Цели:
- 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 - H2PO4- (внутри клетки); Н2СО3- (кровь и МКВ).
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 - Сn (Н2 О)m
Содержание в животной клетке - 1-2%, в растительной- ( высуш.)- до 90 % массы от сухого вещества. (слайд 28-42)
Углеводы бывают: Простые (моносахариды) и сложные (олигосахариды и полисахариды)
(Слайд 31)
Моносахариды (бесцветные вещества, сладкие на вкус, хорошо растворяются в воде):
Пентозы ( рибозы С5Н10 О5; дезоксирибозы - С5Н10 О4) ;
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.
Функции углеводов.
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.
Строение белковой молекулы. (слайд 55-56)
- 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.
Рассмотрим пример:
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)
Закрепление знаний.
- Каковы причины использования медицинских препаратов, содержащих АТФ, при мышечной или сердечной дистрофии?
Домашнее задание.
1. Повторить материал о химическом составе клетки. Подготовиться к семинарскому занятию.
2. Для желающих:
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,
Использованная литература.
- Биология. 10 класс: поурочные планы по учеб. Д. К. Беляева, П.М.Бородина, часть I /автор-составитель А.Ю.Гаврилова - Волгоград.: Учитель,2006.
- Биология. Методическое пособие / А.П.Пуговкин,П.М.Скворцов -М.:Академия,08.
- Биология: Учебник для 10-11 классов: среднее(полное0общее образование(базовый уровень) /А. П. Пуговкин, Н.А. Пуговкина. - М.: Издательский центр "Академия",2007.
- Дидактические материалы по общей биологии / Петросова Р. А., Н.Н.Пилипнеко - М.: РАУБ- Цитадель,97.
- Задачи и упражнения по общей биологии Г.М. Муртазин. - М.:Просвещение,1981.
- Общая биология: Учебник для 10-11 кл. общеобразовательных учреждений / В.Б.Захаров,С.Г.Мамонтов,Н.И.Сонин.-М.:Дрофа,2006.
- Общая биология: Учебник для10-11 кл. общеобразовательных учреждений/Д.К. Беляев, П. М. Бородин, и др. Под ред.Д.К.Беляева,Г.М.Дымшица-М.:Просвещение,2005.
- Самостоятельные работы учащихся по общей биологии / Анастасова Л. П - М.: Просвещение,89.