Органические и неорганические вещества биология 5 класс доклад

Обновлено: 05.07.2024

Вы уже знаете, что все живые организмы состоят из клеток. Однако сходства на этом не ограничиваются, и все клетки состоят из одних и тех же химических элементов.

Химический элемент. Что это?

Для начала разберемся, что такое химический элемент.

Химический элемент — это совокупность одинаковых мельчайших неделимых частиц (атомов).

Более подробно вы узнаете о химических элементах на уроках физики и химии. Простыми примерами химических элементов могут быть различные металлы (алюминий, медь, золото и т.п.), кислород, которым мы дышим, углерод и другие.

Из каких химических элементов состоят клетки?

Теперь наглядно изучим химический состав живых клеток, а также сравним состав тел живой и неживой природы.

Как вы могли заметить, в составе живых клеток, в отличие от неживых тел, очень много углерода. Дело в том, что атомы углерода являются обязательным компонентом всех органических веществ, образующих живую материю.

Вообще в природе все вещества можно разделить на неорганические и органические.

Неорганические вещества – это знакомые вам поваренная соль, сода, вода, компоненты воздуха.

Органические вещества – это вещества, в состав которых обязательно входят атомы углерода. Органические вещества входят в состав живых клеток. К ним относятся белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Для обнаружения некоторых веществ, входящих в состав живых клеток, можно провести ряд несложных опытов.

Обнаружение воды, неорганических и органических веществ

Попробуйте нагреть кусочек растения в пробирке. Через некоторое время на стекле появятся капельки воды, а затем вы увидите дым. Это горят органические вещества. При этом неорганика не сгорает, а остается на дне пробирки в виде золы. Золу, ввиду высокой концентрации неорганических веществ, активно используют в качестве доступного удобрения.

Обнаружение белков и углеводов

В сосуде с мутной водой вы сможете обнаружить крахмал. Для этого достаточно добавить к раствору несколько капель йода. Жидкость посинеет.

Крахмал — это сложный растительный углевод. Большинство растений используют крахмал в качестве запаса питательных веществ.

Крахмальные зерна самых разных форм откладываются в хлоропластах. Больше всего крахмала запасается в семенах, клубнях, корнях и корневищах. Это также можно легко проверить. Достаточно капнуть несколько капель йода на клубень картофеля.

Обнаружение жиров

Жир можно обнаружить в семенах подсолнечника. Поместите несколько семечек на лист белой бумаги и попробуйте раздавить их с помощью пестика. Вскоре на бумаге выступят характерные масляные пятна.

Химический состав клетки

Это самое распространенное вещество на Земле. Вода не только окружает каждый живой организм снаружи, но и находится внутри.

В среднем живые клетки состоят из воды на 60 — 80%. Потеря всего 20% воды приводит к смерти.

Почему же вода так важна?

Вода – это универсальный растворитель для большинства веществ, а также участник химических реакций важных организма.

Таким образом, от содержания воды в организме зависит скорость большинства химических процессов, а значит и обмена веществ в целом.

Форма клетки, ее объем и упругость также поддерживаются водой.

Вода участвует в процессе терморегуляции. За счет испарения воды с поверхности листьев и потоотделения тела растений и животных охлаждаются и регулируют температуру.

Минеральные вещества

Кровь и межклеточная жидкость содержат большое количество различных неорганических солей. Они позволяют поддерживать постоянство внутренней среды организма. Кальций входит в состав костей и раковин моллюсков, участвует в процессе сокращения мускулатуры. Вместе с калием кальций обеспечивает выполнение жизненно важных функций, таких как раздражимость.

Углеводы

Функции углеводов в организме разнообразны.

Углеводы придают прочность и жесткость клеточным стенкам растений (целлюлоза). Углевод хитин образует жесткие покровы насекомых. Раствор углеводов в растительной вакуоли поддерживает внутриклеточное давление.

В виде сложных углеводов, крахмала и гликогена, растения и животные запасают энергию. А в результате их расщепления живые организмы получают энергию.

Белки

Разнообразие белков в живом организме очень велико.

Белки входят в состав многих клеточных структур, регулируют процессы жизнедеятельности и могут запасаться в клетке. Из белков состоят мышцы, и сокращаются они именно благодаря белками. За счет белков волосы, ногти, рога и копыта обладают высокой прочностью. Гемоглобин, транспортный белок крови, переносит кислород и углекислый газ.

Без белков было бы невозможно пищеварение. Ведь ферменты, разлагающие компоненты пищи, также являются белками.

Жиры выступают в роли стратегического запаса энергии и даже воды.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты крайне важны для любого живого организма.

Структура нуклеиновой кислоты (ДНК)

Именно в виде нуклеиновых кислот хранится наследственная информация. С помощью нуклеиновых кислот наследственная информация передается от родителей потомкам.

В клетке нуклеиновые кислоты образуют специальные структуры (хромосомы), которые находятся в клеточном ядре.

Что указывает на общность живой и неживой природы?

Все живые клетки, как и объекты неживой природы состоят из одних и тех же химических элементов. Уже знакомые вам белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты состоят из углерода, водорода и кислорода. В состав белков входит также азот. Нуклеиновые кислоты содержат не только азот, но еще и фосфор.

Назовите известные вам углеводы. Какие из них встречаются в растительных а какие — в животных организмах? Охарактеризуйте значение этих веществ.

Глюкоза – органическое соединение, углевод. Это один из самых распространенных и доступных источников энергии для всех живых организмов. Этот углевод встречается в ягодных и фруктовых соках. Также глюкоза образует более сложные углеводы.

Фруктоза – органические соединение, углевод. Не смотря на свое название, фруктоза выполняет важные функции в организмах не только растений, но и животных. Как и глюкоза фруктоза входит в состав многих более сложных углеводов. Фруктозу активно используют в пищевой промышленности в качестве подсластителя безопасного для диабетиков.

Сахароза – углевод, состоящий из одной глюкозы и одной фруктозы. По сути сахароза – это хорошо знакомый вам сахар.

Крахмал – сложный очень разветвленный углевод, состоящий из большого количества глюкозы. Это основной запасной углевод в растительных клетках.

Гликоген – сложный ветвистый углевод, состоящий из глюкозы. Растения запасают крахмал, а животные – гликоген.

Целлюлоза (клетчатка) – сложный углевод, представляющий собой длинную цепочку глюкозы. Основной компонент жестких клеточных стенок растений.

Хитин – сложный углевод в составе жестких покровов насекомых, ракообразных и других беспозвоночных.

В состав живой клетки входят те же химические элементы, которые входят в состав неживой природы. Из 104 элементов периодической системы Д. И. Менделеева в клетках обнаружено 60.

Их делят на три группы:

основные элементы — кислород, углерод, водород и азот (98% состава клетки);
элементы, составляющие десятые и сотые доли процента,— калий, фосфор, сера, магний, железо, хлор, кальций, натрий (в сумме 1,9%);
все остальные элементы, присутствующие в еще более малых количествах,— микроэлементы.

Молекулярный состав клетки сложный и разнородный. Отдельные соединения — вода и минеральные соли — встречаются также в неживой природе; другие — органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др.— характерны только для живых организмов.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

Вода составляет около 80% массы клетки; в молодых быстрорастущих клетках — до 95%, в старых — 60%.

Роль воды в клетке велика.

Минеральные соли в водных растворах клетки диссоциируют на катионы и анионы, обеспечивая устойчивое количество необходимых химических элементов и осмотическое давление. Из катионов наиболее важны К + , Na + , Са 2+ , Mg + . Концентрация отдельных катионов в клетке и во внеклеточной среде неодинакова. В живой клетке концентрация К высокая, Na + — низкая, а в плазме крови, наоборот, высокая концентрация Na + и низкая К + . Это обусловлено избирательной проницаемостью мембран. Разность в концентрации ионов в клетке и среде обеспечивает поступление воды из окружающей среды в клетку и всасывание воды корнями растений. Недостаток отдельных элементов — Fe, Р, Mg, Со, Zn — блокирует образование нуклеиновых кислот, гемоглобина, белков и других жизненно важных веществ и ведет к серьезным заболеваниям. Анионы определяют постоянство рН-клеточной среды (нейтральной и слабощелочной). Из анионов наиболее важны НРО₄ 2- , Н₂РO₄ — , Cl — , HCO₃ —

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

Органические вещества в комплексе образуют около 20—30% состава клетки.

Моносахариды (их общая формула С_nН_2nО_n) — бесцветные вещества с приятным сладким вкусом, хорошо растворимы в воде. Они различаются по количеству атомов углерода. Из моносахаридов наиболее распространены гексозы (с 6 атомами С): глюкоза, фруктоза (содержащиеся в фруктах, меде, крови) и галактоза (содержащаяся в молоке). Из пентоз (с 5 атомами С) наиболее распространены рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеиновых кислот и АТФ.

Полисахариды относятся к полимерам — соединениям, у которых многократно повторяется один и тот же мономер. Мономерами полисахаридов являются моносахариды. Полисахариды растворимы в воде, многие обладают сладким вкусом. Из них наиболее просты дисахариды, состоящие из двух моносахаридов. Например, сахароза состоит из глюкозы и фруктозы; молочный сахар — из глюкозы и галактозы. С увеличением числа мономеров растворимость полисахаридов падает. Из высокомолекулярных полисахаридов наиболее распространены у животных гликоген, у растений — крахмал и клетчатка (целлюлоза). Последняя состоит из 150—200 молекул глюкозы.

Углеводы — основной источник энергии для всех форм клеточной активности (движение, биосинтез, секреция и т. д.). Расщепляясь до простейших продуктов СO₂ и Н₂O, 1 г углевода освобождает 17,6 кДж энергии. Углеводы выполняют строительную функцию у растений (их оболочки состоят из целлюлозы) и роль запасных веществ (у растений — крахмал, у животных — гликоген).

Липиды — это нерастворимые в воде жироподобные вещества и жиры, состоящие из глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке. При комнатной температуре это твердые вещества. У растений жиры находятся в семенах, плодах и других органах. При комнатной температуре это жидкости. С жирами по химической структуре сходны жироподобные вещества. Их много в желтке яиц, клетках мозга и других тканях.

Роль липидов определяется их структурной функцией. Из них состоят клеточные мембраны, которые вследствие своей гидрофобности препятствуют смешению содержимого клетки с окружающей средой. Липиды выполняют энергетическую функцию. Расщепляясь до СO₂ и Н₂O, 1 г жира выделяет 38,9 кДж энергии. Они плохо проводят тепло, накапливаясь в подкожной клетчатке (и других органах и тканях), выполняют защитную функцию и роль запасных веществ.

Белки — наиболее специфичны и важны для организма. Они относятся к непериодическим полимерам. В отличие от других полимеров их молекулы состоят из сходных, но нетождественных мономеров — 20 различных аминокислот.

Каждая аминокислота имеет свое название, особое строение и свойства. Их общую формулу можно представить в следующем виде

Молекула аминокислоты состоит из специфической части (радикала R) и части, одинаковой для всех аминокислот, включающей аминогруппу (— NH₂) с основными свойствами, и карбоксильную группу (СООН) с кислотными свойствами. Наличие в одной молекуле кислотной и основной групп обусловливает их высокую реактивность. Через эти группы происходит соединение аминокислот при образовании полимера — белка. При этом из аминогруппы одной аминокислоты и карбоксила другой выделяется молекула воды, а освободившиеся электроны соединяются, образуя пептидную связь. Поэтому белки называют полипептидами.

Молекула белка представляет собой цепь из нескольких десятков или сотен аминокислот.

Молекулы белков имеют огромные размеры, поэтому их называют макромолекулами. Белки, как и аминокислоты, обладают высокой реактивностью и способны реагировать с кислотами и щелочами. Они различаются по составу, количеству и последовательности расположения аминокислот (число таких сочетаний из 20 аминокислот практически бесконечно). Этим объясняется многообразие белков.

В строении молекул белков различают четыре уровня организации (59)

Первичная структура — полипептидная цепь из аминокислот, связанных в определенной последовательности ковалентными (прочными) пептидными связями.
Вторичная структура — полипептидная цепь, закрученная в тугую спираль. В ней между пептидными связями соседних витков (и другими атомами) возникают малопрочные водородные связи. В комплексе они обеспечивают довольно прочную структуру.
Третичная структура представляет собой причудливую, но для каждого белка специфическую конфигурацию — глобулу. Она удерживается малопрочными гидрофобными связями или силами сцепления между неполярными радикалами, которые встречаются у многих аминокислот. Благодаря их многочисленности они обеспечивают достаточную устойчивость белковой макромолекулы и ее подвижность. Третичная структура белков поддерживается также за счет ковалентных S — S (эс — эс) связей, возникающих между удаленными друг от друга радикалами серосодержащей аминокислоты — цистеина.
Четвертичная структура типична не для всех белков. Она возникает при соединении нескольких белковых макромолекул, образующих комплексы. Например, гемоглобин крови человека представляет комплекс из четырех макромолекул этого белка.

Такая сложность структуры белковых молекул связана с разнообразием функций, свойственных этим биополимерам. Однако строение белковых молекул зависит от свойств окружающей среды.

Нарушение природной структуры белка называют денатурацией . Она может возникать под воздействием высокой температуры, химических веществ, лучистой энергии и других факторов. При слабом воздействии распадается только четвертичная структура, при более сильном — третичная, а затем — вторичная, и белок остается в виде первичной структуры — полипептидной цепи, Этот процесс частично обратим, и денатурированный белок способен восстанавливать свою структуру.

Роль белка в жизни клетки огромна.

Белки — это строительный материал организма. Они участвуют в построении оболочки, органоидов и мембран клетки и отдельных тканей (волос, сосудов и др.). Многие белки выполняют в клетке роль катализаторов — ферментов, ускоряющих клеточные реакции в десятки, сотни миллионов раз. Известно около тысячи ферментов. В их состав, кроме белка, входят металлы Mg, Fe, Мn, витамины и т. д.

Каждая реакция катализируется своим особым ферментом. При этом действует не весь фермент, а определенный участок — активный центр. Он подходит к субстрату, как ключ к замку. Действуют ферменты при определенной температуре и рН среды. Особые сократительные белки обеспечивают двигательные функции клеток (движение жгутиковых, инфузорий, сокращение мышц и т. д.). Отдельные белки (гемоглобин крови) выполняют транспортную функцию, доставляя кислород ко всем органам и тканям тела. Специфические белки — антитела — выполняют защитную функцию, обезвреживая чужеродные вещества. Некоторые белки выполняют энергетическую функцию. Распадаясь до аминокислот, а затем до еще более простых веществ, 1 г белка освобождает 17,6 кДж энергии.

Молекула ДНК имеет сложное строение. Она состоит из двух спирально закрученных цепей. Ширина двойной спирали 2 нм 1 , длина несколько десятков и даже сотен микромикрон (в сотни или тысячи раз больше самой крупной белковой молекулы). ДНК — полимер, мономерами которой являются нуклеотиды — соединения, состоящие из молекулы фосфорной кислоты, углевода — дезоксирибозы и азотистого основания. Их общая формула имеет следующий вид:

Фосфорная кислота и углевод одинаковы у всех нуклеотидов, а азотистые основания бывают четырех типов: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Они и определяют название соответствующих нуклеотидов:

адениловый (А),
гуаниловый (Г),
цитозиловый (Ц),
тимидиловый (Т).

Каждая цепь ДНК представляет полинуклеотид, состоящий из нескольких десятков тысяч нуклеотидов. В ней соседние нуклеотиды соединены прочной ковалентной связью между фосфорной кислотой и дезоксирибозой.

При огромных размерах молекул ДНК сочетание в них из четырех нуклеотидов может быть бесконечно большим.

Между А и Т возникают две связи, между Г и Ц — три.

Удвоение молекулы ДНК — ее уникальная особенность, обеспечивающая передачу наследственной информации от материнской клетки дочерним. Процесс удвоения ДНК называется редупликацией ДНК. Он осуществляется следующим образом. Незадолго перед делением клетки молекула ДНК раскручивается и ее двойная цепочка под действием фермента с одного конца расщепляется на две самостоятельные цепи. На каждой половине из свободных нуклеотидов клетки, по принципу комплементарности, выстраивается вторая цепь. В результате вместо одной молекулы ДНК возникают две совершенно одинаковые молекулы.

РНК — полимер, по структуре сходный с одной цепочкой ДНК, но значительно меньших размеров. Мономерами РНК являются нуклеотиды, состоящие из фосфорной кислоты, углевода (рибозы) и азотистого основания. Три азотистых основания РНК — аденин, гуанин и цитозин — соответствуют таковым ДНК, а четвертое — иное. Вместо тимина в РНК присутствует урацил. Образование полимера РНК происходит через ковалентные связи между рибозой и фосфорной кислотой соседних нуклеотидов. Известны три вида РНК: информационная РНК (и-РНК) передает информацию о структуре белка с молекулы ДНК; транспортная РНК (т-РНК) транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка; рибосомная РНК (р-РНК) содержится в рибосомах, участвует в синтезе белка.

Эта реакция сопровождается выделением 40 кДж энергии, поэтому фосфорнокислородную связь называют макроэнергетической связью и обозначают знаком [бесконечность]. В АТФ имеются две такие связи. Если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту).

АТФ играет центральную роль в превращении энергии в клетке.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Химический элемент – это атомы одного и того же вида.

Органические вещества – это вещества, которые входят в состав живых организмов и образуются только при их участии.

Неорганические вещества – это вещества, которые входят в состав неживой природы и могут образовываться без участия живых организмов.

Обязательная и дополнительная литература по теме

Биология. 5–6 классы. Пасечник В. В., Суматохин С. В., Калинова Г. С. и др. / Под ред. Пасечника В. В. М.: Просвещение, 2019
Биология. 6 класс. Теремов А. В., Славина Н. В. М.: Бином, 2019.
Биология. 5 класс. Мансурова С. Е., Рохлов В. С., Мишняева Е. Ю. М.: Бином, 2019.
Биология. 5 класс. Суматохин С. В., Радионов В. Н. М.: Бином, 2014.
Биология. 6 класс. Беркинблит М. Б., Глаголев С. М., Малеева Ю. В., Чуб В. В. М.: Бином, 2014.
Биология. 6 класс. Трайтак Д. И., Трайтак Н. Д. М.: Мнемозина, 2012.
Биология. 6 класс. Ловягин С. Н., Вахрушев А. А., Раутиан А. С. М.: Баласс, 2013.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Сейчас на Земле известно более ста химических элементов. Из их атомов состоят все вещества, встречающиеся на Земле. 80 химических элементов обнаружены в составе живых организмов. При этом четыре из них – углерод, водород, азот и кислород составляют около 98 % массы любого организма. Остальные химические элементы встречаются в живых организмах в малых количествах.

Клетки всех живых организмов состоят из одних и тех же химических элементов. Эти же элементы входят и в состав объектов неживой природы. Сходство состава указывает на общность живой и неживой природы.

На этом уроке вы узнаете, из каких химических элементов состоят клетки живых организмов, и какие изменения претерпевают эти химические соединения по мере роста и развития клеток.

В клетках живых организмов больше всего содержится таких химических элементов, как углерод, водород, кислород и азот. Вместе они составляют до 98 % массы клетки. Около 2 % массы клетки приходится на восемь элементов: калий, натрий, кальций, хлор, магний, железо, фосфор и серу. Остальные химические элементы содержатся в клетках в очень малых количествах.

Химические элементы, соединяясь между собой, образуют неорганические (вода и минеральные соли) и органические (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и др.) вещества.

Значение каждого из веществ, содержащегося в клетке уникально. Вода придаёт клетке упругость, определяет её форму, участвует в обмене веществ. Неорганические вещества используются для синтеза органических молекул. При недостатке минеральных веществ важнейшие процессы жизнедеятельности клеток нарушаются. Углеводы придают прочность клеточным оболочкам, а также служат запасающими веществами. Белки входят в состав разнообразных клеточных структур, регулируют процессы жизнедеятельности и тоже могут запасаться в клетках. Жиры откладываются в клетках. При расщеплении жиров освобождается необходимая живым организмам энергия. Нуклеиновые кислоты играют ведающую роль в сохранении наследственной информации.

Клетка – это миниатюрная природная лаборатория, в которой синтезируются и претерпевают изменения различные химические соединения. Сходство химического состава клеток разных организмов доказывает единство живой природы.

Клеткой называют элементарную единицу строения живых организмов. Все живые существа - будь то люди, животные, растения, грибы или бактерии - в своей основе имеют клетку. В чьем-то организме этих клеток много - сотни тысяч клеток составляют тело млекопитающих и рептилий, а в чьем-то мало - многие бактерии состоят из всего одной клетки. Но не так важно количество клеток, как их наличие.

Давно известно, что клетки обладают всеми свойствами живого: они дышат, питаются, размножаются, приспосабливаются к новым условиям, даже умирают. И, как и у всего живого, в составе клеток есть органические и неорганические вещества.

Неорганических веществ намного больше, ведь неорганические вещества - это и вода, и минеральные вещества. Разумеется, наибольшая часть отдела под названием "неорганические вещества клетки" отводится воде - она составляет 40-98% от всего объема клетки.

Вода в клетке выполняет множество важнейших функций: она обеспечивает упругость клетки, быстроту проходящих в ней химических реакций, перемещение поступивших веществ по клетке и их вывод. Кроме того, в воде растворяются многие вещества, она может участвовать в химических реакциях и именно на воде лежит ответственность за терморегуляцию всего организма, так как вода обладает неплохой теплопроводностью.

Помимо воды, в неорганические вещества клетки входят и многие минеральные вещества, делящиеся на макроэлементы и микроэлементы.

К макроэлементам относятся такие вещества, как железо, азот, калий, магний, натрий, сера, углерод, фосфор, кальций и многие другие.

Микроэлементы - это, в большинстве своем, тяжелые металлы, такие как бор, марганец, бром, медь, молибден, йод и цинк.

Также в организме есть и ультрамикроэлементы, среди которых золото, уран, ртуть, радий, селен и другие.

Все неорганические вещества клетки играют собственную, важную роль. Так, азот участвует в великом множестве соединений - как белковых, так и небелковых, способствует образованию витаминов, аминокислот, пигментов.

Кальций представляет собой антагонист калия, служит клеем для растительных клеток.

Молибден улучшает устойчивость растений против грибков-паразитов, способствует ускорению синтеза белка.

Железо участвует в процессе дыхания, входит в состав молекул гемоглобина.

Медь отвечает за образование клеток крови, здоровье сердца и хороший аппетит.

Бор отвечает за процесс роста, в особенности у растений.

Калий обеспечивает коллоидные свойства цитоплазмы, образование белков и нормальную работу сердца.

Натрий также обеспечивает правильный ритм сердечной деятельности.

Сера участвует в образовании некоторых аминокислот.

Фосфор участвует в образовании огромного количества незаменимых соединений, таких, как нуклеотиды, некоторые ферменты, АМФ, АТФ, АДФ.

И только роль ультрамикроэлементов пока абсолютно неизвестна.

Но одни только неорганические вещества клетки не смогли бы сделать ее полноценной и живой. Органические вещества важны не менее, чем они.

К органическим веществам относятся углеводы, липиды, ферменты, пигменты, витамины и гормоны.

Углеводы делятся на моносахариды, дисахариды, полисахариды и олигосахариды. Моно- ди- и полисахариды являются основным источником энергии для клетки и организма, а вот нерастворяющиеся в воде олигосахариды склеивают соединительную ткань и защищают клетки от неблагоприятного внешнего воздействия.

Липиды делятся на собственно жиры и липоиды - жироподобные вещества, образующие ориентированные молекулярные слои.

Ферменты являются катализаторами, ускоряющими биохимические процессы в организме. Кроме того, ферменты уменьшают количество потребляемой на придание реакционной способности молекуле энергии.

Витамины необходимы для регуляции окисляемости аминокислот и углеводов, а также для полноценного роста и развития.

Читайте также: