Функция белков в клетке. Ферменты (10-й класс)

Разделы: Биология

Класс: 10


Тип урока: урок изучения нового материала с элементами практикума.

Форма урока: комбинированный.

Учебно-воспитательные задачи урока:

  • Образовательные:
    – сформировать у учащихся знания о разнообразных функциях белка (многофункциональность), роли белков в формировании признаков организма, о ферментах, их специфичности и механизме действия, ферментативном характере всех реакций в клетке;
  • Развивающие:
    – развитие навыка систематизации понятий;
    – развитие навыков системного мышления при анализе строения и функций ферментов;
    – познакомить учащихся с приемами мнемотехники при запоминании большого количества терминов;
    – развитие навыка учащихся по планированию работы и организации рабочего места;
    – развитие практических умений и навыков при выполнении лабораторной работы.
  • Воспитательные:
    – показать необходимость знаний о роли ферментах для здоровья человека и в практике физической культуры и спорта.

Оборудование:

Демонстрационное оборудование: Таблица № 12 с изображением разных уровней организации белковых молекул, отрезок гибкого провода длиной 1 м., металлический стержень длиной 30 см., таблица № 15 с изображением фермента рибонуклеазы, магнитные модели строения ферментов, лекарственные препараты содержащие различные ферменты (мизим, панзинор).

Лабораторное оборудование: (на каждый стол)

Штатив с пятью пробирками с натуральными объектами (вареный и сырой картофель, вареное и сырое мясо), склянки с 3% раствором пероксида водорода, песок, ступка и пестик. Инструкция по выполнению лабораторной работы.

Межпредметные связи.

Внутрипредметные связи – Ферменты. (Пищеварение, 9 класс)

Межпредметные связи – Химия, 10 класс. Белки. Нуклеиновые кислоты. Ферменты. Химия, 9 класс. Скорость химических реакций.

Эпиграф урока:

“Проблема природы жизни – это проблема первичной организации материи в живых объектах.”
Акад. В.А.Энгельгардт

Ход урока

1. Организационный момент.

Вступительное слово учителя.

Сегодня на уроке мы продолжим знакомство с разнообразными функциями белков в живых организмах. Рассмотрим как изменяются свойства белков в связи с изменением их структуры. Решение данных вопросов будем решать теоретически (на лекции), так и практически (на лабораторной работе).

2. Повторение ранее изученного материала.

Устный опрос.

  1. Какие органические вещества входят в состав клетки?
  2. Из каких простых органических соединений состоят белки?
  3. Что такое пептиды?
  4. Какова первичная структура белка? Каков характер связей в ней?
  5. Как образуется вторичная, третичная и четвертичная структура белка?
    Каков характер связей в них?
  6. Какие функции белков вам известны?

(При ответах учащиеся пользуются динамическим моделированием структур белка при помощи гибкого шнура).

  1. Доказательно объясните первостепенное значение белков в клетках живых организмов, занимающих в живой природе первое место как по количеству, так и по значению.
  2. Работа с терминами.

Дать определение опорным понятиям:

Биополимеры –
Белки –
Аминокислоты –
Водородные связи –
Структуры белка –
Денатурация белка –
Ренатурация белка –
Катализ –

По итогам устного опроса оцениваются знания учащихся.

Слово учителя:

Мы познакомились с различными белками, разобрали их строение, структуры, свойства, функциональное значение для живых организмов. А как вы думаете, изменится ли функция белка при нарушении его структуры?

Учащиеся совместно с учителем высказывают предположения, находят правильный ответ (Белки утратят свои функции при нарушении его структуры).

На примере белков-ферментов мы сегодня рассмотрим как меняются свойства белковых молекул с изменением их структуры. Решение этого вопроса будем осуществлять при изучении нового материала с помощью практических опытов и наблюдений.

3. Изучение нового материала в форме лекции. (На доске записан план лекции, новые понятия и термины урока. Во время изложения учителем лекции учащиеся в тетрадях записывают краткий конспект нового материала.)

Новые понятия и термины урока:

Фермент
Активный центр фермента
Апофермент
Кофермент
Специфичность ферментов
Условия работы ферментов

Лекция № 4.

Тема: “Ферменты”

План:

  1. Строение ферментов.
  2. Классификация ферментов.
  3. Свойства ферментов и их функции.
  4. Факторы, влияющие на активность ферментов.
  5. Механизм действия ферментов.
  6. Значение ферментов.

Ферменты – это высокоспециализированные белки, которые ускоряют химические реакции в клетке, т.е. являются биологическими катализаторами.

Строение ферментов.

  1. Простые (однокомпонентные, состоят из белка: амилаза, пепсин, трипсин)
  2. Сложные (двухкомпонентные, состоят из белковой части (апофермент) и небелковой части (кофермент – витамины или минеральные вещества).

Каталитическую активность сложные ферменты проявляют только в присутствии коферментов. Каталитическую активность проявляет не вся молекула фермента, а только его незначительная часть называемая активным центром.

Классификация ферментов.

Классы ферментов Катализируемая реакция Примеры ферментов
1. Оксидоредуктазы Перенос атомов водорода или электронов от одного вещества к другому. Дегидрогеназа, оксидаза.
2. Трансферазы Перенос определенной группы атомов (метильной, ацильной, фосфатной или аминогруппы) от одного вещества к другому. Трансаминаза, киназа.
3. Гидролазы Реакции гидролиза. Липаза, амилаза, протеаза.
4. Лиазы Негидролитическое присоединение к субстрату или отщепление от него группы атомов. При этом могут разрываться связи С-С, С-N, C-O, С-S. Декарбоксилаза, фумараза,  альдолаза.
5. Изомеразы Внутримолекулярная перестройка Изомераза, мутаза.
6. Лигазы Соединение двух молекул в результате образования новых связей С-С, С-N, C-O, С-S, сопряженное с распадом АТФ. Синтеаза.

Название фермента образуется от названия катализируемого вещества с добавлением окончания “аза” (фермент ускоряющий распад белков – протеаза, жиров – липаза, углеводов – амилаза).

Свойства ферментов.

1. Высокая каталитическая активность (углекислый газ из крови связывается с гемоглобином в карбогемоглобин со скоростью 10 молекул в секунду, а при ферменте карбоангидраза в 10 раз больше).

2. Специфичность (избирательность) действия (один фермент катализирует одну реакцию).

3. Регулируемость активности ферментов (внутренняя среда организма из-за действия ферментов всегда постоянна).

Факторы влияющие на активность ферментов.

1. Концентрация фермента и субстрата (чем выше концентрация исходных веществ, тем выше скорость реакции).

2. Активная реакция среды (рН) (большинство ферментов проявляют максимальную активность при значении рН=7 (нейтральная). Некоторые активны только в кислой среде (пепсин рН=2), некоторые только в щелочной (липаза рН=9). При физических нагрузках в мышцах накапливается молочная кислота, способная закислять среду и снижать активность многих ферментов).

3. Температура (Различные клеточные ферменты работают в своем диапазоне температур, где они проявляют наибольшую активность (средние температуры 37-40 С) При низких температурах активность ферментов замедляется, при высоких фермент(белок) разрушается (денатурация белка). При замораживании фермент сохраняет свою структуру и затем при размораживании восстанавливает свои свойства).

4. Активаторы и ингибиторы (ионы металлов, низкомолекулярные вещества) активаторы повышают активность фермента (АТФ-аза миозина мышц активируется ионами Са ), ингибиторы снижают активность фермента, т.к. занимают место субстрата (конкурентные ингибиторы), или соединяются с неактивной частью и тем самым меняют химическую природу фермента (катализ нарушается) (неконкурентные ингибиторы – ионы тяжелых металлов – свинец, медь, ртуть, мышьяк и многие яды).

Механизм действия ферментов.

Взаимодействие субстрата и фермента происходит в несколько стадий:

  1. взаимодействие субстрата (S) с активным центром фермента (Ф) и образование фермент-субстратного комплекса,
  2. преобразование в фермент-субстратном комплексе с образованием нового продукта,
  3. отделение продукта реакции от активного центра фермента (сам фермент в ходе реакции не изменяется и вступает в другие реакции вновь).

А + В = АВ (скорость медленная)

субстрат новый продукт

А + Ф = АФ + В = АВ + Ф (скорость быстрая)

Модель взаимодействия фермента с субстратом.

1. Модель Фишера “ключ к замку”. Субстрат и фермент комплиментарны (точно подходят друг к другу, как ключ к замку).

2. Модель Кошланда “перчатка-рука”. Субстрат и активный центр фермента становятся соответствующими друг другу (как перчатка, одетая на руку) только после того, как соединятся.

Значение знаний о ферментах.

В медицине В промышленности В спорте
1. Многие заболевания в организме связаны с изменением активности ферментов или процессом их синтеза (ферментопатия):
– замедленное физическое развитие,
– нарушение обмена веществ,
– психическая неполноценность.
При изготовлении сыра, хлебопечении, пивоварения.
При изготовлении антибиотиков, витаминов, …
1. При мышечной деятельности может изменяться активность и биосинтез многих ферментов, что приводит к усилению или замедлению скорости метаболизма и процессов энергообразования.
2. От активности фермента зависит физическая работоспособность, скорость восстановления, адаптация к физическим нагрузкам.
3. Действие многих витаминов и других биологически активных веществ, которые применяются в практике спорта для восстановления организма и регуляции массы тела, связано с ферментами.

4. Обобщение и закрепление знаний по новому материалу.

  1. Что такое ферменты?
  2. Какова роль ферментов в обмене веществ, диагностике функционального состояния организма?
  3. Как образуются названия ферментов?
  4. Как построены ферменты?
  5. Что такое кофермент и какова его роль? Какие знаете коферменты?
  6. Какова связь между ферментами и витаминами?
  7. Какую функцию выполняет активный центр фермента?
  8. Назовите основные свойства ферментов.
  9. В чем состоит специфичность действия ферментов?
  10. Раскройте механизм действия ферментов. Как фермент
  11. взаимодействует с субстратом?
  12. Как влияют отдельные факторы среды на активность фермента?
  13. Что такое активаторы и ингибиторы ферментов? Приведите примеры их действия на отдельные ферменты.
  14. Какие знаете классы ферментов?
  15. Как влияют физические нагрузки на активность т свойства ферментов?

5. Выполнение лабораторной работы № 3 по теме “Каталитическая активность ферментов в живых тканях”.

Проведение работы по инструкции. (Приложение)

Учащиеся оформляют в лабораторных тетрадях отчет об итогах

лабораторной работы. Сдача лабораторных тетрадей на проверку.

6. Домашнее задание.

Общая биология: Учеб. Для 10–11 класс общеобразоват. О-28 / Д.К.Беляев, П.М.Бородин, Н.Н.Воронцов и др. М.: Просвещение, 2005.