БИОПОЛИМЕРЫ. УГЛЕВОДЫ, ЛИПИДЫ - ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ - КЛЕТКА — ЕДИНИЦА ЖИВОГО

Задачи. Приступить к изучению органических веществ клетки, рассмотреть основные классы органических веществ, их процентное соотношение в клетке. Сформировать знания о строении, свойствах и функциях углеводов и липидов в клетке. Рассмотреть основные группы углеводов и липидов и их значение для жизнедеятельности организмов. Повторить материал и проконтролировать знания учащихся по теме «Введение. Неорганические вещества клетки».

Оборудование. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, кодограмма (приложение 1).

Ход урока:

Повторение. Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. Уровни организации живой материи.

2. Признаки живых организмов.

3. Роль катионов и анионов в клетке.

Работа с карточкой у доски: приложение 2.

Компьютерное тестирование: приложение 3.

Устное повторение.

Изучение нового материала. Объяснение с помощью таблиц, кодограммы (приложение 1).

Характеристика углеводов. Кроме неорганических веществ в состав клетки входят и органические вещества: белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и низкомолекулярные органические вещества.

Белки 10—20%

Вода 75—85%

Жиры 1—5%

Неорганические вещества 1,0—1,5%

Углеводы 0,2—2,0%

Нуклеиновые кислоты 1—2%

Низкомолекулярные органические вещества 0,1—0,5%

Органические вещества относятся к группе полимеров. Различают регулярные полимеры и нерегулярные полимеры. Важное место среди них занимают углеводы, соединения, в состав которых входят атомы углерода, кислорода и водорода. Их общая формула Сm(Н2O)n, они делятся на простые и сложные углеводы.

Простые углеводы называют моносахаридами. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахаридов различают: триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С), гептозы (7C). В природе наиболее широко распространены пентозы и гексозы. Важнейшие из пентоз — дезоксирибоза и рибоза, входящие в состав ДНК, РНК и АТФ; из гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза (общая формула С6Н12O6).

Моносахариды могут быть представлены в форме α- и β-изомеров. Гидроксильная группа при первом атоме углерода может располагаться как под плоскостью цикла (α-изомер), так и над ней (β-изомер). Молекулы крахмала состоят из остатков α-глюкозы, целлюлозы — из остатков β-глюкозы.

Дезоксирибоза (С5Н10О4) отличается от рибозы (С5Н10О5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.

Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды.

Олигосахаридами называют сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества остатков моносахаридов, входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахариды и т. д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов: мальтоза, состоящая из двух остатков α-глюкозы, молочный сахар (лактоза) и свекловичный (или тростниковый) сахар. Встречаются в природе в свободном виде или в составе полисахаридов.

Полисахариды образуются в результате реакции поликонденсации. Важнейшие полисахариды — крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, муреин. Крахмал — основной резервный углевод растений, гликоген — у животных и человека. Целлюлоза — основной структурный углевод клеточных стенок растений, она нерастворима в воде, является линейным полимером (β-глюкозы.

К свойствам моносахаридов и олигосахаридов относится их растворимость в воде, сладкий вкус. С увеличением числа мономерных звеньев растворимость падает и сладкий вкус исчезает, полисахариды в воде нерастворимы.

Важнейшая функция углеводов — энергетическая, углеводы — основные источники энергии в животном организме. При расщеплении 1 г углевода выделяется 17,6 кДж. Запасающая функция выражается в накоплении крахмала клетками растений и гликогена клетками животных, которые играют роль источников глюкозы, легко высвобождая ее по мере необходимости. Углеводы входят в состав клеточных мембран и клеточных стенок (целлюлоза входит в состав клеточной стенки растений, из хитина образован панцирь членистоногих, различные олиго- и полисахариды образуют клеточную стенку бактерий). Соединяясь с липидами и белками, образуют гликолипиды и гликопротеины. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав мономеров нуклеотидов.

Слизи, выделяемые различными железами, богаты углеводами и их производными (например, гликопротеинами). Они предохраняют пищевод, кишечник, желудок, бронхи от механических повреждений, препятствуют проникновению в организм бактерий и вирусов. Гепарин предотвращает свертывание крови в организме животных и человека.

Характеристика липидов. Липиды — сборная группа органических соединений, не имеющих единой химической характеристики. Их объединяет то, что все они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (эфире, хлороформе, бензине). Содержатся во всех клетках животных и растений. Содержание липидов в клетках составляет 5—15% сухой массы, но в жировой ткани может иногда достигать 90%.

В зависимости от особенности строения молекул различают простые и сложные липиды. К простым липидам относятся жиры. Они входят в состав организма человека, животных, растений, микробов, некоторых вирусов. Содержание жиров в биологических объектах, тканях и органах может достигать 90%.

Жиры (триглицериды) — это сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта — глицерина. Это самые распространенные в природе липиды. В составе триглицеридов обнаружено более 500 жирных кислот, молекулы которых имеют сходное строение. Жирные кислоты имеют одинаковую для всех кислот группировку — карбоксильную группу (—СООН) и радикал, которым они отличаются друг от друга. Карбоксильная группа образует головку жирной кислоты. Она полярна, поэтому гидрофильна. Радикал представляет собой углеводородный хвост, отличающийся у разных жирных кислот количеством группировок —СН2. Он неполярен, поэтому гидрофобен. При образовании молекулы триглицерида каждая из трех гидроксильных (—ОН) групп глицерина вступает в реакцию конденсации с жирной кислотой, образуются три сложноэфирные связи, поэтому образовавшееся соединение называют сложным эфиром. Физические свойства зависят от состава их молекул. Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты, то они твердые (жиры), если ненасыщенные — жидкие (масла). Плотность жиров ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают и находятся на поверхности.

Воски — группа простых липидов, представляющих собой сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов.

Фосфолипиды — сложные эфиры многоатомных спиртов с высшими жирными кислотами, содержащие остаток фосфорной кислоты. Как правило, в молекуле фосфолипидов имеются два остатка высших жирных и один остаток фосфорной кислоты. Присутствуют во всех клетках живых существ, участвуя главным образом в формировании клеточных мембран.

Гликолипиды — это углеводные производные липидов. Локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности.

Липоиды — жироподобные вещества. К ним относятся стероиды (широко распространенный в животных тканях холестерин, эстрадиол и тестостерон — соответственно женский и мужской половые гормоны), терпены (эфирные масла, от которых зависит запах растений), гиббереллины (ростовые вещества растений), некоторые пигменты (хлорофилл, билирубин), часть витаминов (A, D, Е, К) и др.

Функции липидов. Основная функция липидов — энергетическая. В ходе расщепления 1 г жиров до СO2 и Н2O освобождается 38,9 кДж. Структурная — липиды принимают участие в образовании клеточных мембран. В составе мембран находятся фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины. Запасающая функция — жиры являются запасным веществом животных и растений. Это особенно важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные переходы через местность, где нет источников питания (верблюды в пустыне). Семена многих растений содержат жир, необходимый для обеспечения энергией развивающегося растения. Терморегуляторная — являются хорошими термоизоляторами вследствие плохой теплопроводимости. Защитно-механическая — защищают организм от механических воздействий. Каталитическая функция связана с жирорастворимыми витаминами (А, D, Е, К). Сами по себе витамины не обладают каталитической активностью, но они входят в состав ферментов, без них ферменты не могут выполнять свои функции. Источник метаболический воды. Одним из продуктов окисления жиров является вода. Эта метаболическая вода очень важна для обитателей пустынь. Так, жир, которым заполнен горб верблюда, служит в первую очередь не источником энергии, а источником воды (при окислении 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды). Запасы жира повышают плавучесть водных животных.

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма к уроку

Тема: Углеводы, липиды. § 2

Характеристика углеводов

Общая формула Сх(Н2O)у. Содержание в животных клетках — 1—5%, в растительных — до 70%.

Моносахариды Олигосахариды Полисахариды

2—10 мономеров

Моносахариды, триозы (3С); тетрозы (4С); пентозы (5С): рибоза С5Н10О5, дезоксирибоза С5Н10О4; гексозы (6С): глюкоза С6Н12O6, фруктоза С6Н12O6; гептозы (7С).

Дисахариды: мальтоза = глюкоза + глюкоза; лактоза = глюкоза + галактоза; сахароза = глюкоза + фруктоза.

Полисахариды: крахмал, гликоген (у животных) — полимеры из остатков α-глюкозы; целлюлоза — полимер из остатков β-глюкозы.

Хитин — в клеточных стенках грибов, в покровах членистоногих.

Муреин (гликопротеин) — в клеточных стенках бактерий. Сложные углеводы: гликолипиды, гликопротеины.

Свойства: ??? Функции: энергетическая (1 г = 17,6 кДж), структурная (???), запасающая (?), защитная (слизи).

Липиды

Содержание в клетках до 90%. Большинство липидов — жиры, сложные эфиры жирных кислот и спирта глицерола. Фосфолипиды содержат вместо одной жирной кислоты фосфатную группу, образуют мембраны. Воски. Гормоны. Витамины. Липопротеины, гликолипиды.

Функции: структурная (?), энергетическая (1 г = 38,9 кДж), запасающая (?), теплоизоляционная (?), источник метаболической воды (?), регуляторная (половые гормоны), кофакторы ферментов (витамины A, D, Е, К).

Приложение 2. Карточка для работы у доски

Запишите номера вопросов, против них — правильные ответы.

1. Какие организмы относятся к империи Клеточные, надцарству Прокариоты?

2. Какие организмы относятся к империи Клеточные, надцарству Эукариоты?

3. Какие элементы относятся к элементам 1-й группы?

4. Как заряжен кислород и атомы водорода в молекуле воды?

5. Какие связи удерживают молекулы воды друг около друга?

6. При какой температуре вода имеет максимальную плотность?

7. Каково соотношение ионов натрия и калия по обе стороны наружной клеточной мембраны?

8. В клетке поддерживается определенная концентрация водородных ионов, слабощелочная, почти нейтральная среда. Какие реакции поддерживают pH?

9. Верно ли утверждение: «Дигидрофосфат-ионы способны понизить pH клетки, превращаясь в гидрофосфат-ионы».

Записав ответы, садитесь на место.

Приложение 3. Компьютерное тестирование

Задание 1. «Введение. Неорганические вещества клетки»

**Тест 1. Какие организмы относятся к империи Клеточные, надцарству Прокариоты?

1. Вирусы.

2. Архебактерии.

3. Эубактерии.

4. Сине-зеленые.

**Тест 2. Какие организмы относятся к империи Клеточные, надцарству Эукариоты?

1. Вирусы.

2. Грибы.

3. Растения.

4. Архебактерии.

5. Эубактерии.

6. Сине-зеленые.

7. Животные.

**Тест 3. Какие элементы относятся к элементам 1-й группы?

1. Сера.

2. Кислород.

3. Углерод.

4. Фосфор.

5. Водород.

6. Железо.

7. Азот.

8. Кальций.

**Тест 4. Какие суждения верны?

1. Молекула воды не имеет заряженных участков.

2. Молекула воды — диполь.

3. На кислороде в молекуле воды небольшой отрицательный заряд, на водороде — положительный.

4. На кислороде в молекуле воды небольшой положительный заряд, на водороде — отрицательный.

**Тест 5. Какие суждения верны?

1. Молекулы воды удерживаются друг около друга ковалентными связями.

2. Молекулы воды удерживаются друг около друга водородными связями.

3. Ковалентные связи прочнее в 15—20 раз водородных.

4. Водородные связи прочнее в 15—20 раз ковалентных.

Тест 6. Вода имеет максимальную плотность при:

1. 0 °С.

2. 4 °С.

3. 20 °С.

4. 25 °С.

Тест 7. Каково соотношение ионов натрия и калия по обе стороны наружной клеточной мембраны?

1. Снаружи клетки всегда больше калия и меньше натрия, чем внутри.

2. Снаружи клетки всегда больше натрия и меньше калия, чем внутри.

3. Натрия и калия снаружи клетки всегда больше, чем внутри.

4. Натрия и калия внутри клетки всегда больше, чем снаружи.

Тест 8. В клетке поддерживается определенная концентрация водородных ионов, слабощелочная, почти нейтральная среда. Какие реакции поддерживают pH?

1. Реакции гидролиза.

2. Реакции гидратации.

3. Реакции конденсации.

4. Буферные реакции.

Тест 9. Верно ли утверждение: «Дигидрофосфат-ионы способны понизить pH клетки, превращаясь в гидрофосфат-ионы».

1. Верно.

2. Ошибочно.

**Тест 10. Какие суждения верны?

1. Жиры относятся к гидрофильным веществам.

2. Вода обладает большой теплоемкостью и теплопроводностью.

3. Щелочная среда — если водородных ионов много.

4. Вода принимает участие в образовании структуры молекул растворенных веществ.