Цели урока
- 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;.
- Дидактические. Взаимосвязь предыдущих тем («Типы питания организмов», «Фотосинтез», «Хемосинтез», «Этапы метаболизма», «Углеводы») с новой темой.
- Воспитательные. Создать на уроке атмосферу сотрудничества, развивать познавательную активность, самостоятельность. Формировать сознательное отношение к тренировкам, и в частности, к смене деятельности на тренировке.
- 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
(С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О)
2. Спиртовое - 2 С3Н4О3 + 2НАД·Н2 = 2 С2Н5ОН + СО2 + НАД
3. Маслянокислое - 2 С3Н4О3 + 2НАД·Н2 = С4Н8О2 + 2СО2 + 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)
2С3Н4О3 + 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.