Методическая разработка занятия по теме "Обмен веществ и превращение энергии в клетке"

Севастопольское государственное бюджетное образовательное учреждение

профессионального образования

«Севастопольский медицинский колледж имени Жени Дерюгиной»

Методическая разработка занятия

Учебная дисциплина «Биология»

Тема «Обмен веществ и превращение энергии в клетке»

Тип урока: комбинированный урок

Курс: 1

Специальность: 34.02.01 Сестринское дело

Количество учебных часов: 2

1. Актуальность темы

Клетка - открытая система, осуществляющая постоянный обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Благодаря обмену веществ клетки обеспечивают себя энергией, поддерживают структурную и функциональную целостность. Изучение анаболических и катаболических процессов, протекающих в клетке, дает представление о механизмах, лежащих в основе их жизнедеятельности.

Изучение обмена веществ на уровне организма очень важны для студентов мед. училища, т.к. могут быть использованы ими на таких дисциплинах как гигиена питания, сестринское дело и всех клинических дисциплинах. Знание гомеостатических закономерностей необходимы для будущего медработника, т.к. сама болезнь является следствием нарушения механизмов гомеостаза у человека и путей его восстановления.
Изучение обмена веществ в организме человека актуальна для науки, для поиска новых путей оздоровления, разработки эффективных методов борьбы с «болезнями века» - раком, сердечно-сосудистыми заболеваниями, и увеличения продолжительности жизни.

2. Цели занятия

а) Образовательные (обучающие) цели

Знать:

- обмен веществ на уровне организма;

- понятие о гомеостазе;

- этапы энергетического обмена;

- процессы пластического обмена у гетеро - и автотрофных организмов;

- световую и темновую фазы фотосинтеза;

- хемосинтез.

Уметь:

- владеть терминологией темы;

- анализировать, оценивать и обобщать сведения.

б) Развивающие цели:

- развивать внимание, умение сравнивать;

- формировать у обучающихся приёмы самостоятельного изучения материала.

в) Воспитательная:

- воспитание интереса к своей будущей профессии.

2.1 Формирование общих компетенций:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их выполнение и качество.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать и осуществлять повышение квалификации.

3. Содержание темы занятия

План

1. Клетка как открытая саморегулирующаяся система.

2. Обмен веществ и его биологическая роль.

3. Классификация организмов по способу питания.

4. Пути поступления и превращения веществ в клетках.

5. Анаболизм и катаболизм, их динамическая взаимосвязь.

6. Этапы энергетического обмена у гетеротрофов на примере гликолиза.

7. Роль митохондрий в энергетическом обмене.

8. Дыхание, его биологическое значение.

9. Окислительное фосфорилирование, его значение и общие механизмы.

10. Фотосинтез, его биологическое значение.

11. Фазы фотосинтеза.

12. Фотосинтетическое фосфорилирование, его механизмы.

13. Роль фотосинтеза в природе.

4. Организационно-деятельностная структура занятия

5. Конспект изучаемой темы (Приложение 1)

6. Материалы методического обеспечения занятия:

6.1. Материалы контроля домашнего задания:

А) карточки с биологическим диктантом;

Б) карточки с индивидуальными заданиями;

В) тесты конечного уровня знаний.

6. 2. Вопросы актуализации опорных знаний (в течение занятия):

а) актуализация опорных знаний по вопросам исходного контроля:

- Дайте определение диссимиляции;

- Дайте определение ассимиляции;

- Охарактеризуйте строение и функции митохондрий;

- Охарактеризуйте строение АТФ;

- Охарактеризуйте строение и функции хлоропластов;

- Дайте определение фотосинтезу;

- Какие фазы выделяют в фотосинтезе?

- Что такое фотолиз воды?

- Какое значение фотосинтеза?

б) иллюстрированный материал:

- Слайд «Взаимосвязь энергетического и пластического обменов»;

- Слайды «Энергетический обмен»:

- Слайд «I этап – подготовительный этап»;

- Слайд «II этап – бескислородный – анаэробный процесс»;

- Слайд «Брожение у прокариот»;

- Слайд «III этап – аэробный»;

- Слайд «Цикл Кребса»;

- Слайд «Перенос электронов по дыхательной цепи и окислительное фосфорилирование»;

- Слайды «Фотосинтез»;

- Слайд «Световая фаза фотосинтеза»;

- Слайд «Темновая фаза фотосинтеза. Цикл Кальвина»;

- Слайд «Сравнение фаз фотосинтеза»;

- Слайд «Планетарное значение фотосинтеза»;

- Слайд «Хемосинтез».

6. 3. Материалы методического обеспечения основного этапа занятия:

а) презентация занятия «Обмен веществ и энергии в клетке» (прилагается);

6. 4. Материалы контроля для заключительного этапа

- дайте определение метаболизму;

- где протекает цикл Кребса;

- где протекает цепь переноса электронов и окислительное фосфорилирование;

- сколько молекул АТФ образуется на всех стадиях энергетического обмена из 1С₆Н₁₂О₆.

- какие вещества образуются в световую фазу?

- какие основные процессы происходят в темновую фазу фотосинтеза?

6. 5. Материалы к самостоятельной работе обучающихся по теме занятия:

а) внеаудиторная самостоятельная работа обучающихся:

Задание 1. Заполнить таблицу «Этапы энергетического обмена»

Задание 2. Заполнить структурно-логическую схему «Обмен веществ и превращение энергии в клетке»

«Обмен веществ и превращение энергии в клетке»

Энергетический обмен – Пластический обмен –
диссимиляция (катаболизм) ассимиляция
(анаболизм)

I этап – подготовительный: Автотрофные организмы Гетеротрофные
(зеленые растения) – организмы
(животные) –

II этап – анаэробный (гликолиз):
– неполное окисление Миксотрофные

организмы –

III этап – аэробный

– полное окисление

Задание 3. Заполнение словаря биологических терминов

7. Оборудование: компьютер, проектор, экран, презентация.

Программные средства, с помощью которых создан дидактический материал – Microsoft Office PowerPoint.

8. Материалы домашнего задания студентов по теме лекции: Методические рекомендации к самостоятельной работе по стр. 9-16. СМК, 2014

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1.Биология: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования /

[Н. В. Чебышев, Г. Г. Гринева, Г. С. Гузикова и др.]; под редакцией академика Чебышева. – 9-е изд., – М.: Издательский центр «Академия», 2014. – 448 с.

2.Биология: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования/ [В. М. Константинов, А. Г. Резанов, Е. О. Фадеева; под ред. В. М.

Константинова. – 8-е изд., стер. – М. : Издательский центр «Академия»,

2014. 320 с.

3. Биология. Современный курс. 3-е изд., испр. и доп. / Под ред. А.Ф. Никитина. - СПб.: СпецЛит, 2008. - 494с

4. Биология. 10-11 классы: учеб. Для общеобразоват. организаций с прил. на электрон. носителе: базовый уровень / Л. Н. Сухорукова, В. С. Кучменко, Т. В. Иванова. – М. : Просвещение, 2014. – 127 с.

Дополнительная:

1. Беляев Д.К. Общая биология: учеб. для 10-11 кл. общеобразоват. учрежд. /Д.К.Беляев, П.М. Бородин, Н.Н. Воронцов и др. – 4-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 2004. – 304с.

2. Биология. В 2-х книгах. / Под редакцией профессора В.Н. Ярыгина. Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов медицинских специальностей. М: «Высшая школа». 2001.

3. Гребенник Л.А. Тесты по биологии: пособие для учащихся и абитуриентов /Л.А. Гребеник и др. Под ред. В.П. Иванова. – Ростов н/Д: Феникс, 2006. – 283с.

4. Козлова Т.А. Биология в таблицах. 6-11 классы: справочное пособие /авт-сост. Т.А.Козлова, В.С. Кумченко. – 7-е изд., стер. – М.: Дрофа, 2005. – 234с.

5. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Общая биология. Для средних специальных учебных заведений. – М.: «Академия (совместно с ВШ)». 2001.

Интернет-ресурсы

1. Методическая служба. Электронные ресурсы по биологии

http://metodist.lbz.ru/iumk/biology/er.php

2. Мультиурок сайты учителей https://multiurok.ru/biogen/

3. Газета «Биология» издательского дома Первое сентября http://bio.1september.ru

4. Презентации по биологии http://mirbiologii.ru/

5. Вся биология – современная биология, научные обзоры, новости науки

http://www.sbio.info/

Приложение 1

Краткое содержание темы занятия

Тема «Обмен веществ и превращение энергии в клетке»

Большинство клеток тела и организмы принадлежат к открытым биологических систем. Их существование возможно лишь благодаря поступлению в них из внешней среды питательных веществ, их преобразований и вывода наружу продуктов жизнедеятельности. Совокупность этих процессов называется обменом веществ или метаболизмом. Обмен веществ - общее свойство, характерное для всех живых организмов, заключающийся в обмене веществами, энергией и информацией со средой. Условно обмен разделяют на две части - внешний обмен, осуществляемый через поверхностный аппарат и внутренний обмен - метаболизм.
  Обмен веществ (метаболизм) разделяют на два взаимосвязанных процесса:
- Анаболизм (ассимиляция), протекающая с затратами энергии;
- Катаболизм (диссимиляция), протекающая с освобождением энергии.
Благодаря процессам обмена веществ и превращения энергии обеспечивается поддержание гомеостаза за изменений условий окружающей среды. Поддержание гомеостаза - необходимое условие нормального функционирования любой биологической системы.
Для живых организмов нашей планеты основным источником является солнечный свет, благодаря которому удовлетворяются все энергетические потребности.

    Просмотр научно-документального фильма.

«Энергетический обмен»

Энергетический обмен – совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений, при которых выделяется энергия (ассимиляция). Выделяющаяся энергия накапливается в макроэргических связях молекул АТФ, которые являются универсальным источником энергии. Процесс энергетического обмена можно разделить на три этапа: подготовительный, бескислородный (гликолиз) и кислородный (дыхание).

Подготовительный этап – крупные молекулы в пищеварительной системе распадаются до мономеров (крахмал до глюкозы, белки до аминокислот, жиры до глицерина и жирных кислот); подобный процесс происходит внутри клеток в лизосомах. Выделяющаяся энергия рассеивается в виде тепла.

Бескислородный этап – распад глюкозы – гликолиз – процесс ферментативного распада глюкозы в цитоплазме клеток без участия кислорода с образованием 2 молекул пировиноградной кислоты (ПВК), 2 молекул водорода и 2 молекул АТФ. Ферменты

С₆ Н₁₂О₆ + 2 НАД⁺ 2 С₃ Н₄ О₃ + 2 НАД^. Н₂ + 2 АТФ

Далее ПВК может расщепляться при отсутствии кислорода до молочной кислоты (у животных) или до этанола (у растений).

Кислородный этап (дыхание) – при участии кислорода в митохондриях происходит дальнейшее разрушение ПВК до углекислого газа и воды с образование 36 молекул АТФ. 2 молекулы образуются в реакциях цикла Кребса и 34 – в процессе окислительного фосфолирования.

Реакции цикла Кребса:

- ПВК присоединяется к веществу коферменту А и образуется вещество ацетилкофермент А;

- Ацетилкофермент А соединяется с щавелевоуксусной кислотой и включается в цикл реакций – цикл Кребса;

- перемещаясь по ферментативному конвейеру цикла Кребса, остаток уксусной кислоты полностью окисляетя;

- происходит образование богатых энергией 10 молекул НАД^. Н₂ и 2 молекул АТФ.

Окислительное фосфолирование – дыхательная цепь:

- НАД ^. Н₂ отдают электроны на цепь переносчиков, которая заканчивается в межмембранном пространстве на молекулах О_;.

- при переходе с высшей ступени на низшую электрон теряет энергию, которая используется для синтеза 34 молекул АТФ;

- образующиеся ионы водорода соединяются с ионами кислорода и дают молекулы воды: 4 Н⁺ + О₂ + 4e^- = 2 Н₂О

Суммарное уравнение: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О + 38 АТФ

Фотосинтез – процесс образования органических соединений из неорганических, происходящий в зеленых клетках растений и фотосинтезирующих бактерий при участии энергии солнечного света. Изучением фотосинтеза занимался русский ученый К. А. Тимирязев.

У высших растений фотосинтез происходит в хлоропластах при помощи пигментов (хлорофиллов, каротиноидов). Пигменты собраны в фотосистемы, которые располагаются в мембранах тилакоидов гран. Преобразование энергии солнечного света в энергию химических реакций начинается в реакционных центрах фотосистем.

В строме находятся ферменты, катализирующие реакции, происходящие без участия света.

Фотосинтез состоит из двух фаз: световой и темновой.

Световая фаза - протекает на свету на мембранах тилакоидов:

- кванты видимого света взаимодействуют с молекулами хлорофилла, переводя их электроны в возбужденное состояние;

- возбуждённые светом электроны покидают молекулу хлорофилла, и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, расходуя часть энергии на синтез АТФ;

- окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, т.к. под действием света разлагаются молекулы воды (фотолиз) на протоны и молекулы кислорода. Кислород при этом удаляется во внешнюю среду;

- протоны соединяются с молекулами специфического переносчика НАДФ⁺, переправляются на другую сторону мембраны, соединяются с электронами и восстанавливаются до ФАДФ^.Н₂, накапливая энергию.

Процессы световой фазы: синтез АТФ (АДФ + Ф = АТФ);

фотолиз воды (Н₂О = 2Н⁺ + 1/2О₂ + 2е);

восстановление водорода (2Н⁺ + 2е = Н₂).

Темновая фаза – реакции фиксации углерода, протекает в строме хлоропласта и могут осуществляться как на свету, так и в темноте. В этой фазе происходит связывание углекислого газа.

Сущность реакций темновой фазы - связывание углекислого газа (из воздуха) и водорода (из НАДФ Н₂) в органическое вещество (глюкозу) с использованием энергии, запасенной в АТФ и участием ферментов (цикл Кальвина).

Упрощенно процесс фотосинтеза можно выразить химическим уравнением:

6 СО₂ + 6 Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6 О₂

Фотосинтез – единственный процесс, при котором происходит преобразование энергии света в энергию химических реакций.

Хемосинтез

В природе органическое вещество создают не только зеленые растения, но и бактерии, не содержащие хлорофилла. Этот автотрофный процесс называется хемосинтезом, потому что осуществляется он благодаря энергии, выделяющейся при химических реакциях окисления различных неорганических соединений: водорода, сероводорода, аммиака, оксида железа (II) и др. Энергия, получаемая при окислении, запасается в организме в форме АТФ. Хемосинтез открыл (в 1889-1890 гг.) знаменитый русский микробиолог С.Н. Виноградский. В водоемах, вода которых содержит сероводород, живут бесцветные серобактерии. Энергию, необходимую для синтеза органических соединений из углекислого газа они получают, окисляя сероводород:

Хемосинтез - тип питания, свойственный некоторым микроорганизмам и способный создавать органические вещества из неорганических (угольной кислоты и воды) за счет знергии, получаемой при окислении ими других неорганических веществ (например, аммиака, сероводорода).

2H₂S + 0₂ =2H₂0 + 2S + Е Выделяющаяся в результате свободная сера накапливается в их клетках в виде множества крупинок. При недостатке сероводорода бесцветные серобактерии производят дальнейшее окисление находящейся в них свободной серы до серной кислоты:

2S+30₂+2H₂0 =2H₂S0₄ + Е Образовавшаяся в результате энергия (Е) также используется на синтез органического вещества из углекислого газа. Энергетический эффект окисления сероводорода до серной кислоты равен 666 кДж на каждую окисленную грамм-молекулу сероводорода. Колоссальное количество серобактерий имеется в Черном море, в котором глубже 200 м (а в некоторых местах почти от поверхности) вода насыщена сероводородом.

Чрезвычайно широко распространены в почве и в различных водоемах нитрифицирующие бактерии. Они добывают энергию путем окисления аммиака и азотистой кислоты, поэтому играют очень важную роль в круговороте азота в природе. Аммиак, образующийся при гниении белков в почве или в водоемах, окисляется нитрифицирующими бактериями, которые С.Н. Виноградский назвал нитросомонас (Nitrosomonas). Этот процесс отражает уравнение:

2NH₃ + 30₂ = 2HN0₂ + 2H₂0 Энергия, выделяющаяся при этом (662 кДж), также используется для синтеза органических соединений вследствие восстановления углекислого газа. Дальнейшее окисление образовавшейся азотистой кислоты до азотной кислоты осуществляется другой группой нитрифицирующих микроорганизмов, названных С. Н. Виноградским нитробактером (Nitrobacter):

2HN0₂+0₂ = 2HN0₃ Процесс сопровождается выделением 101 кДж. Процесс нитрификации происходит в почве в огромных масштабах и служит источником нитратов. Жизнедеятельность бактерий представляет собой один из важнейших факторов плодородия почв.

Широко распространены в почве также бактерии, окисляющие водород:

2Н₂+0₂=2Н₂0 Водородные бактерии окисляют водород, постоянно образующийся при анаэробном (бескислородном) разложении различных органических остатков микроорганизмами почвы. Хемосинтезирующие бактерии, окисляющие соединения железа и марганца, также открыл С.Н. Виноградский. Они чрезвычайно широко распространены как в пресных, так и в морских водоемах. Благодаря их жизнедеятельности на дне болот и морей образуется огромное количество отложенных руд железа и руд марганца. Академик В.И. Вернадский - основатель биогеохимии говорил о залежах железных и марганцевых руд как о результате жизнедеятельности этих бактерий в древние геологические периоды.

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1.Биология: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования /

[Н. В. Чебышев, Г. Г. Гринева, Г. С. Гузикова и др.]; под редакцией академика Чебышева. – 9-е изд., – М.: Издательский центр «Академия», 2014. – 448 с.

2.Биология: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования/ [В. М. Константинов, А. Г. Резанов, Е. О. Фадеева; под ред. В. М.

Константинова. – 8-е изд., стер. – М. : Издательский центр «Академия»,

2014. 320 с.

3. Биология. Современный курс. 3-е изд., испр. и доп. / Под ред. А.Ф. Никитина. - СПб.: СпецЛит, 2008. - 494с

4. Биология. 10-11 классы: учеб. Для общеобразоват. организаций с прил. на электрон. носителе: базовый уровень / Л. Н. Сухорукова, В. С. Кучменко, Т. В. Иванова. – М. : Просвещение, 2014. – 127 с.

Дополнительная:

1. Беляев Д.К. Общая биология: учеб. для 10-11 кл. общеобразоват. учрежд. /Д.К.Беляев, П.М. Бородин, Н.Н. Воронцов и др. – 4-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 2004. – 304с.

2. Биология. В 2-х книгах. / Под редакцией профессора В.Н. Ярыгина. Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов медицинских специальностей. М: «Высшая школа». 2001.

3. Гребенник Л.А. Тесты по биологии: пособие для учащихся и абитуриентов /Л.А. Гребеник и др. Под ред. В.П. Иванова. – Ростов н/Д: Феникс, 2006. – 283с.

4. Козлова Т.А. Биология в таблицах. 6-11 классы: справочное пособие /авт-сост. Т.А.Козлова, В.С. Кумченко. – 7-е изд., стер. – М.: Дрофа, 2005. – 234с.

5. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Общая биология. Для средних специальных учебных заведений. – М.: «Академия (совместно с ВШ)». 2001.

Интернет-ресурсы

1. Методическая служба. Электронные ресурсы по биологии

http://metodist.lbz.ru/iumk/biology/er.php

2. Мультиурок сайты учителей https://multiurok.ru/biogen/

3. Газета «Биология» издательского дома Первое сентября http://bio.1september.ru

4. Презентации по биологии http://mirbiologii.ru/

5. Вся биология – современная биология, научные обзоры, новости науки

http://www.sbio.info/