова Р. А., Н.Н.Пилипнеко - М.: РАУБ- Цитадель,97.
5. Задачи и упражнения по общей биологии Г.М. Муртазин. - М.:Просвещение,1981.
6. Общая биология: Учебник для 10-11 кл. общеобразовательных учреждений / В.Б.Захаров,С.Г.Мамонтов,Н.И.Сонин.-М.:Дрофа,2006.
7. Общая биология: Учебник для10-11 кл. общеобразовательных учреждений/Д.К. Беляев, П. М. Бородин, и др. Под ред.Д.К.Беляева,Г.М.Дымшица-М.:Просвещение,2005.
8. Самостоятельные работы учащихся по общей биологии / Анастасова Л. П - М.: Просвещение,89.

Химический состав клетки включает как неорганические, так и органические вещества (рисунок 1.3.3).

Рисунок 1.3.3. Содержание химических элементов в клетке

В организме человека обнаружено 86 постоянно присутствующих элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Из них 25 необходимы для поддержания жизнедеятельности, 18 из которых абсолютно необходимы, а 7 – полезны. На долю четырех химических элементов – кислорода, водорода, углерода и азота – приходится около 98% массы клетки. Другие элементы присутствуют в ней в незначительных количествах: серы 0,15-0,2%, цинка 0,003%, а йода – всего 0,000001%.

Основные вещества клетки включают молекулы нуклеиновых кислот, белков, жиров, углеводов, воды, кислорода и углекислого газа. В неживой природе эти вещества нигде не встречаются вместе.

Нуклеиновые кислоты являются основой молекул дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот – хранителей наследственной (генетической) информации, о которых мы скажем чуть позже.

Белки – основные вещества, необходимые клетке для существования и выполнения своих функций. Они составляют 50% сухой массы клетки. Само понятие “жизнь” в биологическом смысле неразрывно связано с понятием белка – будь то клетка или организм в целом. Белки – сложные высокомолекулярные вещества, состоящие из аминокислот . Трудно сказать почему, но из всего многообразия аминокислот для построения белковых молекул природа выбрала лишь двадцать (представим их в виде бусин разных цветов), а белки представляют собой бусы, собранные в нужном порядке. При условии, что число аминокислот (бусин) в одной белковой цепи достигает нескольких сотен, число возможных комбинаций белковых молекул (бус) практически неограниченно! Белковая молекула не остается в клетке в форме нити бус (это всего лишь первичная структура), она компактно “упаковывается” благодаря химическим и физическим связям, возникающим между атомами аминокислот, по мере синтезирования белковой цепи. Вторичная структура белка похожа на спираль, а третичная – на плотный шарик (глобулу) или шнур (фибриллу). Так называемая четвертичная структура образуется при объединении нескольких белковых молекул между собой и/или с небелковыми молекулами. Например, молекула гемоглобина состоит из гема – частицы небелковой природы, содержащей железо, и глобина – белка.

С учетом биологического назначения, белки можно разделить на три группы:

1) ферменты – биологические катализаторы химических реакций в клетке;

2) специфические белки , производимые “на экспорт” (гормоны , медиаторы и другие);

3) структурные белки , необходимые для восстановления и обновления клеточных элементов.

Из молекул жиров (точнее, из фосфолипидов ) состоят все мембраны клетки. Жиры используются организмом как теплоизолятор, предохраняя его от потери тепла. Большое значение имеют жиры и как внутренний резерв для извлечения воды: при “сжигании” 1 кг жира образуется 1,1 кг воды. Кроме того, жиры являются богатейшим источником энергии.

Углеводы , в первую очередь глюкоза и гликоген (полимер глюкозы), являются основным и легко доступным источником энергии. Однако энергетическая ценность жиров в 6 раз выше энергетической ценности гликогена, а запасы жиров в здоровом организме превышают запасы гликогена в печени и мышцах в 30 раз.

Большинство клеток на 70-80% состоят из воды, костные клетки – на 20%. Даже в эмали зубов – самой твердой ткани организма – содержится 10% воды. Вода является универсальным растворителем, в ней происходят все биохимические реакции клетки, при участии воды осуществляется теплорегуляция. Вода во многом определяет физические свойства клетки – ее объем, упругость, участвует в метаболизме, транспорте питательных веществ, кислорода, углекислого газа, а также в выведении токсичных веществ из организма.

Кислород – мощный природный окислитель – поступает в клетку в процессе преобразования энергии, а углекислый газ является одним из конечных продуктов процесса клеточного дыхания.