Содержание

Особенности химического состава клетки — урок. Биология, 9 класс.

Химические элементы клетки

Живые организмы состоят из веществ, образованных атомами тех же химических элементов, которые входят в состав тел неживой природы. Этот факт говорит о взаимосвязи живой и неживой природы. В клетках разных живых организмов находятся атомы одинаковых химических элементов, что подтверждает единство всех живых организмов.


Из известных в настоящее время более \(115\) элементов около \(80\) обнаружено в составе клетки.

 

В зависимости от содержания химических элементов в клетках живых организмов их делят на три группы.

 

К макроэлементам относят элементы, содержание которых превышает \(0,001\) % от массы тела. \(98\) % массы любого организма составляют органогены: кислород, углерод, водород и азот.

  • Кислород (до \(75\) %) входит в состав воды, органических и минеральных веществ клетки. 
  • Углерод (около \(15\) %) является обязательной составной частью всех органических молекул.
  • Водород (\(8\) %) содержится в воде и в органических веществах. 
  • Азот (около \(3\) %) входит в состав белков, нуклеиновых кислот, АТФ.

 

Приблизительно \(2\) % от массы клетки приходится ещё на восемь макроэлементов. Это магний (Mg), натрий (Na), кальций (Ca), железо (Fe), калий (K), фосфор (P), хлор (Cl), сера (S).

 

К микроэлементам относятся те элементы, на долю которых приходится от \(0,000001\) % до \(0,001\) %: бор (B), никель (Ni), кобальт (Co), медь (Cu), молибден (Mo), цинк (Zn) и др.

 

Третья группа — ультрамикроэлементы, содержание которых не превышает \(0,000001\) %: уран (U), радий (Ra), золото (Au), ртуть (Hg), свинец (Pb), цезий (Cs), селен (Se) и др.

 

Рис. \(1\). Содержание химических элементов в живых организмах

 

Количество химического элемента не определяет его значение для организма. Например, йод относится к микроэлементам, но он входит в состав гормонов щитовидной железы, которые регулируют обмен веществ в организме человека.

Химические вещества клетки

Элементы в виде атомов образуют молекулы неорганических и органических соединений клетки.

 

Рис. \(2\). Содержание химических веществ в клетке


К неорганическим соединениям относятся вода и минеральные соли.

 

Органические соединения характерны только для живых организмов, в то время как неорганические существуют и в неживой природе. К органическим веществам относятся соединения углерода, содержащие также атомы водорода, кислорода, азота, фосфора.

 

В клетках находятся низкомолекулярные соединения: аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, витамины, а также высокомолекулярные (полимеры): белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты. 

 

Рис. \(3\). Органические вещества клетки

 

Молекулы этих веществ (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев. Белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты содержатся во всех живых клетках и выполняют важнейшие функции, обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Поэтому их называют биополимерами.

Простые вещества, из которых образуются макромолекулы, называются мономерами. Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды, белков — аминокислоты, а макромолекулы полисахаридов состоят из остатков глюкозы.

Рис. \(4\). Модель молекулы белка

Источники:

Рис. 1. Содержание химических элементов в живых организмах © ЯКласс.

Рис. 2. Содержание химических веществ в клетке © ЯКласс.

Рис. 3. Органические вещества клетки © ЯКласс.

Рис. 4. Модель молекулы белка https://cdn.pixabay.com/photo/2015/08/02/23/26/adrenomedullin-872350_960_720.jpg. 09.09.2021.

строение, свойства, функции — урок.

Биология, 9 класс.

Среди органических веществ клетки самыми разнообразными по свойствам и выполняемым функциям являются белки, или протеины. В белках, в отличии от углеводов и липидов, кроме углерода, кислорода и водорода содержится азот, а также могут присутствовать атомы серы, фосфора и железа.

 

Белки — это биополимеры, мономерами в которых служат аминокислоты. В образовании всего разнообразия белков участвует \(20\) α-аминокислот. Молекулы аминокислот имеют две функциональные группы: карбоксильную (кислотную) и аминогруппу (основную).

 

Рис. \(1\). Молекула аминокислоты

  

Аминогруппа и карбоксильная группа способны взаимодействовать между собой с отщеплением воды и образованием пептидной связи CO−NH.  Пептидными связями молекулы аминокислот соединяются друг с другом в длинные цепи. Число остатков аминокислот в цепи может составлять несколько сотен и даже тысяч.

 Такие большие молекулы называют макромолекулами.

Структура белков

Порядок соединения аминокислот в макромолекуле белка называют первичной структурой. Для каждого типа белка эта структура уникальна. Она определяет структуры высших уровней, свойства белка и его функции.

 

Полипептидная цепь сворачивается в спираль за счёт образования водородных связей между группировками атомов −NH и −CO, расположенными на разных участках макромолекулы. Эту спираль называют вторичной структурой белка.

  

Третичная структура белка возникает при взаимодействии радикалов аминокислот, а также за счёт дисульфидных мостиков, водородных и ионных связей. Молекула белка принимает форму глобулы (шарика).

 

У некоторых белков формируется четвертичная структура. Она представляет собой комплекс нескольких макромолекул, имеющих третичную структуру.

 Четвертичную структуру удерживают непрочные ионные и водородные связи, а также гидрофобные взаимодействия. 

 

Рис. \(2\). Структуры белка

  

Белки могут соединяться с углеводами, жирами и нуклеиновыми кислотами с образованием комплексных соединений: гликопротеинов, липопротеинов, нуклеопротеинов.

 

Под действием внешних факторов: облучения, нагревания, некоторых химических веществ и др. — происходит нарушение пространственной структуры белковых молекул. Этот процесс называется денатурацией.

 

Сначала происходит разрушение четвертичной структуры, потом третичной и вторичной. Первичная структура при денатурации сохраняется, но белок утрачивает свои свойства и функции.

 

Денатурация в некоторых случаях обратима. Обратный процесс называется ренатурацией.

 

Рис. \(3\). Денатурация и ренатурация белка

  

Разрушение первичной структуры необратимо. Оно происходит при гидролизе белка — макромолекулы распадаются на отдельные аминокислоты. Такой процесс идёт в органах пищеварения животных и в лизосомах клеток под действием гидролитических ферментов.

Функции белков

1. Важнейшей функцией белков является каталитическая, или ферментативная. Белки-ферменты участвуют во всех биохимических реакциях, протекающих в клетке, и повышают скорость этих реакций во много раз. Для каждой реакции существует особый фермент.

  

2. Белки выполняют структурную (строительную) функцию

. Они входят в состав плазматических мембран, образуют соединительные ткани (эластин и коллаген), волосы и ногти (кератин).

 

Рис. \(4\). Структурные белки в плазматической мембране

  

3. Сигнальную функцию также осуществляют белки, встроенные в мембрану. Под действием внешних факторов эти белки изменяют третичную структуру, что отражается на функционировании клетки.  

  

4. Транспортная функция белков проявляется в переносе ионов через клеточные мембраны, транспорте гемоглобином крови кислорода и углекислого газа, альбуминами плазмы — жирных кислот и т. д.

 

5. Двигательную функцию обеспечивают белки актин и миозин, способные сокращаться и растягиваться. Они приводят в движение реснички и жгутики одноклеточных организмов, сокращают мышцы у животных.

 

Рис. \(5\)Сократительные белки

  

6. Защитная функция обеспечивается антителами иммунной системы организма, белками системы свёртывании крови (фибриногеном, протромбином и др.).

 

7. Регуляторную функцию выполняют белки-гормоны (инсулин, тиреотропин, соматотропин, глюкагон и др.).

 

8. Энергетическую функцию белки выполняют после израсходования запасов углеводов и жиров. При полном расщеплении \(1\) г белка до конечных продуктов выделяется \(17,6\) кДж энергии.  

Источники:

Рис. 1. Молекула аминокислоты. Автор: X-romix — собственная работа, Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10280776. 09.09.2021.

Рис. 2. Структуры белка. https://image.shutterstock.com/image-vector/protein-structure-primary-secondary-tertiary-600w-1474657079

Рис. 3. Денатурация и ренатурация белка. © ЯКласс.

Рис. 4. Структурные белки в плазматической мембран. https://shutterstock.puzzlepix.hu/kep/376416385е

Рис. 5. Сократительные белки. © ЯКласс.

Особенности химического состава клетки — урок. Биология, 9 класс.

Химические элементы клетки

Живые организмы состоят из веществ, образованных атомами тех же химических элементов, которые входят в состав тел неживой природы. Этот факт говорит о взаимосвязи живой и неживой природы. В клетках разных живых организмов находятся атомы одинаковых химических элементов, что подтверждает единство всех живых организмов.


Из известных в настоящее время более \(115\) элементов около \(80\) обнаружено в составе клетки.

 

В зависимости от содержания химических элементов в клетках живых организмов их делят на три группы.

 

К макроэлементам относят элементы, содержание которых превышает \(0,001\) % от массы тела. \(98\) % массы любого организма составляют органогены: кислород, углерод, водород и азот.

  • Кислород (до \(75\) %) входит в состав воды, органических и минеральных веществ клетки. 
  • Углерод (около \(15\) %) является обязательной составной частью всех органических молекул.
  • Водород (\(8\) %) содержится в воде и в органических веществах. 
  • Азот (около \(3\) %) входит в состав белков, нуклеиновых кислот, АТФ.

 

Приблизительно \(2\) % от массы клетки приходится ещё на восемь макроэлементов. Это магний (Mg), натрий (Na), кальций (Ca), железо (Fe), калий (K), фосфор (P), хлор (Cl), сера (S).

 

К микроэлементам относятся те элементы, на долю которых приходится от \(0,000001\) % до \(0,001\) %: бор (B), никель (Ni), кобальт (Co), медь (Cu), молибден (Mo), цинк (Zn) и др.

 

Третья группа — ультрамикроэлементы, содержание которых не превышает \(0,000001\) %: уран (U), радий (Ra), золото (Au), ртуть (Hg), свинец (Pb), цезий (Cs), селен (Se) и др.

 

Рис. \(1\). Содержание химических элементов в живых организмах

 

Количество химического элемента не определяет его значение для организма. Например, йод относится к микроэлементам, но он входит в состав гормонов щитовидной железы, которые регулируют обмен веществ в организме человека.

Химические вещества клетки

Элементы в виде атомов образуют молекулы неорганических и органических соединений клетки.

 

Рис. \(2\). Содержание химических веществ в клетке


К неорганическим соединениям относятся вода и минеральные соли.

 

Органические соединения характерны только для живых организмов, в то время как неорганические существуют и в неживой природе. К органическим веществам относятся соединения углерода, содержащие также атомы водорода, кислорода, азота, фосфора.

 

В клетках находятся низкомолекулярные соединения: аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, витамины, а также высокомолекулярные (полимеры): белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты. 

 

Рис. \(3\). Органические вещества клетки

 

Молекулы этих веществ (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев. Белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты содержатся во всех живых клетках и выполняют важнейшие функции, обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Поэтому их называют биополимерами.

Простые вещества, из которых образуются макромолекулы, называются мономерами. Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды, белков — аминокислоты, а макромолекулы полисахаридов состоят из остатков глюкозы.

Рис. \(4\). Модель молекулы белка

Источники:

Рис. 1. Содержание химических элементов в живых организмах © ЯКласс.

Рис. 2. Содержание химических веществ в клетке © ЯКласс.

Рис. 3. Органические вещества клетки © ЯКласс.

Рис. 4. Модель молекулы белка https://cdn.pixabay.com/photo/2015/08/02/23/26/adrenomedullin-872350_960_720.jpg. 09.09.2021.

Вода и её роль в жизнедеятельности клетки — урок. Биология, 9 класс.

Вода (h3O) — важнейшее неорганическое вещество клетки. Её содержание превышает содержание всех остальных химических соединений. Вода является главной частью цитоплазмы, она придаёт клетке объём, обеспечивает упругость, участвует во всех биохимических процессах. Все химические реакции происходят в водных растворах. Чем интенсивнее протекает в клетке обмен веществ, тем выше в ней содержание воды.

 

Вода заполняет пространства между клетками, она составляет основу клеточного сока в вакуолях. Транспорт веществ в живых организмах осуществляется в виде водных растворов.

 

У воды имеется ряд свойств, которые обуславливают её значение для живых организмов.

Структура молекулы воды

Особые свойства воды связаны со строением её молекулы.

 

Связи между атомами водорода и кислорода в молекуле воды полярные. Из-за большей электроотрицательности атома кислорода электроны общих электронных пар сдвинуты к нему. Поэтому на атоме кислорода имеется частичный отрицательный заряд, а на атомах водорода — частичные положительные заряды. Так как молекула воды имеет угловое строение, разные заряды в ней находятся у разных полюсов. Молекула полярная, она является диполем.


Рис. \(1\). Молекула воды


Полярные молекулы воды взаимодействуют между собой с образованием водородных связей, обуславливающих многие особенности физических и химических свойств вещества. 


Рис. \(2\). Водородные связи

Свойства воды

Вода — полярный растворитель, в ней растворяются другие полярные вещества. Такие вещества называют гидрофильными. К этой группе относятся многие соли, моно- и дисахариды, аминокислоты, минеральные кислоты. В растворённом состоянии молекулы или ионы веществ могут свободно двигаться, и они легче вступают в химические реакции.

 

Вещества, нерастворимые в воде, называются гидрофобными. К ним относятся жиры, многие белки и нуклеиновые кислоты. Гидрофобность некоторых веществ имеет важное значение для живых организмов (например, из таких веществ формируются клеточные мембраны)

 

Важное свойство воды — способность растворять газообразные вещества (O2, CO2 и др.).


У воды высокая теплоёмкость, т. е. способностью поглощать много тепла при незначительном возрастании собственной температуры. Высокая теплоёмкость сглаживает температурные колебания и защищает организмы от быстрого и сильного охлаждения или нагревания.


Вода имеет высокую теплоту парообразования, для её испарения необходима довольно большая энергия. Использование значительного количества энергии на разрыв водородных связей при испарении воды способствует её охлаждению. Это свойство воды предохраняет организмы от перегрева. Примеры: испарение воды листьями растений и выделение пота у животных.

 

У воды также высокая теплопроводность, которая обеспечивает быстрое распределение тепла по всему организму.

 

Вода не сжимается. Она создаёт тургорное давление и поддерживается упругость тканей и органов. У некоторых беспозвоночных (например, у круглых червей) полостная жидкость выполняет функцию гидростатического скелета.

 

У воды высокое поверхностное натяжение. Поэтому кровь движется по капиллярам у животных и поднимается по сосудам в растениях.

Функции воды

1. Вода является универсальным растворителем. Благодаря разной растворимости веществ в воде формируются плазматические мембраны.

 

2. Вода выполняет в живых организмах транспортную функцию. Вещества поступают в клетки и организмы, а также переносятся внутри них в виде водных растворов.

  

3. Вода участвует в биохимических реакциях, протекающих в клетке (гидролиз веществ), является источником кислорода и водорода при фотолизе в световую фазу фотосинтеза.

  

4. Вода играет важную роль в осуществлении теплорегуляции.

 

5. Вода является составной частью слизей, образующихся в органах дыхания и пищеварения, а также секретов некоторых желез и органов: пищеварительных соков, желчи, слюны, пота, слёз и т. д.

Источники:

Рис. 1. Молекула воды © ЯКласс.

Рис. 2. Водородные связи. Автор: chris 論 (vectorisation), Raimund Apfelbach — File:Wasserstoffbrückenbindungen Wasser.png, Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8973461. 07.09.2021.

Состав, свойства и функции углеводов — урок.

Биология, 9 класс.

Углеводы — это природные органические соединения, содержащиеся во всех клетках живых организмов и выполняющие важные функции.

Состав и классификация углеводов

Молекулы углеводов состоят из атомов трёх элементов — углерода, водорода и кислорода. Состав большинства углеводов можно выразить формулой: Cn(h3O)m. В состав производных углеводов могут входить и другие элементы. Так, в хитине содержатся ещё и атомы азота.

 

Углеводы делят на три класса. 

 

Рис. \(1\). Классификация углеводов

Самое простое строение имеют моносахариды. Наиболее распространённый моносахарид — это глюкоза.

 

Рис. \(2\). Модель молекулы глюкозы

 

Глюкоза является главным источником энергии в клетках всех живых организмов.

  

Фруктоза содержится в мёде, ягодах и фруктах.

 

Рибоза входит в состав важных химических соединений — РНК, АТФ, некоторых ферментов.

 

Дезоксирибоза — компонент молекул ДНК.

 

Все моносахариды — это сладкие на вкус кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде.

Олигосахариды

Олигосахариды содержат в молекулах от двух до десяти остатков моносахаридов. Молекулы дисахаридов образуются в результате соединения двух молекул моносахаридов. По свойствам они похожи на моносахариды: хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.

 

Сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы. В растениях это вещество является растворимым запасным углеводом, а также продуктом фотосинтеза, который транспортируется от листьев к другим органам. Знакома всем как сахар (свекловичный или тростниковый).

 

Лактоза (молочный сахар) образована молекулами глюкозы и галактозы. Содержится в молоке.

 

Мальтоза (солодовый сахар) состоит из глюкозы.  Образуется из крахмала при прорастании семян, является источником энергии для процесса прорастания.

Полисахариды

Молекулы полисахаридов состоят из большого числа остатков моносахаридов. Эти вещества не имеют вкуса и не растворяются в воде.


Крахмал — запасной углевод растений. Его молекулы образованы остатками глюкозы, соединёнными в линейные или разветвлённые цепи.

 

Целлюлоза входит в состав клеточных стенок грибов и растений и придаёт им прочность. Молекулы целлюлозы тоже образованы остатками глюкозы, но они намного длиннее молекул крахмала. Целлюлоза не растворяется в воде и других растворителях.

 

Гликоген похож по строению на крахмал. Это запасной углевод у животных.

 

Хитин похож по строению на целлюлозу, но отличается наличием в его молекулах атомов азота.

Функции углеводов

1. Энергетическая функция углеводов заключается в том, что под влиянием ферментов происходит их расщепление и окисление с выделением энергии. Важно, что углеводы могут расщепляться как в присутствии кислорода, так и без него. Продуктами полного окисления этих веществ являются углекислый газ и вода.

 

2. Запасающая функция проявляется в накоплении излишков углеводов в клетках: у растений — крахмала, у животных и грибов — гликогена. При необходимости запасные углеводы расщепляются до глюкозы и используются клеткой для получения энергии. 

 

3. Строительная функция заключается в том, что углеводы служат строительным материалом: целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, а хитин образует клеточные стенки грибов и кутикулу членистоногих. Эти же углеводы выполняют защитную функцию. 

 

4. Сигнальная (рецепторная) функция состоит в том, что гликопротеины (комплексные соединения углеводов и белков), расположенные на поверхности клетки, воспринимают и передают в клетку сигналы из внешней среды.

Источники:

Рис. 1. Классификация углеводов. © ЯКласс.

Рис. 2. Модель молекулы глюкозы. https://image.shutterstock.com/image-illustration/molecule-glucose-isolated-on-white-600w-570551413

Минеральные вещества и их роль в клетке — урок. Биология, 9 класс.

Для нормальной жизнедеятельности организмов требуются минеральные соли.  В клетке они находятся в твёрдом или в растворённом виде. Растворённые соли диссоциированы на ионы. Наиболее важными являются катионы металлов: калия K+, натрия Na+, кальция Ca2+, магния Mg2+, и анионы: Cl−, h3PO4−, HPO42−, HCO3−, CO32−.

 

Роль минеральных солей в клетке разная. Так, ионы калия и натрия обеспечивают возбудимость клеток. Внутри клетки больше ионов K+ , а снаружи всегда больше содержание Na+, что приводит к возникновению разности потенциалов на клеточной мембране, обеспечивает раздражимость клеток и передачу возбуждения по нервам или мышцам.  Перенос ионов через мембрану клетки осуществляется натрий-калиевым насосом и происходит с затратами АТФ (активный транспорт).

 

Рис. \(1\). Натриево-калиевый насос  
  

Ионы кальция участвуют в регуляции мышечных сокращений, необходимы для процесса свёртывания крови. Твёрдые соли кальция входят в состав костной ткани, содержатся в раковинах моллюсков и панцирях ракообразных.

 

Ионы магния входят в состав хлорофилла, а ионы железа — в состав гемоглобина.

 

Катионы многих металлов (магния, кальция, железа, меди, кобальта, цинка, марганца и др.) необходимы для синтеза некоторых ферментов, гормонов и витаминов.

 

Анионы фосфорной и угольной кислот образуют буферные системы, поддерживающие на постоянном уровне содержание ионов водорода в клетке (рН среды). Анионы HPO42− и h3PO4− (фосфатная буферная система) обеспечивают рН цитоплазмы клеток в пределах \(6,9\)–\(7,4\). Анионы HCO3− и CO32− (бикарбонатная буферная система) поддерживают значение рН плазмы крови \(7,4\).

 

Минеральные соли, содержащие азот и фосфор, нужны для образования белков, ДНК, РНК, АТФ и др.

 

Фосфаты входят в состав костной и зубной ткани. Хлорид-ионы необходимы для образования соляной кислоты, содержащейся в желудочном соке, а сульфат ионы — для синтеза некоторых аминокислот.

 

Недостаток минеральных солей приводит к нарушению процессов обмена веществ и негативно сказывается на жизнедеятельности клетки.

Источники:

Рис. 1. Натриево-калиевый насос © ЯКласс.

«Химический состав клетки; вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки»

. Организационно-психологический момент

А). Устно:

1.Органический мир прекрасен и многообразен. Перечислите его царства.

2. Что объединяет все живые организмы?

(Свойства живого: дыхание, питание, рост, развитие, размножение, обмен веществ, наследственность, изменчивость, раздражимость, ритмичность, старение, смерть).

3. По каким признакам растения отличаются от представителей других царства?

(Наличие в клетках пластид, хлорофилла в хлоропластах, вакуолей, клеточной стенки; фотосинтез, способность расти всю жизнь, расчлененность тела).

  1. Где грань между живым и неживым? Почему клетка живет? Что обеспечивает ее функциональную активность?

Какие уровни жизни нами уже исследованы и изучены? (Таблица «Уровни организации живой природы»)

Ответы: — Биосферный. Биосфера- это геологические оболочки планеты, заселенные живыми организмами.

  • Биоценотический. Биоценоз- это совокупность живых организмов и условий окружающей среды, сформировавшихся и длительное время существующих на определенной территории.

  • Популяционно-видовой. Этот уровень учитывает взаимоотношения особей одного

вида.

  • Организменный. Каждый организм — целостная система, самостоятельно обитающая в условиях окружающей среды . и тесно с ними взаимосвязанная.

  • Клеточный. Клетка — элементарная , функциональная и структурная единица живого организма. Самостоятельный организм

Исправьте ошибки и поставьте оценки, согласно критериям:

«5» — нет ошибок;

«4» — одна ошибка;

«3» — две ошибки.

«2» — три и более ошибок.

1). Заполните схему «Химические элементы»:

(около 0,001%) (от 0,001 до 0,000001 %) (менее 0,000001 %)

О, С, Н, N – 98%; Zn, Mn, Cu, Co, Mo, U, Ra, Au, Hg, Be, Cs, Se

K, Na, Са, Mg, F, Br, I, Se идр.

S, P, Cl, Fe

2). Используя таблицу из приложения №1, выпишите, каких элементов находится больше в живых организмах?

(О, С, Н, N – 98%).

Вывод: В живых организмах 98% химического состава прихоится на четыре элемента: О, С, Н, N, в то время как на остальные 8 элементов (K, Na, Са, Mg, S, P, Cl, Fe) из группы макроэлементов приходится 1,9%. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых количествах (меньше 0,01%).

3). Используя из приложения № 2 таблицу «Роль элементов в клетке» и дополнительный материал из приложения 3, изучите и обсудите роль элементов в клетке.

Д). Химический состав клетки.

Мы знаем, что все тела состоят из веществ? Каких веществ? (Тела живой и неживой природы состоят из органических и неорганических веществ).

Работа в группах:

Используя схему из приложения 4, изучите и обсудите «Химический состав в клетке» и ответьте на вопросы:

  1. Почему они так называются?

(Органические вещества — вещества живой природы, а неорганические — вещества неживой природы).

  1. Назовите известные вам органические и неорганические вещества?

(Органические — белки, жиры, углеводы, неорганические – вода, минеральные соли.)

  1. Как можно отличить органические вещества от неорганических?

(Органические вещества горят, а неорганические — нет).

Химический состав любой клетки очень сложен, но не случаен. Интересно, что из известных нам 112 химических элементов в состав внутриклеточной среды входят 27. Живые организмы состоят преимущественно из тех элементов, которые образуют легко растворимые в воде соединения. Очень большое значение имеет вода для жизни клетки. Обмен воды в организме многоклеточного существа рассмотрим на примере человека.

ОБМЕН ВОДЫ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА:

·       Поступление воды из внешней среды.

·       Вода в кишечнике.

·       Вода в крови и лимфе.

·       Вода в клетках организма.

Некоторые функции воды:

1. Входит в состав внутриклеточной среды, участвует в образовании клеточных структур.

2. Участвует в выведении из клетки вредных и отработанных веществ.

3. Растворяет органические и неорганические соединения.

4. Обеспечивает транспорт веществ и взаимосвязь между органоидами клетки.

5. Участвует в терморегуляции.

6. Участвует в химических превращениях.

·       Выведение воды из организма.

Осуществляется с участием кровеносной системы.

1. Через систему органов выделения (в составе мочи).

2. Через кожу в составе пота.

3. Через легкие (в составе выдыхаемого воздуха).

 

Кроме воды, в числе неорганических веществ, входящих в состав клетки, нужно назвать соли, представляющие собой ионные соединения. Клетка избирательно поглощает необходимые ей ионы из окружающей среды. Это приводит к тому, что концентрация ионов на внешней поверхности клетки отличается от их концентрации на внутренней поверхности.

Очевидно, что минеральные соли должны поступать в клетки организма из внешней среды и использоваться в них для обеспечения процессов жизнедеятельности. Избыток солей вместе с водой должен выводится из организма во внешнюю среду. Перечисленные процессы составляют сущность обмена минеральных солей в организме.

ОБМЕН МИНЕРАЛЬНЫХ СОЛЕЙ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА:

·       Минеральные соли в составе пищи.

·       Поступают в кишечник.

·       Всасываются в кровь (в растворенном виде).

·       Поступают в различные органы, ткани, клетки.

Некоторые функции минеральных солей:

1. Регулируют обмен веществ, обеспечивают постоянство химического состава внутриклеточной среды.

2. Необходимы для синтеза гормонов (ионы цинка).

3. Входят в состав костной ткани (ионы кальция).

4. Обеспечивают процесс свертывания крови (ионы кальция).

5. Отвечают за проведение нервного импульса (ионы натрия, калия).

·       Выведение минеральных солей из организма.

Осуществляется с участием кровеносной системы.

1. Через систему органов выделения.

2. Через пищеварительную систему.

3. Через систему покровных тканей.

Такова роль некоторых органических соединений в клетке и организме.

  1. Каких элементов в клетке больше всего?

  2. Может ли живой организм обойтись без микроэлементов?

  3. Какой металл содержит гемоглобин?

  4. Какой металл содержит хлорофилл?

Таким образом, в клетке нет каких- нибудь особенных элементов, характерных только для живой природы. Это указывает на связь и единство живой и неживой природы. На атомном уровне различий между химическим составом органического и неорганического мира нет. Различие обнаруживается на молекулярном уровне. В живых телах наряду с веществами, распространенными в неживой природе, содержится множество веществ, характерных для живых организмов.

Чем мы сегодня занимались?

Что мы для этого делали?

Что у нас получилось хорошо?

Что нам пока не удается?

2: Химическая основа жизни

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. Участники и атрибуты

Элементы в различных сочетаниях составляют всю материю, включая живые существа. Некоторые из наиболее распространенных элементов в живых организмах включают углерод, водород, азот, кислород, серу и фосфор.Они образуют нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и липиды, которые являются основными компонентами живой материи. Биологи должны понимать эти важные строительные блоки и уникальные структуры атомов, из которых состоят молекулы, позволяющие формировать клетки, ткани, системы органов и целые организмы.

  • 2.0: Prelude to The Chemical Foundation of Life
    Все биологические процессы подчиняются законам физики и химии, поэтому, чтобы понять, как работают биологические системы, важно понимать лежащую в их основе физику и химию.Например, поток крови в системе кровообращения подчиняется законам физики, которые регулируют режимы течения жидкости. Распад больших сложных молекул пищи на более мелкие молекулы представляет собой серию химических реакций, которые следуют химическим законам.
  • 2. 1: Атомы, изотопы, ионы и молекулы – строительные блоки
    На самом фундаментальном уровне жизнь состоит из материи. Материя – это любая субстанция, занимающая пространство и обладающая массой. Элементы — это уникальные формы материи с особыми химическими и физическими свойствами, которые нельзя разбить на более мелкие вещества с помощью обычных химических реакций.Существует 118 элементов, но только 92 встречаются в природе. Остальные элементы синтезированы в лабораториях и нестабильны.
  • 2.2: Вода
    Полярность молекулы воды и возникающие в результате водородные связи делают воду уникальным веществом с особыми свойствами, которые тесно связаны с процессами жизни. Первоначально жизнь развивалась в водной среде, и большая часть клеточной химии и метаболизма организма происходит внутри водянистого содержимого цитоплазмы клетки.Понимание характеристик воды помогает понять ее важность для поддержания жизни.
  • 2. 3: Углерод
    Клетки состоят из многих сложных молекул, называемых макромолекулами, таких как белки, нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК), углеводы и липиды. Макромолекулы представляют собой подмножество органических молекул (любая углеродсодержащая жидкость, твердое тело или газ), которые особенно важны для жизни. Основным компонентом всех этих макромолекул является углерод.
  • 2.E: Химическая основа жизни (упражнения)

Миниатюра: Молекулы жирных кислот с цис- и транс-конфигурациями. (CC BY 4.0 / модифицировано по сравнению с оригиналом; OpenStax).

Авторы и авторство

  • Конни Рай (Общественный колледж Восточного Миссисипи), Роберт Уайз (Университет Висконсина, Ошкош), Владимир Юруковский (Общественный колледж округа Саффолк), Жан ДеСэ (Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл), Юнг Чой (Технологический институт Джорджии) ), Яэль Ависсар (Колледж Род-Айленда) среди других авторов.

    Оригинальный контент от OpenStax (CC BY 4.0; бесплатно скачать по адресу http://cnx.org/contents/185cbf87-c72…[email protected]).

2.1 Строительные блоки молекул – Концепции биологии – 1-е канадское издание

К концу этого раздела вы сможете:

  • Описать материю и элементы
  • Описать взаимосвязь между протонами, нейтронами и электронами, а также способы, которыми электроны могут передаваться или делиться между атомами

Посмотрите видео об электронах и о том, как электроны в химических связях влияют на форму и функцию молекул.

На самом фундаментальном уровне жизнь состоит из материи . Материя занимает пространство и имеет массу. Вся материя состоит из элементов , веществ, которые не могут быть расщеплены или химически преобразованы в другие вещества. Каждый элемент состоит из атомов, каждый из которых имеет постоянное количество протонов и уникальные свойства.

Всего было определено 118 элементов; однако только 92 встречаются в природе и менее 30 обнаруживаются в живых клетках. Остальные 26 элементов нестабильны и, следовательно, существуют недолго или являются теоретическими и еще не обнаружены.

Каждый элемент обозначается своим химическим символом (например, H, N, O, C и Na) и обладает уникальными свойствами. Эти уникальные свойства позволяют элементам комбинироваться и связываться друг с другом особым образом.

Атом — это наименьший компонент элемента, который сохраняет все химические свойства этого элемента. Например, один атом водорода обладает всеми свойствами элемента водорода, например, он существует в виде газа при комнатной температуре и связывается с кислородом, образуя молекулу воды.Атомы водорода не могут быть разбиты на что-то меньшее, сохраняя при этом свойства водорода. Если бы атом водорода был разбит на субатомные частицы, он бы больше не обладал свойствами водорода.

На самом базовом уровне все организмы состоят из комбинации элементов. Они содержат атомы, которые объединяются вместе, образуя молекулы. В многоклеточных организмах, таких как животные, молекулы могут взаимодействовать, образуя клетки, которые объединяются, образуя ткани, составляющие органы.Эти комбинации продолжаются до тех пор, пока не образуются целые многоклеточные организмы.

Все атомы содержат протонов , электронов и нейтронов . Единственным исключением является водород (H), который состоит из одного протона и одного электрона. Протон — это положительно заряженная частица, которая находится в ядре (ядре атома) атома и имеет массу 1 и заряд +1. Электрон – это отрицательно заряженная частица, которая движется в пространстве вокруг ядра.Другими словами, он находится вне ядра. Он имеет пренебрежимо малую массу и имеет заряд -1.

Рисунок 2.2 Атомы состоят из протонов и нейтронов, находящихся внутри ядра, и электронов, окружающих ядро.

Нейтроны, как и протоны, находятся в ядре атома. Они имеют массу 1 и не имеют заряда. Положительные (протоны) и отрицательные (электроны) заряды уравновешивают друг друга в нейтральном атоме, который имеет нулевой суммарный заряд.

Поскольку масса протонов и нейтронов равна 1, масса атома равна количеству протонов и нейтронов в этом атоме.Количество электронов не влияет на общую массу, потому что их масса очень мала.

Как было сказано ранее, каждый элемент имеет свои уникальные свойства. Каждый из них содержит разное количество протонов и нейтронов, что дает ему собственный атомный номер и массовое число. Атомный номер элемента равен количеству протонов, содержащихся в этом элементе. Массовое число или атомная масса — это число протонов плюс число нейтронов этого элемента. Следовательно, можно определить количество нейтронов, вычитая атомный номер из массового числа.

Эти числа предоставляют информацию об элементах и ​​о том, как они будут реагировать при объединении. Различные элементы имеют разные температуры плавления и кипения и находятся в разных состояниях (жидком, твердом или газообразном) при комнатной температуре. Они также сочетаются по-разному. Некоторые образуют определенные типы связей, а другие нет. То, как они объединяются, зависит от количества присутствующих электронов. Из-за этих характеристик элементы расположены в периодической таблице элементов , диаграмме элементов, которая включает атомный номер и относительную атомную массу каждого элемента.Периодическая таблица также предоставляет ключевую информацию о свойствах элементов, часто обозначаемых цветовой маркировкой. Расположение в таблице также показывает, как организованы электроны в каждом элементе, и дает важные сведения о том, как атомы будут реагировать друг с другом, образуя молекулы.

Изотопы — это разные формы одного и того же элемента, имеющие одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов. Некоторые элементы, такие как углерод, калий и уран, имеют природные изотопы.Углерод-12, наиболее распространенный изотоп углерода, содержит шесть протонов и шесть нейтронов. Следовательно, он имеет массовое число 12 (шесть протонов и шесть нейтронов) и атомный номер 6 (что делает его углеродом). Углерод-14 содержит шесть протонов и восемь нейтронов. Следовательно, он имеет массовое число 14 (шесть протонов и восемь нейтронов) и атомный номер 6, что означает, что это все еще элемент углерода. Эти две альтернативные формы углерода являются изотопами. Некоторые изотопы нестабильны и теряют протоны, другие субатомные частицы или энергию, образуя более стабильные элементы.Их называют радиоактивными изотопами или радиоизотопами.

Рисунок 2.3. Периодическая таблица, расположенная в столбцах и строках в зависимости от характеристик элементов, предоставляет ключевую информацию об элементах и ​​о том, как они могут взаимодействовать друг с другом, образуя молекулы. Большинство периодических таблиц содержат ключ или легенду к содержащейся в них информации.

Сколько нейтронов имеют (K) калий-39 и калий-40 соответственно?

Эволюция в действии

Радиоуглеродный анализ

Углерод-14 ( 14 C) — природный радиоизотоп, который создается в атмосфере космическими лучами. Это непрерывный процесс, поэтому всегда создается больше 14 C. По мере развития живого организма относительный уровень 14 С в его организме равен концентрации 14 С в атмосфере. Когда организм умирает, он больше не поглощает 14 C, поэтому соотношение будет снижаться. 14 C распадается до 14 N в процессе, называемом бета-распадом; он выделяет энергию в этом медленном процессе.

Приблизительно через 5730 лет только половина начальной концентрации 14 C превратится в 14 N.Время, за которое половина исходной концентрации изотопа превращается в более стабильную форму, называется периодом полураспада. Поскольку период полураспада 14 C велик, его используют для определения возраста ранее живших объектов, таких как окаменелости. Используя отношение концентрации 14 С, обнаруженной в объекте, к количеству 14 С, обнаруженному в атмосфере, можно определить количество еще не распавшегося изотопа. Исходя из этого количества, возраст окаменелости можно рассчитать примерно до 50 000 лет.Изотопы с более длительным периодом полураспада, такие как калий-40, используются для расчета возраста более старых окаменелостей. С помощью углеродного датирования ученые могут реконструировать экологию и биогеографию организмов, живших в течение последних 50 000 лет.

Рис. 2.4. Возраст останков, содержащих углерод и возраст которых менее 50 000 лет, таких как этот карликовый мамонт, можно определить с помощью углеродного датирования.

Концепция в действии

Чтобы узнать больше об атомах и изотопах и о том, как отличить один изотоп от другого, посетите этот сайт и запустите симуляцию.

То, как элементы взаимодействуют друг с другом, зависит от того, как расположены их электроны и сколько отверстий для электронов существует в самой внешней области, где электроны присутствуют в атоме. Электроны существуют на энергетических уровнях, которые образуют оболочки вокруг ядра. Ближайшая оболочка может содержать до двух электронов. Ближайшая к ядру оболочка всегда заполняется первой, прежде чем может быть заполнена любая другая оболочка. Водород имеет один электрон; поэтому у него занято только одно место в самой нижней оболочке.У гелия два электрона; поэтому он может полностью заполнить нижнюю оболочку своими двумя электронами. Если вы посмотрите на периодическую таблицу, то увидите, что водород и гелий — единственные два элемента в первой строке. Это потому, что у них есть только электроны в их первой оболочке. Водород и гелий — единственные два элемента, которые имеют самую нижнюю оболочку и не имеют других оболочек.

Второй и третий энергетические уровни могут содержать до восьми электронов. Восемь электронов расположены в четырех парах, и одна позиция в каждой паре заполняется электроном до того, как любые пары будут заполнены.

Снова взглянув на периодическую таблицу, вы заметите, что в ней семь строк. Эти строки соответствуют количеству оболочек, которые имеют элементы в этой строке. Элементы в определенной строке имеют увеличивающееся количество электронов по мере продвижения столбцов слева направо. Хотя каждый элемент имеет одинаковое количество оболочек, не все оболочки полностью заполнены электронами. Если вы посмотрите на вторую строку периодической таблицы, вы найдете литий (Li), бериллий (Be), бор (B), углерод (C), азот (N), кислород (O), фтор (F), и неон (Ne).Все они имеют электроны, которые занимают только первую и вторую оболочки. У лития только один электрон на внешней оболочке, у бериллия — два электрона, у бора — три и так далее, пока вся оболочка не будет заполнена восемью электронами, как в случае с неоном.

Не у всех элементов достаточно электронов, чтобы заполнить их самые внешние оболочки, но атом наиболее стабилен, когда все электронные позиции в самой внешней оболочке заполнены. Из-за этих вакансий в самых внешних оболочках мы видим образование химических связей или взаимодействие между двумя или более одинаковыми или разными элементами, что приводит к образованию молекул. Чтобы достичь большей стабильности, атомы будут стремиться полностью заполнить свои внешние оболочки и для достижения этой цели будут связываться с другими элементами, делясь электронами, принимая электроны от другого атома или отдавая электроны другому атому. Поскольку самые внешние оболочки элементов с низкими атомными номерами (вплоть до кальция с атомным номером 20) могут содержать восемь электронов, это называется правилом октетов . Элемент может отдавать, принимать или делиться электронами с другими элементами, чтобы заполнить свою внешнюю оболочку и удовлетворить правилу октетов.

Когда атом не содержит одинакового количества протонов и электронов, он называется ионом . Поскольку количество электронов не равно количеству протонов, каждый ион имеет суммарный заряд. Положительные ионы образуются в результате потери электронов и называются катионами . Отрицательные ионы образуются путем присоединения электронов и называются анионами .

Например, у натрия на внешней оболочке всего один электрон. Натрию требуется меньше энергии, чтобы отдать один электрон, чем принять еще семь электронов, чтобы заполнить внешнюю оболочку.Если натрий потеряет электрон, у него теперь будет 11 протонов и только 10 электронов, в результате чего его общий заряд составит +1. Теперь его называют ионом натрия.

Атом хлора имеет семь электронов на внешней оболочке. Опять же, для хлора более энергоэффективно получить один электрон, чем потерять семь. Следовательно, он стремится получить электрон, чтобы создать ион с 17 протонами и 18 электронами, что придает ему суммарный отрицательный (-1) заряд. Теперь его называют хлорид-ионом. Это перемещение электронов от одного элемента к другому называется переносом электронов .Как показано, атом натрия (Na) имеет только один электрон на внешней оболочке, тогда как атом хлора (Cl) имеет семь электронов на внешней оболочке. Атом натрия пожертвует свой один электрон, чтобы опустошить свою оболочку, а атом хлора примет этот электрон, чтобы заполнить свою оболочку, став хлоридом. Оба иона теперь удовлетворяют правилу октетов и имеют полные внешние оболочки. Поскольку количество электронов больше не равно количеству протонов, каждый из них теперь является ионом и имеет заряд +1 (натрий) или -1 (хлорид).

Рис. 2.5. Элементы имеют тенденцию заполнять свои внешние оболочки электронами. Для этого они могут либо отдавать, либо принимать электроны от других элементов.

Ионные связи

Существует четыре типа связей или взаимодействий: ионные, ковалентные, водородные связи и взаимодействия Ван-дер-Ваальса. Ионные и ковалентные связи представляют собой сильные взаимодействия, которые требуют больших затрат энергии для разрыва. Когда элемент отдает электрон со своей внешней оболочки, как в приведенном выше примере с атомом натрия, образуется положительный ион.Элемент, принимающий электрон, теперь заряжен отрицательно. Поскольку положительные и отрицательные заряды притягиваются, эти ионы остаются вместе и образуют ионную связь или связь между ионами. Элементы связываются вместе с электроном одного элемента, оставаясь преимущественно с другим элементом. Когда ионы Na + и Cl объединяются с образованием NaCl, один электрон от атома натрия остается с другими семью от атома хлора, а ионы натрия и хлорида притягиваются друг к другу в решетке ионов с чистым нулем. заряжать.

Ковалентные связи

Другим типом сильной химической связи между двумя или более атомами является ковалентная связь . Эти связи образуются, когда пара электронов делится между двумя элементами, и являются самой прочной и наиболее распространенной формой химической связи в живых организмах. Ковалентные связи образуются между элементами, из которых состоят биологические молекулы в наших клетках. В отличие от ионных связей, ковалентные связи не диссоциируют в воде.

Атомы водорода и кислорода, объединяясь в молекулы воды, связаны друг с другом ковалентными связями.Электрон из атома водорода делит свое время между внешней оболочкой атома водорода и незавершенной внешней оболочкой атома кислорода. Чтобы полностью заполнить внешнюю оболочку атома кислорода, необходимо два электрона от двух атомов водорода, отсюда и индекс «2» в H 2 O. Электроны делятся между атомами, деля свое время между ними для «заполнения» внешняя оболочка каждого. Это совместное использование представляет собой более низкое энергетическое состояние для всех вовлеченных атомов, чем если бы они существовали без заполненных внешних оболочек.

Ковалентные связи бывают двух типов: полярные и неполярные. Неполярные ковалентные связи образуются между двумя атомами одного и того же элемента или между разными элементами, которые делят электроны поровну. Например, атом кислорода может соединиться с другим атомом кислорода, чтобы заполнить их внешние оболочки. Эта ассоциация неполярна, потому что электроны будут равномерно распределены между каждым атомом кислорода. Две ковалентные связи образуются между двумя атомами кислорода, потому что кислороду требуется два общих электрона, чтобы заполнить его внешнюю оболочку. Атомы азота будут образовывать три ковалентные связи (также называемые тройными ковалентными) между двумя атомами азота, потому что каждому атому азота требуется три электрона, чтобы заполнить его внешнюю оболочку. Другой пример неполярной ковалентной связи находится в молекуле метана (CH 4 ). Атом углерода имеет четыре электрона на внешней оболочке и нуждается в еще четырех электронах, чтобы заполнить ее. Он получает эти четыре из четырех атомов водорода, каждый атом дает один. Все эти элементы делят электроны поровну, создавая четыре неполярные ковалентные связи.

В полярной ковалентной связи электроны, общие для атомов, проводят больше времени ближе к одному ядру, чем к другому ядру. Из-за неравномерного распределения электронов между разными ядрами возникает слегка положительный (δ+) или слегка отрицательный (δ–) заряд. Ковалентные связи между атомами водорода и кислорода в воде являются полярными ковалентными связями. Общие электроны проводят больше времени возле ядра кислорода, придавая ему небольшой отрицательный заряд, чем возле ядер водорода, придавая этим молекулам небольшой положительный заряд.

Водородные связи

Ионные и ковалентные связи являются сильными связями, для разрыва которых требуется значительная энергия. Однако не все связи между элементами являются ионными или ковалентными связями. Также могут образовываться более слабые связи. Это притяжения, возникающие между положительными и отрицательными зарядами, для разрыва которых не требуется много энергии. Часто встречаются две слабые связи: водородные связи и ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Эти связи обуславливают уникальные свойства воды и уникальные структуры ДНК и белков.

Когда образуются полярные ковалентные связи, содержащие атом водорода, атом водорода в этой связи имеет слегка положительный заряд. Это связано с тем, что общий электрон сильнее притягивается к другому элементу и от ядра водорода. Поскольку атом водорода слегка положителен (δ+), он будет притягиваться к соседним отрицательным частичным зарядам (δ–). При этом происходит слабое взаимодействие между δ+ зарядом атома водорода одной молекулы и δ– зарядом другой молекулы. Это взаимодействие называется водородной связью. Этот тип связи распространен; например, жидкая природа воды обусловлена ​​водородными связями между молекулами воды. Водородные связи придают воде уникальные свойства, поддерживающие жизнь. Если бы не водородные связи, вода была бы газом, а не жидкостью при комнатной температуре.

Рис. 2.6. Водородные связи образуются между слабо положительными (δ+) и слабоотрицательными (δ–) зарядами полярных ковалентных молекул, таких как вода.

Водородные связи могут образовываться между различными молекулами, и они не всегда должны включать молекулу воды.Атомы водорода в полярных связях внутри любой молекулы могут образовывать связи с другими соседними молекулами. Например, водородные связи удерживают вместе две длинные нити ДНК, придавая молекуле ДНК ее характерную двухцепочечную структуру. Водородные связи также ответственны за некоторую часть трехмерной структуры белков.

Взаимодействия Ван-дер-Ваальса

Подобно водородным связям, ван-дер-ваальсовые взаимодействия представляют собой слабое притяжение или взаимодействие между молекулами. Они возникают между полярными, ковалентно связанными атомами в разных молекулах.Некоторые из этих слабых притяжений вызваны временными частичными зарядами, образующимися при движении электронов вокруг ядра. Эти слабые взаимодействия между молекулами важны в биологических системах.

Техники-рентгенологи

Делали ли вы или кто-либо из ваших знакомых магнитно-резонансную томографию (МРТ), маммографию или рентген? Эти тесты производят изображения ваших мягких тканей и органов (как при МРТ или маммографии) или ваших костей (как это происходит в рентгеновском снимке) с использованием либо радиоволн, либо специальных изотопов (помеченных радиоактивным или флуоресцентным маркером), которые проглатываются или вводятся внутривенно. тело.Эти тесты предоставляют данные для диагностики заболеваний путем создания изображений ваших органов или скелетной системы.

МРТ визуализация работает, подвергая ядра водорода, которых много в воде в мягких тканях, флуктуирующим магнитным полям, которые заставляют их излучать собственное магнитное поле. Затем этот сигнал считывается датчиками машины и интерпретируется компьютером для формирования подробного изображения.

Некоторые технологи и техники рентгенографии специализируются на компьютерной томографии, МРТ и маммографии.Они производят фильмы или изображения тела, которые помогают медицинским работникам исследовать и ставить диагноз. Рентгенологи работают непосредственно с пациентами, объясняя работу механизмов, готовя их к обследованиям и следя за тем, чтобы их тело или части тела располагались правильно для получения необходимых изображений. Затем врачи или рентгенологи анализируют результаты теста.

Специалисты по рентгенографии могут работать в больницах, кабинетах врачей или специализированных центрах визуализации. Обучение на рентгенолога происходит в больницах, колледжах и университетах, которые предлагают сертификаты, степени младшего специалиста или бакалавра в области рентгенографии.

Материя — это все, что занимает пространство и имеет массу. Он состоит из атомов различных элементов. Все 92 элемента, которые встречаются в природе, обладают уникальными качествами, которые позволяют им комбинироваться различными способами для создания соединений или молекул. Атомы, состоящие из протонов, нейтронов и электронов, являются мельчайшими единицами элемента, сохраняющими все свойства этого элемента. Электроны могут быть пожертвованы или разделены между атомами для создания связей, включая ионные, ковалентные и водородные связи, а также взаимодействия Ван-дер-Ваальса.

анион : отрицательный ион, образованный присоединением электронов

атомный номер : число протонов в атоме

катион: положительный ион, образованный потерей электронов

химическая связь: взаимодействие между двумя или более одинаковыми или разными элементами, приводящее к образованию молекул

ковалентная связь: тип прочной связи между двумя или более одинаковыми или разными элементами; формы, когда электроны делятся между элементами

электрон: отрицательно заряженная частица, находящаяся вне ядра на электронной орбитали; не имеет функциональной массы и имеет заряд –1

перенос электронов: движение электронов от одного элемента к другому

элемент: одно из 118 уникальных веществ, которые не могут быть разбиты на более мелкие вещества и сохраняют характеристики этого вещества; каждый элемент имеет определенное количество протонов и уникальные свойства

водородная связь: слабая связь между частично положительно заряженными атомами водорода и частично отрицательно заряженными элементами или молекулами

ион: атом или соединение, которое не содержит одинакового количества протонов и электронов и, следовательно, имеет суммарный заряд

.

ионная связь: химическая связь, которая образуется между ионами с противоположными зарядами

изотоп: одна или несколько форм элемента с разным числом нейтронов

массовое число: количество протонов плюс нейтронов в атоме

материя: все, что имеет массу и занимает пространство

нейтрон: частица без заряда, находящаяся в ядре атома; имеет массу 1

неполярная ковалентная связь: тип ковалентной связи, которая образуется между атомами, когда электроны распределяются поровну между атомами, что приводит к отсутствию областей с частичными зарядами, как в полярных ковалентных связях

ядро: (химия) плотный центр атома, состоящий из протонов и (за исключением атома водорода) нейтронов

Правило октетов: утверждает, что самая внешняя оболочка элемента с низким атомным номером может содержать восемь электронов

периодическая таблица элементов: организационная схема элементов с указанием атомного номера и массового числа каждого элемента; также предоставляет ключевую информацию о свойствах элементов

полярная ковалентная связь: тип ковалентной связи, при которой электроны притягиваются к одному атому и от другого, в результате чего участки молекулы слегка положительно и слегка отрицательно заряжены

протон: положительно заряженная частица, находящаяся в ядре атома; имеет массу 1 и заряд +1

радиоактивный изотоп: изотоп, который спонтанно испускает частицы или энергию для образования более стабильного элемента

Ван-дер-Ваальсово взаимодействие : слабое притяжение или взаимодействие между молекулами, вызванное слегка положительно или слегка отрицательно заряженными атомами

Атрибуция СМИ

Химические элементы для жизни

Химическими элементами, наиболее важными в построении структур молекул жизни, являются углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера, иногда мнемонически обозначаемые как CHONPS. Эти элементы объединяются в огромное количество молекул, участвующих в жизненных процессах. Их пригодность для получения этих соединений связана с их относительной электроотрицательностью, которая способствует легкости их комбинирования.

Эти элементы составляют основную часть атомов в живых организмах. Элементы CHONPS являются наиболее распространенными в организме, за исключением кальция в количестве 1,5%.

В дополнение к этим элементам ряд атомов металлов играет важную вспомогательную роль в производстве ферментов, способствуя коммуникационным путям и запуская определенные процессы в организме.

Углерод : Углерод является основным элементом для всей жизни на Земле. Его способность образовывать четыре связи делает возможным почти безграничное разнообразие соединений.

Кислород : Кислород является самым распространенным элементом в человеческом теле, его содержание составляет 65%. Она обильна отчасти потому, что тело состоит на 60% из воды, но также является составной частью большинства крупных биологических молекул и постоянно обменивается в процессе обмена веществ и дыхания.

Водород : Водород с кислородом в изобилии содержится в организме, так как до 60% состоит из воды.

  • Углеводороды и их производные содержат углерод и водород.
  • Производство энергии в цепи переноса электронов транспортирует водород для производства АТФ.

Азот : Азот не в изобилии на Земле, но имеет решающее значение в жизненных процессах.

Фосфор : Фосфор не так распространен, но имеет решающее значение в источниках энергии для жизненных процессов.

  • Гликолиз использует АТФ и НАД + для превращения глюкозы в пируват в энергетической цепи.
  • Сера : Сера играет множество структурных ролей в белках.

    • Аминокислоты цистеин и метионин содержат серу и дисульфидные связи в белке, выполняя ключевые задачи.

    Кальций : Кальций является ключевым компонентом костей, а ионы кальция также обрабатывают информацию в нервных процессах. Как химический мессенджер, он обладает не только высокой скоростью, но и способностью связываться с другой молекулой в клетке подобно белку с высокой специфичностью, вызывая конформационные изменения. Этого могут добиться кальций и магний, но кальций лучше справляется с этой ролью, связывая во много раз сильнее, чем магний.

    Хотя атомы металлов присутствуют в относительно небольших количествах, они играют удивительно важную роль в химии жизни. Около трети ферментов в организме включают ион металла в качестве основного участника.От цепи переноса электронов до поддержания мембранных потенциалов клеток металлы играют важную вспомогательную роль для атомов, участвующих в основных структурах жизни.

    Натрий : Натрий слабо связывается с органическими соединениями, а ионы натрия малы и очень подвижны, идеально подходят для перемещения электрического заряда на высоких скоростях. Натрий и калий — единственные ионы, скорость которых не ограничена тенденцией связываться с органическими соединениями.

    • Транспорт через клеточные мембраны : Легкость и скорость движения через клеточные мембраны помогают поддерживать надлежащие электрические потенциалы.Натрий участвует в процессах активного транспорта через клеточные мембраны.
    • Потенциалы действия : Мобильность ионов натрия через мембраны делает их полезными для передачи нервных импульсов, связанных с нервными клетками.

    Магний присутствует в каждом типе клеток каждого организма. Ферменты магния необходимы для каталитического действия более чем 300 ферментов.

    • Mg 2+ -Ассоциация АТФ : АТФ, основной поставщик клеточной энергии, всегда связан с магнием.
    • Фотосинтез : Магний является ключевым компонентом хлорофилла и необходим для эффективности захвата световой энергии. Было обнаружено, что магний намного эффективнее любого другого иона металла, иногда в тысячи раз.

    Калий : Калий слабо связывается с органическими соединениями, а ионы калия малы и очень подвижны, идеально подходят для перемещения электрического заряда на высоких скоростях. Калий и натрий — единственные ионы, скорость которых не ограничена тенденцией связываться с органическими соединениями.

    • Транспорт через клеточные мембраны : Легкость и скорость движения через клеточные мембраны помогают поддерживать надлежащие электрические потенциалы. Калий участвует в процессах активного транспорта через клеточные мембраны.
    • Потенциалы действия : Мобильность ионов калия через мембраны делает их полезными для передачи нервных импульсов, связанных с нервными клетками.

    Марганец : Марганец играет важную роль в фотосинтезе растений.

    Железо : Один из наиболее важных металлов в биологических процессах, железо играет ключевую роль в транспорте кислорода гемоглобином, в транспорте электронов на пути к производству АТФ и является частью катализатора фиксации азота в растениях.

    • Гемоглобин : Железо является ключевым компонентом гемоглобина, который переносит кислород к клеткам внутри эритроцитов.

    • Фиксация азота в корнях растений является важным процессом для жизни.Фермент, содержащий железо и молибден, используется в процессе изготовления NH 3 из N 2 .
    • Цепь переноса электронов : Железо и медь являются ключевыми составляющими Комплекса IV в цепи переноса электронов. Они осуществляют перенос электронов на кислород для подготовки к заключительному этапу образования молекулы воды, а также переносят ионы водорода в межмембранное пространство митохондрий для процесса окислительного фосфорилирования и образования АТФ.Железо в форме комплексов Fe-S является частью комплекса I, комплекса II и комплекса III электрон-транспортной цепи как части пути проведения электронов по цепи.

    Кобальт : Кобальт и никель иногда называют реликвиями эволюции из-за их частого появления в древних анаэробных бактериях. Витамин B 12 содержит один атом кобальта. В настоящее время используются витамин B 12 -зависимые ферменты.

    • Витамин B 12 связан с рядом ферментов, содержащих кобальт.Это кофактор в синтезе ДНК, в метаболизме как жирных кислот, так и аминокислот. Он важен для нормального функционирования нервной системы благодаря его роли в синтезе миелина и созревании эритроцитов в костном мозге. Одним из применений является синтез кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы. В этом и других применениях кобальта могут быть заменены другие металлы.

    Медь : ключевой элемент в цепи переноса электронов, которая ведет к молекуле энергии АТФ в клетке.

    Цинк : Обычно в организме содержится только около 3 граммов цинка, но он присутствует в более чем 300 ферментах. Он играет решающую роль в преобразовании CO 2 в H 2 CO 3 для транспортировки в легкие.

    • Карбоангидраза представляет собой фермент, ключевым компонентом которого является цинк. Он участвует в превращении продукта метаболизма CO 2 в угольную кислоту H 2 CO 3 в эритроцитах для транспортировки в легкие. Когда эритроциты достигают легких, тот же фермент помогает преобразовать ионы бикарбоната обратно в углекислый газ, который мы выдыхаем.

    Молибден : Молибден является ключевым компонентом ионов металлов в четырех важных ферментах в нашем организме. Это ключевой ион металла, участвующий в фиксации азота в растениях.

    • Фиксация азота в корнях растений является жизненно важным процессом. Фермент, содержащий молибден, используется в процессе изготовления NH 3 из N 2 .
    Индекс

    Химия элементов

    Ссылки:

    Дентон Чудо клетки, гл. 6

    Крайтон

    Химический элемент — обзор

    Химия жизни в недрах образующихся звезд

    . Их относительное содержание в различных формах неживой и живой материи представлено в таблице 1 . Основные элементы жизни (водород, углерод, азот и кислород — из первого и второго периодов таблицы Менделеева) также наиболее распространены в космосе. Концентрация тяжелых элементов значительно выше в живом веществе. Сера и фосфор относятся к третьему периоду; как и первые четыре элемента, они могут образовывать множественные связи. Помимо обычных элементов, жизнь использует редкие для особых целей.

    Таблица 1. Содержание различных элементов в неодушевленном и живом материи

    99 66.8
    Content (% за вес)
    Chemical Elements солнечные материи атмосфера Oceant земной корка почва Растения Животные
    Водород (H) 72 10.7 1,6 3,1 10,0 11,0
    Гелий (He) 27
    кислорода (О) 0,28 20,97 85,8 56,2 66. 8 703555 703 65,0 65,0
    0,12 0,12 0,01 0,01 1,2 18,0 19,0
    0.05 78,08 0,26 0,06 0,9 3,0
    Магний (Mg) 0,01 0,13 1,46 0,37 0,08 0,05
    кремния ( SI) 0.01 0.01 23.05 19.41 19.41 0,24 0,24 0,24
    0,01 0,01 0,09 0,24 0.05 0,14 0,18
    Железо (Fe) 0,01 3,63 2,24 0,02 0,02
    Алюминий (Al) 6,3 4,18 0. 01
    Natrium (Na) 1,03 1.03 1.03 0.37 0.03 0,03 0,05 0,0553 Калий (K) 0.04 1,95 0,8 0,03 0,02
    кальция (Са) 0,04 2,58 0,81 0,03 0,03
    хлора (Cl) 1,93 0,02 0,01 0,01 0,02

    Чрезвычайно важным веществом для жизни является вода. Это универсальная среда для почти всех химических процессов жизни.По выражению Р. Дюбуа, «жизнь — это одушевленная вода».

    Маловероятно, что углерод может быть замещен кремнием, а вода аммиаком в некоторых внеземных формах жизни, как это описано в научной фантастике. Кремнийсодержащие полимеры неустойчивы в растворах, а оксид кремния является твердым и инертным веществом.

    Основу жизни составляют органические полимеры. Есть белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды. Все живые существа используют одни и те же виды макромолекул; это иллюстрация общих черт жизни.Полимеры передают такие жизненные функции, как обмен веществ, генетическая наследственность, рост и размножение, накопление энергии и преобразование.

    «Метаболизм» — это круговой процесс извлечения, преобразования и накопления энергии из питательных веществ. Это сложная сеть химических реакций, таких как реакции группового переноса и окислительно-восстановительные реакции, дегидратация, образование углерод-углеродных связей и т. д. Группы реакций образуют «катаболизм» (окислительное расщепление молекул) и «анаболизм» (восстановительный синтез). молекул), поддерживая метаболический «гомеостаз» (устойчивое состояние организма).

    Две ключевые группы макромолекул — это нуклеиновые кислоты («законодательный орган» — хранение и обработка информации) и белки («исполнительный орган» — метаболизм и поддержание нуклеиновых кислот).

    В обычной химии реакции протекают в результате теплового движения. В биохимии белки, называемые ферментами, участвуют в каталитических химических реакциях, протекающих очень специфическим и эффективным образом. Они имеют специальные активные центры, геометрически стимулирующие близость алгоритмических молекул и их взаимодействие.Под влиянием ферментов реакции могут протекать в условиях низкой температуры, хотя обычно они протекают только при высокой температуре: вне организма липиды и углеводы окисляются при температуре 400–500 °С; синтез аммиака из молекулярного азота протекает при температуре 500 °С и давлении 300–350 атм.

    Ферменты катализируют все биологические процессы жизни, но белки играют и другие роли в живом организме. Они составляют физическую основу тканей (коллаген), транспортных (гемоглобин), защитных (иммуноглобулин), регуляторных (гормоны) агентов.В организме человека насчитывается более 5 миллионов различных белков.

    Белки – результат полимеризации аминокислот: от нескольких десятков до многих сотен. Аминокислоты связаны ковалентными пептидными связями и образуют первичную структуру. Первичная нить упакована в пространственные вторичные и третичные структуры водородными связями. Некоторые белки (протомеры) могут образовывать четвертичную структуру (олигомеры). В белках живых организмов насчитывается 20 различных аминокислот.

    Нуклеиновые кислоты в живых организмах имеют две формы: рибонуклеиновую кислоту (РНК) и дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК).Это полимеры нуклеотидов, состоящие из азотистых оснований: двух пуринов (аденина и гуанина) и двух пиримидинов (тимина в ДНК или урацила в РНК и цитозина). РНК имеет спиральную первичную структуру и более сложную вторичную. ДНК образует двойную спираль из двух комплементарных макромолекул.

    Наследственная роль нуклеиновых кислот стала ясной в 1944 г., когда была открыта передача наследственных признаков. Триплет нуклеотидов («кодон») в ДНК или РНК кодирует аминокислоту. Наследственный код был расшифрован Дж.Д. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. Шестьдесят четыре различных триплета кодируют 20 аминокислот в соответствии с некоторыми правилами. Геном человека включает около 3,3 × 10 90 135 9  пар нуклеотидов.

    Одним из важнейших процессов в живых организмах является циклический процесс совместной репликации ДНК и белков: нуклеиновые кислоты хранят информацию о структуре ферментов, которые, в свою очередь, катализируют репликацию ДНК.

    РНК обладает некоторыми способностями к самокатализу, и существует представление о «мире РНК» как об одном из первых шагов формирования жизни.Саморепликация не очень надежна (1–10 % ошибок) и является объяснением формирования современной каталитической репликации (значительно меньше 10 −9 % ошибок), но естественный отбор РНК мог иметь место.

    Существует множество других органических веществ, чрезвычайно важных для жизни: углеводы, липиды, аденозинфосфаты и др. Теории о «сахарной модели» А. Вебера в 1997 г. или «липидном мире» Д. Сегре в 2001 г. отражают базовую роль эти вещества для жизнедеятельности.Необходимо подчеркнуть фундаментальную роль энергетических молекул, известных как аденозинтрифосфат (АТФ). Для начала циклического воспроизведения РНК или системы белков ДНК необходима энергия. Этим циклам, вероятно, предшествовал процесс синтеза АТФ; с этой точки зрения АТФ можно рассматривать как первую молекулу жизни.

    Организмы могут производить большинство необходимых химических веществ, хотя их несколько десятков, которые должны поступать извне. Все вещества, особенно белки, постоянно разрушаются и синтезируются, обновляя свой состав.

    Химия жизни/Клетка

    Химия жизни/Клетка

    Введение

    Биохимия – это изучение молекул и химических реакции жизни.

    Основные игроки:

    Friedrich Wohler — синтез мочевины, органическое соединение, нагреванием неорганического соединения нитрата аммония. Показан впервые что органическое («живое») соединение может быть синтезировано из неорганического («неживое») соединение.

    Эдуард Бюхнер — идентификация ферментов как катализаторов биологических реакций. Показал, что экстракты дрожжевых клеток могут катализировать ферментация сахара до спирта и углекислого газа.

    Эмиль Фишер — при катализе фермент и его субстрат (реагент) объединяются с образованием промежуточного соединения. Только молекула с подходящим структура может служить субстратом для данного фермента…. специфичность.

    Герти Кори и Карл Кори- вместе получили Нобелевскую премию в 1947 году за открытие цикла Кори

    Химия жизни

    Элементы, обнаруженные в организме человека:

    ЭЛЕМЕНТ

    Содержание в организме (% сухого веса)

    Биомолекулярный Примеры

    Углерод (С)

    Кислород (О)

    Водород (Н)

    50. 0

    20,0

    10,0

    Белки, Углеводы, ДНК/РНК, липиды, гем
    Азот (N) 8,0 Белок, ДНК/РНК, Гем
    Кальций (Ca) 4,0 Кость
    Фосфор (P) 2,5 Кость, липиды, ДНК/РНК
    Калий (К) 1.0 Электролит
    Сера (S) 0,8 Белки
    Натрий (Na) 0,4 Электролит
    Хлорид (Кл ) 0,4 Электролит
    Магний (Mg) 0,1 ДНК/РНК, белки
    Железо (Fe) 0.01 Белки, Гем

    Четыре наиболее распространенных и важных: Углерод (C), Кислород (O), Водород (H) и Азот (N)

    Они составляют большинство атомов в ЧЕТЫРЕХ классы молекул, обнаруженные в организме человека:

    1. белки

    2. углеводы

    3.нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК)

    4. липиды (включая жир)

    Класс молекулы Состав Роль в организме человека
    Липиды С, Н, О (Н, П) Мембранная структура, топливо, Хранение топлива
    Углеводы (CHO) С, Н, О (Н) Топливо, Хранение топлива, Ячейка-ячейка Признание
    Белки С, Н, О, Н (С) Ферменты, Структура ткани, Топливо
    Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) С, Н, О, Н, Р Хранилище генетической информации и передача

     

    Тоже важно…

    Фосфор — нуклеиновые кислоты

    Кальций

  • 6, фосфор-скелет

    натрий, калий, хлорид

    6-концевые жидкости (электролиты)

    Magnesium 6 -DNA и РНК

    Iron 6 -HEME (участвует в связывающий кислород)

  • Ковалентные связи: Обзор .

    Ковалентные связи являются основным структурным каркасом белков, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты.

    Кислород обладает сильным притяжением для завершения электронов. его внешняя оболочка.

    т.е. кислород более электроотрицательный, чем водород. Результат: кислород будет иметь частичный отрицательный заряд, а водород станет частично положительный.—POLAR

    Ионные связи: Обзор…..

    Экстремальные различия в электроотрицательности между элементами ведут до ионных связей.

    Ионы действительно могут дрейфовать друг от друга, особенно в полярном растворителе. например вода.

    В биологических системах, где вода является растворителем Na и Cl почти всегда существуют в виде отдельных ионов.

    Вода:

    Самая важная биологическая молекула.

    Важная особенность: Способность к образованию водородных связей

    Способность воды к водородной связи:

    1.придает воде большую когезию и устойчивость к испарению.

    2. позволяет сольватировать биомолекулы.

     

    Гидрофобный:

    «водобоязненный», т.е. длинноцепочечный углеводород

    Гидрофильный:

    «водолюбивый», т.е. ионный, полярные соединения

    Амфифильный:

    оба «боязнь воды» и «водолюбивый»

    Молекулы, содержащие как «гидрофильные», так и и «гидрофобная» область, т. е.е.

    «Толстяк Кислота»

    Обзор функциональных групп, важных для изучения биохимии:

    Клетка

    Базовая единица жизни…

    Каждый организм состоит из одна ячейка или несколько ячеек.

    Существует два основных класса ячеек:

    Эукариот — сложная внутренняя структура, включающая заметное ядро.

    Прокариотические — менее сложны и намного меньше.

    Прокариотические клетки:

    Обычно одноклеточные организмы, такие как бактерии.

    Кишечная палочка-

    1. не имеет ядра, большая молекула ДНК упакована в нуклеоидный участок .

    2. Клеточная стенка — из сетки ковалентно связанные углеводные и пептидные цепи.

    Эукариотические клетки:

    Включая растения, животных, грибы.

    Ядро: Центр управления клеткой, содержащий 95% ДНК.

    Репликация ДНК и транскрипция ДНК в РНК.

    Эндоплазматический ретикулум (ER):

    Водная область, заключенная в ЭР – просвет.

    Синтез/экспорт белка.

    Многие ферментные системы участвуют в метаболизм липидов.

    Аппарат Гольджи: Модификация белков/сортировка/упаковка/транспортировка.

    Митохондрии: Центральная роль в передаче энергии.

    Окислительный энергетический обмен.

    Хлоропласты: Участки фотосинтеза в растения и водоросли.

    Митохондриальная матрица: Внутренняя митохондриальная матрица мембрана и матрикс содержат многие ферменты, участвующие в аэробный энергетический обмен.

    Участки биохимических процессов в Сотовый:

     

    © Доктор Ноэль Штурм 2020


    Отказ от ответственности: взгляды и мнения, выраженные на неофициальных страницах штата Калифорния Университет, преподаватели, сотрудники или студенты Домингес-Хиллз строго принадлежат авторы страницы.Содержание этих страниц не было проверено или одобрен Калифорнийским государственным университетом, Домингес-Хиллз.

    HS-LS1-6 От молекул к организмам: структуры и процессы

    Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

    HS-LS1-6. [Пояснительное заявление: Акцент делается на использовании данных из моделей и симуляций для поддержки объяснений.] [ Границы оценки: Оценка не включает детали конкретных химических реакций или идентификацию макромолекул. ]
    Приведенные выше ожидаемые результаты были разработаны с использованием следующих элементов из документа NRC A Framework for K-12 Science Education :

    Научная и инженерная практика 9006

    Построение объяснений и разработка решений

    Построение объяснений и разработка решений в 9–12 базируется на опыте K–8 и переходит к объяснениям и проектам, которые поддерживаются многочисленными и независимыми источниками доказательств, созданными учащимися, в соответствии с научными идеями, принципами и теориями.

    Основные дисциплинарные идеи

    LS1.C: Организация потоков материи и энергии в организмах

    Сквозные концепции

    Энергия и материя

    Соединения с другими DCI в этом диапазоне оценок:

    HS.PS1.B

    Артикуляция DCI по классам:

    MS. PS1.A ; МС.PS1.B ; MS.PS3.D ; MS.LS1.C ; МС.ESS2.E

    Соединения общих стандартов основного состояния:

    ELA/Грамотность —
    RST.11-12.1 Приведите конкретные текстовые доказательства в поддержку анализа научных и технических текстов, обращая внимание на важные различия, которые делает автор, а также любые пробелы или несоответствия в изложении. (HS-LS1-6)
    WHST.9-12.2 Написание информативных/пояснительных текстов, включая повествование об исторических событиях, научных процедурах/экспериментах или технических процессах. (HS-LS1-6)
    WHST.9-12.5 Развивайте и совершенствуйте письменность по мере необходимости, планируя, пересматривая, редактируя, переписывая или пробуя новый подход, уделяя особое внимание тому, что наиболее важно для конкретной цели. и аудитория. (HS-LS1-6)
    WHST. 9-12.9 Привлекайте доказательства из информационных текстов для поддержки анализа, размышлений и исследований.(HS-LS1-6)

    Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

    HS-LS1-6. [Уточняющее заявление: Акцент делается на использовании данных моделей и симуляций для поддержки объяснений.] [ Границы оценки: Оценка не включает детали конкретных химических реакций или идентификацию макромолекул. ]
    Приведенные выше ожидаемые результаты были разработаны с использованием следующих элементов из документа NRC Структура научного образования K-12 :

    Научная и инженерная практика

    Построение объяснений и разработка решений

    Построение объяснений и разработка решений в 9–12 базируется на опыте K–8 и переходит к объяснениям и проектам, которые поддерживаются многочисленными и независимыми источниками доказательств, созданными учащимися, в соответствии с научными идеями, принципами и теориями.

    Основные дисциплинарные идеи

    LS1.C: Организация потоков материи и энергии в организмах

    Сквозные концепции

    Энергия и материя

    Соединения с другими DCI в этом диапазоне оценок:

    HS.PS1.B

    Артикуляция DCI по классам:

    MS.PS1.A ; МС.PS1.B ; MS.PS3.D ; MS.LS1.C ; МС.ESS2.E

    Соединения общих стандартов основного состояния:

    ELA/Грамотность —
    RST.11-12.1 Приведите конкретные текстовые доказательства в поддержку анализа научных и технических текстов, обращая внимание на важные различия, которые делает автор, а также любые пробелы или несоответствия в изложении. (HS-LS1-6)
    WHST.9-12.2 Написание информативных/пояснительных текстов, включая повествование об исторических событиях, научных процедурах/экспериментах или технических процессах. (HS-LS1-6)
    WHST.9-12.5 Развивайте и совершенствуйте письменность по мере необходимости, планируя, пересматривая, редактируя, переписывая или пробуя новый подход, уделяя особое внимание тому, что наиболее важно для конкретной цели. и аудитория. (HS-LS1-6)
    WHST.9-12.9 Привлекайте доказательства из информационных текстов для поддержки анализа, размышлений и исследований.(HS-LS1-6)

    Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

    HS-LS1-6. [Уточняющее заявление: Акцент делается на использовании данных моделей и симуляций для поддержки объяснений.] [ Границы оценки: Оценка не включает детали конкретных химических реакций или идентификацию макромолекул. ]
    Приведенные выше ожидаемые результаты были разработаны с использованием следующих элементов из документа NRC Структура научного образования K-12 :

    Научная и инженерная практика

    Построение объяснений и разработка решений

    Построение объяснений и разработка решений в 9–12 базируется на опыте K–8 и переходит к объяснениям и проектам, которые поддерживаются многочисленными и независимыми источниками доказательств, созданными учащимися, в соответствии с научными идеями, принципами и теориями.

    Основные дисциплинарные идеи

    LS1.C: Организация потоков материи и энергии в организмах

    Сквозные концепции

    Энергия и материя

    Соединения с другими DCI в этом диапазоне оценок:

    HS.PS1.B

    Артикуляция DCI по классам:

    MS.PS1.A ; МС.PS1.B ; MS.PS3.D ; MS.LS1.C ; МС.ESS2.E

    Соединения общих стандартов основного состояния:

    ELA/Грамотность —
    RST.11-12.1 Приведите конкретные текстовые доказательства в поддержку анализа научных и технических текстов, обращая внимание на важные различия, которые делает автор, а также любые пробелы или несоответствия в изложении. (HS-LS1-6)
    WHST.9-12.2 Написание информативных/пояснительных текстов, включая повествование об исторических событиях, научных процедурах/экспериментах или технических процессах. (HS-LS1-6)
    WHST.9-12.5 Развивайте и совершенствуйте письменность по мере необходимости, планируя, пересматривая, редактируя, переписывая или пробуя новый подход, уделяя особое внимание тому, что наиболее важно для конкретной цели. и аудитория. (HS-LS1-6)
    WHST.9-12.9 Привлекайте доказательства из информационных текстов для поддержки анализа, размышлений и исследований.(HS-LS1-6)

    * Ожидаемые результаты, отмеченные звездочкой, объединяют традиционное научное содержание с инженерным делом посредством основной идеи практики или дисциплины.

    Раздел, озаглавленный «Основные дисциплинарные идеи», дословно воспроизводится из  Структура естественнонаучного образования K-12: практика, сквозные концепции и основные идеи . Интегрировано и перепечатано с разрешения Национальной академии наук.

    Essential Elements

    Более 95 процентов сухой массы цветкового растения состоит из трех элементов — углерода, водорода и кислорода — взятых из воздуха и воды. Остальные 5 процентов сухого веса составляют химические вещества, поглощаемые почвой. Корни поглощают химические вещества, присутствующие в их окружении, но только 14 из поглощаемых элементов необходимы для роста растений. Эти 14 элементов, наряду с углеродом, водородом и кислородом, называются 17 незаменимыми неорганическими питательными веществами или элементами .Некоторые из основных элементов необходимы в больших количествах, чем другие, и называются макроэлементами ; те, которые необходимы в меньших количествах, это микроэлементов . Все элементы нужны в определенных количествах. Отметим, что среди физиологов растений ведутся споры о роли никеля в питании растений. Поскольку многие физиологи исключают его как незаменимый, в некоторых учебниках списки, подобные приведенному ниже, состоят только из 16 основных неорганических питательных веществ. 17 это:

    • Макронутриенты, поглощаемые из воздуха: кислород, углерод и водород.
    • Макроэлементы, поглощаемые из почвы: азот, калий, магний, фосфор, кальций и сера.
    • Микроэлементы из почвы: железо, бор, хлор, марганец, цинк, медь, молибден и никель.

    Элемент является незаменимым, если он: 1) необходим для нормального роста и размножения; 2.) не может быть заменен другим элементом; 3.) может быть показано как часть молекулы, явно необходимой для структуры или метаболизма растения.

    Растения используют элементы в различных количествах и формах, одни в виде катионов, другие в виде анионов. Почти все элементы используются по-разному, например, как катализаторы ферментативных реакций (либо как часть структуры фермента, либо как регуляторы или активаторы), как регуляторы движения воды в клетку или из нее и поддержания тургора. давление, как регуляторы проницаемости мембраны, как структурные компоненты клетки или рецепторов электронов в системе транспорта электронов, или как буферы (поддерживающие рН внутри клеток).

    Две трети всех встречающихся в природе химических элементов обнаружены в растениях. Известно, что некоторые странные виды используются определенными видами в обмене веществ, но другие, функция которых неизвестна, накапливаются, по-видимому, потому, что они присутствуют в почве, из которой растение извлекает воду и ионы. Эти бесполезные химические вещества изолируются в клеточных вакуолях в виде кристаллов или нерастворимых соединений и остаются в растении на протяжении всей его жизни. Таким образом, растения могут быть полезны при обнаружении месторождений полезных ископаемых, например.грамм. золото или уран, и использовались современными старателями, которые собирают растительность на участке и проводят спектроскопический анализ тканей. Некоторые растения растут только в почвах, в которых присутствует определенный элемент, и о них говорят, что они являются растениями-индикаторами этого элемента.

    В таблице показана роль основных элементов в питании растений.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.