Данный видеоурок посвящен теме «Клетка: строение, химический состав и жизнедеятельность». Наука, изучающая клетку, называется цитология. На этом занятии мы обсудим строение самой маленькой структурной единицы нашего организма, узнаем ее химический состав и рассмотрим, как осуществляется ее жизнедеятельность.

Тема: Общий обзор организма человека

Урок: Клетка: строение, химический состав и жизнедеятельность

Организм человека - это огромное многоклеточное государство. Клетка - структурная единица как растительных, так животных организмов. Наука, изучающая клетки, называется .

По форме, строению и функциям клетки чрезвычайно разнообразны, но все они имеют общую структуру. А вот форма, размеры, и особенности зависят от выполняемой органом функции.

Впервые о существовании клеток сообщил в 1665 г. выдающийся английский физик, математик и микроскопист Роберт Гук.

Рис. 1.

После открытия Гука клетки обнаруживали под микроскопом у всевозможных видов животных и растений. И все они имели общий план строения. Но в световой микроскоп можно было увидеть лишь цитоплазму и ядро. Появление электронного микроскопа позволило ученым не только увидеть другие, но и рассмотреть их ультраструктуру.

1. Колесов Д.В., Маш Р.Д., Беляев И.Н. Биология 8 М.:Дрофа - с. 32, задания и вопрос 2, 3, 5.

2. Какие существуют основные части клетки?

3. Расскажите о клеточных органеллах.

4. Подготовьте сообщение об истории открытия микроскопа.

Химические вещества в клетке, особенно их состав, с точки зрения химии разделяют на макро- и микроэлементы. Однако существует еще и группа ультрамикроэлементов, в которую входят химические элементы, процентное соотношение которых составляет 0,0000001%.

Одних химических соединений в клетке больше, других меньше. Однако все основные элементы клетки относятся к группе макроэлентов. Приставка макро- означает много.

Живой организм на атомном уровне не отличается от предметов неживой природы. Он состоит из тех же атомов, что и неживые предметы. Однако количество химических элементов в живом организме, особенно тех, что обеспечивают основные жизненные процессы, намного больше в процентном соотношении.

Химические вещества клетки

Белки

Основными веществами клетки являются белки. Они занимают 50% массы клетки. Белки выполняют множество различных функций в организме живых существ, также белками являются многие другие по своему подобию и функциями вещества.

По своему химическому строению белки – это биополимеры, которые состоят из аминокислот, соединенных пептидными связями. Хочется отметить, что состав белков в основном занимают остатки аминокислот.

Для химического состава белков характерно постоянное среднее количество азота – примерно 16%. Хочется отметить, что под воздействием специфических ферментов, а также в процессе нагревания с кислотами белки поддаются гидролизу. Это одна из главных их особенность.

Углеводы

Углеводы распространены в природе очень широко и отыграют очень важную роль в жизнедеятельности растений и животных. Они берут участие в разных процессах обмена веществ в организме и являются компонентами многих природных соединений.

В зависимости от содержания, структуры и физико-химических свойств, углеводы поделены на две группы: простые – это моносахариды и сложные – продукты конденсации моносахаридов. Среди сложных углеводов также есть две группы: олигосахариды (количество моносахаридных остатков составляет от двух до десяти) и полисахариды (количество моносахаридных остатков составляет более десяти).

Липиды

Липиды – это основной источник энергии для организмов. В составе живых организмов липиды выполняют минимум три главных функции: они являются основными структурными компонентами мембран, являются распространенным энергетическим резервом, а также играют защитную роль в составе покрова животных, растений и микроорганизмов.

Химические вещества в клетке, которые относятся к классу липидов, обладают особенным свойством – они не растворимы в воде и малорастворимые в органических растворителях.

Нуклеиновые кислоты

В составе клеток живых организмов обнаружено два вида жизненно важных нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Нуклеиновые кислоты – это сложные соединения, которые имеют в составе азот.

В случае полного гидролиза нуклеиновые кислоты расщепляются на более мелкие соединения, а именно на: азотистые основания, углеводы и фосфатную кислоту. В случае неполного гидролиза нуклеиновых кислот создаются нуклеозиды и нуклеотиды. Главная функция нуклеиновых кислот – хранение генетической информации и транспорт биологически активных веществ.

Группа макроэлементов – основной источник жизни клетки

К группе макроэлементов относятся такие основные химические элементы как кислород, углерод, водород, азот, калий, фосфор, сера, магний, натрий, кальций, хлор и другие. Многие из них, например, фосфор, азот, сера входят в состав разных соединений, которые отвечают за жизненные процессы клеток организма. Каждый из этих элементов имеет свою функцию, без которой существование клетки было б невозможным.

• Кислород, например, входит практически во все органические вещества и соединения клетки. Для многих, особенно аэробных организмов, кислород выполняет функцию окислителя, что в процессе их дыхания обеспечивает клетки этого организма энергией. Самое большое количество кислорода в живых организмах находится в составе молекул воды.
• Углерод тоже входит в состав многих соединений клетки. Атомы углерода в молекуле СаСО3 составляют основу скелета живых организмов. Более того, углерод регулирует клеточные функции и играет важную роль в процессе фотосинтеза растений.
• Водород находится в клетке в молекулах воды. Его главная роль в структуре клетки заключается в том, что много микроскопических бактерий окисляют водород для того, чтобы получать энергию.
• Азот – один из главных составляющих клетки. Его атомы входят в состав нуклеиновых кислот, многих белков и аминокислот. Азот участвует в процессе регуляции кровяного давления в виде N О и выводится из живого организма в составе мочи.

Не менее важное значение для жизни организмов имеют и сера с фосфором. Первая содержится в составе многих аминокислот, поэтому и в белках. А фосфор составляет основу АТФ – основного и самого большого источника энергии живого организма. Более того, фосфор в виде минеральных солей содержится в зубной и костной тканях.

Важное значение в составе клетки организма имеют кальций и магний. Кальций свертывает кровь, поэтому он жизненно необходим живым существам. Также он регулирует много внутриклеточных процессов. Магний участвует в создании ДНК в организме, более того, он является кофактором многих ферментов.

Нужны клетке и такие макроэлементы как натрий с калием. Натрий поддерживает мембранный потенциал клетки, а калий необходим для нервного импульса и нормальной работы сердечных мышц.

Значение микроэлементов для живого организма

Все основные вещества клетки состоят не только из макроэлементов, но еще и из микроэлементов. Сюда относятся цинк, селен, йод, медь и другие. В клетке в составе основных веществ они находятся в мизерных количествах, однако играют важнейшую роль в процессах организма. Селен, например, регулирует много основных процессов, медь является одним из составляющих компонентов многих ферментов, а цинк является главным элементом в составе инсулина – основного гормона поджелудочной железы.

Химический состав клетки — видео

Из курса ботаники и зоологии вы знаете, что тела растений и животных построены из клеток. Организм человека тоже состоит из клеток. Благодаря клеточному строению организма возможны его рост, размножение, восстановление органов и тканей и другие формы деятельности.

Форма и размеры клеток зависят от выполняемой органом функции. Основным прибором для изучения строения клетки является микроскоп. Световой микроскоп позволяет рассматривать клетку при увеличении примерно до трех тысяч раз; электронный микроскоп, в котором вместо света используется поток электронов, - в сотни тысяч раз. Изучением строения и функций клеток занимается цитология (от греч. «цитос» - клетка).

Строение клетки. Каждая клетка состоит из цитоплазмы и ядра, а снаружи она покрыта мембраной, разграничивающей одну клетку от соседних. Пространство между мембранами соседних клеток заполнено жидким межклеточным веществом. Главная функция мембраны состоит в том, что через нее движутся различные вещества из клетки в клетку и таким образом осуществляется обмен веществ между клетками и межклеточным веществом.

Цитоплазма - вязкое полужидкое вещество. Цитоплазма содержит ряд мельчайших структур клетки - органоидов, которые выполняют различные функции. Рассмотрим самые важные из органоидов: митохондрии, сеть канальцев, рибосомы, клеточный центр, ядро.

Митохондрии - короткие утолщенные тельца с внутренними перегородками. В них образуется вещество, богатое энергией, необходимой для процессов, происходящих в клетке АТФ. Замечено, что чем активнее работает клетка, тем больше в ней митохондрий.

Сеть канальцев пронизывает всю цитоплазму. По этим канальцам происходит передвижение веществ и устанавливается связь между органоидами.

Рибосомы - плотные тельца, содержащие белок и рибонуклеиновую кислоту. Они являются местом образования белков.

Клеточный центр образован тельцами, которые участвуют в делении клетки. Они расположены возле ядра.

Ядро - это тельце, которое является обязательной составной частью клетки. Во время клеточного деления строение ядра меняется. Когда деление клетки заканчивается, ядро возвращается к прежнему состоянию. В ядре есть особое вещество - хроматин, из которого перед делением клетки образуются нитевидные тельца - хромосомы. Для клеток характерно постоянное количество хромосом определенной формы. В клетках тела человека содержится по 46 хромосом, а в половых клетках по 23.

Химический состав клетки. Клетки организма человека состоят из разнообразных химических соединений неорганической и органической природы. К неорганическим веществам клетки относятся вода и соли. Вода составляет до 80% массы клетки. Она растворяет вещества, участвующие в химических реакциях: переносит питательные вещества, выводит из клетки отработанные и вредные соединения. Минеральные соли - хлорид натрия, хлорид калия и др. - играют важную роль в распределении воды между клетками и межклеточным веществом. Отдельные химические элементы, такие, как кислород, водород, азот, сера, железо, магний, цинк, иод, фосфор, участвуют в создании жизненно важных органических соединений. Органические соединения образуют до 20-30% массы каждой клетки. Среди органических соединений наибольшее значение имеют углеводы, жиры, белки и нуклеиновые кислоты.

Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. К углеводам относятся глюкоза, животный крахмал - гликоген. Многие углеводы хорошо растворимы в воде и являются основными источниками энергии для осуществления всех жизненных процессов. При распаде 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии.

Жиры образованы теми же химическими элементами, что и углеводы. Жиры нерастворимы в воде. Они входят в состав клеточных мембран. Жиры также служат запасным источником энергии в организме. При полном расщеплении 1 г жира освобождается 38,9 кДж энергии.

Белки являются основными веществами клетки. Белки - самые сложные из встречающихся в природе органических веществ, хотя и состоят из относительно небольшого числа химических элементов - углерода, водорода, кислорода, азота, серы. Очень часто в состав белка входит фосфор. Молекула белка имеет большие размеры и представляет собой цепь, состоящую из десятков и сотен более простых соединений - 20 видов аминокислот.

Белки служат главным строительным материалом. Они участвуют в формировании мембран клетки, ядра, цитоплазмы, органоидов. Многие белки выполняют роль ускорителей течения химических реакций - ферментов. Биохимические процессы могут происходить в клетке только в присутствии особых ферментов, которые ускоряют химические превращения веществ в сотни миллионов раз.

Белки имеют разнообразное строение. Только в одной клетке насчитывается до 1000 разных белков.

При распаде белков в организме освобождается примерно такое же количество энергии, как и при расщеплении углеводов – 17,6 кДж на 1 г.

Нуклеиновые кислоты образуются в клеточном ядре. С этим связано их название (от лат. «нуклеус» - ядро). Они состоят из углерода, кислорода, водорода и азота и фосфора. Нуклеиновые кислоты бывают двух типов - дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). ДНК находятся в основном в хромосомах клеток. ДНК определяет состав белков клетки и передачу наследственных признаков и свойств от родителей к потомству. Функции РНК связаны с образованием характерных для этой клетки белков.

Основные термины и понятия:

УРОК №7 «Клетка, строение, химический состав»

Задачи:

1. Показать единство органического мира, проявляющееся в клеточном строении.

2. Раскрыть строение и функцию клеточных органоидов.

3. Определить химический состав клеток.

4. Ввести понятия об обмене веществ, ферментах, клеточном гомеостазе, раздражимости и возбудимости, составляющих основу жизнедеятельности клетки.

5. Сравнить животные и растительные клетки.

6. Разъяснить понятия «внешняя» и «внутренняя среда организма».

I . Проверка знаний.

1. Показать различия между понятиями «часть тела» и «орган».

2. Рассказать об уровнях организации организма человека.

II. Новый материал

1. Строение клетки

Клетка – элементарная живя система, основная структурная и функциональная единица организма, способная к самообновлению, саморегуляции, самовоспроизведению.

Структура	Схема			Особенности строения	Функции
Мембрана				Билипидный слой + 2 белковых	Обмен в-в между клетками, защита
Цитоплазма				Вязкое вещество	Транспорт пит. в-в, форма клетки
				Ограничено ядерной об-кой, ДНК	Передача насл. информации, регуляция жизнедеятельности клетки
Клеточный центр					Деление клетки
				Сеть канальцев	Синтез и транспорт питательных в-в
Рибосомы				Белок + РНК	Синтез белка
Лизосомы				Внутри - ферменты	Расщепление белков, жиров, у/в
Митохондрии					Образование Е (АТФ)
Комплекс Гольджи					Образование лизосом

2. Химический состав клетки

Химический состав

Органические вещества

Белки (10-20%)

углеводы (1-2%)

Неорганические вещества

вода (70-85%)

мин. соли (1%)

Н2О - универсальный растворитель. Все химические реакции идут в растворах.

транспорт питательных веществ и выделение вредных веществ.

регуляция температуры тела.

Функции органических веществ:

Белки:

строительная

ферментативная

двигательная

защитная

транспортная

энергетическая

Жиры:

строительная

защитная

энергетическая

терморегуляторная

Углеводы:

строительная

энергетическая

защитная

НК:

хранение и передача наследственной информации

участие в биосинтезе белков

АТФ: запас Е

3. Жизненные свойства клетки:

б

Обмен веществ

иосинтез

размножение

возбудимость

выделение

4. Размножение клеток:

Хромосома - носитель наследственной информации, передающейся от родителей потомству.

5. Внутренняя среда организма:

III. Закрепление

Ответы на вопросы под символом «?» и вопрос №1 под символом «!» в конце параграфа 7.

IV . Д/з параграф 7, заполнить таблицу «Функции различных органоидов и частей клетки»

Видеоурок 2: Строение, свойства и функции органических соединений Понятие о биополимерах

Лекция: Химический состав клетки. Макро- и микроэлементы. Взаимосвязь строения и функций неорганических и органических веществ

Химический состав клетки

Обнаружено, что в клетках живых организмов постоянно содержатся в виде нерастворимых соединений и ионов около 80 химических элементов. Все они подразделяются на 2 большие группы по своей концентрации:

макроэлементы, содержание которых не ниже 0,01%;

микроэлементы – концентрация, которых составляет меньше 0,01%.

В любой клетке содержание микроэлементов составляет менее 1%, макроэлементов соответственно -- больше 99%.

Макроэлементы:

Натрий, калий и хлор – обеспечивают многие биологические процессы – тургор (внутреннее клеточное давление), появление нервных электрических импульсов.

Азот, кислород, водород, углерод. Это основные компоненты клетки.

Фосфор и сера – важные компоненты пептидов (белков) и нуклеиновых кислот.

Кальций – основа любых скелетных образований – зубов, костей, раковин, клеточных стенок. Также, участвует в сокращении мышц и свертывании крови.

Магний – компонент хлорофилла. Участвует в синтезе белков.

Железо – компонент гемоглобина, участвует в фотосинтезе, определяет работоспособность ферментов.

Микроэлементы содержатся в очень низких концентрациях, важны для физиологических процессов:

Цинк – компонент инсулина;

Медь – участвует в фотосинтезе и дыхании;

Кобальт – компонент витамина В12;

Йод – участвует в регуляции обмена веществ. Он является важным компонентом гормонов щитовидной железы;

Фтор – компонент зубной эмали.

Нарушение баланса концентрации микро и макроэлементов приводит к нарушениям метаболизма, развитию хронических болезней. Недостаток кальция – причина рахита, железа – анемия, азота – дефицит протеинов, йода – снижение интенсивности метаболитических процессов.

Расмотрим связь органических и неорганических веществ в клетке, их строение и функции.

В клетках содержится огромное количество микро и макромолекул, относящихся к разным химическим классам.

Неорганические вещества клетки

Вода . От общей массы живого организма она составляет наибольший процент – 50-90% и принимает участие практически во всех процессах жизнедеятельности:

терморегуляции;

капиллярных процессах, так как является универсальным полярным растворителем, влияет на свойства межтканевой жидкости, интенсивности обмена веществ. По отношению к воде все химические соединения делятся на гидрофильные (растворимые) и липофильные (растворимые в жирах).

От концентрации ее в клетке зависит интенсивность обмена веществ – чем больше воды, тем быстрее происходят процессы. Потеря 12% воды человеческим организмом – требует восстановления под наблюдением врача, при потере 20% – наступает смерть.

Минеральные соли. Содержатся в живых системах в растворенном виде (диссоциировав на ионы) и нерастворенном. Растворенные соли участвуют в:

переносе веществ сквозь мембрану. Катионы металлов обеспечивают «калиево-натриевый насос», изменяя осмотическое давление клетки. Из-за этого вода с растворенными в ней веществами устремляется в клетку либо покидает ее, унося ненужные;

формировании нервных импульсов, имеющих электрохимическую природу;

сокращении мышц;

свертывании крови;

входят в состав белков;

фосфат-ион – компонент нуклеиновых кислот и АТФ;

карбонат-ион – поддерживает Ph в цитоплазме.

Нерастворимые соли в виде цельных молекул образуют структуры панцирей, раковин, костей, зубов.

Органические вещества клетки

Общая черта органических веществ – наличие углеродной скелетной цепи. Это биополимеры и небольшие молекулы простой структуры.

Основные классы, имеющиеся в живых организмах:

Углеводы . В клетках присутствуют различные их виды -- простые сахара и нерастворимые полимеры (целлюлоза). В процентном отношении доля их в сухом веществе растений -- до 80%, животных – 20%. Они играют важную роль в жизнеобеспечении клеток:

Фруктоза и глюкоза (моносахара) – быстро усваиваются организмом, включаются в метаболизм, являются источником энергии.

Рибоза и дезоксирибоза (моносахара) – один из трех основных компонентов состава ДНК и РНК.

Лактоза (относится к дисахарам) – синтезируется животным организмом, входит в состав молока млекопитающих.

Сахароза (дисахарид) – источник энергии, образуется в растениях.

Мальтоза (дисахарид) – обеспечивает прорастание семян.

Также, простые сахара выполняют и другие функции: сигнальную, защитную, транспортную.
Полимерные углеводы – это растворимый в воде гликоген, а также нерастворимые целлюлоза, хитин, крахмал. Они играют важную роль в метаболизме, осуществляют структурную, запасающую, защитную функции.

Липиды или жиры. Они нерастворимы в воде, но хорошо смешиваются между собой и растворяются в неполярных жидкостях (не имеющих в составе кислород, например – керосин или циклические углеводороды относятся к неполярным растворителям). Липиды необходимы в организме для обеспечения его энергией – при их окислении образуется энергия и вода. Жиры очень энергоэффективны – с помощью выделяющихся при окислении 39 кДж на грамм можно поднять груз весом в 4 тонны на высоту в 1 м. Также, жир обеспечивает защитную и теплоизоляционную функцию – у животных толстый его слой способствует сохранению тепла в холодный сезон. Жироподобные вещества предохраняют от намокания перья водоплавающих птиц, обеспечивают здоровый лоснящийся вид и упругость шерсти животных, выполняют покровную функцию у листьев растений. Некоторые гормоны имеют липиднуюструктуру. Жиры входят в основу структуры мембран.

Белки или протеины являются гетерополимерами биогенной структуры. Они состоят из аминокислот, структурными единицами которых являются: аминогруппа, радикал, и карбоксильная группа. Свойства аминокислот и их отличия друг от друга определяют радикалы. За счет амфотерных свойств – могут образовывать между собой связи. Белок может состоять из нескольких или сотен аминокислот. Всего в структуру белков входят 20 аминокислот, их комбинации определяют разнообразие форм и свойств протеинов. Около десятка аминокислот относятся к незаменимым – они не синтезируются в животном организме и их поступление обеспечивается за счет растительной пищи. В ЖКТ белки расщепляются на отдельные мономеры, используемые для синтеза собственных белков.

Структурные особенности белков:

первичная структура – аминокислотная цепочка;

вторичная – скрученная в спираль цепочка, где образуются между витками водородные связи;

третичная – спираль или несколько их, свернутые в глобулу и соединенные слабыми связями;

четвертичная существует не у всех белков. Это несколько глобул, соединенных нековалентными связями.

Прочность структур может нарушаться, а затем восстанавливаться, при этом белок временно теряет свои характерные свойства и биологическую активность. Необратимым является только разрушение первичной структуры.

Белки выполняют в клетке множество функций:

ускорение химических реакций (ферментативная или каталитическая функция, причем каждый из них отвечает за конкретную единственную реакцию);
транспортная – перенос ионов, кислорода, жирных кислот сквозь клеточные мембраны;

защитная – такие белки крови как фибрин и фибриноген, присутствуют в плазме крови в неактивном виде,в месте ранений под действием кислорода образуют тромбы. Антитела -- обеспечивают иммунитет.

структурная – пептиды входят частично или являются основой клеточных мембран, сухожилий и других соединительных тканей, волос, шерсти, копыт и ногтей, крыльев и внешних покровов. Актин и миозин обеспечивают сократительную активность мышц;

регуляторная – белки-гормоны обеспечивают гуморальную регуляцию;
энергетическая – во время отсутствия питательных веществ организм начинает расщеплять собственные белки, нарушая процесс собственной жизнедеятельности. Именно поэтому после длительного голода организм не всегда может восстановиться без врачебной помощи.

Нуклеиновые кислоты. Их существует 2 – ДНК и РНК. РНК бывает нескольких видов – информационная, транспортная, рибосомная. Открыты щвейцарцем Ф. Фишером в конце 19-го века.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота. Содержится в ядре, пластидах и митохондриях. Структурно является линейным полимером, образующим двойную спираль из комплементарных цепочек нуклеотидов. Представление о ее пространственной структуре было создано в в 1953 г американцами Д. Уотсоном и Ф. Криком.

Мономерные ее единицы --нуклеотиды, имеющие принципиально общую структуру из:

фосфат-группы;

дезоксирибозы;

азотистого основания (принадлежащие к группе пуриновых – аденин, гуанин, пиримидиновых – тимин и цитозин.)

В структуре полимерной молекулы нуклеотиды объединены попарно и комплементарно, что обусловлено разным количеством водородных связей: аденин+тимин – две, гуанин+цитозин – водородных связей три.

Порядок расположения нуклеотидов кодирует структурные последовательности аминокислот белковых молекул. Мутацией называются изменения порядка нуклеотидов, так как будут кодироваться белковые молекулы другой структуры.

РНК – рибонуклеиновая кислота. Структурными особенностями ее отличия от ДНК являются:

вместо тиминового нуклеотида – урациловый;

рибоза вместо дезоксирибозы.

Транспортная РНК – это полимерная цепочка, которая в плоскости свернута в виде листочка клевера, основной ее функцией является доставка аминокислоты к рибосомам.

Матричная (информационная) РНК постоянно образуется в ядре, комплементарно какому-либо участку ДНК. Это -- структурная матрица, на основе ее строения на рибосоме будет собираться белковая молекула. От всего содержания молекул РНК этот тип составляет 5%.

Рибосомная – отвечает за процесс составления молекулы белка. Синтезируется на ядрышке. Ее в клетке 85%.

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота. Это нуклеотид, содержащий:

3 остатка фосфорной кислоты;

В результате каскадных химических процессов дыхания синтезируется в митохондриях. Основная функция – энергетическая, одна химическая связь в ней содержит почти столько же энергии, сколько получается при окислении 1 г жира.