Composición química de las células.
Macroelementos, su papel en la célula. En las células de diferentes organismos se encontraron alrededor de 70 elementos del sistema periódico de elementos de D.I. Mendeleev, pero sólo 24 de ellos tienen un significado bien establecido y se encuentran constantemente en todo tipo de células.
La mayor parte de la composición elemental de la célula está formada por oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno. Estos son los llamados elementos básicos o biogénicos. Los átomos de estos elementos forman las moléculas de todas las sustancias orgánicas de las células; representan más del 95% de la masa de las células y el contenido relativo de elementos en la materia viva es mucho mayor que en la corteza terrestre. A los elementos principales. moléculas orgánicas También incluyen fósforo y azufre.
Además, son de vital importancia el calcio, el magnesio, el potasio, el sodio y el cloro (en las células animales), que se incluyen en la célula en forma de iones. Su contenido en la celda se calcula en décimas y centésimas de porcentaje. Los elementos enumerados constituyen un grupo de macroelementos.
Los iones de calcio participan en la regulación de varios procesos celulares, incluidos contracción muscular y otras funciones motoras, así como en la coagulación sanguínea. Las sales de calcio insolubles intervienen en la formación de huesos y dientes, el carbonato de calcio interviene en la formación de conchas de moluscos y en el fortalecimiento de las membranas celulares de algunas especies de plantas. La concentración de iones de magnesio es importante para mantener la integridad y función de los ribosomas. Además, el magnesio forma parte de la clorofila y favorece el funcionamiento normal de las mitocondrias.
Los iones de potasio y sodio participan en el mantenimiento de una determinada fuerza iónica y en la creación de un entorno amortiguador, regulan presión osmótica en la célula, determinar el ritmo normal de la actividad cardíaca, asegurar la transmisión impulso nervioso. El cloro en forma de aniones participa en la creación del ambiente salino de los organismos animales (para las plantas, el cloro es un oligoelemento) y, además, a veces forma parte de compuestos orgánicos.
Microelementos, su papel en la célula. Otros elementos químicos (cobre, manganeso, hierro, cobalto, zinc y también (en algunos organismos) boro, flúor, cromo, selenio, aluminio, silicio, molibdeno y yodo) están contenidos en pequeñas cantidades(no más del 0,01% de la masa celular). Pertenecen al grupo de los microelementos.
El contenido porcentual de un elemento particular en el cuerpo no caracteriza de ninguna manera el grado de su importancia y necesidad en el cuerpo. El cobalto, por ejemplo, forma parte de la vitamina B12, el yodo forma parte de las hormonas tiroxina y tironina y el cobre forma parte de las enzimas que catalizan los procesos redox; Además, el cobre interviene en el transporte de oxígeno en los tejidos de los moluscos. El hierro es una parte integral de complejos que realizan una serie de funciones vitales. funciones importantes. Estos incluyen, por ejemplo, la hemoglobina hemo, algunas enzimas y transportadores de electrones (citocromo C).
Una cantidad significativa de enzimas con diversos mecanismos de acción contienen iones de zinc, manganeso, cobalto y molibdeno.
El silicio se encuentra en diatomeas, colas de caballo, esponjas y moluscos. En los cartílagos y ligamentos de los vertebrados, su contenido puede alcanzar varias centésimas de porcentaje.
El boro afecta el crecimiento de las plantas, el flúor forma parte del esmalte de dientes y huesos.
1. Dar definiciones de conceptos.
Elemento- una colección de átomos con carga igual núcleo y el número de protones que coinciden con el número de serie (atómico) en la tabla periódica.
Microelemento
- un elemento que se encuentra en concentraciones muy bajas en el cuerpo.
Macronutriente
- un elemento que se encuentra en altas concentraciones en el cuerpo.
Bioelemento- un elemento químico involucrado en la vida de una célula y forma la base de las biomoléculas.
Composición elemental de la célula.
- porcentaje de elementos químicos en la célula.
2. ¿Cuál es una de las pruebas de la comunidad de vida y naturaleza inanimada?
Unidad composición química. No hay elementos característicos únicamente de la naturaleza inanimada.
3. Completa la tabla.
COMPOSICIÓN ELEMENTAL DE UNA CÉLULA
4. Da ejemplos materia orgánica, cuyas moléculas constan de tres, cuatro y cinco macroelementos.
3 elementos: carbohidratos y lípidos.
4 elementos: proteínas.
5 elementos: ácidos nucleicos, proteínas.
5. Completa la tabla.
PAPEL BIOLÓGICO DE LOS ELEMENTOS
6. Estudie la sección “Rol” en el § 2.2 factores externos en la formación de la composición química de la naturaleza viva” y responder a la pregunta: “¿Qué son las endémicas bioquímicas y cuáles son las razones de su origen?”
Las endémicas bioquímicas son enfermedades de plantas, animales y humanos causadas por una fuerte deficiencia o exceso de cualquier elemento en un área determinada.
7. ¿Qué enfermedades conoces asociadas a la falta de microelementos?
Deficiencia de yodo: bocio endémico. Disminución de la síntesis de tiroxina y, como resultado, proliferación del tejido tiroideo.
Falta de hierro – anemia por deficiencia de hierro.
8. Recuerde sobre qué base los elementos químicos se dividen en macro, micro y ultramicroelementos. Proponga su propia clasificación alternativa de elementos químicos (por ejemplo, por función en una célula viva).
Los micro, macro y ultramicroelementos se dividen según su porcentaje en la célula. Además, es posible clasificar los elementos según sus funciones, regulando la actividad de determinados sistemas de órganos: nervioso, muscular, circulatorio y cardiovascular, digestivo, etc.
9. Elige la respuesta correcta.
Prueba 1.
¿Qué elementos químicos forman la mayoría de las sustancias orgánicas?
2) C, O, H, N;
Prueba 2.
No se aplica a macroelementos:
4) manganeso.
Prueba 3.
Los organismos vivos necesitan nitrógeno porque sirve:
1) componente integral proteínas y ácidos nucleicos;
10. Determine la característica por la cual todos los elementos siguientes, excepto uno, se combinan en un grupo. Enfatice este elemento “extra”.
Oxígeno, hidrógeno, azufre, hierro, carbono, fósforo, nitrógeno. Contiene sólo ADN. Y el resto está todo en proteínas.
11. Explica el origen y significado general palabras (términos), a partir del significado de las raíces que las componen.
12. Elige un término y explica cómo es significado moderno Corresponde al significado original de sus raíces.
Término seleccionado– organógeno.
Correspondencia: el término, en principio, corresponde a su significado original, pero hoy en día hay más definición precisa. Anteriormente, el significado era tal que los elementos participaban únicamente en la construcción de tejidos y células de órganos. Ahora está claro que biológicamente elementos importantes no solo forma moléculas químicas en las células, etc., pero también regulan todos los procesos en las células, tejidos y órganos. Forman parte de hormonas, vitaminas, enzimas y otras biomoléculas.
13. Formule y escriba las ideas principales del § 2.2.
La composición elemental de una célula es el porcentaje de elementos químicos que contiene. Los elementos celulares suelen clasificarse, según su porcentaje, en micro, macro y ultramicroelementos. Aquellos elementos que participan en la vida de la célula, forman la base de las biomoléculas, se denominan bioelementos.
Los macroelementos incluyen: C N H O. Son los componentes principales de todos compuestos orgánicos en una jaula. Además, P S K Ca Na Fe Cl Mg - forman parte de todas las biomoléculas más importantes. Sin ellos, el cuerpo no puede funcionar. Su deficiencia conduce a la muerte.
Para microelementos: Al Cu Mn Zn Mo Co Ni I Se Br F B, etc. También son necesarios para el funcionamiento normal del organismo, pero no tan críticos. Su deficiencia causa enfermedades. Son parte del sistema biológico. compuestos activos, afectan el metabolismo.
Hay ultramicroelementos: Au Ag Be, etc. Papel fisiológico no se ha establecido definitivamente. Pero son importantes para la célula.
Existe el concepto de "endémicas bioquímicas": enfermedades de plantas, animales y humanos causadas por una fuerte deficiencia o exceso de cualquier elemento en un área determinada. Por ejemplo, el bocio endémico (deficiencia de yodo).
Si hay una deficiencia de algún elemento debido a la dieta, también se puede producir una enfermedad o dolencia. Por ejemplo, con falta de hierro: anemia. Con falta de calcio: fracturas frecuentes, caída del cabello, caída de los dientes, dolores musculares.
El papel biológico de los elementos químicos en el cuerpo humano es extremadamente diverso.
La función principal de los macroelementos es construir tejidos, mantener una presión osmótica constante y una composición iónica y ácido-base.
Microelementos, que forman parte de enzimas, hormonas, vitaminas, biológicamente. sustancias activas como agentes complejantes o activadores, participan en el metabolismo, los procesos de reproducción, la respiración de los tejidos y la neutralización de sustancias tóxicas. Los microelementos influyen activamente en los procesos de hematopoyesis, oxidación-reducción, permeabilidad de los vasos sanguíneos y tejidos. Los macro y microelementos (calcio, fósforo, flúor, yodo, aluminio, silicio) determinan la formación de huesos y tejidos dentales.
Existe evidencia de que el contenido de algunos elementos del cuerpo humano cambia con la edad. Así, el contenido de cadmio en los riñones y de molibdeno en el hígado aumenta con la vejez. El contenido máximo de zinc se observa durante la pubertad, luego disminuye y alcanza un mínimo en la vejez. El contenido de otros oligoelementos, como el vanadio y el cromo, también disminuye con la edad.
Se han identificado muchas enfermedades asociadas con una deficiencia o una acumulación excesiva de varios microelementos. La deficiencia de fluoruro causa caries dental, la deficiencia de yodo causa bocio endémico y el exceso de molibdeno causa gota endémica. Este tipo de patrones están asociados con el hecho de que el cuerpo humano mantiene un equilibrio de concentraciones óptimas de elementos biogénicos: la homeostasis química. La violación de este equilibrio es seguida por
Una deficiencia o exceso de un elemento puede provocar diversas enfermedades.
Además de los seis macroelementos principales, los organógenos, carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo, que forman parte de los carbohidratos, grasas, proteínas y ácidos nucleicos, los macroelementos "inorgánicos" son necesarios para la nutrición normal de humanos y animales: calcio, cloro, magnesio, potasio, sodio y oligoelementos: cobre, flúor, yodo, hierro, molibdeno, zinc y también, posiblemente (probado en animales), selenio, arsénico, cromo, níquel, silicio, estaño y vanadio.
La falta de elementos en la dieta como hierro, cobre, flúor, zinc, yodo, calcio, fósforo, magnesio y algunos otros tiene graves consecuencias para la salud humana.
Sin embargo, hay que recordar que no sólo una deficiencia, sino también un exceso es perjudicial para el organismo. nutrientes, ya que esto altera la homeostasis química. Por ejemplo, cuando se consume un exceso de manganeso con los alimentos, el nivel de cobre en el plasma aumenta (sinergismo de Mn y Cu) y en los riñones disminuye (antagonismo). Un aumento del contenido de molibdeno en los alimentos provoca un aumento de la cantidad de cobre en el hígado. El exceso de zinc en los alimentos provoca la inhibición de la actividad de las enzimas que contienen hierro (antagonismo de 2n y Fe).
Los componentes minerales, que son vitales en cantidades insignificantes, se vuelven tóxicos en concentraciones más altas.
La necesidad vital, la deficiencia y la toxicidad de un elemento químico se presentan en forma de una curva de dependencia “Concentración del elemento en productos alimenticios- reacción del cuerpo” (Fig. 5.5). La sección aproximadamente horizontal de la curva (meseta) describe el área de concentraciones correspondientes al crecimiento, la salud y la reproducción óptimos. La gran extensión de la meseta indica no sólo la baja toxicidad del elemento, sino también la mayor capacidad del cuerpo para adaptarse a cambios significativos en el contenido de este elemento. Por el contrario, una meseta estrecha indica una toxicidad significativa del elemento y una transición brusca de cantidades necesarias para el cuerpo a cantidades potencialmente mortales. Cuando se supera una meseta (aumento de la concentración de microelementos), todos los elementos se vuelven tóxicos. En última instancia, un aumento significativo en la concentración de oligoelementos puede provocar la muerte.
Se cuentan varios elementos (plata, mercurio, plomo, cadmio, etc.).
Son tóxicos, ya que su entrada en el organismo, incluso en microcantidades, provoca fenómenos patológicos graves. Mecanismo químico Los efectos tóxicos de algunos oligoelementos se analizarán a continuación.
Los elementos biogénicos se utilizan ampliamente en la agricultura. La adición de pequeñas cantidades de microelementos al suelo (boro, cobre, manganeso, zinc, cobalto, molibdeno) aumenta drásticamente el rendimiento de muchos cultivos. Resulta que los microelementos, al aumentar la actividad de las enzimas en las plantas, favorecen la síntesis de proteínas, vitaminas, ácidos nucleicos, azúcares y almidón. Algunos de los elementos químicos tienen un efecto positivo en la fotosíntesis, aceleran el crecimiento y desarrollo de las plantas y la maduración de las semillas. Se añaden microelementos a los piensos para animales para aumentar su productividad.
Ampliamente utilizado varios elementos y sus compuestos como medicamentos.
Así, el estudio del papel biológico de los elementos químicos y el esclarecimiento de la relación entre el metabolismo de estos elementos y otras sustancias biológicamente activas (enzimas, hormonas, vitaminas) contribuye a la creación de nuevos fármacos y al desarrollo de regímenes posológicos óptimos tanto con fines terapéuticos como profilácticos. propósitos.
EN condiciones modernas Uno de los problemas más apremiantes en la enseñanza de la química es garantizar la orientación práctica del conocimiento de la materia. Esto significa la necesidad de esclarecer la estrecha relación entre los principios teóricos que se estudian y la práctica de la vida, demostrando el carácter aplicado. conocimiento químico. Los estudiantes comienzan a estudiar química con interés. Para mantener el interés cognitivo de los estudiantes, es necesario convencerlos de la eficacia del conocimiento químico y desarrollar la necesidad personal de dominar el material educativo.
Objetivo Esta lección: ampliar los horizontes de los estudiantes y aumentar el interés cognitivo en el estudio del tema, formar conceptos ideológicos sobre la cognoscibilidad de la naturaleza. Esta lección se propone impartirla en 8º de primaria después de estudiar los elementos químicos de la Tabla Periódica, cuando los niños ya tienen una idea de su diversidad.
DURANTE LAS CLASES
Maestro:
No hay nada más en la naturaleza.
Ni aquí ni allá, en las profundidades del espacio:
Todo –desde pequeños granos de arena hasta planetas–
Se compone de elementos uniformes.
Como la fórmula, como horario de trabajo,
La estructura del sistema Mendeleev es estricta.
¿Qué está pasando a tu alrededor? el mundo esta vivo,
Entra, inhala, tócala con las manos.
La lección comienza con una obra de teatro "¿Quién es más importante en la mesa?" (cm. Anexo 1).
Maestro: El cuerpo humano contiene 81 elementos químicos de los 92 que se encuentran en la naturaleza. El cuerpo humano es complejo. laboratorio químico. Es difícil imaginar que nuestro bienestar diario, nuestro estado de ánimo e incluso nuestro apetito puedan depender de los minerales. Sin ellas, las vitaminas son inútiles, la síntesis y descomposición de proteínas, grasas y carbohidratos es imposible.
En los pupitres de los estudiantes hay tablas "Papel biológico de los elementos químicos" (ver. Apéndice 2). Se da tiempo para conocerla. El profesor y los alumnos analizan la tabla haciendo preguntas.
Maestro: La base de la vida está formada por seis elementos de los tres primeros períodos (H, C, N, O, P, S), que representan el 98% de la masa de la materia viva (el resto de elementos de la tabla periódica constituyen no más del 2%).
Tres características principales de los nutrientes (H, C, N, O, P, S):
- pequeño tamaño atómico,
- pequeño pariente masa atomica,
- la capacidad de formar enlaces covalentes fuertes.
Los estudiantes reciben textos (ver Apéndice 3). Tarea: lea el texto con atención; identificar elementos necesarios para la vida y elementos peligrosos para los organismos vivos; Encuéntrelos en la tabla periódica y explique su función.
Después de completar la tarea, varios estudiantes analizan diferentes textos.
Maestro: Los elementos análogos del entorno natural entran en competencia y pueden intercambiarse en los organismos vivos, afectándolos negativamente.
La sustitución de sodio y potasio en animales y humanos por litio provoca trastornos del sistema nervioso, ya que en este caso las células no conducen los impulsos nerviosos. Violaciones similares conducir a la esquizofrenia.
El talio, un competidor biológico del potasio, lo reemplaza en las paredes celulares y afecta el sistema nervioso central y periférico, el tracto gastrointestinal y los riñones.
El selenio puede reemplazar al azufre en las proteínas. Este es el único elemento que, cuando está presente en niveles elevados en las plantas, puede provocar la muerte súbita en los animales y en los humanos que los comen.
Cuando hay deficiencia de calcio en el suelo, el cuerpo lo reemplaza con estroncio, lo que altera gradualmente la estructura normal del esqueleto. Particularmente peligrosa es la sustitución del calcio por estroncio-90, que se acumula en enormes cantidades en los lugares de explosiones nucleares (durante las pruebas de armas nucleares) o durante los accidentes en las centrales nucleares. Este radionúclido destruye la médula ósea.
El cadmio compite con el zinc. Este elemento reduce la actividad de las enzimas digestivas, altera la formación de glucógeno en el hígado, provoca deformaciones esqueléticas, inhibe el crecimiento óseo y también provoca dolor intenso en la zona lumbar y en los músculos de las piernas, y fragilidad de los huesos (por ejemplo, costillas rotas al toser). ). Otras consecuencias negativas son el cáncer de pulmón y recto, la disfunción pancreática. Daño renal, disminución de los niveles de hierro, calcio y fósforo en la sangre. Este elemento inhibe los procesos de autopurificación en plantas acuáticas y terrestres (por ejemplo, se observa un aumento de cadmio de 20 a 30 veces en las hojas de tabaco).
Los halógenos se pueden intercambiar muy fácilmente en el cuerpo. El exceso de flúor en el medio ambiente (agua fluorada, contaminación del suelo con compuestos de flúor alrededor de una planta de producción de aluminio y otras razones) impide la entrada de yodo en el cuerpo humano. En este sentido, surgen enfermedades de la glándula tiroides, sistema endocrino generalmente.
Mensajes de los estudiantes preparados con antelación.
1er estudiante:
Los alquimistas medievales consideraban el oro como la perfección y otros metales como un error en el acto de la creación y, como se sabe, hicieron grandes esfuerzos para eliminar este error. La idea de introducir el oro en la práctica médica se atribuye a Paracelso, quien declaró que el objetivo de la química no debería ser la transformación de todos los metales en oro, sino la preparación de medicamentos. Se han probado medicamentos elaborados a partir de oro y sus compuestos para tratar muchas enfermedades. Se utilizaban para tratar la lepra, el lupus y la tuberculosis. En personas sensibles al oro, podría provocar alteraciones en la composición de la sangre, reacciones en los riñones, el hígado, afectar el estado de ánimo, el crecimiento de los dientes y el cabello. El oro asegura el funcionamiento del sistema nervioso. Se encuentra en el maíz. Y la fuerza de los vasos sanguíneos depende del germanio. El único producto alimenticio que contiene germanio es el ajo.
2do estudiante:
EN cuerpo humano la mayor cantidad de cobre se encuentra en el cerebro y el hígado, y esta sola circunstancia indica su importancia en la vida. Se ha descubierto que el dolor aumenta la concentración de cobre en la sangre y en el líquido cefalorraquídeo. En Siria y Egipto, los recién nacidos reciben pulseras de cobre para prevenir el raquitismo y la epilepsia.
3er estudiante:
ALUMINIO
Los utensilios de cocina de aluminio se llaman utensilios de cocina de los pobres, ya que este metal contribuye al desarrollo de la aterosclerosis senil. Al cocinar alimentos en tales recipientes, el aluminio pasa parcialmente al cuerpo, donde se acumula.
4to estudiante:
- ¿Qué elemento contienen las manzanas? (Hierro.)
- Qué es papel biológico? (El cuerpo contiene 3 g de hierro, de los cuales 2 g se encuentran en la sangre. El hierro forma parte de la hemoglobina. Un contenido insuficiente de hierro provoca dolor de cabeza, fatiga rápida.)
Luego, los estudiantes realizan un experimento de laboratorio, cuyo propósito es probar experimentalmente el efecto de las sales de ciertos metales sobre las proteínas. Mezclan la proteína con soluciones de álcali y sulfato de cobre y observan la formación de un precipitado violeta. Concluyen que la proteína se destruye.
5to estudiante:
El hombre también es naturaleza.
Él es también un atardecer y un amanecer.
Y tiene cuatro estaciones.
Y hay una forma especial de música en ello.
Y el misterio especial del color,
A veces con fuego cruel, a veces con fuego amable.
El hombre es invierno. O verano.
O otoño. Con truenos y lluvia.Contenía todo: millas y tiempo.
Y quedó ciego por las tormentas atómicas.
El hombre es a la vez tierra y semilla.
Y una mala hierba en medio del campo. Y pan.¿Y cómo es el clima allí?
¿Cuánta soledad hay en él? ¿Reunión?
El hombre también es naturaleza...
¡Así que salvemos la naturaleza!
(S. Ostrovoy)
Para consolidar los conocimientos adquiridos en la lección se realiza el test “Sonrisa” (ver. Apéndice 4).
A continuación, se le pide que complete el crucigrama "Caleidoscopio químico" (ver. Apéndice 5).
El profesor resume la lección destacando a los alumnos más activos.
6to estudiante:
¡Cambia cambia!
La llamada está sonando.
finalmente esta terminado
¡Lección molesta!Tirando del azufre por la coleta,
El magnesio pasó corriendo.
El yodo de la clase se ha evaporado,
Era como si nunca hubiera estado allí.El flúor accidentalmente prendió fuego al agua,
El cloro se comió el libro de otra persona.
Carbono repentinamente con hidrógeno.
Logró volverse invisible.El potasio y el bromo luchan en un rincón:
No compartirán el electrón.
Oxígeno es un niño travieso en el bosque.
Pasó al galope a caballo.
Libros usados:
- V.O. Baidalina Sobre el aspecto aplicado del conocimiento químico. “Química en la escuela” No. 5, 2005
- Química y ecología en curso escolar. “Primero de Septiembre” No. 14, 2005
- I. N. Pimenov, A. V. Pimenov“Conferencias sobre biología general”, tutorial, Saratov, Editorial OJSC “Liceo”, 2003
- Sobre la química en verso, ¿Quién es más importante en la tabla? “Primero de Septiembre”, N° 15, 2005
- Metales en el cuerpo humano. “Química en la escuela”, nº 6, 2005.
- Crucigrama “Caleidoscopio químico”. “Primero de Septiembre”, N° 14, 2005
- "Voy a ir a la clase de química". Libro para profesores. M. “Primero de Septiembre”, 2002, pág.
