«Неорганические вещества клетки»

Урок №2

по теме «Неорганические вещества клетки» (10 класс)

Задачи урока:

1. Расширить знания старшеклассников о химическом составе внутренней среды; строении и значении  в жизни клетки различных неорганических соединений (на примере воды и минеральных солей).

2. Научить школьников выявлять связь между составом, строением молекулы, химического соединения и его функциями в клетке.

3. Убедить учащихся в том, что для понимания сущности протекающих в клетке процессов необходимы знания из разных областей естественных наук (биологии, химии, физики).

Оборудование: презентация

Ход урока:

1.     Орг. Момент.

2.     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.

– 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) А какие химические элементы реобладают в живых организмах?

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:  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.

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.

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.

Во многих районах нашей страны – на Урале и Алтае, в Приморье и в Ростовской области количество йода в почве и  воде значительно снижено. Если человек не получает с пищей нужного количества йода, у него снижается синтез тироксина. Щитовидная железа, пытаясь компенсировать нехватку гормона, разрастается, что приводит к образованию так называемого эндемического зоба. Особенно тяжелые последствия от недостатка йода возникает у детей. Сниженное количество тироксина приводит к резкому отставанию в умственном и физическом развитии. Чтобы предотвратить заболевания щитовидной железы, врачи рекомендуют подсаливать   пищу специальной солью, обогащенной иодидом калия, употреблять рыбные блюда и морскую капусту.

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.

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?

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, или твердом. Важное значение для жизнедеятельности клетки имеют катионы K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и анионы HPO₄^2—, 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.

Анионы слабых кислот (НСО₃^-, НРО₄^2-) обеспечивают буферные свойства клетки. Буферность — способность поддерживать рН на определенном уровне (рН — десятичный логарифм величины, обратной концентрации водородных ионов). Величина рН, равная 7,0, соответствует нейтральному, ниже 7,0 — кислому, выше 7,0 — щелочному раствору. Для клеток и тканей характерна слабощелочная среда.

В твердом нерастворенном состоянии находятся в костной ткани, в раковинах моллюсков карбонаты и фосфаты кальция и магния, в зубной эмали — фторид кальция и т.д.

Результат диссоциации солей в клетке (катион).

Домашнее задание: п.6–8 читать и отвечать на вопросы