Лекция по биологии Неорганические вещества, входящие в состав клетки

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ
ГАПОУ КО «КАЛУЖСКИЙ БАЗОВЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»


Рассмотрено
на заседании ЦМК
общепрофессиональных дисциплин
Протокол № _____
от « » 2015г.
Председатель ЦМК
Л.Н. Соловьева
Методист
Е.В. Лаврова
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЛЕКЦИОННОГО ЗАНЯТИЯ № 5
Дисциплина: «Биология»
Специальность: 31.02.03 «Лабораторная диагностика»
по теме: «Неорганические вещества, входящие в состав клетки»
Разработано преподавателем биологии ГОУ КБМК
____________В.М. Сафоновой









2015-2016учебный год.
Специальность: 31.02.03 «Лабораторная диагностика»
Предмет: биология
Раздел II. Учение о клетке.
Глава 3. Химическая организация клетки.

ЛЕКЦИЯ по теме 1.1: «Неорганические вещества, входящие в состав клетки»


Образовательные цели:
познакомить с характеристикой молекулярного уровня;
сформировать знания о химическом составе клетки, классификации элементов;
раскрыть свойства и значение воды, солей в клетке.

Развивающие цели:
обогащения и усложнения словарного запаса за счет новых терминов: гидрофильные, гидрофобные, диполь, буферные системы и т.д.
развитие мышления через самостоятельный поиск знаний (реферат).

Воспитательные цели:
воспитание познавательного интереса через МПС

Вид лекции: лекция - информация

Метод обучения: объяснительно - иллюстративный

В.П.С.: «Свойства живых систем», «Белки», «Нуклеиновые кислоты», «Особенности строения растительной клетки», «Энергетический обмен»

М.П.С.: микробиология: «Физиология микроорганизмов», цитология: «Клетка», химия: «Неорганические вещества», анатомия: «Механизмы поступления веществ через мембрану в клетку», «Физиологические свойства мышечной ткани», биология с основами медицинской генетики: «Механизм мышечных сокращений»

Наглядность: слайды «Неорганические вещества, входящие в состав клетки»


СТРУКТУРА ЗАНЯТИЯ И РЕЖИМ ВРЕМЕНИ:

Организационный момент. Мобилизация аудитории___1______мин
Вступительное слово (тема, цель, мотивация, план)____4______мин
Изложение материала ____________________________70______мин
Подведение итогов________________________________5______мин
ХОД ЗАНЯТИЯ


Организационный момент. Мобилизация аудитории.
Вступительное слово преподавателя.

Мотивация:

В предыдущих лекциях речь шла об основных свойствах живого, о том, как возникли живые организмы на нашей планете. Рассмотрим подробнее общие черты химического состава, структуру и особенности жизнедеятельности элементарной единицы строения живых организмов - клетки. Данная тема включена в семинарское занятие, в экзаменационные билеты 1 курса обучения, она необходима для изучения дальнейших тем по биологии, анатомии, микробиологии, биохимии.

ВОПРОСЫ ДЛЯ АКТУАЛИЗАЦИИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ: (приложение №2)

Изложение нового материала:

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

Химический состав клетки
группы химических элементов,
биологическое значение элементов и ионов.
Вода и ее роль в жизнедеятельности клетки.
особенности строения молекулы,
функции воды.
Минеральные вещества клетки.



Подведение итогов, задание на дом

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА (приложение №3)


Литература: С.Г.Мамонтов, В.Б.Захаров «Общая биология», §6, конспект лекции, реферат на тему «Микроэлементы и их влияние на организм человека» (см. приложение 4).




Приложение 1

I. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ

В состав живых организмов входят те же химические элементы, которые составляют и объекты неживой природы. Сходство в строении и химическом составе разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения.
В клетке обнаружено более 80 химических элементов Периодической системы Д.И.Менделеева. В то же время распределение этих элементов в клетках неравномерно. До 98% от массы любой клетки приходится на четыре элемента: кислород (75%), углерод (15%), азот (3%) и водород (8%). Они составляют основу органических соединений. Около 2% от массы клетки приходится на следующие восемь элементов: сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых количествах (меньше 0,01%). Некоторые живые организмы способны накапливать определенные химические элементы. Например, некоторые водоросли накапливают йод, лютики - литий, ряска - радий, злаки - кремний, моллюски и ракообразные - медь, позвоночные - железо, некоторые бактерии - марганец и т.д.

Группы химических элементов:

Все элементы по содержанию их в живых организмах разделяются на три группы:

1. Макроэлементы - количество их составляет до 0,001% от массы тела:
O, C, H, N, P, Ca, S, K, Na, Cl, Mg, Fe;

2 Микроэлементы - на их долю приходится от 0,001 до 0,000001 %:
Mn, I, Br, F, Zn, Cu, B, Ni;

3. Ультрамикроэлементы - их содержание не превышает 0,000001%:
Au, Be, Hg, Ag, Se, Ra, U;

Биологическое значение элементов и ионов:

C, H, O - входят в состав углеводов и жиров.
В составе белков к ним добавляются N, S.
В составе нуклеиновых кислот - N, P.
Железо участвует в построении молекул гемоглобина.
Магний находится в составе хлорофилла.
Медь обнаружена в некоторых оксиметильных ферментах.
Йод содержится в составе молекулы тироксина (гормона щитовидной железы).
Натрий и калий обеспечивают электрический заряд на мембранах нервных клеток и волокон.
Цинк входит в состав молекулы гормона поджелудочной железы - инсулина, его недостаток снижает плодовитость, вызывает задержки роста у людей и животных.
Кобальт входит в состав витамина В12, стимулирует кроветворение, его избыток в организме вызывает развитие злокачественных опухолей.
Кальций и фосфор используются для построения костной ткани.



13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415













II. ВОДА И ЕЁ РОЛЬ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКИ


Вода составляет почти 80% массы клетки. В клетке она находится в двух формах: свободной - 95% и связанной - 5%. Потеря 20% воды смертельна для организма.
Ей принадлежит существенная многообразная роль в жизни клетки.
Она определяет физические свойства клетки - ее объем, форму, упругость. Вода участвует в образовании структурных молекул органических веществ, в частности структуры белков. Большинство реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водном растворе; многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе и в водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки. Вода является непосредственным участником многих химических реакций (расщепление белков, углеводов, жиров и др.).



Особенности строения молекулы:

Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной
структуры, полярностью молекул воды. Частица воды - диполь: в области атомов водорода (протона) преобладает положительный заряд, а в области атомов кислорода - отрицательный. Этим объясняется способность воды к ориентированию в электрическом поле и присоединению к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд, с образованием гидратов. Много веществ способно растворяться в воде: соли, кислоты, щелочи, из органических веществ - многие спирты, амины, углеводы, белки и др. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными веществами (греч. “гидрос” - вода, “филео” - люблю). Жиры, клетчатка и другие вещества плохо или вовсе не растворяются в воде, их называют гидрофобными (греч. “гидрос” - вода, “фобос” - страх, ненависть).
Гидрофильность объясняется наличием групп атомов, способных вступать с молекулами воды в электростатическое взаимодействие или образованием с ними водородных связей. Гидрофильные вещества - это соли, углеводы, белки, низкомолекулярные органические соединения. Многие жиры - гидрофобны.
Гидрофобные вещества входят в состав клеточных мембран, обусловливая их полупроницаемость.

Функции воды:

Универсальный растворитель:
- если сила притяжения молекул воды к молекулам вещества больше, чем сила притяжения между молекулами воды, то вещество растворяется
- гидрофильные и гидрофобные вещества,
- способна растворять газы (О2, СО2 и др.).

Обладает высокой теплоемкостью:
- способна поглощать тепловую энергию при минимальном повышении собственной температуры,
- защищает ткани организма от быстрого и сильного повышения температуры,
- организмы охлаждаются, испаряя воду (транспирация у растений,
потоотделение у животных).

Обладает высокой теплопроводностью:
- обеспечивает равномерное распределение тепла по всему организму,
- поддерживает тепловое равновесие клетки и организма.

Определяет объем и упругость клетки:
- обеспечивает осмотическое и тургорное давление.

Среда для протекания биохимических реакций.

Средство транспортировки веществ в клетках (диффузия) и в организме (кровообращение).

Участвует в реакциях гидролиза и фотосинтеза (источник ионов Н+).


III. МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ

Большая часть минеральных веществ клетки находится в виде солей (серной, соляной, фосфорной), диссоциированных на ионы, либо в твердом состоянии.

В цитоплазме практически любой клетки имеются кристаллические включения, состоящие из слаборастворимых солей кальция и фосфора. Могут содержаться двуокись кремния и другие неорганические вещества. Они используются для образования опорных структур клетки (радиолярии) и организма: минеральные вещества костной ткани (соли кальция и фосфора).

Неорганические ионы представлены катионами (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH3+) и анионами (Cl-, HCO3-, H2PO4-, SO42- и др.) минеральных солей.
Концентрация катионов и анионов в клетке и в окружающей ее среде различна. В результате образуется разность потенциалов между содержимым клетки и окружающей ее средой. Этим обеспечиваются такие процессы, как раздражимость и передача возбуждения по нерву или мышце.
По своей реакции растворы могут быть кислыми, основными и нейтральными. Кислотность или основность раствора определяется концентрацией в нем ионов Н+. Эту концентрацию выражают при помощи водородного показателя - рН. Нейтральной реакции жидкости отвечает рН = 7,0, кислой реакции - рН < 7,0 и основной - рН > 7,0.
Значение рН в клетках примерно равно 7,0. Изменение его на одну - две единицы губительно для клетки. Постоянство рН в клетках поддерживается благодаря буферным свойствам их содержимого.

Буферным называют раствор, содержащий смесь какой - либо слабой кислоты и ее растворимой соли. Когда кислотность увеличивается, свободные анионы, источником которых является соль, соединяются со свободными ионами Н+ и удаляют их из раствора. Когда кислотность снижается, высвобождаются дополнительные ионы Н+. Так в буферном растворе поддерживается относительно постоянная концентрация ионов Н+.

Буферность - способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов (рН). Буферная система млекопитающих, состоящая из HPO42- и H2PO4 -, поддерживает рН внутриклеточной жидкости в пределах 6,9 - 7,4. Главной буферной системой внеклеточной среды (плазмы крови) служит бикарбонатная система, состоящая из H2CO3 и HCO4 -. Она поддерживает рН на уровне 7,4.
Ионы некоторых металлов (Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Br, Co) являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов или активируют их. При их недостатке нарушаются важнейшие процессы жизнедеятельности.
Важную роль для жизнедеятельности организмов играют неорганические кислоты и их соли. Например, соляная кислота входит в состав желудочного сока и создает условия для переваривания белков пищи. Остатки соляной кислоты способствуют выведению из организма нерастворимых в воде веществ.








Приложение 2


ВОПРОСЫ ДЛЯ АКТУАЛИЗАЦИИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ:

Что такое химический элемент?
Сколько химических элементов известно в настоящее время?
Какие химические связи называют ковалентными?
Какое свойство живых организмов можно применить к данной теме?



Приложение 3


ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА:

Какие элементы относятся к макроэлементам?
В чем разница между микроэлементами и ультрамикроэлементами?
Какое строение имеет вода?
Каково значение воды как растворителя?
Какова роль воды в клетке?
В каком виде минеральные вещества представлены в живых организмах?
Какова роль неорганических ионов в клетке?
Какова роль ионов в буферных системах организма?




Приложение 4

Задание на дом:

Литература: С.Г.Мамонтов, В.Б.Захаров «Общая биология», §6; конспект лекции; подготовить реферат на тему: «Микроэлементы и их влияние на организм человека».









13PAGE 15


13PAGE 14215



Вещества в составе организмов

Неорганические

Органические

Соединения

Ионы

Вода

Соли,
кислоты
и др.

Анионы

Катионы

Малые
молекулы

Биополимеры
(макромолекулы)

Моносахариды

Аминокислоты

Нуклеотиды

Липиды

Другие

Полисахариды

Белки

Нуклеиновые
кислоты