§ 2.3. Біоорганічні сполуки

• Назад до змісту

НАВЧАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Які особливості біоорганічних сполук визначають їхнє біологічне значення? Пояснення з використанням фрейму «Тетрада». БІООРГАНІЧНІ СПОЛУКИ.

Р Формулює визначення терміну «БІООРГАНІЧНІ СПОЛУКИ».

Біоорганічні сполуки (біомолекули) — це органічні речовини, які мають скелети з ковалентно зв’язаних атомів Карбону та синтезуються клітинами живих організмів, становлячи близько 30% маси клітини.

В Визначає сутність змістових елементів схеми: особливості, хімічні зв’язки, різноманітність, біологічне значення

1. Особливості: наявність стійких карбонових ланцюгів (лінійних або циклічних), висока енергоємність, велика молекулярна маса та змінна хімічна активність.
2. Хімічні зв’язки: поєднання міцних ковалентних зв’язків (пептидні, глікозидні, фосфодіестерні), які забезпечують стабільність молекул, і слабких нековалентних зв’язків (водневі, йонні, гідрофобні), що зумовлюють просторову конфігурацію та взаємодію біомолекул.
3. Різноманітність: зумовлена унікальними властивостями атома Карбону утворювати чотири ковалентні зв’язки, з’єднуватися в ланцюги різної довжини й форми та приєднувати різні функціональні групи (-COOH, -NH2, -OH, -CH3).
4. Біологічне значення: забезпечення всіх проявів життя через виконання структурної, енергетичної, каталітичної, регуляторної, захисної, резервної та інформаційної функцій.

К Конструює фрейм

Фрейм «Тетрада: Біоорганічні сполуки»:

1. Особливості будови: основа — Карбон (ковалентні карбонові скелети); поділ на малі біомолекули (до 1000 Да) та біополімери (понад 10 000 Да).
2. Хімічні зв’язки: ковалентні (міцний каркас, тривале існування) + нековалентні зв’язки (динамічна просторова структура, комплементарність).
3. Різноманітність: малі молекули (моносахариди, амінокислоти, нуклеотиди, жирні кислоти) $\rightarrow$ макромолекули (полісахариди, білки, нуклеїнові кислоти).
4. Біологічні функції: структурна (мембрани, стінки клітин), енергетична (розпад з виділенням АТФ), інформаційна (збереження коду в ДНК/РНК), регуляторна (ферменти, гормони).

С Пояснює: особливості біоорганічних сполук та формулює висновок

Особливості біоорганічних сполук базуються на хімічних властивостях Карбону та поєднанні міцних і слабких зв’язків. Це забезпечує поєднання стійкості біомолекул з їхньою здатністю до швидких ферментативних перетворень. Отже, унікальна структура біомолекул є матеріальною основою метаболізму, саморегуляції та збереження спадкової інформації у живих системах.

РОЗВИВАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Чому частка макромолекул в клітинах більша, аніж частка малих молекул? Інформаційно-пошукова вправа. Порівняльна характеристика малих молекул та макромолекул.

Р Визначає пізнавальну ситуацію.

Частка біополімерів (макромолекул) у клітині складає близько 25%, тоді як на малі біомолекули припадає лише до 5%. Постає питання, які структурно-функціональні відмінності зумовлюють кількісне переважання макромолекул у клітинному вмісті.

В Формулює очікувані результати інформування.

З’ясувати та обґрунтувати порівняльні характеристики малих і великих біомолекул, розкрити значення біополімерів як основного будівельного матеріалу та функціонального апарату клітини.

К Виконує дії та конструює інфотаблицю «Малі молекули й макромолекули»

С Організовує: ІНФОРМУВАННЯ взаємозв’язку функцій біомолекул з їхньою будовою та властивостями з формулюванням висновку

Малі молекули виконують роль мономерів, енергетичних інтермедіатів та регуляторів, тому знаходяться у динамічному стані й швидко витрачаються. Макромолекули формують постійні надмолекулярні комплекси (хроматин, рибосоми, мембрани, цитоскелет), виконують довготривале зберігання інформації та запасання поживних речовин. Саме тому частка макромолекул у клітині значно більша — вони становлять матеріальну основу структури та тривалого функціонування клітини.

ЦІННІСНЕ ЗАВДАННЯ

Яке значення ковалентних зв’язків для біомолекул? Вправа для реагування. Теорія ковалентного зв’язку та Карбон.

Р Визначає поняття «Ковалентний зв’язок»

Ковалентний зв’язок — це міцний хімічний зв’язок, який виникає між атомами за рахунок утворення спільних електронних пар.

В Ілюструє прикладами ковалентний зв’язок біомолекул

Прикладами ковалентних зв’язків у біомолекулах є зв’язки C-C та C-H у вуглеводневих скелетах, пептидний зв’язок (-CO-NH-) між амінокислотами в білках, глікозидний зв’язок між залишками моносахаридів у вуглеводах, а також фосфодіестерний зв’язок між нуклеотидами в ланцюгах ДНК і РНК.

К Конструює інфографіку

Структура інфографіки «Ковалентний зв’язок — фундамент органічної матерії»:

1. Атом Карбону (чотиривалентність): утворює 4 міцні спрямовані ковалентні зв’язки завдяки чотирьом спільним електронним парам.
2. Карбоновий скелет: формування стабільних одинарних, подвійних, лінійних та кільцевих ланцюгів.
3. Біополімери: об’єднання простих мономерних блоків у макромолекули.
4. Результат: стійкість біоструктур до нагрівання, дії світла та агресивного хімічного середовища..

С Виявляє ставлення на рівні реагування та пояснює роль ковалентних зв’язків у функціонуванні органічних сполук в складі МАТЕРІЇ

Ковалентний зв’язок є фундаментальною основою існування органічної форми руху матерії. Завдяки високій енергії та стабільності ковалентних зв’язків органічні сполуки здатні зберігати свою структуру й інформацію тривалий час в умовах водного середовища клітини. Водночас контрольований розрив цих зв’язків у біохімічних реакціях вивільняє енергію, необхідну для всіх процесів життєдіяльності.

ДОДАТКОВА ІНФОРМАЦІЯ

Рослини-релікти України. Рододендрон жовтий (Rhododendron luteum / у підручнику зазначено як Abies luteum)

Рододендрон жовтий (азалія понтійська) — реліктовий чагарник родини Вересових, що зберігся в флорі України з третинного періоду (поширений переважно на Поліссі, зокрема в Овруцькому кряжі). Рослина багата на різноманітні біоорганічні сполуки: ефірні олії, флавоноїди, а також токсичний глікозид андромедотоксин. Має високу наукову цінність для збереження фіторізноманіття та вивчення еволюції рослинного покриву.

САМОНАВЧАННЯ

Комунікаційне завдання. Дидактична гра «Знайди зайве»

Біологічна гра «Знайди зайве»

Назва:
Мак (або коробочка маку)

Пояснення:
Мак утворює сухий плід (коробочку), тоді як усі інші представлені об’єкти (малина, яблука, слива, полуниця, вишня) є соковитими плодами.

САМООЦІНЮВАННЯ

Репродуктивне завдання. Вправа-відтворення. Різноманітність біоорганічних сполук

I. Особливості біомолекул

1.1. Основною причиною різноманітності біомолекул є властивості…
А Гідрогену
Б Карбону

Правильна відповідь: Б Карбону.
Атоми Карбону здатні сполучатися між собою міцними ковалентними зв’язками, утворюючи карбонові ланцюги різної форми (лінійні, розгалужені, циклічні), що зумовлює величезну різноманітність органічних сполук.

1.2. «Завдяки … зв’язкам біомолекули достатньо міцні й тому є стійкими до нагрівання, дії світла, впливу агресивного хімічного середовища»
А нековалентним
Б ковалентним

Правильна відповідь: Б ковалентним.
Ковалентні зв’язки забезпечують міцність карбонового скелета та стабільність молекул біополімерів і мономерів за фізіологічних умов існування клітини.

II. Різноманітність біомолекул

2.1. Вибираю варіант з переліком малих біомолекул:
А амінокислоти, нуклеотиди
Б нуклеїнові кислоти, білки

Правильна відповідь: А амінокислоти, нуклеотиди.
Амінокислоти й нуклеотиди мають відносно невелику молекулярну масу (від 100 до 1000 а. о. м.) і виступають мономерами для синтезу біополімерів.

2.2. Називаю групу макромолекул:
А ліпіди
Б полісахариди

Правильна відповідь: Б полісахариди.
Полісахариди є полімерами з великою молекулярною масою (макромолекулами), тоді як ліпіди відносять до малих неполімерних біомолекул.

III. Малі біомолекули

3.1. Називаю групу, що визначає лужні властивості амінокислот:
А СООН
Б NH2

Правильна відповідь: Б NH2.
Аміногрупа (-NH2) має основні (лужні) властивості, завдяки чому амінокислоти проявляють амфотерний характер.

3.2. Вибираю назву мономерів нуклеїнових кислот:
А моносахариди
Б нуклеотиди

Правильна відповідь: Б нуклеотиди.
Мономерами біополімерних ланцюгів ДНК та РНК є нуклеотиди.

IV. Макромолекули

4.1. ДНК та РНК належать до…
А білків
Б нуклеїнових кислот

Правильна відповідь: Б нуклеїнових кислот.
Дезоксирибонуклеїнова (ДНК) та рибонуклеїнова (РНК) кислоти є класом інформаційних біополімерів — нуклеїнових кислот.

4.2. Целюлоза, крохмаль – це…
А полісахариди
Б моносахариди

Правильна відповідь: А полісахариди.
Крохмаль і целюлоза є високомолекулярними вуглеводами (полісахаридами), побудованими з великої кількості мономерних залишків глюкози.

V. Функції макромолекул в клітинах

5.1. Яку функцію здійснюють білкові комплекси антиген-антитіло?
А енергетичну
Б резервну
В захисну
Г інформаційну

Правильна відповідь: В захисну.
Взаємодія антитіл з антигенами знешкоджує чужорідні мікроорганізми й токсини, забезпечуючи гуморальний імунітет.

5.2. Комплекси фермент-субстрат виконують функцію …
А структурну
Б регуляційну

Правильна відповідь: Б регуляційну.
Фермент-субстратні комплекси забезпечують каталітичне прискорення хімічних перетворень та регуляцію процесів обміну речовин у клітині.

VI. Біологічне значення для організмів

6.1. Резервний полісахарид у рослин – це…
А крохмаль
Б глікоген
В хітин
Г целюлоза

Правильна відповідь: А крохмаль.
Крохмаль відкладається про запас у клітинах рослин і слугує основним джерелом глюкози під час енергетичних потреб.

6.2. Структурний компонент зовнішнього скелету комах, павуків – це…
А глікоген
Б хітин
В глюкоза
Г ДНК

Правильна відповідь: Б хітин.
Хітин є міцним нітрогеновмісним полісахаридом, що утворює основу зовнішнього скелета (кутикули) членистоногих та клітинних стінок грибів.