Урок "Химический состав клетки".

Особенности химического состава клетки.

Цель урока: дать характеристику химическому составу клетки: группам элементов, входящих в состав клетки; раскрыть свойства и значение воды, роль важнейших катионов и анионов в клетке.

План урока:

I.    Проверка знаний учащихся сущности основных положений клеточной теории, знаний об истории изучения клетки, о вкладе учёных-цитологов в общую сумму знаний о клетке (фронтальный опрос, тесты).

II. Новая тема:

1.                                           Химические   элементы.

2.                                           Химические вещества клетки

3.   Вода и её роль в жизнедеятельности клетки

III.            Закрепление.

IV. Домашнее задание:

Ход урока:

I.    Орг.момент.

II. Проверка знаний учащихся.

Фронтальный опрос:

1.   Что изучает наука цитология?(Цитология изучает строение клетки и принципы её жизнедеятельности)

2.   Какому учёному удалось впервые увидеть клетки?( В 1665г Роберт Гук применил микроскоп для исследования живых организмов и увидел клетки)

3.   Что установил Антони ван Левенгук?( Антони ван Левенгук в своей книге «Тайны природы, открытые с помощью совершеннейших микроскопов» описал эритроциты, сперматозоиды, микроорганизмы)

4.   Какие методы применяют для изучения клетки? Описать их.(Методы световой и электронной микроскопии; замедленной киносъёмки через мощные световые микроскопы для наблюдения за процессами, происходящими с живой клеткой; использование радиоактивной метки для наблюдения за химическим соединением в клетке; метод ультрацентрифугирования для изучения отдельных органоидов клетки).

5.   Кем были сформулированы основные положения клеточной теории?(М.Шлейден, Т.Шванн)

6.   Каковы основные положения клеточной теории?

(Основные положения современной клеточной теории следующие:

•       клетка - основная единица строения, функционирования и развития всех живых организмов;

•       клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны)

по своему          строению, химическому составу, основным проявлениям

жизнедеятельности и обмену веществ;

•       размножение клеток происходит путем их деления, каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

•        в сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервной и гуморальной регуляциям).

7.   Открытия каких учёных дополнили клеточную теорию?

8.   Какой вклад внёс в создание клеточной теории Рудольф Вирхов? (Дополнил клеточную теорию принципом «Каждая клетка-из клетки»).

Карточки с тестами:

1.   Деление клетки открыл и установил, что каждая клетка происходит от исходной путем деления: а) Левенгук б) Р.Гук в) Р.Броун г) Р.Вихров

2.   Клеточное строение организмов всех царств свидетельствует о:

а)  единстве органического мира

б) сходстве живой и неживой природы

в)  происхождении живого от неживого

г)  сходстве строения бактерий, вирусов, грибов.

3.   Создателями клеточной теории являются:

а)  Дарвин и Уоллес б) Мендель и Морган в) Гук и Левенгук г) Шлейден и Шванн

4.   Клеточной теории соответствует следующее положение:

A) размножение клеток происходит путем их деления

Б) хромосомы - материальные носители наследственности

B)  все живые существа, кроме бактерий, имеют клеточное строение.

Г) клетки всех живых существ и вирусы сходны по строению и функциям

5.   В чем проявляется общность между выводами клеточной и атомно - молекулярной теорий?

А) в установлении единицы строения объекта

б) в сходстве строения объектов исследования

в)  в сходстве свойств объектов исследования

III.            Изучение нового материала.

Сегодня мы, ребята, проводим необычный интегрированный урок. Особенность урока заключается в том, что знания из одной предметной области «Биология» необходимо применить в другом предмете « Химия».

Полученные знания на уроке помогут Вам выяснить научные закономерности. Послушайте, ребята, строки из стихотворения С.Щипачева «Читая Менделеева»:

Другого ничего в природе нет Ни здесь, ни там, в космических глубинах:

Все - от песчинок малых до планет- Из элементов состоит единых.

1.   Химические элементы клетки.

Ребята, на уроках биологии и химии мы не раз убеждались в том, что нас окружает мир химических соединений. Известно 109 химических элементов.

80 из них входят в состав клетки. Наиболее распространенные химические элементы: кислород (О2), углерод (С), азот(№), водород (Н2). Изучение элементного состава клетки подтверждает единство живой и неживой природы. В состав живых организмов входят те же химические элементы, которые составляют и тела неживой природы.

Приблизительно 40 элементов принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической активностью. Эти элементы называются биогенными.

Биогенные элементы - химические элементы, которые входят в состав клеток, выполняютбиологические функции.

К числу биогенных элементов относится и ряд металлов, среди которых особенно важные биологические функции выполняют десять, так называемых “ металлы жизни”. Этими металлами являются четыре s- элемента C ,K, Na, Mgи шесть dэлементов - Fe, Zn, Cu, Mn, Mo,Co.

В любом живом организме, в том числе и в организме человека, непрерывно протекает множество химических реакций. Можно сказать, что каждая живая клетка представляет собой микроскопическую химическую лабораторию. Поступление химических веществ осуществляется в результате важного свойства клетки - обмена веществ и энергии. Для каждого вида организмов характерен особый, генетически закрепленный тип обмена веществ. Любое заболевание сопровождается нарушениями обмена, а генетически обусловленные нарушения обмена являются причиной многих наследственных болезней.

В организме человека непрерывно образуется невообразимое множество различных химических соединений, необходимые исходные вещества поступают в организм с пищей, вдыхаемым воздухом и питьевой водой. Синтезированные соединения используются в качестве строительного материала или источника энергопитания и обеспечивают организму рост, развитие и жизнедеятельность, другая же часть, которую можно рассматривать как шлаки или отходы, выводится из организма. В обмене веществ участвуют неорганические и органические вещества.

Сегодня на уроке мы остановимся на изучении неорганических веществ в клетках живых организмов.

В клетках растений и животных обнаружено более 80 химических элементов из 110 элементов периодической системы Д.И.Менделеева, одних элементов в клетках много, других исключительно мало. Для изучения количественного состава химических элементов, содержащихся в клетках живых организмов, мы посмотрим на таблицу.

Итак, мы выявили две группы элементов: макроэлементы - доля которых составляет 98%(до 0,001%), и микроэлементов - доля которых составляет 1,9 %9от 0,001 до 0,000001%, но существует третья группа - ультрамикроэлементы, их концентрация не превышает 10-5 %.(ниже 0,000001%). К ним относятся уран, радий, золото, серебро, бериллий, селен и др. редкие элементы. Изучение элементного состава клетки подтверждает единство живой и неживой природы. В состав живых организмов входят те же химические элементы, которые составляют и тела неживой природы. В несколько меньшем количестве в клетках встречаются элементы, объединенные в группу микроэлементов. Это цинк, кобальт, йод, медь, фтор, бор, никель, серебро, литий, хром и некоторые другие. Их содержание в клетке колеблется от тысячных до стотысячных долей процента, а суммарная масса всех микроэлементов составляет 0,02 %.

В клетках обнаружено от 70 до 90 из 107 (110) элементов, составляющих периодическую систему Д.И. Менделеева. Приблизительно 40 элементов принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической активностью. Эти элементы называются биогенными.

Биогенные элементы - химические элементы, которые входят в состав клеток, выполняютбиологические функции.

Составляет до 1 % от массы клетки Самые распространенные соли натрия и калия.

Суточная потребность человека в поваренной соли -9грамм.

Среди биогенных элементов особое место занимают так называемые элементы - органогены, которые образуют важнейшие вещества в живых организмах - воду, белки, жиры, углеводы, витамины, гормоны и др. К органогенам относятся шесть элементов - C,O, H,N,H,S.

2.  Химические вещества клетки.

Элементы, входящие в состав организмов, могут быть составными частями молекул разнообразных неорганических и органических соединений либо находиться в форме ионов, например катионов(К+, N+, Са2+, Mg2+) и анионов(С1-, НСО3-, Н2РО4-, SO42-). Важнейшим из неорганических веществ входящих в состав клетки, является вода. В ней растворены газы(О2, СО2, N2) и другие соединения. Органические вещества состоят в основном из С, Н и О; в составе белков к этим элементам прибавляются Nи S, а в нуклеиновых кислотах Nи P. Соотношение органических и неорганических веществ в клетках различно.

Углерод, имея уникальные химические свойства, фудаментальные для жизни, составляет её химическую основу. Он может вступать в связь со многими атомами и их группами, образуя цепочки, кольца, составляющие скелет различных по химическому составу, строению, длине и форме органических молекул. Из них образуются сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Основная причина многообразия органических молекул-не столько отличия составляющих их атомов, сколько разнообразие порядка их связи друг с другом. Благодаря прочности ковалентных связей существуют гигинтские органические молекулы-белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, многообразие которых бесконечно. Они составляют более 97% от сухого вещества клетки.

3.  Вода и её роль в жизнедеятельности клетки

Вода-самое распространённое в живых организмах неорганическое соединение.

В молодом организме человека или животного - 80% от массы тела.

В клетках старого организма - 60%.

В головном мозге - 85%.

В клетках эмали зубов - 10-15%.

При потере 20% воды у человека наступает смерть.

Свободная вода. 95% воды находится в свободном состоянии. Эта вода выполняет следующие функции:

играет роль растворителя химических веществ;

является средой, в которой протекают жизненно важные химические реакции; включается в качестве активного компонента в некоторые ферментативные реакции; осуществляет приток веществ в клетку и удаление продуктов жизнедеятельности из нее; определяет тургорное давление клетки;

обеспечивает незначительные колебания температуры внутри клетки и равномерное распределение тепла по клетке и во всем организме.

межтканевые жидкости, состоящие преимущественно из воды, смачивают покровы там, где происходит трение одного органа о поверхность другого.

О большой роли воды свидетельствует четкая связь между интенсивностью обмена веществ и содержанием воды в органах и тканях.

Связанная вода. 4-5% воды находится в связанном с молекулами белка состоянии. Это так называемая сольватная вода, которая образует оболочки вокруг белковых молекул, изолируя их друг от друга и препятствуя их агрегации. Сольватная вода по своим химическим и физическим свойствам отличается от свободной воды. Так, например, она не растворяет солей, а замерзает при температуре, близкой к -40°С.

Биологическое значение воды основано на её химических и физических свойствах. Химические и физические свойства воды объясняются малыми размерами молекул воды, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями. В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Частично отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается частично положительными атомами водорода других молекул. Каждая молекула воды стремится связаться с четырьмя соседними молекулами воды.

Вода-хороший растворитель ионных, а также некоторых не ионных соединений, в молекуле которых присутствуют заряженные группы. По отношению к воде различают гидрофильные вещества-хорошо растворимые в воде, гидрофобные вещества-практически нерастворимые в воде. Большинство биохимических реакций может идти только в водном растворе, многие вещества поступают в клетку и выводятся из неё в водном растворе. Большая теплоёмкость и теплопроводность воды способствует равномерному распределению тепла в клетке.

Благодаря большой потери тепла при испарении воды происходит охлаждение организма. Вода способна подниматься по капиллярам-один из факторов, обеспечивающих движение воды в сосудах растений.

Вода является непосредственным участником многих химических реакций.

Вода определяет напряжённое состояние клеточных стенок(тургор), а также выполяет опорную функцию(гидростатический скелет у круглых червей).

Таким образом, в состав клетки входят неорганические вещества: вода, минеральные соли и органические вещества: белки, жиры, углеводы. По содержанию в живых организмах химические элементы делятся на:                                                                                    микроэлементы, макроэлементы и

ультрамикроэлементы.

IV. Закрепление изученного:

•       Какие химические элементы составляют большую часть массы клетки?

•      Что такое микроэлементы? Приведите примеры, охарактеризуйте их биологическое значение.

•       Каковы особенности пространственного строения молекулы воды?

•       Каковы функции воды в клетке?

•       Какие минеральные соли входят в состав живых организмов?

V.    Дом.зад.: