Биология. 10 класс

Урок 2. Неорганические соединения клетки. Углеводы и липиды. Регулярные и нерегулярные биополимеры

Конспект урока

Биология, 10 класс

Урок 2. «Неорганические соединения клетки. Углеводы и липиды. Регулярные и нерегулярные биополимеры»

3. Перечень вопросов, рассматриваемых в теме;

Урок позволит выявить особенности химического состава организмов, роль неорганических (воды, солей) и органических (углеводов, липидов) веществ в жизни клетки и организма.

Обучающиеся узнают, какие химические элементы входят в состав живых организмов, рассмотрят самое важное минеральное вещество на Земле, структуру молекулы воды и её биологическую роль, выяснят физические и химические свойства воды, благодаря которым возможно существование жизни на Земле.

Также обучающиеся увидят особенности строения органических веществ, узнают, на какие классы делятся углеводы и липиды, их значение для жизнедеятельности клетки и организма в целом.

4.  Глоссарий по теме (перечень терминов и понятий, введенных на данном уроке);

Биологически значимые элементы, органогены, неорганические вещества, вода, водородная связь, гидрофильные вещества, гидрофобные вещества; органические вещества, регулярные и нерегулярные биополимеры; углеводы, липиды

Биологически значимые элементы – химические элементы, необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности.

Органогены — химические элементы, входящие в состав всех органических соединений, составляют около 98% массы клетки (углерод, водород, кислород, азот).

Неорганические вещества (неорганические соединения) клетки — простые вещества и соединения, не являющиеся органическими, не имеют характерного для органических веществ углеродного скелета.

Органические вещества – это сложные соединения, основой строения которых являются атомы углерода, составляют отличительный признак живого. Органические соединения многообразны, но четыре группы из них имеют всеобщее биологическое значение: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды.

Водородная связь – вид взаимодействия между молекулами вещества. Молекулы воды удерживаются за счет водородных связей, которые возникли между частично положительным атомом водорода одной молекулы и частично отрицательным атомом кислорода другой молекулы. Водородные связи заметно слабее по сравнению с ковалентными. Однако они намного крепче, чем стандартное молекулярное притяжение частиц, свойственное твёрдым и жидким телам.

Гидрофильные вещества – хорошо растворимые в воде вещества, молекулы которых полярны и легко соединяются с молекулами воды. К ним относятся ионные соединения (содержат заряженные частицы): соли, кислоты, основания и полярные соединения (в молекулах присутствуют заряженные группы): сахара, простые спирты, аминокислоты.

Гидрофобные вещества– нерастворимые в воде вещества, энергия притяжения молекул которых к молекулам воды меньше энергии водородных связей молекул воды. К числу гидрофобных веществ относятся жиры, полисахариды,  нуклеиновые кислоты, большинство белков. 

Буферность – способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне.

Полимер (от греч. «поли» — много) — многозвеньевая цепь, в которой звеном является какое-либо относительно простое вещество — мономер.

Регулярные полимеры – полимеры, в молекуле которых группа мономеров периодически повторяется (полисахариды).

Нерегулярные полимеры – полимеры, в которых нет определенной закономерности в последовательности мономеров (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые полисахариды).

Углеводы – органические соединения, состоящие из атомов углерода, кислорода и водорода. В большинстве углеводов водород и кислород находятся, как правило, в тех же соотношениях, что и в воде (отсюда их название — углеводы).

Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, молекулы которых представляют собой длинные линейные или разветвлённые цепочки моносахаридных остатков, соединённых гликозидной связью. При гидролизе образуют моносахариды или олигосахариды.

Липиды — обширная группа органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов

5.   Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц);

Основная литература.

  1. Биология. 10 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Д.К. Беляев, Г.М. Дымшиц, Л.Н. Кузнецова и др. /; под ред. Д.К.Беляева и Г.М. Дымшица; стр. 9-19;

Дополнительные источники:

  1. А.Ю. Ионцева. «Весь школьный курс в схемах и таблицах» – М.: Эксмо, 2014.: С. 2-5
  2. Биология: в 3т. Том 1 / Д.Тейлор, Н. Грин, У. Стаут; под ред. Р.Сопера; стр. 105-129

6. Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

1.Российский общеобразовательный Портал www.school.edu.ru

2 Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов www.school-collection.edu.ru

3.Каталог образовательных ресурсов по биологии http://www.mec.tgl.ru/index.php?module=subjects&func=viewpage&pageid=133

7. Теоретический материал для самостоятельного изучения;

В состав живой клетки входят те же химические элементы, которые входят в состав неживой природы. Из 104 элементов периодической системы Д. И. Менделеева в клетках обнаружено 60.

Их делят на три группы:

  1. основные элементы — кислород, углерод, водород и азот (98 % состава клетки);
  2. элементы, составляющие десятые и сотые доли процента, — калий, фосфор, сера, магний, железо, хлор, кальций, натрий (в сумме 1,9 %);
  3. все остальные элементы, присутствующие в еще более малых количествах, — микроэлементы.

Молекулярный состав клетки сложный и разнородный. Отдельные соединения — вода и минеральные соли — встречаются также в неживой природе; другие — органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др.— характерны только для живых организмов.

Неорганические вещества

Вода составляет около 80 % массы клетки; в молодых быстрорастущих клетках — до 95 %, в старых — 60 %.

Роль воды в клетке велика.

Она является основной средой и растворителем, участвует в большинстве химических реакций, перемещении веществ, терморегуляции, образовании клеточных структур, определяет объем и упругость клетки. Большинство веществ поступает в организм и выводится из него в водном растворе. Биологическая роль воды определяется специфичностью строения: полярностью ее молекул и способностью образовывать водородные связи, за счет которых возникают комплексы из нескольких молекул воды. Если энергия притяжения между молекулами воды меньше, чем между молекулами воды и вещества, оно растворяется в воде. Такие вещества называют гидрофильными (от греч. «гидро» — вода, «филее» — люблю). Это многие минеральные соли, белки, углеводы и др. Если энергия притяжения между молекулами воды больше, чем энергия притяжения между молекулами воды и вещества, такие вещества нерастворимы (или слаборастворимы), их называют гидрофобными (от греч. «фобос» — страх) — жиры, липиды и др.

Минеральные соли в водных растворах клетки диссоциируют на катионы и анионы, обеспечивая устойчивое количество необходимых химических элементов и осмотическое давление. Из катионов наиболее важны К+, Na+, Са2+, Mg+. Концентрация отдельных катионов в клетке и во внеклеточной среде неодинакова. В живой клетке концентрация К высокая, Na+ — низкая, а в плазме крови, наоборот, высокая концентрация Na+ и низкая К+. Это обусловлено избирательной проницаемостью мембран. Разность в концентрации ионов в клетке и среде обеспечивает поступление воды из окружающей среды в клетку и всасывание воды корнями растений. Недостаток отдельных элементов — Fe, Р, Mg, Со, Zn — блокирует образование нуклеиновых кислот, гемоглобина, белков и других жизненно важных веществ и ведет к серьезным заболеваниям. Анионы определяют постоянство рН-клеточной среды (нейтральной и слабощелочной). Из анионов наиболее важны НРО42-, Н2РO4, Cl , HCO3

Органические вещества

Органические вещества в комплексе образуют около 20—30% состава клетки.

Углеводы — органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Их делят на простые — моносахариды (от греч. «монос» — один) и сложные — полисахариды (от греч. «поли» — много).

Моносахариды (их общая формула СnН2nОn) — бесцветные вещества с приятным сладким вкусом, хорошо растворимы в воде. Они различаются по количеству атомов углерода. Из моносахаридов наиболее распространены гексозы (с 6 атомами С): глюкоза, фруктоза (содержащиеся в фруктах, меде, крови) и галактоза (содержащаяся в молоке). Из пентоз (с 5 атомами С) наиболее распространены рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеиновых кислот и АТФ.

Полисахариды относятся к полимерам — соединениям, у которых многократно повторяется один и тот же мономер. Мономерами полисахаридов являются моносахариды. Полисахариды растворимы в воде, многие обладают сладким вкусом. Из них наиболее просты дисахариды, состоящие из двух моносахаридов. Например, сахароза состоит из глюкозы и фруктозы; молочный сахар — из глюкозы и галактозы. С увеличением числа мономеров растворимость полисахаридов падает. Из высокомолекулярных полисахаридов наиболее распространены у животных гликоген, у растений — крахмал и клетчатка (целлюлоза). Последняя состоит из 150—200 молекул глюкозы.

Углеводы — основной источник энергии для всех форм клеточной активности (движение, биосинтез, секреция и т. д.). Расщепляясь до простейших продуктов СO2 и Н2O, 1 г углевода освобождает 17,6 кДж энергии. Углеводы выполняют строительную функцию у растений (их оболочки состоят из целлюлозы) и роль запасных веществ (у растений — крахмал, у животных — гликоген).

Липиды — это нерастворимые в воде жироподобные вещества и жиры, состоящие из глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке. При комнатной температуре это твердые вещества. У растений жиры находятся в семенах, плодах и других органах. При комнатной температуре это жидкости. С жирами по химической структуре сходны жироподобные вещества. Их много в желтке яиц, клетках мозга и других тканях.

Роль липидов определяется их структурной функцией. Из них состоят клеточные мембраны, которые вследствие своей гидрофобности препятствуют смешению содержимого клетки с окружающей средой. Липиды выполняют энергетическую функцию. Расщепляясь до СO2 и Н2O, 1 г жира выделяет 38,9 кДж энергии. Они плохо проводят тепло, накапливаясь в подкожной клетчатке (и других органах и тканях), выполняют защитную функцию и роль запасных веществ.

8. примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий).

Задание 1.

14. Филворд - английский кроссворд

Найдите и выделите цветом по вертикали и горизонтали названия химических элементов:

  1. самый распространённый элемент в земной коре и живых организмов;
  2. элемент – основа строения органических соединений, атомы которого способны соединяться друг с другом и с другими элементами, образуя длинные линейные, разветвленные или кольцевые молекулы;
  3. обязательный элемент в составе белков и нуклеиновых кислот;
  4. преобладающий положительный ион внутри клеток, участвует в создании биоэлектрического потенциала на мембране;
  5. основной компонент костей, зубов, необходим для мышечного сокращения, участвует в свёртывании крови и в синаптической передаче нервного импульса;
  6. структурный компонент хлорофилла, активирует работу многих ферментов;
  7. входит в состав костной ткани, нуклеиновых кислот, в составе сложных липидов образует мембранные структуры;
  8. преобладающий отрицательный ион в организме животных, участвует в создании биоэлектрического потенциала на мембране, компонент соляной кислоты в желудочном соке;
  9. входит в состав гемоглобина, миоглобина;
  10. необходим организмам в следовых количествах, обнаружен в составе некоторых ферментов и в инсулине;
  11. входит в состав гормона щитовидной железы тироксина;
  12. второй по распространённости элемент в земной коре, для некоторых организмов является важным биогенным элементом: входит в состав опорных образований у растений и скелетных — у животных.

Тип вариантов ответов: Текстовые,Графические, Комбинированные.

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

  1. Кислород
  2. Углерод
  3. Азот
  4. Калий
  5. Кальций
  6. Магний
  7. Фосфор
  8. Хлор
  9. Железо
  10. Цинк
  11. Йод
  12. Кремний

Подсказка:при необходимости обратитесь к дополнительным материалам

Задание 2.

Заполните пропуски в тексте, выбрав вариант ответа из выпадающего списка.

Минеральные вещества в клетке присутствуют в виде ионов и твёрдых нерастворимых солей. Ионы придают внутренней среде клетки или организма _____________________ реакцию среды. Эта способность клетки поддерживать кислотно-щелочной баланс (рН) своего содержимого на постоянном уровне, получила название ___________________________ .

Выпадающий список 1.

нейтральную

слабокислую

слабощелочную

Выпадающий список 2.

растворимость

полярность

буферность

Тип вариантов ответов: Текстовые, Графические, Комбинированные.

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):выделены жирным шрифтом

Выпадающий список 1.

нейтральную

слабокислую

слабощелочную

Выпадающий список 2.

растворимость

буферность

полярность

Подсказка:В большинстве клеток организма рН составляет 7,0 – 7,4.

Предметы

По алфавиту По предметным областям

Классы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
angle-skew-bottom mix-copy next-copy-2 no-copy step-1 step-2 step-3 step-4 step-5 step-6 step-6