Обладнання: таблиці із загальної біології.
I. Перевірка знань
Усна перевірка знань з питань
1. Елементарний склад неживої і живої природи.
2. Характеристика біогенних речовин.
3. Молекулярний склад живої матерії.
II. Вивчення нового матеріалу
1. Типи зв'язків між атомами, які відіграють важливу роль в живих організмах
У більшості елементів (про це ви знаєте з курсу хімії) атоми нестабільні, т. К. Останній їх електронний шар заповнений не до кінця. Атоми з незаповненими зовнішніми електронними шарами здатні вступати в хімічні реакції, утворюючи зв'язку з іншими атомами. Реакції супроводжуються перегрупуванням електронів, в результаті якої зовнішня електронна оболонка у кожного атома виявляється заповненою, і атом стає більш стабільним.
В живих організмах важливу роль відіграють три типи хімічних зв'язків.
1. Іонна зв'язок, яка утворюється тоді, коли атом віддає іншому атому один з декількох електронів. (Наведіть приклади з курсу хімії.)
2. Ковалентний зв'язок, що утворюється при виникненні у двох атомів усуспільненої пари електронів - по одному електрону від кожного атома. (Наведіть приклади з курсу хімії.)
3. Воднева зв'язок, в освіті якій бере участь водневий атом, з'єднаний з яким-небудь іншим атомом ковалентного полярної зв'язком (зазвичай з атомами кисню або азоту). У складі полярної молекули водень несе частково позитивний заряд. Цей заряд притягається третім атомом (як правило, кисню або азоту), що несе частково негативний заряд в складі іншої полярної молекули. Таке тяжіння і називають водневим зв'язком.
У порівнянні з іонним або ковалентним зв'язком одиночна воднева зв'язок - слабка. Вона легко рветься, але безліч таких зв'язків здатне породити силу, на якій в прямому сенсі і «тримається» все живе. Сенс цієї фрази вам стане остаточно ясний дещо пізніше.
Вода - одне з найпоширеніших речовин на Землі, вона покриває велику частину земної поверхні і входить до складу всіх живих організмів.
Вода становить майже 80% маси клітини (в головному мозку - 85%, в клітинах зародка - 90%). Дві третини маси людини становить вода. Людина може прожити без води не більше 14 днів. Втрата організмом 20% води може привести до смерті. Однак, не всі клітини організмів містять однакову кількість води. Так, в клітинах емалі зубів води близько 10%, так само трохи її в клітинах покояться насіння. У клітинах молодого організму води - близько 80%, а в клітинах старого - тільки 60%. Наведені дані дозволяють зробити висновок: чим більше води в клітці, тим інтенсивніше в ній йдуть обмінні процеси.
3. Структура і властивості молекули води
Унікальні властивості води пояснюються структурою її молекул і визначають її біологічні функції. З курсу хімії відомо, що формула молекули води Н2О. Вона складається з двох атомів водню і одного атома кисню і при цьому електронейтральна. Але електричний заряд всередині молекули розподілений нерівномірно: в області атомів водню (точніше протонів) переважає позитивний заряд, в області, де розташований кисень, вище щільність негативного заряду. Отже, частка води - диполь.
Внаслідок того, що електронні хмари атомів водню в молекулі води відтягнуті до атому кисню, ядра водневих атомів здатні взаємодіяти з неподіленими парами електронів атомів кисню сусідніх молекул води, т. Е. Між молекулами води утворюються водневі зв'язку. Кожна молекула води має два атома водню і дві неподіленого пари електронів, значить вона може утворювати водневі зв'язки з чотирма сусідніми молекулами води.
Таким чином молекули води з'єднуються в подвоєні, потроєння і так далі асоційовані молекули (гідрати). У підсумку, в рідкому стані вода складається з окремих молекул і ассоціантов типу (Н2О) х. Здатність молекул води до утворення водневих зв'язків один з одним істотно впливає на фізичні властивості цієї речовини. Велика теплоємність, теплота плавлення і теплота пароутворення води пояснюються тим, що велика частина поглинається тепла витрачається на розрив водневих зв'язків між молекулами.
Вода має високу теплопровідність. Вона практично не стискається і прозора в видимій ділянці спектра. Нарешті, вода - речовина, щільність якого в рідкому стані більше, ніж в твердому (при 4 ° С вода має максимальну щільність, у льоду щільність менше, тому він піднімається на поверхню).
Фізичні та хімічні властивості роблять воду унікальною рідиною і визначають її біологічне значення.
4. Біологічне значення води
Роль води до клітинах і в організмах велика. Розглянемо її біологічні функції, виходячи з фізичних і хімічних властивостей цього унікального речовини.
1. Вода здатна до когезії. т. е. до зчеплення своїх молекул під дією сил тяжіння. Вода здатна злипатися сама з собою і з іншими речовинами (можна, наприклад, воду налити в склянку «з верхом» і вона не проллється). Це можливо завдяки поверхневому натягу води, через який її поверхню як би покрита «шкіркою». Ці фізичні особливості води дозволяють їй виконувати важливу біологічну функцію - визначення фізичних властивостей клітини: її обсягу і пружності (тургесцентност'). У круглих хробаків вода порожнинної рідини відіграє роль гідростатичного скелета, виконуючи опорну функцію.
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 в водегідратіруются (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».