Кратко химические соединения обеспечивающие функционирование живой системы

Обновлено: 05.07.2024

Химический состав живых организмов является предметом такой биологической науки как биохимия. Как мы уже знаем, все живые организмы состоят из клеток. Клетки, в свою очередь состоят из химических элементов. Химические элементы, без которых была бы невозможна жизнь на Земле, называются биогенными элементами.

Биогенные элементы – это химические элементы, которые входят в состав клеток организма, а также те элементы, без которых невозможна жизнедеятельность клеток: органические и неорганические вещества, полимерные и низкомолекулярные. Каждый из нас с детства знает, что человек более чем наполовину состоит из воды. Соответственно, первым и самым главным биогенным веществом является вода.

Основные химические элементы организмов:

- водород;

- кислород;

- фосфор;

- сера;

- азот;

- углерод.

Неорганические соединения в составе живых организмов:

- карбонаты;

- фосфаты;

- соли аммония;

- сульфаты.

Также к биогенным элементам можно отнести следующие неметаллы:

1) Йод и йодные соединения очень важны для организма, играют большую роль в обменных процессах. Йод входит в состав тироксина – гормона щитовидной железы.

2) Хлор. Анионы этого элемента поддерживают солевую среду организма на уровне, необходимом для правильной жизнедеятельности. Также входит в состав некоторых органических соединений.

Другие органические вещества, входящие в состав живого организма:

Уксусный альдегид;
Уксусная кислота;
Этанол – является продуктом и субстратом биохимических реакций.

Не менее важными являются следующие соединения:

- ГЕМ – это соединение железа с молекулой парафина;

- кобаламин – кобальтовое соединение (витамин В12).

Кальций и магний – основные металлы, которые наряду с железом чаще всего встречаются в биологических системах. Магний и его ионы играют важную роль для функционирования клетки, точнее, рибосом и синтеза белка в клетке. Также магний является частью хлорофилла. Кальций в живом организме может присутствовать в виде нерастворимых солей:

- карбонат кальция – вещество, из которого состоят раковины моллюсков;

- фосфат кальция – участвует в построении скелета.

В состав ферментов входят многие металлы 4 периода периодической системы:

1) Железо участвует в процессе насыщения клеток кислородом, являясь частью гемоглобина.

2) Ионы цинка содержатся почти во всех ферментах.

3) Марганец также входит в состав некоторых ферментов, но более важную роль играет для поддержания нормальной внешней биосферы: обеспечивает выделение кислорода в атмосферу, а также участвует в фотохимическом восстановлении воды.

4) Молибден является составной частью нитродиназа - фермента азотфиксирующих бактерий, который способствует восстановлению азота извне до аммиака.

5) Кобальт – как мы уже сказали, является частью кобаламина или витамина В12.

Низкомолекулярные соединения, которые входят в состав живых организмов:

Аминокислоты – из них состоят белки.
Моно и алигосахариды – из них состоят структурные ткани организмов.
Нуклеамиды – из них состоят нуклеиновые кислоты.
Липиды – составляющие клеточных оболочек.

Также существует множество других веществ, которые активно участвуют в жизнедеятельности живых организмов: коферменты, терпены и многие другие.

Органические и неорганические вещества обеспечивают жизнеспособность клетки. Нуклеиновые кислоты обеспечивают передачу её свойств и признаков новому поколению.

Подтвердите приведённый выше вывод конкретными примерами из жизни (любого, по вашему выбору) представителя живой природы.

Доказательствами того, что неорганические вещества обеспечивают жизнеспособность клетки можно считать:

• В организме взрослого человека содержится около 65% воды.

• Немаловажные функции в живых организмах выполняют неорганические кислоты и их соли. Соляная кислота входит в состав желудочного сока человека, ускоряя процесс переваривания белков пищи. Остатки серной кислоты, присоединяясь к нерастворимым в воде чужеродным веществам, придают им растворимость, способствуя выведению из организма.

Органические вещества также обеспечивают жизнеспособность клеток. Для человека, который является гетеротрофным организмом источником аминокислот является пища. В организме человека некоторые аминокислоты могут синтезироваться из продуктов обмена веществ (в первую очередь — из других аминокислот). Такие аминокислоты называются заменимыми. Другие же, так называемые незаменимые аминокислоты, не могут быть синтезированы в организме и поэтому должны постоянно поступать в него в составе белков пищи.

Убедительные доказательства того, что именно с ДНК связана передача наследственной информации, получены при изучении вирусов. Проникая в клетку, они вносят в нее лишь нуклеиновую кислоту с очень небольшим количеством белка, а вся белковая оболочка остается вне клетки. Следовательно, введенная в клетку ДНК передает генетическую информацию, необходимую для образование такого же биологического вида. В клетке человека ДНК распределена на 23 пары хромосом и содержит около 1 млрд. пар оснований; длина цепочки ДНК в одной клетке составляет около 1 м. Если составить цепочку из ДНК всех клеток одного человека, то она сможет протянуться через всю Солнечную систему.

1. Назовите известные вам отличия: а) прокариотической клетки бактерии от эукариотических клеток растений и животных;

Прокариотические клетки обычно очень малы: их размеры не превышают 10 мкм. У них нет ядерной оболочки, единственная хромосома часто имеет кольцевидную форму и находится непосредственно в цитоплазме клетки.

Внутри прокариотической клетки отсутствуют органоиды, окружённые мембранами, т. е. в ней нет эндоплазматической сети (её роль выполняют многочисленные выступы клеточной мембраны), нет митохондрий, нет пластид. Рибосомы у прокариот мелкие.

Прокариотические клетки покрыты капсулой, предохраняющей бактерии от повреждений и высыхания.

Прокариоты чаще размножаются бесполым путём, а именно делением клетки надвое. Половой процесс, т. е. процесс обмена генетическим материалом, у них встречается значительно реже.

б) эукариотических клеток растений от эукариотических клеток животных и человека.

1) В растительной клетке присутствует прочная и толстая клеточная стенка из целлюлозы.

2) В растительной клетке есть вакуоли.

3) Растительная клетка содержит особые органоиды — пластиды (хлоропласты, лейкопласты и хромопласты).

Плазматическая мембрана ограничивает живое содержимое клеток всех организмов, защищает и регулирует обмен веществ между клеткой и внешней средой.

Цитоплазма объединяет все клеточные структуры (компоненты) и обеспечивает их химическое взаимодействие. Она выполняет и другие функции, в частности, поддерживает тургор клетки.

Ядро регулирует все процессы в клетке, обеспечивает передачу наследственной информации.

Хромосома — это нитевидная структура клеточного ядра, несущая генетическую информацию в молекулах нуклеиновой кислоты, становится видна при делении клетки.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — нуклеиновая кислота, которая является основным компонентом хромосом эукариотовых клеток и некоторых вирусов и обеспечивает хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах.

Ген — наследственная единица, ответственная за формирование какого — либо признака или за регуляцию других генов. Ген представляет собой участок ДНК.

В состав веществ, участвующих в реакциях и связанных с жизнедеятельностью живой материи, входят почти все элементы периодической системы Д. И. Менделеева. В клетках живых организмов обнаружено 86 постоянно присутствующих элементов.

Клетки всех живых организмов содержат несколько различных групп органических соединений.

Неорганические вещества, содержащиеся в клетке, — это вода, различные минеральные соли, двуокись углерода, кислоты и основания.

Вода является важнейшим химическим компонентом содержимого живой клетки. Она составляет в среднем около 70-80% от общей массы клетки. Все биохимические реакции, совершающиеся в клетке, идут в присутствии воды. Она является универсальным растворителем. В воде растворяются соли, основания, углеводы, белки и кислоты. Лишь жиры и жироподобные вещества не растворяются в воде. Вода определяет также физические свойства клетки, такие, как плотность и теплоёмкость, обеспечивает тургор (напряженное состояние клеточной стенки) у растений.

Органические вещества, входящие в состав клетки, всегда содержат атомы углерода и водорода. В органических соединениях углерод четырёхвалентен. При этом атомы обладают удивительной способностью, соединяясь друг с другом, образовывать длинные цепи: прямые, разветвлённые и замкнутые (циклические). Поэтому свойства органических веществ зависят не только от их качественного и количественного состава, но и от порядка соединения атомов в молекуле, т. е. от строения молекулы (рис. 59).

Урок познакомит учащихся с химическим составом клеток и организмов, позволит изучить роль основных неорганических и органических веществ организма в его жизнедеятельности.

Описание разработки

Цель:

познакомить учащихся с химическим составом клеток и организмов;

Задачи:

изучить роль основных неорганических и органических веществ организма в его жизнедеятельности; раскрыть связь строения, свойств и функций веществ в клетке и организме

Оборудование: таблицы по биологии.

Ход урока.

I. Проверка знаний.

Карточка 1. Какую из черт, характерную для живой природы, можно найти у какого-нибудь неживого объекта? Можете ли вы привести соответствующие примеры?

Карточка 2. Как вы считаете, в чем заключается и чем обусловлена необходимость выделения различных уровней организации живой материи?

Устная проверка знаний по вопросам.

1. Биологические системы и их примеры.

2. Признаки биологических систем и их характеристика.

3. Уровни организации живой природы.

II. Изучение нового материала.

1. Сравнение элементарного состава живой и неживой природы.

Без знания химического состава клетки – основной единицы жизни – нельзя понять механизмы сложнейших процессов, которые протекают в живых организмах всех царств природы. Поэтому изучение общебиологических закономерностей мы начинаем с изучения химической организации жизни. Вначале сравним элементарный, т. е. атомарный, состав живой и неживой природы.

Самыми распространенными элементами земной коры, на долю которых приходится 90% ее атомарного состава, являются: О, Si, Al и Na. Далее следуют Са, Fe, Mg, P и другие элементы.

В живых организмах обнаружено около 80 химических элементов. Но достоверно известно о функциях в организмах лишь в отношении 27 из них. В состав живых организмов входят атомы тех же элементов, что и в состав неживой природы, но их содержание иное.

По количественному содержанию в живом веществе элементы делятся на три группы.

Органогенные (биофильные) элементы – С, Н, N, О. На их долю приходится 98% элементарного состава всех живых организмов.

Макроэлементы – Na, К, Са, Cl, P, S, Fe, Mg. Их концентрация превышает 0, 001%.

Микроэлементы – Zn, I, Cu, F, Мn, Мо, Со и многие другие. Их доля составляет менее 0, 001%. Таким образом, элементарный состав живой и неживой природы одинаков, что свидетельствует об их материальном единстве. Провести четкую грань между живым и неживым на уровне атомов не представляется возможным.

2. Характеристика органогенных элементов.

1) атомы всех этих элементов способны образовывать ковалентные связи посредством спаривания электронов;

2) они легко могут образовывать разнообразные химические соединения, реагируя друг с другом (кислород, азот и углерод могут образовывать как одинарные, так и двойные связи; углерод способен к образованию С–С связей, а также легко вступать в ковалентные связи с кислородом, азотом и серой) ;

3) все они имеют малую атомную массу.

3. Молекулярный состав живого вещества.

Большинство элементов, присутствующих в живой материи, образуют разнообразные химические соединения, которые подразделяются на неорганические и органические вещества. Органические соединения являются основой строения любого организма. Основой строения органических веществ служат атомы углерода. Приведем данные о содержании в клетке неорганических и органических веществ (табл. 2).

Весь материал - в документе.

Содержимое разработки

11 кл. Урок: Основные химические соединения живой материи

Цель: познакомить учащихся с химическим составом клеток и организмов;

Задачи изучить роль основных неорганических и органических веществ организма в его жизнедеятельности; раскрыть связь строения, свойств и функций веществ в клетке и организме

Оборудование: таблицы по биологии.

I. Проверка знаний

Устная проверка знаний по вопросам

1. Биологические системы и их примеры.

2. Признаки биологических систем и их характеристика.

3. Уровни организации живой природы.

II. Изучение нового материала

1. Сравнение элементарного состава живой и неживой природы

Без знания химического состава клетки – основной единицы жизни – нельзя понять механизмы сложнейших процессов, которые протекают в живых организмах всех царств природы. Поэтому изучение общебиологических закономерностей мы начинаем с изучения химической организации жизни. Вначале сравним элементарный, т.е. атомарный, состав живой и неживой природы.

По количественному содержанию в живом веществе элементы делятся на три группы.

Органогенные (биофильные) элементы – С, Н, N, О. На их долю приходится 98% элементарного состава всех живых организмов.

Макроэлементы – Na, К, Са, Cl, P, S, Fe, Mg. Их концентрация превышает 0,001%.

Микроэлементы – Zn, I, Cu, F, Мn, Мо, Со и многие другие. Их доля составляет менее 0,001%. Таким образом, элементарный состав живой и неживой природы одинаков, что свидетельствует об их материальном единстве. Провести четкую грань между живым и неживым на уровне атомов не представляется возможным.

2. Характеристика органогенных элементов

1) атомы всех этих элементов способны образовывать ковалентные связи посредством спаривания электронов;

3) все они имеют малую атомную массу.

3. Молекулярный состав живого вещества

Белки
Жиры
Углеводы
Нуклеиновые кислоты
АТФ и другие низкомолекулярные органические соединения

Таким образом, молекулярный состав живой и неживой природы различен, поэтому на молекулярном уровне можно провести между ними четкую границу.

2. Содержание воды в клетке

Вода – одно из самых распространенных веществ на Земле, она покрывает большую часть земной поверхности и входит в состав всех живых организмов.

Вода составляет почти 80% массы клетки (в головном мозге – 85%, в клетках развивающегося зародыша – 90%). Две трети массы человека составляет вода. Человек может прожить без воды не более 14 дней. Потеря организмом 20% воды может привести к смерти. Однако, не все клетки организмов содержат одинаковое количество воды. Так, в клетках эмали зубов воды около 10%, столь же немного ее в клетках покоящихся семян. В клетках молодого организма воды – около 80%, а в клетках старого – только 60%. Приведенные данные позволяют сделать вывод: чем больше воды в клетке, тем интенсивнее в ней идут обменные процессы.

3. Структура и свойства молекулы воды

Уникальные свойства воды объясняются структурой ее молекул и определяют ее биологические функции. Из курса химии известно, что формула молекулы воды Н2О. Она состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода и при этом электронейтральна. Но электрический заряд внутри молекулы распределен неравномерно: в области атомов водорода (точнее протонов) преобладает положительный заряд, в области, где расположен кислород, выше плотность отрицательного заряда. Следовательно, частица воды – диполь.

Вследствие того, что электронные облака атомов водорода в молекуле воды оттянуты к атому кислорода, ядра водородных атомов способны взаимодействовать с неподеленными парами электронов атомов кислорода соседних молекул воды, т.е. между молекулами воды образуются водородные связи. Каждая молекула воды имеет два атома водорода и две неподеленные пары электронов, значит она может образовывать водородные связи с четырьмя соседними молекулами воды.

Таким образом молекулы воды соединяются в удвоенные, утроенные и так далее ассоциированные молекулы (гидраты). В итоге, в жидком состоянии вода состоит из отдельных молекул и ассоциантов типа (Н2О)х. Способность молекул воды к образованию водородных связей друг с другом существенно влияет на физические свойства этого вещества. Большая теплоемкость, теплота плавления и теплота парообразования воды объясняются тем, что большая часть поглощаемого тепла расходуется на разрыв водородных связей между молекулами.

Вода обладает высокой теплопроводностью. Она практически не сжимается и прозрачна в видимом участке спектра. Наконец, вода – вещество, плотность которого в жидком состоянии больше, чем в твердом (при 4 °С вода имеет максимальную плотность, у льда плотность меньше, поэтому он поднимается на поверхность).

Физические и химические свойства делают воду уникальной жидкостью и определяют ее биологическое значение.

4. Биологическое значение воды

Роль воды к клетках и в организмах велика. Рассмотрим ее биологические функции, исходя из физических и химических свойств этого уникального вещества.

III. Закрепление знаний

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

IV. Домашнее задание§28 прочитать, ответить на вопросы

Изучить параграф учебника (элементарный и молекулярный состав живого вещества).

-75%

Читайте также: