Конспекти уроків

Урок №      Тема «Поняття про біологічні макромолекули - біополімери»
Мета. Розширити знання учнів про біополімери; ознайомити із будовою, властивостями та функціями амінокислот та нуклеотидів як мономерів складних органічних сполук.
Розвивати уміння порівнювати органічні сполуки та їхнє значення у життєдіяльності організмів, уміння спостерігати, співставляти та робити відповідні висновки. Виховувати бережливе ставлення до живих організмів планети.
Хід уроку
І. Організаційний етап
ІІ. Актуалізація опорних знань
Які особливості вуглеводів?
Які функції вони виконують в живих організмах?
Які ліпіди за походженням вам відомі? Назвіть їх властивості.
Назвіть роль ліпідів у живих організмах.
ІІІ. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності учнів.
Повідомити тему, мету та завдання уроку.
Поміркувати над словами Й.Гете «Щоб освоїти безконечне, треба розєднати, а потім сполучити».
ІV. Сприймання та засвоювання учнями нового матеріалу.
План
 1. Ознайомити з основними органічними молекулами, що входять до складу живих організмів, виявити спільні ознаки цих речовин
2. Формувати знання про особливості будови органічних речових
3. Ознайомити з поняттями «мономери», «полімери», «біополімери»; розкрити особливості їхньої будови; формувати уявлення про найбільш поширені біополімери; формувати знання про основні джерела органічних речових, значення різних продуктів харчування в раціоні людини
Особливості будови органічних речовин
Молекули органічних речовин відрізняються від молекул неорганічних речовин і між собою особливостями будови.
Особливості будови молекул органічних речовин
Містять ланцюжки атомів Карбону, до яких приєднуються атоми Гідрогену та інших елементів. Ці ланцюжки часто називають «скелетом» молекули. Часто мають великий розмір та масу. Наприклад молекулярна маса води — 18, а білка міозину — 500000. Існують у кількох формах, які можуть легко перетворюватися одна на одну. Наприклад, різні кінці довгих органічних молекул можуть взаємодіяти між собою й утворювати кільцеві форми молекул. Лінійна форма молекули глюкози (зліва) та кільцева форма молекули глюкози (справа). Можуть відрізнятися між собою за кількістю ланок у карбоновому ланцюжку. Навіть незначна зміна взаємного розташування атомів у молекулі органічної речовини перетворює її на іншу речовину.
Значною мірою особливості будови органічних молекул зумовлені властивостями атомів Карбону, який може утворювати чотири однакові зв’язки. Такі зв’язки дають можливість утворювати молекули, які легко розгалужуються і можуть мати велику довжину. А невеликий розмір самого атома робить ці зв’язки досить міцними. Силіцій, наприклад, який є наступним елементом IV групи у Періодичній таблиці Д. І. Менделєєва після Карбону, такі ланцюжки утворює набагато гірше, в першу чергу, через те, що його атом має більший радіус і він утворює набагато слабші хімічні зв’язки.
Мономери й полімери
великі молекули органічних речовин часто називають макромолекулами (від грец. macro — великий). У більшості випадків вони складаються з великої кількості однакових (або майже однакових) ланок. Ці ланки називають мономерами (від грец. mono — один). А речовини, молекули яких складаються з таких мономерів, називають полімерами (від грец. poli — багато)  використовують також назву «біополімери» — полімери, які вироблені живими організмами.
Біополімери
Біополімери наявні в усіх групах органічних речовин. З білками-полімерами ви добре знайомі з курсу біології людини. Це гемоглобін, який транспортує кисень у крові, ферменти, які здійснюють процес травлення (амілаза, пепсин), і гормони (інсулін, глюкагон).
Найбільш поширеними біополімерами на нашій планеті є вуглеводи целюлоза (виробляється рослинами) і хітин (виробляється грибами й комахами). РНК і ДНК є прикладами полімерів нуклеїнових кислот. А статеві гормони людини естроген і тестостерон — це полімерні ліпіди.
Целюлоза становить основу клітинних стінок рослин, але не сама, а разом з лігніном. Лігнін теж є біополімером, але з іншої групи органічних речовин (ароматичні вуглеводні). Молекули лігніну мають тривимірну будову і складаються з дуже розгалужених макромолекул. Така структура надає комплексу молекул лігніну і целюлози схожості з будовою залізобетону. При цьому волокна целюлози відіграють роль сталевої арматури, а молекули лігніну заповнюють простір між ними, як бетон. Таким чином, целюлоза і лігнін разом утворюють природний композитний матеріал.
Деякі біополімери завдяки своїй будові мають дивовижні властивості. Одним з таких полімерів є павутина. Її виробляють представники павукоподібних. Зважаючи на її склад, павутина належить до білків. Але вона не є суцільною ниткою, а має структуру, як у каната, — сплетена з багатьох мікроволокон. Максимальне навантаження, яке витримує павутина, становить 2,7 ГПа. Цей самий показник для сталі — 1,5 ГПа.
Не менш дивною речовиною є шовк, який виробляють комахи. він теж є білком і схожий за складом на павутину. Хоча міцність його менша. А от довжина шовкової нитки вражає. вона може становити від 800 до 1000 метрів.
Основними групами органічних речовин у живих організмах є білки, вуглеводи, ліпіди (жири) і нуклеїнові кислоти. Значна частина органічних речовин є біополімерами. їх молекули складаються з великої кількості маленьких молекул мономерів, які поєднуються між собою.
Біополімери. Важливою властивістю органічних сполук є здатність встановлювати хімічні зв’язки між окремими молекулами. Сполуки, утворені великою кількістю однотипних ланок (простих молекул), з’єднаних між собою в довгі лінійні або розгалужені ланцюги, називаються полімерами, або макромолекулами. Молекули, повторенням яких утворюється полімер, – мономерами. Полімерними можуть бути штучно синтезовані сполуки, наприклад відомий вам поліетилен. У курсі біології ми будемо розглядати лише полімери, що входять до складу організмів, – біополімери. До них належать усі білки, нуклеїнові кислоти та деякі вуглеводи (рис. 11). ! Біополімери – високомолекулярні сполуки організмів, молекули яких складаються з мономерів, з’єднаних між собою в довгі лінійні або розгалужені ланцюги. Мономери можуть бути як абсолютно однаковими, так і різними, але хімічно однорідними. Полімери, утворені повторенням однакових мономерів, називаються гомополімерами. Наприклад, уже відомий вам полімер целюлоза складається лише із залишків глюкози (ідеться не про молекулу мономера, а про залишок, оскільки під час утворення хімічних зв’язків молекули втрачають певні атоми). Гетерополімери – полімери, молекули яких складаються із залишків різних, але хімічно однорідних мономерів. Наприклад, білки складаються із залишків 20 різних амінокислот, що мають подібну будову До складу молекул біополімерів можуть входити від кількох десятків залишків мономерів (невеликі білки) до кількох мільйонів (молекули ДНК). Значна довжина полімерних молекул дає змогу утворювати величезну кількість різноманітних й унікальних молекул. Наприклад, кількість різних варіантів поєднання лише 5 амінокислот із 20 можливих становить 3,2 млн. А кількість можливих варіантів структур білків із 100 амінокислот становитиме більш ніж 10130 (для порівняння: кількість атомів у Всесвіті оцінюється в 1080). Молекули різної будови можуть виконувати різні функції. Саме тому переважна кількість процесів усередині клітин забезпечується полімерними сполуками – білками. Ще більшу кількість варіантів забезпечує довжина молекул ДНК – вони можуть складатися з мільйонів мономерів. Завдяки цьому молекули ДНК найкраще виконують функцію збереження спадкової інформації, зокрема й щодо структури всіх білків організму. Проте унікальність та різноманітність будови є важливою не для всіх біополімерів. Деякі з них потрібні для зменшення кількості мономерів у клітині та зручнішого їх збереження. Такі полімери виконують резервну функцію. Інші макромолекули формують довгі нитки, з’єднані численними зв’язками, що надає їм міцності. Ці речовини виконують механічну функцію.
Пігменти, вітаміни, антибіотики, алкалоїди. Окрім перелічених найважливіших чотирьох груп органічних сполук у клітинах є й інші, які також виконують важливі функції. Наприклад, у рослин та деяких бактерій наявні фотосинтезуючі пігменти, що забезпечують синтез органічних сполук за допомогою світла. Для нормального існування організмів необхідні вітаміни – біологічно активні низькомолекулярні органічні. сполуки, що мають різну хімічну природу та надходять з їжею (пригадайте, які вітаміни потрібні людині для нормальної життєдіяльності). Вітаміни беруть участь в обміні речовин і перетворенні енергії здебільшого як компоненти ферментів. Наразі відомо близько 20 різних вітамінів і вітаміноподібних сполук, які по-різному впливають на організми. Деякі вітаміни в незначних кількостях синтезуються в організмах людини й тварин або з речовин-попередників – провітамінів (наприклад, вітамін D утворюється в шкірі людини під дією ультрафіолетового випромінювання), або симбіотичними мікроорганізмами (зокрема, у кишечнику людини симбіотичні бактерії синтезують вітаміни K, B6, B12). Речовини, що синтезуються бактеріями та грибами в природі для захисту від негативного впливу інших видів мікроорганізмів, називаються антибіотиками. Їх характерною особливістю є здатність порушувати певні ланки обміну речовин мікроорганізмів або дію деяких їхніх ферментів. Антибіотики використовують у медицині, ветеринарії та рослинництві для боротьби з інфекційними хворобами. Деякі організми для захисту або полювання утворюють отруйні речовини. З курсу біології тварин вам відомі тварини, «озброєні» отрутою для захисту та нападу (рис. 14). Вони можуть бути небезпечними для людини. Рослини утворюють алкалоїди – нітрогеновмісні органічні сполуки, більшість з яких мають властивості слабкої органічної основи. Функції алкалоїдів ще недостатньо вивчено, але вчені вказують на їх роль у захисті рослин від паразитичних грибів, комах і рослиноїдних хребетних тварин. Спектр будови та функцій органічних сполук у живій природі надто широкий, аби мати змогу розглянути їх усі. Тож більш детально ми вивчатимемо найголовніші з них.
Білки  високомолекулярні нітрогеновмісні біополімери, мономерами яких є залишки амінокислот. Амінокислоти  це органічні кислоти, що містять аміногрупу (NH2), якій притаманні лужні властивості, та карбоксильну групу (СООН) з кислотними властивостями. Ці групи, як і атом Гідрогену, звязані з одним і тим самим атомом Карбону. Є у складі амінокислот й специфічні для кожної з них частини. Їх називають радикалами (R-групами).
Загалом у тканинах живих істот трапляється понад 100 амінокислот, але до складу білків входять лише 20 основних, які зустрічаються майже в усіх білках. Крім того, неосновні амінокислоти, кожна з яких похідна однієї з основних, є компонентами лише окремих типів білків. Наприклад, білок колаген, який входить до складу сполучної тканини, містить гідроксипролін (похідну амінокислоти проліну); у протромбіні (одному з білків, які відповідають за процес зсідання крові) знайдено карбоксиглутамінову кислоту (похідну глутамінової кислоти) тощо.
Різні комбінації лише 20 амінокислот забезпечують нескінченну різноманітність білкових молекул (число можливих варіантів  близько 2  1018). Зокрема, в організмі людини трапляється понад 5 млн. типів білкових молекул. Молекула кожного певного білка характеризується специфічними складом і послідовністю амінокислотних залишків, які надають їй неповторних функціональних властивостей.


Існують різні класифікації амінокислот. Зокрема, амінокислоти поділяють на замінні та незамінні. Замінні амінокислоти організму людини і тварин здатні синтезуватися з продуктів обміну речовин. Натомість, незамінні амінокислоти в організмах людини і тварин не утворюються, а надходять  разом з їжею. Ці амінокислоти синтезують рослини, гриби, бактерії. Білки, які містять усі незамінні амінокислоти, називають повноцінними, на відміну від неповноцінних, до складу яких не входять окремі незамінні амінокислоти. Слід зазначити, що для різних видів тварин і людини набір незамінних амінокислот неоднаковий, до того ж він може змінюватися з віком. Наприклад, аргінін або гістидин замінні для дорослих і незамінні для дітей. Відсутність або нестача однієї чи кількох незамінних амінокислот спричиняють негативний баланс Нітрогену в організмі, порушення біосинтезу білків, гальмування росту й розвитку. Залишки молекул амінокислот у складі білків сполучені між собою міцним ковалентним звязком, який виникає між карбоксильною групою однієї амінокислоти та аміногрупою іншої. Цей тип звязку називають пептидним (від грец. пептос - зварений). Завдяки такому міцному звязку утворюється сполука, яка складається із залишків двох амінокислот  дипептид. Структури, які складаються з великої кількості залишків амінокислот (від 610 до декількох десятків), належать дополіпептидів.
Нуклеїнові кислоти  складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Молекула нуклеотиду складається з трьох частин: залишків нітратної основи, пятивуглецевого моносахариду (пентози) та ортофосфатної кислоти. Залежно від виду пентози, що входить до складу нуклеотиду, розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнову (ДНК) і рибонуклеїнові (РНК). До складу ДНК входить залишок дезоксирибози, а РНК  рибози.
V. Узагальнення й систематизація знань
1. Що таке органічні речовини й де вони утворюються?
2. Наведіть приклади органічних речовин.
3. Порівняйте органічні й неорганічні речовини. У чому їх відмінність?
4. Назвіть продукти, багаті на білки, ліпіди, вуглеводи.
5. Чому певні органічні молекули називають макромолекулами?
6. Які макромолекули входять до складу живих організмів?
7. Пригадайте, що ви їли сьогодні на сніданок, і назвіть біополімери, які потрапили до вашого організму з цими продуктами.
8*. Чому кількість органічних молекул у світі більша, ніж неорганічних?
VІ. Домашнє завдання


Немає коментарів:

Дописати коментар