Розширене планування, 10 клас
2. Здатність води до адгезії. Її властивість притягатися будь-якою поверхнею, що несе електричний заряд, дозволяє їй підніматися по дрібним порам в грунті і по судинах ксилеми у рослин на велику висоту.
структура води
3. Сили зчеплення між молекулами води забезпечують її в'язкість. тому вода є змащує речовиною в біологічних системах. Наприклад, синовіальна рідина в суглобах хребетних.
4. Вода - хороший розчинник іонних (полярних), а також деяких неіонних сполук, в молекулах яких присутні заряджені (полярні) групи. Будь-які полярні сполуки у воді гидратируются (окружаются молекулами води), при цьому молекули води беруть участь в утворенні структури молекул органічних речовин. Якщо енергія тяжіння молекул води до молекул певної речовини більше, ніж енергія тяжіння між молекулами самої речовини, то речовина розчиняється в воді. По відношенню до води розрізняють: гідрофільні речовини (від грец. Гідросила - вода і філе - любити), добре розчинні у воді, і гідрофобниевещества (від грец. Гідросила і Фобос - страх), практично нерозчинні в воді.
Гідрофільні (А) і гідрофобні (Б) молекули
У молекулах гідрофільних речовин переважають полярні групи (ОН; С = О; -СООН; -NH2), які здатні встановлювати з молекулами води водневі зв'язки. Гідрофільними властивостями володіють солі, кислоти, луги, білки, вуглеводи.
Гідрофобні речовини мають неполярні молекули, які відштовхуються молекулами води. У воді не розчиняються жири, бензин, поліетилен та інші речовини.
Властивість води як розчинника має велике значення для живих організмів, так як більшість біохімічних реакцій може йти тільки у водному розчині. Крім того, в якості розчинника вода забезпечує як приплив речовин в клітку, так і видалення з неї продуктів життєдіяльності.
5. Рухливість молекул води пояснюється тим, що водневі зв'язки, що зв'язують сусідні молекули, слабкі, що і призводить до постійних сутичок її молекул в рідкій фазі. Молекулярна рухливість води дозволяє здійснюватися осмосу (дифузії, направленого руху молекул через напівпроникну мембрану в більш концентрований розчин), необхідного для поглинання і руху води в живих системах.
6. Серед найпоширеніших в природі рідин вода має найбільшу теплоємність, тому у неї висока температура кипіння (100 ° С) і низька температура замерзання (0 ° С). Подібні властивості води дозволили їй стати головною складовою внутрішньоклітинних і внутріорганізменних рідин. Правда, температура замерзання води трохи вище, ніж було б ідеально для життя, так як на Землі великі території мають температури нижче 0 ° С. Якщо кристали льоду утворюються в живому організмі, то вони можуть зруйнувати його тонкі внутрішні структури і викликати його загибель. У озимої пшениці, у ряду комах, у жаб в організмі є природні антифризи, що запобігають утворенню льоду в їх клітинах.
7. «Незвичайна» щільність і «поведінка» води поблизу точки замерзання призводять до того, що лід плаває на поверхні водойм, створюючи ізолюючий шар, який при низьких температурах захищає водних мешканців і водойму від повного промерзання.
8. Вода володіє великою питомою теплотою пароутворення, тому, випаровуючись, вода сприяє охолодженню тіла (при випаровуванні 1 г води тіло втрачає 2430 Дж енергії). Відомо, що за день важкої роботи людина втрачає до 10 л поту. Якби піт під час роботи не виділявся і не випаровувався, то організм «нагрівся» б до 100 ° С. Випаровування води з поверхні листя рослин в ході транспірації також сприяє охолодженню.
9. Вода є реагентом у багатьох хімічних реакціях. Наприклад, гідролітичні розщеплення білків, вуглеводів, жирів і т.д. Вода грає роль джерела кисню, що виділяється при фотосинтезі, і водню, який використовується для відновлення продуктів асиміляції вуглекислого газу.
10. Велика теплоємність і теплопровідність води сприяє рівномірному розподілу тепла в клітці і в організмі.
Таким чином, вода - найдивовижніша рідина на Землі, властивості якої перевершують будь-яку фантазію. Унікальні властивості води дозволяють їй виконувати не менше унікальні біологічні функції.
III. закріплення знань
Узагальнююча бесіда по ходу вивчення нового матеріалу.
Заповнення таблиці «Біологічні функції води».
Таблиця 3. Біологічні функції води
Обладнання: таблиці із загальної біології, схеми будови ліпідів і їх класифікація.
I. Перевірка знань
Робота за картками
Картка 1. Як ви думаєте, чим можна пояснити близькість по сольовому складу плазми наземних хребетних і морської води?
Картка 2. До чого може привести зміна сольового складу плазми крові?
Картка 3. Як впливає недолік будь-якого потрібного елемента в клітині і організмі на їх життєдіяльність? У чому це може проявитися? Наведіть приклади.
Картка 4. Чи вірно твердження: «Дигідрофосфат-іони здатні знизити рН клітини, перетворюючись в гідрофосфат-іони»?
Картка 5. Серед солей, утворених одновалентним катіоном і одновалентним аніоном, набагато більше розчинних у воді, ніж серед солей, утворених двовалентним катіоном і двовалентним аніоном. Як ви думаєте, чому?
Усна перевірка знань з питань
2. Біологічні функції катіонів.
3. Біологічні функції аніонів.
Перевірка заповнення таблиці 4 (див. Табл. 4а).
II. Вивчення нового матеріалу
1. Органічні речовини живої матерії
Вода з розчиненими в ній солями - необхідне середовище для хімічних процесів, з яких складається життя. Однак, саме життя - це всілякі перетворення безлічі різноманітних великих молекул, головним елементом в яких є вуглець.
Речовини, до складу яких входять атоми вуглецю, називаються органічними. Лише найпростіші углеродсодержащие з'єднання, на зразок оксиду вуглецю (IV) - CO2 або солей вугільної кислоти (NaHCO3; Na2 CO3), вважаються неорганічними. До неорганічних речовин відносяться і всі з'єднання, що не містять вуглецю, хоча багато хто з них присутні в клітці.
Унікальна роль вуглецю в хімії життя пов'язана з будовою його атомів. Один атом вуглецю здатний утворювати чотири ковалентні зв'язки, а велике число таких атомів може об'єднуватися в довгі ланцюги. Іноді кінці вуглецевих ланцюгів з'єднуються, так що виникають кільцеві структури.
Атоми вуглецю можуть утворювати зв'язку з атомами деяких інших елементів, зазвичай це Н, О, N, S. Вуглецеві ланцюги і кільця складають «скелети» органічних молекул.
вуглецевий скелет
Вуглець - єдиний елемент, здатний утворювати достатню кількість різного роду складних і стабільних сполук, щоб забезпечити різноманіття молекул, що виявляється у живих істот.
Нам вже відомо, що до органічних речовин живої матерії відносяться вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти, білки, а також АТФ та інші низькомолекулярні органічні сполуки. Почнемо характеризувати роль органічних речовин в «хімії» життя з жирів.
Ліпіди - велика група природних органічних речовин. Назва їх походить від грецького слова ліпосом - жир, так як вони включають жири (власне ліпіди) і жироподібні речовини (ліпоїдами). У кожній клітині тваринного або рослинного організму міститься цілком певну кількість ліпідів.
Тваринні жири містяться в молоці, м'ясі, підшкірній клітковині, у рослин - в насінні, плодах та інших органах. Рослинні жири називаються маслами.
Вільний жир можна умовно розділити на дві великі групи: протоплазматична (конституційний) і резервний.
Протоплазматична жир бере участь в побудові кожної клітини. Він входить до складу мембранних внутрішньоклітинних структур. Кількість протоплазматіческого жиру постійно і практично не змінюється ні за яких станах організму. Наприклад, у людини протоплазматична жир становить близько 25% всього жиру, що знаходиться в організмі.
Ненасичені - стеаринова (а), пальмітинова (б) і насичена - олеїнова (в) жирні кислоти
Резервний жир являє собою дуже зручну форму консервування енергії. Це пов'язано з тим, що калорійність жиру майже в два рази вище калорійності білків і вуглеводів. Кількість резервного жиру може змінюватися в залежності від різних умов (стать, вік, характер активності, режим харчування і т.д.). У людини депо жиру є підшкірна клітковина, сальник, приниркова капсула і ін.
Багаті жиром клітини мозку, сперми, яєчників - в них його кількість складає 7,5-30%.
В організмі поряд з вільним жиром є велика кількість жиру, пов'язаного з вуглеводами і білками.
3. Будова і властивості ліпідів
Схема будови жирів
Ліпіди - органічні сполуки з різною структурою, але загальними властивостями. За хімічною структурою жири є складні ефіри трехатомного спирту гліцерину і високомолекулярних жирних кислот.
R1, R2, R3 - це радикали жирних кислот. З них найчастіше зустрічаються пальмітинова [СН3- (СН2) 15-СООН], стеаринова [СН3- (СН2) 16-СООН], олеїнова [CH3- (CH2) 7-СН = СН- (СН2) 7-СООН] жирні кислоти.
Всі жирні кислоти діляться на дві групи: насичені, тобто що не містять подвійних зв'язків, і ненасичені, або ненасичені, що містять подвійні зв'язки.
З наведених вище формул видно, що до насичених кислот належать пальмітинова і стеаринова кислоти, а до ненасичених - олеїнова. Властивості жирів визначаються якісним складом жирних кислот і їх кількісним співвідношенням. Рослинні жири багаті ненасиченими жирними кислотами, вони є легкоплавкими - рідкими при кімнатній температурі. Тваринні жири при кімнатній температурі тверді, так як містять головним чином насичені жирні кислоти.
З формули жиру видно, що його молекула, з одного боку, містить залишок гліцерину - речовини, добре розчинної у воді, а з іншого - залишки жирних кислот, неполярні вуглеводневі ланцюжка яких у воді практично нерозчинні (атоми вуглецю і водню притягують електрони з приблизно рівною силою). Полярні ланцюга жирних кислот тому тяжіють до неполярних органічних речовин (хлороформ, ефір, масло). Завдяки цій особливості молекули ліпідів розташовуються на поверхні розділу між водою і неполярними органічними сполуками або між водою і повітрям фазою, орієнтуючись таким чином, щоб їх полярні частини були звернені до води.
Така орієнтація молекул ліпідів по відношенню до води відіграє дуже важливу роль. Найтонший шар цих речовин, що входить до складу клітинних мембран, перешкоджає змішуванню вмісту клітини або окремих її частин з навколишнім середовищем.
Таким чином, ліпіди - невеликі молекули з переважанням гідрофобних властивостей.
4. Класифікація ліпідів
У живих організмах зустрічаються різні ліпіди. За особливостями будови виділяють кілька груп ліпідів.
1. Прості ліпіди (жири, воску). Їх молекули складаються з жирних кислот в з'єднанні з гліцерином - жири або іншими одноатомними спиртами - воску. Воску утворюють захисну мастило на шкірі, шерсті і пір'ї, покривають листя і плоди вищих рослин, а також кутикулу зовнішнього скелета у багатьох комах. Ці речовини дуже гідрофобні.
2. Складні ліпіди - складаються з гліцерину, жирних кислот та інших компонентів. До цієї групи належать: фосфоліпіди (похідні ортофосфорної кислоти, входять до складу всіх клітинних мембран); гліколіпіди (містять залишки цукрів, їх багато в нервовій тканині); ліпопротеїди (комплекси ліпідів з білками).
3. Стероїди - невеликі гідрофобні молекули, які є похідними холестерину. До них відносяться багато важливих гормони (статеві гормони і гормони коркового шару надниркових залоз), терпени (ефірні масла, від яких залежить запах рослин), деякі пігменти (хлорофіл, білірубін), частина вітамінів (А, D, Е, К) і ін.