Химический состав клетки. Неорганические вещества

Тема: Химический состав клетки. Неорганические вещества.

Тип занятия: обобщение и систематизация знаний.

Форма: лекция с элементами беседы.

Метод обучения: приобретения новых знаний.

Цели: углубить знания о химическом составе клетки, об их функциях; дать представление о количественном составе веществ живой клетки; развивать умение устанавливать связь между знаниями в области химии и биологии; воспитывать понимание необходимости получения глубоких знаний по химии для использования их на уроке биологии.

Личностные оценочные средства:

-сформировать основу саморазвития и самовоспитания в соответствии с общечеловеческими ценностями и идеалами гражданского общества:

-готовность и способность к самостоятельной, творческой и ответственной деятельности;

Мета - предметные оценочные средства:

-умение продуктивно общаться и взаимодействовать в процессе совместной деятельности, учитывать позиции других участников деятельности, эффективно разрешать конфликты;

Предметные оценочные средства:

-владение основополагающими понятиями и представлениями о живой природе, ее уровневой организации и эволюции;

-уверенное пользование биологической терминологией и символикой;

Характеристики:

-уметь проводить сравнение химической организации живых и неживых объектов.

Оборудование: компьютер, мультимедийное оборудование.

Ход лекции.

1. Работа над новым материалом.

Клетка – это структурно – функциональная единица организма, а также сложнейшая химическая лаборатория, где постоянно происходит расщепление одних веществ и образование других.

Если рассмотреть химические элементы, входящие в состав живой клетки, то ясно, что такие же элементы есть и в неживой природе. Это говорит о единстве живой и неживой природы.

Какие химические элементы являются самыми распространенными в земной коре?

(Фосфор, магний, кремний, железо, алюминий, натрий, кальций, кислород – эти элементы составляют 98% массы земной коры.)

В клетках живых организмов встречается 90 различных химических элементов, из них 25 обнаружены практически во всех клетках. Эти химические элементы необходимы для их жизнедеятельности. По количественному содержанию в живых системах все химические элементы подразделяются:

• Органогены – Кислород (65-75%), Углерод (15-18 %), Водород (8-10 %), Азот (1-3 %). В сумме составляющие 98 % массы клеток.

• Макроэлементы – Фосфор (0,2-1 %), Сера (0,15-0,2 %), Хлор (0,05-0,1 %), Калий (0,15-0,4 %), Кальций (0,04-2 %), Магний (0,02-0,03 %), Железо (0,01-0,015 %), Натрий (0,02-0,03 %), в сумме составляющие около 1,9%.

• Микроэлементы- Цинк (0,0003), Медь (0,0002), Йод (0,0001), Марганец (0,001-0,000001), они составляют 0,01 %.

• Ультрамикроэлементы – Бор (0,000001), серебро, золото, селен, в сумме 0,000001 %.

Функции ультрамикроэлементов еще полностью не изучены, имеются лишь отдельные сведения о них: например, выяснено, что недостаток селена, приводит к развитию раковых заболеваний.

Содержание минеральных веществ, в продуктах.

Наименование продуктов

Съедобная часть

Ккал в 100 г.

Калий

Кальций

Магний

Фосфор

Железо

Хлеб ржаной

100

214

249

29

73

200

2,0

Хлеб пшеничный

100

229

138

28

47

164

2,0

Крупа гречневая

99

325

-

56

114

294

1,8

Макаронные изделия

100

336

138

34

33

97

1,5

Горох

98

304

925

64

109

377

4,8

Молоко

100

62

127

120

14

95

0,1

Говядина

79

122

305

10

21

194

2,7

Яйцо (куриное)

86

127

135

50

12

214

2,5

Треска

78

50

361

57

24

222

0,7

Масло сливочное

100

734

-

-

-

-

-

Сахар

100

390

-

-

-

-

-

Капуста белокочанная

80

22

185

48

16

31

1,1

Картофель

75

67

568

10

23

50

1,2

Яблоки

88

42

98

19

10

13

2,5

Апельсины

75

27

197

34

13

23

0,4

Из курса химии вспоминаем о строении атомов органогенов, их расположении в первом периоде 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, органогены могут легко реагировать друг с другом. Эти элементы имеют малую атомную массу, то есть они сочетают легкость с прочностью ковалентных связей между ними.

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.

Одни и те же химические элементы входят в состав как неорганических веществ (вода 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, ее роль в клетке. Вода в количественном отношении занимает первое место среди химических соединений живой клетки, являясь ее обязательным компонентом. Кроме того, она является средой обитания для многих организмов. Содержание воды в организме колебания: в клетках развивающегося зародыша ее более 90% , в клетках мышечной ткани – 76%, в клетках костей ткани-20%. Роль воды в клетке обусловлена ее физическими и химическими свойствами, которые определяются строением молекулы воды, а именно: малыми размерами, полярностью, способностью соединяться друг с другом водородными связями. Атом кислорода в молекуле воды связан с двумя атомами водорода полярными ковалентными связями. Атомы кислорода сильно электроотрицательны по отношению к атому водорода, что обеспечивает полярность ковалентных связей; при этом атом кислорода оттягивает на себя электроны из общих электронных пар. Следовательно, на атоме кислорода возникает частично положительный заряд. Между атомами кислорода и водорода соседних молекул воды возникают водородные связи:

Благодаря образованию водородных связей молекулы воды связаны одна с другой, что и обуславливает ее исходное состояние при нормальных условиях. Кроме того, поскольку атом кислорода в молекуле воды имеет частичный отрицательный заряд, атомы водорода – положительный , а угол связи H-O-H составляет 104,5⁰ , молекула воды приобретает свойства диполя, когда одна часть заряжена отрицательно, а другая положительно. В связи с этим молекулы воды могут приобретать определенную ориентацию в электролитическом поле, а также взаимодействовать с ионами или заряженными группами различных соединений, образуя вокруг них гидратную оболочку. Этим объясняется способности воды хорошо растворять большое число неорганических и полярных органических соединений (различных солей, углеводов, аминокислот, многих белков и .д.)

Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными.

Нерастворимые в воде вещества называют гидрофобные.

Вода обладает высокой удельной теплоемкостью – это обеспечивает поддержание теплового баланса организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде.

Вода обладает высокой теплопроводностью – позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.

Вода обладает высокой теплотой парообразования, благодаря чему в жаркую погоду происходит охлаждение организма. Для воды характерно высокое поверхностное натяжение – это имеет значение для адсорбционных процессов, для передвижения растворов по тканям.

Вода выполняет опорную функцию – образует гидростатический скелет, обеспечивает тургор (напряженное состояние клеточных стенок).

Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей (в условиях, плевральной полости, в околосердечной сумке), слизей; входит в состав крови, слез, желчи, слюны и др.

Вода является непосредственным участником химических реакций, протекающих в клетке. При фотосинтезе она является источником кислорода. Расщепление белков и углеводов осуществляется в результате взаимодействия ферментов воды. Такие реакции называются реакциями гидролиза.

Из всего сказанного можно сделать вывод: вода образует основу внутренней среды организма.

Минеральные вещества в клетке содержаться в количестве от 1% до 1,5%. В основном это соли натрия, калия, кальция, магния и др.

Неорганические вещества представлены в живой клетке в виде солей. Из катионов важных K⁺ , Na⁺ , Ca⁺ , Mg⁺ , а из анионов – Cl^- , H₂ PO₄^-, HCO₃^- , Нормальное протекание химических процессов в клетке возможно лишь при определенном соотношении солей и их взаимозависимости. Например отложение кальция в костях осуществляется в присутствии фосфора, а отложение фосфора – только в присутствии витамина D. При недостатке витамина D нарушается рост костей. Исследования показали, что в мышечной клетке каля в 30 раз больше, чем в крови, а натрия – в 10 раз меньше. Повышение количества калия вызывает патологические изменения в мышцах, особенно сердечной, недостаток приводит к ухудшению передачи нервных импульсов.

Способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию на постоянном уровне (рН 7,2) называется буферностью. Буферность внутри клетки обеспечивает внутри клетки обеспечивается H₂ PO₄^- , в межклеточной жидкости, в крови – H ₂CO₃^- , HCO₃^- .

Прочность раковин моллюсков, хитинового покрова членистоногих, скелета хордовых, коралловых полипов обеспечивают соли кальция.

Магний входит в состав хлорофилла и ферментов, которые регулируют работу мышечных и нервных клеток, он принимает участие в синтезе ДНК.

Железо содержится в гемоглобине и миоглобине, принимает участие в биосинтезе хлорофилла.

Микроэлементы входят в состав гормонов, ферментов и других соединений. Цинк – гормон поджелудочной железы инсулин. Йод- гормон щитовидной железы тироксин. Хлор-компонент желудочного сока.

Неорганические вещества имеют большое значение для процесса проницаемости клеточных мембран. Химические вещества, которые входят в состав клеток и выполняют биологические функции, называются биогенными.

Недостаток или избыток тех или иных минеральных солей вызывает нарушение жизнедеятельности. Например, недостаток фтора в питьевой воде приводит к массовым заболеваниям зубов кариесом, а при избытке фтора возникает флюороз, при котором кости и зубы становятся хрупкими и разрушаются.

2. Закрепление.

Заполните таблицу:

Химическое вещество клетки

Значение

2.Минеральные соли

Кальций

Прочность костей, раковин моллюсков, свертывание крови

Натрий

Сердечный ритм, кислотно – щелочное равновесие организма

Калий

Сердечный ритм, проведение нервных импульсов, активизация ферментов биосинтеза

Железо

Биосинтез хлорофилла; входит в состав гемоглобина, миоглобина

Магний

Синтез ДНК; входит в состав хлорофилла

3. Подведение итогов лекции. Выставление оценок

4. Домашнее задание. Прочитать параграф, посвященный новой теме.