Химический состав живых организмов конспект урока

Обновлено: 02.07.2024

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.

Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах: атомный и молекулярный.

Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы.

Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.

В живых организмах обнаружено около 80 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева. По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы:

1. Макроэлементы — О, С, Н_, N (в сумме около 98— 99 %, их еще называют основные), Са, К, Si, Mg, P, S, Na,Cl, Fe (в сумме около 1—2 %). Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов.

2. Микроэлементы — Mn, Co, Zn, Си, В, I и др. Их суммарное содержание в клетке составляет порядка 0,1%.

3. Улътрамикроэлементы — Se, U, Hg, Ra, Au, Ag, и др. Их содержание в клетке очень незначительно (менее 0,01%), а физиологическая роль для большинства из них не раскрыта.

Химические элементы, которые входят в состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни

2. Биогенные элементы и их роль в живых организмах

Роль в живых организмах

Преобладающий отрицательный ион в организме, участвует в создании мембранных потенциалов клеток, входит в состав соляной кислоты желудочного сока

Главный внеклеточный положительный ион, участвует в создании мембранных потенциалов клеток

Преобладающий положительный ион внутри клетки, участвует в создании мембранных потенциалов клеток

Влияет на рост растений

3. Молекулярный состав

Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке — вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества — углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты

Содержание в клетках химических соединений

Низкомолекулярные органические соединения

4. Вода – основа жизни

Вода — преобладающий компонент всех живых организмов. Она обладает уникальными свойствами благодаря особенностям строения: молекулы воды имеют форму диполя и между ними образуются водородные связи. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70%. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной (95% всей воды клетки) и связанной (4—5% связаны с белками).

Функции воды:

1. Вода как растворитель. Вода является лучшим из известных растворителей, в ней растворяется больше веществ, чем в любой другой жидкости. Многие химические реакции в клетке являются ионными, поэтому протекают только в водной среде. Вещества, растворяющиеся в воде, называются гидрофильными (спирты, сахара, альдегиды, аминокислоты), не растворяющиеся — гидрофобными (жирные кислоты, целлюлоза).

2. Вода как реагент. Вода участвует во многих химических реакциях: реакциях полимеризации, гидролиза, в процессе фотосинтеза.

3. Транспортная функция. Передвижение по организму вместе с водой растворенных в ней веществ к различным его частям и выведение ненужных продуктов из организма.

4. Вода как термостабилизатор и терморегулятор. Эта функция обусловлена такими свойствами воды, как высокая теплоемкость — смягчает влияние на организм значительных перепадов температуры в окружающей среде, т. е. это способность поглощать теплоту, при минимальном изменении собственной температуры; высокая теплопроводность — позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме, или возможность равномерного распределения теплоты между тканями тела; высокая теплота испарения — используется для охлаждения организма при потоотделении у млекопитающих и транспирации у растений.

5. Структурная функция. Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95 % воды, и именно она придает клеткам их нормальную форму. У растений вода поддерживает тургор (упругость эндоплазматической мембраны), у некоторых животных служит гидростатическим скелетом (медузы).

4. Минеральные соли

Минеральные соли в водном растворе клетки диссоциируют на катионы и анионы. Наиболее важные катионы — К + , Са 2+ , Mg 2+ , Na + , NH₄ + , анионы – Cl - , SO₄ 2- , HPO₄ 2- , H₃PO₄, НСО₃ - , NO₃ - . Существенным является не только концентрация, но и соотношение отдельных ионов в клетке.

Функции минеральных веществ:

1. Поддержание кислотно-щелочного равновесия. Наиболее важные буферные системы млекопитающих — фосфатная и бикарбонатная.

Фосфатная буферная система (НРО₄ 2- , Н₂РО₄ - ) поддерживает рН внутриклеточной жидкости в пределах 6,9—7,4 (слабо-щелочная среда). Бикарбонатная система (НСО₃ - , Н₂СО₃) сохраняет рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7,4.

2. Участие в создании мембранных потенциалов клеток. В составе наружной клеточной мембраны клетки имеются, так называемые, ионные насосы. Один из них - натрий-калиевый насос - белок, пронизывающий плазматическую мембрану, накачивает ионы калия внутрь клетки и выкачивает из нее ионы натрия. При этом на каждые два поглощенных иона калия выводятся три иона натрия. В результате образуется разность зарядов (потенциалов) внешней и внутренней поверхностей мембраны клетки: внутренняя сторона заряжена отрицательно, наружная — положительно. Разность потенциалов необходима для передачи возбуждения по нерву или мышце.

3. Активация ферментов. Ионы Са, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Co и других металлов являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов.

4. Создание осмотического давления в клетке. Более высокая концентрация ионов солей внутри клетки обеспечивает поступление в нее воды и создание тургорного давления.

5. Строительная (структурная). Соединения азота, фосфора, серы и другие неорганические вещества служат источником строительного материала для синтеза органических молекул (аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и др.) и входят в состав ряда опорных структур клетки и организма. Соли кальция и фосфора входят в состав костной ткани животных.

Кроме того, соляная кислота входит в состав желудочного сока животных и человека, ускоряя процесс переваривания белков пищи. Остатки серной кислоты, способствуют выведению чужеродных веществ из организма. Натриевые и калиевые соли азотистой и фосфорной кислот, кальциевая соль серной кислоты служат важными компонентами минерального питания растений, их вносят в почву в качестве удобрений и т.д.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Химический состав живых организмов

Химический состав живой и неживой природы

Сходства: одинаковые элементы

Различия: процентное содержание, вещества которые они образуют

1. Единство живой и неживой природы (живое возникло из неживого)

2. Круговорот элементов замкнутый, элементы используются организмами многократно

Химические элементы клетки

1 группа: Органогены (биогены)

Основа органических молекул 98%

Содержание биогенов (на сырую массу клетки - по умолчанию): O>С>H>N

Мнемотехняшка O : КУВА

На сухую массу клетки : С>О>Н>N

Элементы: C, H, N, O

2 ~~группа: Макроэлементы (органогены+элементы 2 группы)~~

Элементы: Са, P, S, Na, Cl, K, Mg, Fe

(иногда P включают в органогены, поэтому если в цепочке на последовательность добавлен фосфор, нужно поставить его последним в органогенах)

3 группа: Микроэлементы

4 группа: Ультрамикроэлементы Остальные

Элементы: Se, B, V, Au, Ag и тд.

Органические вещества Неорганические

Вещества, относящиеся к углеводородам или их вещества

производным, в состав которых входит C Вещества, не содержащие C (кроме карбидов, цианидов,

оксидов С, традиционно относящихся к неорганическим).

1. - Например, вода

Высокомолекулярные Низкомолекулярные вещества вещества

Вещества с очень большой молекулярной массой. Вещества с маленькой молекулярной массой. Например:

Например: белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты простые сахара, спирты, карбоновые кислоты, аминокислоты,

L \ АТФ, витамины

Полимеры Не полимеры

Молекулы, в которых мономер многократно Вещества, в молекулах которых нет многократно повторяется. Например: углеводы, белки повторяющихся участках. Примеры: липидов d-

Полимеры, в которых мономер повторятся Полимеры, мономеры которых повторяются с определенной беспорядочно. Например: белки, нуклеиновые закономерностью. Например: полисахариды (крахмал, кислоты гликоген)

Процентное содержание веществ в клетке

подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
по всем предметам 1-11 классов

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Сейчас обучается 933 человека из 80 регионов

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam

Курс добавлен 31.01.2022
Сейчас обучается 24 человека из 17 регионов

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

ЗП до 91 000 руб.
Гибкий график
Удаленная работа

Дистанционные курсы для педагогов

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 611 037 материалов в базе

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

01.10.2021 207
PDF 256.6 кбайт
2 скачивания
Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Рыбалкина Анастасия Андреевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

40%

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
Для учеников 1-11 классов

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Время чтения: 2 минуты

Рособрнадзор предложил дать возможность детям из ДНР и ЛНР поступать в вузы без сдачи ЕГЭ

Время чтения: 1 минута

Академическая стипендия для вузов в 2023 году вырастет до 1 825 рублей

Время чтения: 1 минута

Минобрнауки и Минпросвещения запустили горячие линии по оказанию психологической помощи

Время чтения: 1 минута

Курские власти перевели на дистант школьников в районах на границе с Украиной

Время чтения: 1 минута

Отчисленные за рубежом студенты смогут бесплатно учиться в России

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Форма проведения: урок-исследование.

Цели и задачи урока:

Довести до осознания и осмысления учащихся понятие о химических элементах, входящих в состав живых организмов, значении некоторых химических элементов в жизнедеятельности живых организмов.
Продолжить формирование единства естественно – научной картины мира; совершенствовать умения проводить лабораторные опыты, доказывающие химический состав систем.
Развивать умения анализировать, сравнивать, делать выводы; развивать логическое мышление (устанавливать причинно-следственные связи, подтверждая на данном предметном материале зависимость свойств объекта от состава и строения); развивать познавательную активность учащихся; повышать учебную мотивацию к изучению химии и биологии.
Воспитывать чувство ответственности за сохранение своего здоровья, бережное отношение к окружающему миру.

Оборудование и реактивы:
на столах учащихся: приготовленный заранее насыщенный говяжий бульон, раствор щелочи (NaOH), раствор медного купороса (CuSO₄), красная кровяная соль (K₃[Fe(CN)₆], нейтральный раствор, полученный из золы, раствор нитрата серебра, спиртовый раствор йода, клубни картофеля, семянки подсолнечника, раствор яичного белка; штатив с пробирками, фильтровальная бумага, ступка с пестиком.

Технические средства обучения: компьютер, мультимедийной проектор.

Методическая литература:

Интернет-ресурсы:

Вводное слово учителя. (Презентация. Слайд 2)

Многим химикам известны крылатые слова, сказанные в 40-х годах прошлого столетия немецкими учеными Вальтером и Идой Ноддак, что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все элементы Периодической системы. Вначале эти слова были встречены далеко не с единодушным одобрением. Однако, по мере того как разрабатывались все более точные методы аналитического определения химических элементов, ученые все больше убеждались в справедливости этих слов.

Если согласиться с тем, что в каждом булыжнике содержатся все элементы, то это должно быть справедливо и для любого живого организма. Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. В состав веществ, образующих клетки живых организмов обнаружено более 70 элементов.

(Слайд 3,4) Ученые договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 0,01%, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 0,001-0,00001 %. Если содержание элемента ниже 0,00001 %, его считают ультрамикроэлементом (медь, марганец, бор, фтор). Конечно, такая градация условна.

Учитель: Перед вами находится таблица, в которой указано содержание химических элементов в живой клетке. Ваша задача определить и выписать в тетрадь, какие элементы относятся к макроэлементам и микроэлементам (Приложение 1).

Вывод: к макроэлементам относятся C, O, N, H (98%), Mg, K, Ca, Na, F, S, Cl, (1,9%)
Микроэлементы: Fe, Zn, Mn, B,Cu, I, F,Co, Br, Al и др. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов, гормонов.
(Слайд 5). В. В. Ковальский, выдающийся ученый — биогеохимик, биохимик, эколог, один из создателей учения о микроэлементах – исходя из значимости для жизнедеятельности, подразделил химические элементы на три группы.

Жизненно необходимые (незаменимые) элементы

Они постоянно содержатся в организме человека, входят в состав ферментов, гормонов и витаминов: Н, О, Са, N, К, Р, Na, S, Mg, I, Mn, Cu, Co, Fe, Zn, Mo, V. Их дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека.

Эти элементы постоянно содержатся в организме животных и человека: Ga, Sb, Sr, Br, F, В, Be, Li, Si, Sn, Cs, Al, Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. Биологическая роль их мало выяснена или неизвестна.

Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb и др. Обнаружены в организме человека и животных. Данные о количестве и биологическая роль пока не выяснены.

Элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности различных клеток и организмов, называются биогенными элементами.

(Сайд 6). Какова же топография важнейших биогенных элементов в организме человека?
Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, то есть микро- и макроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Большинство микроэлементов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Эти ткани являются основным депо (запасником) для многих микроэлементов.
Микроэлементы могут проявлять специфическое родство по отношению к некоторым органам и содержатся в них в высоких концентрациях.

Хорошо известно, что
цинк концентрируется в поджелудочной железе,
йод – в щитовидной железе,
фтор – в эмали зубов,
алюминий, мышьяк, ванадий накапливаются в волосах и ногтях,
кадмий, ртуть, молибден – в почках,
олово – в тканях кишечника,
стронций – в пигментной сетчатке глаза,
бром, марганец, хром – в гипофизе и т.д.

(Слайд 7). Недостаток биогенных элементов может привести к нарушению деятельности организма человека. Перед вами находится таблица, в которой указаны симптомы дефицита химических элементов для организма человека (Приложение 2).
Сейчас вы выступите в роли диагностов. По симптомам, используя таблицу, определите дефицит, какого элемента испытывает организм человека?

Задача 1. У пациента отмечались: потеря массы тела, замедление роста волос и ногтей, ухудшение роста, дерматит. Кроме того, его темные волосы приобрели красноватый оттенок (марганец).

Задача 2. Больной жаловался врачу, что в последние несколько месяцев он наблюдает у себя увеличение щитовидной железы (йод).

Существует два теста для определения недостатка йода в организме:

Тест № 1. Обмакнув ватную палочку в спиртовой раствор йода, нанесите йодную сетку на любой участок кожи, кроме области щитовидной железы. На следующий день внимательно рассмотрите это место. Если вы ничего не обнаружите, то ваш организм нуждается в йоде, если следы йода останутся – у вас нет йододефицита.

Тест № 2, Перед тем как ложиться спать, нанесите на кожу в области предплечья три линии йодного раствора длиной 10 см: тонкую, чуть толще и самую толстую. Если утром исчезла только первая линия – с йодом у вас все в порядке. Если исчезли первые две – обратите внимание на состояние здоровья. А если не осталось ни одной линии – у вас явный недостаток йода в организме.

Задача 4. У больного наблюдалось ломкость и исчерченность ногтей, волосы стали ломкими и тусклыми; появился множественный кариес зубов. Он стал раздражительным, плаксивым. У него появились приступы страха (магний).

Учитель: (Слайды 9,10) А теперь решим несколько расчётных задач:

Задача 1. Фосфат кальция составляет минеральную основу костей и зубов. Суточная потребность организма в кальции составляет от 0,8 до 2 г. Источниками кальция служат молоко, кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а также яйца, гречка и овсянка, морковь и горох.
Обеспечит ли суточную потребность организма в кальции добавление в пишу 1 г карбоната кальция при условии его полного усвоения?

Задача 2. В человеческом организме в общей сложности содержится примерно 25 мг иода (в составе различных соединений), причем половина всей массы иода находится в щитовидной железе. Подсчитайте, сколько атомов иода находится: а) в щитовидной железе; б) в человеческом организме в целом.

Число атомов иода в человеческом организме
N (I) = Nа • n (I) = Nа • m (I)/M (I);
N (I) = 6 •10 20 • 25/127 = 1,18 • 10 20
В щитовидной железе число атомов иода в 2 раза меньше:
N1 (I) = 0,5 • 1,18 • 10 20 = 5,9 • 10 19 .

Другого ничего в природе нет
Ни здесь, ни там, в космических глубинах:
Все – от песчинок малых до планет –
Из элементов состоит единых

Читайте также: