Органічні сполуки і здоров'я людини.

Тема: Органічні сполуки і здоров'я людини. Жири, білки, вуглеводи як компоненти їжі.

Мета: продовжити формувати поняття про жири, білки та вуглеводи як компоненти їжі людини; їх склад, будову та біологічні функції; знаходження цих речовин в природі.  

Обладнання: зразки продуктів харчування, мультимедійна презентація.

Тип уроку: урок-конференція.

За деякий час до уроку учні отримали завдання повторити із курсів хімії та біології, що вони знають про жири та білки.

План уроку

І. Організація класу

ІІ.  Мотивація навчальної діяльності.

ІІІ. Виступи учасників конференції.  

Група «Жири»

1. Склад та будова жирів.

2. Біологічна роль жирів.

Група «Білки»

1. Склад білків.

2. Рівні організації білкової молекули

3. Біологічні функції білків

4. Класифікація білків

Група «Вуглеводи»

1. Склад та будова вуглеводів

2. Поширення вуглеводів в природі

3. Біологічна роль вуглеводів.

ІV. Підсумок та домашнє завдання.

Хід уроку

І. Організація класу

ІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Вступне слово вчителя. Добрий день, шановні колеги! Я рада привітати всіх вас на конференції, присвяченій дуже цікавому та дуже складному питання «Органічні сполуки і здоров'я людини».

Стародавній філософ сказав: «Человек есть то, что он ест». Для чого ми їмо те, що їмо?

Харчування забезпе­чує дві основні потреби організму. По-перше, з одними речовинами, які надходять в організм у складі їжі — а це білки, жири, мінеральні солі, вода, — ми отримуємо будівельні матеріали для створення но­вих клітин і міжклітинних структур. По-друге, за рахунок енергії, що акумульована в хімічних зв'язках вуглеводів і жирів, ми поповнює­мо енергетичні ресурси організму.

Людський організм – величезна хімічна лабораторія. Скільки чудових перетворень здійснюється в ній! Абсолютно всі без винятку продукти харчування – хімічні речовини, в організмі вони зазнають дивовижних перетворень. На сьогоднішній конференції ми ознайомимося з будовою, функціями та значенням лише деяких із них: білків та жирів.

ІІІ. Виступи учасників конференції. 

Група «Жири»

1. Склад та будова жирів (слайд 1).

Жири – естери триатомного спирту гліцерину та жирних кислот.

Жирні кислоти – це органічні сполуки, до складу яких входить карбоксильна група та довгий вуглеводневий хвіст. Карбонові кислоти поділяються на насичені та ненасичені.

Насичені кислоти (стеаринова, пальмітинова, капронова, масляна) – тверді, містяться у великих кількостях у тваринних жирах і в деяких рослинних оліях (кокосовій).

Ненасичені (мають один чи кілька подвійних зв’язків між атомами Карбону) кислоти – рідкі, містяться в оліях.

Склад карбонових кислот впливає на консистенцію жиру.

За походженням розрізняють жири:

тваринні, які добувають із жирової тканини тваринних продуктів;

рослинні – із насіння рослин і плодів. 

2. Біологічна роль жирів (слайд 2).

У живих клітинах жири виконують багато важливих функцій.

1.  Будівельна функція. Жири беруть участь у побудові мембран клітин усіх органів та тканин, а також в утворенні багатьох біологічно важливих сполук.         

2.  Енергетична функція. Жири забезпечують 25—ЗО % усієї енергії, необхідної для організму. У процесі повного розпаду 1 г жиру виділяється 38,9 кДж енергії.

3.  Функція запасання поживних речовин. Жири є своєрідними «енергетичними консервами». Жировими депо можуть бути і крапля всередині клітини, і «жирове тіло» у комах, і підшкірна клітковина в людини, у якій накопичується жир.

4.  Теплоізоляційна функція. Жири погано проводять тепло. Вони відкладаються під шкірою, утворюючи в деяких тварин величезні скупчення. Наприклад, у кита шар підшкірного жиру сягає 1 м. Це дозволяє теплокровній тварині жити в холодних полярних водах.

5.  Захисна функція. Шар жиру захищає ніжні органи від ударів та струсів (наприклад, навколониркова капсула, жирова подушка навколо ока). Жироподібні сполуки покривають тонким шаром листки рослин, не даючи їм намокати під час сильних дощів.

6.  Гормональна функція. Багато жирів є попередниками гормонів в біосинтезі. Наприклад, до ліпідів належать статеві гормони людини та тварин: естрадіол (жіночий гормон) і тестостерон (чоловічий гормон).

У багатьох ссавців існує спеціальна жирова тканина, що відіграє переважно роль терморегулятора, своєрідного біологічного «обігрівача». Цю тканину називають «бурим жиром». У ній виробляється енергія, що має для ссавців важливе значення в умовах життя за низьких температур.

Група «Білки»

1. Склад білків.

Білки – це органічні сполуки, полімери, мономерами в яких є амінокислоти. Амінокислоти – це невеликі за розміром органічні сполуки, у молекулі яких одночасно містяться аміногрупа й карбоксильна група. Ці амінокислоти мають загальну формулу (слайд 3), де R – радикал, який у кожної амінокислоти свій. 

Найпростіша амінокислота – амінооцтова. Наступна – амінопропанова, для цієї амінокислоти відомо два ізомери, які відрізняються положенням аміногрупи: a- та b-амінокислота. До складу білків входять амінокислоти, в яких аміногрупа знаходиться в a-положенні, тобто біля першого від карбоксильного атома карбону.

Амінокислоти можуть з’єднуватись одна з одною через спільні для них групи: аміногрупа однієї амінокислоти з’єднується з карбоксильною групою іншої амінокислоти. У процесі з’єднання утворюється молекула води. Між амінокислотами, що з’єднались, виникає зв'язок, який називають пептидним, а сполуки, що містять декілька амінокислот, називають пептидами. Сполуку з великої кількості амінокислот називають поліпептидом. Білок може являти собою один бо декілька поліпептидів. До складу більшості білків входить 300-500 амінокислотних залишків, але є й більші білки, що складаються з понад 1500 амінокислот. 

До складу білків входить 20 амінокислот. Кожна з них має свою назву та міжнародне позначення (слайди 4,5). Як ви бачите, крім аміногрупи та карбоксильною групи, до складу амінокислот можуть входити різноманітні групи атомів, в тому числі і циклічні. Також амінокислоти у своєму складі можуть мати по декілька груп.

Є амінокислоти, яких організм людини синтезувати не може, вони називаються незамінним й обов’язково мають надходити до організму з їжею. Незамінними амінокислотами є: валін, ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, треонін, триптофан та фенілаланін, а для дітей ще й амінокислоти аргінін та гістидин.  

2. Рівні організації білкової молекули (слайд 6).

Первинна структура білка представлена поліпептидним ланцюгом. У первинній структурі всі зв’язки між амінокислотами ковалентні, а отже, міцні. Первинною структурою білка називають кількість і послідовність амінокислот у поліпептиднім ланцюгу.

Вторинна структура білка – це спосіб упакування первинної структури в альфа-спіраль або бета-шар. Альфа-спіраль виникає в результаті утворення водневих зв’язків між групами –С=О та –N–Н, розташованих на різних витках спіралі. Бета-шар утворюється в результаті формування водневих зв’язків між –С=О-групами одного поліпептидного ланцюга та –N–Н-групами іншого поліпептидного ланцюга. Унаслідок цього велика кількість поліпептидних ланцюгів може розташовуватись поряд, формуючи бета-шар.

Третинна структура білка – це спосіб упакування альфа-спіралі у просторову глобулу. У білків, що мають бета-шар, третинна структура не виражена. Третинна структура утворюється завдяки додатковим водневим зв’язкам, гідрофільно-гідрофобним взаємодіям та ковалентним дисульфід ним зв’язкам S – S, які виникають між двома молекулами цистеїну.

Четвертинна структура білка – спосіб спільного упакування декількох поліпептидних ланцюгів. Наприклад, молекула гемоглобіну – білка, що міститься в еритроцитах, – складається з чотирьох поліпептидних ланцюгів, кожен з яких з’єднується із ферумовмісним гемом (гем – небілкова частина гемоглобіну).

Якщо поліпептидні ланцюги лежать у вигляді клубка, то такі білки називають глобулярними.  Якщо поліпептидні ланцюги лежать у пучках ниток, вони мають назву фібрилярних білків.

3. Біологічні функції білків

1.      Ферментативна функція. Хімічні реакції у клітині відбуваються за участю особливих біологічних каталізаторів – ферментів. Ферменти – це глобулярні білки, здатні прискорювати хімічні реакції у клітині в десятки та сотні разів.

2.      Структурна функція. Білки входять до складу всіх мембран, що оточують і пронизують клітину, й усіх органел.

3.      Транспортна функція. У крові, зовнішніх клітинних мембранах, у цитоплазмі та ядрі клітини є різні транспортні білки. У крові є білки-транспортери, які розпізнають і зв’язують певні гормони й несуть їх до певних клітин. Такі клітини мають рецептори, що впізнають ці гормони. Саме з білками пов’язане перенесення кисню та вуглекислого газу в тілі тварин і людини: його здійснює білок крові – гемоглобін.

4.      Рухова, скоротлива функція. Усі види рухових реакцій клітини виконуються особливими скорочувальними білками, котрі зумовлюють скорочення м'язів, рух джгутиків та війок у найпростіших, переміщення хромосом під час поділу клітини, рух рослин.

5.      Захисна функція. Багато білків утворюють захисний покрив, що захищає організм від шкідливих впливів, наприклад рогові утворення – волосся, нігті, копита, роги. Це механічний захист. У відповідь на проникнення до організму чужорідних агентів у клітинах крові виробляються речовини білкової природи, котрі знешкоджують їх, захищаючи організм. Захисним білком, наприклад, є інтерферон.

6.      Енергетична функція. Білки можуть бути джерелом енергії. Під час розпаду 1 г білка до кінцевих продуктів виділяється близько 17 кДж енергії. Однак білки використовуються як джерело енергії зазвичай коли вичерпуються інші джерела, такі як вуглеводи та жири.

7.      Запасаюча функція. Для багатьох рослин та тварин ця функція особливо важлива на початку розвитку нового організму. Наприклад, насіння бобових, яйця птахів, ікринки риб та земноводних мають значний запас білків, які на початковій стадії розвитку організму слугують джерелом енергії та поживних речовин.

8.      Гормональна функція. Білки можуть бути регуляторами фізіологічних процесів – гормонами. Багато гормонів є білками, наприклад, гормон росту, інсулін тощо. 

4. Класифікація білків

За складом і властивостями білки поділяють на

прості – протеїни (при гідролізі утворюються тільки амінокислоти);

складні – протеїди (при гідролізі утворюються ще й небілкові речовини – глюкоза, ліпоїди, барвники та інші).

До протеїдів належать:

альбуміни (містяться в молоці, яйцях, крові);

глобуліни (фібриноген крові, міозин м'яса, глобулін яєць, суберин картоплі);

глютеліни (входять до складу зерен пшениці, жита);

проламіни (гліадин пшениці);

склеропротеїни (колаген і еластин сполучної тканини, осеїн кісток).

До протеїдів належать:

фосфоропротеїди, які складаються із білка і фосфорної кислоти (казеїн молока, вітелін курячого яйця, іхтулін ікри риби);

хромопротеїди, до яких входять сполуки білка глобіну і барвників (гемоглобін крові, міоглобін м’язової тканини);

глюкопротеїди, які містять прості білки і глюкозу (білки хрящів та слизових оболонок);

ліпопротеїди – білки, що мають фосфатид (входять до складу протоплазми і хлорофілових зерен);

нуклеопротеїди містять нуклеїнові кислоти.

Група «Вуглеводи»

1. Склад та будова вуглеводів (слайд 7).

Вуглеводи – це органічні речовини, до складу яких входять Карбон, Гідроген і Оксиген.

Синтезуються вуглеводи зеленими рослинами з вуглекислого і води під дією сонячної енергії, тому вони становлять значну частину продуктів рослинного походження (80-90% сухої речовини) і в невеликих кількостях містяться у тканинах тваринного походження (до 2%).

Вуглеводи поділяють на три групи: моносахариди, дисахариди, полісахариди. До моносахаридів відносять вуглеводи, що не вступають в реакцію гідролізу. Дисахариди під час гідролізу розкладаються на молекули двох моносахаридів. Полісахариди гідролізуються, утворюючи значну кількість молекул моносахаридів.

Найважливіші вуглеводи: до моносахаридів належать: глюкоза, фруктоза, галактоза; дисахариди: сахароза, лактоза, мальтоза; полісахариди: крохмаль, глікоген, інулін, клітковина.

2. Поширення вуглеводів в природі.

Глюкоза С₆Н₁₂О₆ –  біла кристалічна, солодка на смак і добре розчинна у воді речовина. Вона входить до складу клітинного соку рослин. Особливо багаті на глюкозу плоди винограду (звідси й друга назва цієї речовини – виноградний цукор), великий вміст глюкози в меду, нектарі квітів. Глюкоза – обов’язків компонент крові та лімфи.

Фруктоза у великій кількості у вільному вигляді міститься у плодах, тому її часто називають плодовим цукром. Особливо багато фруктози у меді, фруктах.

Рибоза та дезоксирибоза входять до складу нуклеїнових кислот – великих молекул, що беруть участь у процесах передавання, реалізації та збереження спадкової інформації у клітині.

Сахароза (буряковий цукор, тростинний цукор) С₆Н₁₂О₆ має фізичні властивості, схожі з фізичними властивостями глюкози, і є найпоширенішим дисахаридом у природі. Високий вміст сахарози мають коренеплоди цукрового буряку (від 16 до 27%) та стебла цукрової тростини (до 25%). Сахароза – це продукт харчування і сировина для кондитерської, консервної, молочної, хлібопекарської промисловості. Сахароза складається із залишків глюкози та фруктози.

Лактоза – молочний цукор, має у своєму складі залишок глюкози та галактози. Входить до складу молока і є джерелом енергії для дитинчат ссавців.

Мальтоза складається із двох залишків глюкози, є основним структурним елементом крохмалю та глікогену.

Крохмаль та целюлоза – природні полімери, склад яких передається однією загальною формулою (С₆Н₁₀О₅)_n. На крохмаль багаті бульби картоплі, зерна злакових рослин. Із целюлози утворені оболонки клітин, вона є своєрідним скелетом рослин, надає їх тканинам механічну міцність. Тому целюлоза становить основу стовбурів дерев, рослинних волокон.

Глікоген – запасний полісахарид, що міститься у тканинах тіла тварин і людини, а також у грибах, дріжджах тощо. Він відіграє велику роль у перетворенні вуглеводів в організмі тварин. У значній кількості накопичується у печінці, м'язах, серці та багатьох інших органах. Є постачальником глюкози в кров. За структурою нагадує крохмаль, але є сильніше розгалуженим.

3. Біологічна роль вуглеводів.

1. Вуглеводи – основні постачальники енергії в організмі людини. Вони становлять близько 70% добового раціону людини. Вуглеводи входять до складу клітин і тканин, містяться у крові та в печінці (у вигляді глікогену – тваринного крохмалю). В організмі людини вуглеводів мало (до 1% маси тіла), тому для поповнення енергетичних затрат вони повинні надходити з їжею постійно.

2. Якщо в їжі недостатньо вуглеводів, то при великих навантаженнях на утворення енергії використовується запасний жир і білок організму. При надлишку вуглеводів жировий запас поповнюється, що призводить до збільшення маси людини.

3. Вуглеводи виконують також структурну функцію. В усіх без винятку тканинах та органах знайдено вуглеводи та їхні похідні. Вони входять до складу оболонок клітин і субклітинних утворень. Беруть участь у синтезу багатьох важливих речовин. У рослинах полісахариди виконують також опорну функцію.

4. Функція запасання поживних речовин. В організмі та клітині вуглеводи мають здатність накопичуватись у вигляді крохмалю у рослин та глікогену у тварин. Крохмаль і глікоген є запасними формами вуглеводів та витрачаються в міру виникнення потреби в енергії.

5. Захисна функція. В’язкі секрети (слизи), що виділяються різними залозами, багаті на вуглеводи та їхні похідні. Вони захищають стінки порожнистих органів (стравохід, кишки, шлунок, бронхи) від механічних пошкоджень, проникнення шкідливих бактерій і вірусів.

ІV. Підсумок та домашнє завдання.

Вчитель. Шановні колеги! Ви прослухали повідомлення про основні компоненти їжі людини, їх склад, будову та біологічні функції. Залишаються недослідженими питання про вміст різних речовин в продуктах харчування, норми їх вживання. Які процеси відбуваються під час прийому їжі, її перетравлюванні? Всі ці питанні буде висвітлено в другій частині нашої конференції.