Kemična sestava celic
Makroelementi, njihova vloga v celici. V celicah različnih organizmov je bilo najdenih okoli 70 elementov periodnega sistema elementov D.I.
Največji delež v elementarni sestavi celice predstavljajo kisik, ogljik, vodik in dušik. To so tako imenovani bazični ali biogeni elementi. Atomi teh elementov tvorijo molekule vseh organskih snovi v celicah; predstavljajo več kot 95% mase celic, relativna vsebnost elementov v živi snovi pa je veliko večja kot v zemeljski skorji. Na glavne elemente organske molekule vključujejo tudi fosfor in žveplo.
Poleg tega so ključnega pomena kalcij, magnezij, kalij, natrij in klor (v živalskih celicah), ki so v celici vključeni v obliki ionov. Njihova vsebnost v celici se izračuna v desetinkah in stotinkah odstotka. Našteti elementi sestavljajo skupino makroelementov.
Kalcijevi ioni sodelujejo pri uravnavanju številnih celičnih procesov, vključno z krčenje mišic in druge motorične funkcije, pa tudi pri strjevanju krvi. Netopne kalcijeve soli sodelujejo pri tvorbi kosti in zob, kalcijev karbonat sodeluje pri tvorbi lupin mehkužcev in krepitvi celičnih membran nekaterih rastlinskih vrst. Koncentracija magnezijevih ionov je pomembna za ohranjanje celovitosti in delovanja ribosomov. Poleg tega je magnezij del klorofila in podpira normalno delovanje mitohondrijev.
Kalijevi in natrijevi ioni sodelujejo pri ohranjanju določene ionske moči in ustvarjanju puferskega okolja, uravnavajo osmotski tlak v celici, določajo normalni ritem srčne aktivnosti, zagotavljajo prenos živčni impulz. Klor v obliki anionov sodeluje pri ustvarjanju solnega okolja živalskih organizmov (za rastline je klor element v sledovih) in je poleg tega včasih vključen v organske spojine.
Mikroelementi, njihova vloga v celici. Drugi kemični elementi - baker, mangan, železo, kobalt, cink in tudi (za nekatere organizme) bor, fluor, krom, selen, aluminij, silicij, molibden in jod - so vsebovani v majhne količine(ne več kot 0,01% celične mase). Spadajo v skupino mikroelementov.
Odstotek vsebnosti določenega elementa v telesu nikakor ne označuje stopnje njegovega pomena in nujnosti v telesu. Kobalt je na primer del vitamina B12, jod je del hormonov tiroksina in tironina, baker pa je del encimov, ki katalizirajo redoks procese; poleg tega je baker vključen v transport kisika v tkivih mehkužcev. Železo je sestavni del kompleksov, ki opravljajo številne vitalne funkcije pomembne funkcije. Sem spadajo na primer hemoglobin hem, nekateri encimi in prenašalci elektronov (citokrom C).
Znatno število encimov z raznolikim mehanizmom delovanja vsebuje ione cinka, mangana, kobalta in molibdena.
Silicij najdemo v diatomeje, preslice, spužve in mehkužci. V hrustancih in vezeh vretenčarjev lahko njegova vsebnost doseže nekaj stotink odstotka.
Bor vpliva na rast rastlin, fluor je del sklenine zob in kosti.
1. Podajte definicije pojmov.
Element- zbirka atomov z enak naboj jedro in število protonov, ki sovpada z zaporedno (atomsko) številko v periodnem sistemu.
mikroelement
- element, ki se v telesu nahaja v zelo nizkih koncentracijah.
Makrohranilo
- element, ki se v telesu nahaja v visokih koncentracijah.
Bioelement- kemični element, ki je vključen v življenje celice in je osnova biomolekul.
Elementna sestava celice
- odstotek kemičnih elementov v celici.
2. Kaj je eden od dokazov skupnosti bivanja in nežive narave?
Enotnost kemična sestava. Ni elementov, značilnih samo za neživo naravo.
3. Izpolni tabelo.
ELEMENTARNA SESTAVA CELICE
4. Navedite primere organska snov, katerih molekule so sestavljene iz treh, štirih in petih makroelementov.
3 elementi: ogljikovi hidrati in lipidi.
4 elementi: beljakovine.
5 elementov: nukleinske kisline, proteini.
5. Izpolni tabelo.
BIOLOŠKA VLOGA ELEMENTOV
6. Preučite razdelek »Vloga« v § 2.2 zunanji dejavniki v nastajanju kemijske sestave žive narave« in odgovori na vprašanje: »Kaj so biokemični endemiti in kakšni so razlogi za njihov nastanek?«
Biokemične endemije so bolezni rastlin, živali in ljudi, ki jih povzroča močno pomanjkanje ali presežek katerega koli elementa na določenem območju.
7. Katere bolezni poznate, povezane s pomanjkanjem mikroelementov?
Pomanjkanje joda - endemična golša. Zmanjšanje sinteze tiroksina in posledično proliferacija ščitničnega tkiva.
Pomanjkanje železa - anemija pomanjkanja železa.
8. Spomnite se, na podlagi česa delimo kemične elemente na makro-, mikro- in ultramikroelemente. Predlagajte svojo alternativno klasifikacijo kemijskih elementov (na primer po funkciji v živi celici).
Mikro-, makro- in ultramikroelemente delimo glede na njihov odstotek v celici. Poleg tega je mogoče elemente razvrstiti glede na njihove funkcije, ki uravnavajo delovanje določenih organskih sistemov: živčnega, mišičnega, cirkulacijskega in kardiovaskularnega, prebavnega itd.
9. Izberite pravilen odgovor.
Test 1.
Kateri kemični elementi tvorijo večino organskih snovi?
2) C, O, H, N;
Test 2.
Ne velja za makroelemente:
4) mangan.
Test 3.
Živi organizmi potrebujejo dušik, ker služi:
1) integralna komponenta beljakovine in nukleinske kisline;
10. Določite lastnost, po kateri so vsi naslednji elementi, razen enega, združeni v eno skupino. Poudarite ta "dodatni" element.
Kisik, vodik, žveplo, železo, ogljik, fosfor, dušik. Vsebuje samo DNK. In vse ostalo je v beljakovinah.
11. Pojasnite izvor in splošni pomen besede (izrazi), ki temeljijo na pomenu korenov, ki jih sestavljajo.
12. Izberite izraz in razložite, kako je sodoben pomen ustreza prvotnemu pomenu svojih korenin.
Izbrani izraz– organogen.
dopisovanje: izraz načeloma ustreza prvotnemu pomenu, danes pa je več natančna definicija. Prej je bil pomen tak, da so elementi sodelovali le pri gradnji tkiv in celic organov. Zdaj je jasno, da biološko pomembne elemente ne le oblika kemične molekule v celicah itd., ampak tudi uravnavajo vse procese v celicah, tkivih in organih. So del hormonov, vitaminov, encimov in drugih biomolekul.
13. Oblikujte in zapišite glavne ideje § 2.2.
Elementna sestava celice je odstotek kemičnih elementov v celici. Celične elemente običajno glede na odstotek delimo na mikro-, makro- in ultramikroelemente. Tisti elementi, ki sodelujejo v življenju celice, tvorijo osnovo biomolekul, se imenujejo bioelementi.
Med makroelemente spadajo: C N H O. So glavne sestavine vseh organske spojine v kletki. Poleg tega so P S K Ca Na Fe Cl Mg - del vseh najpomembnejših biomolekul. Brez njih telo ne more delovati. Njihovo pomanjkanje vodi v smrt.
Za mikroelemente: Al Cu Mn Zn Mo Co Ni I Se Br F B itd. Prav tako so potrebni za normalno delovanje telesa, vendar niso tako kritični. Njihovo pomanjkanje povzroča bolezni. So del biološkega aktivne spojine, vplivajo na presnovo.
Obstajajo ultramikroelementi: Au Ag Be itd. Fiziološka vloga ni dokončno ugotovljeno. So pa pomembne za celico.
Obstaja koncept "biokemičnih endemij" - bolezni rastlin, živali in ljudi, ki jih povzroča ostro pomanjkanje ali presežek katerega koli elementa na določenem območju. Na primer, endemična golša (pomanjkanje joda).
Če pride do pomanjkanja elementa zaradi prehrane, lahko pride tudi do bolezni oz. Na primer s pomanjkanjem železa - anemijo. S pomanjkanjem kalcija - pogosti zlomi, izpadanje las, izguba zob, bolečine v mišicah.
Biološka vloga kemičnih elementov v človeškem telesu je izjemno raznolika.
Glavna funkcija makroelementov je gradnja tkiv, vzdrževanje konstantnega osmotskega tlaka, ionske in kislinsko-bazične sestave.
Mikroelementi, ki so del encimov, hormonov, vitaminov, biološko aktivne snovi kot kompleksotvorci ali aktivatorji sodelujejo pri metabolizmu, reprodukcijskih procesih, tkivnem dihanju in nevtralizaciji toksičnih snovi. Mikroelementi aktivno vplivajo na procese hematopoeze, oksidacijo - redukcijo, prepustnost krvnih žil in tkiv. Makro- in mikroelementi - kalcij, fosfor, fluor, jod, aluminij, silicij - določajo tvorbo kostnega in zobnega tkiva.
Obstajajo dokazi, da se vsebnost nekaterih elementov v človeškem telesu spreminja s starostjo. Tako se s starostjo povečuje vsebnost kadmija v ledvicah in molibdena v jetrih. Največjo vsebnost cinka opazimo v puberteti, nato pa se zmanjša in doseže minimum v starosti. S staranjem se zmanjšuje tudi vsebnost drugih elementov v sledovih, kot sta vanadij in krom.
Ugotovljene so bile številne bolezni, povezane s pomanjkanjem ali prekomernim kopičenjem različnih mikroelementov. Pomanjkanje fluora povzroča zobni karies, pomanjkanje joda povzroča endemično golšo, presežek molibdena pa endemični protin. Tovrstni vzorci so povezani z dejstvom, da človeško telo vzdržuje ravnovesje optimalnih koncentracij biogenih elementov – kemično homeostazo. Kršitvi tega ravnovesja sledi
Pomanjkanje ali presežek elementa lahko povzroči različne bolezni
Poleg šestih glavnih makroelementov - organogenov - ogljika, vodika, dušika, kisika, žvepla in fosforja, ki sestavljajo ogljikove hidrate, maščobe, beljakovine in nukleinske kisline, so za normalno prehrano ljudi in živali potrebni "anorganski" makroelementi - kalcij, klor, magnezij, kalij , natrij - in elementi v sledovih - baker, fluor, jod, železo, molibden, cink in tudi, po možnosti (dokazano za živali), selen, arzen, krom, nikelj, silicij, kositer, vanadij.
Pomanjkanje elementov, kot so železo, baker, fluor, cink, jod, kalcij, fosfor, magnezij in nekateri drugi v prehrani, vodi do resnih posledic za zdravje ljudi.
Vendar je treba zapomniti, da ne le pomanjkanje, ampak tudi presežek škoduje telesu. hranila, saj to moti kemično homeostazo. Na primer, ko s hrano zaužijemo presežek mangana, se raven bakra v plazmi poveča (sinergizem Mn in Cu), v ledvicah pa zmanjša (antagonizem). Povečanje vsebnosti molibdena v živilih povzroči povečanje količine bakra v jetrih. Presežek cinka v hrani povzroči zaviranje aktivnosti encimov, ki vsebujejo železo (2n in Fe antagonizem).
Mineralne sestavine, ki so življenjskega pomena v zanemarljivih količinah, postanejo v višjih koncentracijah toksične.
Življenjska potreba, pomanjkanje in toksičnost kemičnega elementa so predstavljeni v obliki krivulje odvisnosti "Koncentracija elementa v prehrambeni izdelki- reakcija telesa« (slika 5.5). Približno vodoravni del krivulje (plato) opisuje območje koncentracij, ki ustreza optimalni rasti, zdravju in razmnoževanju. Velik obseg platoja ne kaže le na nizko toksičnost elementa, temveč tudi na večjo sposobnost prilagajanja telesa na znatne spremembe vsebnosti tega elementa. Nasprotno, ozek plato kaže na znatno toksičnost elementa in oster prehod od količin, potrebnih za telo, do življenjsko nevarnih. Ko presežete plato (povečanje koncentracije mikroelementov), postanejo vsi elementi strupeni. Na koncu lahko znatno povečanje koncentracije elementov v sledovih povzroči smrt.
Štejejo se številni elementi (srebro, živo srebro, svinec, kadmij itd.)
So strupeni, saj njihov vnos v telo tudi v mikrokoličinah povzroči hude patološke pojave. Kemični mehanizem Toksični učinki nekaterih elementov v sledovih bodo obravnavani v nadaljevanju.
Biogeni elementi se pogosto uporabljajo v kmetijstvu. Dodajanje majhnih količin mikroelementov v tla - bor, baker, mangan, cink, kobalt, molibden - dramatično poveča donos številnih poljščin. Izkazalo se je, da mikroelementi s povečanjem aktivnosti encimov v rastlinah spodbujajo sintezo beljakovin, vitaminov, nukleinskih kislin, sladkorjev in škroba. Nekateri kemični elementi pozitivno vplivajo na fotosintezo, pospešujejo rast in razvoj rastlin ter zorenje semen. Mikroelementi se dodajajo krmi živali za povečanje njihove produktivnosti.
Za široko uporabo različne elemente in njihove spojine kot zdravila.
Tako proučevanje biološke vloge kemičnih elementov, pojasnjevanje razmerja med presnovo teh elementov in drugimi biološko aktivnimi snovmi - encimi, hormoni, vitamini - prispeva k ustvarjanju novih zdravil in razvoju optimalnih režimov odmerjanja za terapevtske in profilaktične namene. namene.
IN sodobne razmere Eden najbolj perečih problemov pouka kemije je zagotavljanje praktične naravnanosti predmetnega znanja. To pomeni, da je treba razjasniti tesno povezavo med teoretičnimi načeli, ki se preučujejo, in življenjsko prakso, ki prikazuje uporabno naravo kemijsko znanje. Učenci začnejo z zanimanjem študirati kemijo. Da bi ohranili kognitivni interes učencev, jih je treba prepričati o učinkovitosti kemijskega znanja in oblikovati osebno potrebo po obvladovanju učne snovi.
Tarča to lekcijo: širijo obzorja učencev in povečujejo spoznavni interes za študij predmeta, oblikujejo ideološke predstave o spoznavnosti narave. Predlaga se, da se ta lekcija poučuje v 8. razredu po preučevanju kemijskih elementov periodnega sistema, ko otroci že imajo predstavo o njihovi raznolikosti.
MED POUKOM
Učiteljica:
V naravi ni nič drugega
Niti tu niti tam, v globinah vesolja:
Vse – od majhnih zrnc peska do planetov –
Sestavljen je iz enotnih elementov.
Kot formula, kot urnik dela,
Struktura Mendelejevega sistema je stroga.
Kaj se dogaja okoli tebe svet je živ,
Vstopite vanj, vdihnite, dotaknite se ga z rokami.
Lekcija se začne z gledališkim skečem "Kdo je najpomembnejši na mizi?" (cm. Priloga 1).
Učiteljica:Človeško telo vsebuje 81 kemičnih elementov od 92 v naravi. Človeško telo je kompleksno kemijski laboratorij. Težko si je predstavljati, da so naše vsakodnevno počutje, razpoloženje in celo apetit lahko odvisni od mineralov. Brez njih so vitamini neuporabni, sinteza in razgradnja beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov je nemogoča.
Na mizah učencev so tabele "Biološka vloga kemičnih elementov" (glej. Dodatek 2). Čas je dan, da jo spoznamo. Učitelj in učenci z vprašanji analizirajo tabelo.
Učiteljica: Osnovo življenja tvori šest elementov prvih treh dob (H, C, N, O, P, S), ki predstavljajo 98 % mase žive snovi (preostali elementi periodnega sistema sestavljajo ne več kot 2%).
Tri glavne značilnosti hranil (H, C, N, O, P, S):
- majhna atomska velikost,
- mali sorodnik atomska masa,
- sposobnost tvorbe močnih kovalentnih vezi.
Učenci dobijo besedila (glej Dodatek 3). Naloga: pozorno preberi besedilo; prepoznati za življenje nujne in živim organizmom nevarne elemente; poišči jih v periodnem sistemu in razloži njihovo vlogo.
Po opravljeni nalogi več študentov analizira različna besedila.
Učiteljica: Analogni elementi v naravnem okolju med seboj tekmujejo in se lahko izmenjujejo v živih organizmih ter nanje negativno vplivajo.
Nadomeščanje natrija in kalija pri živalih in ljudeh z litijem povzroča motnje živčnega sistema, saj v tem primeru celice ne prevajajo živčnih impulzov. Podobne kršitve vodijo v shizofrenijo.
Talij, biološki konkurent kalija, ga nadomešča v celičnih stenah in vpliva na osrednje in periferno živčevje, prebavila in ledvice.
Selen lahko nadomesti žveplo v beljakovinah. To je edini element, ki lahko, če je prisoten v velikih količinah v rastlinah, povzroči nenadno smrt živali in ljudi, ki jih uživajo.
Ko kalcija v zemlji primanjkuje, ga telo nadomesti s stroncijem, ki postopoma poruši normalno strukturo okostja. Še posebej nevarna je zamenjava kalcija s stroncijem-90, ki se kopiči v ogromnih količinah na mestih jedrskih eksplozij (pri testiranju jedrskega orožja) ali ob nesrečah v jedrskih elektrarnah. Ta radionuklid uničuje kostni mozeg.
Kadmij tekmuje s cinkom. Ta element zmanjša aktivnost prebavnih encimov, moti tvorbo glikogena v jetrih, povzroči deformacijo okostja, zavira rast kosti, povzroča pa tudi hude bolečine v križu in mišicah nog ter krhkost kosti (na primer zlomljena rebra pri kašljanju). ). Druge negativne posledice so rak pljuč in danke, disfunkcija trebušne slinavke. Okvara ledvic, znižana raven železa, kalcija in fosforja v krvi. Ta element zavira procese samočiščenja v vodnih in kopenskih rastlinah (na primer, opaženo je 20-30-kratno povečanje kadmija v listih tobaka).
Halogeni se lahko zelo enostavno zamenjajo v telesu. Presežek fluora v okolju (fluorirana voda, onesnaženost tal s fluorovimi spojinami okoli obrata za proizvodnjo aluminija in drugi vzroki) preprečuje vstop joda v človeško telo. V zvezi s tem se pojavijo bolezni ščitnice, endokrini sistem na splošno.
Študentska sporočila pripravljena vnaprej.
1. učenec:
Srednjeveški alkimisti so zlato smatrali za popolnost, druge kovine pa za napako pri ustvarjanju in, kot je znano, so si zelo prizadevali odpraviti to napako. Zamisel o uvedbi zlata v medicinsko prakso pripisujejo Paracelsusu, ki je izjavil, da cilj kemije ne sme biti pretvorba vseh kovin v zlato, temveč priprava zdravil. Zdravila iz zlata in njegovih spojin so poskušali zdraviti številne bolezni. Uporabljali so jih za zdravljenje gobavosti, lupusa in tuberkuloze. Pri ljudeh, občutljivih na zlato, lahko povzroči motnje v sestavi krvi, reakcijo v ledvicah, jetrih, vpliva na razpoloženje, rast zob in las. Zlato skrbi za delovanje živčnega sistema. Najdemo ga v koruzi. In moč krvnih žil je odvisna od germanija. Edino živilo, ki vsebuje germanij, je česen.
2. študent:
IN Človeško telo največ bakra se nahaja v možganih in jetrih in že ta okoliščina kaže na njegovo pomembnost v življenju. Ugotovljeno je bilo, da bolečina poveča koncentracijo bakra v krvi in cerebrospinalni tekočini. V Siriji in Egiptu novorojenčkom dajejo bakrene zapestnice za preprečevanje rahitisa in epilepsije.
3. učenec:
ALUMINIJ
Aluminijasto posodo imenujemo posoda za reveže, saj ta kovina prispeva k razvoju senilne ateroskleroze. Pri kuhanju hrane v takih posodah aluminij delno prehaja v telo, kjer se kopiči.
4. učenec:
- Kateri element vsebuje jabolka? (Železo.)
- Kaj je to biološko vlogo? (Telo vsebuje 3 g železa, od tega 2 g v krvi. Železo je del hemoglobina. Nezadostna vsebnost železa povzroči glavobol, hitra utrujenost.)
Nato dijaki izvedejo laboratorijski poskus, katerega namen je eksperimentalno dokazati vpliv soli določenih kovin na beljakovine. Protein zmešajo z raztopinama alkalij in bakrovega sulfata ter opazujejo nastanek vijoličaste oborine. Sklepajo, da je beljakovina uničena.
5. učenec:
Tudi človek je narava.
On je tudi sončni zahod in sončni vzhod.
In v njej so štirje letni časi.
In v njej je poseben način glasbe.
In posebna skrivnost barve,
Včasih s krutim, včasih s prijaznim ognjem.
Človek je zima. Ali poletje.
Ali pa jesen. Z grmenjem in dežjem.Vsebovala je vse – kilometre in čas.
In oslepel je zaradi atomskih neviht.
Človek je hkrati zemlja in seme.
In plevel sredi njive. In kruh.In kakšno je vreme tam?
Koliko osamljenosti je v njem? Sestanki?
Tudi človek je narava...
Varujmo torej naravo!
(S. Ostrovoy)
Za utrditev znanja, pridobljenega v lekciji, se izvede test "Nasmeh" (glej. Dodatek 4).
Nato morate izpolniti križanko "Kemijski kalejdoskop" (glej. Dodatek 5).
Učitelj povzame lekcijo in opazi najbolj aktivne učence.
6. učenec:
Spremeni se, spremeni se!
Klic zvoni.
Končno je končano
Nadležna lekcija!Vlečenje žvepla za pletenico,
Magnezij je tekel mimo.
Jod iz razreda je izhlapel,
Bilo je, kot da tam sploh še nisem bil.Fluor je pomotoma zažgal vodo,
Klor je pojedel tujo knjigo.
Ogljik nenadoma z vodikom
Uspelo je postati nevidno.V kotu se borita kalij in brom:
Ne bodo delili elektrona.
Oxygen je poreden deček v gozdu
Na konju je pridirjal mimo.
Rabljene knjige:
- O.V. Baidalina O aplikativnem vidiku kemijskega znanja. “Kemija v šoli” št. 5, 2005
- Kemija in ekologija v šolski tečaj. “Prvi september” št. 14, 2005
- I. N. Pimenov, A. V. Pimenov»Predavanja na splošna biologija”, vadnica, Saratov, OJSC Založba "Lyceum", 2003
- O kemiji v verzih, Kdo je najpomembnejši v tabeli? “Prvi september”, št. 15, 2005
- Kovine v človeškem telesu “Kemija v šoli”, št. 6, 2005.
- Križanka "Kemijski kalejdoskop". “Prvi september”, št. 1 4, 2005
- "Grem k uri kemije." Knjiga za učitelje. M. “Prvi september”, 2002, str.
