細胞の無機物から 水質量の約65％を占めます。成長の早い若い細胞では最大95％、古い細胞では約60％です。 細胞における水の役割は非常に大きく、媒体であり溶媒であり、ほとんどの化学反応、物質の移動、体温調節、形成に関与しています。 細胞構造、細胞の体積と弾力性を決定します。 ほとんどの物質は体内に出入りします。 水溶液.
有機物- 細胞組成の 20 ～ 30% を占めます。 それらは可能です 単純(アミノ酸、ブドウ糖、 脂肪酸） そして 複雑な(タンパク質、多糖類、核酸、脂質)。 ほとんど 重要タンパク質、脂肪、炭水化物、核酸が含まれています。
タンパク質は、あらゆる細胞の主要かつ最も複雑な物質です。 タンパク質分子のサイズは、無機化合物の分子よりも数百倍、数千倍も大きくなります。 タンパク質分子は単純な化合物であるアミノ酸から形成されます（天然のタンパク質には20個のアミノ酸が含まれています）。 異なる配列と量で結合すると、多種多様 (最大 1000) のタンパク質が形成されます。 細胞の寿命におけるそれらの役割は非常に大きいです。 建設材料身体、触媒（酵素タンパク質は化学反応を促進します）、輸送（血中のヘモグロビンは酸素と栄養素を細胞に送り、二酸化炭素と腐敗生成物を運び去ります）。 タンパク質は保護機能とエネルギー機能を果たします。 炭水化物 - 有機物炭素、水素、酸素から構成されています。 それらの中で最も単純なものは、いくつかの単純な炭水化物からなる単糖類 - ヘキソース、フルクトース、グルコース (果物、蜂蜜に含まれる)、ガラクトース (牛乳に含まれる)、および多糖類 - です。 これらにはデンプンとグリコーゲンが含まれます。 炭水化物は、あらゆる形態の細胞活動（運動、生合成、分泌など）の主なエネルギー源であり、予備物質の役割を果たします。 脂質は、水に不溶性の脂肪および脂肪様物質です。 それらは主要な構造コンポーネントです 生体膜。 脂質はエネルギー機能を果たし、脂溶性ビタミンを含みます。 核酸 - (ラテン語の「核」から - 核) - は細胞の核で形成されます。 デオキシリボ核酸 (DNA) とリボ核酸 (RNA) の 2 種類があります。 生物学的役割それらは非常にたくさんあります。 それらはタンパク質の合成と遺伝情報の伝達を決定します。
植物細胞と動物細胞の化学組成は非常に似ており、これはそれらの起源が単一であることを示しています。 80個以上が細胞内で発見された 化学元素.
細胞内に存在する化学元素は次のように分類されます。 3つの大きなグループ: 主要栄養素, メソ元素、微量元素.
マクロ元素には、炭素、酸素、水素、窒素が含まれます。 メソ要素- これは硫黄、リン、カリウム、カルシウム、鉄です。 微量元素 - 亜鉛、ヨウ素、銅、マンガンなど。
細胞の生物学的に重要な化学元素:
窒素 -タンパク質やNKの構成成分。
水素- 水およびすべての生物学的化合物の一部です。
マグネシウム- 多くの酵素の働きを活性化します。 クロロフィルの構造成分。
カルシウム- 骨と歯の主成分。
鉄- ヘモグロビンに含まれます。
ヨウ素- ホルモンの一部 甲状腺.
細胞物質は有機物に分けられます(タンパク質、核酸、脂質、炭水化物、ATP) そして無機的な(水とミネラル塩)。
水細胞質量の最大80%を占め、 重要な役割 :
細胞内の水は溶媒です
・栄養素を輸送する。
· 水は体から有害物質を取り除きます。
· 水の高い熱容量。
・水の蒸発は動植物の冷却に役立ちます。
・細胞に弾力性を与えます。
ミネラル:
・細胞内への水の流れを調節することにより恒常性の維持に関与する。
・カリウムとナトリウムは膜を通した物質の移動を確実にし、神経インパルスの発生と伝導に関与します。
· ミネラル塩、主にリン酸カルシウムと炭酸カルシウムは、骨組織に硬度を与えます。
人間の血液遺伝学に関する問題を解決する
タンパク質、体内でのその役割
タンパク質- すべての細胞に含まれる有機物質で、モノマーから構成されます。
タンパク質- 高分子量の非周期性ポリマー。
モノマーは アミノ酸(20)。
アミノ酸には、アミノ基、カルボキシル基、ラジカルが含まれています。 アミノ酸は互いに結合してペプチド結合を形成します。 タンパク質は非常に多様で、例えば人間の体内には1,000万個以上存在します。
タンパク質の多様性は以下に依存します。
1. AK の異なるシーケンス
2. サイズに応じて
3. 構成から
タンパク質の構造
タンパク質の一次構造 -ペプチド結合によって結合されたアミノ酸の配列（直線構造）。
タンパク質の二次構造 -スパイラル構造。
タンパク質の立体構造- 小球（糸球体構造）。
タンパク質の四次構造- いくつかの小球で構成されています。 ヘモグロビンとクロロフィルの特徴。
タンパク質の性質
1. 相補性: タンパク質が錠の鍵のような形で他の物質に適合する能力。
2. 変性：タンパク質の自然な構造の違反（温度、酸性度、塩分、他の物質の添加など）。 変性の例: 卵をゆでるときのタンパク質の性質の変化、タンパク質の液体から固体への変化。
3. 再生 - 一次構造が損傷していない場合のタンパク質構造の復元。
タンパク質の機能
1. 構築：すべての細胞膜の形成
2. 触媒: タンパク質は触媒です。 化学反応を加速する
3. モーター: アクチンとミオシンはモーターの一部です 筋繊維.
4. 輸送：体のさまざまな組織や器官への物質の移動（ヘモグロビンは赤血球の一部であるタンパク質）
5. 保護：抗体、フィブリノーゲン、トロンビン - 免疫の発達と血液凝固に関与するタンパク質。
6. エネルギー: プラスチック交換反応に参加して、新しいタンパク質を構築します。
7. 調節: 血糖の調節におけるインスリンというホルモンの役割。
8. 貯蔵：予備タンパク質として体内にタンパク質が蓄積される 栄養素たとえば、卵、牛乳、植物の種子など。
今日、周期表の多くの化学元素が純粋な形で発見および分離されており、そのうちの 5 分の 1 はあらゆる生物の中に存在しています。 レンガと同様に、それらは有機物質および無機物質の主成分です。
どのような化学元素が細胞の組成に含まれているか、どのような物質の生物学によって体内の存在を判断できるか - これらすべてをこの記事の後半で検討します。
化学組成の恒常性とは何ですか?
体内の安定性を維持するには、各細胞がその各成分の濃度を一定レベルに維持する必要があります。 このレベルは、種、生息地、環境要因によって決まります。
細胞の組成にどのような化学元素が含まれているかという質問に答えるには、どのような物質にも周期表のいずれかの成分が含まれていることを明確に理解する必要があります。
細胞内の特定の元素の含有量の百分の一や千分の百分率について話されることがありますが、その数値が千分の一でも変化すると、すでに身体に深刻な影響を与える可能性があります。
人間の細胞には 118 個の化学元素のうち、少なくとも 24 個が存在する必要があります。生きている有機体には存在するが、自然界の無生物の一部ではない成分はありません。 この事実は裏付けています 近い接続生態系における生物と無生物の間。
細胞を構成するさまざまな要素の役割
それでは、細胞を構成する化学元素は何でしょうか? 体の一生におけるそれらの役割は、発生頻度と細胞質内の濃度に直接依存することに注意する必要があります。 ただし、セル内の要素の内容は異なりますが、それぞれの重要性は同等に高くなります。 それらのいずれかが欠乏すると、体に悪影響を及ぼし、代謝による最も重要な生化学反応が不能になる可能性があります。
人間の細胞を構成する化学元素を列挙するときは、主に 3 つのタイプに言及する必要がありますが、これらについてはさらに検討していきます。
細胞の基本的な生体要素
元素 O、C、H、N が生物起源として分類されるのは驚くべきことではありません。これらはすべて有機物質と多くの無機物質を形成するからです。 タンパク質、脂肪、炭水化物、核酸など、体にとって必須の成分がなければ想像することは不可能です。
これらの元素の機能によって、体内の含有量の多さが決まります。 これらを合わせると、乾燥体重全体の 98% を占めます。 これらの酵素の活性は他にどのような形で現れるのでしょうか?
- 酸素。 セル内のその含有量は、全乾燥質量の約 62% です。 機能：有機および無機物質の構築、呼吸鎖への参加。
- 炭素。 その含有量は20％に達します。 主な機能: すべてに含まれています。
- 水素。 その濃度は 10% の値になります。 この元素は有機物と水の構成要素であるという事実に加えて、エネルギー変換にも関与します。
- 窒素。 その量は3〜5％を超えません。 その主な役割は、アミノ酸、核酸、ATP、多くのビタミン、ヘモグロビン、ヘモシアニン、クロロフィルの形成です。
これらは細胞を構成する化学元素であり、通常の生活に必要な物質のほとんどを形成します。
主要栄養素の重要性
多量栄養素は、細胞内にどのような化学元素が含まれているかを知るのにも役立ちます。 生物学のコースから、主な成分に加えて、乾燥質量の2％が周期表の他の成分で構成されていることが明らかになります。 また、マクロ元素には、含有量が 0.01% 以上の元素が含まれます。 それらの主な機能を表形式で示します。
カルシウム(Ca) | 筋線維の収縮に関与し、ペクチン、骨、歯の一部です。 血液凝固を促進します。 |
|
リン(P) | それは最も重要なエネルギー源であるATPの一部です。 |
|
タンパク質が三次構造に折りたたまれる際のジスルフィド架橋の形成に関与します。 システインとメチオニンの一部、いくつかのビタミン。 |
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カリウムイオンは細胞に関与しており、膜電位にも影響を与えます。 |
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体の主要な陰イオン |
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ナトリウム(Na) | カリウムの類似体であり、同じプロセスに関与します。 |
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マグネシウム(Mg) | マグネシウムイオンはこのプロセスの調節因子であり、クロロフィル分子の中心にもマグネシウム原子があります。 |
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呼吸と光合成の ETC を介した電子の輸送に関与し、ミオグロビン、ヘモグロビン、および多くの酵素の構造的結合となっています。 |
上記から、どの化学元素が細胞の一部であり、マクロ元素に属するかを判断するのは難しくないことを願っています。
微量元素
細胞には、それなしでは体が正常に機能できない成分もありますが、その含有量は常に 0.01% 未満です。 どの化学元素が細胞の一部であり、微量元素のグループに属しているかを判断してみましょう。
これは、酵素 DNA および RNA ポリメラーゼ、および多くのホルモン (インスリンなど) の一部です。 |
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光合成、ヘモシアニン合成、およびいくつかの酵素のプロセスに参加します。 |
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甲状腺のホルモンT3およびT4の構造成分です。 |
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マンガン(Mn) | 0.001未満 | 酵素や骨に含まれています。 細菌の窒素固定に関与する |
0.001未満 | 植物の成長過程に影響を与えます。 |
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骨と歯のエナメル質の一部。 |
有機物質と無機物質
リストされているものに加えて、細胞の組成には他にどのような化学元素が含まれていますか? 答えは、体内のほとんどの物質の構造を研究するだけで見つかります。 その中で、有機起源の分子と無機起源の分子が区別され、これらのグループにはそれぞれ固定された一連の元素が含まれています。
有機物質の主な種類は、タンパク質、核酸、脂肪、炭水化物です。 それらは完全に基本的な生物起源の要素から構築されています。分子の骨格は常に炭素によって形成され、水素、酸素、窒素はラジカルの一部です。 動物では主なクラスはタンパク質であり、植物では多糖類です。
無機物質- これらはすべてミネラル塩であり、もちろん水です。 細胞内のすべての無機物の中で最も多いのは H 2 O であり、残りの物質はその中に溶解します。
上記のすべては、どの化学元素が細胞の一部であるかを判断するのに役立ち、体内でのそれらの機能はもはや謎ではなくなります。
細胞を構成する無機物質
レッスンの目的: 勉強 化学組成細胞、無機物質の役割を特定します。
レッスンの目標:
教育的: 生物を構成するさまざまな化学元素と化合物、生命の過程におけるそれらの重要性を示します。
現像： 教科書を使って自主的に作業するスキル、主要なことを強調し、結論をまとめる能力を開発し続けます。
教育的: 割り当てられたタスクを完了するための責任ある態度を養います。
装置： マルチメディア プロジェクター、プレゼンテーション、配布物。
レッスンプラン
I. 組織的な瞬間。
ごきげんよう。 – 聴衆に仕事の準備をさせる。 – 生徒の空き状況。
II. 学習活動へのモチベーション。
– ここに一連の単語があります: 銅、タンパク質、鉄、炭水化物、脂肪、ビタミン、マグネシウム、金、硫黄、カルシウム、リン。
– これらの単語は、その意味に応じてどのような 2 つのグループに分類できますか? あなたの答えを説明しなさい。 (有機と無機、化学物質と化学元素)。
– 生物の生命における特定の物質または元素の役割の名前を言える人は何人いますか?
– トピックのタイトルに基づいて、レッスンの目標と目的を設定します。
Ⅲ． 新しい素材のプレゼンテーション。
プレゼンテーション。 プレゼンテーションには、このトピックに関する 3 つのレッスンが含まれています。 重要な 2 番目のスライドから作業を開始します。目的のレッスンへのハイパーリンクをクリックします。
3 番目のスライド:「人体の化学元素の含有量」というスキームに従った会話。
– 細胞には、無生物に含まれる約 80 種類の異なる化学元素が含まれています。 これはどういう意味ですか？ （生物と無生物の自然の共通性について）。 27 の元素が特定の機能を実行し、残りは食物、水、空気とともに体内に入ります。
– 人体にはどのような化学元素がどのくらいの量で含まれているか教えてください。
– 生物中に見られるすべての化合物はグループに分類されます。
– 表を使用して、「自然界の化学元素の主なグループ」の図を作成します（表「生物の細胞を構成する元素」を参照、参照） 表1 ）。 酸素、水素、炭素、窒素、硫黄、リンは、 必要なコンポーネント生物学的ポリマー（タンパク質、核酸）の分子であり、それらはしばしば生体要素と呼ばれます。
スキーム
スライド 5:表への記入を開始します。参考資料の概要をノートにまとめます (この表は後続のレッスンで補足されます)。 表2を参照 ).
– 生物に含まれるすべての化合物のうち、水は体重の 75 ～ 85% を占めます。
– なぜこの量の水が必要なのでしょうか？ 水は生物の中でどのような働きをしているのでしょうか？
– 構造と機能が相互に関連していることはすでにご存知です。 なぜ水がそのような性質を持つのかを知るために、水分子の構造を詳しく見てみましょう。 説明しながら、ノートに裏付けとなる要約を記入します (スライド 5 を参照)。
スライド 6 ～ 7水の分子の構造的特徴とその性質を示します。
– 生物を構成する無機化合物の中で、鉱酸の塩と対応するカチオンおよびアニオンは最も重要です。 人間も動物も必要ですが、 ミネラルしかし、食品中に生物学的に重要な要素が欠如していると、 深刻な病気.
– 教科書資料 pp. 104 ～ 107 を使用して、表の「無機塩」の欄に記入します。 ( スライド 8ハイパーリンクをクリックして、完了した作業を確認してください)。
– 生物の生活における無機塩の役割を証明する例を挙げてください。
IV. 新しい素材の統合:
数人の生徒 (クラスに何台のコンピューターがあるか) が対話型テスト 1「細胞の無機物質」を実行します。
残りはそうする 思考力と結論を導く能力を訓練するためのタスク(配布資料) :
最初の 2 つの用語の間には一定のつながりがあります。 4 番目と以下の概念の 1 つの間には同じ関係があります。 それを見つける：
1. ヨウ素: 甲状腺= フッ素: ___________________
a) 膵臓 b) 歯のエナメル質 c) 核酸 d) 副腎
2. 鉄: ヘモグロビン = __________: クロロフィル:
a) コバルト b) 銅 c) ヨウ素 d) マグネシウム
3. 実行 デジタルディクテーション「分子」。 1. 水素結合は分子内で最も弱い結合です (1)。 2. 構造と組成が同一である (0)。 3. 構成は常に構造 (0) を決定します。 4. 分子の組成と構造によってその特性が決まります (1)。 5. 水分子の極性は、水分子のゆっくりと加熱および冷却する能力を説明します (0)。 6.水分子の酸素原子は正電荷を帯びています。 (0)
V. レッスンの概要。
– レッスンの目標と目的は達成できましたか? このレッスンでどんな新しいことを発見しましたか?
文学：
生物学。 9年生： 授業計画 S.G.マモントフ、V.B.ザハロフ、N.I.ソニン/著者の教科書に基づいています。 – コンプ M.M.グメニュク。 ヴォルゴグラード: 教師、2006 年。
ラーナー G.I. 一般的な生物学。 レッスンのテストと課題。 10 – 11 年生 / – M.: 水族館、1998 年。
マモントフ S.G.、ザハロフ V.B.、ソニン N.I. 生物学。 一般的なパターン。 9年生：教科書。 一般教育用 教科書 施設。 – M.: バスタード、2000 年。
教科書用のデジタル教育リソースの CD セット Teremov A.V.、Petrosova R.A.、Nikishov A.I. 生物学。 一般的な生活パターン: 9 年生。 ヒューマニット編 VLADOS センター、2003 年。Physikon LLC、2007 年。
細胞には無機物質と有機物質（化合物）が含まれています。
細胞の無機物質- これは水、さまざまな無機塩、二酸化炭素、酸および塩基です。
| 細胞の無機物質 | |
|
水 （細胞質量の70～80％を占める） |
ミネラル塩 (総細胞量の 1 ～ 1.5% を構成します) |
|
|
水生きた細胞の内容物の必須成分です。 水は細胞に弾力性と体積を与え、組成の一貫性を確保し、化学反応や有機分子の構築に参加し、細胞のすべての重要なプロセスの発生を可能にします。 水は溶媒です 化学物質細胞に出入りするもの。
水(酸化水素、H 2 O) - 透明な液体、無色（少量）、匂いと味。 で 自然条件溶解物質（塩、ガス）が含まれています。 水は、細胞や生物の生命、気候や天候の形成において非常に重要です。
セル内の水の量は、総質量の 60 ～ 95% の範囲です。 細胞内の水の役割は、その固有の化学物質と水によって決まります。 物理的特性分子の小さいサイズ、その極性、および水素結合を形成する能力に関連します。
生物学的システムの構成要素としての水
- 水は、塩、糖、酸などの極性物質の万能溶媒です。水はその反応性を高めるため、細胞内のほとんどの化学反応は水溶液中で起こります。
- 無極性物質は水に不溶です（水素結合は形成されません）。 疎水性物質は水の存在下で互いに引き付けられ、さまざまな複合体（例えば生体膜）を形成します。
- 高い 比熱水（つまり吸収） 大量水素結合を破壊するエネルギー）により、周囲温度が変化しても体の熱バランスが維持されます。
- 高い気化熱（体を冷やすときに分子が大量の熱を持ち去る能力）が体の過熱を防ぎます。
- 高い表面張力により、溶液は組織内を確実に移動します。
- 水は代謝産物を確実に除去します。
- 植物では、水は細胞の膨圧を維持し、一部の動物では支持機能（静水圧骨格）を果たします。
- 水は、さまざまな体液 (血液、唾液、粘液、胆汁、涙、精子、滑液、胸水など) の一部です。
水の分子は角張った形状をしています。水素原子は酸素に対して約 104.5°の角度を形成しています。
酸素原子の電気陰性度が高いため、O-H 結合は極性です。 水素原子は部分的に正電荷を帯び、酸素原子は部分的に負電荷を帯びます。
双極子は、そのサイズに比べて遠い距離でそれ自体の周囲に磁場を作成します。
水が蒸発するとき、水素結合を切断するには多くのエネルギーが必要です。
| さまざまな生物および器官の水分含量 (%) | |||
| 植物または植物の部分 | 動物または動物の臓器 | ||
| 海藻 | 98まで | クラゲ | 95まで |
| 高等植物 | 70から80まで | ブドウカタツムリ | 80 |
| 木の葉 | 50から97まで | 人体 | 60 |
| ジャガイモ塊茎 | 75 | 人間の血液 | 79 |
| ジューシーなフルーツ | 95まで | 人間の筋肉 | 77年から83年まで |
| 植物の木質部分 | 40から80まで | 人の心 | 70 |
| 乾燥種子 | 5時から9時まで | ||
細胞内の水を除く無機物は次のように表されます。 ミネラル塩.
ミネラル塩は細胞総質量のわずか 1 ～ 1.5% しか占めませんが、その役割は重要です。 溶解した状態では、細胞の寿命を決定する化学プロセスに必要な媒体となります。
細胞にはさまざまなものが含まれています 塩。 動物は排泄システムを利用して過剰な塩分を体から除去し、植物では塩分がさまざまな細胞小器官または液胞に蓄積して結晶化します。 多くの場合、これらはカルシウム塩です。 植物細胞におけるそれらの形状は、針状、菱形、結晶、単一または融合したもの（ドルーゼン）など、さまざまです。
水溶液中の塩分子は陽イオンと陰イオンに分解されます。 最高値カチオン (K +、Na +、Ca 2+、Mg +、NH 4 +) とアニオン (Cl -、H 2 P0 4 -、HPO 4 2-、HC0 3 -、NO 3 -、SO 4 2-) を持ちます。 。
さまざまなイオンの濃度は、細胞内だけでなく、細胞の異なる部分でも同じではありません。 環境。 ナトリウムイオンの濃度は細胞の外側で常に高く、カリウムおよびマグネシウムイオンの濃度は細胞内で常に高くなります。 細胞内と細胞表面の陽イオンと陰イオンの量の差により、膜を越えた物質の活発な移動が保証されます。
細胞質の緩衝特性、つまり代謝中に酸性物質とアルカリ性物質が絶えず生成される条件下で一定濃度の水素イオンを維持する細胞の能力は、細胞内の塩の濃度に依存します。
リン酸アニオンは、体の細胞内環境の pH を 6.9 に維持するリン酸緩衝系を作成します。
炭酸とそのアニオンは、細胞外環境 (血漿) の pH を 7.4 に維持する重炭酸塩緩衝系を形成します。
一部のイオンは、酵素の活性化、細胞内の浸透圧の生成、筋肉収縮、血液凝固などのプロセスに関与します。重要な有機物質の合成には、多数の陽イオンと陰イオンが必要です。