Хімічний склад живих організмів.
Мета: ознайомити учнів з хімічними елементами, що входять до складу живих організмів; з органогенними елементами, макро- і мікроелементами; розповісти про неорганічні сполуки клітини і їх біологічні функції, особливо підкресливши біологічну роль води.
Обладнання і матеріали: комп'ютерні таблиці „Біохімія вивчає”, „Предмети дослідження біохімії”, „Відносна кількість основних елементів у живій та неживій природі”, „Хімічний склад живих організмів”, „Відсотковий вміст води в організмі людини”, „Просторова структура молекули води та утворення водневого зв'язку”, „Приклади гідрофільних і гідрофобних молекул”, „Важливі властивості води”, „Приклади організмів”; схема „Вміст хімічних сполук у клітині”.
Базові поняття та терміни: біохімія, органогенні елементи, макроелементи, мікроелементи, ультрамікроелементи, біологічні функції неорганічних сполук.
Концепція уроку: спираючись на знання учнів про молекулярний рівень організації живого, поставити проблему єдності живої і неживої природи. Використати інформацію про процентний вміст елементів у земній корі та живих організмах для обговорення цієї проблеми. Звернути увагу учнів на унікальні властивості води (фізичні, хімічні й біологічні).
Структура уроку, основний зміст і методи роботи
І. Актуалізація опорних знань.
1. Наукові поняття.
Великий Ньютон казав що „коли вивчаєш науку, приклади не менш повчальні, ніж правила”. Історія біології багата на яскраві прізвища вчених, відкриття яких є гордістю людства. Відкриття, звісно, цікаві самі по собі, але не менш важливо „зазирнути” в творчі лабораторії вчених і зрозуміти, що допомагало вченим, крім таланту.
Згадаємо деякі з цих наукових подвигів (перевірка домашнього завдання, повторення понять „науковий факт”, „гіпотеза”, „теорія”, „закон”).
2. Дайте характеристику методам біологічних досліджень.
3. Скільки елементів включає в себе таблиця Менделєєва?
4. Чи є елементи, які зустрічаються тільки в живих організмах?
5. Яка наука вивчає будову атомів?
6. Чи повинні біологи вивчати будову і функції молекул, що входять до складу живих організмів?
7. Що таке життя?
ІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів.
- Як ви гадаєте, на якому рівні організації вже можна вивчати життя?
- Що „змусило” клітину будувати себе не з тих елементів, які „лежать на поверхні”, а вибирають якісь інші?
- Пригадайте, які речовини спільні для живої і неживої природи?
Але з усіх неорганічних речовин, яку давні шумери називали її просто „А”, що в перекладі означає „вода”. І не випадково так само звучить перша літера алфавітів практично всіх народів світу А-АКВА-ВА-ВОДА – перша найнеобхідніша субстанція життя.
Ці питання і будуть темою нашого уроку.
ІІІ. Вивчення нового матеріалу.
- Що вивчає біохімія?
Біохімія (біологічна хімія) – це біологічна наука, що вивчає хімічний склад організмів, будову, властивості, локалізацію і роль виявлених у них сполук, шляхи їх виникнення і перетворення, які в сукупності забезпечують обмін речовин і енергії (мал. 1.1.).
Біохімія як біологічна дисципліна сформувалася наприкінці ХІХ сторіччя.
Сучасна біохімія досліджує живу матерію на різних рівнях її організації: організмовому, клітинному та молекулярному (мал.1.2.).
Одне із актуальних завдань біохімії - з'ясування механізмів регуляції життєдіяльності організму та клітин, що забезпечують єдність процесів перетворення енергії та обміну речовин в живому організмі.
- Хімічний склад живих організмів.
В клітині містяться неорганічні і органічні сполуки. З неорганічних речовин найбільше значення належить воді і мінеральним солям. З органічних речовин найпоширеніші в клітині вуглеводи, білки, жири, нуклеїнові кислоти.
Живі організми містять майже всі відомі у природі хімічні елементи.
Одні з них виявлено як обов'язкові в усіх без винятку організмах, інші – властиві тільки окремим видам і тому трапляються рідко.
Подібність елементарного хімічного складу клітин всіх організмів свідчить про єдність живої природи . Разом з тим немає жодного хімічного елемента живих організмів, які б не зустрічалися в тілах неживої природи. Цим підтверджується спільність живої і неживої природи.
У живих організмах у найбільшій кількості присутні чотири хімічні елементи: оксиген (О), гідроген (Н), карбон (С), нітроген (N). Це так звані органогенні елементи, на їхню частку припадає майже 98% хімічного вмісту клітини. Наступну групу складають макроелементи – фосфор, кальцій, сульфур, хлор, кальцій, магній, натрій, ферум, сумарна частка яких становить до 1, 9 %. Інші хімічні елементи (понад 50) належать до мікроелементів (йод, кобальт, манган, купрум, цинк, молібден, тощо). Вміст кожного з них у клітині порядку 10-3 – 10-12 %. Ще менше в клітині ультрамікроелементів (брому, аргентуму, ауруму, плюмбуму тощо) (мал. 1.4.).
- Вода. ЇЇ властивості та функції у клітині.
Серед неорганічних сполук живих організмів воді належить особлива роль. Вона є основним середовищем, де відбуваються всі процеси обміну. Її вміст у більшості живих організмів становить 60-70 %, а у деяких (медузи) – до 98 %.
Чим вища інтенсивність обміну речовин у тій чи іншій тканині, тим більше вони містять води.
У ембріона людини у віці 1,5 місяці вода складає 97,5 %, у восьмимісячного – 83 %, у новонародженої дитини – 74 %, у дорослої людини в середньому 65-66 %. Вміст води у людини в різних органах і тканинах також різний. Так, мозок дорослої людини містить 86 %, печінка – 70 %, кістки – 20 %, легені – 80 %, серце - 80 %, нирки – 80 % води (мал. 1.5.). З віком її вміст у тканинах зменшується.
Вода – це те середовище, в якому відбуваються всі хімічні процеси. Вона безпосередньо бере участь у всіх хімічних реакціях.
Молекула води (Н2О) складається з атому Оксигену (О), що міцно зв'язаний ковалентним зв'язком з двома атомами Гідрогену (Н). На різних полюсах молекули води розташовані негативний та позитивний електронні заряди, тому вона електронейтральна. Молекула води є полярною.
Сусідні ж молекули води пов'язані водневим зв'язком, що в 15-20 разів слабший за ковалентний (мал. 1.6.).
Вода виконує в клітині багато функцій: збереження об'єму, пружність клітини, розчинення різних хімічних речовин.
Вода – найкращий розчинник серед відомих рідин. Всі речовини діляться на дві групи за здатністю розчинятися у воді – на гідрофобні та гідрофільні речовини (мал. 1.6.).
Гідрофільними є полярні речовини, які добре розчинні у воді (наприклад, амінокислоти, глюкоза, водорозчинні вітаміни, деякі мінеральні речовини).
До гідрофобних належать нерозчинні у воді речовини – жири та подібні до них. Саме гідрофобні речовини здатні розділяти ділянки водного середовища усередині клітини або відділяти клітину від міжклітинної речовини.
Так як вода – добрий розчинник багатьох речовин, вона транспортує їх по живому організму 9наприклад, рух речовин кров'ю у тварин).
Розглянемо важливі властивості води (мал. 1.7.).
- Роль солей та кислот в організмі.
Солі мінеральних сполук (або неорганічних сполук) мають важливе значення для підтримання процесів життєдіяльності організму та окремих його клітин. У живих організмах вони перебувають у вигляді твердих сполук або розчинені у воді (у вигляді іонів0. Іони утворені катіонами металів (калію, натрію, кальцію, магнію тощо) і аніонами кислот (сульфатної – НSО4-, хлоридної – СІ, карбонатної - НСО3-, фосфатної – Н2РО4- та ін.). Різна концентрація К+ і Nа+ всередині та поза клітинами спричиняє виникнення різниці електричних потенціалів на плазматичних мембранах клітини. Це забезпечує транспорт речовин через мембрани, а також передачу нервових імпульсів.
Регуляторну функцію та активацію багатьох ферментів здійснюють катіони кальцію та магнію.
У деяких найпростіших (радіолярій) внутрішньоклітинний скелет побудований двоокису силіцію або сульфатно кислого стронцію. Сполуки кальцію входять до складу найпростіших (форамініфер) і черепашок молюсків, панцирів раків, кісток хребетних тварин тощо (мал. 1.8.).
Неорганічні кислоти також виконують важливі функції в живих організмах. Наприклад, хлоридна кислота створює кисле середовище в шлунку людини і хребетних тварин, забезпечуючи цим активність ферментів шлункового соку. Залишки сульфатної кислоти, приєднуючись до нерозчинних у воді сполук, забезпечують їхню розчинність. Це допомагає виведенню даних сполук з клітин і організму.
ІV. Закріплення знань про хімічний склад живих організмів. (Бесіда):
- Який хімічний склад клітини?
- Чому основна маса молекул живих організмів утворена атомами органогенних елементів?
- Які елементи: метали чи неметали переважають у живих організмах?
- Які ви можете назвати мікроелементи?
- Які ви можете назвати мікроелементи?
- Які особливості будови молекули води зумовлюють її властивості?
- У якому стані в клітині містяться солі? Яка їхня роль?
V. Домашнє завдання.
§ 1..
ХРОНОМЕТРАЖ УРОКУ
Актуалізація опорних знань . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 хв
Мотивація навчальної діяльності учнів . . . . . . . . . . . . . . 4 хв
Вивчення нового матеріалу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 хв
Закріплення знань про хімічний склад живих організмів . . . . 8 хв
Домашнє завдання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 хв
|