Цели и задачи: Выяснить, почему при окислении органических веществ высвобождается энергия; дать характеристику реакциям подготовительного обмена и гликолиза; раскрыть сущность кислородного этапа диссимиляции, определить роль митохондрий в его осуществлении; установить взаимосвязь между строением и функциями митохондрий. Продолжить развитие умений сравнивать биологические процессы, анализировать, делать выводы. Создание ситуации успеха у учащихся. Оборудование: учебные таблицы, бланки опорных . Тип урока: урок изучения нового материала.
Ход урока I. Актуализация знаний: Какие типы питания организмов вам известны? - Гетеротрофное и автотрофное Какие организмы называются автотрофными? Приведите примеры. Какие организмы называются гетеротрофными? Приведите примеры. Назовите основной источник энергии на Земле. Как аккумулируется эта энергия?
II. Изучение нового материала. Животные организмы не способны использовать энергию света и получают её за счёт окисления органических соединений, поступающих с пищей. Для всех организмов характерен обмен веществ или метаболизм. Вспомните, какие виды обмена веществ вам известны?
С поступлением пищи в организм начинается энергетический обмен. Он состоит из трёх этапов: 0. Подготовительный 1. Бескислородный 2. Кислородное расщепление. 0 этап – подготовительный. Что происходит с органическими веществами в процессе пищеварения? - Сложные органические вещества расщепляются до простых соединений или мономеров Белки----------аминокислоты Липиды--------глицерин + жирные кислоты Углеводы------глюкоза Мономеры вместе с кровью поступают в клетки, где претерпевают дальнейшие изменения.
Что такое анаболизм? Что такое катаболизм? Как взаимосвязаны анаболизм и катаболизм в едином процессе обмена веществ?
Наиболее энергетически ценными из органических веществ являются углеводы, в частности глюкоза. Образование АТФ происходит главным образом в митохондриях. АТФ – важнейшее органическое соединение, обеспечивающее энергией все клеточные функции. АТФ: аденин ---------- рибоза ---------- 3 остатка фосф. к-ты азотистое углевод основание Ковалентные полярные связи между остатками фосфорной кислоты в АТФ очень богаты энергией, поэтому они называются макроэргическими. Молекула АТФ может отщеплять от себя 3-й и 2-й фосфорные остатки, разрывая химические связи между ними. При этом она превращается сначала в АДФ, а затем в АМФ. Это превращение сопровождается выделением больщого количества энергии. АТФ = АДФ + Н3РО4 АДФ = АМФ + Н3РО4
Первый этап – гликолиз. Осуществляется без участия кислорода, поэтому его ещё называют бескислородный или неполное расщепление. Образуется промежуточный продукт – пировиноградную кислоту, которая в дальнейшем в животных клетках превращается в молочную кислоту. С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С3Н6О3 + 2АТФ +2Н2О С6Н12О6 = 2С3Н4О3 +4Н + 2АТФ С6Н12О6 = 2С3Н4О3 = 2С3Н6О3 Обязательными участниками гликолиза обязательно являются АДФ и Н3РО4. Оба эти вещества всегда имеются в клетке, так как они образуются в результате её жизнедеятельности. В процессе гликолиза из одной молекулы глюкозы образуются 2 молекулы АТФ.
Гликолиз – сложный многоступенчатый процесс, состоящий из 10 следующих друг за другом реакций. Каждую реакцию катализирует свой особый фермент. В результате освобождается количество энергии порядка 200 кДж/моль глюкозы. 60% данной энергии рассеивается в виде тепла, а 40% - идет на синтез АТФ.
В клетках человека и животных глюкоза расщепляется до молочной кислоты. Этот вид гликолиза присущ некоторым видам бактерий и грибков и лежит в основе приготовления кислого молока, простокваши, кефира и др. молочнокислых продуктов питания. Дрожжевые грибки в процессе синтеза АТФ расщепляют глюкозу до Этилового спирта и СО2. Происходит спиртовое брожение. Промежуточные реакции гликолиза и спиртового брожения сходны, но конечные продукты различны. На спиртовом брожении основано приготовление вина, пива, кваса. Тесто, замешанное на дрожжах, даёт пористый, вкусный хлеб. С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С2Н5ОН + 2СО2 + 2Н20 + 2АТФ
Выполнить задания: Задание 1. Сколько молекул глюкозы необходимо расщепить без участия кислорода, чтобы получить 18 молекул АТФ: А) 18 Б) 36 В) 9 Г) 27 Задание 2. На первом этапе своего расщепления глюкоза: А) окисляется до углекислого газа и воды Б) не изменяется В) подвергается брожению Г) расщепляется до двух трёхуглеродных молекул.
Второй этап– кислородное расщепление. Данный этап происходит при участии кислорода и воды поэтому его ещё называют аэробное дыхание и гидролиз. Аэробное дыхание осуществляется в митохондриях. Для того, чтобы понять механизм аэробного дыхания, нужно вспомнить строение митохондрий. (Один учащийся рассказывает о строении митохондрий.) Аэробное дыхание связано с матриксом митохондрий и внутренней мембраной. В этом процесс принимают участие, кроме субстратов ещё 1. ферменты 2. молекулы-переносчики 3. молекулярный кислород 4. вода. Основное условие нормального течения кислородного процесса - целостность митохондриальных мембран В процессе аэробного дыхания расщеплению подвергается молочная кислота. Она проникает в митохондрии, где полностью разрушается. C3H6O3+3H2O=3CO2+12H
Этот процесс можно разделить на три стадии: 1) Окислительное декарбоксилирование 2) Цикл Кребса 3) Электронтранспортная цепь.
1). Окислительное декарбоксилирование. Пировиноградная кислота соединяется с веществом, которое называют коферментом А, в результате чего образуется ацетилкофермент А. При этом от пировиногадной кислоты отщепляются молекулы СО2 и атомы Н. Атомы водорода запасаются в виде НАД*Н2. НАД*Н2 направляется в дыхательную цепь митохондрии. СО2 удаляется в окружающую среду как побочный продукт реакции. С3Н4О3 + КоА + НАД = СО2 + Ацетил-КоА + НАД*Н2
2). Цикл Кребса - цикл трикарбоновых кислот, назван в честь англ. учёного Ганса Кребса, открывшего этот процесс. Цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий. При взаимодействии ацетил-КоА с щавелево-уксусной кислотой образуется лимонная кислота. Далее осуществляется ряд превращений, заканчивающихся образованием щавелево-уксусной кислоты для нового цикла. Кроме этого выделяется две молекулы СО2, одна молекула АТФ и четыре пары атомов Н. Водородные атомы присоединяются к НАД и попадают в дыхательную цепь.
3). Электронтранспортная цепь осуществляется на внутренней мембране митохондрий. Атомы водорода молекулами-переносчиками переносятся во внутреннюю митохондриальную мембрану, где они окисляются, т.е. теряют электроны. Н - е = Н+ Электроны и ионы водорода с помощью молекул-переносчиков транспортируются в противоположные стороны: электроны – на внутреннюю сторону мембраны, а ионы водорода – на наружную сторону. Неповреждённая митохондриальная мембрана для ионов непроницаема, поэтому на наружной стороне мембраны нарастает концентрация ионов водорода. Вследствие увеличения концентрации протонов эта сторона приобретает положительный заряд. Электроны в свою очередь молекулами переносчиками переправляются на внутреннюю мембрану, где они соединяются с кислородом. О2 + е =О-2 Молекулярный кислород диффундирует в митохондрии из окружающей среды. Следовательно, катионы водорода и ионы кислорода по обе стороны мембраны создают разноимённо заряженное электрическое поле. В некоторых участках мембраны встроены молекулы фермента, синтезирующего АТФ (АТФ-синтетаза). В молекуле АТФ-синтетазы имеется канал, через который могут пройти протоны водорода. Это происходит только в том случае, если разность потенциалов достигнет порядка 200мВ.При достижении этого значения протоны силой электрического поля проталкиваются через протонный канал в молекуле АТФ-синтетазы на внутреннюю сторону мембраны. На внутренней стороне мембраны протоны водорода взаимодействуют с ионами кислорода и образуют воду: О-2 + 4Н+ = 2 Н2О При прохождении ионов водорода через канал в молекуле АТФ-синтетазы происходит синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Многие реакции кислородного расщепления сопровождаются освобождением энергии. В сумме это довольно большая величина -2600кДж на каждые 2 моля молочной кислоты. 45% этой энергии рассеивается в виде теплоты, а 55% - сберегается в виде АТФ. Процесс кислородного расщепления выражается уравнением: 2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ+36Н3РО4= 6СО2 +6Н2О + 36АТФ+36Н2О Просуммировав это уравнение с уравнением гликолиза получим итоговое уравнение: С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4= 2С3Н6О3 + 2АТФ+2Н2О 2С3Н6О3 +6О2 +36АДФ+36Н3РО4 = 6СО2+36АТФ+42Н2О _____________________________________________________________ С6Н12О6+6О2+38АДФ+38Н3РО4=6СО2 + 38АТФ + 44Н2О Это уравнение показывает, что в результате полного расщепления глюкозы образуются конечные продукты распада – вода и углекислый газ, а самое главное – синтезируется 38 молекул АТФ, в которых запасается большая часть энергии.
III. Закрепление Задание 1: Окисление ПВК при аэробном дыхании происходит в: A. хлоропластах B. Цитоплазме C. Матриксе D. митохондриях
Задание 2: Ступенчатость окисления глюкозы позволяет: A. Получить больше энергии B. Предохранить клетку от перегрева C. Экономнее расходовать кислород D. Сократить количество получаемой энергии.
Таким образом можно сделать выводы: 1. Синтез АТФ в процессе гликолиза не нуждается в мембранах. Он идёт в пробирке , если имеются все необходимые субстраты и ферменты. 2. Для осуществления кислородного процесса необходимо наличие неповреждённых митохондриальных мембран 3. Расщепление в клетке 1 молекулы глюкозы до СО2 и Н2О обеспечивает синтез 38 молекул АТФ
Закрепление: Задание №1. Заполните пропуски в тексте: Органические вещества образуются в растительных клетках из __________ и ________ в процессе ______________. Животные получают эти вещества в _____________________________. В клетках гетеротрофных организмов при _______________________ органических веществ их энергия переходит в энергию _______________. При этом гетеротрофные организмы выделяют _____________ и __________ .
Задание №2. На первом этапе своего расщепления глюкоза: А) окисляется до углекислого газа и воды Б) не изменяется В) подвергается брожению Г) расщепляется до двух трёхуглеродных молекул.
Задание №4. Окисление ПВК при аэробном дыхании происходит в: A. хлоропластах B. Цитоплазме C. Матриксе D. митохондриях
Задание №5. Ступенчатость окисления глюкозы позволяет: A. Получить больше энергии B. Предохранить клетку от перегрева C. Экономнее расходовать кислород D. Сократить количество получаемой энергии
Задание №6. Где протекает синтез АТФ: A. хлоропластах B. цитоплазме C. матриксе D. митохондриях Задание №7.Анаэробный гликолиз происходит в: А) клетках мыщц при накоплении молочной кислоты Б) митохондриях при образовании АТф В) эритроцитах человека Г) хлоропластах в световой фазе
Задание №8. Получают энергию за счёт анаэробного гликолиза: А) камбала Б) бычий цепень В) глюкоза Г) воробей
Задание №9. Если сравнить АТФ с аккумулятором, то в каком случае "аккумулятор” заряжается, а каком разряжается.
З В О Н О К НА У Р О К
