Физические свойства значение примеры

Фролова Галина Николаевна, учитель биологии МОУ
Лицей №15 Заводского района г.Саратова
Цель: изучение химического состава клетки и формирование
знаний о строении и свойствах воды, минеральных солей и
составляющих их химических элементах.
 Задачи: 1. Дать характеристику химическому составу





клетки. Раскрыть свойства и значение воды, роль
важнейших катионов и анионов в клетке.
2. Формирование навыков лекционной работы.
3. Воспитание всесторонне развитой личности,
адаптированной к жизни в социуме.
Оборудование: модель воды, компьютер, проектор,
экран.
Тип урока: урок формирования новых знаний
Лекция с элементами беседы.
проблемный вопрос
 Какой вывод можно сделать о связи
живой природы с неживой на основании
знаний о химической организации
клетки?
Химические соединения клетки.
Неорганические
вещества
Содержание %
Органические
вещества
Содержание %
вода
70-80
белки
10-20
Минеральные
вещества
1,0-1,5
жиры
1-5
углеводы
0,2-2,0
Нуклеиновые
кислоты
1,0-2,0
АТФ и другие
низкомолекуляр
ные
органические
кислоты
0,1-0,5
Химический состав клетки
 В клетках обнаружено от 70 до 90 из 107 (110) элементов,
составляющих периодическую систему Д.И. Менделеева.
Приблизительно 40 элементов принимают участие в
процессах обмена веществ и обладают выраженной
биологической активностью. Эти элементы называются
биогенными.
 Биогенные элементы – химические элементы, которые, входя
в состав клеток, выполняют биологические функции.
 Около 98 % массы составляют всего четыре элемента:
кислород, углерод, водород и азот. На долю кислорода
приходится 65 %, углерода – 18 %, водорода – 10 % и азота – 3 %.
 кальций, калий, кремний, фосфор, магний, сера, хлор,
натрий, алюминий, железо - находятся в клетке в
сравнительно больших количествах – десятые и сотые доли
процента, и вместе с первыми четырьмя (О, С, Н и N)
составляют группу макроэлементов.
Макроэлементы, входящие в состав
клеток
 кислород - 65—75 %,
 углерод - 15—18 %,
 водород - 8—10 %,
 азот - 2,0—3,0 %,
 калий - 0,15—0,4 %,
 сера - 0,15—0,2 %,
 фосфор (0,2—1,0 %),
 хлор - 0,05—0,1 %,
 магний - 0,02—0,03 %,
 натрий - 0,02—0,03 %,
 кальций - 0,04—2,00 %,
 железо - 0,01—0,015 %.
Значение для клетки и организма
макроэлементов
 Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов
углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO2 фиксируется в
процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких
концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO3
входит в состав минеральных скелетов.
 Кислород — входит в состав практически всех органических веществ
клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для
аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания,
обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых
клетках содержится в составе воды.
 Водород — входит в состав всех органических веществ клетки. В
наибольших количествах содержится в составе воды. Некоторые
бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.
 Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров —
аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в
составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты как
конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких
концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления.
Роль магния, натрия на клеточном и
организменном уровне
элемент
Роль в клетке
Роль в растительном Роль в животном
организме
организме
Магний
Кофактор многих
ферментов,
участвующих в
энергетическом
обмене и синтезе
ДНК
Входит в состав
молекулы
хлорофилла, ион
магния наряду с
ионом кальция
образует соли с
пектиновыми
веществами
Входит в состав
ферментов, необходимых
для функционирования
мышечной, нервной и
костной ткани
натрий
Участвует в создании
и поддержании
биоэлектрического
потенциала на
мембранах
Ионы натрия
участвуют в
поддержании
осмотического
потенциала клеток,
что обеспечивает
поглощение воды из
почвы
Ионы влияют на работу
почек; участвуют в
поддержании сердечного
ритма; участвуют в
регулировании кислотнощелочного равновесия
организма
Роль кальция на клеточном и
организменном уровне
элемент Роль в клетке
Роль в растительном
организме
Роль в животном
организме
кальций
Ионы, образуя соли
пектиновых кислот,
придают твердость
межклеточному
веществу,
соединяющему
растительные клетки;
участвуют в
формировании
срединной пластинки
между клетками
Нерастворимые соли
кальция входят в состав
костей позвоночных,
раковин моллюсков;
участвуют в образовании
желчи; повышают
рефлекторную
возбудимость спинного
мозга; участвуют в
синаптической передаче
нервного импульса; в
процессах свертывания
крови; активируют
ферменты при сокращении
поперечно - полосатых
мышечных волокон
Ионы
участвуют в
регуляции
избирательной
проницаемост
и клеточной
мембраны;
участвуют в
процессах
соединения
ДНК с белками
Роль железа на клеточном и
организменном уровне
элемент
Роль в клетке
Роль в растительном
организме
Роль в животном
организме
железо
Входит в состав
цитохромовферментов –
переносчиков
электронов на 3
этапе
диссимиляции
и в световой
фазе
фотосинтеза
Участвуют в биосинтезе
хлорофилла; входит в
состав ферментов,
участвующих в
дыхании; в составе
цитохромов –
переносчиков
электронов в ходе
фотосинтеза
Входит в состав гема
белка – переносчика
кислорода –
гемоглобина и белка ,
содержащего запас
кислорода в мышцах –
миоглобина; небольшой
запас находится в
железосодержащем
белке ферритине в
печени и селезенке.
Роль калия на клеточном и
организменном уровне
элемент
Роль в клетке
Роль в растительном
организме
Роль в животном
организме
калий
Участвует в
поддержании
коллоидных свойств
цитоплазмы;
участвует
биоэлектрического
потенциала на
мембране( натрийкалиевый насос);
активирует ферменты,
участвует в синтезе
белка, входит в состав
ферментов,
участвующих в
гликолизе.
Участвует в регуляции
водного режима;
входит в состав
ферментов,
участвующих в
фотосинтезе; обычный
компонент клеточного
сока в вакуолях
растительных клеток.
Участвует в
поддержании
сердечного ритма
(вместе с натрием
и кальцием),
участвует в
проведении
нервного
импульса.
Роль серы на клеточном и
организменном уровне
элемент Роль в клетке
Роль в
растительном
организме
Роль в животном
организме
сера
В основном
предопределяется
ролью этого
элемента в клетке
В основном
предопределяется
ролью этого
элемента в клетке,
кроме того, входит
в состав инсулина,
витамина В1,
биотина.
Входит в состав
серосодержащих
аминокислот( цистина,
цистеина, метионина)4
участвует в формировании
третичной структуры белка
(образованиие
дисульфидных мостиков);
входит в состав кофермента
А и некоторых ферментов ;
сера входит в состав
бактериохлорофилла,
сероводород является
источником водорода;
Роль фосфора, хлора на клеточном и
организменном уровне
элемент
Роль в клетке
Роль в
растительном
организме
Роль в животном организме
фосфор
В виде остатков
фосфорной кислоты
входит в состав АТФ,
нуклеотидов, ДНК,РНК,
коферментов НАД,
НАДФ, ФАД,
фосфорилированных
сахаров, фосфолипидов,
многих ферментов,
входит в состав всех
мембранных структур.
В основном
предопределяе
тся ролью
этого элемента
в клетке
В виде фосфатов входит в
состав костной ткани, зубной
эмали, у млекопитающих
фосфатная буферная система.
хлор
Анионы хлора
поддерживают
электронейтральность
клетки
Анионы хлора
участвуют в
регуляции
тургорного
давления
Анионы участвуют в
формировании осмотического
потенциала плазмы крови, в
процессах возбуждения и
торможения в нервных
клетках, компонент
желудочного сока
Роль цинка, меди, йода, молибдена, кобальта
на клеточном и организменном уровне
 Цинк — входит в состав ферментов, участвующих в




спиртовом брожении, в состав инсулина
Медь — входит в состав окислительных ферментов,
участвующих в синтезе цитохромов; гемоцианов у
беспозвоночных, участвует в процессах кроветворения.
Йод - входит в состав гормонов щитовидной железы
Молибден – входит в состав некоторых ферментов,
участвует в процессах связывания атмосферного азота
растениями.
Кобальт – входит в состав витамина В12, участвует в
фиксации атмосферного азота растениями и в развитии
эритроцитов
Суточная потребность человека в
минеральных веществах
 Кальций - 800—1200 мг. Калий - 2500-5000 мг. Магний- 400 мг.
 Фосфор - 1200 мг.






Железо - 10-20 мг.
Цинк - 15-25 мг.
Йод - 100—200 мкг.
Хром - 100—200 мкг.
Кобальт - 300 мкг.
Селен - 30-100 мкг.
Сера -500-3000 мг.
Алюминий - 30-100 мкг. Бром - 20-80 мкг.
Ванадий - 100 мкг.
Никель- 35-60 мкг.
Титан - 300—600 мкг.
Германий - 1500 мкг.
Медь - 1-5 мг.
Марганец - 5-10 мг.
Молибден - 200 мкг.
Бор. - 3 мг.
Олово - 7 мкг.
Фтор - 2-3 мкг.
Кремний - 30 мг.
.
Вода – обязательный компонент живых
клеток. Особенности строения воды
Связь молекулы воды с 4 другими молекулами
воды
Физические свойства воды и их значение для
биологических процессов
Физическое свойство
значение
Сочетаниевысокой
теплоемкости (благодаря
наличию водородных
связей между молекулами)
и высокой
теплопроводности (из-за
небольших размеров
самих молекул)
Идеальная жидкость для
Транспирация у растений,
поддержания теплового
потоотделение у
равновесия – большое
млекопитающих
кол-во воды в клетках
придает организму
термостабильность, кроме
того, указанные физ.
свойства дают
возможность значительно
охладиться при
минимальной потере
воды.
Круговорот воды в
природе является одним
из элементов
формирования погоды,
климата в целом.
примеры
Периодическое
выпадение осадков.
Исторически
сложившиеся условия
увлажнения в различных
природных зонах.
Физические
свойство
значение
примеры
Прозрачность в
видимом участке
спектра
Возможность
фотосинтеза на
небольшой
глубине, а
следовательно
возможность
существования
связанных с ним
пищевых цепей
Высокопродуктивные биоценозы
прудов, озер, рек, морского шельфа
Практически
полная
несжимаемость
(благодаря силам
межмолекулярного
сцепления)
Поддержание
формы организма
Тургорное давление придает
форму сочным органам и тканям
растений; у травянистых растений
обеспечивает положение в
пространстве; гидростатический
скелет (круглые черви, медузы);
амниотическая жидкость
поддерживает и защищает плод у
млекопитающих.
Физические свойства
значение
примеры
Подвижность молекул
(вследствие слабости
водородных связей)
Возможность осмоса
Поступление воды из
почвы; плазмолиз
Вязкость (благодаря
наличию водородных
связей)
Смазывающие свойства
Синовиальная жидкость
является «смазкой « в
суставах позвоночных;
плевральная жидкость
уменьшает трение между
грудной клеткой и
легкими во время
дыхания
Хороший растворитель
(благодаря полярности
молекул)
Самый распространенный
в природе растворитель;
среда для протекания
многих химических
реакций в организме.
Кровь, тканевая
жидкость, лимфа,
желудочный сок - у
животных; клеточный сок
у растений; организмы,
живущие в водной среде,
используют кислород,
растворенный в воде.
Физические свойства
значение
примеры
Способность
образовывать
гидратационную
оболочку вокруг
макромолекул
(благодаря полярности
молекул)
Является
дисперсионной средой
в коллоидной системе
цитоплазмы
Гиалоплазма
представляет собой
коллоидный раствор
белков, в котором
макромолекулы белков
окружены «чехлом» из
определенным образом
ориентированных
молекул воды.
Оптимальное для
биологических систем
значение силы
поверхностного
натяжения
(определяется силами
межмолекулярного
сцепления)
Водные растворы
являются средством
передвижения веществ
в организме.
Капиллярный кровоток;
восходящий и
нисходящий токи
растворов в растении
Физические
свойства
значение
примеры
Расширение при
замерзании (
благодаря
образованию каждой
молекулой
максимального числа
– четырехводородных связей)
Лед легче воды, он
образуется на
поверхности водоемов
и выполняет функцию
теплоизоляции –
защищает от холода
находящиеся в воде
организмы
Сохранение зимой
биоценозов
замерзающих озер,
прудов, рек
Классификация веществ по отношению
к воде.
По отношению к воде различают:
 гидрофильные вещества — вещества, хорошо
растворимые в воде;
 гидрофобные вещества — вещества, практически
нерастворимые в воде.
Важнейшие анионы.
Буферность – способность поддерживать рН на
определенном уровне. Величина рН, равная 7,0
соответствует нейтральному, ниже 7,0 – кислому,
выше 7,0 – щелочному раствору.
 Дигидрофосфат-ион; гидрофосфат-ион
Н2РО4- -------------------------- НРО42- + Н+
 Гидрокарбонат-ион; угольная кислота
НСО3- + Н+----------------------Н2СО3
 Являются буферными системами,
поддерживающими определенный рН – 7,4 в
клетке.