Тема: «Неорганические вещества клетки»

Тема: «Неорганические вещества клетки»

Цель: Организовать деятельность учеников по восприятию, осмыслению, первичному запоминанию новых знаний и способов деятельности.

Обеспечить закрепление знаний и способов деятельности учащихся.

Создать содержательные и организационные условия для самостоятельного применения учениками комплекса знаний и способов деятельности.

Организовать деятельность учащихся по обобщению знаний и способов деятельности.

Организовать проверку и оценку знаний и способов деятельности учащихся, организовать работу учащихся по коррекции своих знаний и способов деятельности.

Задачи:

Обучающие: продолжить развитие понятий о клетке. Сформировать знания о неорганических веществах клетки. Рассмотреть значение неорганических веществ для жизнедеятельности клетки.

Развивающие : развитие речи, памяти, воображения, умения делать выводы и обобщения.

Воспитательные : защищать свои убеждения, давать оценку своей деятельности.

Оборудование: таблицы, презентация

Тип урока:

Ход урока:

Организационный  этап Актуализация опорных знаний

Фронтальный опрос(Слайд 2)

1.Что изучает биология?

2.Какие биологические науки вы знаете?

3.Что изучает цитология?

4.Знания каких биологических наук вы применяете каждый день?

Изучение нового материала.

– Одним из основных общих признаков живых организмов является единство их элементарного химического состава. Независимо от того, к какому царству, типу или классу принадлежит то или иное живое существо, в состав его тела входят одни и те же, так называемые универсальные химические элементы. Сходство в химическом составе разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения. Но количественное содержание тех или иных элементов в живых организмах и в окружающей их неживой среде существенно отличается.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

– Что такое химический элемент? (Химический элемент – это определенные  вид атомов с одинаковым зарядом ядра.)

Какие химические элементы преобладают в земной коре? (Кислород, кремний, алюминий, железо, магний, натрий, кальций – эти элементы составляют ≈ 98% массы земной коры)  ( 3 слайд)

А какие химические элементы преобладают в живых организмах?

(слайд 4)

В клетках живых организмов встречается 90 различных химических элементов, из них 25 обнаружены практически во всех клетках. Эти химические элементы необходимы для их жизнедеятельности. Остальные элементы, вероятно, попадают в организм с водой, пищей, воздухом и не участвуют в жизнедеятельности.

Задача: (слайд 5) Подсчитайте, сколько в человеке массой 85 кг будет составлять каждый элемент. ( Ответ: (слайд 5) кислород – 59,5 кг;  углерод – 13,6 кг; водород – 7,65 кг; азот – 2, 125кг; кальций – 0, 85 кг; фосфор – 0,425кг; калий – 0,255 кг.)

Мы с вами выяснили, какова масса биогенов в организме человека определенной массы. Давайте посмотрим какие еще элементы есть в живых организмах.

По количественному содержанию в живых системах все химические элементы подразделяются на четыре группы: макроэлементы, мезоэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы. (слайд 6)

Ультрамикроэлементы – бор, бром, серебро, золото, селен, мышьяк и др. Эти элементы составляют менее 0,000001%. Функции ультрамикроэлементов еще полностью не изучены, имеются лишь отдельные сведения о них: например, выяснено, что недостаток селена приводит к развитию раковых заболеваний.

Обратимся к таблице и посмотрим роль в организме некоторых элементов-биогенов. (слайд 7)


Химический элемент

Вещества, в которых химический элемент содержится

Процессы, в которых химический элемент участвует

Углерод, водород, кислород, азот

Белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и др. органические вещества

Синтез органических веществ и весь комплекс функций, осуществляемых этими органическими веществами

Калий, натрий        Na+ и K+

Обеспечивание функции мембран, в частности, поддержание электрического потенциала клеточной мембраны, работы Na+/Ka+-насоса, проведение нервных импульсов, анионный, катионный и осмотический балансы

Кальций

Са+2

Участие в процессе свертывания крови

Фосфат кальция, карбонат кальция

Костная ткань, зубная эмаль, раковины моллюсков

Пектат кальция

Формирование срединной пластинки и клеточной стенки у растений

Магний

Хлорофилл

Фотосинтез

Сера

Белки

Формирование пространственной структуры белка за счет образования дисульфидных мостиков

Фосфор

Нуклеиновые кислоты, АТФ

Синтез нуклеиновых кислот

Хлор

Cl-

Поддержание электрического потенциала клеточной мембраны, работы Na+/Ka+-насоса, проведение нервных импульсов, анионный, катионный и осмотический балансы

HCl

Активизация пищеварительных ферментов желудочного сока

Железо

Гемоглобин

Транспорт кислорода

Цитохромы        

Перенос электронов при фотосинтезе и дыхании

Марганец

Декарбоксилазы, дегидрогеназы

Окисление жирных кислот, участие в процессах дыхания и фотосинтеза

Медь

Гемоцианин

Транспорт кислорода у некоторых беспозвоночных

Тирозиназа

Образование меланина

Кобальт

Витамин В12

Формирование эритроцитов

Цинк

Алькогольдегидрогеназа

Анаэробное дыхание у растений

Карбоангидраза

Транспорт СО2 у позвоночных

Фтор

Фторид кальция

Костная ткань, зубная эмаль

Йод

Тироксин

Регуляция основного обмена

Молибден

Нитрогеназа

Фиксация азота

Учитель обращает внимание учащихся на то, что именно макроэлементы – кислород, углерод, водород и азот – обеспечивает большинство функций в организме, и задает вопрос:

– Почему данные элементы-биогены подходят для выполнения биологических функций?

Учащиеся из курса химии вспоминают о строении атомов биогенов, их расположении в первых периодах периодической системы , их общих свойствах – способности к образованию ковалентных связей посредством спаривания электронов с отдачей или присоединением при этом от одного до шести электронов. Кроме того, органеллы могут легко реагировать друг с другом, образуя при этом разнообразные химические соединения. Эти элементы имеют малую атомную массу (относительно малый радиус), то есть они сочетают легкость с прочностью ковалентных связей между ними. (слайд 8)

Ковалентно связанные атомы углерода образуют «каркас» органических молекул, на котором как бы «крепятся» разнообразные функциональные группы, содержащие водород, кислород, серу, азот и другие элементы. Отсюда можно сделать вывод, что свойства органогенов так разнообразны, что названных элементов достаточно для образования множества органических молекул. Следовательно, атомы, из которых состоят вещества клетки и неживой природы, идентичны. Это указывает на тесную связь и единство живой и неживой природы.

Содержание тех или иных элементов в организме определяется не только особенностями данного организма, но также составом среды, в которой он обитает, и той пищей, которую он использует. Геологическая история нашей планеты, особенности почвообразовательных процессов привели к тому, что на поверхности Земли сформировались области, которые отличаются друг от друга по содержанию химических элементов. Резкий недостаток или, наоборот, избыток какого-либо химического элемента вызывает в пределах таких зон возникновение биогеохимических эндемий – заболеваний растений, животных и человека.

  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, витаминов и др., характерных только для живых организмов.

Рассмотрим самое распространенное в живых организмах неорганическое соединение – воду, её роль в клетке.

Вода абсолютно необходима для всех известных форм жизни – не случайно человеческое тело на 60–70 % состоит из воды. Кроме того, она является средой обитания для многих организмов. Содержание воды в организме колеблется:

    В слюне, желудочном соке, грудном молоке содержится 90 – 99%. В клетках развивающего зародыша её более 90%. В крови – около 83%. Клетки взрослого организма – 80%. В костях всего лишь 15 – 20%.

Время  обновления количества воды, равного весу тела, колеблется в зависимости от окружающей среды, к которой адаптирован организм; для амебы оно составляет 7 дней; для человека 4 недели; для верблюда 3 месяца; для черепахи 1 год; для кактуса 29 лет.


Чтобы получить

Нужно воды

1 кг. подсолнечника

200 – 250 кг.

1 кг. пшеницы

15000 кг.

1 кг. риса

7000 кг.

1 кг. хлопка

10000 кг.

1 кг. соды

10 кг.

1 кг. хлопчатобумажных тканей

1100 кг.

1 кг. синтетических тканей

500 – 3000 кг.

1 кг. бумаги

400 кг.

1 кг. вольфрама

2500 кг

1 кг. стали

20 кг.

1 кг. сахара        

3 кг.

Вода играет очень важную роль в жизни любого живого организма. Следует помнить основные свойства и функции воды.

  Давайте вспомним физические свойства воды.

Вода – это бесцветная прозрачная жидкость, без цвета, запаха и вкуса, максимальная плотность — при 4 °С, высокая теплоемкость, практически не сжимается; чистая вода плохо проводит тепло и электричество, замерзает при 0 °С, кипит при 100 °С, обладает высокой испаряемостью за счет слабых водородных связей, текучесть.

Какие химические элементы входят в состав молекулы воды? Напишите молекулярную формулу, структурную, электронную.

Какая химическая связь в молекуле воды? (полярная, неполярная?)

Чему равен угол между атомами водорода и кислорода? (104,5ᵒ)

Диполь. (Атом кислорода сильно электроотрицательный по отношению к атому водорода, что обеспечивает полярность ковалентной связи; при этом кислород оттягивает на себя электроны общей электронной пары. Следовательно кислород отрицательно заряжен, а водород – положительно. Между атомами О и Н соседних молекул возникает водородная связь).

Каковы химические свойства воды? (хороший растворитель, реагируют с металлами, оксидами, гидролиз солей и органических соединений; по отношению к способности растворяться в воде различают: гидрофильные вещества — хорошо растворимые, гидрофобные вещества — практически нерастворимые в воде.)

Свойства воды в живом организме:

    Текучесть; Вода – хороший растворитель; Высокая теплопроводность и теплоемкость; Высокая испаряемость за счет слабых водородных связей; Гидролиз – разложение под действием воды; Высокая сила поверхностного натяжения воды.

Функции воды в живом организме:

    является средой обитания для многих организмов, является основой внутренней и внутриклеточной среды; вода обеспечивает тургор клетки, гидроскелет; обеспечивает поддержание пространственной структуры, транспорт крови, межклеточного вещества, цитоплазмы, лимфы; служит растворителем и средой для диффузии; пищеварение, многие химические реакции в организме идут с растворенными в воде веществами; регуляция тепла в организме; способствует охлаждению организма, гидратирует полярные молекулы, участвует в реакциях фотосинтеза и гидролиза, способствует миграциям и распространению семян, плодов, личиночных стадий, является средой, в которой происходит оплодотворение, у растений обеспечивает транспирацию и прорастание семян, способствует равномерному распределению тепла в организме и мн. др.

  Другие неорганические соединения клетки

  Другие неорганические соединения представлены в основном солями, которые могут содержаться или в растворенном виде (диссоциированными на катионы и анионы), или твердом. Важное значение для жизнедеятельности клетки имеют катионы K+, Na+, Ca2+, Mg2+ и анионы HPO42—, Cl—, HCO3—,

  Многие ионы неравномерно распределены между клеткой и окружающей средой, так, например, в цитоплазме концентрация ионов калия в 20 – 30 раз выше, чем с наружи, а концентрация ионов внутри клетки, наоборот, в 10 раз ниже. Именно благодаря существованию подобных градиентов концентраций осуществляются многие важные процессы жизнедеятельности, такие как возбуждение нервных клеток, сокращение мышечных волокон. После гибели клетки концентрация катионов снаружи и внутри быстро выравнивается.

  3.Закрепление изученного материала

Тест « Химический состав клетки». 1 вариант.

I. Наиболее распространенными в клетках живых организмов элементами являются:

a) N, О, H, S; б) С, Н, N, О; в) S, Fe, О, С ; г) О, S, Н, Fe

2. Азот как элемент входит в состав:

а) только белков и нуклеиновых кислот;

б) нуклеиновых кислот, белков и АТФ;

в) только белков;

г) белков, нуклеиновых кислот и липидов;

3. Водород как элемент входит в состав:

а) только воды и некоторых белков

б) только воды, углеводов и липидов

в) всех органических соединений клетки

г) только воды, углеводов, белков и нуклеиновых кислот.

4. Вода - основа жизни:

а) она может находиться в трех состояниях (жидком, твердом, газообразном);

б) является растворителем, обеспечивающим как приток веществ в клетку, так и удаление из неё продуктов обмена;

в) охлаждает поверхность при испарении.

  II-Вариант

1. Наиболее распространенными в клетках живых организмах элементами являются:

а) С, О, Н, N; б) О, S, H, Fe; в) Н, Fe, N, S; г) N, О, S, Н.

2. Углерод как элемент входит в состав: «

а) только белков и углеводов;

б) только углеводов и липидов;

в) всех органических и неорганических соединений клетки;

г) всех органических соединений клетки.

3. Функции воды в клетке:

а) хранение и передача наследственной информации;

б) торможение химических реакций;

в) растворитель;

г) энергетическая функция.

5.Воды содержится больше в клетках:

а)эмбриона, б) молодого человека, в) старика.

4.Домашнее задание: п.2 читать и ответить на вопросы