Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 1. ХІМІЧНИЙ СКЛАД КЛІТИНИ ТА БІОЛОГІЧНІ МОЛЕКУЛИ

І нежива, і жива природа побудована із різних за розміром і складом молекул, а молекули, в свою чергу, - з атомів.

Дитяча енциклопедія «Аванта +»

§ 3. ХІМІЧНИЙ СКЛАД КЛІТИНИ. НЕОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ

Основні поняття й ключові терміни: ХІМІЧНИЙ СКЛАД КЛІТИНИ. Пригадайте! Що таке рівні організації життя?

Поміркуйте!

«Звір і птах, камінь і зірка - всі ми одне, усі одне... - тихо примовляла Кобра, опустивши капшук і тихо погойдуючись у проміжку між дітьми. - Дитина і змія, зірка і камінь - усі ми одне...» - писала англійська письменниця Памела Ліндон Треверс (1899 - 1996) у своїй дитячій книжці «Мері Поппінс» (Розділ 10. Повний місяць), яка вийшла ще в 1934 р. На вашу думку, про що йдеться у цьому уривку?

ЗМІСТ

Якими є структурні компоненти хімічного складу клітини?

ХІМІЧНИЙ СКЛАД КЛІТИНИ — сукупність хімічних елементів й хімічних речовин, що містяться у клітині й забезпечують її життєдіяльність чи організму в цілому. Умовно хімічний склад клітини можна вивчати на елементному та молекулярному рівнях. Наука, що вивчає хімічний склад живого, значення й перетворення його компонентів, називається біохімією.

Елементний склад визначається хімічними елементами, що беруть участь в життєдіяльності клітини. Їх називають біоелементами. Ці елементи наявні й у неживій природі, але у клітинах вони мають відносно стале співвідношення. Біоелементи залежно від кількісного складу поділяють на органогени, макро- та мікроелементи.

Найбільший відсотковий вміст припадає на Карбон, Оксиген, Гідроген і Нітроген, що є органогенами. Вони відрізняються від інших малими розмірами і незначною відносною атомною масою. Саме ці особливості й зумовлюють їхню участь у побудові багатьох сполук живого, тобто структурну функцію. Так, Карбон входить до складу усіх органічних сполук, Нітроген є складником амінокислот, білків, нуклеїнових кислот, вітамінів.

Хімічний склад живого

Елементний склад

Молекулярний склад

Біоелементи:

органогени,

макроелементи,

мікроелементи

I. Неорганічні молекули (оксиди, кислоти, основи, мінеральні солі)

II. Органічні молекули (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти)

До макроелементів відносять Калій, Кальцій, Натрій, Магній, Ферум, що є металами, і Фосфор, Хлор, Сульфур, що належать до неметалів. Ці елементи крім структурної функції здійснюють ще й регуляторну. Наприклад, Кальцій забезпечує зсідання крові, а Натрій і Калій регулюють транспортування речовин у клітину і з клітини. Мікроелементами є Цинк, Йод, Флуор, Купрум, Манган, Кобальт та ін. Ці елементи входять до складу біологічно активних речовин (гормонів, ферментів) та здійснюють регуляторну функцію. Так, Йод входить до складу гормонів щитоподібної залози, Цинк - до складу інсуліну.

Молекулярний склад живого пов’язаний з наявністю в клітинах неорганічних й органічних сполук. З неорганічних речовин у клітині найбільший вміст припадає на воду й мінеральні солі. Органічними речовинами клітин є білки, вуглеводи, ліпіди й нуклеїнові кислоти. Ці молекули утворюють складові частини клітин, забезпечують потребу клітин в енергії, захищають від чужорідних впливів середовища, беруть участь у регуляції життєдіяльності, зберігають й передають спадкову інформацію. Детальніше про будову, властивості та функції речовин клітини ми дізнаємось згодом.

Отже, основними компонентами хімічного складу клітин є біоелементи, неорганічні та органічні речовини, що виконують певні функції й забезпечують життєдіяльність клітин.

Наслідком яких процесів є перетворення хімічного складу клітини?

Кожна клітина є відкритою біологічною системою, здатною до саморегуляції, самооновлення та самовідтворення. І всі ці її фундаментальні процеси здійснюються за допомогою хімічних елементів й молекул, що беруть участь у найрізноманітніших перетвореннях речовин, енергії та інформації.

Серед цих процесів значне місце посідають фізичні процеси (розчинення, кристалізація, дифузія, випромінювання тощо) та хімічні реакції (реакції сполучення, розкладу, обміну, заміщення). Клітинні процеси відбуваються за участі енергії, тому виокремлюють екзотермічні (енергія виділяється під час перетворень) і ендотермічні (енергія поглинається для здійснення перетворень) реакції. Переважна більшість реакцій у клітинах відбувається за участі ферментів, що є біокаталізаторами. Ферменти забезпечують дуже швидкий перебіг реакцій, самі при цьому не витрачаються і, що дуже важливо для клітини, регулюють процеси залежно від потреб клітини у речовинах та енергії. Основними типами ферментативних реакцій є реакції синтезу й розкладу, реакції окиснення й відновлення. Більшість ферментативних реакцій є специфічними для живої природи і не можуть відбуватися в неживій, що свідчить про єдність всього живого на Землі.

Отже, функціональними компонентами хімічного складу клітини є фізичні й хімічні процеси, що забезпечують перетворення речовин, енергії та інформації.

Яке біологічне значення неорганічних речовин?

Як ви знаєте з курсу хімії, серед неорганічних речовин є прості (складаються з атомів одного елемента) і складні (побудовані атомами різних елементів). Серед складних сполук виділяють чотири класи - оксиди, кислоти, основи й солі.

Оксидами є складні сполуки елементів з Оксигеном. Оксиди неметалів та металів виконують в організмі певні життєво важливі функції. Наприклад, гідроген оксид Н2О є універсальним розчинником, Карбон(ІV) оксид СО2 - регулятором дихання, гідроген пероксид Н2О2 і чадний газ СО є токсичними речовинами.

Кислотами називаються сполуки, що містять у молекулах атоми Гідрогену та кислотні залишки. Особливостями, що визначають біологічне значення кислот, є їхня здатність утворювати під час дисоціації аніони NO-3, Cl- SO2-4, СО2-3 (беруть участь у регуляції процесів) та катіони Н+, від концентрації яких залежить кислотність рідин організмів. Кислоти є складником шлункового соку (HCl), розчиняють нерозчинні продукти виділення (H2SO4), входять до складу нуклеїнових кислот, фосфоліпідів клітинних мембран (Н3РО4) та ін.

Основами називають сполуки, до складу яких входять, як правило, атом металу і гідроксильні групи. Луги мають здатність зв’язувати йони Н+ і брати участь у регуляціЇ кислотно-лужної рівноваги рідин внутрішнього середовища. Властивості основ має і водний розчин амоніаку, що утворюється як кінцевий продукт обміну білків і чинить отруйну дію на організм.

Солі є продуктами заміщення атомів Гідрогену в кислотах на атоми металів. Нерозчинні у воді солі беруть участь у побудові захисних та опорних утворів (наприклад, кальцій карбонат й кальцій фосфат утворюють черепашки, скелети коралів, зуби хребетних). Із розчинних солей для організмів найбільше значення мають солі, що їх утворюють катіони Натрію, Калію, Кальцію, Магнію, Феруму та залишки хлоридної, сульфатної, нітратної кислот. Ці йони, забезпечують транспортування речовин крізь мембрани клітин, регуляцію роботи серця, проведення збудження, активацію ферментів тощо.

Отже, в складі організмів є прості та складні сполуки, що виконують будівельну, регуляторну та інші функції.

Прості сполуки

Неметали: O2, O3, H2, N2 та ін. Метали: залізо, мідь, цинк та ін.

Складні сполуки

Оксиди: CO2, Н2О, SO3, N2O5, P2O5, Н2О2 та ін.

Кислоти: HCl, HNO3, H2SO4, H2CO3, H3РO4 та ін.

Основи: NaОН, Са(ОН)2, Fe(ОН)3 та ін.

Солі: нітрати, карбонати, фосфати, сульфати, хлориди

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань (для конкурсу пропонуються завдання, в яких фігурують 12 хімічних елементів: N, Zn, Cu, Ca, F, Ra, Cl, Fe, Se, І, Mg, Si. Укажіть назву елемента як відповідь на завдання, виберіть з цієї назви вказану літеру й отримайте назву науки, що вивчає лікарські речовини та їхню дію на організм.

Міні-конкурс «ХІМІЯ ЖИВОГО»

I. Який хімічний елемент у складі емалі надає їй міцності? 1...

II. Який елемент є складником кісток, черепашок молюсків? 2...

III. Який елемент зумовлює червоний колір крові у хребетних тварин? 3...

IV. Від якого елемента залежить зелений колір рослин? 1...

V. Елемент, що накопичується в болотяній рясці й застосовується для лікування пухлин. 2...

VI. Який елемент зумовлює блакитне забарвлення крові кальмарів? 1...

VII. Цей елемент є компонентом шлункового соку. 3...

VIII. Елемент названий на честь богині Місяця і його багато в сітківці орлів. 3...

IX. Елемент бурих водоростей у складі гормонів щитоподібної залози. 2...

X. Елемент у складі амінокислот, білків, хітину, нуклеїнових кислот, NH3. 6...

XI. Якого хімічного елемента багато в клітинах хвощів? 4...

XII. Плоди горобини, що чинять позитивний вплив на кровотворення. 1...

Біологія + Хімія

Укажіть назви і хімічні формули неорганічних сполук, про які йдеться в таблиці. Поясніть зв’язок біології з неорганічною хімією. ДЕЯКІ НЕОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ ЖИВИХ ІСТОТ ТА ЇХ ЗНАЧЕННЯ

Назва

Значення

У складі шлункового соку активує травні ферменти, захищає від мікроорганізмів

Розчиняє продукти обміну для видалення з клітин разом з водою

Кінцевий продукт обміну білків, бере участь в утворенні нітритів й нітратів

Кінцевий продукт окиснення, регулює дихання, джерело Карбону у фотосинтезі

Є умовою клітинного дихання, кінцевим продуктом фотосинтезу

Утворює захисний екран від згубної для живого дії «жорсткого» ультрафіолету

Будова черепашок радіолярій, клітин хвощів, панцирів діатомей, скелета губок

СТАВЛЕННЯ

Парацельс (справжнє ім’я - Філіпп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм) - відомий німецький алхімік, лікар епохи Відродження. Він вважав, що живі організми складаються з тих самих елементів, що й усі інші тіла природи. Висловіть та обґрунтуйте судження про подібність складу та відмінність у вмісті хімічних елементів у живій та неживій природі.

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке хімічний склад клітини? 2. Що є компонентами елементного складу клітин? 3. Що є компонентами молекулярного складу клітин? 4. Назвіть неорганічні сполуки в складі живого. 5. Наведіть приклади функцій неорганічних сполук живого. 6. Назвіть органічні речовини, що входять до складу живого.

7 - 9

7. Якими є компоненти хімічного складу клітини? 8. Наслідком яких процесів є перетворення хімічного складу клітини? 9. Які склад та біологічне значення неорганічних сполук живого?

10 - 12

10. Про що свідчить подібність складу та відмінність у вмісті хімічних елементів у живій та неживій природі?


Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити