Лекция по биологии "Неорганические вещества, входящие в состав клетки"

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ

ГАПОУ КО «КАЛУЖСКИЙ БАЗОВЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Рассмотрено

на заседании ЦМК

общепрофессиональных дисциплин

Протокол № _____

от «___ »______________ 2015г.

Председатель ЦМК____________

Л.Н. Соловьева

Методист____________________

Е.В. Лаврова

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ПО    ПРОВЕДЕНИЮ ЛЕКЦИОННОГО ЗАНЯТИЯ № 5

Дисциплина: «Биология»

Специальность: 31.02.03 «Лабораторная диагностика»

по теме: «Неорганические вещества, входящие в состав клетки»

Разработано преподавателем биологии ГОУ КБМК

                                                                                         ____________В.М. Сафоновой

                                       2015-2016учебный год.

Специальность: 31.02.03 «Лабораторная диагностика»

Предмет: биология

Раздел II. Учение о клетке.

Глава 3. Химическая организация клетки.

ЛЕКЦИЯ по теме 1.1: «Неорганические вещества, входящие в состав клетки»

  Образовательные цели:

·        познакомить с характеристикой молекулярного уровня;

·        сформировать знания о химическом составе клетки, классификации элементов;

·        раскрыть свойства и значение воды, солей в клетке.

Развивающие цели:

·        обогащения и усложнения словарного запаса за счет новых терминов: гидрофильные, гидрофобные, диполь, буферные системы и т.д.

·        развитие мышления через самостоятельный поиск знаний (реферат).

Воспитательные цели:

·        воспитание познавательного интереса через МПС

Вид лекции: лекция - информация

Метод обучения: объяснительно - иллюстративный

В.П.С.: «Свойства живых систем», «Белки», «Нуклеиновые кислоты», «Особенности строения растительной клетки», «Энергетический обмен»

М.П.С.: микробиология: «Физиология микроорганизмов», цитология: «Клетка», химия: «Неорганические вещества», анатомия: «Механизмы поступления веществ через мембрану в клетку», «Физиологические свойства мышечной ткани», биология с основами медицинской генетики: «Механизм мышечных сокращений»

Наглядность: слайды «Неорганические вещества, входящие в состав клетки»

СТРУКТУРА ЗАНЯТИЯ И РЕЖИМ ВРЕМЕНИ:

1.     Организационный момент. Мобилизация аудитории___1______мин

2.     Вступительное слово (тема, цель, мотивация, план)____4______мин

3.     Изложение материала ____________________________70______мин

4.     Подведение итогов________________________________5______мин                                 

 ХОД ЗАНЯТИЯ

I.                   Организационный момент. Мобилизация аудитории.

II.                Вступительное слово преподавателя.

Мотивация:

В предыдущих лекциях речь шла об основных свойствах живого, о том, как возникли живые организмы на нашей планете. Рассмотрим подробнее общие черты химического состава, структуру и особенности жизнедеятельности элементарной единицы строения живых организмов - клетки. Данная тема включена в семинарское занятие, в экзаменационные билеты 1 курса обучения, она необходима для изучения дальнейших тем по биологии, анатомии, микробиологии, биохимии.

  ВОПРОСЫ ДЛЯ АКТУАЛИЗАЦИИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ: (приложение №2)

III.             Изложение нового материала:

                           ПЛАН ЛЕКЦИИ:

 I.      Химический состав клетки

1.     группы химических элементов,

2.     биологическое значение элементов и ионов.

II.      Вода и ее роль в жизнедеятельности клетки.

1.     особенности строения молекулы,

2.     функции воды.

III.      Минеральные вещества клетки.

IV.            Подведение итогов, задание на дом

    ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА (приложение №3)

Литература: С.Г.Мамонтов, В.Б.Захаров «Общая биология», §6, конспект лекции, реферат на тему «Микроэлементы и их влияние на организм человека» (см. приложение 4).

                                                                                                                Приложение 1

I. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ

     В состав живых организмов входят те же химические элементы, которые составляют и объекты неживой природы. Сходство в строении и химическом составе разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения.

     В клетке обнаружено более 80 химических элементов Периодической системы Д.И.Менделеева. В то же время распределение этих элементов в клетках неравномерно. До 98% от массы любой клетки приходится на четыре элемента: кислород (75%), углерод (15%), азот (3%) и водород (8%). Они составляют основу органических соединений. Около 2% от массы клетки приходится на следующие восемь элементов: сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо.                  Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых количествах (меньше 0,01%). Некоторые живые организмы способны накапливать определенные химические элементы. Например, некоторые водоросли накапливают йод, лютики - литий, ряска - радий, злаки - кремний, моллюски и ракообразные - медь, позвоночные - железо, некоторые бактерии - марганец и т.д.

1.     Группы химических элементов:

Все элементы по содержанию их в живых организмах разделяются на три группы:

1.   Макроэлементы -   количество их составляет до 0,001% от массы тела:

                                         O, C, H,  N, P, Ca, S, K, Na, Cl, Mg, Fe;

2    Микроэлементы -    на их долю приходится от 0,001 до 0,000001 %:

                                             Mn, I, Br, F, Zn, Cu, B, Ni;

3.   Ультрамикроэлементы - их содержание не превышает 0,000001%:

                                                  Au, Be, Hg, Ag, Se, Ra, U;

2.     Биологическое значение элементов и ионов:

C, H, O - входят в состав углеводов и жиров.

В составе белков к ним добавляются N, S.

В составе нуклеиновых кислот - N, P.

Железо участвует в построении молекул гемоглобина.

Магний находится в составе хлорофилла.

Медь обнаружена в некоторых оксиметильных ферментах.

Йод содержится в составе молекулы тироксина (гормона щитовидной железы).

Натрий и калий обеспечивают электрический заряд на мембранах нервных клеток и волокон.

Цинк входит в состав молекулы гормона поджелудочной железы - инсулина, его недостаток снижает плодовитость, вызывает задержки роста у людей и животных.

Кобальт входит в состав витамина В₁₂, стимулирует кроветворение, его избыток в организме вызывает развитие злокачественных опухолей.

Кальций и фосфор используются для построения костной ткани.

       II. ВОДА И ЕЁ РОЛЬ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКИ

   Вода составляет почти 80% массы клетки. В клетке она находится в двух формах: свободной - 95% и связанной - 5%. Потеря 20% воды смертельна для организма.

     Ей принадлежит существенная многообразная роль в жизни клетки.

Она определяет физические свойства клетки - ее объем, форму, упругость. Вода участвует в образовании структурных молекул органических веществ, в частности структуры белков. Большинство реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водном растворе; многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки. Вода является непосредственным участником многих химических реакций (расщепление белков, углеводов, жиров и др.).

1.     Особенности строения молекулы:

Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной

структуры, полярностью молекул воды. Частица воды - диполь: в области атомов водорода (протона) преобладает положительный заряд, а в области атомов кислорода - отрицательный. Этим объясняется способность воды к ориентированию в электрическом поле и присоединению к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд, с образованием гидратов. Много веществ способно растворяться в воде: соли, кислоты, щелочи, из органических веществ - многие спирты, амины, углеводы, белки и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными веществами (греч. “гидрос” - вода, “филео” - люблю). Жиры, клетчатка и другие вещества плохо или вовсе не растворяются в воде, их называют гидрофобными (греч. “гидрос” - вода, “фобос” - страх, ненависть).

       Гидрофильность объясняется наличием групп атомов, способных вступать с молекулами воды в электростатическое взаимодействие или образованием с ними водородных связей. Гидрофильные вещества - это соли, углеводы, белки, низкомолекулярные органические соединения. Многие жиры - гидрофобны.

       Гидрофобные вещества входят в состав клеточных мембран, обусловливая их полупроницаемость.

2.     Функции воды:

1.        Универсальный растворитель:

-        если сила притяжения молекул воды к молекулам вещества больше,              чем сила притяжения между молекулами воды, то вещество                           растворяется

 -         гидрофильные и гидрофобные вещества,

 -         способна растворять газы (О₂, СО₂ и др.).

2.        Обладает высокой теплоемкостью:

-          способна поглощать тепловую энергию при минимальном повышении          собственной температуры,

      -          защищает ткани организма от быстрого и сильного повышения                             температуры,

      -          организмы охлаждаются, испаряя воду (транспирация у растений,

                  потоотделение у животных).

3.        Обладает высокой теплопроводностью:

-          обеспечивает равномерное распределение тепла по всему организму,

      -          поддерживает тепловое равновесие клетки и организма.

4.        Определяет объем и упругость клетки:

-          обеспечивает осмотическое и тургорное давление.

5.        Среда для протекания биохимических реакций.

6.        Средство транспортировки веществ в клетках (диффузия) и в организме (кровообращение).

7.        Участвует в реакциях гидролиза и фотосинтеза (источник ионов Н⁺).

III.  МИНЕРАЛЬНЫЕ   ВЕЩЕСТВА  КЛЕТКИ

     Большая часть минеральных веществ клетки находится в виде солей (серной, соляной, фосфорной), диссоциированных на ионы, либо в твердом состоянии.

     В цитоплазме практически любой клетки имеются кристаллические включения, состоящие из слаборастворимых солей кальция и фосфора. Могут содержаться двуокись кремния и другие неорганические вещества. Они используются для образования опорных структур клетки (радиолярии) и организма: минеральные вещества костной ткани (соли кальция и фосфора).

     Неорганические ионы представлены катионами (K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH3⁺) и анионами (Cl^-, HCO3^-, H2PO4^-, SO4^2- и др.) минеральных солей.

Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей ее среде различна. В результате образуется разность потенциалов между содержимым клетки и окружающей ее средой. Этим обеспечиваются такие процессы, как раздражимость и передача возбуждения по нерву или мышце.

     По своей реакции растворы могут быть кислыми, основными и нейтральными. Кислотность или основность раствора определяется концентрацией в нем ионов Н⁺. Эту концентрацию выражают при помощи водородного показателя - рН. Нейтральной реакции жидкости отвечает рН = 7,0, кислой реакции - рН < 7,0 и основной - рН > 7,0.

     Значение рН в клетках примерно равно 7,0. Изменение его на одну - две единицы губительно для клетки. Постоянство рН в клетках поддерживается благодаря буферным свойствам их содержимого.

     Буферным называют раствор, содержащий смесь какой - либо слабой кислоты и ее растворимой соли. Когда кислотность увеличивается, свободные анионы, источником которых является соль, соединяются со свободными ионами Н⁺ и удаляют их из раствора. Когда кислотность снижается, высвобождаются дополнительные ионы Н⁺. Так в буферном растворе поддерживается относительно постоянная концентрация ионов Н⁺.

          Буферность - способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов (рН). Буферная система млекопитающих, состоящая из HPO4^2- и H2PO4 ^-, поддерживает рН внутриклеточной жидкости в пределах 6,9 - 7,4. Главной буферной системой внеклеточной среды (плазмы крови) служит бикарбонатная система, состоящая из H2CO3 и HCO4 ^-. Она поддерживает рН на уровне 7,4.

     Ионы некоторых металлов (Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Br, Co) являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов или активируют их. При их недостатке нарушаются важнейшие процессы жизнедеятельности.

Важную роль для жизнедеятельности организмов играют неорганические кислоты и их соли. Например, соляная кислота входит в состав желудочного сока и создает условия для переваривания белков пищи. Остатки соляной кислоты способствуют выведению из организма нерастворимых в воде веществ.

 Приложение 2

ВОПРОСЫ ДЛЯ АКТУАЛИЗАЦИИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ:

1.     Что такое химический элемент?

2.     Сколько химических элементов известно в настоящее время?

3.     Какие химические связи называют ковалентными?

4.     Какое свойство живых организмов можно применить к данной теме?

Приложение 3

 ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА:

1.     Какие элементы относятся к макроэлементам?

2.     В чем разница между микроэлементами и ультрамикроэлементами?

3.     Какое строение имеет вода?

4.     Каково значение воды как растворителя?

5.     Какова роль воды в клетке?

6.     В каком виде минеральные вещества представлены в живых организмах?

7.     Какова роль неорганических ионов в клетке?

8.     Какова роль ионов в буферных системах организма?

Приложение 4

Задание на дом:

Литература: С.Г.Мамонтов, В.Б.Захаров «Общая биология», §6; конспект лекции; подготовить реферат на тему: «Микроэлементы и их влияние на организм человека».