Урок биологии с использованием компьютерной презентации по теме "Гликолиз" (11-й класс)

Разделы: Биология

Класс: 11


Цели урока

  1. Образовательные. Дать знания и сформировать у учащихся правильное  представление  об  этапах гликолиза (внутриклеточного энергетического обмена); научить сравнивать этапы; обратить внимание на взаимосвязь пластического и энергетического обменов;.
  2. Дидактические. Взаимосвязь предыдущих тем («Типы питания организмов», «Фотосинтез», «Хемосинтез»,  «Этапы метаболизма», «Углеводы») с новой темой.
  3. Воспитательные. Создать на уроке атмосферу сотрудничества, развивать познавательную активность, самостоятельность. Формировать сознательное отношение к тренировкам, и в частности, к смене деятельности на тренировке.
  4. Развивающие. Развивать логическое мышление; учить выделять главное в изучаемом материале; развивать умение учащихся задавать вопросы и рецензировать ответы своих товарище.

Наглядные пособия: слайды компьютерной презентации; таблицы  по темам  «Фотосинтез»,  «Метаболизм», «Строение биополимеров».

Ход урока

1. Актуализация знаний: Проверка домашнего задания

Сообщения учащихся с использованием  наглядных материалов компьютерной презентации:

Типы питания организмов

Фотосинтез (световая и темновая  фазы), его значение

Хемосинтез

Учащиеся задают вопросы по темам, вносят замечания, рецензируют ответы,

2. Изучение  нового материала

Гликолиз – раздел большой темы «Энергетический и пластический  обмен, поэтому объяснение нового материала целесообразно проводить в форме урока лекции-диалога.

Учитель – Какое главное свойство клетки?

Любой организм – это открытая система. Постоянная связь с окружающей средой – непременное условие существования клетки. Из внешней среды клетка получает различные вещества, которые могут использоваться для синтеза  органических соединений, характерных для данной клетки и необходимых для построения ее структур. Для синтеза органических молекул (ассимиляции) необходимо определенное количество энергии. Автотрофные организмы трансформируют энергию солнечного света в энергию химических связей органических соединений. Гетеротрофные организмы не способны использовать солнечную энергию. Но они обладают способностью получать энергию в результате процесса диссимиляции (распада) крупных органических молекул. (Слайды 1,2).

Учитель – Какой биополимер обладает наибольшей энергетической ценностью?

- Какой биополимер дает энергию организму в первую очередь?  Почему?

Сегодня мы рассматриваем энергетический обмен на примере углеводов.

Тема урока «Гликолиз» (окисление глюкозы)    

″Гликолиз″ (от греч. glycos (гликос) - сладкий и lysis (лизис) – распад) (слайд 3).

Процесс гликолиза состоит из 3-х этапов:

1. Подготовительный

2. Анаэробный (бескислородный гликолиз)

3. Аэробный (кислородный гликолиз)

1 этап. Подготовительный или пищеварение

Под действием ферментов пищеварительного тракта (ЖКТ) биополимеры  расщепляются до ди- и мономеров.

Учитель -  До каких мономеров расщепляются белки, жиры, углеводы,  нуклеиновые кислоты?

-  Какие условия процессов  расщепления белков, жиров, углеводов?                       

Подготовительный этап не сопровождается выделением энергии, напротив, требует энергозатрат организма. В процессе этого этапа образуется небольшое количество энергии, которая   рассеивается в виде тепла. Процесс происходит в цитоплазме клеток,  вне  митохондрий.

Следующие за подготовительным этапом процессы сопровождаются выделением энергии. В зависимости от участия в этих процессах кислорода подразделяют два этапа гликолиза: анаэробный и аэробный.

2 этап. Анаэробный гликолиз (от греч. “ан”- без и “аэр” –  воздух) или брожение

Образовавшиеся на подготовительном этапе соединения, подвергаются  дальнейшему преобразованию (превращению)  без участия кислорода (слайд 5).

Внимание учеников обращается на условие этого процесса – отсутствие О2.

В результате сложных  ферментативных многоступенчатых реакций 1 молекула  глюкозы С6 Н12 О6  расщепляется до 2-х молекул пировиноградной кислоты (пируват, ПВК) - С3Н4О3

С6 Н12 О6  + 2АДФ + 2 Н3РО4 + 2НАД  =   2 С3Н4О3 + 2НАД·2Н2  + 2АТФ  +  2 Н2О

Процесс анаэробного гликолиза протекает в цитоплазме вне митохондрий.

Образовавшаяся в результате гликолиза пировиноградная кислота подвергается дальнейшему преобразованию. Такие процессы называются брожением и в зависимости от конечных продуктов различают несколько видов брожения:

1. Молочнокислое - 2 С3Н4О3 + 2НАД·Н2  = 2 С3Н6О3 + 2НАД 

6Н12О6   +  2Н3РО4   +  2АДФ  =  2С3Н6О3  + 2АТФ  + 2Н2О)

2. Спиртовое - 2 С3Н4О3 + 2НАД·Н2  =  2 С2Н5ОН  + СО2   + НАД

3. Маслянокислое  -   2 С3Н4О3 + 2НАД·Н2  =   С4Н8О2   +  2СО+  2Н2 + НАД

Процессы брожения характерны для некоторых видов бактерий и могут быть источником энергии (АТФ) в клетках организмов, которые не используют молекулярный кислород или живут в его отсутствии.

У многоклеточных организмов образование молочной кислоты может происходить в различных тканях в условиях кислородного голодания. Так, работающие скелетные мышцы испытывают дефицит кислорода. Образующиеся при этом молочная кислота связывает ионы кальция  Са2+, что является одной из причин утомления мышц, а также болевых ощущений в мышцах после тяжелой работы.

3 этап. Аэробный гликолиз или дыхание (полное окисление) (слайд 6)

3Н4О3 +  6О2 +  36АДФ  +  36Н3РО4 + 2НАДФ·Н2  =  6СО2 +  42Н2О +  36АТФ+2НАД

Учащимся предлагается сравнить реакции анаэробного и аэробного гликолиза.

Учитель – Какое главное  условие протекания аэробного гликолиза?

-  Что в данной реакции указывает на полное окисление глюкозы?            

-  Сколько молекул АТФ образуется в результате гликолиза?    

- Какой органоид клетки выполняет энергетическую функцию?  

- Какое строение митохондрий?  (Слайд 7)

Внимание учащихся обращается на главное условие нормального течения кислородного процесса  - целостность мембран митохондрий.

Аэробный гликолиз протекает на мембранах крист митохондрий с обязательным участием комплекса ферментов.  Образовавшаяся в процессе гликолиза пировиноградная кислота поступает в митохондрии. Здесь она превращается в богатое энергией вещество ацетилкофермент А (Ацетил-КоА). На мембранах крист имеется запас молекул органических кислот, в состав которых входит три карбоксильные группы. Ацетил-КоА взаимодействует с молекулой щавелевоуксусной кислоты, образуя лимонную кислоту, которая подвергается дальнейшим превращениям, заканчивающимся образованием щавелевоуксусной кислоты. Эта кислота вновь взаимодействует с Ацетил-КоА и цикл превращений повторяется.   Этот сложный процесс получил название цикл Кребса  или цикл трикарбоновых кислот. (Слайд 8,9).

В цикле Кребса образуются молекулы СО2, которые выводятся из клетки,  и атомы Н0. Специальные молекулы-переносчики НАД доставляют атомы Н0  во внутреннюю мембрану  митохондрий. Здесь атомы Н0 теряют электрон и превращаются в протоны Н+.

Н0        - ē        →        Н+

Свободные электроны перемещаются по цепи переноса электронов на внутреннюю поверхность внутренней мембраны и присоединяются к атому кислорода О0, образуя анионы О-2.

О0        +  2 ē  → О-2

Протоны Н+ переносятся специальными ферментами на наружную поверхность внутренней мембраны, создавая здесь положительный заряд.

Таким образом, между внутренней и наружной поверхностями внутренней мембраны митохондрий возникает разность потенциалов. При определенном ее значении (200мв) протоны Н+ устремляются через проточные каналы в матрикс митохондрий. (Слайд 10). При прохождении протонов через активный центр фермента, их энергия затрачивается на синтез АТФ (фосфорилирование): АДФ  +  Ф  →  АТФ. В матриксе митохондрий протоны Н+ соединяются с анионами О-2, образуя воду (Н2О).

Таким образом, в процессе дыхания в митохондриях образуются бедные энергией вещества: СО2 и Н2О, и освобождается большое количество энергии.

Пировиноградная кислота  +  О2   →   СО2  +  Н2О  + энергия

При полном расщеплении 2 молекул ПВК, (синтезированных из одной молекулы глюкозы в процессе гликолиза), образуется 36 молекул АТФ.   Для большинства животных процессы дыхания являются основным путем получения энергии, необходимой для их жизнедеятельности.

Организм человека функционирует в аэробных условиях: 90% энергии он получает при участии кислорода.

ВЫВОД: Объединяя анаэробные и аэробные процессы образования АТФ при расщеплении  глюкозы, можно записать следующее суммарное уравнение:

С6Н12О6   +  6 О2  + 38 Н3РО4  +  38АДФ  →   6СО2  + 44Н2О  +  38АТФ

3. Обобщение нового материала

1 молекула глюкозы, окисляясь до углекислого газа и воды, обеспечивает  синтез  АТФ.

Учитель – Сколько всего молекул АТФ образуется в результате расщепления 1 молекулы глюкозы?

- Сколько из этих 38 молекул  АТФ образуется в аэробном гликолизе?

Следовательно, 1 молекула глюкозы  обеспечивает синтез 38 молекул АТФ,  из которых 36  молекул  образуется в результате аэробного гликолиза.

Учитель – Какой процесс гликолиза  энергетически выгоден?

Поэтому в клетках высших растений и большинства животных  аэробный   процесс (дыхание) – это основной источник получения энергии, необходимой для жизнедеятельности. Но  в митохондрии поступает не только глюкоза, но и жирные кислоты,  аминокислоты,  участвующие в катаболизме. Поэтому митохондрии – энергетические органоиды клетки.

4.Вопросы для закрепления изученного материала (слайд 11).

- Что такое гликолиз?

- Назовите основные этапы гликолиза?

- Что является результатом анаэробный и аэробный процесса?

- Что происходит с энергией, выделяющейся на подготовительном этапе?

- Особенности протекания анаэробного и аэробного  гликолиза?

- Какой из этапов гликолиза наиболее энергетически выгоден? Почему?

- Какое главное условие протекания аэробного гликолиза?

5. Комментарии к слайду  12 – «Трансформация энергии в живой клетке»

6. Домашнее задание

- Повторить фотосинтез, этапы метаболизма;

- § 4.2

- вопросы № 1,2,3.4 на стр. 131.

7. Подведение итогов

Вспомнить о целях урока, проанализировать насколько они достигнуты.

Выставление оценок (комментарий учителя). На последующих уроках будут изучаться особенности  энергетического обмена у спортсменов, нейрогуморальная регуляция углеводного обмена.

Урок закончен. Спасибо.

Литература

1. Общая биология. 10 класс. Под ред. ак. В.Б.Захарова. М., Дрофа, 2008.

2. Биология.10 класс. Поурочные планы по учебнику  под ред.В.Б.Захарова Автор-составитель Т.И.Чайка. Волгоград, Учитель, 2007.

3. Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. М., Дрофа, 2004.

4. Колесников С.И. Общая биология. Ростов-на-Дону, «Феникс», 2005.

5. Филиппович Ю.Б, Коничев А.С.,Севастьянова Г.А.,Кутузова Н.М. Биохимические основы жизнедеятельности человека. М., Владос, 2005.

6. Петросова Р.А.. Обмен веществ и энергии в клетках организма. М. Дрофа. 2004.

7. Мухамеджанов И.Р. Тесты, зачеты, блицопросы. М. Вако.2007.

8. Подмятникова Л.С. Энергетический обмен в клетке. М., ПУ «1 сентября», 2007-8.