Lipidy – budowa, właściwości i znaczenie biologiczne, Ćwiczenia z Biologia

Pobierz Lipidy – budowa, właściwości i znaczenie biologiczne i więcej Ćwiczenia w PDF z Biologia tylko na Docsity! Lipidy – budowa, właściwości i znaczenie biologiczne Wprowadzenie Przeczytaj Film samouczek Sprawdź się Dla nauczyciela Lipidy (tłuszczowce) to zróżnicowana grupa związków organicznych nierozpuszczalnych w wodzie, a rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych (np. w alkoholach, eterze i chloroformie). Ze względu na budowę dzieli się je na trzy podstawowe grupy: tłuszcze proste, tłuszcze złożone i związki tłuszczopodobne. Istnieją także inne klasyfikacje lipidów, np. ze względu na pochodzenie możemy wyróżnić tłuszcze roślinne i zwierzęce, a stosując kryterium konsystencji w temperaturze pokojowej – tłuszcze stałe i ciekłe. Lipidy pełnią różnorodne funkcje biologiczne, m.in. energetyczne, zapasowe, termoizolacyjne, ochronne, regulacyjne oraz strukturalne. Twoje cele Przedstawisz klasyfikację lipidów ze względu na ich strukturę. Omówisz budowę lipidów. Scharakteryzujesz właściwości lipidów. Wyjaśnisz znaczenie biologiczne lipidów. Lipidy są bardzo ważnym elementem diety, gdyż dostarczają organizmowi sporą ilość energii oraz umożliwiają wchłanianie witamin A, D, E czy K. Przykładem produktu bogatego w lipidy jest masło: zawiera ono dużą ilość nasyconych kwasów tłuszczowych. Niemniej produkt ten należy spożywać w umiarkowanych ilościach, ponieważ stanowi także obfite źródło cholesterolu, którego wysoki poziom we krwi ma zgubne konsekwencje zdrowotne. Źródło: Pixabay, domena publiczna. Lipidy – budowa, właściwości i znaczenie biologiczne Woski to tłuszcze proste będące estrami kwasów tłuszczowych i długołańcuchowych alkoholi jednowodorotlenowych. Woski wykazują dużą odporność na temperaturę, działanie czynników chemicznych i enzymów, stąd występują głównie powierzchniowo, np. na powierzchni organów roślinnych (liści, owoców) oraz powłok ciała zwierząt (główny składnik łoju), pełniąc funkcje ochronne przed utratą wody, atakiem drobnoustrojów chorobotwórczych i niskimi temperaturami. Tłuszcze złożone Fosfolipidy Fosfolipidy to tłuszcze złożone zawierające w cząsteczce resztę fosforanową. Najczęściej spotykane fosfolipidy zbudowane są z glicerolu, którego dwie grupy hydroksylowe zestryfikowane są kwasem tłuszczowym, trzecia natomiast kwasem ortofosforowym. Charakterystyka i znaczenie biologiczne Przykładem wosku zwierzęcego jest lanolina (ester kwasów tłuszczowych ze sterolami). Lanolinę pozyskuje się podczas czyszczenia wełny owczej. Stosowana jest jako preparat nawilżający skórę oraz jako baza w której rozpuszczane są składniki aktywne leków. Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.  Związki zawierające azot, takie jak cholina, mogą estryfikować wolną grupę −OH reszty fosforanowej, w wyniku czego powstają lecytyny (fosfolipidy niezbędne do prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego zwierząt). Fosfolipidy mają charakter amfipatyczny, w związku z tym w środowisku wodnym spontanicznie się łączą. Bywa, że formują micelę – kulistą formę, w której fragmenty hydrofobowe fosfolipidów skierowane są do wnętrza, a hydrofilowe do zewnątrz, przez co te ostatnie kontaktują się ze środowiskiem wodnym. Mające dwa łańcuchy hydrofobowe fosfolipidy, ze względu na cylindryczny kształt, rzadko przyjmują tę formę, która jest charakterystyczna dla lipidów zawierających jeden łańcuch hydrofobowy. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0. Fosfolipidy wykazują właściwości amfipatyczne: jeden z ich końców ma charakter hydrofobowy, drugi natomiast hydrofilowy. Przez to w roztworach wodnych tworzą uporządkowane struktury (micele, liposomy i dwuwarstwy), w których końce hydrofilowe cząsteczki ustawiają się w kierunku wody, a części hydrofobowe układają się w kierunku przeciwnym. W komórce stanowią podstawowy składnik błon plazmatycznych i osłonek mielinowych neuronów; pełnią funkcje zapasowe (np. lecytyna w żółtkach jaj) czy też są istotnym składnikiem surfaktantu – substancji zapobiegającej sklejaniu się błon pęcherzyków płucnych. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Glikolipidy Charakterystyka i znaczenie biologiczne Glikolipidy to lipidy zbudowane z kwasu tłuszczowego lub sfingozyny, do których przyłączone są reszty cukrowe. Glikolipidy są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Pełnią ważna rolę jako składnik tkanki nerwowej (mieliny) i błon komórkowych, gdzie wspólnie z glikoproteinami tworzą dwuwarstwę lipidową. Mogą pełnić także funkcję receptorów (np. znany receptor dla toksyny cholery obecny w jelicie cienkim człowieka), biorą udział w przenoszeniu impulsów nerwowych, a także wykazują właściwości antygenowe. Sfingolipidy Sfingolipidy to grupa lipidów, których cząsteczka zbudowana jest z łańcucha sfingozyny. Do tego łańcucha przyłączone mogą być etanoloamina, cholina lub seryna oraz reszty kwasów tłuszczowych. Sfingolipidy produkowane są w aparatach Golgiego. Występują w błonach zewnętrznych, gdzie tworzą zewnętrzną warstwę błony komórkowej charakteryzująca się dużą wytrzymałością chemiczną oraz mechaniczną, dzięki czemu pełnią funkcję ochronną dla powierzchni komórek. Niektóre z nich uczestniczą w przesyłaniu sygnałów komórkowych oraz blokowaniu naturalnie zaprogramowanej śmierci komórki (apoptozy). Związki tłuszczopodobne Do związków tłuszczopodobnych zaliczamy m.in. kartenoidy i steroidy. Karotenoidy Charakterystyka i znaczenie biologiczne Charakterystyka i znaczenie biologiczne sfingozyna aminoalkohol o 18 atomach węgla zawierający jedno wiązanie podwójne wiązanie estrowe wiązanie chemiczne powstałe w wyniku reakcji alkoholi z kwasami organicznymi lub nieorganicznymi Film samouczek Polecenie 1 Zapoznaj się z treścią zadania. Swoją odpowiedź zapisz w formularzu. Następnie obejrzyj film i sprawdź, czy twoje wyjaśnienie jest prawidłowe. Cząsteczki fosfolipidów mają jednocześnie właściwości hydrofilowe i hydrofobowe. Ta cecha odgrywa istotną rolę w samoistnym organizowaniu się cząsteczek fosfolipidów w środowisku wodnym w liposomy, czyli struktury mające postać mikropęcherzyków. Liposomy, np. lipoproteiny krwi, występują w organizmach. Są też produkowane i wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym. Wewnątrz liposomów umieszcza się np. zawiesiny leków. Dodatkowe umieszczenie odpowiednich cząsteczek sygnałowych w warstwie lipidowej liposomów sprawia, że łatwiejsze staje się dostarczenie ich zawartości do wnętrza komórek mających określone receptory rozpoznające i wiążące te cząsteczki sygnałowe. Na poniższych rysunkach przedstawiono budowę liposomu (I) i fuzję liposomu z błoną komórkową (II). Na podstawie: C. Kelly, C. Jefferies, S.A. Cryan, Targeted Liposomal Drug Delivery to Monocytes and Macrophages, Journal of Drug Delivery 2011.hp://www.thehormoneshop.net/liposomes.htm Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Polecenie 2 Obejrzyj film. Film dostępny pod adresem hps://zpe.gov.pl/a/D1BEqetz9 Lipidy – budowa, właściwości i znaczenie biologiczne. Źródło: Inga Wójtowicz, reż. Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Film nawiązujący do treści materiału Polecenie 3 Polecenie 4 Po obejrzeniu filmu podaj wspólną cechę budowy liposomu i błony komórkowej, dzięki której liposomy mogą ulegać fuzji z tą błoną. Wyjaśnij, dlaczego dzięki wprowadzeniu określonych cząsteczek sygnałowych do błony liposomu można zwiększyć skuteczność podawanego w nich leku. Ćwiczenie 4 Chińscy naukowcy stworzyli w 2019 r. nanomaszynę mającą wykrywać różne cząsteczki miRNA (mikroRNA) za pomocą ich interakcji z DNA. Podłoże przygotowano, rozprowadzając dwuwarstwę lipidową na powierzchni silikonu, a różnorodne cząsteczki DNA połączono na stałe z cholesterolem. Po podaniu kompleksów DNA–cholesterol zostały one związane z wcześniej przygotowanym podłożem. Na podstawie: Zhi-Bin Wen i wsp., A dynamic 3D DNA Nanostructure Based on Silicon-Supported Lipid Bilayers: A Highly Efficient DNA Nanomachine for Rapid and Sensive Sensing, „Chemical Communicaons” 2019, nr 55(89), s. 13414–13417. Wskaż związki chemiczne, między którymi nastąpią oddziaływania umożliwiające związanie kompleksu DNA-cholesterol z podłożem opisanym w tekście. DNA – cholesterol lipidy dwuwarstwy – DNA lipidy dwuwarstwy – silikon DNA – silikon RNA – lipidy dwuwarstwy lipidy dwuwarstwy – cholesterol Czy oba wybrane przez ciebie związki zawierają fragment o charakterze hydrofobowym? nie tak         醙 Ćwiczenie 5 Cholesterol należy do związków tłuszczopodobnych i pełni liczne funkcje w organizmie człowieka. Wskaż, które zdania dotyczące funkcji cholesterolu są prawdziwe, a które fałszywe. Prawda Fałsz Jest substratem do syntezy hormonów kory nadnerczy. Zwiększa płynność błony komórkowej zwierząt. Wspomaga trawienie tłuszczów, ponieważ stanowi substrat do syntezy kwasów żółciowych. Jest niezbędny do utrzymania prawidłowego poziomu witaminy B w organizmie. LDL – jeden z rodzajów cholesterolu – przyczynia się do rozwoju miażdżycy. 12 Ćwiczenie 6 Wyjaśnij, co oznacza stwierdzenie, że fosfolipidy są amfipatyczne. Określ, w jaki sposób zachowują się fosfolipidy w środowisku wodnym.           醙 醙 Ćwiczenie 7 Za gospodarkę wapniową organizmu odpowiada wiele hormonów oraz innych substancji. Należą do nich między innymi kalcytonina, parathormon, mineralokortykoidy, witamina D oraz estradiol. Z wyjątkiem parathormonu i kalcytoniny wszystkie podane związki są pochodnymi cholesterolu. Niedobór między innymi kalcytoniny i witaminy D skutkować może zmniejszoną gęstością kości. Niski poziom estradiolu jest natomiast szczególnie niebezpieczny dla stanu kości kobiet po 50. roku życia. Z badań wynika także, że cholesterol bezpośrednio zmniejsza poziom ekspresji genów komórek kościotwórczych (osteoblastów). 3 3 Na podstawie: Yanman Zhou i wsp., Hypercholesterolaemia Increases the Risk of High-Turnover Osteoporosis in Men, „Molecular Medicine Reports” 2019, nr 19(6), s. 4603–4612. Pewien dietetyk zalecił pacjentce w wieku 60 lat dietę bardzo bogatą w cholesterol. Na podstawie powyższego tekstu i własnej wiedzy oceń, czy zalecenie to było prawidłowe. Uzasadnij swoją ocenę, uwzględniając prawdopodobny stan układu kostnego i krwionośnego pacjentki wynikający z jej wieku. Ćwiczenie 8 Roślinne błony komórkowe nie zawierają cholesterolu. Występują w niej natomiast liczne sterole roślinne – fitosterole. Ich pochodne cukrowe (glikozydy) posiadają właściwości bakteriobójcze, a także emulgacyjne (rozbijają tłuszcze) – saponiny. Fitosterole z grupy ekdyzonów są także zdolne do zatrzymywania cykli rozwojowych owadów roślinożernych. Na podstawie powyższego tekstu i własnej wiedzy określ, jakie zastosowanie mają fitosterole w przemyśle oraz uprawie roślin. 難 難 1. Uczniowie samodzielnie zapoznają się z tekstem w sekcji „Przeczytaj”, a następnie wykonują polecenie nr 1 do filmu samouczka zawartego w e‐materiale. 2. Nauczyciel wyświetla film samouczek pt. Lipidy – budowa, właściwości i znaczenie biologiczne, uczniowie weryfikują swoją odpowiedź na polecenie. Podczas wyświetlania filmu nauczyciel zatrzymuje go, zwracając uczniom uwagę na szczegóły. 3. Następnie nauczyciel dzieli uczniów na trzy grupy. Każda grupa otrzymuje arkusz szarego papieru i flamastry, a jej zadaniem jest wyłącznie graficzne opracowanie wyznaczonego zagadnienia: grupa I – tłuszcze proste; grupa II – tłuszcze złożone; grupa III – związki tłuszczopodobne. Uczniowie podczas pracy nie mogą korzystać z e‐materiału. 3. Po wykonaniu pracy każda z grup zmienia miejsce zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Zadaniem uczniów jest zapoznanie się z graficznym przedstawieniem określonej grupy lipidów w ciągu 5 minut oraz dodanie podpisów objaśniających ilustracje stworzone przez kolegów. 4. Po upływie wyznaczonego czasu każda z grup ponownie zmienia miejsce zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Kolejnym zadaniem uczniów jest sprawdzenie poprawności ilustracji i podpisów na podstawie e‐materiału. Uzupełniają brakujące informacje przy ponownym oglądaniu filmu. Nauczyciel monitoruje pracę podopiecznych. 5. Uczniowie, pracując w parach, wykonują polecenia nr 2 i 3 do filmu samouczka. Nauczyciel monitoruje pracę uczniów, w razie potrzeby naprowadza ich na prawidłowe rozwiązanie. 6. Uczniowie w parach wykonują ćwiczenia interaktywne od 6 do 8, a po upływie wyznaczonego czasu dyskutują nad poprawnymi rozwiązaniami. Faza podsumowująca 1. Uczniowie rozwiązują ćwiczenie interaktywne nr 5. Następnie przygotowują podobne zadanie (typu „prawda/fałsz”) dotyczące lipidów dla osoby z pary. Uczniowie wykonują ćwiczenie otrzymane od kolegi lub koleżanki. 2. Nauczyciel ocenia zaangażowanie uczniów podczas zajęć. Praca domowa Wykonaj ćwiczenia interaktywne od 1 do 4. Materiały pomocnicze Encyklopedia szkolna. Biologia, red. Marta Stęplewska, Robert Mitoraj, Wydawnictwo Zielona Sowa, Kraków 2006. Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania filmu samouczka Film samouczek może zostać wykorzystany w fazie wstępnej lekcji, w celu wprowadzenia uczniów w temat zajęć. Można go również wykorzystać na kolejnych lekcjach dotyczących lipidów.