Rb6UoAmQ8ldXH

Chemical structure of organisms

Source: Horia Varlan from Bucharest, Romania, www.flickr.com, licencja: CC BY 2.0.

Link to the lesson

Before you start you should know
  • the matter is composed of different substances, e.g. water, salt, iron;

  • substances are composed of particles which give them their characteristic features;

  • organisms take up substances from the environment and process them.

You will learn
  • to give examples of elements that build organisms;

  • to explain why carbon and water are so important for life;

  • to show a link between the chemical structure and properties of carbohydrates, proteins, fats and nucleic acids and their biological function.

RbYpBshcxSUBA
Nagranie dźwiękowe dotyczące chemicznej budowy organizmów

Elements that build organisms

All substances are made up of atoms. If the substance consists of identical atomsatomatoms, which are not permanently bonded to each other, it is called a chemical elementchemical elementchemical element.

Let us trace the content of some elements in the human body. On average, one kilogram of the human body contains 650 g of oxygen, 180 g of carbon, 100 g of hydrogen and 30 g of nitrogen. These four elements are the basic components of living matter. If we add further elements to them: phosphorus (10 g) and sulphur (3 g) – we obtain a group of so‑called biogenic elementsbiogenic elementsbiogenic elements. Without them, life on Earth would not exist.

Further elements in the sample analysed are 15 g of calcium, 4 g of potassium, 2 g of sodium, 1 g of magnesium and 1 g of chlorine. Together with the biogenic elements, they are called macroelementsmacroelementsmacroelements, because their amount in organisms is large enough to be easily determined by weight. The remaining elements are the so‑called microelementsmicroelementsmicroelements, i.e. elements occurring in trace amounts, each of which constitutes less than 0.01% of dry matterdry matterdry matter. They are as important for the development and functioning of organisms as macroelements. These include, among others, iron, iodine, copper, zinc, fluorine and silicon.

Name and chemical symbol of the element

Biological significance

MACROELEMENTS

BIOGENIC ELEMENTS

Carbon C

the primary component of all organic compounds

determines life on Earth

Hydrogen H

is part of all organic compoundsorganic compoundorganic compounds

component of water

Oxygen O

is part of all organic compounds (except for hydrocarbonshydrocarbonshydrocarbons)

one of the components of the Earth’s atmosphere

necessary for breathing for most organisms

Nitrogen N

component of proteins and nucleic acids

Sulphur S

is part of many proteins and some carbohydrates

participates in respiratory processes in the cell

Phosphorous P

component of nucleic acids

builds bones and teeth

component of fluids filling the interior of organisms

Calcium Ca

component of bones, mollusc shells and plant cell walls

essential in the blood clotting and muscle cell contraction processes

Potassium K and Sodium Na

responsible for cellular hydration

take part in the conduction of nerve impulses

Magnesium Mg

regulates the functioning of the nervous system

necessary for photosynthesis and respiration processes

component of green pigment of plants – chlorophyll

Chlorine Cl

forms hydrochloric acid – component of gastric juice

MICROELEMENTS

Iron Fe

component of haemoglobin – red pigment of blood

Copper Cu

takes part in cellular respiration

component of enzymes involved in the formation of chlorophyll and haemoglobin

Zinc Zn

necessary for the growth and development of plants

takes part in wound healing

Fluorine F

component of bones and tooth enamel

Experiment 1
Research problem

Answer the question: What influence do the elements contained in mineral water have on cress development?

Hypothesis

Supplying cress with mineral water causes rapid growth of plants.

You will need
  • cress seeds,

  • 2 plates,

  • cotton wool,

  • mineral water of known elemental composition,

  • distilled (demineralised) water.

Instruction
  1. Place a thick layer of cotton wool on the plates moistened with distilled water (Sample 1) and mineral water (Sample 2).

  2. Sow 30 seeds each on the plates and place them in a sunny place with a constant temperature of about 20°C.

  3. If necessary, water the plant raising with distilled water (Sample 1) and mineral water (Sample 2).

  4. Take measurements every day for 14 days and compare the height of the germinated plants.

  5. Download the attachment. Write down the results of the experiment and the conclusion.

RMVVSllPlI9lE

Pobierz załącznik

Pobierz załącznik
Plik PDF o rozmiarze 178.31 KB w języku polskim
Summary

If a cress watered with mineral water grows better than a cress supplied only with distilled water, it means that the elements contained in the mineral water are probably conducive to its faster development.

Task 1

Place a drop of distilled water and a drop of mineral water next to it on a clean, dark plate. Allow the water to dry. Explain why there is only one drop mark left on the plate. OR Give examples of elements that build organisms;

Chemical compounds present in organisms

Organisms are composed of the same basic chemical compoundschemical compoundchemical compounds, but in different proportions. The human body consists on average of 65% of water and 2% of other inorganic compoundsinorganic compoundinorganic compounds. The rest, i.e. about 33%, are molecules of organic compounds composed of numerous elements, the most important of which is carbon. Carbon is distinguished by its ability to form long chains of various shapes. They constitute the “backbone” to which other elements can be added. This results in creation of complex molecules of compounds such as proteinsproteinsproteins, carbohydratescarbohydratescarbohydrates, fatsfatsfats and nucleic acidsnucleic acidsnucleic acids. They build bodies of organisms, are a source of energy for their functioning and regulate processes occurring in them. Organic compounds also include vitamins responsible for the proper course of life processes.

R91TtHNMoVuuV
Division of chemical ingredients of the body
Source: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.

Chemical composition of organisms (in%):

Components

Plants

Animals

Water

75

60

Mineral compounds

2

4

Carbohydrates

18

5.8

Fats

0.5

11

Proteins

4

19

Nucleic acids

0.5

0.2

Biological function of water

WaterwaterWater is one of the most common substances on Earth. Without it, life would not exist. It is found in cells and tissue fluids that fill the intercellular spaces and in body fluids (e.g. blood) of animals. It is also found in plant tissues and organs. The average water content in organisms is not the same, it depends on the species and living environment, on the age and condition of the organism, as well as on the type of organ. The chemical structure of a water molecule determines its physical properties, and these affect its biological functions. Water is the environment in which most life processes take place and is a solvent for many chemical compounds. In addition, it enables regulation of the body temperature and influences the size and shape of the cells. The embryos of animals develop in an aquatic environment that provides them with a constant temperature and humidity.

RFMHSS64dopJw1
Ilustracja przedstawia kamienny brzeg częściowo przykryty wodą. Na ilustracji umieszczone są opisy i fotografie: 1- Fotografia przedstawia gładką powierzchnię wody. Na powierzchni wody owad o długich odnóżach. Odnóża owada wspierają się na wodzie. W miejscach oparcia odnóży na wodzie, lekkie wklęsłe owalne kręgi. Podpis: Surface membrane gives support to small organisms. The forces that act between the particles of water cause the membrane to appear on its surface. This membrane can support a significant weight. This is used by water insects to "run" on its surface 2- Fotografia przedstawia rybę w wodzie, płynącą w kierunku obserwatora. Podpis: Organisms living in a lake have stable thermal conditions. Water has high heat capacity, which means that in order to increase its temperature by 1°C you need high amount of heat. Heating up and cooling down of water happens very slowly, which protects organisms from sudden changes in temperature. 3- Fotografia przedstawia dno głębokiego zbiornika wodnego z osadzonym, obrośniętymi mchem kamieniami. Przez wodę przebijają się promienie słońca. Podpis: Water has the highest density in 4°C. During heavy winter, water in deep bodies lingers at the bottom, ensuring beneficial conditions for organisms living there
Water properties
Source: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Rx7gj97M4haUn
Amount of water in plant organs
Source: Andrzej Bogusz, licencja: CC BY 3.0.
Task 2

Explain which physical properties of water allow your body to function.

Observation 1

Determination of the water content in leaves. OR What is water content in leaves?

You will need
  • a few fresh leaves of different plants,

  • burner or candlestick,

  • heat‑resistant test tubes,

  • test tube holder,

  • laboratory scales.

Instruction
  1. Weigh all leaves separately.

  2. Put each leaf into a different test tube and heat it over the burner until the water evaporates completely.

  3. Weigh the dried leaves.

  4. Calculate the percentage content of water in each leaf.

  5. Open and fill in the attachment.

  6. Use the following formula to calculate the percentage of water in the leaves:

ReMLR2Ty1o5FL
Source: Aleksandra Ryczkowska, GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.
Summary

Plant leaves differ in their water content.

Task 3

Decide whether you can, based on the results of the observation 1., draw the following conclusion: “The water content of the leaves depends on the plant species”. Justify your answer. OR Why the water content of the leaves depends on the plant species?

RtVD5a4F7stI9
Exercise 1
Podaj definicję atomu.
R15vjx21uP09J
Exercise 2
Ćwiczenie uzupełnij lukę w tekście. Complete the last sentence. The following objects are made up of atoms of one kind: a ring is made up of gold atoms, a teaspoon is made up of aluminium atoms and a brooch is made up of silver atoms. Gold, aluminium, silver are (Tu uzupełnij).
RsxyIwRErAF1l
Exercise 3
Ćwiczenie wybierz prawidłowe odpowiedzi. The chemical compound is made up of Możliwe odpowiedzi: 1. atoms, 2. particles, 3. elements, 4. molecules
R17n4s5xKNGkr
Exercise 4
Ćwiczenie podaj dwa przykłady związku chemicznego i pierwiastka, wykorzystując podane nazwy i symbole chemiczne: N- azot, O- tlen, H- wodór, C- węgiel
Source: licencja: CC 0.
R1blYa4Zf0WuN
Exercise 5
Ćwiczenie wybierz prawidłową odpowiedź. Nitrogen, oxygen, carbon dioxide and water are the components of the air. The air is Możliwe odpowiedzi: 1. a chemical compound, 2. an element, 3. a particle, 4. s substance
RoZOAuUIf5BJd
Exercise 6
Wybierz pięć terminów ze słownika i z każdym z nich ułóż osobne zdanie odnoszące się do treści lekcji.
RT3UHxnOSrXD8
Exercise 7
Ćwiczenie wybierz prawidłową odpowiedź. Indicate the correct ending of the sentence. Our bones contain Możliwe odpowiedzi: 1. mineral salts, 2. calcium element, 3. magnesium chemical compounds, 4. atoms of different elements
RwrFp7yQqDgaG
Exercise 8
Ćwiczenie wybierz prawidłową odpowiedź. Which chemical component prevails in the organism? Możliwe odpowiedzi: 1. calcium, 2. nitrogen, 3. water, 4. glucose
R17ujfymVGrbE
Exercise 9
Ćwiczenie. Wyjaśnij, na czym polega ewaporacja.
RsgogeLWeTLFJ
Exercise 10
Ćwiczenie wybierz prawidłowe odpowiedzi. A chemical compound is Możliwe odpowiedzi: 1. magnesium salt, 2. carbon dioxide, 3. nitrogen, 4. carbon
R1CEKKvYzo0gY
Exercise 11
Ćwiczenie wybierz prawidłową odpowiedź. Water is a good solvent, therefore Możliwe odpowiedzi: 1. regulates the functioning of the organism, 2. cools down the body by evaporating, 3. transports chemical compounds, 4. collects large amounts of energy

Conclusion

  • Among the elements building organisms, we can distinguish macroelements and microelements.

  • The elements without them life would not exist are carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorus and sulphur.

  • Carbon is the main component of organic compounds.

  • The specific properties of water make it an essential component of all organisms.

  • Proteins, fats, carbohydrates, nucleic acids are the basic organic compounds of the organisms.

  • Glucose is the main source of energy in cells.

  • Polysaccharides perform building and reserve functions.

  • Proteins are the basic building material of cells and regulate the course of life processes of organisms.

  • Fats are a source of energy and a reserve material for plants and animals.

  • DNA is a carrier of genetic information.

Homework
Task 4.1

2. Explain the importance of water as the external environment of the fish and as a substance in the cell of the fish's body.

Keywords

inorganic compounds, atom, element, particle

Glossary

atom
atom
R79krtd7301mS
Nagranie dźwiękowe słówka atom

atom – najmniejsza, niepodzielna część pierwiastka

proteins
proteins
R1D6B9CvAguxU
Nagranie dźwiękowe słówka proteins

białka – wielkocząsteczkowe związki organiczne zbudowane z aminokwasów; występują we wszystkich organizmach; pełnią funkcje budulcowe, enzymatyczne, transportujące, odpornościowe i regulacyjne

cellulose
cellulose
R1dO200SDP11c
Nagranie dźwiękowe słówka cellulose

celuloza – wielocukier nierozpuszczalny w wodzie; buduje ściany komórkowe roślin

chitin
chitin
RPxEu7hs1kGJv
Nagranie dźwiękowe słówka chitin

chityna – wielocukier nierozpuszczalny w wodzie; buduje ściany komórkowe grzybów i szkielety zewnętrzne stawonogów np. owadów

glucose
glucose
RW6V7VDQDvys3
Nagranie dźwiękowe słówka glucose

glukoza – cukier prosty; podstawowe źródło energii dla organizmów

glycogen
glycogen
R1cpH1A1FkdpO
Nagranie dźwiękowe słówka glycogen

glikogen – wielocukier; stanowi materiał zapasowy u zwierząt (występuje głównie w ich wątrobie i mięśniach)

nucleic acids
nucleic acids
R1IABmbtBPtLX
Nagranie dźwiękowe słówka nucleic acid

kwasy nukleinowe – organiczne związki chemiczne; przechowują informację genetyczną organizmu i pośredniczą w produkcji białek; znane są dwa podstawowe typy naturalnych kwasów nukleinowych: kwasy deoksyrybonukleinowe (DNA) i kwasy rybonukleinowe (RNA)

macroelements
macroelements
RcZgz3gLixJaE
Nagranie dźwiękowe słówka macroelements

makroelementy – pierwiastki, z których każdy stanowi nie mniej niż 0,01% suchej masy organizmu; oprócz pierwiastków biogennych należą do nich: magnez (Mg), wapń (Ca), potas (K), sód (Na) i chlor (Cl); są niezbędne do prawidłowego wzrostu i rozwoju organizmów

microelements
microelements
REY7xTgeYgZci
Nagranie dźwiękowe słówka microelelemnts

mikroelementy – pierwiastki, których ilość nie przekracza 0,01% suchej masy organizmu; są niezbędne do prawidłowego rozwoju organizmu, a ich brak lub niedobór może powodować zaburzenia funkcjonowania i choroby; należą do nich m.in. żelazo (Fe), jod (I), miedź (Cu), cynk (Zn), fluor (F), krzem (Si)

chemical element
chemical element
R1Nm4q01XzTLj
Nagranie dźwiękowe słówka chemical elements

pierwiastek chemiczny – substancja złożona z jednakowych atomów

biogenic elements
biogenic elements
ROi1JJXInzI4G
Nagranie dźwiękowe słówka biogenic elements

pierwiastki biogenne – pierwiastki stanowiące podstawowy składnik związków organicznych; są to: węgiel (C), wodór (H), tlen (O), siarka (S), azot (N), fosfor (P)

starch
starch
R1GnxtfPWniT6
Nagranie dźwiękowe słówka starch

skrobia – wielocukier zbudowany z cząsteczek glukozy, nierozpuszczalny w wodzie; materiał zapasowy roślin

dry matter
dry matter
RVRZYDDVzfc7w
Nagranie dźwiękowe słówka dry matter

sucha masa – masa substancji po odparowaniu z niej wody

fats
fats
R6jl7e0V6suRN
Nagranie dźwiękowe słówka fats

tłuszcze – związki organiczne; stanowią substancje zapasowe roślin i zwierząt oraz materiał ochronny i termoizolacyjny u zwierząt

carbohydrates
carbohydrates
R1YA3FyB4iztr
Nagranie dźwiękowe słówka carbohydrates

węglowodany – inaczej cukry; organiczne związki chemiczne złożone z atomów węgla oraz wodoru i tlenu; ze względu na budowę dzielone na cukry proste, dwucukry i wielocukry; jedna z podstawowych grup związków chemicznych wytwarzanych przez organizmy

hydrocarbons
hydrocarbons
R1Q5k6jAK7VhJ
Nagranie dźwiękowe słówka hydrocarbons

węglowodory – organiczne związki węgla i wodoru występujące w ropie naftowej

water
water
Rh2LZmLx2y0fy
Nagranie dźwiękowe słówka water

woda – jedna z najczęściej spotykanych substancji na Ziemi; stanowi średnio 2/3 masy organizmów; doskonały rozpuszczalnik związków organicznych; uczestniczy w przebiegu większości reakcji chemicznych w komórkach; transportuje produkty przemiany materii, substancje odżywcze, enzymy; reguluje temperaturę organizmów; stanowi płynne środowisko wielu reakcji biochemicznych

chemical compound
chemical compound
R2PVzjmVk8F3p
Nagranie dźwiękowe słówka chemical compound

związek chemiczny – jednorodna substancja złożona z wybranych atomów trwale połączonych w cząsteczki

inorganic compound
inorganic compound
R15XiiSFbNHhw
Nagranie dźwiękowe słówka inorganic compound

związek nieorganiczny – związek, który nie zawiera atomów węgla; wyjątkiem są zawierające węgiel tlenki węgla, kwas węglowy i węglany

organic compound
organic compound
R1SmAPJytGada
Nagranie dźwiękowe słówka organic compound

związek organiczny – związek chemiczny, w skład którego wchodzą atomy węgla, często tworzące długie łańcuchy, a także atomy innych pierwiastków; wyjątkiem są zawierające węgiel tlenki węgla, kwas węglowy i węglany; związki organiczne powstają głównie w organizmach