Биологическое окисление

Дата 21.01.2018
Размер 154.89 Kb.
Тип Литература
    Навигация по данной странице:
  • Цели урока: Образовательные
  • Воспитательные
  • Развивающие
  • Форма урока
  • Изучение нового
Занятие 7.

Раздел II . Клетка – единица живого.

Тема: «Биологическое окисление. Анаэробный и аэробный гликолиз».

Цели урока:

  1. Образовательные
  • Закрепление сущности понятий обмена веществ, метаболизма, пластического и энергетического обмена, ассимиляции и диссимиляции, анаболизма и катаболизма.
  • дать понятие о процессах клеточного дыхания;
  • показать, что эти процессы являются окислительно– восстановительными;
  • объяснить значение дыхания в жизнедеятельности различных организмов.
  • выяснение взаимосвязи между пластическим и энергетическим обменом веществ.
  1. Воспитательные
  • Способствовать формированию научного мировоззрения у учащихся, коммуникативных навыков, навыков работы в парах группах, рефлексии.
  1. Развивающие способствовать расширению кругозора , формированию биологического мировоззрения, наблюдательности.

Оборудование: записи на доске, материалы, рассказывающие о биографиях учёных, внёсших вклад в развитие клеточной теории, динамическая таблица.

Беркенблит М.Б., Глаголев С.М., Фуралёв В.А.. Общая биология: учебник для 10 класса средней школы. МИРОС, М., 1999

Введение в общую биологию и экологию: учеб. для 9 кл. общеобразоват. учреждений А.А. Каменский.– 6-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2005.

Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология.

Общая биология, учебник для 10 – 11 классов с углублённым изучением биологии (под редакцией В.К. Шумного, Г.М. Дымшица и А.О. Рувинского), “Просвещение”, М., 2001

Пепеляева О.А., Сунцова И.В. Поурочные разработки по общей биологии: 9 класс. – М.: ВАКО, 2006.

Пименов А.В. Уроки биологии в 10 (11) классе. “Академия развития”, Ярославль, 2001

Тип урокакомбинированный
Ход урока

  1. Оргмомент
  2. Актуализация ранее изученного

Беседа.

  • Какую тему изучали на предыдущем уроке?
  • Каким синонимом можно назвать ОВ?
  • Охарактеризовать процессы синтеза?
  • распада?

Карточки (в приложении) у доски

2. Какой универсальный источник энергии вы знаете ? (строение, запас, значение)

На прошлом занятии мы изучили удивительный процесс, появившийся в природе около 2 млрд. лет назад – фотосинтез. Мы ещё раз убедились, что энергия света не используется напрямую для синтеза органических веществ, а сначала трансформируется в АТФ и только потом энергия АТФ тратится на синтез органики (1 закон биоэнергетики). В курсе ботаники мы с восторгом говорили о космической роли зелёных растений, о необходимости их для сохранения жизни. Но этот крупнейший ароморфоз в своё время привёл к экологической катастрофе.

Каковы экологические последствия возникновения фотосинтеза? (накопление кислорода, биогенный синтез органического вещества, появление круговорота веществ, необратимые изменения условий существования, образование озонового слоя).

Каковы эволюционные последствия возникновения фотосинтеза?

  1. Изучение нового

Мотивация на изучение темы – вводная беседа. Кислород – окислитель, следовательно, с накоплением его исчезла возможность абиогенного самозарождения органики. Свободный кислород – сильнейший яд для неприспособленных к нему организмов. Его накопление в атмосфере произвело колоссальную перемену. Многие анаэробные виды живых существ не перенесли этого революционного поворота в ходе развития биосферы. Кроме того, появление кислорода должно было привести к развитию живых форм более высокого уровня организации, которые могли бы его использовать. По мере увеличения концентрации кислорода в атмосфере живые организмы выработали эффективное средство извлечения энергии из органических веществ – аэробное дыхание. Аэробные организмы сейчас составляют подавляющее большинство. Но . . . во многих группах организмов – у растений, животных, грибов, бактерий, даже у человека – сохранился наряду с кислородным дыханием анаэробный процесс извлечения энергии.0

Целеполагание.

  • Почему более сложные организмы не могли бы развиться в отсутствие кислорода?
  • Почему наряду с аэробным дыханием организмы продолжают использовать анаэробное?

Для ответа на эти вопросы мы не только должны рассмотреть проблему энергообеспечения клетки, но и сравнить способы получения энергии гетеротрофными организмами.

  • А откуда берут гетеротрофы энергию?

Гетеротрофы получают необходимую энергию для их жизнедеятельности в результате окисления в клетках молекул органических веществ, поступающих вместе с пищей.

Запись числа и темы: Биологическое окисление. Анаэробный и аэробный гликолиз.

Обяснение с опорой на таблицу.

В ходе биологического окисления расщепление сложных органических веществ осуществляется поэтапно и может идти двумя принципиально различными путями:

1) бескислородное окисление органических веществ; 2) кислородное окисление органических веществ до углекислого газа и воды

Начальные этапы обоих видов окисления протекают сходным образом и соответствуют этапам энргетического обмена.

  • Рассмотрим этапы энергетического обмена (заполнение с таблицы).

Этапы энергетического обмена

Подготовительный этап Бескислородный этап Гликолиз Кислородный этап
Где происходит расщепление? В органах пищеварения, в клетках под действием ферментов Внутри клетки В митохондриях
Чем активизируется расщепление? Ферментами пищеварительных соков Ферментами мембран клеток Ферментами митохондрий
До каких веществ расщепляются соединения клетки? Белки – аминокислоты

Жиры – глицерин и жирные кислоты

Углеводы – глюкоза

Глюкоза(С6Н12О6)

2 молекулы пировиноградной кислоты (С3Н4О3) + энергия

Пировиноградная кислота до СО2 и Н2О
Сколько выделяется энергии? Мало, рассеивается в виде тепла. За счет 40% синтезируется АТФ, 60% рассеивается в виде тепла Более 60% энергии запасается в виде АТФ
Сколько синтезируется энергии в виде АТФ? ____________ 2 молекулы АТФ 36 молекул АТФ

В первую, подготовительную стадию, крупные молекулы распадаются на более простые: белки расщепляются до аминокислот, полисахариды – до моносахаридов; липиды – до глицерина и высших жирных кислот.

Этот процесс осуществляется в пищеварительном канале многоклеточных организмов, затем – в клетках под действием ферментов лизосом. Выделившаяся энергия в ходе превращения веществ, полностью рассеивается в виде тепла.

– Какая общая функция характерна для этих веществ?

– Рационально ли тратить белки на получение энергии? Почему?

– Какие вещества являются основным источником энергии?

Считается, что ключевое место в метаболизме всех типов клеток занимают реакции с участием сахаров, например, глюкозы, поэтому на занятии мы рассмотрим путь окисления именно этого углевода.

Второй этап – бескислородный, или неполное окисление. Он называется также анаэробным дыханием (гликолизом) или брожением. Термин “брожение” обычно применяют по отношению к процессам, протекающим в клетках микроорганизмов или растений.

Брожению могут подвергаться многие органические соединения, но чаще всего – углеводы, в результате чего образуются: спирт (этиловый), кислоты (молочная, масляная и др.), ацетон и другие органические соединения, углекислый газ, а в некоторых случаях и водород.

По образующимся продуктам различают спиртовое, молочно – кислое, масляно-кислое и другие виды брожения. Но суть механизма всех видов брожения, несмотря на их многообразие, одна и та же. И заключается этот механизм в ферментативном расщеплении глюкозы, то есть в гликолизе, которое в самых разнообразных клетках протекает по одному и тому же сценарию без изменений.

А) Спиртовое брожение:

2С3Н4О3 —> 2СО2 + 2СН3СОН (уксусн. альдегид)

2СН3СОН + 2НАД Н2 —> 2С2Н5ОН + 2 НАД+

Б) Молочнокислое брожение: происходит у бактериальных клеток молочно-кислых бактерий и в клетках мышечной ткани человека при нехваткекислорода

2С3Н4О3(пвк) + 2НАД Н2 —> 2С3Н6О3 + 2 НАД+

Гликолиз осуществляется в цитоплазме клеток и не требует кислорода. Он состоит из девяти последовательных реакций, каждая из которых катализируется общим ферментом. В ходе реакций гликолиза молекула глюкозы распадается на две трехуглеродные молекулы МОЛОЧНОЙ, далее пировиноградной кислоты (ПВК), при этом суммарно образуются две молекулы АТФ.

Уравнение реакции приведено в учебнике. с._______________

Запись в тетрадь С6Н12О6=2С3(С3Н4О3)+Н2О

Дальнейшая судьба ПВК может быть различной в зависимости от того, какой тип извлечения энергии предпочитают организмы — анаэробный (бескислородный) или аэробный (кислородный).

В случае анаэробных организмов или тканей животных, способных работать в условиях отсутствия или пониженного содержания кислорода, молекулы ПВК подвергаются дальнейшему преобразованию в зависимости от типа брожения до спирта (спиртовое брожение), молочной кислоты (молочнокислое брожение) и т.д. Недостатком процессов брожения является извлечение незначительной доли той энергии, которая заключена в связях органических молекул. Для многих одноклеточных и многоклеточных (особенно ведущих паразитический образ жизни) этого вполне достаточно.

Но брожение является жизненно важным процессом и для других более высокоорганизованных существ.

Например, спиртовое брожение происходит у хвойных растений зимой, когда устьица хвои закупориваются смолой, и газообмен с внешней средой прекращается.

У человека также происходит процесс брожения.

В каком случае клетки мышц переходят на бескислородное дыхание?

Какой конечный продукт образуется в мышцах в результате гликолиза?

С чем связана боль в мышцах у нетренированного человека после физической нагрузки?

Проблемный вопрос: Что необходимо сделать, чтобы уменьшить боль?

Для того, чтобы ответить на вопрос, мы рассмотрим 3 стадию энергетического обмена. На третьей стадии энергетического обмена происходит дальнейшее окисление продуктов гликолиза до углекислого газа и воды с помощью окислителя О2 и ферментов.

Этот этап получил название аэробного (кислородного) дыхания, или гидролиза. Он осуществляется в “энергетических станциях” клетки – митохондриях и связан с матриксом митохондрии и ее внутренними мембранами.

Образовавшиеся в процессе гликолиза органические вещества поступают на ферментативный кольцевой “конвейер”, который называют в честь описавшего его ученого циклом Кребса. Все ферменты, катализирующие реакции этого цикла, локализованы в митохондриях. На всех стадиях этого процесса происходит поглощение кислорода и выделение углекислого газа, воды и энергии, запасаемой в молекулах АТФ. Причем образование молекул АТФ сопряжено с ферментами, которые расположены на внутренней мембране митохондрий, обеспечивающих выделение энергии небольшими порциями, что позволяет запасать ее в химических связях АТФ.

С3+3Н2О=3СО2+12Н( ПЕРЕНОС НА ВНУТРЕННЮЮ МЕМБРАНУ)

Процесс кислородного расщепления молочной кислоты можно выразить уравнением (в учебнике):

2С3Н4О3 + 6О2+ 36 АДФ + 36 Н3РО4 –> 36 АТФ + 6СО2+ 42Н2О.

Вопрос: Какой этап энергетического обмена наиболее выгоден и почему?

Кислородное дыхание гораздо эффективнее гликолиза, так как полное окисление органических веществ приводит к выделению большого количества энергии, причем примерно 60% ее запасается в молекулах АТФ, а 40% рассеивается в виде тепла.

Вопрос: Сколько всего образуется молекул АТФ в результате окисления одной молекулы глюкозы?

(Всего на трех этапах биологического окисления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.)

Процесс полного окисления глюкозы в клетке можно выразить общим суммарным уравнением:

С6Н12О6 + 6О2 –> 6СО2 + 38 АТФ.

Всего на трех этапах биологического окисления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Часть молекул расходуется на сами процессы окисления, а 21 молекула АТФ передается в цитоплазму для обеспечения работы других клеточных структур.

Первичная проверка усвоения знаний.

Работа в группах: Каждой группе предлагается одинаковый набор карточек с названиями исходных веществ и продуктов на каждом этапе энергетического обмена. 1 группа выбирает вещества для подготовительного этапа, 2 группа для бескислородного расщепления, 3 группа для кислородного расщепления. При помощи магнитов укрепить выбранные карточки на доске.

Другие публикации:

Аэробные возможности организма и выносливость ;
7 упражнений на 7 минут, которые избавят вас от болей в спине ;
Аэробная тренировка или как правильно сжигать жир ;
Аэробные упражнения ;

Метки: , ,