Интегрированный урок биологии и химии по теме:
«Особенности химического состава клетки. Неорганические вещества»
Стрюкова М. А, учитель химии МБОУ
СОШ №18
Цель и задача урока: Изучить особенности химического состава клетки (макро и микроэлементов); рассмотреть химический состав пищевых продуктов; рассмотреть биологическую роль микроэлементов и их использование в медицине.
Научить учащихся анализировать материал, делать выводы, а также устанавливать причинно- следственные связи.
Воспитать предметную компетентность учащихся. Привить гигиенические навыки здорового образа жизни.
Оборудование: схема «Химические элементы», картинки с изображением растений и животных, знаки химических элементов, выставка (зубная паста, глазная мазь, витамин В 12, яблоки, хлеб ржаной и пшеничный, раковины моллюсков, рыбные кости), пробирки, лучинка, пинцет, НСI.
Ход урока:
I. Изучение нового материала
Учитель химии: Сегодня мы, ребята, проводим необычный интегрированный урок химии и биологии. Особенность урока заключается в том, что знания из одной предметной области «Биология» необходимо применить в другом предмете « Химия».
Полученные знания на уроке помогут Вам выяснить научные закономерности.
Послушайте, ребята, строки из стихотворения С.Щипачева «Читая Менделеева»:
Другого ничего в природе нет
Ни здесь, ни там, в космических глубинах:
Все – от песчинок малых до планет-
Из элементов состоит единых.
Учитель биологии: Ребята, на уроках биологии и химии мы не раз убеждались в том, что нас окружает мир химических соединений. В любом живом организме, в том числе и в организме человека, непрерывно протекает множество химических реакций. Можно сказать, что каждая живая клетка представляет собой микроскопическую химическую лабораторию. Поступление химических веществ осуществляется в результате важного свойства клетки – обмена веществ и энергии.
Фронтальный опрос Ребята, давайте вспомним и ответим на следующие вопросы:
- Что называется обменом веществ?
- Каково значение обмена веществ?
- Назовите основные направления обмена веществ?
- Что такое ассимиляция?
- Что называется диссимиляцией?
Учитель биологии: Для каждого вида организмов характерен особый, генетически закрепленный тип обмена веществ. Любое заболевание сопровождается нарушениями обмена, а генетически обусловленные нарушения обмена являются причиной многих наследственных болезней. В организме человека непрерывно образуется невообразимое множество различных химических соединений, необходимые исходные вещества поступают в организм с пищей, вдыхаемым воздухом и питьевой водой. Синтезированные соединения используются в качестве строительного материала или источника энергопитания и обеспечивают организму рост, развитие и жизнедеятельность, другая же часть, которую можно рассматривать как шлаки или отходы, выводится из организма. В обмене веществ участвуют неорганические и органические вещества.
Сегодня на уроке мы остановимся на изучении неорганических веществ в клетках живых организмов.
Учитель химии: В клетках растений и животных обнаружено более 80 химических элементов из 110 элементов периодической системы Д.И.Менделеева, одних элементов в клетках много, других исключительно мало. Для изучения количественного состава химических элементов, содержащихся в клетках живых организмов, проведем самостоятельную работу используя учебник. («Общая биология» 10-11кл. автор А.О. Рувинский., на стр. 15, §2).
Самостоятельная работа учащихся (5 минут).
Учитель химии:
- Выпишите химические элементы, которые в сумме составляют 98% всего содержимого клетки.
- Выпишите химические элементы, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процентов.
Учитель химии: Ребята, проведем проверку выполнения самостоятельной работы.
Итак, мы выявили две группы элементов: макроэлементы - доля которых составляет 98% и микроэлементов – доля которых составляет 1,9 %, но существует третья группа – ультромикроэлементы, их концентрация не превышает 10-5 %. К ним относятся уран, радий, золото, серебро, бериллий, селен и др. редкие элементы.
Ребята, можно запись оформить в виде схемы.
Учитель химии:
Обнаружено, что некоторые организмы являются интенсивными накопителями определенных элементов. Так, например, ряд морских водорослей накапливают йод (I), лютики накапливают литий (Li), ряска радий (Ra), злаки селен (Si), моллюски и ракообразные медь (Cu), позвоночные железо ( Fe), некоторые бактерии марганец (Mn).
Объяснение новой темы
Учитель биологии: Многие химические элементы, входящие в состав клетки, выполняют определенную функцию. Химические элементы, которые входят в состав клетки и выполняют биологические функции называются биогенными. К биогенным элементам относится около 30 элементов. Среди биогенных элементов особое место занимают так называемые элементы – органогены, которые образуют важнейшие вещества в живых организмах - воду, белки, жиры, углеводы, витамины, гормоны и др. К органогенам относятся шесть элементов – C,O, H,N,H,S.
К числу биогенных элементов относится и ряд металлов, среди которых особенно важные биологические функции выполняют десять, так называемых “ металлы жизни”. Этими металлами являются четыре s – элемента C ,K, Na, Mg и шесть d элементов – Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co.
Учитель химии: Нормальная жизнедеятельность организмов зависит от концентрации химических элементов в клетке.
Недостаток и избыток химических элементов может вызвать развитие различных заболеваний.
Ребята, давайте проанализируем содержание макроэлементов в живых организмах и их влияние на развитие.
Вопросы к классу:
- Какие заболевания вызываются недостатком химических элементов в растительных и животных организмах?
- В каких пищевых продуктах содержатся макроэлементы?
- Какова же биологическая роль микроэлементов?
Вам предлагается выслушать внимательно сообщения, которые подготовили ваши одноклассники и ответить на предложенные выше вопросы.
1. “Биологическая роль фтора ”
В небольших количествах фтор входит в состав живых организмов. В организме человека около 2,6 гфтора, из них 2,5 г в костях. Биологическая роль фтора заключается в том, что он участвует в процессах образования зубов и костей, в обмене веществ и в активизации некоторых ферментов. Нормальное поступление фтора в организм человека от 2,5 до 3,5 мг в сутки. Понижение или повышение количества фтора вызывают различные заболевания. Хроническое отравление соединениями фтора вызывает болезнь флюороз.
Исследования доказали,
Что фтор как микроэлемент
Так важен для зубной эмали,
Как для строительства цемент.
Известно: при нехватке фтора
Зубная боль возникает скоро.
Избыток фтора тоже плох:
Остаться можно без зубов.
2. “Биологическая роль – кобальта”
Кобальт – микроэлемент, оказывающий разнообразное влияние на жизненные процессы растительных, животных организмов и человека. В организме человека содержится 0,03 г.кобальта, из них 14% входит в состав костей, по 43% - в мышцах и мягких тканях. Больше всего кобальта в печени, почках и в поджелудочной железе. Биологическая роль кобальта велика – он участвует в процессах обмена кроветворения, влияет на белковый, жировой, углеводный, минеральный обмены, обмен витаминов. Например, витамин С, ускоряет синтез витамина РР, входит в состав ферментов (пептидазы).
Кобальт является составной частью витамина В12.
3. “Биологическая роль - меди”
Медь - один из важнейших микроэлементов, участвующих в процессах фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. В организме человека содержится около 0,1 г. меди. Суточная потребность взрослого человека от 2 до 3 мг. Медь концентрируется в печени, в крови, в головном мозге, в костях. Дефицит меди и её избыток одинаково вреден для организма. При недостатке меди в рационе человека уменьшается образование гемоглабина и развивается анемия, нарушается костеобразование с изменениеми в скелете. Избыток меди накапливается в печени, мозге, почках, глазах и вызывает хронические воспалительные процессы в тканях.
Объяснение новой темы
Учитель биологии: «Роль микроэлементов в питании человека». (таблица « Химический состав некоторых растений и животных»). Новые термины записаны на доске: геохимическая среда, эндемические заболевания, эндертермит и др).
Геохимическая среда через растения и животных оказывает существенное воздействие на человека. Она осуществляется, прежде всего через качество пищи, играющей важную роль в укреплении здоровья человека и продолжительности его жизни. Значит, о качестве пищи должен заботиться сам человек. Исследования показали, что здоровью человека в Нижнем Поволжье существенный вред наносит микроэлементная неполноценность продуктов питания, вызванная недостаточным содержанием йода, марганца, цинка, кобальта и др. элементов в почвах, водах и растениях. Прежде всего, это касается Прикаспийской низменности на территории Черных земель, где остро стоит вопрос о недостатке йода, вызывающем увеличение щитовидной железы у человека, особенно у детей. Одним из факторов усиливающихся проявлений зобной эндемии является недостаток кобальта.
На территории Калмыкии широкое распространение получило такое заболевание, как анемия. Вызывает это заболевание недостаток меди и кобальта. Избыток бора привел к развитию целого ряда заболеваний связанных с этим элементом: борный эндертермит, дерматозы. Одним из основных эндемических заболеваний является образование камней в почках, желчном пузыре, отложение солей в суставах – это связано с избытком кальция, молибдена, оксалатов и тяжелых металлов в воде и пище.
Основным источником микроэлементов являются овощи и фрукты (см. таблицу «Состав микроэлементов в овощах и фруктах»).
Много марганца во фруктах: клубнике, красной смородине. В ржаном хлебе меди в 2, марганца 1,5 и молибдена в 4 раза больше, чем в пшеничном хлебе.
Микроэлементы успешно применяются при профилактике и лечении некоторых заболеваний. В условиях Калмыкии положительный эффект получен от назначения биологических доз микроэлементов при лечении анемии и лейкоза, это связано с важной ролью некоторых микроэлементов в процессах кроветворения. Медь участвует в синтезе гемоглобина и удлиняет срок жизни эритроцитов, марганец повышает концентрацию меди в крови и ускоряет созревание красных телец.
Применение микроэлементов в лечении человека требует особой осторожности. В медицине известны случаи отрицательного воздействия на организм избытка микроэлементов. В частности, у жителей Черных земель (Черноземелький, Лаганский, Яшкульский районы) выявлены различные изменения в состоянии здоровья из-за использования в питьевых целях вод, обогащенных мышьяком и вод с высокой концентрацией йода (п.Артезиан, п.Кумской), брома, при этом развивается эндемический зоб, анемия, желудочно- кишечная болезнь. Из-за высокой минерализации питьевых вод повсеместно развиваются желчнокаменная и почечно- каменная болезни.
Несомненно, отрицательное воздействие на организм избытка бора, молибдена, бария, недостатка фтора и др. микроэлементов, поэтому важен постоянный контроль за их содержанием во внешней среде.
Учитель химии: Многие элементы в клетке содержатся в виде ионов. Сегодня перед нами возник проблемный вопрос: Какова роль солей в проявлении буферных свойств клетки?
Буферные свойства проявляются в способности клетки сохранять реакцию её содержимого на постоянном уровне.
Буферностью называют способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов (рН= 7,2). Многие химические соединения находятся в клетке в виде катионов и анионов, их концентрация в клетке и в окружающей среде резко различается. Внутри клетки высокая концентрация ионов калия и очень низкая ионов натрия. В среде, окружающей клетку: плазма крови, морская вода содержат мало ионов К+, но высокую концентрацию ионов Na+. Содержание элементов объясняет следующие четверостишия.
Кровь наша чуть соленая на вкус-
Содержится в ней натрия хлорид;
В межклеточном пространстве натрий-плюс
Давленье Осмоса для клеток сохранит.
Хлорид же ионы царствуют в желудке,
Чтобы запас соляной кислоты
Нам обеспечить,- это же не шутки-
Белковой пищи расщеплять хвосты.
Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами Н2РО4-.
Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют СО32- и НСО3-.
Учитель биологии: В организме человека имеются нерастворимые минеральные соли, например, фосфат кальция, карбонат кальция входят в состав межклеточного вещества, костной ткани, раковины моллюсков обеспечивая прочность этих соединений. Это можно доказать экспериментально.
II. Выполнение лабораторной работы (15 минут).
Лабораторная работа №1. «Влияние кальция на прочность костной ткани».
Порядок выполнения лабораторной работы согласно инструктивной карточке. После выполнения работы ответить на вопросы:
Попробуйте согнуть, а затем растянуть натуральную кость животного. Согнулась ли она? Смогли ли вы её растянуть?
Что происходит при попытке согнуть прокаленную кость? Каким свойством она обладает?
Можно ли растянуть кость, находившуюся в соляной кислоте? Какими свойствами обладает эта кость? Чем различаются декальцинированная и прокаленная кости?
Лабораторная работа №2. Определение качественного состава карбонатной породы
Неорганические вещества содержатся не только в растворенном, но и в твердом состоянии. Например, раковина моллюсков состоит из СаСО3, что обеспечивает прочность раковин.
Горящая лучина гаснет, там скопился углекислый газ (CO2).
Вывод: углекислый газ (СО2) не поддерживает горения.
В исследуемой карбонатной породе устанавливается наличие карбонат - иона СО32-.
Вывод: Наличие катиона кальция Са2+ подтверждается – окрашиванием пламени в кирпично- красный цвет.
III. Закрепление материала
Работа учащихся по карточкам. Решение биологических задач
Задача№1. Суточная потребность человека в кальции в виде карбоната кальция САСО3 составляет 1,2 г. Вычислите количество необходимого карбоната кальция.
Задача №2. Ортофасфат кальция (Ca3 (PO4)2) составляет минеральную основу костей и зубов. Другие соединения кальция участвуют в нервной и мышечной деятельности, входят в состав тканевой жидкости, ядер и стенок клеточной ткани живого организма. Кальций уменьшает аллергические реакции. Суточная потребность организма в кальции составляет от 0,8 до 2 г. источниками кальция служат молоко, кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а также яйца, гречка, морковь и горох. Обеспечит ли суточную потребность организма в кальции добавление в пищу 1 г карбоната кальция при условии его полного усвоения?
Задача №3. В организме человека содержится примерно 25 мг иода (в составе различных соединений), причем половина всей массы иода находится в щитовидной железе. Подсчитайте, сколько атомов иода находится: а) в щитовидной железе; б) в организме человека в целом?
Проверка знаний учащихся
Учащиеся делают вывод по уроку: Неорганические вещества входят в состав клетки, они поступают в организм с пищей, вдыхаемым воздухом и питьевой водой. Биологическая роль этих элементов – органогенов и «металлов жизни» велика и они широко используются в медицине.
Домашнее задание: § 2., стр 15-16.
