§ 6. Химические связи решают всё

Вопрос 1. Что вас удивило? (Что каждый подразумевает под словом «химия»?) Сформулируйте главный вопрос урока.

В понимании бабушки, химия – это синтетически созданные вещества. Ученица понимает, что все вещества состоят химические элементов. А мама, как и бабушка, разграничивает все вещества на две группы: химия (синтетические вещества) и природные вещества.

В чём состоят химические особенности веществ и реакций, лежащих в основе биологических структур и процессов?

Как «инструкции» ДНК регулируют жизнедеятельность клетки?

Вопрос 2. Какие химические элементы составляют основу органических веществ? (8 класс)

Макроэлементы. Живые организмы более чем на 98 % состоят из четырех химических элементов: кислорода (О), углерода (С), водорода (Н) и азота (N). Водород и кислород — составные элементы воды. Наряду с углеродом и азотом эти элементы являются основными составляющими органических соединений живых организмов.

В состав молекул многих органических веществ также входят сера (S) и фосфор (Р). Кроме того, к макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), магний (Mg), кальций (Са), хлор (Сl) и др.

Микроэлементы. К этой группе относятся некоторые металлы, например, железо (Fe), цинк (Zn), медь (Сu), марганец (Мn), кобальт (Со), молибден (Мо), а также неметаллы фтор (F), йод (I) и др.

Чем органические вещества отличаются от неорганических?

Органические и неорганические вещества отличаются лишь некоторыми особенностями.

Большинство неорганических веществ имеет немолекулярное строение, поэтому они обладают высокими температурами плавления и кипения. Неорганические вещества не содержат углерода. К неорганическим веществам относятся: металлы (Ca, K, Na и др.), неметаллы, благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe и др.), амфотерные простые вещеcтва (Fe, Al, Mn и др.), оксиды (различные соединения с кислородом), гидроксиды, соли и бинарные соединения.

К неорганическим веществам относится вода. Она является универсальным растворителем и имеет высокие теплоёмкость и теплопроводность. Вода – это источник кислорода и водорода; основная среда для протекания биохимических и химических реакций.

Органические вещества, как правило, молекулярного строения, имеют низкие температуры плавления, легко разлагаются при нагревании. В состав молекул всех органических веществ входит углерод (за исключением карбидов, карбонатов, оксидов углерода, углеродосодержащих газов и цианидов). Уникальное свойство углерода образовывать цепочки из атомов даёт возможность образовывать огромное количество уникальных соединений. Науке известно уже более 10 миллионов органических соединений.

Большинство основных классов органических веществ биологического происхождения. К ним относятся белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды. Эти соединения кроме углерода содержат водород, азот, кислород, серу и фосфор.

Какие основные классы органических веществ вам знакомы?

Основные классы органических соединений биологического происхождения — белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты.

Почему содержание воды в живых организмах очень велико?

Потому что вода является универсальной средой биохимических процессов в организме, значительная часть органических и неорганических соединений в которой находится в состоянии истинных или коллоидных растворов. Вода является растворителем разнообразнейших органических и неорганических веществ в организме. (кровь, лимфа, спинномозговая жидкость у высокоорганизованных животных, соки).

Вопрос 3. Какую роль в жизни клетки играют водородные связи?

Водородные связи обеспечивают соединение большого числа молекул воды (образуют единую пространственную решётку, котрая за счёт слабости связей подвижна). При нагревании воды значительная часть энергии расходуется на разрыв водородных связей, что и определяет ее высокую теплоемкость, взаимодействие с полярными и неполярными молекулами.

Вопрос 4. Какие основные функции выполняют простые и сложные углеводы?

Простые углеводы. Моносахариды (глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза) выполняют энергетическую функцию. Например, рибоза входит в состав структурных блоков более сложных макромолекул АТФ, ДНК, РНК. Дисахариды (сахароза, мальтоза (солодовый сахар)) – компоненты ДНК, РНК, АТФ.

Сложные углеводы. Полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза) – функция запасания питательных веществ и строительная – оболочка растительной клетки.

Вопрос 5. Какие элементы строения ДНК и РНК позволяют им кодировать информацию?

Строительными блоками (мономерами) для больших, а часто и огромных молекул нуклеиновых кислот служат нуклеотиды. Функциональная группа нуклеотида – азотистое основание. Главная его функция – не просто химическая, а информационная. В состав каждого нуклеотида ДНК входит одно из четырёх оснований: Аденин, Гуанин, Цитозин или Тимин. В состав РНК входят те же три первых основания, а вместо тимина – Урацил.

Вопрос 6. Чем обеспечивается способность молекулы белка к самосборке из полипептидной цепи?

Своей формой и способностью трансформироваться белковые молекулы во многом обязаны уже упомянутым водородным связям. Химические свойства макромолекул обусловлены свойствами активных центров на их поверхности. Они проявляются только в отношении молекул определённой формы. Остальная часть массы белковой молекулы химически нейтральна и предназначена для регуляции течения реакции.

Вопрос 7. Почему липиды в воде самоорганизуются в плёнку из двойного слоя молекул?

При соприкосновении с водой все молекулы поворачиваются к ней гидрофильным концом и образуют тонкую плёнку. Если такую плёнку погрузить под воду, она становится двухслойной: молекулы в ней обращены друг к другу гидрофобным полюсом, а к воде – гидрофильным.

Вопрос 8. Сравните структуру белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Найдите черты сходства и различия.

Сходства. В их состав входит углерод (органические соединения). Органические соединения большей частью построены ковалентно. Атомы углерода соединяясь друг с другом, образуют цепи больших и сложных органических молекул.

Отличия. Органические вещества имеют разную пространственную структуру. Углерод легко образует ковалентные связи с другими биогенными элементами (обычно с Н, N, Р, О и S), которые входят в состав органических веществ - жиров, белков, углеводов.

Вопрос 9. Докажите, что обе нити ДНК несут равноценную однозначную информацию.

Азотистые основания различаются числом возможных водородных связей и размером. Поэтому друг против друга в этой «лесенке» могут разместиться только комплементарные (взаимно дополняющие) пары А=Т и Г=Ц. Последовательность оснований в одной из цепочек образует наследственный код, а другая цепочка предохраняет код от считывания. При транскрипции молекула РНК собирается на любом «расстёгнутом» участке ДНК путём подстановки комплементарных нуклеотидов.

Вопрос 10. Определите состав пищевых продуктов, которые вы потребляете (анализ этикеток).

Например, состав овсяного печенья «Фантазия» и т. д.

Вопрос 11. МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Приготовьте три пробирки и поместите в первую немного песка, во вторую – кусочек сырого картофеля, а в третью – варёного картофеля (можно также использовать кусочки сырого и варёного мяса). Капните в каждую пробирку немного 3%-ного раствора пероксида водорода. Понаблюдайте, что будет происходить в них.

В каких пробирках проявилась активность ферментов?

Активность проявилась в пробирках 2 и 4, т. к. в них были сырые продукты, содержащие белки. А в остальных пробирках были продукты с разрушенным в процессе варки белком и реакция не проявилась. Поэтому организмом лучше усваиваются продукты, содержащие белок.

В данном случае проявлеется действие фермента каталазы.

Как проявилась активность в живых и мёртвых тканях?

В мертвых тканях активность ферментов отсутствует, т.к. белок в них был разрушен при варке. А в живых тканях при взаимодействии с перекисью водорода выделялся кислород, а белок расщепляясь до первичной структуры превращался в пену.