Химический состав организма конспект

Обновлено: 05.07.2024

Выявление роли химических элементов, органических и неорганических веществ в жизни клетки и организма; показать единство живой и неживой природы на основе знаний об элементарном составе клетки; формирование и расширение знаний о органических веществах клетки;
Развитие умений конспектировать лекции, работать со схемами, текстом учебника, анализировать, делать выводы.
Воспитание уважительного отношения к окружающему миру, культуры общения.

План лекции:

1. Разделение химических элементов по количественному содержанию.

2. Вода, ее содержание и роль в клетке.

3. Минеральные соли и их значение.

4. Органические вещества клетки. Мономеры и биополимеры. Углеводы, их классификация.

5. Липиды, их классификация.

6. Белки, их строение, свойства.

7. Нуклеиновые кислоты, их характеристика, функции.

8. АТФ, ее строение и значение.

1. В состав живой клетки входит около 90 химических элементов, 25 их них обнаружены практически во всех клетках. Эти химические элементы необходимы для их жизнедеятельности. Они же встречаются в неживой природе. Но количественное соотношение химических элементов в живой и неживой природе разное. (слайд 3)

- Какие химические элементы являются самыми распространенными в земной коре? (фосфор, магний, кремний, железо, алюминий, натрий, кальций, кислород - вместе - 98 % массы земной коры).

По количественному содержанию в живых системах все химические элементы подразделяются на три группы: (слайд 21)

1. Макроэлементы - химические элементы в сумме составляющие около 98 % всего содержимого клетки ( H , N,O, C ). (слайд 22)

2. Микроэлементы - химические элементы в сумме составляют около 1,9 % всего содержимого клетки. (слайд 24)

3. Ультрамикроэлементы - химические элементы, в сумме составляющие около 0, 02 % ( Zn, Cu, I, F и т. д ). (слайд 25)

- Давайте обратимся к таблице " Биологически важные химические элементы клетки" на странице 11 учебника и ознакомимся со значением химических элементов для клетки и организма.

- Почему N, C, H,O,S, Р называют биоэлементами? (слайд 23)

2. Вода - самое распространенное в живых организмах неорганическое вещество, обязательный ее компонент, среда обитания для многих организмов, главный растворитель клетки. (слайд 3)

Приводим строки стихотворения М. Дудника: (слайд 5)

Говорят, что из восмидесяти процентов воды состоит человек,
Из воды, добавлю, родных его рек,
Из воды, добавлю, дождей, что его напоили,
Из воды, добавлю, из древней воды родников,
Из которых, деды и прадеды пили.

- О каком значении воды говорится в стихотворении?

- Почему одни вещества в воде растворяются, а другие - нет?

Демонстрационный опыт (может проводить ученик - помощник):

Растворить в воде следующие вещества: поваренную соль, этиловый спирт, сахарозу, растительное масло.

- Что произошло с каждым из веществ? Почему?

Вода обладает рядом свойств, благодаря способности своих молекул связываться друг другом при помощи водородных связей. Молекула воды полярна - диполь. Положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, так как кислород электроотрицательнее водорода. Отрицательно зараженный атом кислорода одной молекулы вода притягивается к положительно заряженному атому водорода другой молекулы с образованием водородной связи. Водородная связь слабее ковалентной связи, поэтому она легко разрывается.(слад 8). Таким образом, в жидкой воде молекулы подвижны, они легко проникают через клеточные мембраны. Это очень важно для процессов обмена веществ.(Рисунок 1. на стр. 9.)

Гидрофильные вещества - хорошо растворимые в воде вещества.

Гидрофобные вещества - плохо растворимые в воде вещества.

- С помощью учебника в группах нужно заполнить таблицу " Свойства и значение воды". (слайд 9 -18)

Закрепление изученного материала: (слайд 19)

- В ясный весенний день температура воздуха + 10 С, влажность 80 %. Будут ли ночью заморозки? Почему?

3. Минеральные соли - неорганические вещества в клетке, в виде солей. (слайд 26, 27)

- катионы: К + , Na + , Ca +2 .

Буферность - способность клетки поддерживать относительное постоянство слабощелочной среды.

Анионы и аминокислоты связываются протонами водорода и гидроксильной группой воды и рН среды не меняется.

4. Кроме неорганических веществ в состав клетки входят и органические вещества. (слайд 27)

Углеводы бывают: Простые (моносахариды) и сложные (олигосахариды и полисахариды)

Моносахариды (бесцветные вещества, сладкие на вкус, хорошо растворяются в воде):

Гексозы (глюкоза, фруктоза и галактоза - С₆Н₁₂О₆); Тетрозы (4 атома С); Триозы (3 атома С).

Олигосахариды (от 2 до 10 моносахарных остатков. Хорошо растворяются в воде):

Мальтоза (солодовый сахар); Сахароза (свекловичный сахар); Лактоза (молочный сахар).

Полисахариды (плохо растворяются в воде, без вкуса, состоят до 300 молекул глюкозы))

Крахмал; Муреин; Гликоген; Хитин; Целлюлоза и т.д.

Изучив статью учебника на стр. 14 и заполните схему "Функции углеводов" (слайд 42)

Закрепление изученного материала. (слайд 42)

- Почему все углеводы при расщеплении дают глюкозу?

- Почему содержание углеводов в клетках растений больше, чем в клетках животных?

5. Липиды - сборная группа органических соединений, не имеющих единой химической характеристики; не растворимы в воде, но хорошо растворимые в органических растворителях, содержатся во всех клетках животных и растений ( от 5 до 90 % сухой массы).

Есть простые липиды ( гликолипиды, жиры, воска, стерины) и сложные.

Жиры - сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. (слайд 43 - 50)

(Неполярный гидрофильный) R----- COOH (полярна гидрофильна)

Растительные клетки богаты не насыщенными жирными кислотами, а животные - насыщенными.

- Заполните схему с помощью учебника: "Функции липидов" (слайд 49)

Закрепление изученного материала. (слайд 50)

- Зарисуйте каплю жира, образующего каплю в воде.

- Сделайте "Проверочный тест" (слайд 51)

6. Белки.

Вспомните, пожалуйста, высказывание Ф. Энгельса " Жизнь - это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой: причем при прекращении обмена веществ прекращается и сама жизнь, что приводит к разложению белка :" (слайд 52) (слайды 52-61)

- Какие основные моменты можно выделить в этом определении жизни?

Белки имеют еще одно название - протеины.

В переводе с греческого означает "протос" - первый, главный. Следовательно, белки главные вещества клетки. Давайте, докажем это.

Белки - это биополимеры, состоящие из мономеров - аминокислот, их всего -20. Посмотрите общую формулу аминокислот:

Пептиды образуются при связывании между собой аминокислот при помощи пептидной связи.

Первичная структура - связь пептидная между карбоксильной и аминогруппами, полипептидная цепочка. Открыта в 1888г. А.В. Данилевским.
Вторичная структура - связь - водородная между кислородом и водором амино и карбоксильных групп разных аминокислот, полипептидная цепочка закручивается в спиралевидную структуру внутри молекулы.
Третичная структура - связь дисульфидная, между серами радикалов, упаковка вторичной спирали в глобулярную структуру.
Четвертичная структура - комплекс, который объединяет несколько третичных структур органической природы и неорганическое вещество.

Свойства белков.(слайды 57-58)

1. Денатурация - нарушение структуры белка.

I и II структуры - необратимая,

III и IV структуры - обратимая денатурация.

2. Ренатурация - восстановление естественной структуры белка. ( шерсть - стираем, связь S-S восстанавливается)

3. Видовая специфичность - определяется набором аминокислот, их количеством, последовательностью расположения в цепи.

4. Белковая индивидуальность человека - отторжение донорских органов, аллергии. Лежит в основе иммунитета.

Закрепление изученного материала.

- Заполните таблицу " Строение белковой молекулы" (слайд 60)

- Почему из вареного яйца никогда не появится цыпленок? (слайд 59)

- Почему аминокислоты имеют амфотерные свойства?

- Какая часть аминокислоты определяет уникальные ее свойства?

6. Ферменты (энзимы)- это специфические белки, осуществляющие каталитическую функцию. (слайд 77 - 79) Наука энзимология. Академик И. П. Павлов назвал ферменты " возбудителями жизни и первым актом жизненной деятельности". Все ферменты имеют белковую природу, но не все белки имеют ферментативную природу. Почему?

Активный центр - происходит соединение фермента с субстратом. Форма активного центра и субстрата подходят друг к другу как ключ к замку.

Аллостерический центр - происходит связывание низкомолекулярных соединений, не сходных по строению с субстратом.

7. Нуклеиновые кислоты - РНК и ДНК

Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации.

"Нуклеус", в переводе от латинского означает " ядро". Впервые были обнаружены в ядре в 1869 году швейцарским химиком И. Ф. Мишером.. в живых организмах. Нуклеиновые кислоты представляют собой линейные гетерополимеры, состоящие из мономеров - повторяющихся строительных блоков, называемых нуклеотидами.

ДНК. (слайд 62 - 64)

Структура ДНК была смоделирована в 1953 году в США Д. Уотсоном и Ф. Криком. Она представляет собой двухцепочечную спираль, закрученную вокруг своей оси. Мономерами являются нуклеотиды.

Нуклеотид - это химическое соединение, состоящее их остатков трех веществ: азотистого основания, пятиатомного сахара - дезоксирибозы, и фосфорной кислоты. Соединены между собой через углевод одного нуклеотида и остаток фосфорной кислоты соседнего нуклеотида.

Азотистые основания: Пуриновые - аденин и гуанин; Пиримидиновые - цитозин и тимин.

Свойства ДНК: (слайд 65-66)

1. Комплементарность - избирательное соединение нуклеотидов, с образованием пары А = Т; Г = Ц. Если известна последовательность оснований в одной цепи, то, благодаря комплементарности, можно узнать последовательность оснований другой цепи.

Дан фрагмент цепочки ДНК:

: А - Т - Г- Ц - А - А- Т- Ц- Г : Достройте вторую цепь.

2. Количественный нуклеотидный состав ДНК впервые проанализировал американец Э. Чаргафф. Количество аденина всегда равно количеству тимина, а количество гуанина всегда равно количеству цитозина. Такая закономерность называется правилом Чаргаффа.

Нуклеотиды расположены друг от друга на расстоянии 0,34 нм, и масса одного нуклеотида равна 345. Это постоянные величины!

Давайте сейчас решим задачу №5 на странице 27 учебника.

3. Молекула ДНК способна к самоудвоению - репликации.

При этом происходит копирование содержащейся в них информации. Спираль ДНК распадается и к к каждой нити притягиваются свободные нуклеотиды, синтезируя две новые цепи ДНК. В результате репликации две новые молекулы ДНК представляют точную копию исходной молекулы. Этот процесс лежит в основе передачи наследственной информации на клеточном и организменном уровнях.

РНК.

Это тоже полимер, мономером которого являются нуклеотиды. (слайд 67 - 69)

Нуклеотид РНК: азотистые основания ( аденин, гуанин, цитозин и урацил) -рибоза - остаток фосфорной кислоты. Соединены через связи между рибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида.

Виды РНК: (слайд 54)

1. Одноцепочечная - переносят информацию о первичной структуре белка, от хромосом к месту синтеза белка:

1. Рибосомальная РНК ( р РНК)- в комплексе с белами образует рибосомы, на которых происходит синтез белков.

2. Информационная (матричная) РНК(иРНК)- программирует синтез белков в клетке. Она осуществляет передачу кода ДНК к месту синтеза белка.

3. Транспортная РНК( тРНК)- доставляет аминокислоты к месту синтеза белков и определяет точную ориентацию аминокислоты на рибосоме. (слайд 69)

У тРНК есть четыре петли: акцепторная, для присоединения аминокислоты; антикодоновая, для узнавания кодона во время трансляции и две боковые петли.

2. Двухцепочечные РНК- хранители наследственной информации у ряда вирусов, выполняют функцию хромосом.

Закрепление изученного материала.

1. А теперь, пожалуйста, с помощью учебника и своих конспектов заполните таблицу "Нуклеиновые кислоты". (слайд 72 - 74)

2. Впишите в схему названия компонентов нуклеотидов ДНК и РНК. (слайд 70)

8. АТФ - нуклеотид, состоящий из азотистого основания - аденина + пентозы (рибоза) + три остатка фосфорной кислоты. (слайд 75)

Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены между собой макроэргическими связями, при их разрыве выделяется большое количество энергии, образуется АДФ и высвобождается энергия.

АТФ - наиболее энергоемка. Отщепление концевого фосфата АТФ сопровождается выделением 40 кДж энергии. АТФ содержится в митохондриях, ядре, хлоропластах. С ее помощью осуществляется синтез веществ. АТФ - универсальный биологический аккумулятор энергии. (слайд 76)

- Каковы причины использования медицинских препаратов, содержащих АТФ, при мышечной или сердечной дистрофии?

1. Повторить материал о химическом составе клетки. Подготовиться к семинарскому занятию.

а) составить кроссворд, ребус или тесты по любой из тем.

б) сделать модель ДНК, структур белка, АТФ или ферментно-субстратного комплекса.

в) составить презентацию на программе power point, по любой из тем.

3. (Для желающих). По учебнику Н.И. Сонина "Общая биология" перевести текст"Summari" на страницах 87, 103,

Живые организмы состоят из веществ, образованных атомами тех же химических элементов, которые входят в состав тел неживой природы. Этот факт говорит о взаимосвязи живой и неживой природы. В клетках разных живых организмов находятся атомы одинаковых химических элементов, что подтверждает единство всех живых организмов.

К макроэлементам относят элементы, содержание которых превышает \(0,001\) % от массы тела. \(98\) % массы любого организма составляют органогены: кислород, углерод, водород и азот.

Кислород (до \(75\) % ) входит в состав воды, органических и минеральных веществ клетки.
Углерод (около \(15\) % ) является обязательной составной частью всех органических молекул.
Водород (\(8\) % ) содержится в воде и в органических веществах.
Азот (около \(3\) % ) входит в состав белков, нуклеиновых кислот, АТФ.

Приблизительно \(2\) % от массы клетки приходится ещё на восемь макроэлементов. Это магний ( Mg ), натрий ( Na ), кальций ( Ca ), железо ( Fe ), калий ( K ), фосфор ( P ), хлор ( Cl ), сера ( S ).

К микроэлементам относятся те элементы, на долю которых приходится от \(0,000001\) % до \(0,001\) % : бор ( B ), никель ( Ni ), кобальт ( Co ), медь ( Cu ), молибден ( Mo ), цинк ( Zn ) и др.

Третья группа — ультрамикроэлементы , содержание которых не превышает \(0,000001\) % : уран ( U ), радий ( Ra ), золото ( Au ), ртуть ( Hg ), свинец ( Pb ), цезий ( Cs ), селен ( Se ) и др.

Количество химического элемента не определяет его значение для организма. Например, йод относится к микроэлементам, но он входит в состав гормонов щитовидной железы, которые регулируют обмен веществ в организме человека.

Органические соединения характерны только для живых организмов, в то время как неорганические существуют и в неживой природе. К органическим веществам относятся соединения углерода, содержащие также атомы водорода, кислорода, азота, фосфора.

В клетках находятся низкомолекулярные соединения: аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, витамины, а также высокомолекулярные (полимеры): белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты.

Молекулы этих веществ (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев. Белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты содержатся во всех живых клетках и выполняют важнейшие функции, обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Поэтому их называют биополимерами.

Простые вещества, из которых образуются макромолекулы, называются мономерами. Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды, белков — аминокислоты, а макромолекулы полисахаридов состоят из остатков глюкозы.

Клетки всех живых организмов имеют сходный химический состав, включающий в себя органические и неорганические вещества. Каждое из таких соединений выполняет в структуре живого определенную функцию, которая связана с их строением.

Химический состав клетки

Областью биологии, занимающейся изучением химического состава клеток, является биохимия. На долю органических веществ выпала функция определения уникальности живого организма на планете.

Макро- и микроэлементы

Все содержащиеся внутри живых клеток элементы объединяют в две большие группы: микроэлементы и макроэлементы.

О микроэлементах

Внутри живых клеток содержится минимальная часть микроэлементов (0,01%), но без этого количества живые организмы не могут полноценно существовать. В категорию микроэлементов относят:

фтор (формирует зубную эмаль);
йод (синтезирует гормон щитовидной железы);
кобальт (составная часть витамина В12);
медь (участвует в дыхании);
цинк (входит в состав инсулина);
магний (входит в состав молекулы хлорофилла у растений);
кремний (образование коллагеновых волокон);
литий (регулирует процессы размножения).

Условия окружающей среды определяют концентрацию химических элементов внутри живого организма. К примеру, повышенное содержание меди имеется внутри моллюсков, а железа – в позвоночных организмах.

Про макроэлементы

Внутри живого организма содержание макроэлементов составляет около 99%. Наиболее важная роль из них отводится:

азоту;
углероду;
водороду;
кислороду.

Это органогенные элементы, так как они образуют главные органические соединения. Остальные (сера, фосфор и прочие) отвечают за происходящие в живом организме процессы.

При избытке либо дефиците в организме микро- и макроэлементов развиваются различные заболевания. Поэтому, периодически следует восполнять концентрацию данных элементов в живом организме, увеличивая или уменьшая их количество в пище.

Неорганические вещества клетки

В категорию неорганических соединений относят минеральные соли и воду.

Органические вещества клетки

К органическим соединениям, находящимся внутри живого относят:

Белки. Данные органические полимеры состоят из аминокислот, образуя в организме первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры строения. Основными их функциями являются: строительная (входят в состав клеточных мембран), защитная (иммунобелки) и транспортная (перенос кислорода гемоглобином).
Жиры. Это липидоподобные соединения, обладающие яркими гидрофобными свойствами. При расщеплении 1 г. жира высвобождается значительное количество энергии(38,9 кДж), идущей на поддержание температуры тела и выполнение движений.
Углеводы. Данные соединения состоят из углерода, кислорода и водорода. Различают следующие группы углеводов: моносахариды (глюкоза, фруктоза, рибоза), дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) и полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза). При их расщеплении выделяется много энергии, необходимой для протекания процессов жизнедеятельности. Также, они способны накапливаться как запасные питательные вещества в виде крахмала и гликогена.
Нуклеиновые кислоты. Представлены молекулами рибонуклеиновой (РНК) и дезоксирибонуклеиновой (ДНК) кислот. РНК ответственна за синтез белковых молекул и транспортировку аминокислот. ДНК отвечает за хранение наследственных признаков с их последующей передачей.
Аденозинтрифосфорная кислота. Состоит из: трех остатков фосфорной кислоты, аденина (азотистое основание) и рибозы (пятиосновного сахара). Молекулы аденозинтрифосфорной кислоты АТФ отвечают за идущий в митохондриях синтез энергии и ее хранение.

Взаимосвязь строения и функций неорганических и органических веществ

Выполняемые неорганическими и органическими веществами функции тесно связаны с их строением. Так, покрывающая клетку мембрана (оболочка) содержит в своем составе углеводы, белки и липиды. Находящиеся на поверхности клеточной оболочки белки-рецепторы воспринимают сигналы из окружающего пространства, выполняя тем самым рецепторную функцию.

Содержание липидов (жиров) внутри мембран определяет проницаемость оболочки для одних соединений и непроницаемость для других. Углеводы ответственны за синтез молекул АТФ, запасающих энергию. Аналогично связано строение других компонентов клетки с их составом.

Роль химических веществ в клетке и организме человека

Внутри живых организмов каждое химическое вещество играет определенную роль, благодаря чему весь организм способен полноценно жить. Так, присутствие в клетке магния способствует выработке некоторых ферментов и формированию хлорофилла у растений. Кальций формирует прочность зубов и костей человека, а также активирует работу волокон мышц.

Без серы в организме не смогут образовываться белки, а без ионов натрия и калия в клетку не смогут поступать некоторые соединения.

Все организмы на нашей планете состоят из клеток, которые схожи между собой химическим составом. В данной статье мы кратко расскажем о химическом составе клетки, роль различных веществ в жизнедеятельности всего организма, узнаем, какая наука изучает данный вопрос.

Группы элементов химического состава клетки

Наука, которая изучает строение живой клетки, называется цитологией. Химический состав клеток и превращения веществ в организме рассматривает наука биохимия.

Все элементы, входящие в химическую структуру организма, можно условно поделить на три группы:

макроэлементы;
микроэлементы;
ультрамикроэлементы.

К макроэлементам относятся водород, углерод, кислород и азот. На их долю приходится почти 98% массы всех составных элементов. Эти макроэлементы называются органогенными, так как они образуют молекулы органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов).

Микроэлементы имеются в количестве от стотысячных до тысячных долей процента. Например, хром, медь, цинк и другие. И совсем малое содержание в клетке ультрамикроэлементов – миллионные доли процента.

которые читают вместе с этой

Рис. 1 Содержание химических элементов в клетке

Учёные установили, что каких-либо особенных элементов, которые присущи только лишь живым организмам, нет. Поэтому и живая, и неживая природа состоит из одних и тех же элементов. Этим доказывается их общность и взаимосвязь.

Несмотря на количественное содержание, входящие в состав живого элементы играют важную роль. Поддержание постоянного химического состава в организме является важным условием жизни. Ведь у каждого из химических элементов есть своё значение.

Роль некоторых химических элементов клетки

Макроэлементы углерод, водород, кислород и азот являются основой биополимеров, а именно белков и нуклеиновых кислот, первые три из них входят в состав углеводов и липидов. В состав органических веществ входят также фосфор и сера.

Многие элементы входят в состав жизненно важных веществ, участвуют в обменных процессах. Они являются составными компонентами минеральных солей, которые находятся в виде катионов и анионов, их соотношение определяет кислотность среды. Чаще всего она слабощелочная. Ионы натрия и калия участвуют в проведение нервных импульсов.

Гемоглобин содержит железо, хлорофилл – магний, твердость костям и зубам придают нерастворимые соли кальция.

Рис. 2. Состав клетки

Некоторые химические элементы являются компонентами неорганических веществ, например, воды. Она играет большую роль в жизнедеятельности как растительной, так и животной клетки. Вода является хорошим растворителем, из-за этого все вещества внутри организма делятся на:

Благодаря наличию воды клетка становится упругой, она способствует перемещению органических веществ в цитоплазме, является участником различных реакция (например, фотосинтеза), участвует в регуляции температурного режима.

Рис. 3. Вещества клетки.

Таблица “Свойства химического состава клетки”

Чтобы наглядно понять, какую роль играют химические элементы, входящие в состав клетки, мы внесли их в следующую таблицу:

Элементы

Значение

Кислород, углерод, водород, азот.

Содержатся в органических веществах и воде.

Составной компонент оболочки у растений, в животном организме находится в составе костей и зубов, принимает активное участие в свёртываемости крови.

Содержится в нуклеиновых кислотах, ферментах, клеточных мембранах в составе фосфолипидов, костной ткани и зубной эмали в соединении с кальцием.

Является основой белков, ферментов и витаминов.

Обеспечивает передачу нервных импульсов, активирует синтез белка, процессы фотосинтеза и роста.

Один из компонентов желудочного сока, провокатор ферментов.

Принимает активное участие в обменных процессах, компонент гормона щитовидной железы.

Обеспечивает передачу импульсов в нервной системе, поддерживает постоянное давление внутри клетки, провоцирует синтез гормонов.

Составной элемент хлорофилла, костной ткани и зубов, провоцирует синтез ДНК и процессы теплоотдачи.

Составная часть гемоглобина, хрусталика, роговицы, участвует в синтезе хлорофилла, транспорте кислорода по организму.

Читайте также: