Содержание

БиологиЯ : Химический состав клетки

Основные термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работеазотистые основания, активный центр фермента, гидрофильность, гидрофобность, аминокислоты, АТФ, белки, биополимеры, денатурация, ДНК, дезоксирибоза, комплементарность, липиды, мономер, нуклеотид, пептидная связь, полимер, углеводы, рибоза, РНК, ферменты, фосфолипиды.

 Неорганические вещества клетки

В состав клетки входит около 70 элементов периодической системы элементов Менделеева,а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы:

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

микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;

ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.

В состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.

Неорганические соединения клетки – вода и неорганические ионы.

Неорганические вещества клетки
Вода   составляет 70–80% массы клетки

  1. Придаёт клетке упругость и объём
  2. Универсальный растворитель
  3. Водные растворы образуют внутреннюю среду клетки
  4. Средство транспорта для растворённых веществ в клетку и из неё
  5. Служит средой, в которой протекают химические реакции
  6. Является ускорителем многих химических процессов
  7. Обеспечивает теплоёмкость
  8. Обладает высокой теплопроводностью
  9. Участвует в терморегуляции живых организмов
Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.

Физические свойства воды: так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ. Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными. Вещества, нерастворимые в воде называются гидрофобными.

Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Вспомните, как долго нагревается до кипения чайник. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме.

Для испарения воды необходима достаточно большая энергия. Температура кипения воды выше, чем у многих других веществ. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.

Водородные связи обуславливают вязкость воды и сцепление ее молекул с молекулами других веществ. Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создается пленка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.

При охлаждении движение молекул воды замедляется. Количество водородных связей между молекулами становится максимальным. Наибольшей плотности вода достигает при 4 Сº. При замерзании вода расширяется (необходимо место для образования водородных связей) и ее плотность уменьшается. Поэтому лед плавает.

Биологические функции воды. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.

Вода – активный участник реакций обмена веществ.

Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме. Эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке.

Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слезы, желчь, сперма и т.д.

Неорганические ионы. К неорганическим ионам клетки относятся: катионы K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3+ и анионы Cl, NO3-, Н2PO4-, NCO3-, НPO42-.
Минеральные соли    составляют 1–1,5% общей массы клетки
Присутствуют в виде ионов или твёрдых нерастворимых солей
Создают кислую или щелочную реакцию среды
Ca2+ входит в состав костей и зубов, участвует в свёртывании крови
K+ и 

Na+ обеспечивают раздражимость клеток
Cl входит в состав желудочного сока
Mg2+ содержится в хлорофилле
 компонент тироксина (гормона щитовидной железы)
Fe2+ входит в состав гемоглобина
CuMnB участвуют в кроветворении, фотосинтезе, влияют на рост растений

Разность между количеством катионов и анионов (Nа+ , Ка+, Сl-) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6—9.

Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7—4.

Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот. Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих. Ионы кальция входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть А

А1. Полярностью воды обусловлена ее способность

1) проводить тепло 3) растворять хлорид натрия

2) поглощать тепло 4) растворять глицерин

А2. Больным рахитом детям необходимо давать препараты, содержащие

1) железо 2) калий 3) кальций 4) цинк

А3. Проведение нервного импульса обеспечивается ионами:

1) калия и натрия 3) железа и меди

2) фосфора и азота 4) кислорода и хлора

А4. Слабые связи между молекулами воды в ее жидкой фазе называются:

1) ковалентными 3) водородными

2) гидрофобными 4) гидрофильными

А5. В состав гемоглобина входит

1) фосфор 2) железо 3) сера 4) магний

А6. Выберите группу химических элементов, обязательно входящую в состав белков

1) Na, K, O, S

2) N, P, C, Cl

3) C, S, Fe, O

4) C, H, O, N

А7. Пациентам с гипофункцией щитовидной железы дают препараты, содержащие

1) йод

2) железо

3) фосфор

4) натрий

Часть В

В1. Выберите функции воды в клетке

1) энергетическая 4) строительная

2) ферментативная 5) смазывающая

3) транспортная 6) терморегуляционная

В2. Выберите только физические свойства воды

1) способность к диссоциации

2) гидролиз солей

3) плотность

4) теплопроводность

5) электропроводность

6) донорство электронов

Часть С

С1. Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение?

Ответы Неорганические вещества клетки. Часть А. А1 – 3. А2 – 3. А3 – 1. А4 – 3. А5 – 2. А6 – 4. А7 – 1.

Часть В. В1 – 3, 5, 6. В2– 3, 4, 5.

Часть С. С1 Высокая температура кипения предохраняет организм от перегрева. Способность к образованию льда, плотность которого меньше плотности воды в жидком состоянии. Поэтому лед плавает. Слой льда в глубоких, не промерзающих до дна водоемах, предохраняет организмы от замерзания. Электропроводность воды обеспечивает передачу нервного импульса в организме. Переход воды в газообразное состояние позволяет организму испарять тепло. Если бы этого не было, температура футболиста или хоккеиста повысилась бы более чем на 11 Сº. (Элементы ответа можно расширить, приводя дополнительные примеры.)

Органические вещества клетки. Углеводы, липиды

Углеводы. Общая формула Сn (H2O)n. Следовательно, углеводы содержат в своем составе только три химических элемента.

Растворимые в воде углеводы.

Функции растворимых углеводов: транспортная, защитная, сигнальная, энергетическая.

Моносахариды: глюкоза – основной источник энергии для клеточного дыхания. Фруктоза – составная часть нектара цветов и фруктовых соков. Рибоза и дезоксирибоза – структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК.

Дисахариды: сахароза (глюкоза + фруктоза) – основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях. Лактоза (глюкоза + галактоза) – входит в состав молока млекопитающих. Мальтоза (глюкоза + глюкоза) – источник энергии в прорастающих семенах.

Полимерные углеводы: крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Они не растворимы в воде.

Функции полимерных углеводов

: структурная, запасающая, энергетическая, защитная.

Крахмал состоит из разветвленных спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.

Целлюлоза – полимер, образованный остатками глюкозы, состоящими из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток.

Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы. Основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Гликоген – запасное вещество животной клетки. Гликоген еще более ветвистый, чем крахмал и хорошо растворимы в воде.

Липиды – сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях. Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода. Виды липидов: жиры, воска, фосфолипиды. Функции липидов: запасающая – жиры, откладываются в запас в тканях позвоночных животных.Энергетическая – половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров. Жиры используются и как источник воды. Энергетический эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж, что в два раза больше энергетического эффекта от расщепления 1 г глюкозы или белка. 

Защитная – подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений. Структурная – фосфолипиды входят в состав клеточных мембран. Теплоизоляционная – подкожный жир помогает сохранить тепло. Электроизоляционная – миелин, выделяемый клетками Шванна (образуют оболочки нервных волокон), изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов. Питательная – некоторые липидоподобные вещества способствуют наращиванию мышечной массы, поддержанию тонуса организма. Смазывающая – воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот. Гормональная – гормон надпочечников – кортизон и половые гормоны имеют липидную природу.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИИ
Часть А

А1. Мономером полисахаридов может быть:

1) аминокислота 3) нуклеотид

2) глюкоза 4) целлюлоза

А2. В клетках животных запасным углеводом является:

1) целлюлоза 3) хитин

2) крахмал 4) гликоген

А3. Больше всего энергии выделится при расщеплении:

1) 10 г белка 3) 10 г жира

2) 10 г глюкозы 4) 10 г аминокислоты

А4. Какую из функций липиды не выполняют?

энергетическую 3) изоляционную

каталитическую 4) запасающую

А5. Липиды можно растворить в:

1) воде 3) соляной кислоте

2) растворе поваренной соли 4) ацетоне

Часть В

В1. Выберите особенности строения углеводов

1) состоят из остатков аминокислот

2) состоят из остатков глюкозы

3) состоят из атомов водорода, углерода и кислорода

4) некоторые молекулы имеют разветвленную структуру

5) состоят из остатков жирных кислот и глицерина

6) состоят из нуклеотидов

В2. Выберите функции, которые углеводы выполняют в организме

1) каталитическая 4)строительная

2) транспортная 5) защитная

3) сигнальная 6) энергетическая

ВЗ. Выберите функции, которые липиды выполняют в клетке

1) структурная 4) ферментативная

2) энергетическая 5) сигнальная

3) запасающая 6) транспортная

Часть С

С1. Почему в организме не накапливается глюкоза, а накапливается крахмал и гликоген?

С2. Почему именно мыло смывает жир с рук?

Ответы Органические вещества клетки. Углеводы, липиды.Часть А. А1 – 2. А2 – 4. А3 – 3. А4 – 2. А5 – 4.

Часть В. В1 – 2, 3, 4. В2 – 3, 4, 6. ВЗ – 1, 2, 3. В4. А – 1; Б – 1; В – 2; Г – 2; Д – 2; Е – 1.

Часть С. С1 Молекулы глюкозы слишком малы и легко диффундируют через клеточные мембраны. Крупные же молекулы не проходят через мембраны и откладываются в запас.

С2 Мыло содержит жирные кислоты. Один конец у молекулы жира гидрофобный, а другой гидрофильный. Молекулы мыла растворяют капельки жира (гидрофобными концами), а вода удаляет эти растворы с кожи рук, соприкосаясь гидрофильными концами молекул жира.

Белки, их строение и функции

Белки – это биологические гетерополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Белки синтезируются в живых организмах и выполняют в них определенные функции.

В состав белков входят атомы углерода, кислорода, водорода, азота и иногда серы. Мономерами белков являются аминокислоты – вещества, имеющие в своем составе неизменяемые части аминогруппу NH2 и карбоксильную группу СООН и изменяемую часть – радикал. Именно радикалами аминокислоты отличаются друг от друга. Аминокислоты обладают свойствами кислоты и основания (они амфотерны), поэтому могут соединяться друг с другом. Их количество в одной молекуле может достигать нескольких сотен. Чередование разных аминокислот в разной последовательности позволяет получать огромное количество различных по структуре и функциям белков.

В белках встречается 20 видов различных аминокислот, некоторые из которых животные синтезировать не могут. Они получают их от растений, которые могут синтезировать все аминокислоты. Именно до аминокислот расщепляются белки в пищеварительных трактах животных. Из этих аминокислот, поступающих в клетки организма, строятся его новые белки.

Структура белковой молекулы. Под структурой белковой молекулы понимают ее аминокислотный состав, последовательность мономеров и степень скрученности молекулы, которая должна умещаться в различных отделах и органоидах клетки, причем не одна, а вместе с огромным количеством других молекул.

Последовательность аминокислот в молекуле белка образует его первичную структуру. Она зависит от последовательности нуклеотидов в участке молекулы ДНК (гене), кодирующем данный белок. Соседние аминокислоты связаны пептидными связями, возникающими между углеродом карбоксильной группы одной аминокислоты и азотом аминогруппы другой аминокислоты.

Длинная молекула белка сворачивается и приобретает сначала вид спирали. Так возникает вторичная структура белковой молекулы. Между СО и NH – группами аминокислотных остатков, соседних витков спирали, возникают водородные связи, удерживающие цепь.

Молекула белка сложной конфигурации в виде глобулы (шарика), приобретает третичную структуру. Прочность этой структуры обеспечивается гидрофобными, водородными, ионными и дисульфидными S-S связями.

Некоторые белки имеют четвертичную структуру, образованную несколькими полипептидными цепями (третичными структурами). Четвертичная структура так же удерживается слабыми нековалентными связями – ионными, водородными, гидрофобными. Однако прочность этих связей невелика и структура может быть легко нарушена. При нагревании или обработке некоторыми химическими веществами белок подвергается денатурации и теряет свою биологическую активность. Нарушение четвертичной, третичной и вторичной структур обратимо. Разрушение первичной структуры необратимо.

В любой клетке есть сотни белковых молекул, выполняющих различные функции. Кроме того, белки имеют видовую специфичность. Это означает, что каждый вид организмов обладает белками, не встречающимися у других видов. Это создает серьезные трудности при пересадке органов и тканей от одного человека к другому, при прививках одного вида растений на другой и т.д.

Функции белковКаталитическая (ферментативная) – белки ускоряют все биохимические процессы, идущие в клетке: расщепление питательных веществ в пищеварительном тракте, участвуют в реакциях матричного синтеза. Каждый фермент ускоряет одну и только одну реакцию (как в прямом, так и в обратном направлении). Скорость ферментативных реакций зависит от температуры среды, уровня ее рН, а также от концентраций реагирующих веществ и концентрации фермента.

Транспортная – белки обеспечивают активный транспорт ионов через клеточные мембраны, транспорт кислорода и углекислого газа, транспорт жирных кислот.

Защитная – антитела обеспечивают иммунную защиту организма; фибриноген и фибрин защищают организм от кровопотерь.

Структурная – одна из основных функций белков. Белки входят в состав клеточных мембран; белок кератин образует волосы и ногти; белки коллаген и эластин – хрящи и сухожилия.

Сократительная – обеспечивается сократительными белками – актином и миозином.

Сигнальная – белковые молекулы могут принимать сигналы и служить их переносчиками в организме (гормонами). Следует помнить, что не все гормоны являются белками.

Энергетическая – при длительном голодании белки могут использоваться в качестве дополнительного источника энергии после того, как израсходованы углеводы и жиры.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть А

А1. Последовательность аминокислот в молекуле белка зависит от:

1) структуры гена 3) их случайного сочетания

2) внешней среды 4) их строения

А2. Человек получает незаменимые аминокислоты путем

1) их синтеза в клетках 3) приема лекарств

2) поступления с пищей 4) приема витаминов

А3. При понижении температуры активность ферментов

1) заметно повышается

2) заметно понижается

3) остается стабильной

4) периодически изменяется

А4. В защите организма от кровопотерь участвует

1) гемоглобин 3) фибрин

2) коллаген 4) миозин

А5. В каком из указанных процессов белки не участвуют?

  1. обмен веществ
  2. кодирование наследственной информации
  3. ферментативный катализ
  4. транспорт веществ

Часть В

В1. Выберите функции, характерные для белков

1) каталитическая 4) транспортная

2) кроветворная 5) рефлекторная

3) защитная 6) фотосинтетическая

Часть С

С1. Почему продукты хранят в холодильнике?

С2. Почему продукты, подвергшиеся тепловой обработке, хранятся дольше?

СЗ. Объясните понятие «специфичность» белка, и какое биологическое значение имеет специфичность?

С4. Прочитайте текст, укажите номера предложений, в которых допущены ошибки и объясните их 1) Большая часть химических реакций в организме катализируется ферментами. 2) Каждый фермент может катализировать множество типов реакций. 3) У фермента есть активный центр, геометрическая форма которого изменяется в зависимости от вещества, с которым фермент взаимодействует. 4) Примером действия фермента может быть разложение мочевины уреазой. 5) Мочевина разлагается на двуокись углерода и аммиак, которым пахнет кошачий лоток с песком. 6) За одну секунду уреаза расщепляет до 30 ООО молекул мочевины, в обычных условиях на это потребовалось бы около 3 млн лет.

Ответы Белки, их строение и функции. Часть А. А1 – 1. А2 – 2. А3 – 2. А4 – 3. А5 – 2.

Часть В. В1 – 1, 3, 4. В2. А – 2; Б – 1; В – 2; Г – 1; Д – 2; Е – 1.

Часть С. С1 В Элементы ответа: низкие температуры замедляют активность бактериальных ферментов, вызывающих порчу продуктов.

С2 При тепловой обработке белок денатурируется, и активность бактериальных ферментов подавляется.

СЗ Специфичность или индивидуальность означает, что белки одного организма отличаются от белков другого организма по последовательности аминокислот. Например, гемоглобин человека немного отличается от гемоглобина шимпанзе, но это не влияет на его функции.

С4 Ошибки допущены в предложениях 2, 3. 1) (2) Каждый фермент катализирует один тип реакций. 2) (3) Геометрическая форма активного центра постоянна, т.к. фермент взаимодействует с конкретным веществом (субстратом).

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты были открыты в 1868 г. швейцарским ученым Ф. Мишером. В организмах существует несколько видов нуклеиновых кислот, которые встречаются в различных органоидах клетки – ядре, митохондриях, пластидах. К нуклеиновым кислотам относятся ДНК, и-РНК, т-РНк, р-РНК.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – линейный полимер, имеющий вид двойной спирали, образованной парой антипараллельных комплементарных (соответствующих друг другу по конфигурации) цепей. Пространственная структура молекулы ДНК была смоделирована американскими учеными Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком в 1953 г.

Мономерами ДНК являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид ДНК состоит из пуринового (А – аденин или Г – гуанин) или пиримидинового (Т – тимин или Ц – цитозин) азотистого основанияпятиуглеродного сахара – дезоксирибозы и фосфатной группы.

Нуклеотиды в молекуле ДНК обращены друг к другу азотистыми основаниями и объединены парами в соответствии с правилами комплементарности: напротив аденина расположен тимин, напротив гуанина – цитозин. Пара А – Т соединена двумя водородными связями, а пара Г – Ц – тремя. При репликации (удвоении) молекулы ДНК водородные связи рвутся и цепи расходятся и на каждой из них синтезируется новая цепь ДНК. Остов цепей ДНК образован сахарофосфатными остатками.

Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК определяет ее специфичность, а также специфичность белков организма, которые кодируются этой последовательностью. Эти последовательности индивидуальны и для каждого вида организмов, и для отдельных особей.

Пример: дана последовательность нуклеотидов ДНК : ЦГА – ТТА – ЦАА.

На информационной РНК (и-РНК) будет синтезирована цепь ГЦУ – ААУ – ГУУ, в результате чего выстроится цепочка аминокислот: аланин – аспарагин – валин.

При замене нуклеотидов в одном из триплетов или их перестановке этот триплет будет кодировать другую аминокислоту, а следовательно изменится и белок, кодируемый данным геном. (Воспользовавшись школьным учебником, попытайтесь убедиться в этом.) Изменения в составе нуклеотидов или их последовательности называются мутацией.

Рибонуклеиновая кислота (РНК) – линейный полимер, состоящий из одной цепи нуклеотидов. В составе РНК тиминовый нуклеотид замещен на урациловый (У). Каждый нуклеотид РНК содержит пятиуглеродный сахар – ри– бозу, одно из четырех азотистых оснований и остаток фосфорной кислоты.

Виды РНК. Матричная, или информационная, РНК. Синтезируется в ядре при участии фермента РНК-полимеразы. Комплементарна участку ДНК, на котором происходит синтез. Ее функция – снятие информации с ДНК и передача ее к месту синтеза белка – на рибосомы. Составляет 5% РНК клетки. Рибосомная РНК – синтезируется в ядрышке и входит в состав рибосом. Составляет 85% РНК клетки. Транспортная РНК (более 40 видов). Транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка. Имеет форму клеверного листа и состоит из 70—90 нуклеотидов.

Аденозинтрифосфорная кислота – АТФ. АТФ представляет собой нуклеотид, состоящий из азотистого основания – аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, в двух из которых запасается большое количество энергии. При отщеплении одного остатка фосфорной кислоты освобождается 40 кДж/моль энергии. Сравните эту цифру с цифрой, обозначающей количество выделенной энергии 1 г глюкозы или жира. Способность запасать такое количество энергии делает АТФ ее универсальным источником. Синтез АТФ происходит в основном в митохондриях.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть А

А1. Мономерами ДНК и РНК являются

1) азотистые основания 3) аминокислоты

2) фосфатные группы 4) нуклеотиды

А2. Функция информационной РНК:

1) удвоение информации

2) снятие информации с ДНК

3) транспорт аминокислот на рибосомы

4) хранение информации

А3. Укажите вторую цепь ДНК, комплементарную первой: АТТ – ГЦЦ – ТТГ

1) УАА – ТГГ – ААЦ 3) УЦЦ – ГЦЦ – АЦГ

2) ТАА – ЦГГ – ААЦ 4) ТАА – УГГ – УУЦ

А4. Подтверждением гипотезы, предполагающей, что ДНК является генетическим материалом клетки, служит:

1) количество нуклеотидов в молекуле

2) индивидуальность ДНК

3) соотношение азотистых оснований (А = Т, Г= Ц)

4) соотношение ДНК в гаметах и соматических клетках (1:2)

А5. Молекула ДНК способна передавать информацию благодаря:

1) последовательности нуклеотидов

2) количеству нуклеотидов

3) способности к самоудвоению

4) спирализации молекулы

А6. В каком случае правильно указан состав одного из нуклеотидов РНК

1) тимин – рибоза – фосфат

2) урацил – дезоксирибоза – фосфат

3) урацил – рибоза – фосфат

4) аденин – дезоксирибоза – фосфат

Часть В

В1. Выберите признаки молекулы ДНК

1) Одноцепочная молекула

2) Нуклеотиды – АТУЦ

3) Нуклеотиды – АТГЦ

4) Углевод – рибоза

5) Углевод – дезоксирибоза

6) Способна к репликации

В2. Выберите функции, характерные для молекул РНК эукариотических клеток

1) распределение наследственной информации

2) передача наследственной информации к месту синтеза белков

3) транспорт аминокислот к месту синтеза белков

4) инициирование репликации ДНК

5) формирование структуры рибосом

6) хранение наследственной информации

Часть С

С1. Установление структуры ДНК позволило решить ряд проблем. Какие, по вашему мнению, это были проблемы и как они решились в результате этого открытия?

С2. Сравните нуклеиновые кислоты по составу и свойствам.

Ответы Нуклеиновые кислоты. Часть А. А1 – 4. А2 – 2. А3 – 2. А4 – 4. А5 – 3. А6 – 3.

Часть В. В1 – 3, 5, 6. В2 – 2, 3, 5.

Часть С. С1

1) Проблема хранения наследственной информации. Решение: ДНК состоит из нуклеотидов, последовательность которых хранит и кодирует наследственную информацию.

2) Проблема передачи информации. Решение: ДНК состоит из двух комплементарных цепей и способна к самоудвоению с последующим расхождением по клетке. Решение – сначала наследственная информация удваивается, а затем передается потомству в первоначальном виде.

3) Проблема разнообразия наследственной информации. Каким образом всего 4 нуклеотида определяют различия между организмами? Решение: Количество нуклеотидов в ДНК насчитывает сотни тысяч. Они могут чередоваться в различной последовательности. Новая последовательность нуклеотидов определяет новый набор генетических признаков организма.

С2 1) ДНК – спираль, состоящая из двух комплементарных цепей РНК – одноцепочная молекула. 2) В РНК вместо тиминового нуклеотида находится урациловый нуклеотид. 3) ДНК реплицируется и самоудваивается. РНК не реплицируется в нормальных клетках, но может реплицироваться в вирусах. 4) ДНК хранит, кодирует и передает генетический материал, а РНК передает информацию и транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка.

bbiology7.blogspot.com

2.3.1. Неорганические вещества клетки. Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ]

2.3.1. Неорганические вещества клетки

В состав клетки входит около 70 элементов периодической системы элементов Менделеева, а 24 из них присутствуют во всех типах клеток. Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы:

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

микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.;

ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др.

В состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.

Неорганические соединения клетки – вода и неорганические ионы.

Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью. Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.

Физические свойства воды: так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ. Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными. Вещества, нерастворимые в воде называются гидрофобными.

Вода обладает высокой удельной теплоемкостью. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Вспомните, как долго нагревается до кипения чайник. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме.

Для испарения воды необходима достаточно большая энергия. Температура кипения воды выше, чем у многих других веществ. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.

Вода может находиться в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.

Водородные связи обуславливают вязкость воды и сцепление ее молекул с молекулами других веществ. Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создается пленка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.

При охлаждении движение молекул воды замедляется. Количество водородных связей между молекулами становится максимальным. Наибольшей плотности вода достигает при 4 С?. При замерзании вода расширяется (необходимо место для образования водородных связей) и ее плотность уменьшается. Поэтому лед плавает.

Биологические функции воды. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почвы и к водоемам.

Вода – активный участник реакций обмена веществ.

Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме. Эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке.

Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слезы, желчь, сперма и т.д.

Неорганические ионы. К неорганическим ионам клетки относятся: катионы K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3+ и анионы Cl, NO3-, Н2PO4-, NCO3-, НPO42-.

Разность между количеством катионов и анионов (Nа+ , Ка+, Сl-) на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения.

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6—9.

Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему и поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7—4.

Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот. Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих. Ионы кальция входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть А

А1. Полярностью воды обусловлена ее способность

1) проводить тепло 3) растворять хлорид натрия

2) поглощать тепло 4) растворять глицерин

А2. Больным рахитом детям необходимо давать препараты, содержащие

1) железо 2) калий 3) кальций 4) цинк

А3. Проведение нервного импульса обеспечивается ионами:

1) калия и натрия 3) железа и меди

2) фосфора и азота 4) кислорода и хлора

А4. Слабые связи между молекулами воды в ее жидкой фазе называются:

1) ковалентными 3) водородными

2) гидрофобными 4) гидрофильными

А5. В состав гемоглобина входит

1) фосфор 2) железо 3) сера 4) магний

А6. Выберите группу химических элементов, обязательно входящую в состав белков

1) Na, K, O, S

2) N, P, C, Cl

3) C, S, Fe, O

4) C, H, O, N

А7. Пациентам с гипофункцией щитовидной железы дают препараты, содержащие

1) йод

2) железо

3) фосфор

4) натрий

Часть В

В1. Выберите функции воды в клетке

1) энергетическая 4) строительная

2) ферментативная 5) смазывающая

3) транспортная 6) терморегуляционная

В2. Выберите только физические свойства воды

1) способность к диссоциации

2) гидролиз солей

3) плотность

4) теплопроводность

5) электропроводность

6) донорство электронов

Часть С

С1. Какие физические свойства воды определяют ее биологическое значение?

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

info.wikireading.ru

Химический состав клеток. Неорганические соединения клетки

Урок на тему

«Химический состав клеток.

Неорганические соединения клетки»

Цели урока:


  1. Расширение и углубление знаний учащихся о роли металлов в жизнедеятельности человеческого организма.

  2. Развитие навыков самостоятельной работы; умения использовать знания, полученные ранее при изучении биологии и химии; работать с таблицами; сравнивать, анализировать, делать выводы.

  3. Воспитание бережного отношения к здоровью человека, чувства коллективизма, ответственности за общее дело.

Задачи:

  1. Познакомить учащихся с биологически важными химическими элементами, входящими в состав клетки.

  2. Рассмотреть особенности строения молекулы воды в связи с ее функциями в клетке. Объяснить важность воды как основного неорганического вещества клетки.

  3. Изучить значение катионов и анионов в жизнедеятельности клеток.

  4. Подвести к выводу о единстве живой и неживой природы на основе знаний об элементарном составе клеток.

Оборудование: Таблица «Содержание химических элементов в клетке», «Макро-микро элементы», карточки с химическими символами, оборудование для демонстрации лабораторного опыта, видеофильм.
Ход урока.

Актуализация нового материала.

В состав живых клеток входит более 90 химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева, встречающихся и в неживой природе. Однако, соотношение химических элементов и их вклад в образование веществ, составляющих живой организм, резко отличается от объектов неживой природы. Так, в неорганическом мире преобладают фосфор, кремний, магний, железо, алюминий и др. Содержание элементов в живых клетках находится в другой пропорции.

Обращаем внимание на эпиграф, написанный на доске. «Я знаю, люди состоят из атомов, частиц, как радуги из светящихся пылинок или фразы из букв. Стоит изменить порядок, и наш смысл меняется». (А.Вознесенский). С небольшой поправкой на поэтическую вольность этот тезис можно принять.

Комбинируя по-разному эти элементарные «кирпичики», природа создала все разнообразие царств живой природы – более 2,5 млн. живых существ. И даже эти цифры все время меняются, ученые ежегодно открывают более 10 тысяч новых видов и подвидов животных и 5 тысяч видов растений.

И все это многообразие живой природы состоит из одних и тех же химических элементов, из которых львиная доля приходится всего на 25, а остальные – в следовых количествах.

О роли этих элементов и веществах, которые они образуют, нам предстоит узнать на ближайших уроках.


  1. Атомный состав клеток.

Элементы, по их содержанию в живых клетках можно условно разделить на три группы.

1. Макроэлементы.

Их концентрация колеблется от 60% до 0,001% массы тела.

Шесть первых наиболее значимы по их количеству от общей массы клетки.

Кислород – O (более 60%).

Углерод – С (15-18%).

Водород – Н (8-10%).

Азот – N (1,5-3%).

Фосфор – Р (0,2-1%).

Сера – S (0,15-0,2%).

На долю этих шести элементов приходится более 98% от массы клетки, поэтому такие элементы называют биоэлементами.

О первых четырех элементах этого списка немецкий поэт Фридрих Шиллер написал:

Силы четыре,

Соединяясь,

Жизнь образуют,

Мир создают.

К этой группе также относятся K, Na, Cl, Ca, Mg , Fe и некоторые другие.

Рассмотрим роль этих элементов в объектах живой природы.


  1. Кислород. Входит в состав воды и всех органических молекул: белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот. Важная роль в обмене веществ, как окислителя для получения энергии.

  2. Водород. Также входит в состав воды и всех органических соединений. Ионы водорода создают кислую среду и способствуют протеканию многих реакций, например, для пищеварения в желудке.

Особенно чувствителен организм к увеличению или уменьшению водорода, точнее иона водорода, от которого зависит кислотность внутренней среды

Если кровь станет на 8-10% кислее, чем нужно, или наоборот, это может привести к гибели человека.



  1. Углерод. Базовый строительный материал всех органических соединений. Вспомните, ведь органическая химия изучает углеводороды и их производные.

  2. Азот. Входит в состав основного строительного материала клетки – в белки. Кроме того, входит в состав ДНК и РНК, АТФ.

5. Фосфор. Участвует в энергетическом обмене, так как является составляющей частью АТФ. Соли фосфора входят в состав костей, придавая им твердость. Недостаток фосфора приводит к рахиту, снижает мышечную и умственную деятельность.

6. Сера. В основном, встречается в белках. Входит в состав витамина В1 и некоторых ферментов. Особенно большое значение имеет для хемосинтезирующих бактерий.


  1. Калий и натрий. Ионы этих металлов обеспечивают разность потенциалов по разные стороны клеточной мембраны, что делает возможным работу клетки. Образуют так называемый калие-натриевый барьер.

Ион натрия окружен оболочкой воды, поэтому потеря натрия ведет и к потере воды, а избыток – скопление лишней жидкости в организме, что приводит к гипертонии.

  1. Железо. Около 55% железа находится в эритроцитах, входит в состав белка гемоглобина. Примерно 21% откладывается «про запас» в печени и селезенке. Людям, страдающим железодефицитной анемией необходимо употреблять мясо, а чай – ограничить, так как из-за дубильных веществ в чае, они образуют трудно расщепляемый в организме комплекс.

  2. Кальций. Необходим для нормального развития скелета, работы нервной системы. При избытке кальция развивается мочекаменная болезнь. Способствует свертыванию крови. Входит в состав хлорофилла.

Раздать учащимся таблицы «Макро-микро элементы» с предложением самостоятельно выписать значение для жизни живых существ макроэлементов (2-3 элемента по выбору учащихся).

Не надо забывать, что недостаток того или иного элемента опасен и даже губителен для организма. Однако, избыток также опасен для живых клеток. Еще Парацельс говорил, что лишь мера определяет, быть веществу вредным или полезным.

Это золотое правило также справедливо и для химических элементов, речь о которых пойдет ниже.
2. Микроэлементы.

К этой группе относятся в основном ионы тяжелых металлов, составные компоненты ферментов, гормонов и других жизненно важных соединений.

Содержатся в организме в количестве 0,001-0,000001%.

Таковыми являются марганец (Mn), бор (B), кобальт (Co), медь (Cu), молибден (Mo), цинк (Zn), йод (I), бром (Br), алюминий (Ai), фтор (F).

Вашему вниманию предлагается сообщение, подготовленное учащимися, о роли некоторых микроэлементов в жизнедеятельности объектов живой природы. (Приложение №1).

По ходу рассказа докладчика учащимся предлагается делать записи в тетради.

О роли других микроэлементов – рассказ учителя с элементами беседы.
1.Марганец. Участвует в фотолизе воды при фотосинтезе. В следовых количествах обнаружен в ферментах, катализирующих окислительно-восстановительные реакции. Участвует в синтезе витамина С. Содержится в костях, печени, почках, поджелудочной железе и гипофизе (1-3 мг/кг).

При инфаркте миокарда и язвенной болезни двенадцатиперстной кишки его уровень всегда превышен, а вот у больных первичным раком и циррозом печени уровень марганца в крови весьма низок.

2.Бор. Влияет на ростовые процессы, особенно у растений.

3. Кобальт. У растений участвует в фиксации атмосферного азота.

4.Медь. Образование костной ткани, пигмента кожи. В процессе кроветворения, у беспозвоночных – в белке гемоцианине – «голубая кровь». Входит в состав ферментов-оксидаз.

«Хозяйкой медной горы» в организме человека является печень. Содержится в форменных элементах крови – эритроцитах.

5.Молибден. Влияет на рост, развитие и воспроизводство человека и животных.

6.Цинк. Входит в состав гормона инсулина. Дефицит цинка вызывает расстройство половой функции. Влияет на синтез нуклеиновых кислот.

Общее содержание цинка в теле человека весом 70 кг составляет 2-3г. Наибольшее количество обнаруживается в сетчатке глаза, предстательной железе и мышцах. Входит в состав фермента, ускоряющего выделение углекислого газа в легких. При злокачественных новообразованиях содержание ионов цинка увеличивается в 2-3 раза. Это явление необъяснимо, но может служить для ранней диагностики рака.

Цитата из рассказа Валентина Распутина «Век живи – век люби».

- Ну и что ты собираешься делать с этой ягодой? – вдруг негромко спросил, но как-то значительно, с ударением.

- Не знаю, - пожал плечами Саня.

Он решил, что дядя Володя спрашивает потому, что не уверен, сумеет ли он, Сеня, обработать без взрослых ягоду.

- Сварю, наверное, половину… половину истолку.

- Нельзя ее варить, - решительно и твердо сказал дядя Володя. И еще решительнее добавил:

- И есть ее нельзя.

- Почему?

- Какой дурак берет ягоду в оцинкованную посуду? Да еще чтобы ночевала?
7. Йод. Оказывает влияние на функцию щитовидной железы. Недостаток ведет к образованию зоба.

8. Бром. Участвует в реакциях, которые уравновешивают процессы возбуждения и торможения в коре головного мозга. Больше всего брома в мозге, также встречается в печени и почках.

Персонажи многих книг, написанных в прошлом веке, чтобы успокоиться, «принимали бром». Не сам бром, разумеется, а растворы бромистого натрия или бромистого калия.

9.Алюминий. Вы помните песню группы «Кино» «Алюминиевые огурцы»? Этот металл, действительно, имеется в больших количествах в растениях, они содержат в 5-50 раз больше алюминия, чем продукты животного происхождения. В организме человека больше всего алюминия содержится в легких (5,59%), костях, головном мозге, почках. Алюминий связан с белками, принимает участие в построение эпителиальной и соединительной ткани, увеличивает выработку соляной кислоты в желудке. У больных хроническим алкоголизмом содержание в крови резко увеличивается, а при токсикозе беременных и нефропатии – снижается.

10. Фтор. Недостаток ведет к кариесу зубов, переизбыток вызывает флюороз (пятнистость эмали зубов).
Обратиться к таблице «Макро-микроэлементы» для самостоятельной записи в тетрадь роли 1-2 микроэлементов.
3. Ультрамикроэлементы.

Их концентрация не превышает 0,000001%.

К ним относятся редкие элементы: уран (U), радий (Ra), золото (Au), ртуть (Hg), бериллий (Be), цезий (Cs), селен (Se) и другие. Роль этих элементов практически неизвестна, ее еще предстоит изучить. Однако, о некоторых из них имеются данные.

Ртуть. Присутствует в молекулах ДНК и, возможно, участвует в передачи наследственной информации.

Селен. Значительная концентрация этого элемента в сетчатке глаз говорит о том, что он необходим для восприятия света. У животных, не получающих селена, разрушаются кровяные тельца. С другой стороны, он входит в состав яда самого опасного гриба – бледной поганки.
II Молекулярный состав клеток.

Одни и те же химические элементы входят в состав как неорганических веществ (воды и минеральных солей), характерных и для живых организмов и существующих в неживой природе, так и органических веществ – углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот, характерных только для живых соединений.


Химические соединения

в клетке


↓ ↓

неорганические: органические:



  1. вода; 1. белки;

  2. минеральные 2. жиры;

соли. 3. углеводы;

4. нуклеиновые кислоты;

и д.р.

1. Вода.

Вода – одно из самых распространенных веществ на Земле. Все живые вещества состоят из воды. В среднем, в живой клетке воды 70 – 80%. Так, в крови и лимфе человека 92% воды, в сером веществе головного мозга – 85%, 20% - в костной ткани, 10% - в эмали зубов, самом твердом веществе человеческого тела. В теле медузы или в плодах огурцов – до 98%.

Вода в клетках находится в двух состояниях: свободной и связанной.

Свободная вода – 95% от всей воды в клетке, она-то и участвует в физиологических процессах, а связанная – 4-5%, непрочно соединена с белками.

Что же это за вещество – вода, такое простое и такое необходимое нашему организму?

Прежде, чем мы поговорим о свойствах воды, хочется зачитать одно известное высказывание, которое по праву можно назвать «Одой воде».

«Вода! Ты не имеешь ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать. Тобой наслаждается человек, не понимая, что ты есть на самом деле. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни, ты – сама жизнь. Ты везде и всюду даешь ощущение блаженства, которое нельзя понять ни одним из наших пяти органов чувств. Ты возвращаешь нам силу. Твое милосердие заставляет вновь ожить высохшие источники нашего сердца. Ты – самое большое богатство в мире, … но можно умереть около источника, если его воды несут примесь магнезии. Можно умереть и в двух шагах от озера, если оно соленое. Человек может умереть и тогда, когда он имеет два литра росы, но она содержит примеси вредных солей. Ты не терпишь примесей, не терпишь ничего из того, что тебе чуждо. Ты богатство, которое легко можно спугнуть, но ты даешь нам такое простое и бесконечное счастье», - этот восторженный гимн воде написал французский писатель и летчик Антуан де Сент-Экзюпери, которому пришлось испытать на себе муки жажды в раскаленной пустыне.
Просмотр отрывка учебного видеофильма «Вода».
Значение воды.


  1. Универсальный растворитель.

Это свойство воды можно доказать, рассмотрев строение молекулы воды.

О-2

/ \

Н+ Н+

Вода – диполь, молекула полярная, один ее конец заряжен частично положительно, другой – частично отрицательно. В связи с этим молекулы воды могут приобретать определенную ориентацию в электрическом поле, а также взаимодействовать с ионами или заряженными группами различных соединений, образуя вокруг них гидратную оболочку. Этим объясняется способность воды хорошо растворять большое количество неорганических и полярных органических соединений (различных солей, углеводов, аминокислот, многих белков и т.д.). По отношению к воде все вещества можно условно разделить на две группы.

Демонстрация опытов (с привлечением учащихся)

Растворить в воде следующие вещества:

а) поваренную соль,

б) этиловый спирт,

в) сахарозу,

г) растительное масло.

Вопрос: почему одни вещества в воде растворяются, а другие – нет?

Дать понятие гидрофильных и гидрофобных веществ.

А) Гидрофильные вещества – хорошо растворимые в воде. Пример: соли, сахара, аминокислоты.

Б) Гидрофобные вещества – нерастворимые в воде. Пример: жиры, целлюлоза.


  1. Теплопроводность – равномерное распределение тепла между тканями тела.

Это свойство позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.

3. Теплоёмкость – способность поддерживать тепловой баланс организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде.

Это свойство можно проиллюстрировать примером из неживой природы. Если нагревать равные количества разных веществ, то вода поглощает тепла больше в 5 раз по сравнению с песком, в 10 и 33 раза больше по сравнению с железом и платиной и во столько же раз дольше удерживает это тепло.

Океаны, моря, реки, озера, поглощая летом огромное количество солнечной энергии, зимой отдают ее в окружающее пространство, смягчая климат Земли.


4. Терморегуляция. Примеры: испарение листьев – транспирация, потоотделение.

5. Источник кислорода при фотосинтезе. При фотолизе воды свободный кислород как побочный продукт поступает в атмосферу.

6. Другие свойства воды: тургор (напряженное состояние клеточных стенок растительных клеток), участвует в образовании смазывающих жидкостей (с суставах, околосердечной сумке), выделение веществ (пот, моча, слезы, слюна).

2. Минеральные соли и их значение.

Помимо воды, в числе неорганических веществ клетки нужно обратить внимание на соли, подавляющее большинство которых находится в ионном соединении.

О роли многих катионов и анионов солей мы подробно говорили в начале урока, уделяя внимание тем или иным химическим элементам, входящим в состав живых клеток.

От концентрации ионов внутри клетки зависят ее буферные свойства, то есть поддержание слабощелочной реакции содержимого клетки. Это свойство в основном обеспечивают анионы слабых кислот: фосфорной и угольной.

Буферность – способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию среды.

В нашем организме не хватает ионов натрия и хлора, хотя большинство других ионов поступает к нам в основном с овощами и фруктами. Поваренную же соль нам необходимо вносить в пищу искусственно.

О значении поваренной соли мы послушаем сообщение учащегося. (Приложение№2)
Прежде, чем подвести итоги сегодняшнего урока, мы послушаем еще одно полушутливое сообщение и рассмотрим плакат о содержании того или иного элемента или вещества в теле человека. (Приложение №3)
III. Закрепление изученного материала.

Задание № 1.

Обсудите в группах предложенные вашему вниманию тексты с ошибками. Некоторые тезисы в этом тексте ошибочны. Найдите и исправьте эти ошибки.

Текст с ошибками.

1.В состав клеток живых организмов входит более 90 из известных науке химических элементов.

2.Преобладающими элементами в живых клетках являются водород, фосфор, кремний, натрий и калий.

3. Элементы, на долю которых приходится более 98% клетки называют биоэлементами.

4. Все элементы условно делят на макро-, микро- и ультрамикроэлементы.

5. Примерами микроэлементов являются кальций, натрий, хлор, микроэлементов – медь, азот, сера; ультрамикроэлементов – селен, золото, бром.

6. Пространственная структура воды обеспечивает ее свойства как универсального растворителя.

7. Клетки теплокровных животных способны удерживать постоянную температуру тела за счет такого свойства воды, как теплопроводность.

8. Буферность – способность клеток обеспечивать нейтральную рН-среду.

9. Недостаток йода в организме приводит к нарушению работы щитовидной железы, а недостаток цинка разрушает зубную эмаль.

10. Знания об элементарном строении живых клеток позволяет сделать вывод о единстве живой и неживой природы.

Задание № 2. Дополнительное.

Значение химических элементов в живых организмах.

Если вы разгадаете названия химических элементов в горизонтальных столбцах, то узнаете какой радиоактивный элемент содержится в организме человека в количестве 0,09мг (из расчета массы тела 70кг).

1. Углерод

2. бРом

3. кАльций

4. селеН

Вопросы.


  1. Один из биоэлементов.

  2. Микроэлемент, уравновешивающий процессы возбуждения и торможения в коре головного мозга.

  3. Наибольшее количество этого макроэлемента находится в костной и зубной ткани.

  4. Этот редкий ультрамикроэлемент входит в состав яда самого ядовитого гриба – бледной поганки.

IV Итоги.

Подведение итогов урока. Выставление оценок. Запись домашнего задания.

Приложение №1

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ
ФТОР.

Фтор и жизнь. Казалось бы, такое словосочетание не совсем правомерно.

И все-таки оправадно. Впервые это доказал слон… обычный, правда, ископаемый слон, найденный в окрестностях Рима. В его зубах был обнаружен фтор. В его зубах случайно был обнаружен фтор. Это открытие побудило ученых провести систематическое изучение химического состава зубов человека и животных.
Оказалось, что в состав зубов входит до 0,02% фтора, который поступает в организм человека с питьевой водой. Обычно в тонне питьевой воды содержится 0,2 мг фтора. В результате накопления фтора в почве повышается его содержание в питьевой воде и в растениях, что неблагоприятно сказывается на здоровье населения.

В суточном рационе содержится до 1,6 мг фтора. При систематическом использовании воды, содержащей избыточные количества фтора, у населения развивается эндемический флюороз. Отмечается характерное поражение зубов(крапчатость эмали), нарушение процессов окостенения скелета, истощение организма. Флюороз зубов проявляется в виде непрозрачных опалесцирующих меловидных полосок или пятнышек, которые со временем увеличиваются, появляется пигментация эмали темно-желтого или коричневого цвета, наступают необратимые ее изменения. желых случаях отмечаются генерализованный остеосклероз или диффузный остеопороз костного аппарата. Избыточные количества фтора снижают обмен фосфора и кальция в костной ткани, нарушают углеводный, белковый и другие обменные процессы, угнетают тканевое дыхание и пр. Фтор является нейротропным ядом( происходит снижение подвижности нервных процессов).

Если избыток фосфора вызывает эндемический флюороз, то дефицит этого микроэлемента ( меньше 0,5 мг/л ) в сочетании с другими факторами (нерациональное питание, неблагоприятные условия труда и быта) вызывает кариес зубов.

ЦИНК.


Цинк – обязательная составная часть фермента крови, этот элемент ускоряет выделение углекислого газа в легких. Много цинка содержится в яде кобры и гадюки, но в то же время известно, что соли цинка угнетают активность этих самых ядов, как показал опыт под действием солей цинка яды не разрушаются. Считается, что высокое содержание цинка в яде – это то средство, которым змея защищается от собственного яда. Сравнительно недавно установлено, что в биологических молекулах – ДНК и РНК и белках в клетках при злокачественном перерождении растет содержание ионов некоторых металлов. Концентрация цинка увеличивается в 1,5 – 2 раза и даже втрое. Причина пока неизвестна, но это может указать путь к ранней диагностике рака.

Биологическая роль цинка двоякая и не до конца выяснена. Установлено, что цинк - обязательный компонент фермента карбоангидразы, содержащийся в эритроцитах. Также было показано, что цинк играет известную роль в метаболизме нуклеиновых кислот и белка. Одну из теорий возникновения сахарного диабета также связывают с недостатком цинка в организме

Приложение № 2

СОЛИ
Помимо воды, важнейшие из неор­ганических веществ живого организма — минераль­ные соли. Из нерастворимых солей строятся кости позвоночных животных (фосфат кальция), ракови­ны моллюсков, оболочка птичьих яиц (карбонат кальция). Растворённые соли в каждой клетке со­ставляют 1% от её массы. Роль их в жизнедеятель­ности клетки чрезвычайно многообразна.

Самая известная соль — поваренная, хлористый натрий. Гулливер, герой знаменитого произведения Джонатана Свифта, в одном из своих путешествий оказался без поваренной соли. Он рассказывал: «Сначала я очень болезненно ощущал отсутствие соли, но скоро привык обходиться без неё, и я убеждён, что распространённое употребление этого вещества есть результат невоздержанности. Ведь мы не знаем ни одного животного, которое любило бы соль».

Однако Гулливер ошибался. Травоядные живот­ные постоянно испытывают солевой голод и жадно слизывают соль всюду, где находят. А вот плотояд­ные животные, действительно, получают достаточно поваренной соли с поедаемым ими мясом.

Точно так же питающиеся мясом и рыбой эскимосы и чукчи прекрасно обходятся без соли. Помните реакцию на солёную пищу персонажа романа Даниэля Дефо «Приключения Ро­бинзона Крузо» — Пятницы, никогда не пробовавшего соли? «Он удивился, зачем я ем суп и мясо с солью. Он стал показывать мне знаками, что с солью не вкусно. Взяв в рот щепотку соли, он принялся отплёвываться и сделал вид, что его тошнит от неё, а потом выполо­скал рот водой. ...Лишь долгое время спустя он начал класть соль в кушанье, да и то немного». Вероятно, Пятница до встречи с Робинзо­ном питался в основном животной пищей.

Надо сказать, что поваренная соль сыграла большую роль в истории человечества: служила заменителем денег, являлась причиной «соля­ных бунтов» (Московский соляной бунт 1648 г., вызванный тем, что правительство подняло налог на соль; подобные бунты прокатились тогда по многим городам России) и «соляных походов протеста» (в Индии в начале XX в. — когда в знак неповиновения английским властям, обладавшим монополией на производство соли, её выпари­вали из морской воды).

Соль необходима живым организмам. В то же время избыток соли вреден. Увлекаясь такими продуктами, как соленья, сельдь, колбасы, люди вводят в организм слишком много соли. В сутки организму необходимо 8—9 г соли, но человек потребляет обычно вдвое большее её количество. Это приводит к повышенному кровяному давлению (гипертонии). Япония, где каждый житель потребляет около 30 г соли в день, держит первенство по числу больных этой болезнью.

Приложение №3
В фантастическом рассказе американского пи­сателя Артура Порджесса крошечный божок Йип хотел отблагодарить героя рассказа за ока­занную услугу, выполнив любую его просьбу. Но божок был очень мал, и стоимость награды не могла превышать двух долларов. В конце концов Йип помог герою покорить сердце любимой де­вушки. Причём главное условие не было нару­шено — ведь, как утверждает писатель, «стоимость всех химических веществ, входящих в состав организма человека весом около 70 кг, составляет 1 доллар 98 центов».

В организме человека, весящего 70 кг, — 45,5 кг кислорода, 12,6 кг углерода, 7 кг водоро­да, 2,1 кг азота, 1,4 кг кальция, 700 г фосфора. Всех остальных элементов, вместе взятых (в основном калия, серы, натрия, хлора, магния, железа и цинка), — около 700 г. Вот всё это «богатство» и стоило, по подсчётам писателя, 1 дол­лар 98 центов.

Всего в живых клетках можно найти около 70 химических элементов таблицы Менделеева. Среди них имеются даже такие ядовитые и экзотические, как олово, свинец, мышьяк, золото.
Для тех, кому «стоимость чело­века», подсчитанная американским писателем, по­казалась возмутительно низкой, мы можем привес­ти возражение профессора Йельского университета Г. Моровица против этого подсчёта. Он заметил, что подсчитывать надо стоимость не элементов, вхо­дящих в состав организма (углерода, кислорода и т. д.), а сложных органических соединений (бел­ков, углеводов и др.). При таком подсчёте стоимость уже только одних гормонов человека (о которых рассказано ниже) составит миллионы долларов — целое состояние!

МАКРО-МИКРО ЭЛЕМЕНТЫ


Минеральные вещества

Физиологическая роль

Реакция организма на недостаток или избыток веществ

В каких продуктах высокое содержание элемента

Макро-элементы
НАТРИЙ

Регуляция кровяного давления, водного обмена


Избыток – удержание воды, нагрузка на почки, сердце, ведет к гипертонии


Хлеб, мясные и рыбные консервы, колбасы



КАЛИЙ

Водный обмен, выделение мочи, гомеостаз крови, нормализует кровяное давление

Недостаток сказывается на деятельности сердца

Растительная пища: капуста, бобовые, яблоки, тыква, абрикосы, персики

ФОСФОР

Образует минеральную основу скелета, работа нервных клеток

Недостаток – рахит, снижение умственной деятельности, переизбыток – выведение кальция из костей

Мясо, рыба, яичный желток, сыр, молоко, бобовые, хлеб, крупы

КАЛЬЦИЙ

Основа костной ткани, развитие зубов, процессы в нервной и мышечной тканях, участие в свертывании крови, противовоспалительное действие

Недостаток – плохое развитие скелета, повышенная нервная и мышечная возбудимость, спазмам. При избытке – мочекаменная болезнь

Молоко, сыр, брынза, йогурт, творог, рыба, мясо, яичный желток, ржаной хлеб, овощи, фрукты

Микро-

элементы
ЙОД

Работа гормона щитовидной железы – тироксина


Недостаток – эндемический зоб, микседема, избыток- Базедова болезнь

Морская рыба, морепродукты



ФТОР

В составе зубной эмали

Недостаток – кариес, избыток- флюороз (пятнистость эмали)

Морская рыба, морепродукты, чай

ЦИНК

Без цинка человек не растет. Цинк предохраняет печень и желчь от вредных веществ, предупреждает диабет (входит в состав гормона инсулина)

Недостаток – нарушение роста, полового развития, заживление ран идет медленно. При избытке появляются приступы слабости, опасность отравления

Мясо, печень, бобовые, овсяные хлопья, бананы, хлеб из цельного зерна, молоко, молочные продукты, овощи

zubstom.ru

Тема 2.3. Неорганические вещества клетки Рабочая тетрадь по биологии Сивоглазов Агафонова Захарова 10-11 класс

Главная › 10-11 класс › Биология › Рабочая тетрадь по биологии Сивоглазов Агафонова Захарова 10-11 класс 1. Дайте определение понятия.

Диполь - совокупность двух точечных электрических зарядов, равных по величине и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

 



2. Какая особенность строения молекулы воды определяет ее свойство универсального растворителя?

ОТВЕТ: Молекула воды представляет собой диполь, на одном конце молекула заряжена положительно, а на другом – отрицательно. Именно это и позволяет воде быть универсальным растворителем. Любые вещества, имеющие заряженные группы, растворяются в ней.

 


3. Закончите заполнение таблицы "СВОЙСТВА ВОДЫ".

 


4. Используя рисунок 8, опишите последовательность растворения кристалла хлорида натрия в воде.   

 



5. Выпишите в таблицу соли, входящие в состав живых организмов "МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ".

 


6. Пользуясь в § 2.3 содержанием раздела «Вода», докажите или опровергните утверждение: «Вода - колыбель жизни».

ОТВЕТ: Вода – единственное вещество на Земле, которое встречается в твердом, жидком и газообразном состоянии в естественных условиях. Покрывая около трех четвертей поверхности нашей планеты, вода является колыбелью жизни на Земле. Все биохимические процессы в клетках сводятся к химическим реакциям в водном растворе – обмену веществ в организме. Вода составляет основу нашего тела, и основу других живых организмов. В океане зародилась жизнь. Благодаря уникальным свойствам воды, жизнь существует и есть на нашей планете. Эти свойства таковы: вода – это универсальный растворитель, обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью, интенсивностью испарения, вязкостью, несжимаемостью, высокой силой поверхностного натяжения.

 


7. Познавательная задача.

Основа любого органического вещества - углерод, поэтому он встречается в любых организмах. Ближайший его сосед по группе в таблице Д. И. Менделеева - кремний - наиболее распространенный элемент земной коры, однако в живых организмах почти не встречается.

Объясните этот факт, исходя из строения и свойств атомов этих элементов.

ОТВЕТ: Кремний более инертен, чем углерод, так как он тяжелее, имеет больше слоев, больший радиус. Окислительные свойства и химическая активность у кремния намного меньше выражена, чем у углерода. Соединения Si с водородом слабы и встречаются относительно редко из-за малой разности электроотрицательностей этих атомов. Хоть кремний и может путем обменного или электростатического взаимодействий образовывать ковалентные связи, но они не являются такими прочными, как аналогичные связи углерода. Он меньше вступает в реакции, соответственно, образует намного меньше химических соединений, особенно, биомолекул.

 



8. Выберите правильный ответ.

Тест 1.
Какую долю в среднем составляет в клетке вода?
1) 70%;

Тест 2.
Вода выполняет в клетке функцию растворителя благодаря:
4) полярности ее молекул.

Тест 3.
Все нижеперечисленные катионы, кроме одного, входят в состав солей и являются наиболее важными для жизнедеятельности клетки катионами. Укажите «лишний» среди них катион.
4) Fe3+.

Тест 4.
Все нижеперечисленные анионы, кроме одного, входят в состав солей и являются наиболее важными для жизнедеятельности клетки анионами. Укажите «лишний» среди них анион.
4) SO42-.

Тест 5.
Каково соотношение ионов натрия и калия в клетках животных и в окружающей их среде - межклеточной жидкости и крови?
3) натрия в клетке меньше, чем снаружи, а калия, наоборот, больше в клетке, чем снаружи;

 


9. Объясните происхождение и общее значение слова (термина), опираясь на значение корней, его составляющих.

 


10. Выберите термин и объясните, насколько его современное значение соответствует первоначальному значению его корней.

Выбранный термин – гидрофобный.
Соответствие: термин, в принципе, соответствует своему первоначальному значению. Вещества не боятся воды, а просто не растворяются в ней из-за того, что не имеют заряженных групп, так как вода – диполь.

 



11. Сформулируйте и запишите основные идеи § 2.3.

В клетке есть неорганические вещества, это воды и минеральные соли.

Вода – колыбель жизни, единственное вещество на Земле, которое встречается в твердом, жидком и газообразном состоянии. В воде зародилась жизнь, вода – основа жизни. Молекула воды представляет собой диполь, на одном конце молекула заряжена положительно, а на другом – отрицательно. Именно это и позволяет воде быть универсальным растворителем. Любые вещества, имеющие заряженные группы, растворяются в ней.

Вода обладает уникальными свойствами: универсальный растворитель, обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью, интенсивностью испарения, вязкостью, несжимаемостью, высокой силой поверхностного натяжения.

В клетке содержатся также соли. Они могут быть растворимые (анионы соляной, угольной, фосфорной и некоторых других кислот, катионы калия, натрия, кальция, магния) и нерастворимые (фосфаты кальция и магния, карбонаты кальция). И анионы, и катионы, и нерастворимые соли выполняют определенные функции и необходимы для нормальной жизнедеятельности клетки.


Тема 3.7. ОплодотворениеТема 3.8. Индивидуальное развитие организмов

dourokov.ru

ЕГЭ по биологии: Химическая организация клетки |

Неорганические вещества клетки

В состав клетки входит около 70 элементов Периодической системы элементов Менделеева (из 112), а 24 из них присутствуют во всех типах клеток.

Все присутствующие в клетке элементы делятся, в зависимости от их содержания в клетке, на группы: макроэлементы – H, O, N, C,. Mg, Na, Ca, Fe, K, P, Cl, S; микроэлементы – В, Ni, Cu, Co, Zn, Mb и др.; ультрамикроэлементы – U, Ra, Au, Pb, Hg, Se и др. Микроэлементы, как правило, входят в состав витаминых комплексов.

Другой принцип классификации элементов: органогены (кислород, водород, углерод, азот), макроэлементы, микроэлементы.

В состав клетки входят молекулы неорганических и органических соединений.

Неорганические соединения клеткивода и неорганические ионы.

Вода – важнейшее неорганическое вещество клетки. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Молекула воды имеет нелинейную пространственную структуру и обладает полярностью.

Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.

Физические свойства воды и их значение для биологических процессов

Диссоциация полярных атомов и молекул в водных растворах с образованием катионов K+, Na+, Ca2+ , Mg2+ и анионов Cl–, NO3- , PO4 2-, CO32-, НPO42- лежит в основе всех процессов обмена в живых системах.

Кислотно-щелочное равновесие в биосистемах, в т.ч. в организме человека поддерживается очень точно, только в этом случае ферментные системы работают стабильно. Возврат к нормальному рН обеспечивают буферные системы крови.

Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот.

Атомы фосфора входят в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, а также костей позвоночных, хитинового покрова членистоногих.

Атомы кальция входят в состав вещества костей; они также необходимы для осуществления мышечного сокращения, свертывания крови.

Атомы железа в составе гемоглобина выполняют важнейшую функцию – снабжение организма кислородом.

Атомы йода входят в состав гормонов щитовидной железы, регулирующих скорость обменных процессов в организме. Недостаток гормонов щитовидной железы приводит к снижению обмена и задержке развития. Повышение уровня гормонов ЩЖ приводит к ускорению обмена, повышению возбудимости нервной системы и пучеглазию.

 

in-natura.ru

Химический состав клетки. Неорганические вещества

Атомный и молекулярный состав клетки. В микроскопической клетке содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке, – одно из основных условий ее жизни, развитии, функционирования.

Все клетки животных и растительных организмов, а также микроорганизмов сходны по химическому составу, что свидетельствует о единстве органического мира.

Содержание химических элементов в клетке


В таблице приведены данные об атомном составе клеток. Из 109 элементов периодической системы Менделеева в клетках обнаружено значительное их большинство. Одни элементы содержатся в клетках в относительно большом количестве, другие – в малом. Особенно велико содержание в клетке четырех элементов – кислорода, углерода, азота и водорода. В сумме они составляют почти 98% всего содержимого клетки. Следующую группу составляют восемь элементов, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Это сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо. В сумме они составляют 1,9%. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых количествах (меньше 0,01%).

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. Различия обнаруживаются на более высоком уровне организации – молекулярном. Как видно из таблицы, в, живых телах наряду с веществами, распространенными в неживой природе, содержится множество веществ, характерных только для живых организмов.

Содержание в клетке химических соединений

Вода. На первом месте среди веществ клетки стоит вода. Она составляет почти 80% массы клетки. Вода – важнейший компонент клетки не только по количеству. Ей принадлежит существенная и многообразная роль в жизни клетки.

Вода определяет физические свойства клетки – ее объем, упругость. Велико значение воды в образовании структуры молекул органических веществ, в частности структуры белков, которая необходима для выполнения их функций. Велико значение воды, как растворителя: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки. Наконец, вода является непосредственным участником многих химических реакций (расщепление белков, углеводов, жиров и др.).

Приспособленность клетки к функционированию в водной среде служит доводом в пользу того, что жизнь на Земле зародилась в воде.

Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной структуры, полярностью ее молекул.

Особенности молекулярной структуры воды объясняют и ее свойства как растворителя. Существует много веществ, хорошо растворимых в воде: таковы многие соли, кислоты, щелочи, а из органических веществ – многие спирты, амины, углеводы, белки и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными веществами (греч. «гидрос» – вода, «филео» – люблю). Известно также много веществ, плохо или вовсе нерастворимых в воде, например жиры, клетчатка и др. Их называют гидрофобными веществами (греч. «гидрос» вода, «фобос»– страх, ненависть). От чего же зависит гидрофильность или гидрофобность вещества? Вещества гидрофильны, если а их молекуле содержатся группы атомов, способные вступать с молекулами воды в электростатическое взаимодействие или образовывать с ними водородные связи. В клетке содержится много гидрофильных веществ: соли, углеводы, белки, низкомолекулярные органические соединения. Есть в клетке и гидрофобные вещества, например жиры. Тончайший слой гидрофобных веществ входит в состав клеточных мембран. Благодаря этому ограничивается передвижение воды из окружающей среды в клетку и обратно, а также из одних участков клетки в другие.

Соли. К неорганическим веществам клетки, кроме воды, относятся также соли. Для процессов жизнедеятельности из входящих в состав солей катионов наиболее важны K+, Na+, Ca2+, Mg2+, из анионов HPO42-, H2PO4-, Cl-, HCO3-.

Концентрация катионов и анионов в клетке и в среде ее обитания, как правило, резко различна. Так, внутри клетки всегда довольно высокая концентрация ионов калия и очень малая ионов натрия. Напротив, в окружающей клетку среде в плазме крови, в морской воде – мало ионов калия и много ионов натрия. Пока клетка жива, это соотношение ионов внутри и вне клетки стойко поддерживается. После смерти клетки содержание ионов в клетке и в среде быстро выравнивается. Содержащиеся в клетке ионы имеют важное значение для нормального функционирования клетки, а также для поддержания внутри клетки постоянной реакции. Несмотря на то что в процессе жизнедеятельности непрерывно образуются кислоты и щелочи, в норме реакция клетки слабощелочная, почти нейтральная. Это обеспечивается содержащимися в ней анионами слабых кислот (HCO3-, HPO42-) и слабыми кислотами (H2CO3), которые связывают и отдают ионы водорода, в результате чего реакция внутренней среды клетки практически не изменяется.

Неорганические вещества содержатся в клетке не только в растворенном, но и в твердом состоянии. В частности, прочность и твердость костной ткани обеспечиваются фосфатом кальция, а раковин моллюсков, – карбонатом кальция.

О чем свидетельствует сходство химического состава клеток разных организмов? 2. Чем отличается химический состав тел живой и неживой природы? 3. Какова биологическая роль воды в клетке? 4. Назовите ионы неорганических соединений, содержащиеся в клетке.

blgy.ru

Химический состав клетки. Биополимер. Нуклеотид

  • ГДЗ
  • 1 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Информатика
    • Природоведение
    • Основы здоровья
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Человек и мир
  • 2 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика
    • Природоведение
    • Основы здоровья
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Человек и мир
    • Технология
  • 3 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Испанский язык
  • 4 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика

resheba.me

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о