Мета уроку: Продовжити формування знань про обмін речовин, розкривши сутність енергетичного обміну, підвести учнів до висновку про значення АТФ як універсального акумулятора енергії в клітині; познайомити учнів з особливостями трьох етапів енергетичного обміну на рівні сприйняття, осмислення і первинного запам'ятовування.
Тип уроку. вивчення нового матеріалу.
Обладнання: інтерактивна таблиця "Енергетичний обмін в клітині" (Додаток.)
I. Актуалізація знань: На дошці записані слова:
Аденін, рибоза, енергія, залишок фосфорної кислоти, мітохондрія, акумулятор, макроергічних зв'язків.
Учитель: Згадайте речовина, пов'язане з усіма виписаними словами, визначте його роль в клітці?
Учні: згадують АТФ і її роль в клітці.
Учитель: Навіщо організмам необхідна енергія?
Учні: Зростання, дихання, харчування і т.д.
Учитель: - Отже, джерелом енергії для переважної більшості процесів в живих організмах є наступна реакція:
Отже, запас АТФ повинен безперервно поповнюватися на основі зворотної реакції, що йде з витратою енергії:
Учитель: Звідки береться енергія для цієї зворотної реакції?
- Звідки організми її можуть отримати? (Поживні речовини.)
Повідомлення теми і цілей уроку. Ми познайомимося з сутністю енергетичного обміну, розглянемо етапи енергетичного обміну. З'ясуємо, яке значення має енергетичний обмін?
II. Вивчення нового матеріалу.
Робота зі схемою "Способи отримання енергії живими істотами"
Гетеротрофи отримують необхідну енергію для їх життєдіяльності в результаті окислення в клітинах молекул органічних речовин, що надходять разом з їжею. Але слід зазначити, що фотосинтезуючі і хемосинтезирующие організми також здатні отримувати енергію завдяки окисленню органічних речовин, синтезованих у власних клітинах з неорганічних сполук.
В ході біологічного окислення розщеплення складних органічних речовин здійснюється поетапно і може йти двома принципово різними шляхами:
1) бескислородное окислення органічних речовин;
2) кисневе окислення органічних речовин до вуглекислого газу і води.
Початкові етапи обох видів окислення протікають подібним чином.
Учитель: Розглянемо етапи енергетичного обміну (робота з таблицею).
Етапи енергетичного обміну
В першу, підготовчу стадію, великі молекули розпадаються на більш прості: білки розщеплюються до амінокислот, полісахариди - до моносахаридів; ліпіди - до гліцерину і вищих жирних кислот.
Цей процес здійснюється в травному каналі багатоклітинних організмів, потім - в клітинах під дією ферментів лізосом. Виділилася енергія в ході перетворення речовин, повністю розсіюється у вигляді тепла.
- Яка загальна функція характерна для цих речовин?
- Чи раціонально витрачати білки на отримання енергії? Чому?
- Які речовини є основним джерелом енергії?
Вважається, що ключове місце в метаболізмі всіх типів клітин займають реакції за участю цукрів, наприклад, глюкози, тому на занятті ми розглянемо шлях окислення саме цього вуглеводу.
Другий етап - безкисневому, або неповне окислення. Він називається також анаеробним диханням (гликолизом) або бродінням. Термін "бродіння" зазвичай застосовують по відношенню до процесів, що протікають в клітинах мікроорганізмів або рослин.
Бродінню можуть піддаватися багато органічні сполуки, але найчастіше - вуглеводи, в результаті чого утворюються: спирт (етиловий), кислоти (молочна, масляна та ін.), Ацетон і інші органічні сполуки, вуглекислий газ, а в деяких випадках і водень.
За утворюється продуктам розрізняють спиртове, молочно - кисле, олійно-кисле і інші види бродіння. Але суть механізму всіх видів бродіння, незважаючи на їх різноманіття, одна і та ж. І полягає цей механізм в ферментативном розщепленні глюкози, тобто в гліколізі, яке в найрізноманітніших клітинах протікає по одному і тому ж сценарію без змін.
Гліколіз здійснюється в цитоплазмі клітин і не вимагає кисню. Він складається з дев'яти послідовних реакцій, кожна з яких каталізується загальним ферментом. В ході реакцій гліколізу молекула глюкози розпадається на дві трехуглеродние молекули піровиноградної кислоти (ПВК), при цьому сумарно утворюються дві молекули АТФ.
Рівняння реакції наведено в підручнику.
Подальша доля ПВК може бути різною в залежності від того, який тип добування енергії за краще організми -анаеробний (безкисневому) або аеробний (кисневий).
У разі анаеробних організмів або тканин тварин, здатних працювати в умовах відсутності або пониженого вмісту кисню, молекули ПВК піддаються подальшому перетворенню в залежності від типу бродіння до спирту (спиртове бродіння), молочної кислоти (молочнокисле бродіння) і т.д. Недоліком процесів бродіння є отримання незначної частки тієї енергії, яка укладена в зв'язках органічних молекул. Для багатьох одноклітинних і багатоклітинних (особливо які ведуть паразитичний спосіб життя) цього цілком достатньо.
Але бродіння є життєво важливим процесом і для інших більш високоорганізованих істот.
Наприклад, спиртове бродіння відбувається у хвойних рослин взимку, коли продихи хвої закупорюються смолою, і газообмін із зовнішнім середовищем припиняється.
- В якому випадку клітини м'язів переходять на бескислородное дихання?
- Який кінцевий продукт утворюється в м'язах в результаті гліколізу?
- З чим пов'язана біль в м'язах у нетренованого людини після фізичного навантаження?
Проблемне питання: Що необхідно зробити, щоб зменшити біль?
Для того, щоб відповісти на питання, ми розглянемо 3 стадію енергетичного обміну. На третій стадії енергетичного обміну відбувається подальше окислення продуктів гліколізу до вуглекислого газу і води за допомогою окислювача О2 і ферментів.
Цей етап отримав назву аеробного (кисневого) подиху, або гідролізу. Він здійснюється в "енергетичних станціях" клітини - мітохондріях і пов'язаний з матриксом мітохондрії і її внутрішніми мембранами.
Утворилися в процесі гліколізу органічні речовини надходять на ферментативний кільцевої "конвеєр", який називають на честь описав його вченого циклом Кребса. Всі ферменти, що каталізують реакції цього циклу, локалізовані в мітохондріях. На всіх стадіях цього процесу відбувається поглинання кисню і виділення вуглекислого газу, води та енергії, що запасається в молекулах АТФ. Причому освіту молекул АТФ пов'язане з ферментами, які розташовані на внутрішній мембрані мітохондрій, які забезпечують виділення енергії невеликими порціями, що дозволяє запасати її в хімічних зв'язках АТФ.
Процес кисневого розщеплення молочної кислоти можна виразити рівнянням (в підручнику):
Питання: Який етап енергетичного обміну найбільш вигідний і чому?
Кисневе дихання набагато ефективніше гліколізу, так як повне окислення органічних речовин призводить до виділення великої кількості енергії, причому приблизно 60% її запасається в молекулах АТФ, а 40% розсіюється у вигляді тепла.
Питання: Скільки всього утворюється молекул АТФ в результаті окислення однієї молекули глюкози?
(Всього на трьох етапах біологічного окислення однієї молекули глюкози утворюється 38 молекул АТФ.)
Процес повного окислення глюкози в клітці можна виразити загальним сумарним рівнянням:
Всього на трьох етапах біологічного окислення однієї молекули глюкози утворюється 38 молекул АТФ. Частина молекул витрачається на самі процеси окислення, а 21 молекула АТФ передається в цитоплазму для забезпечення роботи інших клітинних структур.
III. Первинна перевірка засвоєння знань.
Робота в групах: Кожній групі пропонується однаковий набір карток з назвами вихідних речовин і продуктів на кожному етапі енергетичного обміну. 1 група обирає речовини для підготовчого етапу, 2 група для безкисневого розщеплення, 3 група для кисневого розщеплення. За допомогою магнітів зміцнити вибрані картки на дошці.
білки
жири
вуглеводи
амінокислоти
гліцерин
Жирні кислоти
глюкоза
піровиноградна кислота
2 молекули АТФ
кисень
36 молекул АТФ
СО2
Н2 Про
- Робота учнів з тестом.
- Вирішіть задачу.
Процес окислення глюкози в клітці схожий з горінням. Як при горінні, так і при диханні глюкоза окислюється за участю молекулярного кисню до кінцевих продуктів - вуглекислого газу і води з виділенням енергії. Поясніть, чим же відрізняються ці процеси, якщо їх можна виразити загальним сумарним рівнянням:
Питання: Який з етапів енергетичного обміну давніший і чому?
- На чому грунтується твердження вчених, що гліколіз з'явився в живій природі раніше кисневого розщеплення?
- Замініть одним словом виділену частину кожного твердження.
- Ферментативний і безкисневому процес розпаду органічних речовин в клітині спостерігається у бактерій.
- Сукупність окислювальних процесів розщеплення молекул органічних речовин за участю кисню - властивість клітин вищих рослин і більшості тварин.
Підбиття підсумків. Будинок. завдання.
- "Знання отримані на уроці мені необхідні ..."
- "Я отримав корисну інформацію про те, що ..."