Открытый урок по биологии.  (презентация) презентация

Открытый урок по биологии. (презентация) Тема : «Химический состав клетки. Основные биополимерные молекулы живой материи». 11 класс. Учителя биологии I категории: Коваленко В.В. МОУ СОШ №149

Цели: закрепить знания: по основным свойствам молекулярного уровня; по особенностям химического состава живых клеток; об особенностях строения биологических молекул и их функциях в живых клетках; о необходимости полноценного питания для восполнения организма и его клеток всеми необходимыми веществами.

Отличия живой и не живой природы

Ответе на вопросы Каково значение молекулярного уровня живой материи? Кратко охарактеризуйте физико - химические и биологические особенности биологических молекул? Каковы основные процессы молекулярного уровня жизни? Так в чем же отличия химического состава живых клеток? Элементарный? Молекулярный?

Химический состав клетки Различия живой и неживой природы Неорганические вещества в клетке Макроэлементы Микроэлементы Ультрамикроэлементы Соли Вода Органические вещества в клетке Белки Нуклеиновые кислоты Углеводы Липиды ВЫВОД

Основные различия живой и неживой природы. 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 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, входя в состав клеток, выполняют биологические функции.

Неорганические вещества в клетке. Большая часть неорганических веществ находится в клетке в виде солей – серной, соляной, фосфорной и других кислот. Минеральные соли играют важную роль в развитии живых организмов. Их недостаток или избыток может привести к гибели организма. Соли могут находиться в клетке либо в виде ионов, либо в твердом состоянии. Калиевые, магниевые, натриевые соли в комплексе с белками входят в состав цитоплазмы клеток, они определяют кислотно-щелочное состояние цитоплазмы и плазмы крови. Возбудимость нервной, мышечной тканей, активность ферментов, ряд других важных процессов, протекающих в клетке, находятся в зависимости от концентрации тех или иных ионов различных солей. Поэтому в клетке в норме поддерживается строго определенный качественный и количественный состав солей.

Макроэлементы около 98 % массы составляют всего четыре элемента. Это кислород, углерод, водород и азот. На долю кислорода приходится 65 %, углерода – 18 %, водорода – 10 % и азота – 3 %. Среди некоторых ученых существует уверенность, что возникновение и существование земной жизни, очевидно, стало возможно лишь благодаря уникальной способности углерода образовывать большие молекулы. в сравнительно больших количествах (десятых и сотых долях процента) находятся в клетке кальций, калий, кремний, фосфор, магний, сера, хлор, натрий, алюминий, железо. они вместе с первыми четырьмя (О, С, Н и N) составляют группу макроэлементов

Макроэлементы

Микроэлементы 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 %.

Микроэлементы

Ультрамикроэлементы И, наконец, третью группу составляют – золото, ртуть, радий и некоторые другие элементы, присутствующие в клетках в миллионных долях процента.

Соли От солей в значительной мере зависят поступление воды в клетку и буферные свойства клеток и тканей. Клеточные мембраны проницаемы для молекул воды и непроницаемы для крупных молекул и ионов. Если в среде содержание воды более высокое, чем в клетке, то выравнивание концентрации воды между клеткой и средой происходит путем проникновения воды из среды в клетку. На этом свойстве, например, основано всасывание воды корнями растений. Таким образом, в клетке, так же как и в организме в целом, наблюдается четкая взаимосвязь между различными неорганическими соединениями.

Вода Вода – самое простое химическое соединение, входящее в состав живых организмов. По количественному содержанию в клетке она занимает первое место – на ее долю в среднем приходится приблизительно 75–80%. В различных клетках содержание воды может сильно варьироваться. Вода находится в клетках в двух состояниях – связанном и свободном.

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.

Свободная вода 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.

Два основных свойства воды Два свойства воды – способность образовывать водородные связи и обратимая ионизация – оказываются весьма существенными для протекания внутриклеточных процессов. Атомы кислорода и водорода обладают разным сродством к электрону (электроотрицательностью), и, хотя молекула воды в целом электрически нейтральна, на кислороде локализуется частичный отрицательный, а на атомах водорода – частично положительный заряды. Благодаря такому пространственному разделению зарядов соседние молекулы могут электростатически притягиваться друг к другу. Такой тип притяжения между частичными зарядами электронейтральных молекул называется водородной связью,.

Органические вещества в клетке На долю органических веществ приходится от 20 до 30 % массы клетки. В основном органические вещества представлены биополимерами, молекулы которых имеют большие размеры и состоят из многократно повторяющихся элементарных единиц – мономеров. Наиболее важная биологическая роль принадлежит таким веществам как белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, гормоны, АТФ, витамины и др. Практически все процессы в живых организмах связаны с функционированием белков и нуклеиновых кислот. Это самые крупные и сложные молекулы в клетке, являющиеся нерегулярными полимерами, т.е. молекулами, функции которых существенно определяются числом, составом и порядком расположения входящих в них мономеров.

Белки На долю белков приходится не менее половины сухой массы животной клетки. В живых организмах они выполняют самые разнообразные функции (строительную, каталитическую, запасающую, транспортную, двигательную, энергетическую, регуляторную, защитную) и служат теми молекулярными инструментами, с помощью которых реализуется генетическая информация.

Нуклеиновые кислоты В 1868–1870 гг. швейцарский биохимик Фридрих Мишер, изучая ядра клеток гноя, открыл новую группу химических соединений, которую назвал «нуклеины». Эти новшества обладали кислотными свойствами и содержали большое количество углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора. Это и были нуклеиновые кислоты – самые крупные биополимеры. Несмотря на относительно невысокое по сравнению с белками содержание, нуклеиновые кислоты играют центральную роль в клетке, поскольку их функции связаны с хранением и передачей генетической информации. Нуклеиновые кислоты – это линейные нерегулярные полимеры. Существуют два типа нуклеиновых кислот, отличающихся химическим строением и биологическими свойствами. Это ДНК – дезоксирибонуклеиновые кислоты и РНК – рибонуклеиновые кислоты. 1) остатка фосфорной кислоты, 2) пятиуглеродного моносахарида в циклической форме – рибозы или дезоксирибозы, 3) азотистого основания.

Углеводы

Углеводы (сахариды) — общее название обширного класса природных органических соединений. Название происходит от слов «уголь» и «вода». Причиной этого является то, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx(H2O)y, формально являясь соединениями углерода и воды. Углеводы (сахариды) — общее название обширного класса природных органических соединений. Название происходит от слов «уголь» и «вода». Причиной этого является то, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx(H2O)y, формально являясь соединениями углерода и воды.

Простые углеводы Простые Моносахариды – в зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахаридов различают: триозы(3с), тетрозы(4с), пентозы(5с), гексозы(6с), гептозы(7с). В природе наиболее широко распространены пентозы и гексозы. Важнейшие из пентоз – дезоксирибоза и рибоза входящие в состав ДНК, РНК, АТФ, из гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза (общая формула СНО). Моносахариды могут быть представлены в виде а- и в-изомеров. Молекулы крахмала состоят из остатков а-глюкозы, целлюлозы – из остатков в-глюкозы. Дезоксирибоза (СНО) отличается от рибозы (С Н О) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.

Сложные углеводы Сложными называются углеводы, молекулы которых, при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Среди сложных различают: олигосахариды и полисахариды. Олигосахаридами – называют сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества входящих остатков моносахаридов, входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов: мальтоза, состоящая из двух остатков а- глюкозы, молочный сахар (лактоза) и свекловичный (или трасниковый) сахар.   Полисахариды образуются в результате реакции поликонденсации. Важнейшие полисахариды – крахмал, гликоген, хитин, муреин. Крахмал – основной резервный углевод растений, гликоген у животных и человека. Целлюлоза – основной структурный углевод клеточных стенок растений, она не растворима в воде.

Моноз Молекулы простых углеводов - моноз - построены из неразветвленных углеродных цепей, содержащих различное число атомов углерода. В состав растений и животных входят главным образом монозы с 5 и 6 углеродными атомами - пентозы и гексозы. У атомов углерода расположены гидроксильные группы, а один из них окислен до альдегидной (альдозы) или кетонной (кетозы) группы. В водных растворах, в том числе в клетке, монозы из ациклческих (альдегидо-кетоно) форм переходят в циклические (фуранозные, пиранозные) и обратно. Этот процесс получил, название динамической изомерии - таутомерии. Циклы, которые входят в состав молекул моноз, могут быть построены из 5 атомов (из них 4 атома углерода и один кислорода) - они получили название фуранозных, или из 6 атомов (5 атомов углерода и один кислорода), их называют пиранозными.

Биологическая роль и биосинтез углеводов Углеводы выполняют структурную функцию Углеводы выполняют защитную роль у растений Углеводы выполняют пластическую функцию Углеводы являются основным энергетическим материалом. Углеводы участвуют в обеспечении осмотического давления и осморегуляции Углеводы выполняют рецепторную функцию

Важнейшие источники углеводов Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70—80 % сахара. Для обозначения количества углеводов в пище используется специальная хлебная единица. К углеводной группе, кроме того, примыкают и плохо перевариваемые человеческим организмом клетчатка и пектины.

Вывод Углеводы необходимы в ежедневном рационе, чтобы белок, нужный для построения тканей, не растрачивался в качестве источника энергии, там где он нужен для восстановления. У них такая же калорийность, как и у белка. Если вы употребляете слишком много углеводов, больше, чем может преобразоваться в глюкозу или гликоген (который откладывается в печени и мышцах), то в результате, как нам всем слишком хорошо известно, образуется жир. Когда телу нужно больше топлива, жир преобразуется обратно в глюкозу, и вес тела снижается.

Жиры

Жиры относятся к классу химических соединений, носящих общее название липиды Липиды – это сложные органические соединения с близкими физико-химическими свойствами, которые содержаться в растениях, животных микроорганизмах.

Общие свойства липидов Нерастворимость в воде, наличие в молекулах длинных углеводородных радикалов и сложноэфирных группировок: O ( – C – O – )

O O CH2 – O – C – R1 CH2 – O – C – R1 O O CH – O – C – R2 CH – O – C – R2 O CH2 – O – C – R3 CH2 – OH Триглицерид 1,2 – диглицирид CH2 – OH О CH – O – C – R1 CH2 – OH 2 – моноглицерид

Пищевые жиры Пищевые жиры – в основном сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. В составе жиров обнаружены остатки трехсот карбоновых кислот различного строения.

Значение жиров в организме Пищевые жиры являются концентратами энергии. При окислении 1г жира выделяется 9,3 кКал энергии, т.е. в 2,25 раз больше, чем при окислении белков и углеводов.

Липиды Липидами называют природные соединения, которые получают из растительных или животных тканей экстракцией неполярными растворителями (например, эфиром, бензолом или хлороформом) и которые не растворимы в воде. К ним относятся продукты взаимодействия жирных кислот со спиртами (простые липиды), аминоспиртами и другими соединениями (сложные липиды), простагландины и изопреноидные липиды (например, каротиноиды, хлорофилл, витамины Е и К). В зависимости от типа клеток содержание липидов колеблется от 5 до 90 % (в клетках жировой ткани). Это гидрофобные вещества с высокой энергоемкостью (расщепление 1 г жира дает 38,9 кДж).