Презентация о химическом составе клетки для 10 класса

Химический состав клетки. 10 класс

Автор: Першина О.В.
Учитель биологии:
ГБОУ СОШ №405
Москва. 2012

В природе различают
органические и
неорганические
вещества

Тела природы состоят из элементарных химических веществ, классификация, которых дана в периодической
системе Менделеева.
Других элементов в природе во Вселенной не существует, например Солнце состоит из гелия. (ядерн. р-ция)

Ядерный синтез

Солнце продуцирует энергию в ходе процесса, который называется ядерным синтезом.
Ядерный синтез — это управляемый взрыв в центре Солнца, где температура колеблется от 15 миллионов до 22 миллионов градусов Цельсия. Каждую секунду в недрах Солнца 4 миллиона тонн водорода превращаются в гелий. Мощность светового потока, который при этом излучается, равна мощности 4 триллионов электрических лампочек.

Вернадский В. И. разделил вещество на живое и неживое (косное).
Живое есть только на планете Земля и то по сравнению с Вселенскими размерами в очень малом, мизерном количестве.
Ноосфера –
МЫСЛЯЩАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ

Элементарный химический
состав живого вещества, клеткиНеизвестных, на Земле и в космосе веществ, в клетке не обнаружено.
Из 112 химических элементов в клетке обнаружено 60.
Из них 24 (27) называются биогенными веществами, то есть выполняют в клетке, какую либо функцию.
Остальные видимо попали в организм случайно с пищей, водой, вдыхаемым воздухом.
Элементарные химические вещества в организме делят на макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы

Элементарный химический состав клетки

Макроэлементы 99,9 % составляют от всех веществ 95-98% Н, О, С, N — так называемые органогенные вещества
Н – более 10%
О – 65-75%
С – 15-20%
N – 1,5 –3 %
1,9% остальные К, Са, Nа, F, Cl, Fe, S, Mg в клетке их десятые и сотые доли процента.

Микроэлементы – 0,1%
В, Вr, Со, Си, Мо, Zi, Wа, J,
бор, бром, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод
В клетке они представлены тысячными и миллионными долями процента
Они входят в состав ферментов, гормоном и других активных веществ
Ультрамикроэлементы
U, Ra, Аи, Hg, Ве, Cs, Sе
уран, радий, золото, ртуть, бериллий, цезий, селен
Их концентрация в клетке более миллионной доли процента

Различия в химическом составе между живым и косным веществом,
между живой и неживой природой.
На атомарном уровне различий между живым и косным веществом, между живой и не живой природой нет.
Элементарный состав организмов и среды, в которой они обитают различен.
Кремния в почве -33%
Кислорода в почве 50%
В растениях кремния – 0,15%
В растениях кислорода — 70%

Некоторые организмы способны избирательно концентрировать в своих телах некоторые химические элементы
Например:
Водород (Н) — водоросли
Радий (Rа) — ряска
Литий (Li) — лютик
Кремний (Si) — злаки, диатомовые водоросли
Медь (Си) — моллюски и ракообразные
Железо (Fе) — позвоночные

Неорганические вещества, входящие
в состав клетки.Содержание химических элементов в теле человека:

— Назовите химические элементы, составляющие большую часть живых организмов?

 

Неорганические вещества клетки: ВОДА

Вода и её роль в клетке
Все живые организмы в своём составе содержат воду в разном количестве.
Так например:
в костной ткани ———- 20%
в жировой ткани ———- 40%
в мозге ———————- 85%
в сухих семенах ———- 15%
в теле медузы ————- 95%
в плодах огурцов ——— 95%
в корнях огурцов ——— 60%

Вода и её роль в клетке

Причины разного количества воды в разных тканях различные. Одна из причин — разная скорость или интенсивность обменных процессов. Например:
в эмбрионах ————— 95%
в молодом организме —- 80%
в стареющем организме –60%
Без воды человек может прожить 5-6 дней (14 дней).
Другие животные дольше, верблюд в активном состоянии, спячка (зимняя, летняя) анабиоз, покой у семян, спора, циста.

Вода и её роль в клетке

Молекула воды – диполь
Молекула воды электронейтральна, но электрический заряд в молекуле расположен не равномерно.
Молекулы воды особым образом ориентируются в электрическом поле способны присоединятся к различным молекулам или участкам молекул образую так называемые гидраты.
Между молекулами воды могут образовываться водородные связи.

Диполь – Н2О

Диполь – Н2О

Водородные связи

Форма кластера удерживается за счёт взаимного притяжения друг к другу молекул, имеющих положительно и отрицательно заряженные полюса.

Водородные связи

Водородные связи

Свойства воды:
малые размеры молекулы;
полярность молекул;
способность образовывать водородные связи друг с другом.

В клетках и тканях различают две формы воды — свободную и связанную.
Свободная обладает достаточной подвижностью и участвует в основном в транспорте веществ в организме.
Связанная может формировать гидратные оболочки ионов и молекул,
образовывать коллоидные растворы белков, капиллярно связываться со стенками сосудов.

Функции воды:

Вода хороший растворитель для полярных веществ.
Если энергия притяжения молекул воды, к молекулам какого-либо вещества выше,чем энергия притяжения между молекулами воды, то вещество растворяется.

В зависимости от этого различают вещества:
(греч. Hidro — вода,
philio – люблю, phobos боязнь).
Водорастворимые, гидрофильные –
соли, щёлочи, кислоты
Водонерастворимые, гидрофобные – жироподобные вещества, каучук
и амфифильные – фосфолипиды.
Из них построена клеточная мембрана.

Молекулы сахара (белые кружочки), находящиеся на поверхности кристалла сахара, окружены молекулами воды (темные кружочки). Между молекулами сахара и воды возникают межмолекулярные связи, благодаря которым молекулы сахара отрываются от поверхности кристалла. Молекулы воды, не связанные с молекулами сахара, на рисунке не показаны.

Вода – хороший растворитель
для полярных веществ.

Неполярные вещества,
а так же неполярные участки молекул гидрофобны,
то есть отталкивают воду, и в её присутствии притягиваются друг к другу.
Такие взаимодействия обеспечивают стабильность мембран.

Вода служит средой для транспорта различных веществ.
Вода участник многих реакций в организме, такие реакции называются реакциями гидролиза lisis – греч. — расщепление.
Расщепление белков, углеводов. Фотолиз воды при фотосинтезе.

Вода обладает большой теплоёмкостью и теплопроводностью (?)
В водоёмах суточные и годовые колебания температур меньше, и идут с меньшей скоростью.
При испарении воды расходуется большое количество тепла — терморегуляция животных и растений.
Вода играет роль в осмотическом поступлении веществ в клетку и в организм и в поддержании тургора.
В суставах вода — смазка.
Лёд защищает водоёмы от промерзания.
Вода среда обитания животных и растений.

Поверхностное натяжение: обеспечивает движение воды по капиллярам организмов;
Плотность льда меньше плотности воды: он не тонет, и водоёмы промерзают сверху вниз (в противном случае реки и озера холодных и умеренных поясов промёрзли бы за зиму насквозь);
Необходимый компонент метаболических реакций (фотосинтез, гидролиз);

Минеральные соли

Минеральные соли в организме могут находиться:
Либо в виде ионов, например:
катионы – NH3+; К+; Na+; Mg2+; Са2+
анионы – НРО42-; Н2РО4-; Сl-; НСО2-;
либо в виде нерастворимых соединений — зубы, кости, раковины моллюсков.

Роль солей в живых организмах

Поддержание т.н. трансмембранного потенциала. В частности концентрация К+ внутри клетки очень высокая, а Nа+ низкая.
В окружающей среде картина обратная. Это поддерживается благодаря работе Nа-К- насоса, который работает с затратами энергии (АТФ). Разность потенциалов обуславливает такие важные процессы, как передача возбуждения по нерву или мышце.
Пока клетка жива в ней постоянно поддерживается мембранный потенциал (-40мВт)

От наличия анионов
НРО42-; Н2РО4-; НСО2 зависят буферные свойства биологических сред.
Буферность это способность поддерживать кислотность (рН) растворов на одном уровне, при добавлении кислот или щелочей.
(Нейтральная рН 6,9-7,4
для крови рН = 7,4)

Осмос

От наличия солей зависят осмотические свойства клетки.
Рис. «Осмос через полупроницаемую мембрану»
Частицы растворителя (синие) способны пересекать мембрану, частицы растворённого вещества (красные) — нет.

Мембрана клетки полупроницаема,
т. е. проницаема для воды и непроницаема для многих ионов и других гидрофильных веществ.
Если концентрация солей в клетке будет высокой, то вода будет поступать внутрь клетка, обеспечивая
тургорное давление.

Тургорное давление (лат. turgor —набухание)— внутреннее давление, которое развивается в растительной клетке, когда в нее в результате осмоса входит вода и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку.

Катионы Mg2+; Са2+ являются активаторами ферментов.

Остатки фосфорной и серной кислот участвуют в реакциях фосфорилирования и сульфатирования.

Соляная кислота (НCl) создаёт кислую среду в желудке. Для чего?

Функции некоторых ионов в клетке
Na+, K+
передача возбуждения по нерву или мышце.
Ca+2, Mg+2
активизируют ферменты
Н2РО4-, НРО42-
изменяют активность ферментов
HSO4-, SO42-
выводят нерастворимые в воде чужеродные вещества

Урок 26. Органические вещества, входящие
в состав клетки.Органические вещества – соединения, содержащие углерод (кроме карбонатов). Между атомами углерода возникают связи одинарные или двойные, на основе которых формируются углеродные цепочки:
линейные: — С – С – С – С – С – С –

2. разветвлённые: — С – С – С – С – С – С –

— С – — С —

— С —
3. циклические: С
— С С – С – С – С –
— С С — — С –
С

Органические вещества клетки. Белки.

Вспомните определение «жизни» , данные Ф.Энгельсом, Волькштейном. Что можно сказать о роли белков на основании этих определений? (учебник, с. 11)
Продолжите заполнять таблицу «Химическая организация клетки».
БЕЛКИ – нерегулярные биополимеры, мономерами которых являются 20 аминокислот.

Часть белков образует комплексы с молекулами, содержащими серу фосфор, железо, цинк и медь. Молекулярная масса белковых цепей колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов (в вирусе табачной мозаики – около 40 000 000 молекул); в их состав входят сотни (иногда – сотни тысяч) аминокислотных остатков.

 

Органические вещества клетки. Белки.

Пространственная структура аминокислот.

Общая формула аминокислот:

О
H2N – CH – C – OH

R

Аминогруппа обладает свойствами основания

Группа радикал – разная у всех

Карбоксильная группа обладает кислотными свойствами

Органические вещества клетки. Белки.

Структура белка.

Органические вещества клетки. Белки.

Классификация белков:
Простые белки (состоящие только из аминокислот):альбумины (яичный альбумин и сывороточный альбумин крови), глобулины (антитела в крови, фибрин), гистоны, склеропротеины (кератин волос, кожи и перьев, коллаген сухожилий, эластин связок).
Сложные белки (включающим небелковый материал): фосфопротеины (казеин молока, вителлин яичного желтка), гликопротеины (плазма крови, муцин), нуклеопротеины (хромосомы и рибосомы), хромопротеины (гемоглобин, фитохром, цитохром), флавопротеины, металлопротеины.

В состав молока входит белок казеин.

Пользуясь учебником (с. 108 – 109),
выпишите функции белков в таблицу.

 

Органические вещества клетки. Углеводы.

Углеводы (сахариды) – органические вещества с общей формулой Cn(H2O)m, где n и m – натуральные числа.
Название «углеводы» говорит о том, что в их молекулах водород и кислород находятся в том же отношении, что и в воде.
В животных клетках содержится небольшое количество углеводов, а в растительных – почти 70 % от общего количества органических веществ.

 

Органические вещества клетки. Углеводы.

Полисахариды состоят из моносахаридов. Большие размеры делают их молекулы практически нерастворимыми в воде; они не оказывают влияние на клетку и потому удобны в качестве запасных веществ. При необходимости они могут быть превращены обратно в сахара путём гидролиза.

Крахмал (полимер глюкозы) запасается в клетках в виде крахмальных зерен. Эквивалентом крахмала в животном организме является гликоген (у позвоночных он содержится в печени и мышцах). Крахмал и гликоген играют роль резерва пищи и энергии.

Органические вещества клетки. Углеводы.

Целлюлоза — полимером глюкозы. В ней заключено около 50 % углерода, содержащегося в растениях, служит идеальным строительным материалом для стенок растительной клетки. Целлюлоза – ценный источник глюкозы, однако для её расщепления необходим фермент целлюлаза, сравнительно редко встречающийся в природе. Поэтому в пищу целлюлозу употребляют только некоторые животные (например, жвачные). Велико и промышленное значение целлюлозы – из этого вещества изготовляют хлопчатобумажные ткани и бумагу.

 

Органические вещества клетки. Углеводы.

Хитин близок к целлюлозе; он встречается у некоторых форм грибов, а также как важный компонент наружного скелета некоторых животных.
Камеди и слизи имеют важную защитную функцию в организмах растений и животных. 

Продолжите заполнять таблицу «Химическая организация клетки».

Органические вещества клетки. Липиды.

Липиды — нерастворимые в воде органические вещества.
Жирные кислоты имеют общую формулу R∙COOH, где R – атом водорода или радикал типа –CH3. В липидах радикал обычно представлен длинной углеводородной цепью; этот «хвост» гидрофобен, что и определяет плохую растворимость липидов в воде

Одним из компонентов оливкового масла является ненасыщенная жирная олеиновая кислота

Органические вещества клетки. Липиды.

Жиры остаются твёрдыми при 20 °С. Масла находятся при этой температуре в жидкой фазе.
Масла включают ненасыщенные жирные кислоты (имеющие одну или несколько двойных связей C=C) , жиры – насыщенные жирные кислоты (без двойных связей).

 

Продолжите заполнять таблицу «Химическая организация клетки».

Органические вещества клетки. Липиды.

Фосфолипиды состоят из остатков жирных кислот и фосфорной кислоты. Благодаря наличию полярной фосфатной группы часть молекулы приобретает способность растворяться в воде, другая же часть молекулы остаётся нерастворимой. Из фосфолипидов строятся все плазматические мембраны живых клеток.

Воска – сложные эфиры жирных кислот и длинноцепочечных спиртов. Они используются животными и растениями в качестве водоотталкивающего покрытия (пчелиные соты, покрытие перьев птиц, эпидермис некоторых плодов и семян).

Урок 27. Органические вещества клетки.
Нуклеиновые кислоты.Нуклеиновые кислоты содержат в себе генетический материал всех живых организмов. Выяснение их структуры открыло новую эру в наших знаниях о природе.
Составными частями нуклеиновых кислот являются нуклеотиды.

Аденин (А), Гуанин (Г) — относятся к классу пуринов. Цитозин (Ц), Тимин (Т; в РНК — Урацил (У) — к пиримидинам. Фосфорная кислота определяет кислотные свойства нуклеиновых кислот.

 

Органические вещества клетки. Нуклеиновые кислоты.

Выяснить структуру ДНК удалось в 1953 году английским ученым Д. Уотсону и Ф. Крику.
ДНК — две правозакрученные полинуклеотидные цепи, свитые в спираль. Шаг спирали составляет 3,4 нм (по 10 пар оснований в витке), а диаметр витка – 2 нм. Фосфатные группировки находятся снаружи спирали, а азотистые основания – внутри.

Органические вещества клетки. ДНК.

Правило Э. Чаргаффа
(А + Т) + (Г + Ц) = 100% в ДНК
А = Т, Г = Ц
Комплементарность: пары соединяются водородными связями между основаниями в строго определённом порядке:
А Т
Г Ц

 

Органические вещества клетки. РНК.

Молекула РНК состоит из одной цепи и имеет меньшие размеры.
Существует три основных вида РНК:

РНК

иРНК

иРНК

иРНК

Пользуясь материалом учебника с.111 – 112, выпишите функции нуклеиновых кислот в таблицу «Химическая организация клетки».

Органические вещества клетки. Нуклеиновые кислоты.

Информационная РНК (и-РНК) является матрицей, которую рибосомы используют при синтезе белка. Её нуклеотидная последовательность комплементарна сообщению, содержащемуся в определённом участке ДНК , т.о. она переносит информацию о структуре белка к его месту синтеза.

Транспортные РНК связывает аминокислоты и транспортирует их к месту синтеза белка.

Несколько видов р-РНК являются основным компонентом рибосом

Уотсон Джеймс Дьюи (06.04.1928, Чикаго), американский биохимик, специалист в области молекулярной биологии, член Национальной АН США (1962), Американской академии искусств и наук (1957), Датской королевской АН (1962). Окончил Чикагский университет (1947). Работал в Копенгагенском университете (1950–51), в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета (1951–53 и 1955–56), Калифорнийском технологическом институте (1953–55). С 1956 преподавал биологию в Гарвардском университете (с 1961 профессор).

С 1962 консультант президента США по науке. С 1968 директор лаборатории количественной биологии в Колд-Спринг-Харборе (штат Нью-Йорк).

Крик Фрэнсис Харри Комптон (08.06.1916, Нортгемптон), английский биофизик, удостоенный в 1962 Нобелевской премии по физиологии и медицине за открытие молекулярной структуры ДНК. Окончил Милл-Хилл-скул и Юниверсити-колледж в Лондоне. В 1953 получил степень доктора философии в Кембриджском университете. В 1937–39 и с 1947 работал в Кембриджском университете. Во время Второй мировой войны был сотрудником научного отдела Адмиралтейства, участвовал в создании магнитных мин.

В 1953–54 работал в Бруклинском политехническом институте (Нью-Йорк) в рамках программы по изучению структуры белков, в 1962 – в Лондонском университете.

Химическая организация клетки