Интегрированный урок по химии и биологии на тему «Неорганические и органические катализаторы»

Цель и задачи уроков:

• сформировать представления о катализаторах и ферментах, их строении, механизме действия, свойствах, применении в промышленности и значении для жизни человека
• познакомить учащихся с современными представлениями о химической природе, основными принципами взаимодействия с субстратом и практическим использованием специфических каталитических белков – ферментов (энзимов)
• организовать освоение процедур исследовательской деятельности, в том числе, совершенствовать умение учащихся наблюдать за веществами и происходящими с ними изменениями
• совершенствовать умение учащихся работать с учебными материалами
• развивать познавательный интерес путем выполнения лабораторного опыта.
• реализовать межпредметные связи развивать познавательный интерес путем выполнения лабораторного опыта.

Тип урока: изучения нового  материала

Методы и методические приемы обучения: беседа, проблемное обучение, лекция, работа с таблицами и рисунками, лабораторная работа.

План 1-го урока

Организационный момент – 5 мин

• Повторение пройденного материала– 5 мин
• Изучение нового материала – 15 мин
• Закрепление изученного – 10 мин
• Домашнее задание – 5 мин

Первый урок

Ход урока

1. Организационный момент. Повторение пройденного материала на уроке химии по теме «Факторы влияющие на скорость химической реакции».

1. Что называется скоростью химической реакции? Слайд 2
2. Какие факторы влияют на скорость химической реакции? Слайд 3,4,5,6

2. Изучение нового материала.

Учитель: Можно увеличить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации. Их называют катализаторами.

Катализатор — химическое вещество, ускоряющее или замедляющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции. Количество катализатора, в отличие от других реагентов, после реакции не изменяется. Важно понимать, что катализатор участвует в реакции. Обеспечивая более быстрый путь для реакции, катализатор реагирует с исходным веществом, получившееся промежуточное соединение подвергается превращениям и в конце расщепляется на продукт и катализатор. Затем катализатор снова реагирует с исходным веществом, и этот каталитический цикл многократно (до миллиона раз) повторяется.

Каковы были первые представления о веществах-катализаторах.

Сообщение учащегося (домашняя заготовка) Приложение 1

Рассказ учителя: «Большие результаты присутствия малых количеств веществ».

Кто из нас не наблюдал явления, происходящего, когда приходится обрабатывать порез раствором перекиси водорода? При попадании на кровоточащую ранку пероксид вскипает, что свидетельствует об образовании газа, а это, как вам известно, является признаком химической реакции. Выделившийся атомарный кислород – сильный окислитель, он активно дезинфицирует раневую поверхность. Попробуйте полить пероксидом водорода на неповрежденную поверхность кожи, и никаких изменений в нем вы не заметите. Как объяснить то, что мы наблюдаем?

Оказывается, пероксид водорода – довольно нестойкое соединение (посмотрите на этикетку, что на ней написано, каковы правила хранения этого вещества?) и разлагается на воду и кислород, но эта реакция идет очень медленно. А гемоглобин крови выступает в роли ускорителя этой реакции. Вещества, которые ускоряют химический процесс, называются катализаторами, а сам процесс – катализом.

Это название происходит от греческого слова katalysis, что значит разрушение. Первое знакомство с катализаторами восходит еще к первой половине XIX в. И.В.Деберейнер установил, что при направлении струи водорода на губчатую платину (мелко раздробленный металл) водород загорается, однако практического вывода из этого открытия не было сделано.

Позже это и другие подобные явления подробно изучил Й.Я.Берцелиус, он и ввел в 1836 г. понятие катализатора: одним только своим присутствием вызывает химическую активность, не проявляющуюся без его участия.

В настоящее время катализаторы играют в химии весьма значительную роль. Почти все процессы заводского производства протекают при содействии катализаторов, а подбор подходящего катализатора играет не последнюю роль при решении вопроса о самой возможности того или иного синтеза.

В некоторых случаях скорость химической реакции необходимо не увеличить, а наоборот, уменьшить, для этого используют вещества, называемые ингибиторами.

Слайд 7,8

Учитель: Столь же велико значение биологических катализаторов, называемых ферментами или энзимами, для жизнедеятельности организмов: они регулируют все процессы, протекающие в живых объектах. Эффективность действия ферментов в сотни и даже тысячи зраз выше, чем у неорганических катализаторов.

Слайд 9,10

Сообщение учащегося о ферментах (домашняя заготовка), дополнения учителя Приложение 2

Вопросы для закрепления

Слайд 11

• Видео1
• Видео2

Домашнее задание

1. Подготовить материал о перекиси водорода (9 и 11 классы)
2. 11 класс: (задание по химии) О.С.Габриелян стр.95-96. Биополимеры белки.
   Проработать таблицы (четыре структуры белка; сравнительная характеристика РНК и ДНК) Приложение 3
3. 9 класс: (задание по биологии)
   А.А.Каменский, Е.А.Криксунов, В.В.пасечник: Биологические катализаторы, стр.37 упр.1-4, повторить тему белки стр.23-34

План 2-го урока:

1. Организационный момент (5 минут)

2. Проверка знаний учащихся по теме «Белки» (5 минут). Тест.

3. Изучение нового материала (15 минут)

4. Закрепление изученного материала (10 минут)

• Лабораторный опыт «Открытие фермента каталазы».
• Лабораторный опыт «Действие неорганических катализаторов»

5. Вопросы для закрепления (5 минут)

6. Домашнее задание (сравнение неорганических и органических катализаторов). Таблица. (5 минут)

Второй урок

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Проверка знаний учащихся по теме «Белки».

Приложение 4  Тест

3. Изложение нового материала.

Учитель

Ферменты – это специфические белки глобулярной природы, вещества, без которых невозможно течение множества процессов в организме. Играют роль биологических катализаторов. На самом деле, ферменты принимают участие не только в переваривании пищи, но и в работе центральной нервной системы, в процессах роста новых клеток.

Ферменты относятся к белкам. Но в их составе есть и минеральные соли. Ферментов достаточно много и каждый обладает совершенно уникальным действием на узкий круг веществ. Ферменты не могут заменять друг друга.

Впервые высокоочищенный кристаллический фермент был выделен в 1926 г. Американским биохимиком Дж.Самнером. Этим ферментом была уреаза, которая катализирует расщепление мочевины. К настоящему времени известно более 2 тыс. ферментов, и их количество продолжает расти.

Свойства ферментов.

Ферменты могут действовать только при температуре, не превышающей пятидесяти четырех градусов. Но и слишком низкие температуры тоже не способствуют их активности. Ведь «работают» ферменты в человеческом теле и оптимальна для них именно температура тела. Губителен для ферментов солнечный свет и кислород. Метаболизм жиров, белков, минералов и углеводов проходит только в присутствии ферментов. Ферменты обладают специфичностью. Специфичность ферментов состоит в том, что каждый из них действует только на одну реакцию.

Слайд 12

Фермент обладает способностью различать среди множества молекул именно те, которые должны вступать в реакцию, - эти молекулы называют субстратом. В контакт с субстратом вступает лишь очень небольшая часть молекулы фермента (3-5 аминокислотных остатков). Эта часть - активный центр фермента.

Взаимодействие субстрата с ферментом впервые изучил немецкий ученый Эмиль Фишер. Он высказал гипотезу (1880), согласно которой субстрат подходит активному центру фермента как «ключ к замку».

Образовавшиеся продукты по форме уже не соответствуют активному центру. Они отделяются от «замка» фермента и поступают в окружающую среду, после этого освободившийся активный центр может принимать новые молекулы субстрата.

Слайд13

Все ферменты разделяются на три основных группы: амилаза, липаза и протеаза.

Фермент амилаза необходим для переработки углеводов. В переводе с древнегреческого языка название фермента переводится как «крахмал». Под воздействием амилазы углеводы разрушаются и легко всасываются в кровь. Амилаза присутствует как в слюне, так и в кишечнике. Амилаза тоже бывает разной. Для каждого вида сахаров существует собственный вид этого фермента.

Липаза – это ферменты, которые присутствуют в желудочном соке и вырабатываются поджелудочной железой. Липаза необходима для усвоения организмом жиров.

Протеаза – это группа ферментов, которые присутствуют в желудочном соке и тоже вырабатываются поджелудочной железой. Кроме этого, протеаза присутствует и в кишечнике. Протеаза необходима для расщепления белков.

Существуют такие ферменты, которые запускают процессы обмена веществ внутри клеток. Практически нет в организме такой системы, которая не вырабатывала бы свои ферменты. Существуют и продукты питания, в которых есть собственные ферменты. Это авокадо, ананасы, папайя, манго, бананы и различные пророщенные зерна.

В организме вырабатываются и так называемые протеолитические ферменты, которые не только участвуют в пищеварении, но еще и снимают воспалительные процессы. К таким ферментам относят панкреатин, пепсин, ренин, трипсин и химотрипсин.

Наиболее распространенным в лекарственной форме является фермент панкреатин. Его применяют в случае нехватки ферментов в организме, для облегчения переваривания пищи, при аллергиях на еду, различных тяжелых нарушениях иммунитета, а также других сложных внутренних болезнях.

Слайд14

Если Вы страдаете ферментной недостаточностью, то предпочтительнее использовать такие лекарства, которые содержат сразу несколько ферментов. Но есть препараты, содержащие только один какой-либо фермент. Обычно ферментные препараты нужно употреблять во время еды, но иногда эффективнее прием после еды. Лекарственные средства, которые содержат ферменты, следует держать в холодильнике.
Названия ферментов производят от названий субстратов, на которые они действуют, по схеме: тип катализируемой данным ферментом реакции + название одного из продуктов реакции (или одного из ее участников) с прибавлением окончания -аза. Окончание -аза служит для обозначения ферментной природы.

Слайд 15, 16

Доклад ученика «Перекись водорода»  Приложение 5

4.Закрепление изученного материала

Лабораторная работа

«Расщепление перекиси водорода ферментом каталазой и неорганическим катализатором»

Выполнить практическую часть.

• Налейте в три пробирки по 2-4 мл Н2О2
• В первую пробирку добавьте кусочек сырого картофеля
• Во вторую пробирку кусочек вареного картофеля
• В третью пробирку двуокиси марганца (пиролюзит, MnO₂) (на кончике шпателя)
• Напишите реакцию разложения перекиси водорода.

Слайд 17,18

5. Вопросы для закрепления

1. Чем обусловлено расщепление пероксид водорода в пробирках с кусочками сырого картофеля и при действии на пероксид водорода пиролюзита?
2. Какие уровни организации молекулы белка-фермента каталазы разрушаются при варке картофеля в нашем опыте и разрыв каких молекулярных связей привел к денатурации этого белка?
3. Почему расщепление пероксида водорода в пробирках с кусочками вареного картофеля не наблюдалось?

6. Домашнее задание: заполнить таблицу по сравнительной характеристике неорганических и органических катализаторов. Приложение 6

Слайд 19,20

Заключение

1. Развитие общебиологических понятий, к числу которых можно отнести понятие "фермент", является теоретической основой обучения как биологии, так и химии.

2. Развитие понятия о ферментах способствует формированию у учащихся знаний, которые необходимы для расширения общего научного кругозора.

3. В связи с важностью формирования понятия «фермент», «катализатор», а так же из-за недостатка времени, рекомендуется проведение интегративного подхода к изучению химии и биологии.

4. Интеграция, позволяет объединить в целое разрозненные части, соединить в одном учебном материале обобщенных знаний в той или иной области. Так как форма проведения интегрированных уроков нестандартна, уроки развивают потенциал самих учащихся, побуждают к активному познанию окружающей действительности, к осмыслению и нахождению причинно-следственных связей, к развитию логики, мышления, коммуникативных способностей. В большей степени, чем обычные, они способствуют развитию речи, формированию умения сравнивать, обобщать, делать выводы. Основной акцент в интегрированном уроке приходится не столько на усвоение знаний о взаимосвязи явлений и предметов, сколько на развитие образного мышления. Интегрированные уроки также предполагают обязательное развитие творческой активности учащихся. Это позволяет использовать содержание всех учебных предметов, привлекать сведения из различных областей науки, культуры, искусства, обращаясь к явлениям и событиям окружающей жизни.

Список использованной литературы.

Учебная и научная литература.

1. Биология. Введение в общую биологию иэкологию.9 кл.:учеб.для общеобразоват.учреждений /А.А.Каменский, Е.А.Криксунов, В.В.Пасечник.-11-е изд., стереотип.- М.:Дрофа, 2010. -303 с.: ил.
2. Химия. 11 класс: учеб.для общеобразоват.учреждений/ О.С.Габриелян, Г.Г.Лысова.-5-е изд., стереотип. - М.:Дрофа, 2005. -362с.: ил.
3. Рассказы о химии и веществах/Ю.Н.Кукушкин. - СПБ.: изд. «Синтез», 1995. 160с.
4. У химии свои законы/К.Манолов, Д.Лазаров, И.Лилов-изд.2-е, стереотип.-Л., «Химия», 1977,-376.:ил.
5. Учебно-методическая газета для учителей химии и естествознания.- Издательский дом «Первое сентября». 2009 №4

Материалы локальной сети Интернет.

1. Официальный сайт WWW.ХИМИК.RU канд. техн. наук А.Г. Пестов.2008г.
2. Портал фундаментального химического образования в Росси www.chem.msu.ru - Ю.Б. Филиппович, А.С. Коничев. 2009г.
3. Сайт химического факультета МГУ ttp://www.chem.msu.su/rus/journals/chemlife/welcome.html В.П. Комов, В.Н. Шведова. 2009г.
4. Мультимедийный учебник «1С: Репетитор. Химия» http://repetitor.1c.ru/online/disp.asp?10;3
5. Портал научно-популярной химической информации www.alhimik.ru; - Г.Е. Яковлева. Ферменты в клинической биохимии. 2009г.