§ 2.2. Біонеорганічні сполуки

• Назад до змісту

НАВЧАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Які особливості неорганічних сполук живого визначають їхнє біологічне значення? Фрейм «Три кольори». БІОНЕОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ.

Р Формулює визначення поняття «БІОНЕОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ»:

Біонеорганічні сполуки — це прості та складні хімічні речовини, які зазвичай не мають карбон-гідрогенових зв’язків (не є органічними сполуками), містяться в клітинах та виконують у біосистемах низку життєво важливих функцій.

В Визначає сутність змістових елементів: особливості, різноманітність, біологічна роль:

1. Особливості: складаються переважно з атомів мінеральних елементів або простих сполук Оксигену й Гідрогену; здатні до дисоціації на йони (кислоти, солі, основи); мають високу полярність або утворюють кристалічні міцні структури; беруть участь у підтриманні водно-сольового та кислотно-лужного гомеостазу.
2. Різноманітність: поділяються на прості речовини ($O_2$, $O_3$) та складні неорганічні сполуки: оксиди ($H_2O$, $CO_2$), кислоти ($HCl$, $H_2SO_4$, $H_3PO_4$, $HNO_3$, $H_2CO_3$), основи та мінеральні солі (розчинні — солі $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Fe^{2+}/Fe^{3+}$; нерозчинні — $CaCO_3$, $SiO_2$).
3. Біологічна роль: розчинник і середовище для біохімічних реакцій ($H_2O$); регуляція pH рідин і внутрішнього середовища (кислоти, основи); опорна та захисна функції ($CaCO_3$, $SiO_2$ у складі черепашок, кісток, панцирів); активування ферментів та участь у травленні ($HCl$); дихання ($O_2$) та фотосинтез ($CO_2$, $H_2O$).

К Конструює схему (Фрейм «БІОНЕОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ»):

С Описує особливості з формулюванням висновку:

Біонеорганічні речовини утворюють основу мінерального матриксу та рідкого середовища будь-якої клітини. Їхня здатність існувати в іонних, розчинених та кристалічних формах забезпечує просторову міцність тканин, підтримання осмосу, електрохімічного градієнта та стабільності внутрішнього середовища (гомеостазу). Висновок: неорганічні речовини є обов’язковими учасниками всіх метаболічних процесів, а життя без них неможливе, попри те, що основу біомаси складають органічні макромолекули.

РОЗВИВАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Чим визначається визначальна роль води для існування життя на Землі? Інформаційно-пошукова вправа. Біологічна роль води та її властивості.

Р Усвідомлює пізнавальну ситуацію для ІНФОРМУВАННЯ:

Необхідність інформування про взаємозв’язок унікальних фізико-хімічних властивостей молекули води з її незамінними функціями в біосистемах, що зумовлюють виникнення й підтримання життя на Землі.

В Формулює мету та гіпотезу інформування:

• Мета інформування: довести, що саме будова молекули води (полярність, наявність водневих зв’язків) зумовлює її унікальні фізичні й хімічні властивості та визначає різноманітність біологічних функцій.
• Гіпотеза інформування: якщо вода має дипольну структуру та здатність утворювати водневі зв’язки між молекулами, то це надає їй високої теплоємності, розчинної здатності, пружності й текучості, які є життєво необхідними для живих систем.

К Виконує дії та конструює інфомалюнок:

С Формулює очікувані результати: для інформування різних та формулює висновок про взаємозв’язок особливостей молекул води, її властивостей та функцій:

• Очікувані результати інформування: аудиторія зрозуміє фундаментальну залежність між дипольною будовою води, її здатністю утворювати водневі зв’язки та життєво важливими функціями клітини.
• Висновок: Унікальні властивості води безпосередньо випливають із просторової конфігурації її полярної молекули. Водневі зв’язки забезпечують рідкий стан у широкому діапазоні біологічних температур, високу теплоємність і здатність розчиняти гідрофільні сполуки, роблячи воду універсальною матрицею життя на Землі.

ЦІННІСНЕ ЗАВДАННЯ

Науковці виділяють два види матерії у природі: речовину, що складається з частинок, та фізичне поле, що забезпечує взаємодію між частинками. Вправа для сприймання. Що таке речовина та фізичне поле?

Р Усвідомлює сутність термінів «речовина» та «фізичне поле»:

• Матерія — це об’єктивна реальність, усе, що існує в навколишньому світі незалежно від нашої свідомості, з чого побудований Всесвіт.
• Речовина — форма матерії, що складається з частинок (атомів, молекул, йонів), які мають власну масу спокою; може перебувати в твердому, рідкому, газоподібному станах або у вигляді плазми.
• Фізичне поле — неперервна форма матерії, через яку здійснюється взаємодія між частинками речовини або віддаленими одне від одного тілами (електромагнітне, гравітаційне поле тощо).

В Ілюструє прикладами форми матерії:

1. Приклади речовини в біосистемах: молекули води, білків, ДНК, іони Натрію й Калію, мінеральні кристали кальцій фосфату в кістках.
2. Приклади фізичного поля в біосистемах: світлове (електромагнітне) поле, кванти якого поглинаються хлорофілом під час фотосинтезу; біоелектричне поле, що виникає на плазматичній мембрані клітин при генерації нервового імпульсу; гравітаційне поле, що визначає геотропізм коренів рослин.

К Конструює інфографіку «МАТЕРІЯ»:

С Виявляє ставлення на рівні сприймання та висловлює міркування взаємозв’язок форм МАТЕРІЇ:

Речовина та фізичне поле перебувають у нерозривній єдності та постійній динамічній взаємодії в усіх біосистемах. Життєдіяльність клітини є безперервним процесом перетворення одних форм матерії та енергії в інші: поглинання електромагнітного випромінювання трансформується в потенційну хімічну енергію органічних сполук, а перерозподіл речовин-іонів через мембрану генерує біоелектричні поля, завдяки яким функціонують нервова та м’язова системи. Розуміння цієї єдності дозволяє усвідомити матеріальну цілісність усього живого на планеті.

САМОНАВЧАННЯ

Регуляційне завдання. Евристичний метод «Мозковий штурм». Вправа для застосування «Хвіст тварин». Візитною карткою котячого лемура (Lemur catta) є його хвіст з 13 чорно-білих смуг, який використовується у найрізноманітніших ситуаціях. Яке функціональне значення має хвіст котячих лемурів?

Хвіст котячого лемура виконує низку важливих функцій:

1. Балансування та рівновага: допомагає утримувати баланс під час пересування гілками дерев, здійснення стрибків та бігу.
2. Комунікативна (сигнальна) функція: завдяки яскравому чорно-білому забарвленню високо піднятий хвіст слугує зоровим орієнтиром для зграї, що дозволяє триматися разом під час переміщення по землі у високій траві чи лісі.
3. Поширення запахових сигналів («пахучі бої»): самці натирають хвіст секретом пахучих залоз і розмахують ним у бік суперника для встановлення ієрархії без прямої фізичної сутички.
4. Терморегуляція: у прохолодну пору тварини згортаються клубком та огортають себе пухнастим хвостом для збереження тепла тіла.

САМООЦІНЮВАННЯ

Розпізнавальне завдання. Вправа. Біонеорганічні сполуки

І. У нижніх шарах атмосфери утворення цього газу спричинюється блискавками, чим і пояснюється відчуття свіжості повітря після грози.

1. Називаю сполуку, формула якої О3.

• А кисень
• Б азот
• В озон

Правильна відповідь: В озон. Озон складається з трьох атомів Оксигену ($\text{O}_3$) та утворюється під час електричних розрядів у повітрі.

2. «Ця неорганічна сполука захищає все живе від шкідливої дії надлишку … променів». Вставляю пропущене

• А рентгенівських
• Б ультрафіолетових
• В інфрачервоних

Правильна відповідь: Б ультрафіолетових. Озоновий шар атмосфери утворює захисний екран від згубної для живих організмів дії «жорсткого» ультрафіолету.

3. Газ є продуктом впливу сонячного випромінювання на атмосферний…

• А кисень
• Б азот
• В водень

Правильна відповідь: А кисень. Під впливом сонячного випромінювання у стратосфері молекулярний кисень ($\text{O}_2$) перетворюється на озон ($\text{O}_3$).

ІІ. Цей хімічний елемент природа використала для побудови фантастично прекрасного ажурного каркаса морської істоти з назвою кошик Венери (Euplectella aspergillum).

1. Називаю хімічний елемент із символом Si

• А Карбон
• Б Силіцій
• В Ферум

Правильна відповідь: Б Силіцій. Хімічний символ Si відповідає елементу Силіцію.

2. До якої групи тварин належить кошик Венери?

• А Губки
• Б Жалкі
• В Молюски

Правильна відповідь: А Губки. Кошик Венери належить до типу Губки (клас Скляні губки).

3. У вигляді якої сполуки цей елемент є у складі панцира діатомових водоростей та клітинних оболонок хвощів?

• А вапняк
• Б кремнезем
• В залізняк

Правильна відповідь: Б кремнезем. Силіцій(IV) оксид ($\text{SiO}_2$), або кремнезем, забезпечує міцність панцирів діатомових водоростей, клітинних стінок хвощів та скелета губок.

ІІІ. Вапнякові залози (залози Моррена) дощових черв’яків виробляють і виділяють біонеорганічну сполуку, що виконує декілька важливих функцій.

1. Називаю сполуку, хімічна формула якої CaCO3.

• А кальцію фосфат
• Б калію хлорид
• В кальцію карбонат

Правильна відповідь: В кальцію карбонат. Формула $\text{CaCO}_3$ відповідає кальцію карбонату (вапняку).

2. Яке біологічне значення для черв’яків мають ці залози?

• А утворення кісткового скелета
• Б нейтралізація шкідливого впливу кислот

Правильна відповідь: Б нейтралізація шкідливого впливу кислот. Кальцій карбонат зв’язує та нейтралізує надлишок гумінових кислот, що потрапляють у травний тракт черв’яка разом із ґрунтом та органічними залишками.

3. Вапнякові залози відкриваються у стравохід на рівні 10-14 сегментів, що є органом…

• А видільної системи
• Б травної системи
• В кровоносної системи

Правильна відповідь: Б травної системи. Стравохід належить до органів травної системи.

Таблиця результатів оцінювання «РОЗПІЗНАЮ»: