Уроки биологии 10 класс, 1 четверть

Уроки общей биологии в 10 классе. 1 четверть. Согласно программы 2013 г. Республики Казахстан. Естественно-математического направления. 2 часа в неделю. Учитель Евдокимов Б.И.

Рекомендую как справочный материал для составления детальных индивидуальных поурочных планов

Биология 10 класс Урок № 1

Тема урока: Наука биология

Основное содержание урока: Биология как наука. Место биологии в системе наук и её значение. Связь биологических дисциплин с другими науками. Место курса «Общая биология» в системе естественнонаучных дисциплин. Цели и задачи курса. Демонстрация портретов учёных - биологов, схемы «Связи биологии с другими науками».

Цели урока : Познакомить с основным содержанием предмета «Общая биология»

С ролью биологии в современном мире. Рассмотреть роль биологии на каждого конкретного человека. Познакомить с основными методами изучения биологии. Познакомить с деятельностью ученых биологов, внесших большой вклад в развитие биологии.

Оборудование портреты ученых, внесших большой вклад в развитие биологии. СМИ с заметками на тему экологии, питания, сельского хозяйства, медицины

Ход урока

I. Организационный момент

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Беседа по содержанию материала, изученного в прошлом году. О выборе предмета для сдачи

ЕНТ. О выборе профессии.

III. Изучение нового материала :

1. Многообразие органического мира и комплекс биологических наук

Наука о живой природе называется биологией (от греч. биос - жизнь и логос - учение). Сам термин «биология» был введен в научный обиход французским естествоиспытателем и эволюционистом Жаном Батистом Ламарком в 1802 г.

Раскрытие общих свойств живых организмов и объяснение причин их многообразия, выявление связей между их строением и условиями окружающей среды относятся к основным задачам биологии. Важное место в этой науке занимают вопросы возникновения жизни на Земле и законы ее развития.

Для живой природы характерно необычайное разнообразие форм. В настоящее время обнаружено и описано примерно 500 тыс. видов растений, более 1,5 млн видов животных, сотни тысяч видов грибов, более 3 тыс. видов разнообразных бактерий и 1 тыс. вирусов. Число еще не описанных видов оценивается в 1-2 млн. Все это многообразие организмов изучается комплексом биологических дисциплин.

Современную биологию, изучающую живую природу как особую форму движения материи, можно разделить на отдельные дисциплины. Подходы к этому делению могут быть разнообразными. Рассмотрим лишь некоторые из них.

По объектам исследования

Вирусология, занимающаяся изучением вирусов; микробиология, изучающая царство бактерий и микроскопические грибы; ботаника, исследующая строение и жизнедеятельность представителей царства растений; зоология, предметом изучения которой являются животные; микология, занимающаяся изучением грибов; и др.

В соответствии с уровнем организации

Молекулярная биология; цитология - учение о клетке; гистология - учение о тканях; и др.

Агробиология, биология охраны природы, инженерная биология и др.

2. Предмет и задачи общей биологии

Из сказанного выше можно сделать вывод, что биологические науки, изучающие жизнь во всех ее проявлениях, весьма разнообразны. Среди них выделяются науки, изучающие общие свойства живых организмов: закономерности наследования признаков (генетика), пути превращения органических молекул (биохимия), взаимоотношения организмов со средой обитания (экология) и др.

Основы этих наук составляют курс общей биологии, который будет изучаться нами на протяжении 10-11-х классов. Общая биология, таким образом, изучает общие закономерности, присущие всему живому.

3. Методы биологических исследований

Живые биологические системы очень сложны, поэтому формы, методы и способы их исследования довольно разнообразны. Метод (греч. методос - путь к чему-либо) - это способ достижения цели. Опишем основные методы биологических исследований.

1. Метод наблюдения является наиболее традиционным и наиболее «древним», но не потерял своего значения до сих пор. Он предполагает целенаправленное изучение объекта или явления в естественных или искусственно созданных условиях. При этом не ставится задача выявления действия отдельного фактора, а исследователь является простым наблюдателем.2. Эксперимент - более активная форма изучения объекта или явления. В искусственно созданных условиях изучается ответ определенного объекта на изменение какого-либо одного или нескольких внешних факторов.

3. Сравнительный метод получил широкое распространение еще в XVIII в. Он заключается в сопоставлении организмов и их частей. Именно принципы сравнения в свое время легли в основу систематики, клеточной теории. Применение сравнительного метода в анатомии, палеонтологии, эмбриологии и других науках способствовало утверждению эволюционных представлений в биологии.

4. Исторический метод выясняет закономерности появления и развития организмов, становления их структуры и функций в ходе геологической истории Земли.

5. Метод моделирования предполагает изучение какого-либо процесса или явления через воспроизведение его самого или его существенных свойств в виде модели. Образную модель можно представить в виде знаковой, т.е. математической, модели. В последнем случае эксперимент сводится к определенным математическим расчетам, как правило, с использованием компьютера. Моделирование дает возможность прогнозировать последствия природных и техногенных катастроф, направления смены экологических систем, объемы выращиваемой сельскохозяйственной продукции и др.

4. Значение биологии

Познание законов функционирования живых организмов позволяет не только составить точную картину мира, но и использовать их для практических целей. Назовем основные области практического применения биологических знаний:

в сельском хозяйстве - выведение новых пород домашних животных и сортов культурных растений, создание биологических методов борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур и др.;

в фармакологии - использование различных биологических объектов и веществ, ими синтезируемых, в качестве лекарственных препаратов и др.;

в пищевой промышленности - выращивание используемых в пищу организмов из одной клетки, создание различных биодобавок и др.;

в медицине, психологии и социологии - биология является научной теоретической базой;

в деле охраны природы - все связи человечества с окружающей средой должны строиться на основе знания законов функционирования экологических систем и биосферы в целом.

В дальнейшем практическое значение биологии еще больше возрастет.

IV.Закрепление : Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала

V. Задание на дом :

Изучить соответствующие параграфы учебника (предмет и задачи общей биологии, методы биологических исследований, практическое значение биологии).

Биология 10 класс Урок № 2

Тема урока: Цитология наука о клетке

Основное содержание урока: Предмет, задачи, и методы исследования современной цитологии. Значение цитологических исследований для других биологических наук, медицины, сельского хозяйства.

Цели урока : Сформировать представление о цитологии как науке о строении, функциях, химической организации клеток организмов различных царств живой природы, ее предмете, методе, содержании; закрепить умение пользоваться микроскопом, рассматривать микропрепараты, находить на них структурные компоненты клетки и делать рисунки.

Оборудование :

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Повторение материала 9го класса. Расскажите об истории развития учения о клетке. Какое значение для биологической науки имело открытие клетки?

Клеточная теория Т.Шванна провозгласила единство живого мира.

Докажите это.

Сформулируйте основные положения современной клеточной теории!

Противоречит или нет положениям клеточной теории существование неклеточных форм жизни? Ответ поясните

III. Изучение нового материала :

1. Предмет и задачи цитологии.

2. Методы изучения клетки.

Световая, электронная, фазово-контрастная микроскопия.

Клетка - элементарная единица живого, обладающая всеми признаками организма: она способна размножаться, расти, развиваться, обмениваться веществом и энергией с окружающей средой, реагировать на изменения, происходящие в этой среде. Одни организмы состоят всего лишь из одной клетки (простейшие, бурые водоросли), а другие являются многоклеточными состоят из огромного числа клеток. Изучением строения клетки и принципов ее жизнедеятельности занимается цитология.

Цитология изучает строение и функции клетки

Основными задачами этой науки есть следующее:

Изучать строение и функционирование клеток;

Изучать химический состав клетки и функции клеточных компонентов;

Исследовать процесс воспроизведения и размножения клеток;

Наблюдать и анализировать, как клетка может приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям среды, которая ее откружает;

Исследовать особенности структуры клеток, которые выполняют специализированную функцию;

Изучать развитие отдельных клеточных структур, которые выполняют специфическую функцию.

Для решения таких важних и сложных задач в цитологии применяются различные методы.

Методы цитологии:

1. Микроскопирование:

1.1. Использование световых микроскопов

1.2. Использование электронных микроскопов

2. Использование радиоактивных меток

3. Ультрацентрифугирование.

1. Микроскопирование:

Открытие и дальнейшее изучение клетки стало возможным только после изобретения микроскопа. Это связано с тем, что человеческий глаз не способен различать объекты с размерами менее 0,1 мм, что составляет 100 микрометров (сокращ. микрон или мкм).

Размеры же клеток (а тем более, внутриклеточных структур) существенно меньше. Например, диаметр животной клетки обычно не превышает 20 мкм, растительной - 50 мкм, а длина хлоропласта цветкового растения - не более 10 мкм. С помощью светового микроскопа можно различать объекты диаметром в десятые доли микрона. Поэтому световая микроскопия является основным, специфическим методом изучения клеток.

Примечание. 1 миллиметр (мм) = 1.000 микрометров (мкм) = 1.000.000 нанометров (нм). 1 нанометр = 10 ангстрем (Å). Одному ангстрему примерно соответствует диаметр атома водорода.

1.1. Использование световых микроскопов

1.2. Использование электронных микроскопов

В лучших оптических микроскопах наблюдаемые предметы увеличиваются до 2000 раз. А как быть, если объект, например вирус, настолько мал, что этого увеличения недостаточно? Поставить друг за другом 2 микроскопа? Один увеличит изображение в 2000 раз, второй - еще во столько же, вот и получится общее увеличение в 4 млн. раз?

Нет, ничего из этой затеи у нас не получится: изображение в такой системе будет нечетким, размазанным.

По законам оптики свет огибает освещаемый предмет, если, его размеры меньше длины световой волны, и он остается невидимым. Минимальный размер предмета, который еще можно различить в оптический микроскоп, составляет 0,2 - 0,3 мкм.

Физики установили, что движущийся электрон ведет себя как волна. Причем длина волны электрона примерно в 50 000 раз короче световой, значит, и размеры объекта, который удается рассмотреть в лучах «электронного света», могут быть намного меньше.

И в начале 30-х гг. XX в. был построен первый электронный микроскоп. Такие микроскопы являются самыми сильными в наши дни увеличительными приборами.

В отличие от светового, или оптического, микроскопа в электронном вместо лучей света используют быстрые электроны, а вместо стеклянных линз - электромагнитные катушки, или электронные линзы.

Источник электронов для «освещения» объекта - электронная «пушка». Металлический катод испускает электроны, они собираются в пучок с помощью фокусирующего электрода и набирают энергию под действием сильного электрического поля, действующего в пространстве между катодом и анодом . Чтобы создать это поле, к электродам прикладывается высокое напряжение - 100 кВ и более.

Пучок электронов, выходящий из электронной «пушки», с помощью конденсорной линзы направляется на объект, рассеивается на нем и фокусируется объективной линзой 5, которая создает промежуточное изображение объекта. Проекционная линза вновь собирает электроны и создает второе, еще более увеличенное изображение на люминесцентном экране, на котором под действием ударяющихся в него электронов возникает светящаяся картина объекта. Поместив под экраном фотопластинку, изображение можно сфотографировать.

Узлы электронного микроскопа, схематически показанные на рисунке, объединяются в одну общую конструкцию, которая условно называется колонной. Внутри колонны на всем пути электронов поддерживается вакуум с давлением до 100 мкПа. Это нужно для того, чтобы электроны не рассеивались на постороннем веществе (атомах и молекулах газа), иначе изображение будет искажаться. Для создания высокого напряжения и питания обмоток электронных линз требуются стабильные источники электрического тока, которые размещаются в основании электронного микроскопа, похожем на тумбу. Здесь же находится и пульт управления микроскопом.

Конечное увеличение электронного микроскопа определяется произведением увеличений объективной и проекционной линз, наблюдаемый объект при этом увеличивается в

20 000- 40 000 раз.

Рассматривание готовых микропрепаратов клеток растений и животных под микроскопом. Задание:

настроить микроскоп;

определить его увеличение;

рассмотреть препараты растительной и животной клеток;

сделать рисунок, подписав основные части клетки;

выявить черты сходства и различия растительной и животной клеток;

сделать вывод: о чем свидетельствует их сходство и различие.

(Самостоятельная работа учащихся с последующим обсуждением ее результатов.)

Выявить черты сходства и различия клеток по рисункам и сделать вывод: о чем свидетельствует сходство этих клеток и чем объясняется их различие.

IV.Закрепление : Заполнить таблицу Связь цитологии с другими науками

Название науки

Предмет изучения

Связь с цитологией

V. Задание на дом :

Изучение материала учебника

Биология 10 класс Урок № 3

Тема урока: Клеточная теория

Основное содержание урока: История открытия и изучения клетки. Основные положения

клеточной теории. Значение клеточной теории для развития биологии.

Цели урока : Изучить основные положения клеточной теории, одного из трех великих

открытий XIX в. наряду с эволюционной теорией Ч.Дарвина и законом сохранения и превращения энергии, раскрыв ее значимость для доказательства единства живой и неживой природы.

Оборудование : Портреты ученых. Таблица Формы клеток одноклеточных и многоклеточных

организмов. Электронный учебник (ЭУ) Клеточное строение организмов

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Понятие эволюции. Движущие силы эволюции и ее результаты. Основные направления эволюции растений. Основные направления эволюции животных. (Фронтальная беседа с использованием таблицы «Развитие органического мира» и геохронологической таблицы.)

III. Изучение нового материала :

1. Клетка как элементарная частица живого организма - результат длительного процесса эволюции.

2. История развития учения о клетке (Р.Гук, 1664; М.Мальпиги, 1672; Б.Броун, 1831; А.Левенгук, ХVIII в.).

3. Клеточная теория Т.Шванна.

4. Современные положения клеточной теории и ее роль в развитии биологической науки.

Современная цитология изучает строение и функционирование клеток, обмен веществ в клетках, взаимоотношения клеток с внешней средой, происхождение клеток в филогенезе и онтогенезе, закономерности дифференцировки клеток.

В настоящее время принято следующее определение клетки:

Клетка - это элементарная биологическая система, обладающая всеми свойствами и признаками жизни. Клетка есть единица структуры, функции и развития организмов Развитие цитологии связано с созданием и усовершенствованием оптических устройств, позволяющих рассмотреть и изучить клетки.

Краткая истории цитологических исследований.

· 1609 - 1610 г.г. Галилео Галилей сконструировал первый микроскоп, однако лишь в 1624 г. он его усовершенствовал так, что им можно было пользоваться. Этот микроскоп увеличивал в 35 - 40 раз. Через год И. Фабер дал прибору название «микроскоп».

· 1665 г. Роберт Гук впервые увидел в пробке ячейки, которым дал название «cell» - клетка.

· 1670-х г. Марчелло Мальпиги описал микроскопическое строение некоторых органов растений.

· Благодаря усовершенствованию микроскопа Антоном Ван Левенгуком, появилась возможность изучать клетки и детальное строение органов и тканей. В 1696 г. была опубликована его книга «Тайны природы, открытые с помощью совершеннейших микроскопов». Левенгук впервые описал эритроциты, сперматозоиды, инфузории. Левенгук по праву считается основоположником научной микроскопии.

· 1715 г. Х. Гертель впервые использовал зеркало для освещения микроскопических объектов. А через 150 лет Э. Аббе создал систему осветительных линз для микроскопа.

· 1781 г. Ф. Фонтана первый увидел и зарисовал животные клетки с их ядрами.

· В первой половине 19 в. Ян Пуркинье далее усовершенствовал микроскопическую технику, что позволило ему описать клеточное ядро («зародышевый пузырек») и клетки в различных органах животных. Ян Пуркинье впервые употребил термин «протоплазма».

· 1831 г. Р. Браун описал ядро как постоянную структуру и предложил термин «nucleus» - ядро.

· 1838 г. М. Шлейден создает теорию цитогенеза (клеткообразования). Его основная заслуга - постановка вопроса о возникновении клеток в организме.

· Далее, Теодор Шванн, основываясь на работах Шлейдена создает клеточную теорию. 1839 г. опубликована его бессмертная книга «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений».

· На дальнейшее развитие клеточной теории большое влияние оказал Рудольф Вирхов. Он свел воедино все многочисленные разрозненные факты, также убедительно показал, что клетки возникают путем размножения себе подобных - «каждая клетка из клетки».

· 1861 г. Э. Брюкке разработал представление о клетке как элементарном организме.

· В 1874 г. Ж. Карнуа ввел понятие «Биология клетки», положив начало цитологии как науке о строении, функции и происхождении клеток.

· В 1879 г. В. Флеминг описал митоз.

· В 1883 г. В. Вальдейер ввел понятие «хромосомы».

· 1884 г. О. Гертвиг и Э. Страсбургер одновременно и независимо друг от друга высказали гипотезу о том, что наследственные признаки заключены в ядре.

· В 1892 г. И. Мечников открыл явление фагоцитоза.

· В 1910-х г.г. Р. Гаррисон и А. Каррель разработали методы культивирования клеток в пробирке.

· В 1928-1931 г.г. Е. Руска, М. Кноль и Б. Боррие сконструировали электронный микроскоп, благодаря которому было описано подлинное строение клетки и открыты многие ранее неизвестные структуры.

Смотреть ЭУ часть фильма о истории создания клеточной теории

В 1838-1839 гг. Теодор Шванн и немецкий ботаник Маттиас Шлейден сформулировали основные

положения клеточной теории:

1. Клетка есть единица структуры. Все живое состоит из клеток и их производных

Клетки всех организмов гомологичны.

2. Клетка есть единица функции. Функции целостного организма распределены по его клеткам.

Совокупная деятельность организма есть сумма жизнедеятельности отдельных клеток.

3. Клетка есть единица роста и развития. В основе роста и развития всех организмов лежит

образование клеток.

Клеточная теория Шванна-Шлейдена принадлежит к величайшим научным открытиям XIX в. В то же время, Шванн и Шлейден рассматривали клетку лишь как необходимый элемент тканей многоклеточных организмов. Вопрос о происхождении клеток остался нерешенным (Шванн и Шлейден считали, что новые клетки образуются путем самозарождения из живого вещества).

Только немецкий врач Рудольф Вирхов (1858-1859 гг.) доказал, что каждая клетка происходит от клетки.

В конце XIX в. окончательно формируются представления о клеточном уровне организации жизни. Немецкий биолог Ганс Дриш (1891) доказал, что клетка - это не элементарный организм, а элементарная биологическая система. Постепенно формируется особая наука о клетке - цитология.

Дальнейшее развитие цитологии в XX в. тесно связано с разработкой современных методов изучения клетки: электронной микроскопии, биохимических и биофизических методов, биотехнологических методов, компьютерных технологий и других областей естествознания.

IV.Закрепление :

А1. В чём состоит главная трудность в использовании световых микроскопов в настоящее время?

2. В чём заключается вклад Яна Пуркинье в цитологию?

3. Как называлась книга Шванна, где он изложил первую версию клеточной теории?

4. Кто из учёных впервые пришёл к выводу, что наследственная информация заключена в ядре?

5. В чём состояла ошибка Шванна и Шлейдена при формулировании ими клеточной теории?

Б.1. В чём состоят преимущества электронного микроскопа перед световым?

2. Что такое метод радиоактивных меток?

3. Как выглядела клеточная теория, сформулированная Шванном?

4. Какой принцип Рудольфа Вирхова стал важным дополнением клеточной теории?

5. Когда применяется метод замедленной киносъёмки через мощные световые микроскопы?

В.1. В чём состоят недостатки в использовании электронного микроскопа, и как они преодолеваются?

2. Что такое метод ультрацентрифугирования?

3. Как выглядят положения современной клеточной теории?

4. Какие изотопы чаще всего используются для метода радиоактивных меток?

5. С помощью какого метода можно выделить клеточные органоиды?

Г.1. Что такое анод и катод в электронном микроскопе?

2. Для чего в электронном микроскопе служит шлюзовая камера?

3. Какие части электронного микроскопа служат для увеличения объекта?

4. Что делают в электронном микроскопе конденсатор и флюоресцентный экран?

5. Для чего нужен вакуумный насос?

Д. (исправьте предложения)

1. Впервые применил микроскоп для исследования живых организмов Антони ван Левенгук.

2. Электронный микроскоп был создан в XIX веке.

3. Электронный микроскоп позволяет увидеть на большом увеличении живые объекты.

4. Для выделения клеточных органоидов служит метод радиоактивных меток.

5. Замедленная киносъемка для запечатления жизненных процессов клетки используется через мощные электронные микроскопы.

V. Задание на дом :

Изучение материала учебника

Биология 10 класс Урок № 4

Тема урока: Клетка - единица живого

Основное содержание урока: Клетка как единица развития, структурная и функциональная единица живого.

Цели урока : обобщить знания об основных положениях клеточной теории, ее научной и прикладной роли; о ДНК как носителе преемственности жизни и здоровья на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровне.

создать условия развития биологического мышления, мотивов учения (познавательных, внутренних, социальных и творческой самореализации), общеучебных и предметных умений решать учебные биологические проблемы и задачи.

способствовать формированию ценностного отношения к научному знанию, живой природе и здоровью человека, через восприятие материала о носителях жизни и здоровья человека - клетки и ДНК.

Оборудование : микроскоп. Оборудование: модель ДНК, портреты ученых - биологов

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Вопросы материала учебника по прошлой теме

III. Изучение нового материала :

Выдающиеся деятели в сфере биологии.

1665 год - английский физик Роберт Гук (1653 - 1703) рассматривая под микроскопом срез пробки, обнаружил весьма интересное явление. Он впервые увидел в микроскоп, на тонком срезе пробки, мелкие ячейки; он назвал их клетками.

1680 год - голландский исследователь природы Антони ван Левенгук открывает клетки животных - простейших.

Много времени прошло с тех пор, отшумел XVII век, на смену пришёл XVIII, потом XIX век. Это время в науке было наполнено новыми открытиями, фактами и противоречиями. Итальянец Мальпиги, англичанин Грючех Пуркине, немцы Шлейден и Швани внесли свой вклад в историю изучения клетки.

К 30 - м годам XIX века накопилось немало информации, фактов, новых знаний о клетке, которые необходимо было систематизировать и обобщить. Это сделали выдающиеся деятели цитологии XIX века Шлейден и Шванн. Немецкий физиолог Т. Шванн (1810-1882) сформулировал в 1839 году клеточную теорию. Теория гласит: «все клетки развиваются из зернышек, находящихся внутри исходной клетки. И, хотя эти данные были ошибочными, тем не менее, на основании их был сделан правильный вывод о генетическом единстве (единстве происхождения), о сходстве, о сопоставляемости и сравнимости клеток растений и животных. Другими словами, именно клеточное строение признается общим принципом организации всего живого.

Реформатор медицины Рудольф Вирхов показал, что клетки возникают только путем деления. Он сформулировал незыблемый закон: «каждая клетка от клетки».

Сегодня в XXI веке многое сделано для получения полной картины о строении клетки. По мере усовершенствования микроскопов появлялись все новые сведения о клеточном строении растительных и животных организмов.

С приходом в науку о клетке физических и химических методов исследования было выявлено удивительное единство в строении клеток разных организмов, доказана неразрывная связь между их структурой и функцией.

Клеточная теория (Повторить основные положения)

Ознакомится посредством таблиц со строением клетки:

Клетка - это структурная и функциональная единица всего живого. В связи с различными функциями клетки имеют различную форму: встречаются шаровидные клетки (яйцевые, жировые), звездчатые (клетки собственно соединительной ткани), отростчатые (нервные), призматические (клетки эпителия кишечника). Наблюдаются также клетки, которые могут менять свою форму; они называются амебообразными.

Иллюстрация картинки «Клеточное ядро». Записать основные положения.

Клеточное ядро расположено в центре клетки. Впервые оно было обнаружено английским ботаником Робертом Брауном в 1831 году. Клеточное ядро бывают преимущественно округлым или овальным, но может быть и другой формы. Обычная клетка содержит одно ядро, но встречаются клетки, имеющие несколько ядер. Ядро - необходимая часть клетки, регулятор ее жизненных отправлений. Без ядра, как правило, клетка вскоре погибает. Ядро обусловливает нормальную жизнедеятельность клетки. С ядром связано также наследование признаком при размножении.

Задание 4. Записать основные определения цитоплазмы:

· Цитоплазма (греч. цитос-клетка) - живое содержимое клетки, представляет собой коллоидную (греч. колла-клей) систему, то есть является жидкостью, в которой растворены крупные, иногда большие, молекулы биологических полимеров, частично организованные в боле плотные частицы. Характерной чертой живой цитоплазмы является ее подвижность.

Задание 5 записать основные характеристики клеточной оболочки (мембрана)

· Мембрана играет важнейшую роль в жизнедеятельности любой клетки, а именно защищает от повреждений и вредных влияний окружающей среды. Мембрана участвует в регуляции клетки, все питательные вещества, поступающие в клетку, проходят через оболочку; все отходы клетки, выводятся через клеточную мембрану в противоположном направлении.

III Работа с микроскопом

Домашнее задание: § 2.2.,2.3. письменно ответить на вопросы:

Почему ядро не способно к самостоятельному существованию?

Какие функции выполняет ядро?

В многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым функциям и образуют ткани.

Из тканей состоят органы.

В качестве подтверждения некоторых из приведенных выше положений клеточной теории назовем общие черты, характерные для животной и растительной клеток.

Общие признаки растительной и животной клетки

Единство структурных систем - цитоплазмы и ядра.

Сходство процессов обмена веществ и энергии.

Единство принципа наследственного кода.

Универсальное мембранное строение.

Единство химического состава.

Сходство процесса деления клеток.

Таблица: Отличительные признаки растительной и животной клетки

Признаки

Растительная клетка

Животная клетка

Пластиды

Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты

Отсутствует

Способ питания

Автотрофный (фототрофный, хемотрофный).

Гетеротрофный (сапротрофный, хемотрофный).

Синтез АТФ

В хлоропластах, митохондриях.

В митохондриях.

Расщепление АТФ

В хлоропластах и всех частях клетки, где необходимы затраты энергии.

В хлоропластах и всех частях клетки, где необходимы затраты энергии.

Клеточный центр

У низших растений.

Во всех клетках.

Целлюлозная клеточная стенка

Расположена снаружи от клеточной мембраны.

Отсутствует.

Включение

Запасные питательные вещества в виде зерен крахмала, белка, капель масла; в вакуоли с клеточным соком; кристаллы солей.

Запасные питательные вещества в виде зерен и капель (белки, жиры, углевод гликоген); конечные продукты обмена, кристаллы солей; пигменты.

Вакуоли

Крупные полости, заполненные клеточным соком - водным раствором различных веществ, являющихся запасными или конечными продуктами. Осмотические резервуары клетки.

Сократительные, пищеварительные, выделительные вакуоли. Обычно мелкие.

Значение теории: она доказывает единство происхождения всех живых организмов на Земле.

Современная клеточная теория Стволовые клетки их значение в медицине

Некоторое время назад о клетке прозвучало сенсационное заявление японских и американских ученых.

21 ноября 2007 года в новостях центрального телевидения было заявлено, что японские ученые из университета Киото разработали новый подход к сохранению здоровья человека. Американские ученые практически одновременно получили аналогичные результаты. Орган человека, утверждают ученые, они получили новым путем. Взяв клетку кожи человека, они превратили ее в стволовую клетку. С помощью вирусов в нее внесли набор определенных генов, которые обеспечивают формирование тканей и органа человека.

Ученый, клонировавший овечку Долли, так высоко оценил открытие, что решил завершить исследования клонирования организмов и срочно заняться получением органов человека по - новому.

В чем суть открытия?

Сенсация заключается в том, что из клетки кожи человека, превращенной в стволовую, получен целый орган человека.

Представьте себя научным коллективом, услышавшим эту информацию. Попробуйте применить свои знания о клетке и подтвердить или опровергнуть это открытие о том, что из клетки кожи можно получить практически любой орган

Какие знания помогут решить эту проблему?

Любое открытие имеет прикладную ценность, оно важно для практики человека, и вам, как будущим медикам, не без интересно решить еще одну задачу:

Научиться определять ценность научных открытий.

О стволовых клетках последнее время говорят часто. Вы могли слышать об использовании стволовых клеток в косметике для создания омолаживающих масок и кремов, об их роли в медицине, трансплантологии.

Что вы знаете о стволовых клетках?

что это не дифференцированные клетки

не специализированные, многофункциональные клетки…

Мы убедились, что в клетке все гармонично и взаимосвязано: и структура, и жизненные процессы,

ДНК - управляет клеткой- «дирижер оркестра»?

Рассмотрите модель ДНК.

Где в клетке находится ДНК? (в ядре, в виде хромосом. Хромосомы несут наследственную информацию )

В каждой клетке есть полная наследственная информация обо всем организме. Информационная емкость ДНК огромна.

Например, у человека содержится 4-6 млрд. бит информации, что соответствует библиотеке в 1,5- 2 тыс. томов. Однако работает не более 30 тысяч генов. Остальные не реализуют информа

IV.Закрепление :

Используя знания о клеточной теории, докажите единство происхождения жизни на Земле.

В чем сходство и различие в строении растительной и животной клеток?

Как связано строение клеточной мембраны с ее функциями?

Как происходит активное поглощение веществ клеткой?

Какова связь между рибосомами и ЭС?

Каковы строение и функции лизосом в клетке

V. Задание на дом :

Изучение материала учебника

Биология 10 класс Урок № 5

Тема урока: Неорганические вещества клетки

Основное содержание урока:

Цели урока : Конкретизировать положение о клеточной теории, о сходстве химического состава клеток всех организмов на примере неорганических веществ: воды и минеральных солей; изучить их строение, функции в процессах жизнедеятельности клетки.

Оборудование :

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Докажите, что цитoлoгия - это наука;

Расскажите о методах изучения клетки;

Раскройте взаимосвязь цитологии с другими науками;

Сформулируйте положения клеточной теории - основы цитологии;

Охарактеризуйте типы клеточной организации.

Карточка 1. Какую из черт, характерную для живой природы, можно найти у какого-нибудь неживого объекта? Можете ли вы привести соответствующие примеры?

Карточка 2. Как вы считаете, в чем заключается и чем обусловлена необходимость выделения различных уровней организации живой материи?

Карточка 3. Дано утверждение: «Моделирование жизни нельзя представлять, как конструирование человеком из искусственных полимеров и других органических соединений различных органоидов и объединение их в клетку». Выразите ваше отношение к этому утверждению, подкрепив его знанием критериев живого.

Устная проверка знаний по вопросам

1. Биологические системы и их примеры.

2. Признаки биологических систем и их характеристика.

3. Уровни организации живой природы.

III. Изучение нового материала :

1. Химическая организация клетки: элементный состав, макро- и микроэлементы. (Рассказ учителя с элементами беседы.) 1. Сравнение элементарного состава живой и неживой природы

Без знания химического состава клетки - основной единицы жизни - нельзя понять механизмы сложнейших процессов, которые протекают в живых организмах всех царств природы. Поэтому изучение общебиологических закономерностей мы начинаем с изучения химической организации жизни. Вначале сравним элементарный, т.е. атомарный, состав живой и неживой природы.

Самыми распространенными элементами земной коры, на долю которых приходится 90% ее атомарного состава, являются: О, Si, Al и Na. Далее следуют Са, Fe, Mg, P и другие элементы.

В живых организмах обнаружено около 80 химических элементов. Но достоверно известно о функциях в организмах лишь в отношении 27 из них. В состав живых организмов входят атомы тех же элементов, что и в состав неживой природы, но их содержание иное.

По количественному содержанию в живом веществе элементы делятся на три группы.

Органогенные (биофильные) элементы - С, Н, N, О. На их долю приходится 98% элементарного состава всех живых организмов.

Макроэлементы - Na, К, Са, Cl, P, S, Fe, Mg. Их концентрация превышает 0,001%.

Микроэлементы - Zn, I, Cu, F, Мn, Мо, Со и многие другие. Их доля составляет менее 0,001%. Таким образом, элементарный состав живой и неживой природы одинаков, что свидетельствует об их материальном единстве. Провести четкую грань между живым и неживым на уровне атомов не представляется возможным.

2. Характеристика органогенных элементов Почему органогенные элементы так удивительно подходят для выполнения биологических функций? Почему углерод, водород, азот и кислород стали удобными для «химии жизни»? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо вспомнить особенности строения и свойства атомов этих элементов:

1) атомы всех этих элементов способны образовывать ковалентные связи посредством спаривания электронов;

2) они легко могут образовывать разнообразные химические соединения, реагируя друг с другом (кислород, азот и углерод могут образовывать как одинарные, так и двойные связи; углерод способен к образованию С-С связей, а также легко вступать в ковалентные связи с кислородом, азотом и серой);

3) все они имеют малую атомную массу.

3. Молекулярный состав живого вещества

Большинство элементов, присутствующих в живой материи, образуют разнообразные химические соединения, которые подразделяются на неорганические и органические вещества. Органические соединения являются основой строения любого организма. Основой строения органических веществ служат атомы углерода. В живых организмах важную роль играют три типа химических связей.

1. Ионная связь, которая образуется тогда, когда атом отдает другому атому один из нескольких электронов. (Приведите примеры из курса химии.)

2. Ковалентная связь, образующаяся при возникновении у двух атомов обобществленной пары электронов - по одному электрону от каждого атома. (Приведите примеры из курса химии.)

3. Водородная связь, в образовании которой участвует водородный атом, соединенный с каким-нибудь другим атомом ковалентной полярной связью (обычно с атомами кислорода или азота). В составе полярной молекулы водород несет частично положительный заряд. Этот заряд притягивается третьим атомом (как правило, кислорода или азота), несущим частично отрицательный заряд в составе другой полярной молекулы. Такое притяжение и называют водородной связью.

В сравнении с ионной или ковалентной связью одиночная водородная связь - слабая. Она легко рвется, но множество таких связей способно породить силу, на которой в прямом смысле и «держится» все живое

Приведем данные о содержании в клетке неорганических и органических веществ (табл. 2).

Таблица 2. Содержание неорганических и органических веществ в клетке

Таким образом, молекулярный состав живой и неживой природы различен, поэтому на молекулярном уровне можно провести между ними четкую границу.

Недостаток какого элемента у растений вызывает пожелтение листьев?

Недостаток какого элемента в организме человека вызывает базедову болезнь?

Какой химический элемент входит в состав эритроцитов человека?

Недостаток какого элемента вызывает кариес?

2. Вода, ее содержание и роль в процессах жизнедеятельности клетки. (Самостоятельная работа учащихся с текстом учебника и заполнение таблицы 14.)

Содержание воды в клетке

Вода - одно из самых распространенных веществ на Земле, она покрывает большую часть земной поверхности и входит в состав всех живых организмов.

Вода составляет почти 80% массы клетки (в головном мозге - 85%, в клетках развивающегося зародыша - 90%). Две трети массы человека составляет вода. Человек может прожить без воды не более 14 дней. Потеря организмом 20% воды может привести к смерти. Однако, не все клетки организмов содержат одинаковое количество воды. Так, в клетках эмали зубов воды около 10%, столь же немного ее в клетках покоящихся семян. В клетках молодого организма воды - около 80%, а в клетках старого - только 60%. Приведенные данные позволяют сделать вывод: чем больше воды в клетке, тем интенсивнее в ней идут обменные процессы.

3. Структура и свойства молекулы воды

Уникальные свойства воды объясняются структурой ее молекул и определяют ее биологические функции. Из курса химии известно, что формула молекулы воды Н2О. Она состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода и при этом электронейтральна. Но электрический заряд внутри молекулы распределен неравномерно: в области атомов водорода (точнее протонов) преобладает положительный заряд, в области, где расположен кислород, выше плотность отрицательного заряда. Следовательно, частица воды - диполь.

Вследствие того, что электронные облака атомов водорода в молекуле воды оттянуты к атому кислорода, ядра водородных атомов способны взаимодействовать с неподеленными парами электронов атомов кислорода соседних молекул воды, т.е. между молекулами воды образуются водородные связи. Каждая молекула воды имеет два атома водорода и две неподеленные пары электронов, значит она может образовывать водородные связи с четырьмя соседними молекулами воды.

Таким образом молекулы воды соединяются в удвоенные, утроенные и так далее ассоциированные молекулы (гидраты). В итоге, в жидком состоянии вода состоит из отдельных молекул и ассоциантов типа (Н₂О)х. Способность молекул воды к образованию водородных связей друг с другом существенно влияет на физические свойства этого вещества. Большая теплоемкость, теплота плавления и теплота парообразования воды объясняются тем, что большая часть поглощаемого тепла расходуется на разрыв водородных связей между молекулами.

Вода обладает высокой теплопроводностью. Она практически не сжимается и прозрачна в видимом участке спектра. Наконец, вода - вещество, плотность которого в жидком состоянии больше, чем в твердом (при 4 °С вода имеет максимальную плотность, у льда плотность меньше, поэтому он поднимается на поверхность).

Физические и химические свойства делают воду уникальной жидкостью и определяют ее биологическое значение.

4. Биологическое значение воды

Роль воды к клетках и в организмах велика. Рассмотрим ее биологические функции, исходя из физических и химических свойств этого уникального вещества.

Вода способна к сцеплению своих молекул под действием сил притяжения. Вода способна слипаться сама с собой и с другими веществами (можно, например, воду налить в стакан «с верхом» и она не прольется). Это возможно благодаря поверхностному натяжению воды, из-за которого ее поверхность как бы покрыта «кожицей». Эти физические особенности воды позволяют ей выполнять важную биологическую функцию - определение физических свойств клетки: ее объема и упругости. У круглых червей вода полостной жидкости играет роль гидростатического скелета, выполняя опорную функцию.

2. Способность воды к адгезии. Ее свойство притягиваться любой поверхностью, несущей электрический заряд, позволяет ей подниматься по мелким порам в почве и по сосудам ксилемы у растений на большую высоту.

Структура воды

3. Силы сцепления между молекулами воды обеспечивают ее вязкость, поэтому вода является смазывающим веществом в биологических системах. Например, синовиальная жидкость в суставах позвоночных.

4. Вода - хороший растворитель ионных (полярных), а также некоторых неионных соединений, в молекулах которых присутствуют заряженные (полярные) группы. Любые полярные соединения в воде гидратируются (окружаются молекулами воды), при этом молекулы воды участвуют в образовании структуры молекул органических веществ. Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества больше, чем энергия притяжения между молекулами самого вещества, то вещество растворяется в воде. По отношению к воде различают: гидрофильные вещества (от греч. гидрос - вода и филео - любить), хорошо растворимые в воде, и гидрофобные вещества (от греч. гидрос и фобос - страх), практически нерастворимые в воде.

Гидрофильные (А) и гидрофобные (Б) молекулы

В молекулах гидрофильных веществ преобладают полярные группы (-ОН; С=О; -СООН; -NH2), которые способны устанавливать с молекулами воды водородные связи. Гидрофильными свойствами обладают соли, кислоты, щелочи, белки, углеводы.

Гидрофобные вещества имеют неполярные молекулы, которые отталкиваются молекулами воды. В воде не растворяются жиры, бензин, полиэтилен и другие вещества.

Свойство воды как растворителя имеет большое значение для живых организмов, так как большинство биохимических реакций может идти только в водном растворе. Кроме того, в качестве растворителя вода обеспечивает как приток веществ в клетку, так и удаление из нее продуктов жизнедеятельности.

5. Подвижность молекул воды объясняется тем, что водородные связи, связывающие соседние молекулы, слабы, что и приводит к постоянным столкновениям ее молекул в жидкой фазе. Молекулярная подвижность воды позволяет осуществляться осмосу (диффузии, направленному движению молекул через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор), необходимому для поглощения и движения воды в живых системах.

Осмос

6. Среди самых распространенных в природе жидкостей вода имеет наибольшую теплоемкость, поэтому у нее высокая температура кипения (100 °С) и низкая температура замерзания (0 °С). Подобные свойства воды позволили ей стать главной составляющей внутриклеточных и внутри организменных жидкостей. Правда, температура замерзания воды несколько выше, чем было бы идеально для жизни, так как на Земле обширные территории имеют температуры ниже 0 °С. Если кристаллы льда образуются в живом организме, то они могут разрушить его тонкие внутренние структуры и вызвать его гибель. У озимой пшеницы, у ряда насекомых, у лягушек в организме есть природные антифризы, предотвращающие образование льда в их клетках.

7. «Необычная» плотность и «поведение» воды вблизи точки замерзания приводят к тому, что лед плавает на поверхности водоемов, создавая изолирующий слой, который при низких температурах защищает водных обитателей и водоем от полного промерзания.

8. Вода обладает большой удельной теплотой парообразования, поэтому, испаряясь, вода способствует охлаждению тела (при испарении 1 г воды тело теряет 2430 Дж энергии). Известно, что за день тяжелой работы человек теряет до 10 л пота. Если бы пот во время работы не выделялся и не испарялся, то организм «нагрелся» бы до 100 °С. Испарение воды с поверхности листьев растений в ходе транспирации также способствует охлаждению.

9. Вода является реагентом во многих химических реакциях. Например, гидролитическое расщепление белков, углеводов, жиров и т.д. Вода играет роль источника кислорода, выделяемого при фотосинтезе, и водорода, который используется для восстановления продуктов ассимиляции углекислого газа.

10. Большая теплоемкость и теплопроводность воды способствует равномерному распределению тепла в клетке и в организме.

Таким образом, вода - самая удивительная жидкость на Земле, свойства которой превосходят всякую фантазию. Уникальные свойства воды позволяют ей выполнять не менее уникальные биологические функции.

III. Закрепление знаний

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

Заполнение таблицы «Биологические функции воды».

Таблица 3. Биологические функции воды

1. Содержание солей в клетке

В клетке содержится 1-1,5% минеральных солей. Соли - соединения ионные, т.е. в их составе атомы с частично приобретенным положительным и отрицательным зарядом. В воде соли легко растворяются и распадаются на ионы, т.е. диссоциируют с образованием катиона металла и аниона кислотного остатка. Например:

NaCl --> Na+ + Сl-;

Н₃РO₄ --> 2H+ + (НРO₄₎2-;

Н₃РO₄ --> H+ + Н₂РO4-.

Поэтому мы говорим, что соли содержатся в клетке в виде ионов. В наибольшей степени в клетке представлены и имеют наибольшее значение

катионы: К+, Na+, Са^2+, Mg2+;

анионы: НРО₄2-, H₂РО₄-, Сl-, НСО₃-, HSO₄-.

Есть в живых тканях и соли, находящиеся в твердом состоянии, - например, фосфат кальция, входящий в состав межклеточного вещества костной ткани, в раковины моллюсков.

2. Биологическое значение катионов

Рассмотрим значение важнейших катионов в жизнедеятельности клетки и организма.

1. Катионы натрия и калия (К+ и Na+), концентрация которых в клетке и в межклеточном пространстве сильно различается - концентрация К+ внутри клетки очень высокая, а Na+ - низкая. Пока клетка жива, различия в концентрации этих катионов стойко поддерживаются. Благодаря разнице в концентрациях катионов натрия и калия по обе стороны клеточной мембраны на ней создается и поддерживается разница потенциалов. Также благодаря этим катионам оказывается возможной передача возбуждения по нервным волокнам.

2. Катионы кальция (Ca2+) являются активатором ферментов, способствуют свертыванию крови, входят в состав костей, раковин, известковых скелетов, участвуют в механизмах мышечного сокращения.

3. Катионы магния (Mg2+) также являются активаторами ферментов, входят в состав молекул хлорофилла.

4. Катионы железа (Fe2+) входят в состав гемоглобина и других органических веществ.

3. Биологическое значение анионов

Несмотря на то, что в процессе жизнедеятельности клетки непрерывно образуются кислоты и щелочи, в норме реакция клетки слабощелочная, почти нейтральная (рН=7,2). Это обеспечивается содержащимися в ней анионами слабых кислот, которые связывают или отдают ионы водорода, в результате чего реакция среды клетки практически не изменяется.

Способность клетки поддерживать определенную концентрацию водородных ионов (рН) называют буферностью.

Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами H2РО4-. Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют СО32- и НСО3-. Отчасти буферность обеспечивается и катионами, образующими слаборастворимые основания - они связывают гидроксил-ионы (ОН-) при их избытке.

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

IV.Закрепление : по вопросам учебника. Заполнение таблиц

V. Задание на дом : Изучение материала учебника

Биология 10 класс Урок № 6

Тема урока: Органические вещества клетки.

Углеводы.

Основное содержание урока:

Цели урока : Продолжить конкретизировать положение клеточной теории о сходстве химического состава клеток всех живых организмов на примере органических веществ - углеводов и липидов, изучить особенности их строения и функций в процессах жизнедеятельности клеток и организма. Оборудование : Таблица Углеводы.

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Работа по карточкам

Карточка 1. Прочитайте отрывок из стихотворения М.Дудника:

Говорят, что на восемьдесят процентов
Из воды состоит человек.
Из воды - добавлю - родных его рек.
Из воды - добавлю - дождей, что его напоили.
Из воды - добавлю - из древней воды родников,
Из которых его и деды, и прадеды пили...

Как вы понимаете этот текст с точки зрения знаний о составе живого вещества и роли воды в живой природе?

Карточка 2. Если растереть в ступке таблетку фенолфталеина и добавить несколько гранул щелочи, то между этими веществами реакция не наблюдается - окрашивания не происходит. Что надо сделать, чтобы реакция происходила?

Карточка 3. Большой сосуд с водой, помещенный в погреб, предохраняет овощи от замерзания. Почему?

Карточка 4. В ясный весенний день температура воздуха 10 °С, относительная влажность воздуха 80%. Будет ли ночью заморозок? Почему перед заморозком рассаду помидоров и огурцов обильно поливают?

Карточка 5. Почему альпийские растения низкорослы? Почему во всех частях этих растений сахара накапливается больше, чем у таких же растений, находящихся вне альпийской зоны?

Карточка 6. В самые сухие и жаркие дни пчелы на верхних стенках каморок в улье «развешивают» капельки воды. Зачем?

Карточка 7. В результате эволюции в живой природе создалась богатейшая кладовая химических соединений. Известно, что мир растений наиболее богат химическими соединениями, активно используемыми человеком. Чем можно объяснить изобилие химических веществ именно в мире растений, а не в мире животных? В каких районах Земли можно ожидать произрастание растительных сообществ, наиболее богатых химическими соединениями?

Карточка 8. Всем известно, что водомерки бегают по воде, как посуху. Воду можно налить в стакан «с верхом», и она не прольется, в отличие от других жидкостей. Как вы объясните это явление? Благодаря какому свойству воды оно возможно?

Устная проверка знаний по вопросам

1. Водородная связь и ее роль в «химии» жизни.

2. Содержание воды в клетке.

3. Строение молекулы воды. Образование водородных связей между молекулами воды.

4. Свойства и функции воды в клетке и организме

III. Изучение нового материала :

1. Биологические полимеры

Основу строения клеток и организмов составляют огромные молекулы, называемые полимерами. Полимеры (от греч. поли - много и мерос - часть) - гигантские молекулы, образованные многими повторяющимися частями, так называемыми мономерами (от греч. монос - один). Мономеры - это строительные блоки, способные соединяться друг с другом, образуя полимеры, известные также под названием макромолекул (от греч. макрос - большой).

К полимерам относятся основные составные элементы живых организмов - полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин), белки и нуклеиновые кислоты. Их называют биологическими полимерами. С начала XX в. химики стали изготовлять искусственные органические полимеры.

Молекулы биологических полимеров лежат в основе используемых людьми уже не одну тысячу лет шерсти и шелка (белки), хлопка (углевод целлюлоза), каучука (углеводород полиизопрен). Искусственные полимеры лежат в основе искусственного волокна, пластмасс и др.

Молекулярная масса искусственных полимеров имеет обычно неопределенную величину. Природные же полимеры имеют вполне определенную величину и массу - от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч (в исключительных случаях до 1 млн) молекул. Длина молекул доходит до нескольких сотен нанометров (1 нм равен 10-9 м).

По особенностям строения полимеры делятся на два типа: регулярные и нерегулярные.

Регулярным, или периодическим, называется полимер, в молекуле которого группа мономеров периодически повторяется. Например: Б-А-А-Б-А-А-Б-А-А и т.д. (буквами А и Б обозначены разные мономерные звенья). К регулярным полимерам из биологических полимеров относятся многие полисахариды.

Нерегулярным, или непериодическим, называется полимер, в молекуле которого нет видимой закономерности в повторяемости мономеров. Например: А-Б-Б-Б-А-А-А-Б-А и т.д. Из биологических к нерегулярным полимерам относятся белки и нуклеиновые кислоты.

Итак, организм строит свои макромолекулы, соединяя друг с другом мономеры. Полимеры обладают многообразными свойствами. Это объясняется многочисленными вариантами соединения мономеров в цепь. За счет этого обеспечивается разнообразие жизни на нашей планете.

2. Содержание углеводов в живой материи

Углеводы - самые распространенные на Земле органические вещества. Они содержатся в клетках всех живых организмов. Название «углеводы» произошло потому, что первые известные вещества этого класса состояли как бы из углерода и воды. Общая их формула Сn(Н₂O)m. У большинства углеводов число атомов водорода в 2 раза превышает количество атомов кислорода. Позднее были найдены углеводы, не отвечающие этой общей формуле, но название «углеводы» сохранилось.

В животных клетках углеводов немного: 1-2, иногда до 5% (например, в клетках печени). Растительные клетки, напротив, богаты углеводами - там их содержание достигает 90% сухой массы.

3. Классификация углеводов и их свойства

Углеводы, или сахариды, по особенностям строения делятся на три группы.

1. Моносахариды (монозы, или простые сахара) - состоят из одной молекулы и представляют собой твердые кристаллические вещества, бесцветные и хорошо растворимые в воде. Почти все они обладают приятным сладким вкусом.

Моносахариды можно рассматривать как производные многоатомных спиртов (в простейшем случае - глицерина). При окислении глицерина получаются два простейших моносахарида - глицериновый альдегид и диоксиацетон, которые играют важную роль в обмене веществ в клетке.

Образование простейших моносахаридов

Глицериновый альдегид и диоксиацетон содержат по три углеродных атома и относятся к триозам (3С); тетрозы содержат четыре атома углерода (4С); пентозы - пять (5С); гексозы - шесть (6С); и гептозы - семь (7С).

Пентозы

В неразветвленном скелете моносахарида все атомы углерода, кроме одного, связаны с гидроксильными группами (-ОН) , а один - с карбонильным кислородом (=О). Если карбонильная группа находится в конце цепи, то моносахарид представляет собой альдегид (как, например, глицериновый) и называется альдозой, при любом другом положении этой группы он является кетоном (например, диоксиацетон) и называется кетозой.

Моносахариды существуют также и в виде замкнутых циклических форм, которые образуются в результате реакции спиртовой и альдегидной (или кетонной) групп внутри самой молекулы.

Из тетроз в процессах жизнедеятельности наиболее важна эритроза. Этот сахар в растениях является одним из промежуточных продуктов фотосинтеза.

Эритроза (структурная и циклическая формы)

Наиболее широко распространены в животном и растительном мире пентозы и гексозы. Пентозы представлены такими важными соединениями, как рибоза (С5Н10О5) и дезоксирибоза (С5Н10О4). В дезоксирибозе около одного из атомов углерода отсутствует кислород, отсюда и название этого углевода. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав мономеров нуклеиновых кислот - ДНК и РНК, а также в состав АТФ.

Из гексоз наиболее широко распространены глюкоза, фруктоза и галактоза. Их общая формула С6Н12О6. Глюкоза - виноградный сахар. Она входит в состав важнейших ди- и полисахаридов. Глюкоза - первичный и главный источник энергии для клеток. Фруктоза в большом количестве встречается в плодах, поэтому ее часто называют плодовым сахаром. Особенно много фруктозы в меде, фруктах, сахарной свекле. Галактоза - пространственный изомер глюкозы. Она входит в состав лактозы - молочного сахара, а также некоторых полисахаридов.

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

2. Олигосахариды (полисахариды первого порядка) составляют промежуточную группу между моносахаридами и высшими полисахаридами (полисахаридами второго порядка). Они содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества остатков моносахаридов (количества мономерных звеньев), входящих в молекулы олигосахаров, различают дисахариды, трисахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов. К ним относятся сахароза, лактоза и мальтоза.

Сахароза

Сахароза - хорошо знакомый нам тростниковый или свекловичный сахар; общая формула С12Н22О11. Сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы. Она чрезвычайно широко распространена в растениях (семена, ягоды, корни, клубни, плоды) и играет большую роль в питании многих животных и человека. Этот дисахарид легко растворим в воде. Главное сырье для получения сахарозы - сахарная свекла и сахарный тростник.

Лактоза

Лактоза - молочный сахар, имеет в составе глюкозу и галактозу. Этот дисахарид находится в молоке (от 2 до 8,5%) и является основным источником энергии для детенышей млекопитающих. Используется в микробиологической промышленности для приготовления питательных сред.

Мальтоза

Мальтоза - солодовый сахар, состоит из двух молекул глюкозы. Мальтоза является основным структурным элементом крахмала и гликогена.

Схема строения крахмала и гликогена

Олигосахариды еще называют сахароподобными веществами.

Крахмальные зерна пшеницы (а), овса (б) и картофеля (в)

3. Полисахариды второго порядка, или несахароподобные сложные углеводы, в воде не растворяются, сладкого вкуса не имеют. Образуются в результате реакции поликонденсации и состоят из большого числа моносахаридов. Молекулярная масса велика и составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Важнейшими полисахаридами являются крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, муреин.

Крахмал является смесью двух полимеров -глюкозы: амилозы и амилопектина. Амилоза состоит из остатков глюкозы, соединенных в неразветвленную цепь. В составе амилозы - от 60 до 300 остатков глюкозы. Молекулы амилозы свернуты в спирали. Амилоза способна растворяться в горячей воде и в присутствии йода окрашивается в синий цвет. Амилопектин состоит как из линейных, так и из разветвленных цепей, образованных примерно 1500 остатками глюкозы. Амилопектин окрашивается йодом в сине-фиолетовый цвет.

Количество остатков глюкозы в молекуле крахмала исчисляется несколькими тысячами. Его общая формула (С6Н10О5)n. Крахмал содержится в большом количестве, например, в клубнях картофеля, в большинстве семян и во многих плодах. Запасается крахмал в виде крахмальных зерен, наиболее крупные они у картофеля, а самые мелкие - у риса и гречихи.

Гликоген - полисахарид, содержащийся в тканях тела животных и человека, а также грибах, дрожжах и зерне сахарной кукурузы. Гликоген играет важную роль в превращениях углеводов в животных организмах. Он в значительных количествах накапливается в печени, мышцах, сердце и других органах. Гликоген поставляет глюкозу в кровь. Он является полимером -глюкозы и по структуре напоминает амилопектин, но разветвлены его полимерные цепи сильнее. Молекула гликогена состоит примерно из 30 тыс. остатков глюкозы.

Молекулы целлюлозы

Клетчатка (целлюлоза) - главный структурный полисахарид клеточных стенок растений. В ней аккумулировано около 50% всего углерода биосферы. Клетчатка нерастворима в воде. По своей структуре это линейный полимер. Ее молекула представляет собой неразветвленную вытянутую цепочку моносахаридов, представленных -глюкозой. Множество линейных молекул целлюлозы уложено параллельно и «связано в пучки» водородными связями. Поперечная связь между цепями препятствует проникновению воды, поэтому целлюлоза очень устойчива к гидролизу и, следовательно, является прекрасным строительным материалом, идеально подходящим для растений.

Хитин - это другой полимер, мономером которого является аминопроизводное -глюкозы - N-ацетилглюкозамин. Хитин является еще одним строительным материалом, которого особенно много в наружном скелете членистоногих и в клеточных стенках грибов.

Таким образом, углеводы - разнообразная по своему строению, а следовательно, и по физическим и химическим свойствам, группа веществ. Это многообразие позволяет им выполнять в клетках и организмах многочисленные функции.

4. Биологические функции углеводов

Со многими функциями этих органических веществ мы уже познакомились выше, поэтому подчеркнем лишь главные функции углеводов.

1. Энергетическая - углеводы служат источником энергии для организма. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж (4,2 ккал) энергии. Следует отметить, что сахара являются главным источником быстро мобилизуемой энергии, так как в процессе пищеварения они легко переводятся в форму, пригодную для удовлетворения энергетических потребностей клеток.

2. Строительная - целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, хитин обнаруживается в клеточной стенке грибов и в наружном скелете членистоногих, гликопротеиды - соединения углеводов с белками входят в состав хрящевой и костной ткани животных.

3. Запасающая - выражается в том, что крахмал накапливается клетками растений, а гликоген - клетками животных. Эти вещества служат для клеток и организмов источником глюкозы, которая легко высвобождается по мере необходимости.

4. Защитная - гепарин - ингибитор свертывания крови; слизи, выделяемые различными железами и богатые углеводами, предохраняют пищевод, кишечник, желудок, бронхи от механических повреждений, препятствуют проникновению в организм бактерий и вирусов; камеди, выделяющиеся в местах повреждения стволов и ветвей, защищают деревья и кустарники от проникновения инфекций через раны.

5. Составная часть жизненно важных веществ - входят вместе с белками в состав ферментов, входят в состав ДНК, РНК, АТФ, участвуют в синтезе коферментов НАД+, НАДФ+, ФАД+.

6. Участие в фиксации углерода - рибулозобисфосфат является непосредственным акцептором углекислого газа в темновой фазе фотосинтеза.

Фиксация СО2 в темновой фазе фотосинтеза

IV.Закрепление : Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

V. Задание на дом : Изучить параграф учебника

Биология 10 класс Урок № 7

Тема урока: Белки

Основное содержание урока: Органические вещества: белки, их строение, свойства и

выполняемая функция.

Цели урока : Изучить особенности строения и функций белков - органических веществ, составляющих основу всего живого на Земле.

Оборудование : Таблица «Строение белковой молекулы» ЭУ «Белки»

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Карточка 1. Почему промороженный картофель вскоре после оттаивания становится сладким? За счет чего сорванные незрелыми плоды растений (например, яблоки, груши, бананы) при хранении становятся мягкими и сладкими?

Карточка 2. Почему глюкоза в организме животных хранится в форме гликогена, хотя его синтез из глюкозы требует дополнительных затрат энергии? А для чего в организме растений из глюкозы образуется целлюлоза и крахмал?

Карточка 3. Почему в тканях растений количество углеводов значительно больше, чем у животных?

Карточка 4. Каково значение углеводов в жизнедеятельности человека? Какие виды патологий может вызывать нарушение превращений углеводов в организме?

Карточка 5. Почему наши клетки обычно запасают глюкозу в виде полимера гликогена, а не в виде собственно глюкозы?

Карточка 6. Желудочно-кишечный тракт большинства животных и человека не приспособлен к перевариванию целлюлозы, тогда как крахмал и гликоген расщепляются до глюкозы и усваиваются организмом. Объясните причину такого явления, учитывая, что все перечисленные полисахариды состоят из остатков глюкозы. За счет чего происходит переваривание клетчатки в организме травоядных животных?

Устная проверка знаний по вопросам

1. Полимеры (привести примеры), деление полимеров на регулярные и нерегулярные.

2. Содержание углеводов в органическом веществе.

3. Строение и свойства углеводов (три учащихся).

4. Биологические функции углеводов.

Тестовая проверка знаний

Выбрать правильные ответы.

Вариант 1

1. Какие суждения верны:

а) жиры относятся к гидрофильным веществам;

б) вода обладает большой теплоемкостью и теплопроводностью;

в) щелочная среда формируется в клетке при избытке водородных ионов;

г) вода принимает участие в образовании структуры молекул растворенных веществ.

2. К моносахаридам относятся:

а) крахмал;

б) гликоген;

в) глюкоза;

г) дезоксирибоза;

д) сахароза;

е) мальтоза;

ж) лактоза;

з) целлюлоза.

3. Липиды выполняют в организме следующие функции:

а) структурную;

б) энергетическую;

в) теплоизолирующую;

г) регуляторную;

д) каталитическую;

е) источник эндогенной воды;

ж) запасающую;

з) входят в виде витаминов в состав некоторых ферментов.

4. В состав молекулы ДНК входят остатки моносахарида:

а) рибозы;

б) дезоксирибозы;

в) глюкозы;

г) фруктозы.

5. Основу клеточных мембран образуют:

а) жиры;

б) фосфолипиды;

в) воска;

г) гликолипиды.

6. Вода имеет максимальную плотность при температуре:

а) 0 °С;

б) +4 °С;

в) +20 °С;

г) +25 °С.

7. Верны следующие суждения:

а) молекулы воды удерживаются друг около друга за счет ковалентных связей;

б) молекулы воды удерживаются друг около друга за счет водородных связей

в) ковалентные связи в 15-20 раз прочнее водородных;

г) водородные связи в 15-20 раз прочнее ковалентных.

Вариант 2

1. Каково соотношение ионов натрия и калия по обе стороны наружной клеточной мембраны:

а) снаружи клетки больше калия и меньше натрия, чем внутри;

б) снаружи клетки больше натрия и меньше калия, чем внутри;

в) и натрия, и калия снаружи клетки больше, чем внутри;

г) и натрия, и калия внутри клетки больше, чем снаружи.

2. К полисахаридам относятся:

а) крахмал;

б) гликоген;

в) глюкоза;

г) дезоксирибоза;

д) хитин;

е) мальтоза;

ж) лактоза;

з) целлюлоза.

3. Утверждение: «Фосфолипиды - сложные эфиры глицерина и жирных кислот»:

а) верно;

б) неверно.

4. Углеводы выполняют следующие функции:

а) структурную;

б) энергетическую;

в) каталитическую;

г) регуляторную;

д) источник эндогенной воды;

е) запасающую.

5. Молекула крахмала состоит из остатков:

а) рибозы;

б) -глюкозы;

в) -глюкозы;

г) дезоксирибозы.

6. Верны следующие суждения:

а) молекула воды не имеет заряженных участков;
б) молекула воды - диполь;
в) атом кислорода в молекуле воды несет частично отрицательный, а атомы водорода - частично положительные заряды;
г) атом кислорода в молекуле воды несет частично положительный, а атомы водорода - частично отрицательные заряды.

7. Утверждение: «Дигидрофосфат-ионы способны понизить рН клетки, превращаясь в гидрофосфат-ионы»:

а) верно;
б) неверно.

Ответы

Вариант 1: 1 - б; 2 - в, г; 3 - а, б, в, г, е, ж, з; 4 - б; 5 - б; 6 - б; 7 - б, в.

Вариант 2: 1 - б; 2 - а, б, д, з; 3 - б; 4 - а, б, г, е; 5 - б; 6 - б, в; 7 - а.

III. Изучение нового материала :

1. Полимеры. Белки - биологические полимеры. Особенности строения и организации. Состав. (Рассказ учителя с использованием таблиц

2. Функции белков, обеспечивающие процессы жизнедеятельности клеток и организмов.

Вспомните, какую роль в организме человека играют белки: инсулин, пепсин, гемоглобин, фибриноген, миозин. С какой функцией белков она связана?

Как вы считаете, почему «жизнь есть способ существования белковых тел...»?

1. Белки, их содержание в живом веществе и молекулярная масса

Из органических веществ живого вещества на первом месте по количеству и значению стоят белки, или протеины (от греч. протос - основной, первичный). В составе ныне живущих на Земле организмов содержится около 1 трлн т белков. От массы, например животной, клетки белки составляют 10-18%, т.е. половину сухого веса клетки.

Белковых молекул в каждой клетке содержится, по меньшей мере, несколько тысяч.

Белки - это высокомолекулярные полимеры (макромолекулы) с молекулярной массой от 6 тыс. до 1 млн и выше. По сравнению с молекулами спирта или органических кислот белки выглядят просто великанами. Так, молекулярная масса инсулина - 5700, яичного альбумина - 36 000, миозина - 500 000.

В состав белков входят атомы С, Н, О, N, S, Р, иногда Fe, Сu, Zn. Для выяснения химического строения белков знаний их элементарного состава недостаточно. Например, эмпирическая формула гемоглобина - C3032Н4816О872S8Fe4 - ничего не говорит о характере расположения атомов в молекуле. Необходимо познакомиться с особенностями строения белковых молекул подробней.

2. Белки - непериодические полимеры. Строение и свойства аминокислот

По своей химической природе белки являются непериодическими полимерами. Мономерами белковых молекул являются аминокислоты. Вообще аминокислотой можно назвать любое соединение, содержащее одновременно аминогруппу (-NH2) и группировку органических кислот - карбоксильную группу (-СООН). Число возможных аминокислот очень велико, но белки образуют только 20 так называемых золотых, или стандартных, аминокислот (8 из них являются незаменимыми, т.к. не синтезируются в организмах животных и человека). Именно сочетание этих 20 аминокислот и дает все многообразие белков. После того как молекула белка собрана, некоторые аминокислотные остатки в ее составе могут подвергаться химическим изменениям, так что в «зрелых» белках можно обнаружить до 30 различных аминокислотных остатков (но строятся все белки исходно все равно только из 20!). Аминокислоты, образующиеся в результате модификации стандартных аминокислот уже после их включения в полипептидную цепь, называются нестандартными.

В клетке находятся свободные аминокислоты, составляющие аминокислотный фонд, за счет которого происходит синтез новых белков. Этот фонд пополняется аминокислотами, постоянно поступающими в клетку вследствие расщепления пищеварительными ферментами белков пищи или распада собственных запасных белков. В зависимости от аминокислотного состава белки бывают полноценными, содержащими весь набор аминокислот, и неполноценными, в составе которых отсутствуют какие-то аминокислоты.

Общая формула аминокислот изображена на рисунке. В левой части формулы расположена аминогруппа -NH2 а в верхней - карбоксильная группа -СООН. Группа -NH2 имеет основные свойства, группа -СООН - кислотные свойства. Таким образом, аминокислоты - амфотерные соединения, совмещающие свойства кислоты и основания.

Аминокислоты отличаются своими радикалами (R), в роли которых могут быть самые разные соединения (работа с рисунками учебника). Это обусловливает большое разнообразие аминокислот.

Амфотерными свойствами аминокислот обусловлена их способность взаимодействовать друг с другом. Две аминокислоты соединяются за счет реакции конденсации в одну молекулу путем установления связи между углеродом кислотной и азотом основной групп с выделением молекулы воды.

Образование пептидной связи

Связь, изображенная слева, называется пептидной (от греч. пепсис - пищеварение). Этот термин напоминает нам о том, что эта связь гидролизуется пищеварительным ферментом желудочного сока пепсином. По природе пептидная связь является ковалентной.

Соединение двух аминокислот называется дипептидом, трех - трипептидом и т.д. Примером трипептида может служить белок глютатион, состоящий из остатков глицина, цистеина и глютаминовой кислоты. Он содержится во всех живых клетках (особенно много его в зародыше пшеничного зерна и дрожжах) и активно участвует в обмене веществ.

Глютатион

В основном же белки, входящие в состав живых организмов, включают в себя сотни и тысячи аминокислот (чаще всего от 100 до 300), поэтому их называют полипептидами. Аминокислоты в составе белковой полипептидной цепи называют аминокислотными остатками.

Пептиды различаются числом (n), природой, порядком или последовательностью своих аминокислотных остатков. Их можно сравнить со словами разной длины, в написании которых использован алфавит, состоящий из 20 букв. Из 20 аминокислот можно теоретически получить 1020 возможных вариантов цепей, длиной каждая не менее чем 10 аминокислотных остатков. Белки же, выделенные из живых организмов, образованы сотнями, а иногда и тысячами аминокислотных остатков. В этом кроется источник бесконечного разнообразия белковых молекул, что является важной предпосылкой эволюционного процесса.

3. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка

Как показало изучение свойств белков в растворах, макромолекулы белков имеют форму компактных шаров (глобул) или вытянутых структур - фибрилл. Исследования показали, что в укладке пептидной цепи нет ничего случайного или хаотичного. Она свертывается упорядоченно, для каждого белка определенным образом. Полярные боковые группы аминокислот стремятся расположиться на поверхности глобулы, где могут взаимодействовать с водой, а неполярные группы располагаются внутри.

Образование глобулы

Для того, чтобы разобраться в замысловатой укладке (архитектонике) белковой макромолекулы, следует рассмотреть в ней несколько уровней организации.

Первичной структурой белка называется полная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи.

Она определяется генотипом, т.е. генами организма. В первичной структуре все связи между аминокислотными остатками являются ковалентными и, следовательно, прочными. Разные белки отличаются друг от друга по первичной структуре: кератин имеет одну последовательность аминокислот, пепсин - другую, соматотропин (гормон роста) - третью и т.д. В первичной структуре белка можно различить N-конец цепочки, содержащий свободную NH2-группу, и С-конец, содержащий свободную СООН-группу.

Первым белком, у которого была выявлена аминокислотная последовательность, стал гормон инсулин. Исследования проводились в Кембриджском университете Ф.Сэнгером в 1944-1954 гг. Было выявлено, что молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей (из 21 и 30 аминокислотных остатков), удерживаемых друг около друга дисульфидными мостиками.

Однако молекула белка в виде цепи аминокислот, последовательно соединенных пептидными связями, еще не способна выполнять специфические функции. Для этого необходим более высокий уровень структурной организации, выражающийся в усложнении пространственного расположения мономеров.

Вторичная структура белка представлена спиралью, в которую закручивается полипептидная цепь. Группы N-H и С=О, входящие в пептидную связь, заметно поляризованы: азот обладает большей электроотрицательностью, чем водород, а кислород - большей, чем углерод.

Кислород группы С=О может образовывать водородные связи с водородом группы N-H (разумеется, расположенной в другой пептидной связи).

Одной из разновидностей вторичной структуры является -спираль, где каждый атом кислорода связан с атомом водорода четвертой по ходу спирали NH-группы.

Любопытно, что эта сложная красивая структура сперва была предсказана известным биохимиком Л.Полингом теоретически и лишь потом обнаружена экспериментально.

Альтернативная вторичная структура -слой (или складчатый слой) имеет водородную связь между звеньями соседних полипептидных цепей.

Третичная структура белка представляет собой сложную трехмерную пространственную упаковку
Эта трехмерная структура устанавливается за счет взаимодействия радикалов аминокислот, между которыми могут возникнуть связи несколько типов:

1) ионные, возникающие за счет электростатического взаимодействия между отрицательно и положительно заряженными боковыми группами;

2) гидрофобные («не любящие воду»), устанавливающиеся за счет стремления неполярных радикалов объединяться друг с другом, а не смешиваться с окружающей их водной средой;

3) дисульфидные, которые образуются между атомами серы SH-групп двух остатков аминокислоты цистеина. Эти S-S связи по своей природе являются ковалентными;

4) водородные, которые также возникают за счет взаимодействия между атомами радикалов.

Третичная структура белка не является конечной. Для некоторых белков, чаще всего регуляторных, характерна четвертичная структура, необходимая им для эффективного выполнения функции.

Четвертичная структура представлена ассоциантом, состоящим из нескольких полипептидных цепей. Например, сложная молекула гемоглобина состоит из двух -субъединиц (141 аминокислотный остаток) и двух -субъединиц (146 аминокислотных остатков). Каждая субъединица связана с молекулой железосодержащего гема. В результате их объединения образуется функционирующая молекула гемоглобина. Только в такой упаковке гемоглобин работает полноценно, то есть способен переносить кислород. Четвертичная структура стабилизируется теми же связями, что и третичная.

Пространственная конфигурация белка т.е. третичная и четвертичная структуры называется конформацией. Конформация белка определяется его первичной структурой: белковая цепочка с определенной последовательностью аминокислот самопроизвольно укладывается с образованием природной пространственной конфигурации. Это получило название «самосборка белковой молекулы». Если полипептидную цепь взять за концы, растянуть ее и затем отпустить, то она всякий раз будет свертываться в одну и ту же структуру, характерную для этого вида полипептида.

В то же время из сказанного, очевидно, следует, что, изменив всего лишь одну аминокислоту в каком-либо полипептиде, мы получим молекулу с совершенно иной структурой, а значит и с иными свойствами.

Уровни организации белковых молекул

4. Классификация белков

Сложность строения белковых молекул и чрезвычайное разнообразие их функций крайне затрудняет создание единой четкой классификации белков на какой-либо одной основе. Поэтому рассмотрим несколько классификаций белков.

1. Классификация белков по составу.

Простые белки (протеины) - состоят только из аминокислот (альбумины, глобулины, гистоны, склеропротеины).

Сложные белки (протеиды) - состоят из глобулярных белков и небелкового материала. Небелковую часть называют простетической группой (фосфопротеиды, гликопротеиды, нуклеопротеиды, хромопротеиды, липопротеиды, металлопротеиды, флавопротеиды).

2. Классификация белков по их структуре.

Фибриллярные - образуют длинные волокна или слоистые структуры (коллаген, миозин, фиброин, кератин). Они нерастворимы в воде.

Глобулярные - их полипептидные цепи свернуты в компактные глобулы (ферменты, антитела, гормон инсулин).

Промежуточные - фибриллярной природы, но растворяются в воде (фибриноген).

3. Классификация белков по функциям.

Структурные - входят в различные структуры клетки и организма.

Ферменты - являются биологическими катализаторами.

Гормоны - являются регуляторами биологических функций.

Транспортные - переносят различные вещества.

Защитные - обеспечивают иммунные реакции организма.

Сократительные - участвуют в сокращении мышечных волокон.

Запасные - служат резервными веществами клетки и организма.

Токсины - являются ядами, используемыми живыми существами в целях защиты или нападения.

Таким образом, подходы к классификации белков могут быть различными.

IV.Закрепление : Краткая запись основных положений. Беседа по основным положениям.

V. Задание на дом : Изучить материал учебника

Биология 10 класс Урок № 8

Тема урока: Липиды

Основное содержание урока: Органические вещества: липиды, их строение, свойства и выполняемая функция.

Цели урока : Продолжить изучение органических веществ, как соединений углерода.

Изучить особенности строения молекулы жира (липидов) их роли в живой природе

Оборудование : таблицы по общей биологии, схемы строения липидов и их классификация.

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Работа по карточкам

Карточка 1. Как вы думаете, чем можно объяснить близость по солевому составу плазмы наземных позвоночных и морской воды?

Карточка 2. К чему может привести изменение солевого состава плазмы крови?

Карточка 3. Как влияет недостаток какого-либо нужного элемента в клетке и организме на их жизнедеятельность? В чем это может проявиться? Приведите примеры.

Карточка 4. Верно ли утверждение: «Дигидрофосфат-ионы способны понизить рН клетки, превращаясь в гидрофосфат-ионы»?

Карточка 5. Среди солей, образованных одновалентным катионом и одновалентным анионом, гораздо больше растворимых в воде, чем среди солей, образованных двухвалентным катионом и двухвалентным анионом. Как вы думаете, почему?

Устная проверка знаний по вопросам

1. Содержание солей в клетке.

2. Биологические функции катионов.

3. Биологические функции анионов.

III. Изучение нового материала :

1. Органические вещества живой материи

Вода с растворенными в ней солями - необходимая среда для химических процессов, из которых слагается жизнь. Однако, сама жизнь - это всевозможные превращения множества разнообразных крупных молекул, главным элементом в которых является углерод.

Вещества, в состав которых входят атомы углерода, называются органическими. Лишь простейшие углеродсодержащие соединения, вроде оксида углерода (IV) - CO2 или солей угольной кислоты (NaHCO3; Na2CO3), считаются неорганическими. К неорганическим веществам относятся и все соединения, не содержащие углерода, хотя многие из них присутствуют в клетке.

Уникальная роль углерода в химии жизни связана со строением его атомов. Один атом углерода способен образовывать четыре ковалентные связи, а большое число таких атомов может объединяться в длинные цепи. Иногда концы углеродных цепей соединяются, так что возникают кольцевые структуры.

Атомы углерода могут образовывать связи с атомами некоторых других элементов, обычно это Н, О, N, S. Углеродные цепи и кольца составляют «скелеты» органических молекул.

Углеродный скелет

Углерод - единственный элемент, способный образовывать достаточное количество разного рода сложных и стабильных соединений, чтобы обеспечить многообразие молекул, обнаруживаемое у живых существ.

Нам уже известно, что к органическим веществам живой материи относятся углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, белки, а также АТФ и другие низкомолекулярные органические соединения. Начнем характеризовать роль органических веществ в «химии» жизни с жиров.

2. Содержание липидов в клетке и в организме

Липиды - обширная группа природных органических веществ. Название их происходит от греческого слова липос - жир, так как они включают жиры (собственно липиды) и жироподобные вещества (липоиды). В каждой клетке животного или растительного организма содержится вполне определенное количество липидов.

Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке, у растений - в семенах, плодах и других органах. Растительные жиры называются маслами.

В среднем содержание жира в клетках - около 5-10% от массы сухого вещества. Существуют, однако, клетки, содержание жира в которых достигает почти 90% от сухой массы. Эти наполненные жиром клетки имеются в жировой ткани.

Свободный жир можно условно разделить на две большие группы: протоплазматический (конституционный) и резервный.

Протоплазматический жир участвует в построении каждой клетки. Он входит в состав мембранных внутриклеточных структур. Количество протоплазматического жира постоянно и практически не меняется ни при каких состояниях организма. Например, у человека протоплазматический жир составляет около 25% всего жира, находящегося в организме.

Ненасыщенные - стеариновая (а), пальмитиновая (б) и насыщенная - олеиновая (в) жирные кислоты

Резервный жир представляет собой очень удобную форму консервирования энергии. Это связано с тем, что калорийность жира почти в два раза выше калорийности белков и углеводов. Количество резервного жира может меняться в зависимости от различных условий (пол, возраст, характер активности, режим питания и т.д.). У человека депо жира являются подкожная клетчатка, сальник, околопочечная капсула и др.

Богаты жиром клетки мозга, спермы, яичников - в них его количество составляет 7,5-30%.

В организме наряду со свободным жиром имеется большое количество жира, связанного с углеводами и белками.

3. Строение и свойства липидов

Схема строения жиров

Липиды - органические соединения с различной структурой, но общими свойствами. По химической структуре жиры представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот.

R1, R2, R3 - это радикалы жирных кислот. Из них чаще всего встречаются пальмитиновая [СН3-(СН2)15-СООН], стеариновая [СН3-(СН2)16-СООН], олеиновая [CH3-(CH2)7-СН=СН-(СН2)7-СООН] жирные кислоты.

Все жирные кислоты делятся на две группы: насыщенные, т.е. не содержащие двойных связей, и ненасыщенные, или непредельные, содержащие двойные связи.

Из приведенных выше формул видно, что к насыщенным кислотам принадлежат пальмитиновая и стеариновая кислоты, а к ненасыщенным - олеиновая. Свойства жиров определяются качественным составом жирных кислот и их количественным соотношением. Растительные жиры богаты непредельными жирными кислотами, они являются легкоплавкими - жидкими при комнатной температуре. Животные жиры при комнатной температуре твердые, так как содержат главным образом насыщенные жирные кислоты.

Из формулы жира видно, что его молекула, с одной стороны, содержит остаток глицерина - вещества, хорошо растворимого в воде, а с другой - остатки жирных кислот, неполярные углеводородные цепочки которых в воде практически нерастворимы (атомы углерода и водорода притягивают электроны с приблизительно равной силой). Неполярные цепи жирных кислот поэтому тяготеют к неполярным органическим веществам (хлороформ, эфир, масло). Благодаря этой особенности молекулы липидов располагаются на поверхности раздела между водой и неполярными органическими соединениями или между водой и воздушной фазой, ориентируясь таким образом, чтобы их полярные части были обращены к воде.

Такая ориентация молекул липидов по отношению к воде играет очень важную роль. Тончайший слой этих веществ, входящий в состав клеточных мембран, препятствует смешиванию содержимого клетки или отдельных ее частей с окружающей средой.

Таким образом, липиды - небольшие молекулы с преобладанием гидрофобных свойств.

4. Классификация липидов

В живых организмах встречаются разные липиды. По особенностям строения выделяют несколько групп липидов.

1. Простые липиды (жиры, воска). Их молекулы состоят из жирных кислот в соединении с глицерином - жиры или другими одноатомными спиртами - воска. Воска образуют защитную смазку на коже, шерсти и перьях, покрывают листья и плоды высших растений, а также кутикулу наружного скелета у многих насекомых. Эти вещества очень гидрофобны.

2. Сложные липиды - состоят из глицерина, жирных кислот и других компонентов. К этой группе относятся: фосфолипиды (производные ортофосфорной кислоты, входят в состав всех клеточных мембран); гликолипиды (содержат остатки сахаров, их много в нервной ткани); липопротеиды (комплексы липидов с белками).

Стероиды

3. Стероиды - небольшие гидрофобные молекулы, являющиеся производными холестерина. К ним относятся многие важные гормоны (половые гормоны и гормоны коркового слоя надпочечников), терпены (эфирные масла, от которых зависит запах растений), некоторые пигменты (хлорофилл, билирубин), часть витаминов (А, D, Е, К) и др.

5. Биологические функции липидов

Охарактеризуем важнейшие биологические функции липидов.

1. Строительная (структурная) - липиды принимают участие в образовании клеточных мембран. В составе мембран находятся фосфолипиды, гликолипиды, липопротеиды. Липиды также принимают участие в образовании многих биологически важных соединений.

2. Энергетическая - липиды содержат в молекулах большое число связей типа >С=С<; >С-С<, >С-Н - при меньшем, чем в молекулах белков и углеводов, количестве связей >С=О; >С-О-Н. Благодаря этому при их окислении выделяется большее количество энергии. При расщеплении 1 г жира до СО2 и Н2О энергии выделяется 38,9 кДж (9,5 ккал), что примерно в два раза больше по сравнению с белками и углеводами. Липиды обеспечивают 25-30% энергии, необходимой организму.

3. Запасающая - высокая калорийность и нерастворимость в воде делают жиры и масла идеальными компонентами для накопления энергии. Это особенно важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные миграции через местность, где нет источников питания. Семена многих растений содержат жир, необходимый для обеспечения энергией прорастающего зародыша.

4. Терморегуляторная - жиры плохо проводят тепло, поэтому подкожный жировой слой теплокровных животных помогает им сохранять тепло. Например, у кита слой подкожного жира достигает 1 м.

5. Защитно-механическая - амортизирующие свойства подкожного жира защищают органы, например такие, как почки, от механического повреждения.

6. Каталитическая - связана с жирорастворимыми витаминами (А, D, Е, К), молекулы которых имеют липидную основу. Сами по себе витамины не обладают каталитической активностью, но они входят в состав ферментов, и без них последние не могут выполнять свои функции.

7. Источник метаболической влаги - одним из продуктов окисления жиров является вода. Эта метаболическая влага 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). Поэтому некоторые животные способны не пить по 10-12 дней.

Весьма распространенное заблуждение, часто встречающееся даже в учебниках. При окислении жира действительно выделяется значительно больше воды, чем при окислении белков и углеводов. Но для окисления эквивалентного количества жира необходимо и значительно большее количество кислорода, а значит, усиленная вентиляция легких. Каждая порция воздуха согревается в легких до температуры тела и полностью насыщается водяным паром, который при очередном выдохе теряется из организма. Это сводит преимущества жира, как источника метаболической воды, на нет. Для пустынных животных, в т.ч. верблюда, жир является в первую очередь именно источником энергии, а способность долгое время обходится без воды связана с рядом физиологических приспособлений

8. Защита от обводнения и чрезмерных потерь воды - жировые выделения сальных желез помогают коже и шерсти быть водонепроницаемыми. Восковая кутикула насекомых и растений уменьшает испарение воды, т.к. вода не может пересечь нерастворимый липидный слой.

9. Привлечение опылителей - пахучими веществами растений являются производные жирных кислот, которые привлекают насекомых, опыляющих растения.

10. Регуляторная - важная группа гормонов (кортизон, эстроген, тестостерон) являются стероидами, т.е. имеют липидную основу.

11. Электрическая изоляция - миелин, выделяемый шванновскими клетками, изолирует некоторые нейроны таким образом, что передача импульсов происходит значительно быстрее.

12. Участие в процессах питания - желчные кислоты и витамин D (участвует в переваривании жиров и всасывании Са2+) образуются из стероидов.

Таким образом, липиды выполняют многие жизненно важные функции в клетках и организмах.

IV.Закрепление : Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

V. Задание на дом :

Изучить параграф учебника (липиды, их содержание в организме, строение, свойства, классификация и биологическая роль).

Биология 10 класс Урок № 9

Тема урока: Нуклеиновые кислоты

Основное содержание урока:

Цели урока : Изучить особенности строения и функций нуклеиновых кислот, отвечающих за хранение, передачу наследственной информации, являющихся вместе с белками основой жизни на Земле.

Оборудование : Стенная таблица « Строение нуклеиновых кислот»

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Карточка1. Какую роль могли сыграть молекулы липидов в появлении определенной автономности такой биологической структуры, как клетка?

Карточка 2. В клетках пойкилотермных (холоднокровных) животных содержание ненасыщенных жирных кислот обычно выше, чем в клетках гомойотермных (теплокровных) животных. Как вы это объясните?

Карточка 3. Какова роль жира, которым заполнен горб верблюда? А какую функцию выполняет «китовый жир»?

Карточка 4. Почему при сгорании жиров выделяется больше энергии, чем при сгорании углеводов и белков?

Устная проверка знаний по вопросам

1. Содержание липидов в живом веществе.
2. Строение и свойства липидов.
3. Классификация липидов.
4. Характеристика биологических функций липидов

III. Изучение нового материала :

1. Полимеры. Нуклеиновые кислоты - биологические полимеры; особенности строения, структурная организация, состав АТФ. (Рассказ учителя с использованием таблиц по химии.)

2. Типы нуклеиновых кислот: ДНК и РНК (самостоятельная работа учащихся с текстом учебника по заполнению таблицы «Химическая организация клетки»).

3. «Открытие нуклеиновых кислот Дж.Уотсоном и Ф.Криком» (сообщение учащегося или рассказ учителя.)

Нуклеиновые кислоты, их содержание в клетке, размеры молекул и молекулярная масса

Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения, полинуклеотиды, обеспечивающие хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах.

Эти органические соединения были открыты в 1869 г. швейцарским врачом И.Ф. Мишером в клетках, богатых ядерным материалом (лейкоцитах, сперматозоидах лосося). Нуклеиновые кислоты являются составной частью клеточных ядер, поэтому они и получили такое название (от лат. nucleus - ядро). Помимо ядра нуклеиновые кислоты встречаются также в цитоплазме, центриолях, митохондриях, хлоропластах.

В природе существуют нуклеиновые кислоты двух типов: дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Они различаются по составу, строению и функциям. ДНК имеет двухцепочечную молекулу, а РНК - одноцепочечную. Содержание нуклеиновых кислот в живом веществе - от 1 до 2%.

Нуклеиновые кислоты - биополимеры, достигающие огромных размеров. Длина их молекул равна сотням тысяч нанометров (1 нм = 10-9 м), это в тысячи раз больше длины белковых молекул. Особенно велика молекула ДНК. Молекулярная масса нуклеиновых кислот достигает десятков миллионов и миллиардов (105-109). Например, масса ДНК кишечной палочки равна 2,5x109, а в ядре половой клетки человека (гаплоидный набор хромосом) длина молекул ДНК составляет 102 см.

2. НК - непериодические полимеры. Типы нуклеотидов и их строение

Нуклеиновые кислоты - непериодические биополимеры, полимерные цепи которых образованы мономерами, называемыми нуклеотидами. В молекулах ДНК и РНК содержится по четыре типа нуклеотидов. Нуклеотиды ДНК называют дезоксирибонуклеотидами, а РНК - рибонуклеотидами. Нуклеотидный состав ДНК и РНК отражают данные таблицы.

Таблица 7. Состав нуклеотидов ДНК и РНК

Рассмотрим строение нуклеотида. Нуклеотиды - сложные органические соединения, включающие в себя три компонента. Схема строения нуклеотида ДНК приведена на рисунке.

1. Азотистые основания имеют циклическую структуру, в состав которой наряду с атомами углерода входят атомы других элементов, в частности азота. За присутствие в этих соединениях атомов азота они и получили название «азотистые», а поскольку обладают щелочными свойствами - «основания». Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидинов и пуринов. Пиримидиновые основания являются производными пиримидина, имеющего в составе своей молекулы одно кольцо. В составе дезоксирибонуклеотидов обнаруживаются пиримидиновые основания тимин и цитозин, а в составе рибонуклеотидов - цитозин и урацил. Урацил отличается от тимина отсутствием метильной группы (-СН3).

Пиримидиновые основания

Пуриновые основания

Пуриновые основания являются производными пурина, имеющего два кольца. К пуриновым основаниям относятся аденин и гуанин. Они входят в состав нуклеотидов как ДНК, так и РНК.

По содержащемуся азотистому основанию нуклеотиды и получили свое название. Например, нуклеотид, содержащий азотистое основание тимин называется тимидиловым, урацил - уридиловым и т.д. Азотистые основания и нуклеотиды в целом принято обозначать заглавными русскими или латинскими начальными буквами.

2. Углевод - пентоза (C5). Этот компонент также принимает участие в образовании нуклеотидов. В составе нуклеотидов ДНК содержится пентоза - дезоксирибоза, а в составе нуклеотидов РНК - рибоза. Углеводный состав нуклеотидов отражен, как мы видим, в названиях нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая. Соединения пентозы с азотистым основанием получили название «нуклеозиды».

3. Остаток фосфорной кислоты. Фосфат придает нуклеиновым кислотам кислые свойства.

Итак, нуклеотид состоит из азотистого основания, пентозы и фосфата. В составе нуклеотидов с одной стороны к углеводу присоединено азотистое основание, а с другой - остаток фосфорной кислоты.

3. Соединение нуклеотидов в цепь

Нуклеотиды соединяются между собой в ходе реакции конденсации. При этом между 3'-атомом углерода остатка сахара одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает сложная эфирная связь. В результате образуются неразветвленные полинуклеотидные цепи. Один конец полинуклеотидной цепи (его называют 5'-концом) заканчивается молекулой фосфорной кислоты, присоединенной к 5'-атому углерода, другой (его называют 3'-концом) - ионом водорода, присоединенным 3'-атому углерода. Цепь последовательно расположенных нуклеотидов составляет первичную структуру ДНК.

Образование первичной структуры ДНК

Таким образом, скелет полинуклеотидной цепочки углеводно-фосфатный, т.к. нуклеотиды соединяются друг с другом путем образования ковалентных связей (фосфодиэфирных мостиков), в которых фосфатная группа образует мостик между С3-атомом одной молекулы сахара и С5-атомом следующей. Прочные ковалентные связи между нуклеотидами уменьшают риск «поломок» нуклеиновых кислот.

Если в составе полинуклеотида, образованного четырьмя типами нуклеотидов, 1000 звеньев, то количество возможных вариантов его состава 41000 (это цифра с 6 тыс. нулей). Поэтому всего четыре типа нуклеотидов могут обеспечить огромное разнообразие нуклеиновых кислот и той информации, которая содержится в них.

4. Образование двухцепочечной молекулы ДНК

В 1950 г. английский физик Морис Уилкинс получил рентгенограмму ДНК. Она показала, что молекула ДНК имеет определенную структуру, расшифровка которой помогла бы понять механизм ее функционирования. Рентгенограммы, полученные на высокоочищенной ДНК, позволили Розалинд Франклин увидеть четкий крестообразный рисунок - опознавательный знак двойной спирали. Стало известно, что нуклеотиды расположены друг от друга на расстоянии 0,34 нм, а на один виток спирали их приходится 10.

Диаметр молекулы ДНК составляет около 2 нм. Из рентгенографических данных, однако, было не ясно, каким образом две цепи удерживаются вместе.

Картина полностью прояснилась в 1953 г., когда американский биохимик Джеймс Уотсон и английский физик Фрэнсис Крик, рассмотрев совокупность известных данных о строении ДНК, пришли к выводу, что сахарофосфатный остов находится на периферии молекулы ДНК, а пуриновые и пиримидиновые основания - в середине.

Д.Уотсон и Ф.Крик установили, что две полинуклеотидные цепи ДНК закручены вокруг друг друга и вокруг общей оси. Цепи ДНК - антипараллельны (разнонаправлены), т.е. против 3'-конца одной цепи находится 5'-конец другой (представьте себе двух змей скрутившихся в спираль, - голова одной к хвосту другой). Спираль обычно закручена вправо, но есть случаи образования и левой спирали.

5. Правила Чаргаффа. Сущность принципа комплементарности

Еще до открытия Уотсона и Крика, в 1950 г. австралийский биохимик Эдвин Чаргафф установил, что в ДНК любого организма количество адениловых нуклеотидов равно количеству тимидиловых, а количество гуаниловых нуклеотидов равно количеству цитозиловых нуклеотидов (А=Т, Г=Ц), или суммарное количество пуриновых азотистых оснований равно суммарному количеству пиримидиновых азотистых оснований (А+Г=Ц+Т). Эти закономерности получили название «правила Чаргаффа».

Дело в том, что при образовании двойной спирали всегда напротив азотистого основания аденин в одной цепи устанавливается азотистое основание тимин в другой цепи, а напротив гуанина - цитозин, то есть цепи ДНК как бы дополняют друг друга. А эти парные нуклеотиды комплементарны друг другу (от лат. complementum - дополнение). Мы уже несколько раз сталкивались с проявлением комплементарности (комплиментарны друг другу активный центр фермента и молекула субстрата; комплементарны друг другу антиген и антитело).

Почему же этот принцип соблюдается? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить о химической природе азотистых гетероциклических оснований. Аденин и гуанин относятся к пуринам, а цитозин и тимин - к пиримидинам, то есть между азотистыми основаниями одной природы связи не устанавливаются. К тому же комплементарные основания соответствуют друг другу геометрически, т.е. по размерам и форме.

Таким образом, комплементарность нуклеотидов - это химическое и геометрическое соответствие структур их молекул друг другу.

В азотистых основаниях имеются сильноэлектроотрицательные атомы кислорода и азота, которые несут частичный отрицательный заряд, а также атомы водорода, на которых возникает частичный положительный заряд. За счет этих частичных зарядов возникают водородные связи между азотистыми основаниями антипараллельных последовательностей молекулы ДНК.

Образование водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями

Между аденином и тимином возникают две водородные связи (А=Т), а между гуанином и цитозином - три (Г=Ц). Подобное соединение нуклеотидов обеспечивает, во-первых, образование максимального числа водородных связей, а во-вторых, одинаковое по всей длине спирали расстояние между цепями.

Из всего выше сказанного вытекает, что, зная последовательность нуклеотидов в одной спирали, можно выяснить порядок следования нуклеотидов на другой спирали.

Двойная комплементарная цепь составляет вторичную структуру ДНК. Спиральная форма ДНК является ее третичной структурой.

IУ. Закрепление знаний

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала; решение задач.

Задача 1. В лаборатории исследован участок одной из цепочек молекулы ДНК. Оказалось, что он состоит из 20 мономеров, которые расположены в такой последовательности: Г-Т-Г-Т-А-А-Ц-Г-А-Ц-Ц-Г-А-Т-А-Ц-Т-Г-Т-А.
Что можно сказать о строении соответствующего участка второй цепочки той же молекулы ДНК?

Решение

Зная, что цепи молекулы ДНК комплементарны друг другу, определим последовательность нуклеотидов второй цепи молекулыДНК: Ц-А-Ц-А-Т-Т-Г-Ц-Т-Г-Г-Ц-Т-А-Т-Г-А-Ц-А-Т.

Задача 2. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в последовательности: А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т...

1. Нарисуйте схему структуры второй цепи данной молекулы ДНК.
2. Какова длина в нм этого фрагмента ДНК, если один нуклеотид занимает около 0,34 нм?
3. Сколько (в %) содержится нуклеотидов в этом фрагменте молекулы ДНК?

Решение

1. Достраиваем вторую цепь данного фрагмента молекулы ДНК, пользуясь правилом комплементарности: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-А.
2. Определяем длину данного фрагмента ДНК: 12х0,34=4,08 нм.
3. Рассчитываем процентное содержание нуклеотидов в этом фрагменте ДНК.

24 нуклеотида - 100%
8А - х%, отсюда х=33,3%(А);
т.к. по правилу Чаргаффа А=Т, значит содержание Т=33,3%;
24 нуклеотида - 100%
4Г - х%, отсюда х=16,7%(Г);
т.к. по правилу Чаргаффа Г=Ц, значит содержание Ц=16,6%.

Ответ: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-А; 4,08 нм; А=Т=33, 3%; Г=Ц=16,7%

Задача 3. Каков будет состав второй цепочки ДНК, если первая содержит 18% гуанина, 30% аденина и 20% тимина?

Решение

1. Зная, что цепи молекулы ДНК комплементарны друг другу, определяем содержание нуклеотидов (в %) во второй цепи:

т.к. в первой цепи Г=18%, значит во второй цепи Ц=18%;
т.к. в первой цепи А=30%, значит во второй цепи Т=30%;
т.к. в первой цепи Т=20%, значит во второй цепи А=20%;

2. Определяем содержание в первой цепи цитозина (в %).

суммируем содержание трех других типов нуклеотидов в первой цепи ДНК: 18% + 30% + 20% = 68% (Г+А+Т);

определяем долю цитозина в первой цепи ДНК: 100% - 68% = 32% (Ц);

если в первой цепи Ц=32%, тогда во второй цепи Г=32%.

Ответ: Ц=18%; Т=30%; A=20%; Г=32%

Задача 4. В молекуле ДНК насчитывается 23% адениловых нуклеотидов от общего числа нуклеотидов. Определите количество тимидиловых и цитозиловых нуклеотидов.

Решение

1. По правилу Чаргаффа находим содержание тимидиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: А=Т=23%.
2. Находим сумму (в %) содержания адениловых и тимидиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 23% + 23% = 46%.
3. Находим сумму (в %) содержания гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 100% - 46% = 54%.
4. По правилу Чаргаффа, в молекуле ДНК Г=Ц, в сумме на их долю приходится 54%, а по отдельности: 54% : 2 = 27%.

Ответ: Т=23%; Ц=27%

Задача 5. Дана молекула ДНК с относительной молекулярной массой 69 тыс., из них 8625 приходится на долю адениловых нуклеотидов. Относительная молекулярная масса одного нуклеотида в среднем 345. Сколько содержится нуклеотидов по отдельности в данной ДНК? Какова длина ее молекулы?

Решение

1. Определяем, сколько адениловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 8625 : 345 = 25.
2. По правилу Чаргаффа, А=Г, т.е. в данной молекуле ДНК А=Т=25.
3. Определяем, сколько приходится от общей молекулярной массы данной ДНК на долю гуаниловых нуклеотидов: 69 000 - (8625х2) = 51 750.
4. Определяем суммарное количество гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов в данной ДНК: 51 750:345=150.
5. Определяем содержание гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов по отдельности: 150:2 = 75;
6. Определяем длину данной молекулы ДНК: (25 + 75) х 0,34 = 34 нм.

Ответ: А=Т=25; Г=Ц=75; 34 нм.

Задача 6. По мнению некоторых ученых общая длина всех молекул ДНК в ядре одной половой клетки человека составляет около 102 см. Сколько всего пар нуклеотидов содержится в ДНК одной клетки (1 нм = 10-6 мм)?

Решение

1. Переводим сантиметры в миллиметры и нанометры: 102 см = 1020 мм = 1 020 000 000 нм.
2. Зная длину одного нуклеотида (0,34 нм), определяем количество пар нуклеотидов, содержащихся в молекулах ДНК гаметы человека: (102 х 107) : 0,34 = 3 х 109 пар.

Ответ: 3х109 пар.

V. Домашнее задание

Изучить параграф учебника и решить задачи после текста параграфа

Биология 10 класс Урок № 10

Тема урока: РНК. АТФ

Основное содержание урока: Нуклеиновые кислоты и-РНК, т-РНК, р-РНК, АТФ,

их строение и роль в клетке

Цели урока :Дать понятие о строении и функциях РНК. Отличии РНК от ДНК.

Роль РНК в процессах биосинтеза.

АТФ как макроэнергетический нуклеотид. Строение АТФ. Значение АТФ.

Продолжить формирование навыков научно-материалистического восприятия

проявлений живой природы. О способах получения энергии живыми организмами

О единстве законов термодинамики в живых и неживых системах

Способов получения научных, достоверных сведений о живой природе и в частности о нуклеотидах как части НК.

Оборудование : Видеофрагмент ЭД «РНК.АТФ»

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Карточка 1. Укажите принципиальные отличия строения молекулы ДНК от молекул других биополимеров (белков, углеводов).

Карточка 2. На чем основана огромная информационная емкость ДНК? Например, в ДНК млекопитающих содержится 4-6 млрд бит информации, что соответствует библиотеке в 1,5-2 тыс. томов. Как эта функция отражена в строении?

Карточка 3. При нагревании ДНК, как и белки, денатурирует. Как вы думаете, что при этом происходит с двойной спиралью?

Карточка 4. Заполните пропуски в тексте: «Две цепи молекулы ДНК обращены друг к другу ... . Цепи соединены ..., причем против нуклеотида, содержащего аденин всегда стоит нукдеотид, содержащий ..., а против содержащего цитозин - содержащий ... . Этот принцип назван принципом ... . Порядок расположения ... в молекуле ... для каждого организма ... и определяет последовательность ... в ... . Таким образом, ДНК является ... . ДНК локализуется в основном в ... клеток у эукариот и в ... клеток у прокариот».

Устная проверка знаний по вопросам

1. Нуклеиновые кислоты, их содержание в живом веществе, молекулярная масса.
2. НК - непериодические полимеры. Строение нуклеотида, типы нуклеотидов.
3. Соединение нуклеотидов в цепь.
4. Образование двухцепочечной молекулы ДНК.
5. Правила Чаргаффа. Сущность принципа комплементарности.

Проверка правильности решения задач, приведенных в учебнике

III. Изучение нового материала

1.Строение РНК.

Молекула РНК в отличие от молекулы ДНК -- полимер, состоящий из одной цепочки значительно меньших размеров. Мономерами РНК являются нуклеотиды, состоящие из рибозы, остатка фосфорной кислоты и одного из четырех азотистых оснований. Три азотистых основания - аденин, гуанин и цитозин - такие же, как и у ДНК, а четвертым является урацил. Образование полимера РНК происходит так же, как и у ДНК, через ковалентные связи между рибозой и остатком фосфорной кислоты соседних нуклеотидов. Молекула РНК может содержать от 75 до 10 000 нуклеотидов.

Типы РНК. Выделяют три основных типа РНК, различающихся по структуре, величине молекул, расположению в клетке и выполняемым функциям. Рибосомные РНК (рРНК) синтезируются в основном в ядрышке и составляют примерно 85% всех РНК клетки. Они входят в состав рибосом и участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит процесс биосинтеза белка. Транспортные РНК (тРНК) образуются в ядре на ДНК, затем переходят в цитоплазму. Они составляют около 10% клеточной РНК и являются самыми небольшими по размеру РНК, состоящими из 70- 100 нуклеотидов. Каждая тРНК присоединяет определенную аминокислоту и транспортирует ее к месту сборки полипептида в рибосоме.
Все известные тРНК за счет комплементарного взаимодействия образуют вторичную структуру, по форме напоминающую лист клевера. В молекуле тРНК есть два активных участка: триплет-антикодон на одном конце и акцепторный конец на другом. Каждой аминокислоте соответствует комбинация из трех нуклеотидов - триплет. Кодирующие аминокислоты триплеты - кодоны ДНК - передаются в виде информации триплетов (кодонов) иРНК. У верхушки клеверного листа располагается триплет нуклеотидов, который комплементарен соответствующему кодону иРНК. Этот триплет различен для тРНК, переносящих разные аминокислоты, и кодирует именно ту аминокислоту, которая переносится данной тРНК. Он получил название антикодон. Акцепторный конец является «посадочной площадкой» для аминокислоты. Информационные, или матричные, РНК (иРНК) составляют около 5% всей клеточной РНК. Они синтезируются на участке одной из цепей молекулы ДНК и передают информацию о структуре белка из ядра клеток к рибосомам, где эта информация реализуется. В зависимости от объема копируемой информации молекула иРНК может иметь различную длину. Таким образом, различные типы РНК представляют собой единую функциональную систему, направленную на реализацию наследственной информации через синтез белка.

Молекулы РНК находятся в ядре, цитоплазме, рибосомах, митохондриях и пластидах клетки. Все типы РНК, за исключением генетической РНК вирусов, не способны к самоудвоению и самосборке.

АТФ и другие органические соединения клетки 1. Какие виды энергии вам известны?
2. Почему для жизнедеятельности любого организма необходима энергия?
3. Какие витамины вам известны? Какова их роль? АТФ. Строение. Функции. Нуклеотиды являются структурной основой для целого ряда важных для жизнедеятельности органических веществ. Наиболее широко распространенными среди них являются макроэргические соединения (высокоэнергетические соединения, содержащие богатые энергией, или макроэргические, связи), а среди последних - аденозинтрифосфатп (АТФ).

АТФ состоит из азотистого основания аденина, углевода рибозы и (в отличие от нуклеотидов ДНК и РНК) трех остатков фосфорной кислоты . АТФ - универсальный хранитель и переносчик энергии в клетке. Практически все идущие в клетке биохимические реакции, которые требуют затрат энергии, в качестве ее источника используют АТФ. При отделении одного остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в аденозиндифосфат (АДФ), если отделяется еще один остаток фосфорной кислоты (что бывает крайне редко), то АДФ переходит в аденозинмонофосфат (АМФ). При отделении третьего и второго остатков фосфорной кислоты освобождается большое количество энергии (до 40 кДж). Именно поэтому связь между этими остатками фосфорной кислоты называют макроэргической (она обозначается символом ~). Связь между рибозой и первым остатком фосфорной кислоты макроэргической не является, и при ее расщеплении выделяется всего около 14 кДж энергии. АТФ + H2O- АДФ + H3PO4+ 40 кДж,
АДФ + H2O - АМФ + H3PO4 + 40кДж, . АТФ содержится в цитоплазме, митохондриях, пластидах и ядрах. Витамины. Биологически активные органические соединения - витамины (от лат, vita - жизнь) совершенно необходимы в малых количествах для нормальной жизнедеятельности организмов. Они играют важную роль в процессах обмена, часто являясь составной частью ферментов.Витамины обозначают латинскими буквами, хотя у каждого из них есть и название. Например, витамин С - аскорбиновая кислота, витамин А - ретинол и так далее. Одни витамины растворяются в жирах, и их называют жирорастворимыми (A, D, Е, К), другие - растворимы в воде (С, В, РР, Н) и соответственно называются водорастворимыми.Как недостаток, так и избыток витаминов может привести к серьезным нарушениям многих физиологических функций в организме.Витамины были открыты русским врачом Н. И. Луниным в 1880 г. Термин «витамины» предложен в 1912 г. польским ученым К. Функом. В настоящее время известно около 50 витаминов. Суточная потребность в витаминах очень мала. Так, для человека меньше всего требуется витамина В12 - 0,003 мг/сут, а больше всего - витамина С - 75 мг/сут.

Основу жизни образуют белки. Функции их в клетке очень разнообразны. Однако белки «не умеют» размножаться. А вся информация о строении белков содержится в генах (ДНК).

У высших организмов белки синтезируются в цитоплазме клетки, а ДНК сокрыта за оболочкой ядра. Поэтому ДНК непосредственно не может быть матрицей для синтеза белка. Эту роль выполняет другая нуклеиновая кислота - РНК.

Молекула РНК представляет собой неразветвленный полинуклеотид, обладающий третичной структурой. Она образована одной полинуклеотидной цепочкой, и, хотя входящие в ее состав комплементарные нуклеотиды также способны образовывать между собой водородные связи, эти связи возникают между нуклеотидами одной цепочки. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК. Если содержание ДНК в клетке относительно постоянно, то содержание РНК сильно колеблется. Наибольшее количество РНК в клетках наблюдается во время синтеза белка.

РНК принадлежит главная роль в передаче и реализации наследственной информации. В соответствии с функцией и структурными особенностями различают несколько классов клеточных РНК.

2. Классы клеточных РНК и их функции

Существует три основных класса клеточных РНК.

1. Информационная (иРНК), или матричная (мРНК). Ее молекулы наиболее разнообразны по размерам, молекулярной массе (от 0,05х106 до 4х106) и стабильности. Составляют около 2% от общего количества РНК в клетке. Все иРНК являются переносчиками генетической информации из ядра в цитоплазму, к месту синтеза белка. Они служат матрицей (рабочим чертежом) для синтеза молекулы белка, так как определяют аминокислотную последовательность (первичную структуру) белковой молекулы.

2. Рибосомальные РНК (рРНК). Составляют 80-85% от общего содержания РНК в клетке. Рибосомальная РНК состоит из 3-5 тыс. нуклеотидов. Она синтезируется в ядрышках ядра. В комплексе с рибосомными белками рРНК образует рибосомы - органоиды, на которых происходит сборка белковых молекул. Основное значение рРНК состоит в том, что она обеспечивает первоначальное связывание иРНК и рибосомы и формирует активный центр рибосомы, в котором происходит образование пептидных связей между аминокислотами в процессе синтеза полипептидной цепи.

3. Транспортные РНК (тРНК). Молекулы тРНК содержат обычно 75-86 нуклеотидов. Молекулярная масса молекул тРНК около 25 тыс. Молекулы тРНК играют роль посредников в биосинтезе белка - они доставляют аминокислоты к месту синтеза белка, то есть на рибосомы. В клетке содержится более 30 видов тРНК. Каждый вид тРНК имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов. Однако у всех молекул имеется несколько внутримолекулярных комплементарных участков, благодаря наличию которых все тРНК имеют третичную структуру, напоминающую по форме клеверный лист.

3. Отличия молекул ДНК и РНК

Заполнение учащимися таблицы с последующей проверкой.

4. Репликация ДНК

Одним из уникальных свойств молекулы ДНК является ее способность к самоудвоению - воспроизведению точных копий исходной молекулы. Благодаря этому осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним во время деления. Процесс самоудвоения молекулы ДНК называется репликацией (редупликацией).

Репликация - сложный процесс, идущий с участием ферментов (ДНК-полимераз). Для репликации нужно сначала расплести двойную спираль ДНК. Это тоже делают специальные ферменты - геликазы, разрывающие водородные связи между основаниями. Но расплетенные участки очень чувствительны к повреждающим факторам. Чтобы они оставались в незащищенном состоянии как можно меньше времени, синтез на обеих цепочках идет одновременно.

Действие ДНК-геликаз

Но в материнской ДНК две цепи двойной спирали антипараллельны - напротив 3'-конца одной цепи располагается 5'-конец другой, а фермент ДНК-полимераза может «перемещаться» только в одном направлении - от 3'-конца к 5'-концу матричной цепи. Поэтому репликация одной половины материнской молекулы, начинающейся 3'-нуклеотидом, включается после расплетания двойной спирали и идет, как полагают, непрерывно. Репликация же второй половины молекулы начинается чуть позже и не с начала (где располагается 5'-нуклеотид, препятствующий реакции), а на некотором расстоянии от него. ДНК-полимераза при этом движется в обратную сторону, синтезируя относительно короткий фрагмент. Структура, возникающая в этот момент, называется репликативной вилкой. По мере расплетания двойной спирали репликативная вилка сдвигается - на второй цепочке начинается синтез следующего участка, идущий в сторону начала предыдущего, уже синтезированного фрагмента. Затем эти отдельные фрагменты на второй матричной цепи (их называют фрагментами Оказаки) сшиваются ферментом ДНК-лигазой в единую цепь.

Схема строения репликационной ДНК

Во время репликации энергия молекул АТФ не расходуется, так как для синтеза дочерних цепей при репликации используются не дезоксирибонуклеотиды (содержат один остаток фосфорной кислоты), а дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (содержат три остатка фосфорной кислоты). При включении дезоксирибонуклеозидтрифосфатов в полинуклеотидную цепь два концевых фосфата отщепляются, и освободившаяся энергия используется на образование сложно-эфирной связи между нуклеотидами.

В результате репликации образуются две двойные «дочерние» спирали, каждая из которых сохраняет (консервирует) в неизменном виде одну из половин исходной «материнской» ДНК. Вторые цепи «дочерних» молекул синтезируются из нуклеотидов заново. Это получило название полуконсервативности ДНК.

5. Синтез РНК в клетке

Считывание РНК с матрицы ДНК называется транскрипцией (от лат. transcriptio - переписывание). Она осуществляется специальным ферментом - РНК-полимеразой. В клетках эукариот обнаружены три разные РНК-полимеразы, синтезирующие разные классы РНК.

Транскрипция также является примером реакции матричного синтеза. Цепочка РНК очень похожа на цепочку ДНК: также состоит из нуклеотидов (рибонуклеотидов, весьма похожи на дезоксирибонуклеотиды). РНК считывается с участка ДНК, в котором она закодирована, в соответствии с принципом комплементарности: напротив аденина ДНК становится урацил РНК, напротив гуанина - цитозин, напротив тимина - аденин и напротив цитозина - гуанин.

В пределах определенного гена только одна цепь из двух комплементарных цепей ДНК служит матрицей для синтеза РНК. Эта цепь называется рабочей.

В соответствии с принятыми соглашениями начало гена на схемах изображают слева. У нерабочей (некодирующей) цепи молекулы ДНК «левым» в этом случае будет 5'-конец, у рабочей (кодирующей) - наоборот. Фермент РНК-полимераза присоединяется к промотору (специфической последовательности нуклеотидов ДНК, которую фермент «узнает» благодаря химическому сродству и который находится на 3'-конце соответствующего участка матричной цепи ДНК). Только присоединившись к промотору, РНК-полимераза способна начать синтез РНК из присутствующих в клетке свободных рибонуклеозидтрифосфатов. Энергия для синтеза РНК содержится в макроэнергетических связях рибонуклеозидтрифосфатов.

III. Закрепление знаний

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала. Решение задачи.

Задача. Молекула ДНК состоит из двух цепей - основной, на которой синтезируется иРНК, и комплементарной. Запишите порядок нуклеотидов в синтезируемой иРНК, если порядок следования нуклеотидов в основной (рабочей) цепи ДНК следующий: Ц-Г-Ц-Т-Г-А-Т-А-Г.

Решение

Пользуясь принципом комплементарности, определяем порядок расположения нуклеотидов в иРНК, синтезируемой по рабочей цепи ДНК: Г-Ц-Г-А-Ц-У-А-У-Ц.

Ответ: Г-Ц-Г-А-Ц-У-А-У-Ц

IV.Закрепление :

Нуклеиновая кислота. Нуклеотид. Дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК. Рибонуклеиновая кислота, или РНК. Азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил. Комплементарность. Транспортная РНК (тРНК). Рибосомная РНК (рРНК). Информационная РНК (иРНК).
1. Какое строение имеет нуклеотид?
2. Какое строение имеет молекула ДНК?
3. В чем заключается принцип комплементарности?
4. Что общего и какие различия имеются в строении молекул
5. ДНК и РНК?
6. Какие типы молекул РНК вам известны? Какова их функция?
7. Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав: А-А-Г-Г-Ц-Ц-Ц-Т-Т-. Используя принцип комплементарности, достройте вторую цепь.

В молекуле ДНК тиминов насчитывается 24% от общего числа азотистых оснований. Определите количество других азотистых оснований в этой молекуле

Адепозинтприфосфатп (АТФ). Аденозиндифосфатп (АДФ). Аденозинмонофосфат. (АМФ). Макроэргическая связь.

1. Какое строение имеет молекула АТФ?
2. Какую функцию выполняет АТФ?
3. Какие связи называются макроэргическими?
4. Какую роль выполняют в организме витамины?

Сравните АТФ с ДНК и РНК. В чем их сходство и различия

V. Домашнее задание

Изучить параграф учебника (РНК, ее основные классы и функции, отличия ДНК и РНК, репликация и транскрипция).

Биология 10 класс Урок № 11

Тема урока: Белки-ферменты

Основное содержание урока: Роль ферментов в регуляции процессов жизнедеятельности

Цели урока : Дать представление о ферментах как катализаторах в живых организмах

Оборудование : Таблица «Строение молекулы белка» ЭУ «Белки»

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

1. Какие вещества называются белками?
2. Что такое первичная структура белка?
3. Как образуются вторичная, третичная и четвертичная структуры белка?
4. Что такое денатурация белка?
5. По какому признаку белки делятся на простые и сложные?
6. Какие функции белков вам известны?
7. Какую роль выполняют белки-гормоны?
8. Какую функцию выполняют белки-ферменты?
9. Почему белки редко используются в качестве источника энергии?

III. Изучение нового материала

В природе существуют особые вещества белковой природы, одинаково успешно функционирующие как в живой клетке, так и за её пределами. Это ферменты. С их помощью организм переваривает пищу, выращивает и разрушает клетки, благодаря им эффективно работают все системы нашего организма и, в первую очередь, центральная нервная система. Без ферментов в мире не существовало бы йогурта, кефира, сыра, брынзы, кваса, готовых каш, детского питания. Из чего состоят и как устроены эти биокатализаторы, недавно ставшие верными помощниками биотехнологов, как их отличают друг от друга, как они облегчают нашу жизнь,

Ферменты - это белковые молекулы, которые синтезируются живыми клетками. В каждой клетке насчитывается более сотни различных ферментов. Роль ферментов в клетке колоссальна. С их помощью химические реакции идут с высокой скоростью, при температуре, подходящей для данного организма.

Записать в тетрадь определение

Ферменты - это биологические катализаторы, которые облегчают протекание химической реакции и за счет этого увеличивают её скорость. Как катализаторы они не изменяют направление реакции и не расходуются в процессе реакции.

Ферменты-биокатализаторы - вещества, увеличивающие скорость химических реакций.

Без ферментов все реакции в живых организмах протекали бы очень медленно и не могли бы поддерживать его жизнеспособность.

Наглядный пример работы ферментов - сладковатый вкус во рту, который появляется при пережевывании продуктов, содержащих крахмал (например, риса или картофеля). Появление сладкого вкуса связано с работой фермента амилазы, которая присутствует в слюне и расщепляет крахмал (рис. 1). Крахмал является полисахаридом, и сам по себе безвкусный, но продукты расщепления крахмала (моносахариды) с меньшей молекулярной массой (декстрины, мальтоза, глюкоза) сладкие на вкус.

Рис. на доске и в тетрадях - Механизм действия амилазы.

Все ферменты - глобулярные белки с третичной или четвертичной структурой. Ферменты могут быть простыми, состоящими только из белка, и сложными.

Сложные ферменты состоят из белковой и небелковой части (белковая часть - апофермент, а добавочная небелковая - кофермент). В качестве кофермента могут выступать витамины E K,B.

Рис. На доске и в тертадях - Классификация ферментов по их составу

Фермент взаимодействует с субстратом, не всей молекулой, а отдельной её частью - т. н. активным центром.

2. Механизм действия ферментов

Фермент взаимодействует с субстратом и образует короткоживущий фермент-субстратный комплекс. По завершении реакции, фермент-субстратный комплекс распадается на продукты и фермент. Фермент в итоге не изменяется: по окончании реакции он остается таким же, каким был до неё, и может теперь взаимодействовать с новой молекулой субстрата

Механизм взаимодействия фермента и субстрата

На рисунке представлен механизм работы фермента, в частности, образования пептидной связи между молекулами аминокислот. Две аминокислоты взаимодействуют между собой в активном центре фермента, между ними образуется пептидная связь. Новое вещество (дипептид) покидает активный центр фермента, поскольку оно по своей структуре не соответствует этому центру.

Особенностью ферментов является то, что они обладают высокой специфичностью, т. е. могут ускорять только одну реакцию или реакции одного типа.

В 1890 году Э. Г. Фишер предположил, что эта специфичность обусловлена особой формой молекулы фермента, которая точно соответствует форме молекулы субстрата. Эта гипотеза получила название «ключа и замка», где ключ сравнивается с субстратом, а замок - с ферментом. Гипотеза гласит: субстрат подходит к ферменту, как ключ подходит к замку. Избирательность действия фермента связана со строением его активного центра

Гипотеза взаимодействия фермента и субстрата по принципу ключ-замок Э. Г. Фишера

3. Активность ферментов

В первую очередь, на активность фермента влияет температура. С повышением температуры скорость химической реакции возрастает. Увеличивается скорость молекул, у них появляется больше шансов столкнуться друг с другом. Следовательно, увеличивается вероятность того, что реакция между ними произойдет. Температура, обеспечивающая наибольшую активность фермента - оптимальная.

За пределами оптимальной температуры скорость реакции снижается вследствие денатурации белков. Когда температура снижается, скорость химической реакции тоже падает. В тот момент, когда температура достигает точки замерзания, фермент инактивируется, но при этом не денатурирует (см. видео).

В наше время для длительного хранения продуктов широко используют способ быстрого замораживания. Оно останавливает рост и развитие микроорганизмов, а также инактивирует ферменты, находящиеся внутри микроорганизмов, и предотвращает разложение продуктов питания.

Кроме этого, активность ферментов зависит ещё от pH среды (кислотности - то есть показателя концентрации ионов водорода).

В большинстве случаев, ферменты работают при нейтральном pH, т. е. при pH около 7. Но существуют ферменты, которые работают либо в кислой и сильнокислой, либо в щелочной и сильнощелочной среде. Например, один из таких ферментов - пепсин, он находится у нас с вами в желудке, работает в сильнокислой среде и расщепляет белки. Поскольку в желудке среда достаточно кислая, 1,5 - 2 pH, то этот фермент работает при сильнокислой среде.

Ферменты подвержены действию активаторов и ингибиторов. Некоторые ионы, например, ионы металлов Mg, Mn, Zn активируют ферменты. Другие же ионы (к ним относятся ионы тяжелых металлов, а именно Hg, Pb, Cd), наоборот, подавляют активность ферментов, денатурируют их белки.

4. Классификация ферментов

В 1961 году была предложена систематическая классификация ферментов на 6 групп. Но названия ферментов оказались очень длинными и трудными в произношении, поэтому ферменты принято сейчас именовать с помощью рабочих названий. Рабочее название состоит из названия субстрата, на который действует фермент, и окончания «аза» (рис. 5). Например, если вещество - лактоза, то есть молочный сахар, то лактаза - это фермент который его преобразует. Если сахароза (обыкновенный сахар), то фермент, который его расщепляет, - сахараза. Соответственно, ферменты, которые расщепляют протеины, носят название протеиназы.

5. Значение ферментов

Ферменты применяются практически во всех областях человеческой деятельности, и такое широкое применение, в первую очередь, связано с тем, что они сохраняют свои уникальные свойства вне живых клеток.

Ферменты групп амилаз, протеаз и липаз применяются в медицине. Они расщепляют крахмал, белки и жиры. Все эти ферменты, как правило, входят в состав комбинированных препаратов, таких как фестал и панзинорм, и используются, в первую очередь, для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта (рис. 6).

Ферменты применяют для растворения тромбов в кровеносных сосудах, при лечении гнойных ран.

Особое место занимает энзимотерапия при лечении онкологических заболеваний.

Такие ферменты как амилаза расщепляют крахмал и поэтому широко используются в пищевой промышленности. В пищевой промышленности используется протеиназа, расщепляющая белки, и липазы, расщепляющие жиры. Ферменты амилазы используются в хлебопечении, виноделии и пивоварении (см. видео).

Протеазы используются для смягчения мяса и при изготовлении готовых каш.

Липазы используются в производстве сыра.

Ферменты широко используются в косметической промышленности, входят в состав кремов, некоторые ферменты входят в состав стиральных порошков.

6. Из истории открытия ферментов

Ферменты были открыты при изучении процессов брожения. Представления о том, что химические процессы внутри живых организмов протекают под действием каких-то особенных веществ, возникло более 200 лет назад. В XIX века Луи Пастер

доказал, что сбраживание дрожжами сахара в спирт катализируется веществами белковой природы. Пастер ошибочно считал, что ферменты неотделимы от живых клеток. Другой ученый, Эдуард Бухнер, доказал, что в водных экстрактах живых клеток находится набор ферментов, катализирующих превращение сахара в спирт. Именно его открытие дало начало новой науке - энзимологии.

Успехи энзимологии во второй половине XX века привели к тому, что в настоящее время выделено и очищено более 2000 ферментов, которые используются в различных отраслях человеческой деятельности.

7. Энзимопатология

Энзимопатология - область энзимологии, которая изучает связь между болезнью и недостаточным синтезом, или отсутствием синтеза какого-либо фермента.

Например, причиной наследственного заболевания - фенилкетонурии, которое сопровождается расстройством психической деятельности, является потеря клетками печени способности синтезировать фермент, катализирующий превращение фенилаланина в тирозин.

В результате в организме накапливаются токсические вещества. Новорожденный ребенок выглядит здоровым, а первые симптомы фенилкетонурии проявляются в возрасте от двух до шести месяцев. Это выраженная вялость, отсутствие интереса к окружающему миру, повышенная раздражительность, а также беспокойство и рвота.

Во втором полугодии жизни у ребенка выражено отставание в психическом развитии. Менее чем в 10% случаев - это слабая степень олигофрении, а у 60% развивается идиотия.

При своевременной диагностике патологических изменений можно избежать, если с момента рождения до наступления полового созревания ограничить поступление фенилаланина с пищей.

8. Стиральные порошки с ферментами

На этом уроке мы с вами выяснили, что ферменты используются в различных областях человеческой деятельности.

Они широко используются в пищевой промышленности, в медицине, в косметике и бытовой химии. Например, в стиральные порошки добавляют амилазу, которая расщепляет крахмал, протеазы, расщепляющие белки или белковые загрязнения, и липазы, очищающие ткани от жира и масла. Как правило, в состав стирального порошка входит комбинация этих ферментов, то есть ферментные препараты усиливают действие друг друга.

Сегодня наиболее изученными ферментами являются протеазы и амилазы. Липазы не всегда стабильны по качеству. Их разработкой занимаются только 10 лет, а амилаза и протеаза существуют на рынке уже более полувека. Сегодня эти две категории ферментов очень хорошо изучены и дают прекрасные результаты, чего пока что нельзя сказать о липазах. Липазы полностью справляются с загрязнениями только после двух-трех стирок, а протеазы и амилазы - за одну.

Ученые подсчитали, что добавление ферментов в стиральные порошки на 30-35% увеличивает моющую способность данного порошка.

IV.Закрепление :

1. Что такое фермент?

2. Как ферменты работают?

3. Как ферменты получают имена? Назовите известные вам группы ферментов.

4. Назовите ученых, которые внесли особый вклад в дело изучения ферментов.

5. К какому уровню организации можно отнести ферментативный катализ?

V. Задание на дом : Изучить материал учебника по теме « Белки - ферменты»

Биология 10 класс Урок № 12

Тема урока: Бактерии

Основное содержание урока:

Цели урока : Расширить и углубить знания о клеточном уровне организации живой материи и особенностях строения прокариотической клетки, продолжить формирование умения сравнивать биологические объекты (клетки прокариот и эукариот), находить общее, paзличия, делать выводы.

Оборудование : Таблица «Бактериальная клетка» ЭУ «Бактерии»

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

III. Изучение нового материала : 1. Бактерии - типичные прокариотические клетки. Особенности формы, строения. (Рассказ учителя с элементами беседы; использование рисунков учебника, таблицы.)

По строению клетки все живые существа делятся на "безъядерные" организмы - прокариоты и "ядерные" - эукариоты. Таким образом, в настоящее время выделяют два уровня клеточной организации и соответственно два крупных типа клеток: прокариотический и эукариотический.

Особенностями строения эукариотических - животных и растительных клеток - мы уже знакомы. В группу прокариот относятся все бактерии и сине-зеленые водоросли. На этом уроке мы ознакомимся с представителями одной из этих групп. Какие это организмы? Подумайте: человек не в состоянии воспринять их ни одним из пяти органов чувств: их нельзя увидеть невооруженным глазом, они существуют беззвучно, их не определишь на вкус, на ощупь, у них нет запаха. Они живут во всех трех стихиях - в воде, земле, воздухе. Для них не опасен ни вакуум космоса, ни абсолютный холод, ни смертельная для других живых существ доза радиации. Они умеют защищаться от истребительного ультрафиолетового облучения.

О какой группе прокариот шла речь?

Ответ: Это - бактерии.

Учитель: Удивительно многообразна форма бактерий, но преобладают палочковидные, шаровидные или кокковидные, веретеновидные, звездообразные. (Работа с учебником)

Эти таинственные организмы, размеры которых колеблются от 1 до 10-15 мкм, живут и по отдельности и образуют скопления.

Используя таблицы "Бактерии", "Строение клетки", ребята, найдите признаки, по которым различается бактериальная клетка от животной и растительной клеток.

Ответы: Нет обособленного ядра.

Учитель: В чем же заключается особенность строения прокариот? Рисунок учебника

А сейчас постарайтесь самостоятельно заполнить таблицу (образец дается на доске):

Сравнительная характеристика прокариотической и эукариотической клеток

Примечание. Знак "+" ставится, если в клетке имеется данный органоид.

Учитель: Почему бактерий относят к прокариотам?

Ответ: Отсутствует ядро, ограниченное оболочкой.

Учитель: Где же хранится наследственная информация?

Ответ: Наследственная информация у бактерий заключена в одной хромосоме.

Учитель: По своим физиологическим свойствам бактерии довольно разнообразны. Одни не могут жить без кислорода, другие погибают в его присутствии, третьи выживают в тех и других условиях. Многие бактерии паразитируют в организме животных и растений, вызывая у них заболевания. Сравнительно недавно были открыты бактерии, паразитирующие на других бактериях.

Необходимую им энергию они получают в процессе дыхания, брожения или фотосинтеза. Это свойство связано с особенностью их клеточного строения.

2. Размножение бактерий. Спорообразование. (Рассказ учителя.)

3. Роль бактерий в природе. (Сообщение учащегося.)

4. Роль бактерий в жизни человека. (Сообщение учащегося.)

IV.Закрепление :

В чем особенности строения прокариот по сравнению с эукариотами?

Почему бактерии являются типичными прокариотами?

Каков механизм спорообразования и в чем его биологический смысл?

Какова роль бактерий в природе?

Какова роль бактерий в жизни человека?

За счет чего у бактерий сохраняются обменные процессы при отсутствии внешних источников энергии?

V. Задание на дом :

Ответить на вопросы учебника

Подготовить сообщения «Вирусология наука о вирусах»; «Вирус иммунодефицита человека».

Биология 10 класс Урок № 13

Тема урока: Разнообразие бактерий

Основное содержание урока:

Цели урока : ознакомить учащихся с особенностями строения и жизнедеятельности бактерий как представителей прокариот;

развивать умение составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций;

обобщить и расширить знания учащихся о роли окислительно-восстановительных реакций в живой и неживой природе, в круговороте веществ;

развивать умение сравнивать;

показать связь химии и биологии;

развивать интерес и бережное отношение к природе.

Оборудование : таблицы "Строение клетки", "Бактерии", Периодическая система

химических элементов, влажный препарат клубеньковых бактерий, гербарии растений из семейства бобовых.

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

III. Изучение нового материала : В 1887 году русским микробиологом С.Н. Виноградским был открыт процесс "бессолнечного" синтеза органических веществ в клетке бактерий, который получил название хемосинтез. В клетках бактерий происходят окислительно-восстановительные реакции неорганических веществ, при этом выделяется энергия. Эту энергию бактерии используют для синтеза нужных себе органических веществ. Поэтому их называют хемосинтезирующими бактериями или хемотрофами.

Чего стоят одни только железобактерии.

Ученик: Железобактерии живут в водоемах, во влажных местах. Внешне довольно разнообразны, то похожи на тончайшие нити, то на красивое металлическое деревце. Это одноклеточные организмы. Каждая такая прокариотическая клетка в течение часа способна выделять железистый стебелек, в 3 раза превышающий длину самой клетки. На кончике такого стебелька и живет сама бактерия. Бактерия размножается делением надвое, и стебелек тоже делится на две веточки.

Учитель: В их клетках с участием ферментов происходит следующая окислительно-восстановительная реакция

В результате этой реакции бактерии черпают энергию для получения питательных веществ, а в это время происходит и обогащение железной руды. Убедимся в этом, вычисляя массовые доли железа в карбонате железа (II) и гидроксиде железа (III).

Деятельность серобактерий - одна из основных движущих сил круговорота серы в биосфере.

Очень важную функцию связывания атмосферного азота выполняют азотфиксирующие бактерии.

Ученик: азотфиксирующие бактерии или клубеньковые живут в корневой системе бобовых растений: гороха, фасоли, люпина, клевера, люцерны (показывает гербарии, демонстрирует влажный препарат клубеньковых бактерий). Эти бактерии из атмосферного азота синтезируют нитраты. В растворенном виде эти соединения из почвы поступают в растения и используются для построения белков. Это свойство азотфиксирующих бактерий широко применяется в севообороте сельскохозяйственных культур и в приусадебных хозяйствах.

Обобщение полученных знаний:

1. Бактерии - это отдельная группа прокариот, они не имеют обособленного ядра в цитоплазме;

2. В ходе эволюции бактерии приспособились использовать энергию окислительно-восстановительных реакций, этим объясняется одна из причин многообразия бактерий;

3. В природе хемосинтезирующие бактерии имеют важное значение, это утверждает еще раз содержание самостоятельной работы:

нитрифицирующие бактерии осуществляют окисление аммиака до азотной кислоты в две стадии, в конечном счете, осуществляется минерализация органических остатков. Этот процесс занимает центральное место в круговороте азота в биосфере.

Используя метод электронного баланса, составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций, протекающих в бактериях. Укажите восстановитель и окислитель:

1. В железобактериях:

а) FeCO3 + O2 + H2O = Fe(OH)3 + CO2 + Q;

б) сравните массовые доли железа в следующих соединениях:

FeCO3 и Fe(OH)3 .

2. В серобактериях в анаэробных условиях:

S +HNO3 + H2O = H2SO4 + N2 + 109,2 кДж;

3. В серобактериях:

S + O2 + H2O = H2SO4 + Q;

4. в азотофиксирующих бактериях:

H2 +N2 = NH3 + 92 кДж.

Самостоятельная работа

В нитрифицирующих бактериях рода нитрозомонас (Nitrozomonas) происходят следующие окислительно-восстановительные реакции:

I стадия: NH3 + O2 = HNO2 + Н2О+ 660 кДж;

II стадия: образовавшаяся азотистая кислота HNO2 окисляется до азотной кислоты: HNO2 + O2 = HNO3 + 158 кДж;

Используя метод электронного баланса, составьте уравнения этих окислительно-восстановительных реакций. Укажите восстановитель и окислитель.

Домашнее задание.

В организме человека избыток нитратов, попавших с пищей, приводит к отравлению. Это обусловлено высокой токсичностью нитритов, которые образуются из нитратов с участием кишечной палочки.

Условно молекулярное уравнение этого процесса выглядит так:

HNO3 + Н2 = HNO2 + H2O + Q,

Методом электронного баланса расставьте коэффициенты. Определите окислитель и восстановитель

IV.Закрепление : Работа с вопросами учебника

V. Задание на дом :

Изучение материала учебника

Биология 10 класс Урок № 14

Тема урока: Строение клетки

Основное содержание урока: Основные компоненты клетки. Структурные и функциональные особенности мембран различных клеточных структур, их структура и функции.

Демонстрация микропрепаратов клеток растений и животных; модели клетки.

Лабораторная работа № 2. Наблюдение плазмолиза и деплазмолиза в клетках эпидермиса лука

Цели урока Охарактеризовать клеточный уровень организации живой материи; изучить особенности строения клеточной мембраны растений, животных, грибов, ее функции и способы поступления веществ в клетку.:

Оборудование : Таблица «Клетка растения и кл животного» ЭУ клетка

Микроскопы, лабораторные инструменты для изготовления микропрепарата кожици лука и

явления плазмолиза и депдазмолиза Готовые препараты

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

1. Проверка знаний по химической организации клетки: органические вещества.

2. Особенно велико в клетке содержание элементов - ...

«Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - ...»

«Жизнь - есть способ существования ... тел».

Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны ...

Кислород, водород, углерод входят в состав таких органических веществ, как ...

Водород, азот, кислород, углерод входят в состав таких органических веществ, как ...

Структурная, энергетическая и запасающая функции характерны для таких органических веществ, как ...

Каталитическая функция характерна для таких органических веществ, как ...

Все ферменты - ...

Хранение и передачу наследственной информации в клетке осуществляют ...

III. Изучение нового материала :

1. Клеточный уровень организации живой материи. (Беседа с учащимися и систематизация ранее полученных знаний о многообразии форм, размеров и общих чертах строения клеток, характерных для представителей различных царств живой природы.)

Вы уже знаете, что клетка - элементарная структурная единица живого. Мы изучили химический состав клетки и основные органические и неорганические вещества, которые в ней присутствуют. Как же устроена эта структурная единица и из каких частей она состоит? Подробнее остановимся на особенностях строения клетки. Эту тему мы уже поверхностно затрагивали в курсе биологии 6 класса.

Давайте представим себе, что мы бактерия, которая пытается проникнуть в клетку. Первое, с чем нам придется столкнуться на нашем нелегком пути, - это мембрана. В переводе с латинского языка мембрана значит «кожица» или «пленка». На самом деле, это тончайшая пленка, от трех с половиной до десяти нанометров, состоящая в основном из белков и липидов. Такие же мембраны можно встретить на многих внутриклеточных структурах, лизосомах, вакуолях и так далее. Мембрана не только отделяет содержимое клетки от внешней среды, но и регулирует взаимодействие клетки с этой средой и с соседними клетками. Это возможно, потому что мембрана клетки обладает очень важным свойством - полупроницаемостью. Что это значит? Это значит, что через нее свободно поступают питательные вещества и выделаются продукты обмена. А вот нам, как бактериям, вход туда запрещен. Можно разворачиваться и уплывать обратно.

Главные химические компоненты, образующие плазматическую мембрану, - белки, сложные липиды и гликопотеиды - сложные соединения белков и углеводов. Они выполняют роль барьера, обеспечивая избирательное проникновение веществ из внешней среды. У клеток растений, грибов и бактерий плазматическая мембрана снаружи покрыта клеточной стенкой. У клеток животных клеточной стенки нет.

Под мембраной находятся две важные части клетки - цитоплазма и ядро. Чаще всего ядро одно. Но бывают и многоядерные клетки. Ядро - это плотное тельце, часто овальной формы. Оно заполнено густым ядерным веществом - кариоплазмой, от греческого «карион» - «ядро». От цитоплазмы ядро отделено двухслойной ядерной мембраной. Через многочисленные поры в мембране происходит обмен молекулами между ядром и цитоплазмой. В ядре имеется одно или несколько ядрышек.

Кроме того, в ядре располагаются хромосомы, образованные молекулами ДНК и белками. Хромосомы являются носителями генов, определяющих наследственные свойства клетки и организма в целом. Ген - это участок молекулы ДНК, хранящий информацию о синтезе какого-либо белка с определенной последовательностью аминокислот.

Наследственная информация, заключенная в хромосомах ядра в виде ДНК, с помощью РНК и ферментов обеспечивает протекание всех жизненно важных процессов в клетке. Проще говоря, ядро - это центр управления клеткой.

Цитоплазма. Это полувязкая внутренняя среда клетки, в которой располагаются остальные клеточные органоиды. Цитоплазма постоянно движется, перетекает внутри живой клетки, перемещая вместе с собой различные вещества, включения и органоиды. В ней проходят процессы обмена веществ. В состав цитоплазмы входят все виды органических и неорганических веществ. В ней также присутствуют нерастворимые отходы обменных процессов и запасные питательные вещества.

Цитоплазма может расти и самовоспроизводиться. Если ее частично удалить, она восстанавливается. Однако нормально функционировать цитоплазма может только в присутствии ядра. Соответственно, ядро без цитоплазмы тоже долго не продержится.

Итак, цитоплазма объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие. В этом и заключается ее важнейшая роль.

В цитоплазме находятся органоиды или органеллы и включения. Органоиды - это постоянные структурные компоненты цитоплазмы, а включения - временные. Они могут появляться и исчезать. Все части клетки взаимодействуют между собой и образуют биосистему.

У многих одноклеточных и некоторых многоклеточных организмов в клетке нет оформленного ядра. Но есть ДНК-содержащая зона, которая называется нуклеоидом, буквальный перевод с греческого - «нечто похожее на ядро». Обычно нуклеоид прикреплен к внутренней части мембраны, но он не отграничен мембранами от цитоплазмы. Это свойственно всем клеткам бактерий.

Клетки, не имеющие оформленного ядра, называют прокариотическими. А имеющие ядро - эукариотическими. Соответственно все организмы можно поделить на прокариот и на эукариот. Особняком здесь стоят лишь вирусы, представляющие собой неклеточную форму жизни (см. ниже).

Уэукариот молекулы ДНК имеют линейное строение. Упрокариот молекула ДНК всегда одна и образует кольцо. К прокариотам относятся бактерии (включая цианобактерии) и архебактерии. Прокариотические клетки присущи древним одноклеточным организмам. Эукариоты возникли позже, в процессе эволюции. К ним относятся растения, животные и грибы.

Клетки прокариот достаточно просто устроены, они сохраняют особенности первых организмов, появившихся на нашей планете. По сравнению с ними клетки эукариот имеют более сложное строение. Мы говорим сейчас о внутреннем устройстве, потому что внешне клетки прокариот и эукариот могут сильно отличаться друг от друга в зависимости от выполняемых ими функций.

Вирусы имеют очень простое строение. Каждая вирусная частица содержит молекулу нуклеиновой кислоты - РНК или ДНК, окруженную белковой оболочкой. Отличительная особенность вирусов - способность размножаться только в живых клетках. Поэтому ученые до сих пор спорят о природе вирусов. Не исключено, что это не самостоятельные организмы, а лишь обрывки нуклеиновых кислот в оболочке, оторвавшиеся в процессе жизнедеятельности тех или иных клеток. Почему же эти загадочные существа или вещества так опасны? Проникая в клетку, вирус нарушает ее генетический аппарат таким образом, что клетка начинает производить вирусную нуклеиновую кислоту и вирусные белки. Вирусы являются возбудителями многих болезней растений, грибов, животных и человека. Они вызывают такие заболевания как гепатит, полиомиелит, оспа, грипп, ящур и другие.

Лабораторная работа по изучению плазмолиза и деплазмолиза. Инструкция учебника.

IV.Закрепление :

Чем характеризуется клеточный уровень организации живой материи?

Назовите отличительные признаки эукариотической клетки?

Какие вещества входят в состав наружной цитоплазматической мембраны?

Каково строение цитоплазматической мембраны?

Каким образом проникают в клетку вода, глюкоза, кислород?

Какие вещества входят в состав клеточной стенки у грибов и растений?

V. Задание на дом - изучение материала учебника

Провести оформление в тетрадях материалов лабораторной работы.

Биология 10 класс Урок № 15

Тема урока: ЭПС. Органоиды клетки

Основное содержание урока: Органоиды цитоплазмы: ЭПС, Комплекс Гольджи, лизосомы.

Лабораторная работа № 3. Наблюдение за движением цитоплазмы в растительных клетках. (Урок 18)

Цели урока : Образовательные: учащиеся должны усвоить, что

изучением свойств живого организма занимаются различные естественные науки (биология, химия, физика);

плазматическая мембрана - это органоид клетки, выполняющий определенные функции;

плазматическая мембрана состоит из органических веществ, которые определяют ее структуру;

осуществление транспорта веществ через мембрану - это функция, обеспечивающая жизнедеятельность клетки;

транспорт веществ через мембрану проходит избирательно, пассивно и активно.

Развивающие: учащиеся должны научиться

формулировать определение плазматической мембраны;

связывать функциональные особенности мембраны со свойствами химических веществ, входящих в ее состав;

навыкам самостоятельного изучения и закрепления знаний по биологии с использованием информационных технологий.

Воспитательные: учащиеся должны убедиться, что

человеческий разум способен изучить такие свойства объектов, которые не обнаруживаются простым наблюдением;

познание свойств живого организма возможно только при интеграции знаний, полученных различными науками.

Оборудование : Микроскопы. Листья элодеи. Лабораторное оборудование

Стенная таблица «Клетки растений и животных» Эу «Клетка» (СМ.Урок 18)

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

III. Изучение нового материала :

Цель урока: Изучить строение и свойства плазматической мембраны клетки. Продолжить формирование навыков самостоятельного изучения и закрепления знаний по биологии, используя компьютерные технологии.

1) Прочитать предложения, вставить необходимые пропущенные слова и выражения, выбирая их из данного списка: жиры, вода, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, минеральные соли, нерастворимые в воде, растворимые в воде, растворимые в органических растворителях, гидрофобная «головка», гидрофильный «хвост», восстановление структуры белка, первичная, вторичная, третичная, четвертичная, разрушение структуры белка, субклеточный, клеточный, тканевый, биосферный, структурная, функциональная единица живого, нуклеотиды, триплеты, аминокислоты

Клетка - это _____________________________________________________________.

В состав живого организма входят неорганические вещества - __________________.

В состав живого организма входят органические вещества - ____________________.

Моносахаридам свойственно - _____________________________________________.

Жирам свойственно - _____________________________________________________.

Молекула жира имеет структуру: ___________________________________________.

Белки состоят из _________________________________________________________.

Белки имеют ___________________________________________________ структуру.

Что происходит в процессе денатурации белков? _____________________________.

Что происходит в процессе ренатурации белков? _____________________________.

Нуклеиновые кислоты образованы _________________________________________.

Клетка изучается на _____________________________ уровне организации материи.

Органоиды клетки изучаются на __________________ уровне организации материи.

2) Тест. «Свойства и функции органических веществ клетки»

Какие из перечисленных веществ относятся к моносахаридам?
а. Крахмал
б. Лактоза
в. Гликоген
г. Рибоза

Какие из перечисленных веществ относятся к полисахаридам?
а. Крахмал
б. Лактоза
в. Глюкоза
г. Дезоксирибоза

Какие функции выполняют углеводы?
а. Структурную
б. Гормональную
в. Энергетическую
г. Каталитическую

Верно ли утверждение: «Фосфолипиды сложные эфиры глицерина и жирных кислот»?
а. Да
б. Нет

Какие функции выполняют липиды?
а. Ферментативную
б. Защитную
в. Структурную
г. Фотосинтезирующую

Чем отличается молекулы фосфолипидов от жиров?
а. Аминокислотой
б. Глицерином
в. Нуклеотидом
г. Остатком фосфорной кислоты

Какие химические элементы входят в состав белков?
а. C H N O S
б. C H S F
в. C H K P Pl
г. C H F P R

Какие связи образуются между молекулами аминокислот первичной структуры белка?
а. Ионные
б. Пептидные
в.Ковалентные
г. Водородные

Какие связи стабилизируют вторичную структуру белка?
а. Ионные
б. Пептидные
в. Водородные
г. Все верно

Верно ли утверждение: «Денатурация белка происходит при нагревании»?
а. Да
б. Нет

Фрагмент ДНК содержит 300 А-нуклеотидов и 400 Ц-нуклеотидов. Сколько нуклеотидов Т и Г содержится в данном фрагменте?
а. 600 Т и 800 Г
б. 300 Т и 400 Г
в. 500 Т и 600 Г
г. 800 Т и 1200 Г

Клетка - элементарная структурная и функциональная единица живого организма.

Изучением живой клетки занимаются такие науки, как: физика, биофизика, химия, цитология, кибернетика.

Со времени создания клеточной теории (1839) представления о строении клетки и ее органоидов, их химическом составе сильно изменились.

Современные методы исследования клетки невозможны без светового и электронного микроскопа. Для разделения органоидов клетки используют центрифугирование, для разделения биологических молекул используют хроматографию и электрофорез. С помощью радиоактивных изотопов можно изучать скорость прохождения химических реакций в живой клетке.

Все клетки состоят из трех частей: оболочки, цитоплазмы и ядра

Оболочка клетки - это комплекс из клеточной стенки и плазматической мембраны, отделяющий клетку от окружающей среды.

Клеточная стенка Клетки животных, растений и грибов различаются по строению наружного слоя оболочки. У растений и грибов на поверхности клеток расположена клеточная стенка. У растений она состоит из полисахарида - целлюлозы, у грибов - из хитина. Клеточная стенка представляет собой защитную оболочку, обеспечивает тургор клеток, через клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы органических веществ.

У животной клетки клеточной стенки нет. К цитоплазме примыкает плазматическая мембрана

Плазматическая мембрана (плазмалемма). Под клеточной стенкой расположена плазматическая мембрана (мембрана - кожица, пленка), граничащая непосредственно с цитоплазмой. Толщина плазматической мембраны около 10 нм. В состав плазматической мембраны входят углеводы, белки и липиды. Они упорядоченно расположены и соединены друг с другом химическими взаимодействиями.

Клетки, образующие у многоклеточных животных разнообразные ткани (эпителиальную, мышечную и др.), соединяются друг с другом. В местах соединения двух клеток мембрана каждой из них может образовывать складки или выросты, которые придают соединениям особую прочность. Соединение клеток растений обеспечивается путем образования тонких каналов, которые заполнены цитоплазмой и ограничены плазматической мембраной. По таким каналам, проходящим через клеточные оболочки, из одной клетки в другую поступают питательные вещества, ионы, углеводы и другие соединения.

На поверхности многих клеток животных могут находиться мелкие тонкие выросты цитоплазмы, покрытые плазматической мембраной, - микроворсинки.

Плазматическая мембрана выполняет важные функции.

1. Она образует барьер, отделяющий внутреннее содержимое клетки от внешней среды.

2. Транспорт веществ. Между клетками и внешней средой постоянно происходит обмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода, разнообразные соли в форме отдельных ионов, неорганические и органические молекулы (эндоцитоз). Они проникают в клетку через очень тонкие каналы плазматической мембраны. Благодаря избирательной проницаемости (полупроницаемости) плазматической мембраны из клетки выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные в клетке (экзоцитоз).

Транспорт через мемрану может проходить различными путями. Транспорт вещества в сторону меньшей концентрации носит название диффузии. Перенос веществ часто происходит с помощью транспортных белковых молекул-переносчиков, встроенных в мембрану. Водорастворимые вещества проходят через поры.

3. Осуществляет распознавание внешних стимулов (раздражителей) благодаря наличию рецепторных участков.

Функциональные особенности мембраны определяются ее химическим составом и структурой.

Строение мембраны.

В настоящее время общепринята жидкостно-мозаичная модель строения мембраны.

Молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Больше всего в мембранах фосфолипидов, в них содержится остаток фосфорной кислоты. Молекулы фосфолипидов в бислое расположены таким образом, что гидрофильные «хвосты» (глицерин) обращены внутрь, а гидрофобные «головки» (жирные кислоты) - наружу, к водной среде. Поэтому мембрана отделяет внутреннее содержимое клетки от окружающей среды.

На поверхности мембраны образуется наружный рецепторный слой углеводов - гликокаликс. Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений, происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток. Гликолипиды, гликопротеиды, липопротеиды распознают вещества, которые находятся вокруг клетки.

Помимо липидов в состав мембраны входят белки (до 60 %). Они определяют специфические функции мембраны. Молекулы белков и липидов подвижны, способны перемещаться, главным образом в плоскости мембраны. Молекулы белков не образуют сплошного слоя.

Различают:

а) периферические белки - расположенные на наружной или внутренней поверхности мембраны,

б) полуинтегральные белки - погружены в бислой на различную глубину, поддерживают структуру мембраны,

в) трансмембранные белки - пронизывают мембрану насквозь, контактируя при этом с наружной и внутренней средой клетки, катализируют реакции обмена веществ, обеспечивают транспорт катионов и анионов, образуют поры

Транспорт веществ. Существуют различные механизмы транспорта веществ через мембрану.

Пассивный транспорт идет без затраты энергии - это диффузия и осмос.
Вещества перемещаются из области высокой концентрации в область более низкой, т. е. по градиенту концентрации. Скорость транспорта зависит от величины градиента. Через бислой легко проникают молекулы жирорастворимых веществ. Молекулы воды, которая является растворителем веществ, могут проникать через бислой, т. к. они очень малы и нейтральны (осмос). Через поры проходят молекулы сахаров, аминокислот, нуклеотидов и другие полярные молекулы.

Активный транспорт идет против электро - химического градиента.
Осуществляют его молекулы - переносчики, работа которых требует затрат энергии АТФ. Наиболее изученная система - это калий - натриевый насос

Концентрация ионов К+ внутри клетки выше, чем снаружи, а концентрация ионов Na+ в клетке меньше, чем снаружи. Клетка активно перекачивает К+ внутрь клетки, а Na+ наружу. На это уходит почти треть энергии клетки. Благодаря этому механизму поддерживается в рабочем состоянии мембрана (создается напряжение) и через нее возможен транспорт других веществ. В нервных клетках так проводится нервный импульс.

Фагоцитоз (эндоцитоз)
Молекулы органических веществ, например белков и полисахаридов, частицы пищи, бактерии поступают в клетку путем фагоцитоза (греч. "фагео" - пожирать). В фагоцитозе непосредственное участие принимает плазматическая мембрана. В том месте, где поверхность клетки соприкасается с частицей какого-либо плотного вещества, мембрана прогибается, образует углубление и окружает частицу, которая в "мембранной упаковке" погружается внутрь клетки. Образуется пищеварительная вакуоль, в ней перевариваются поступившие в клетку органические вещества.
Таким же образом клетка поглощает крупные капли воды. Этот процесс называется - пиноцитоз. Явление фагоцитоза было открыто русским ученым, лауреатом Нобелевской премии, И. И. Мечниковым.

Выводы.

Оболочка клетки имеет жидкостно-мозаичное строение. Функциональные особенности ее определяются ее химическим составом и структурой.

Через мембраны живой клетки вещества могут проникать как пассивно, так и активно, если:

они способны растворить липиды мембраны,

они растворены в воде и имеют достаточно малые размеры молекул,

в клетке концентрация этих веществ меньше, чем в окружающей среде,

есть специальные молекулы - переносчики веществ, запрограммированные на перенос этих веществ.

Не все вещества, окружающие клетку, способны проникнуть через мембрану. Следовательно, мембрана - полупроницаема.

Мембрана транспортирует в клетку те вещества, которые необходимы для собственного обмена веществ, т. е. транспорт - избирателен.

Выполнение лабораторной работы по инструкции учебника и карточке на 18 уроке.

IV.Закрепление :

Что такое - оболочка клетка?

Какие вещества входят в состав плазматической мембраны?

Из каких слоев образована оболочка растительной клетки?

Из каких слоев образована оболочка животной клетки?

Благодаря каким свойствам липиды способны образовывать мембраны?

Благодаря каким функциям белки способны участвовать в транспорте веществ через мембрану?

Перечислите функции плазматической мембраны?

Как происходит пассивный транспорт через мембрану?

Как происходит активный транспорт через мембрану?

Какова функция калий-натриевого насоса?

Что такое фагоцитоз, пиноцитоз?

V. Задание на дом : Изучение материала «Строение клетки НКМ. ЭПС»

Биология 10 класс Урок №16

Тема урока: Пластиды и митохондрии

Основное содержание урока: Органоиды цитоплазмы: пластиды, митохондрии, их строение, выполняемые функции в клетке.

Цели урока : Конкретизировать положение клеточной теории о том, что клетка является структурно-функциональной единицей всех живых организмов на основе изучения строения и функций ее главных составных частей.

Расширить и углубить знания о клеточном строении организмов на основе изучения особенностей строения растительный клетки; продолжить формирование умения сравнивать биологические объекты (клетку растений и животных), находить общность и различие, делать выводы; готовить микропрепараты и рассматривать их под микроскопом, делать рисунки.

Оборудование :

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Проверка знаний об особенностях клеточного уровня организации живой материи, строении и функциях наружной цитоплазматической мембраны у клеток различных царств живой природы, способах поступления веществ в клетку.

III. Изучение нового материала : 1. Цитоплазма, ее состав и функции в клетке. (Учитель обращает внимание на вещества, входящие в состав цитоплазмы и обеспечивающие поддержание ее относительного постоянства для процессов жизнедеятельности клетки.)

2. Органоиды клетки. Пластиды и митохондрии (Рассказ учителя, самостоятельная работа учащихся с текстом учебника и заполнение таблицы

Строение и функции органоидов клетки

Органоид

Принцип

Функция строения

Организация самостоятельной работы учащихся с учебником

таблицами (проводится по заданию).

Задание.

Начертите в тетради таблицу В первую колонку запишите составные части клетки и органоиды.

Знаком «+» отметьте их наличие в клетке растений и клетке животных.

Сделайте вывод: о чем говорит сходство и различие в строении.

2. Пластиды: строение, функции, роль в процессах жизнедеятельности растительной клетки. (Рассказ учителя и выполнение лабораторной работы «Строение растительной клетки» на примере листа элодеи) по инструктивной карточке.) Сравнение строения клетки растений и клетки животных (на основе анализа данных светового и электронного микроскопа)

Составные части клетки

Клетка и ее органоиды

растений

животных

IV.Закрепление :

Обсуждение результатов самостоятельной работы по заполнению таблицы «Сравнение строения клетки растений и клетки животных», подведение и анализ итогов выполнения лабораторной работы. Обсуждение результатов самостоятельной работы; сделать вывод о том, что в основе структурной организации клетки лежит мембранный принцип строения.

V. Задание на дом : Изучение материала учебника

Биология 10 класс Урок № 17

Тема урока: Рибосомы, клеточный центр

Основное содержание урока: Органоиды цитоплазмы: клеточный центр, рибосомы, их

строение, выполняемые функции в клетке.

Цели урока : Продолжить формирование у учащихся представления о строении органоидов

эукариотической клетки на основе характеристики ЭПС, вакуолей, лизосом и АГ;

- продолжить развитие у учащихся умения сравнивать строение различных клеточных структур, аргументировано объяснять их функции;

- убедить учащихся в том, что каждый органоид выполняет в клетке особые функции и поэтому является незаменимым.

Воспитывать всесторонне развитую, компетентную личность через использование знаний основных понятий цитологии для объяснения клеточного уровня организации живой материи и положений клеточной теории;

- содействовать формированию научного мировоззрения учащихся на основе познаваемости и общности законов живой природы.

Развивать общеучебные умения и навыки учащихся - работы с текстом, анализа и синтеза информации, составления плана, схем и таблиц;

- развивать познавательный интерес учащихся к изучению проблем цитологии;

- развитие критического мышления учащихся.

Оборудование : ЭУ «Органоиды клетки» Таблица «Клетка»

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

III. Изучение нового материала :

Гиалоплазма. Цитоскелет.

Клеточный центр. Рибосомы

Вспомнить основные органоиды эукариотической клетки. (Карточки с названиями органоидов: ядро ЭПС аппарат Гольджи , рибосомы , хлоропласты, митохондрии , вакуоли, лизосомы, плазмалемма , клеточная стенка - заранее заготовлены у учителя и используются на магнитной доске).

- Теперь предлагаю вам разделить все органоиды на две группы: первая те из них, которые, присутствуют в животной клетке и вторая - в растительной

- А какие функции выполняют данные органоиды?

- Скажите, что представляет собой цитоплазма? (Цитоплазма многокомпонентная система, состоящая из гиалоплазмы, органоидов (органелл) и включений).

Особенности строения:

Вязкое бесцветное вещество.

Находится в постоянном движении.

Содержит органоиды - постоянные структурные компоненты и клеточные включения - непостоянные структуры клетки.

Включения могут находиться в виде капель (жиры) и зёрен (белки, углеводы).

Выполняемые функции:

Связывает все части клетки в единое целое.

Осуществляет транспортировку веществ.

В ней протекают химические процессы.

Выполняет опорную функцию.

Наша цель - рассмотреть строение и функции различных компонентов цитоплазмы

Гиалоплазма (цитоплазматический матрикс) - однородная мелкозернистая структура, состоящая из двух фаз - жидкой и твердой.

- Чем представлены жидкая и твердая фазы гиалоплазмы?

Жидкая фаза (цитозоль) представляет собой коллоидный раствор, состоящий из Н2О, белков, аминокислот, РНК, липидов, углеводов, ионов (Na+, K+, Mg2+, C1-, НС03-, НР042-). Цитозоль является внутренней средой клетки, в которой происходят многие химические процессы, он объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие между ними, является вместилищем веществ, необходимых для жизнедеятельности

Твердая фаза гиалоплазмы (цитоскелет) представлена системой тонких белковых нитей, пересекающих цитоплазму в различных направлениях. Цитоскелет образован тремя компонентами: микротрубочками, микрофиламентами и промежуточными филаментами. Цитоскелет является каркасом клетки, определяет ее форму, связывает мембранные органеллы и плазмалемму в единое целое, упорядочивает размещение всех структурных компонентов клетки, обеспечивает внутриклеточный транспорт веществ и перемещение органелл, изменяет физические свойства гиалоплазмы (золь-гель).

Органоиды - это постоянные специализированные участки цитоплазмы, имеющие определенную структуру и выполняющие определенные функции в клетке.

- Давайте вспомним классификацию органоидов клетки. Вернемся ещё раз к карточкам с названиями органоидов. Распределите их на группы

А) по строению

Б) по назначению в клетке

В) по участию в обмене в-в

Классификация органоидов:

I. По строению:

а) мембранного строения - одномембранные (ЭПС, КГ, лизосомы, вакуоли), двумембранные (митохондрии и пластиды);

б) немембранного строения - рибосомы и клеточный центр.

II. По назначению в клетке:

а) общего назначения - имеются в большинстве клеток, обеспечивают основные процессы жизнедеятельности (митохондрии, АГ, ЭПС, рибосомы, клеточный центр, лизосомы, пластиды и вакуоли с клеточным соком);

б) специального назначения - обеспечивают специализированные функции: миофибриллы - в мышечных клетках; органоиды движения (жгутики и реснички), органоиды выделения (пульсирующие вакуоли и приводящие каналы), органоиды пищеварения (клеточный рот, пищеварительная вакуоль и порошица) - в клетках протистов.

III. По участию в обмене веществ:

а) анаболической системы (синтез веществ) - ЭПС, КГ и рибосомы, пластиды;

б) катаболической системы (расщепление веществ) - митохондрии, лизосомы и микротельца.

Клеточный центр

Особенности строения: Располагается вблизи ядра клеток животных и некоторых растений. Состоит из двух маленьких телец - центриолей, перпендикулярно расположенных друг к другу. Каждая центриоль состоит из белковых микротрубочек.

Выполняемые функции: Участвует в построении веретена деления клетки. Лежат в основании жгутиков и ресничек

Включения - это непостоянные компоненты цитоплазмы, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки. Различают трофические, секреторные и экскреторные включения. Включения могут быть окружены мембраной.

Трофические - запасы питательных веществ в клетке: гранулы белков и крахмала или гликогена, капли жира.

Секреторные - в клетках желез, в них накапливаются ферменты, гормоны и другие биологически активные вещества

Экскреторные - в них накапливаются продукты жизнедеятельности, подлежащие выведению из клетки (кристаллы щавелекислого кальция

- Что ограничивает содержимое растительной клетки ? Каковы функции цитоплазматической мембраны и оболочки клетки.

- Перечислите органоиды растительной клетки.

- Каковы строение и функции клеточного центра?

- Какова роль включений, как компонентов цитоплазмы?

- Где образуются рибосомы и каково их значение в жизнедеятельности

строения, диаметром 17-35 нм; состоит из р-РНК (40%) и белков (60%).

Само название «Рибосома» говорит о функции этой органеллы - «рибо» - от рибонуклеиновой кислоты (РНК), «сома» - тело.

Рибосомы, присутствуют как в эукариотических, так и в прокариотических клетках.

Рибосомы клетки - это органоиды, функция которых - синтез белка.

Поэтому в животных клетках их тысячи. Они могут быть расположены на ЭПС (такой ретикулум называют гранулярным, шероховатым), могут свободно находиться в цитоплазме.

Соответственно, рибосомы есть в клетках животных - в большом количестве, есть в клетках бактерий, в меньшем - в клетках грибов и очень мало рибосом в клетках растений:

Получается, что рибосомы входят в состав абсолютно любой клетки. Почему? Потому что жизнь на земле - белковая, белки - неотъемлемая составляющая любого живого организма, только в животных клетках их больше, а в других - меньше.

Строение рибосомы

Формируются в ядрышке клетки; есть так же специальные рибосомы в митохондриях; в растительных клетках «спец-рибосомы» находятся в хлоропластах;

Состоят из РНК (50%) и белка (50%);

Рибосомы клетки - маленькие органоиды сферической или овальной формы;

Размер - 20 нм (это самые мелкие органоиды в клетке);

Состоят из двух субъединиц - большой и малой. Эти части могут разъединяться и так же свободно соединяться.

Функции рибосом

Как уже упоминалось, основная и единственная функция рибосом - биосинтез белка, или Трансляция.

Трансляция - синтез белка рибосомой на основе информации, записанной в матричной РНК

Этапы биосинтеза белка:

мРНК подходит и связывается с малой субъединицей рибосомы - это инициация - узнавание рибосомой стартового кодона и начало синтеза;

Большая и малая субъединицы объединяются и начинает двигаться по цепи РНК, «считывая» кодоны один за другим. «Считывание» происходит с помощью специальных «адаптеров» - молекул т-РНК - ее основная роль в этом процессе - доставка нужных аминокислот к месту синтеза;

По сути, т-РНК служат клеточными «переводчиками» с нуклеотидного «языка» на аминокислотный.

Идет процесс илонгации - синтез белка.

Окончание - терминация - считывание стоп-кодона и отделение продукта от рибосомы.

К одной молекуле РНК может присоединиться несколько рибосом. Получается такая «ниточка с бусинами». Т.о. одновреенно могут синтезироваться несколько белковых молекул. Такие «бусы» называются Полирибосомы («поли» - много).

Рибосомы клетки - удивительные органеллы. Они на столько четко справляются со своей работой, что мы и не замечаем, а ведь биосинтез белка идет непрерывно.

Имеет 2 субъединицы: малую и большую, которые соединяются при помощи Mg2+. Образуются субъединицы в ядрышках. Располагаются рибосомы свободно в цитоплазме или прикрепляются к мембранам ЭПС и наружной ядерной мембране, а также имеются в митохондриях и хлоропластах.

Имеют 2 активных центра: аминоацильный (фиксация т-РНК с АК) и пептидильный (образуются пептидные связи между АК). Рибосомы образуют комплексы - полисомы.

Функции: синтез белка (трансляция клетки., остаточные тельца).

Рибосомы - сферический органоид общего значения, немембранного)

IV.Закрепление : Повторить строение и функции изученных органоидов

V. Задание на дом : Изучить материал учебника.

Биология 10 класс Урок № 18

Тема урока: Цитоскелет и органоиды движения

Основное содержание урока: Цитоскелет. Органоиды движения, клеточные включения, их

строение, выполняемые функции в клетке.

Цели урока : Продолжить формирование знаний о цитоплазме, ее составе и функциях,

особенностях строения ЭПС и выполняемых функциях. систематизировать, обобщить и углубить знания учащихся о строении и функциях цитоплазмы и ЭПС эукариотических клеток, научиться распознавать органоиды по внешнему виду.

продолжать развивать у учащихся интерес к биологической науке, предметное мышление, умение анализировать и сопоставлять факты, выделять главное в тексте, логическое мышлении, различные виды памяти;

создать условия для увлеченного учения; формирование положительного отношения к занятиям.

Л.Р №3 Уроки 16-17)

Оборудование : ЭУ «Строение клетки» Оборудование и материалы для выполнения

лабораторной работы

Ход урока

I. Организационный момент :

II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме :

Вопросы учебника. Тесты по материалу «Строение клетки»

III. Изучение нового материала :

Многие клетки способны к движению, например инфузория туфелька, эвглена зеленая, амебы .Некоторые из этих организмов двигаются при помощи особых органоидов движения - ресничек и жгутиков.

Жгутики имеют относительно большую длину, например у сперматозоидов млекопитающих она достигает 100 мкм. Реснички гораздо короче - около 10-15 мкм. Однако внутреннее строение ресничек и жгутиков одинаково: они образованы такими же микротрубочками, как цептриоли клеточного центра. Движение жгутиков и ресничек вызвано скольжением микротрубочек друг относительно друга, в результате чего эти органоиды изгибаются. В основании каждой реснички или жгутика лежит базальное тельце, которое укрепляет их в цитоплазме клетки. На работу жгутиков и ресничек расходуется энергия АТФ.

Органоиды движения часто встречаются и у клеток многоклеточных организмов. Например, эпителий бронхов человека покрыт множеством (около 10э на 1 см²) ресничек. Все реснички каждой эпителиальной клетки двигаются строго согласованно, образуя своеобразные волны, хорошо заметные под микроскопом. Такие «мерцательные» движения ресничек помогают очистке бронхов от инородных частиц, пыли. Жгутики есть у таких специализированных клеток, как сперматозоиды.

Центриоли (микротрубочки, клеточный центр) - это органелла, присущая только клетке животных.
Эта органелла был изучена сравнительно недавно, потому что в световой микроскоп (длина микротрубочки 0,2 - 0,6 мкм) ее можно было увидеть, но изучить строение можно было только с помощью электронного микроскопа.
Между собой микротрубочки соединены белковыми связями - так они удерживаются вместе.

В клетке центриоли располагаются обычно возле ядра, сами трубочки находятся в слегка уплотненном белковом окружении - матриксе. Такая система называется клеточным центром.
Основные функции клеточного центра - участие в делении клетки, функции микротрубочек - формирование цитоскелета клетки… Когда начинается процесс профазы митоза, они формируют веретено деления и помогают хромосомам разъезжаться к разным полюсам клетки - они играют роль своеобразных рельс.

Клеточные включения.

Помимо обязательно имеющихся органоидов, в клетке есть образования то появляющиеся, то исчезающие в зависимости от ее состояния. Эти образования получили название клеточных включений. Чаще всего клеточные включения находятся в цитоплазме и представляют собой питательные вещества или гранулы веществ, синтезируемых этой клеткой. Это могут быть мелкие капли жира, гранулы крахмала или гликогена, реже - гранулы белка, кристаллы солей.

Лабораторная работа № 3)

Наблюдение за движением цитоплазмы в растительных клетках.

Цель: пронаблюдать движение цитоплазмы в клетках водного растения элодеи.

Оборудование: листья элодеи, чашки Петри, микроскоп.

Ход работы:

1. Изготовить препарат листа элодеи в капле воды.

2. Рассмотреть под микроскоп м/п, обнаружить движение цитоплазмы в клетках листа элодеи.

В центре клетки находится вакуоль. Вдоль оболочки перемещаются пластиды. Такое вращательное движение называют круговым.

Оно заметно вследствие того, что цитоплазма увлекает за собой хлоропласты пассивно. Это движение заметно усиливается от действия света, температуры, механического повреждения.

3. Зарисовать по одной клетке и указать стрелками направление движения цитоплазмы. Обозначить части клетки на рисунке: хлоропласты, стенку клетки, вакуоль, цитоплазму.

(Листья элодеи, сорванные за 30 минут до начала занятия и выдержанные на ярком свету в чашке Петри с водой при температуре 20 - 25 градусов).

IV.Закрепление : Заполнение таблицы « Строение клетки» - Продолжить заполнение

V. Задание на дом : Изучение материала учебника

Составлено по материалам Интернета и методических пособий