Урок «Химия жизни» Л.А.Дорофеева - учитель биологии Н.В.Литке – учитель химии

План. I.Мир, который нас окружает II.Элементы и атомы (Таблица 1)Элементы и атомы (Таблица 1) III.Связи между атомами (Таблица 2)Связи между атомами (Таблица 2) IV.Горение болотного газаГорение болотного газа V.Структура молекулы воды (Таблица 3)Структура молекулы воды (Таблица 3) VI.Классификация неорганических соединений (Таблица 4)Классификация неорганических соединений (Таблица 4) VII.Жидкости пищеварительной системы (Таблица 5)Жидкости пищеварительной системы (Таблица 5) VIII.Углерод (Таблица 6).Углерод (Таблица 6). IX.Углеродные скелеты (Схема 1)Углеродные скелеты (Схема 1) X.Биологические молекулы (Таблица 7)Биологические молекулы (Таблица 7) XI.Органические полимеры (Таблица 8)Органические полимеры (Таблица 8) XII.УглеводыУглеводы XIII.Липиды.Липиды. XIV.Что такое жизнь?Что такое жизнь? XV.Белки и их строение (Таблица 11)Белки и их строение (Таблица 11) XVI.Структурная формула трипептидаСтруктурная формула трипептида XVII.ЗаключениеЗаключение

Мир, который нас окружает Мир, который нас окружает, состоит из растений, произрастающий там, где для них имеется достаточно света и влаги, животных, питающихся растениями или другими животными, микроорганизмов, которых мы не видим, но которые дают о себе знать в определенный момент. Всем им необходима пища, для того, чтобы существовать, расти и давать потомство. Но чтобы все это понять, а именно, как все это происходит, нам необходимо изучить жизнь на несколько другом уровне, т.е. в более мелком масштабе - в клетки. Есть организмы одноклеточные, а есть и многоклеточные. Хотя разные организмы сильно отличаются друг от друга и по размерам и по образу жизни, между их клетками существует много общего: все клетки состоят из одних и тех же химических элементов, и все эти вещества подвергаются в клетках одинаковым превращениям. Изучив химию живых существ, мы, таким образом, сможем ответить на вопрос: как в результате взаимодействия простых химических веществ, принадлежащих к неживому миру, могли возникнуть и развиваться все эти сложные структуры и функции? Чем химия живых существ отличает от химии неживых существ?

Таблица 1 Макроэлементы и микроэлементы в живой клетке МакроэлементыМикроэлементы С, Н, О, N Эти элементы сконцентрированы, как правило, в одном типе тканей живого организма (соединительной ткани, мышцы, кости, кровь). Они составляют пластический материал основных несущих тканей, обеспечивают свойство всей среды организма в целом ЦинкАккумулируется в поджелудочной железе МолибденВ почках БарийВ сетчатке глаза СтронцийВ костях ЙодВ щитовидной железе, морские водоросли МедьМоллюски и ракообразные КремнийЗлаки и диатомовые водоросли 1. Содержание макроэлементов в организме постоянно. 2.Отклонения от норы совместимы с жизнью 3. В организме входят в состав органических соединений 1.Незначительные отклонения от номы вызывает тяжелые заболевания Например: снижение содержания цинка в плазме крови - обязательное следствие инфаркта миокарда 2.Образуют сравнительно простые неорганические соединения

Таблица 2 Химические связи Название связи Характеристика. Пример Ионная Образуется, когда атом отдает другому атому один или несколько электронов, в результате чего каждый из атомов оказывается обладателем стабильного набора электронов Пример: третичная структура белка КовалентнаяОбразуется в результате возникновения общих электронных пар а) полярнаяСвязь, образованная атомами, которые незначительно отличаются своей электроотрицательностью Пример: НCI, СН 3 СООН б) неполярнаяСвязь, образованная атомами с одинаковой электроотрицательностью Пример: N 2, О 2, СI 2 Водородная Межмолекулярная связь, образованная между положительно заряженными атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы (обычно - кислородом или азотом) Пример: внутримолекулярные водородные связи в пептидных цепях белков

ис Горение болотного газа Метан Кислород Двуокись углерода Вода СН 4 + 2О 2 СО Н2 Н2 О исходные вещества конечные продукты

Таблица 3 Структура молекулы воды Количество атомов 1 атом кислорода 2 атома водорода СвязьКовалентная полярная СтроениеУгловое; угол 104 о 27 ЗарядОтрицательныйПоложительный

Таблица 4 Классификация неорганических соединений Название вещества ХарактеристикаПример Кислота Вещество, диссоциирующее в воде с образованием ионов водорода (Н + )НCI Щелочь Вещество, образующее в воде гидроксид-ионы (ОН - )КОН Соль Вещество, не образующее при диссоциации ни ионов водорода, ни гидроксид-ионы NaCI

Таблица 5 Жидкости пищеварительной системы Название жидкости ХарактеристикаДополнение 1 Слюна Бесцветная, легко пенящееся, тянущаяся в нить жидкость без и запаха и вкуса, щелочной реакции Состоит из: воды, плотных веществ, органических веществ и минеральных солей. Имеются газы: кислород, и в особенности углекислый газ. Желудочный сок Жидкость. Желудок состоит из двух частей: фундальная и пилорическая Состоит из 99% воды, минеральных солей (хлориды, фосфаты, сульфаты и азотнокис­лые соли), соляной ки­слоты до 0,5 %. Фундальная (кислая среда) и пилорическая (щелочная среда) Кишечный сок Состоит из двух частей плотной и жидкой Плотная часть сока желтовато-серая масса, имеющая вид слизистых комков и включающая в себя неразрушенные эпителиальные клетки, их фрагменты и слизь секрет бокаловидных клеток, имеет более высокую ферментативную активность. Жидкая состоит из воды, минеральных солей и ферментов - щелочная среда

Таблица 6 Углерод Название цепиПримерыФормула веществ Неразветвленная Глюкоза, щавелевая кислота С 6 Н 12 О 6 СООН - СООН РазветвленнаяКрахмал, амилаза, гликоген (С 6 Н 10 О 5 ) n Цепь с двойной связью Олеиновая кислота, Шестиуглеродное кольцо Циклогексан Шестиуглеродное кольцо с двойной связью Бензальдегид

Схема 1 - Углеродные скелеты

Таблица 7 Биологические молекулы Малые молекулы или молекулы-предшественники Большие молекулы или макромолекулы Поступающие в клетку из внеОбразуются из малых молекул Н 2 О, СО 2, N 2, Мg 2+, Са 2+, NO 3 -, SO 4 2-, РО 4 3 -, CI -, К + и другие ионы; аминокислоты, рибозы, мононуклеотиды, простые сахара, сахара, глицерин, жирные кислоты. Являются молекулами полимеров Полисахариды, липиды, белки, нуклеиновые кислоты

Таблица 8 Органические полимеры Природные полимерыИскусственные полимеры 1. Шерсть, шелк, каучук, хлопок Пластмассы, полимеры, каучук, волокна

Углеводы Основополагающий процесс живой природы, в ходе которого из неорганических веществ - диоксида углерода, воды и энергии солнечного света синтезируются органические вещества, является фотосинтез. Именно фотосинтез создает условия для существования жизни на Земле. Углеводы, это те вещества, в которых запасена солнечная энергия. Мы знаем, живые организмы могут жить, если будут употреблять в пищу ту энергию, которую растения получили от Солнца и заключили ее в энергию химических связей. В общебиологическом смысле углеводы выполняют защитную роль. Так можно сказать о полисахаридных капсулах соответствующих микроорганизмов, о хитине клеточных стенок, бактерий и грибов, о полирибозе в нуклеиновых кислотах и т. д. Даже, будучи в виде запасного энергетического материала (гликоген, крахмал), полисахариды первыми направляются в «энергетическую топку» клетки при голодании микроорга­низма или попадании его в экстремальные условия существования в отношении обеспечения источниками энергии.

Липиды Известно, что все живые организмы хотят есть. Но никто никогда не задумывался над вопросом: а зачем все едят? Почему пища так важна для жизни? Путешественники, изучавшие жизнь и нравы аборигенов Южной Америки долго не могли понять, почему под страхом смерти никто не должен видеть, как питается вождь племени. Индейцы объясняют это так, - во время еды совершается таинство превращения пищи в священное тело вождя. Тело человека и животных действительно строится из пищи. Строительные возможности пищи огромны. Что еще, кроме строительных возможностей дает нам пища? Пища не только строит наш организм, но и снабжает его энергией. Именно энергия снимает усталость, заставляет работать сердце и другие органы, дает бодрость и силу, борется с болезнями. В энергетическом обмене главная роль принадлежит углеводам. А какое органическое вещество является основным поставщиком энергии? Конечно - жиры.

Что такое жизнь? «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводить к разложению белка», - писал Ф. Энгельс. Живые организмы образуют всевозможные малые органические молекулы, которые называются мономерами. Мономеры это строительные блоки, или субъединицы, более крупных молекул. Мономеры соединяются и образуют полимеры. Известные под названием макромолекулы («макрос» - большой). Мономерами белков являются аминокислоты.

Таблица 11 Белки и их строение I. Аминокислота состоит из 2-х одинаковых для всех аминокислот частей (-NH 2 ) - свойство основания, способность принимать протон (-СООН) свойство кислот, способна отдавать протон II.Свойства аминокислот в природе СвойствоИз чего состоитПример Кислые Одна аминогруппа и 2 карбоксильных групп Глутаминовая кислота Нейтральные 1 аминогруппа и 1 карбоксильная группа Аланин Основные 2 аминогруппы и 1 карбоксильная группа Лизин СеросодержащиеНаличие атома серыЦистеин ЦиклическиеНаличие бензольного кольца Фенилаланин

Структурная формула трипептида * - пептидная связь

Заключение Живые организмы подчиняются тем же физическим и химическим законам, что и неживые системы. Так же как и неживая материя, организмы построены из атомов, которые объединяются друг с другом в различных комбинациях, образуя химические соединения. В живых клетках непрерыв­но происходят всевозможные химические реакции, в которых по мере необходимости образуются те или иные вещества. Химия живого насчитывает всего лишь 70 элементов таблицы Менделеева, тогда, как в природе их известно, более 100. Но для жизни необходимо только 16 химических элементов