Урок № 8 по теме: «Биологические катализаторы».
Цели урока:
- Сформировать знания о ферментах , их роли в клетке.
- Активизировать знания о катализе, катализаторах из курса химии.
Задачи:
-сформировать у учащихся знания о биологических катализаторах, выяснить особенности строения и механизма действия, их значение;
- способствовать обучению учащихся умению анализировать, делать выводы, на основе практических действий добывать знания;
- продолжить воспитание убежденности в возможности познания закономерностей живой природы.
Оборудование : презентация «Биологические катализатор», 3% - раствор перекиси водорода, кусочки сырого и вареного картофеля и мяса, пробирки.
Тип урока: комбинированный.
Ход урока:
Организационный момент.
Объявление темы и целей занятия.
Проверка знаний.
Решение биологических задач.
Задача № 1.
АТФ – постоянный источник энергии для клетки. Его роль можно сравнить с ролью аккумулятора. Объясните, в чем заключается это сходство.
Задача № 2.
АТФ синтезируется в митохондриях и хлоропластах. Объясните, в чем сходство и различие процессов, приводящих к синтезу молекул в органоидах.
Задача № 3.
Дано: Т = 880 – 22%.
Найти: 1) А, Г, Ц всего и в %;
2) длину ДНК.
Решение:
(А+Т)+(Г +Ц) = 100%.
А=Т=880 – 22%.
Г+Ц = 100% - (А+Т)
Г+Ц=100% - 44% = 56%.
Г=Ц= 28%.
Находим общее количество нуклеотидов.
880 – 22%
Х – 100%
Х = 4000 штук
Г+Ц= 4000 – (880+880)= 2240.
Г=Ц= 1120 штук.
Находим длину ДНК.
4000:2∙0,34 нм = 680 нм.
Ответ: а)А=880 – 22% Г+Ц= 1120 – 28%
б) 680 нм.
Изучение нового материала.
Проблемный вопрос: Какие вещества называются катализаторами и какова их роль в химических реакциях.
Катализ (рассказ с элементами беседы).
Практически все
Катализ – явление ускорения реакции без изменения её общего результата (стр. 35). Вы знаете, что для протекания многих химических реакций необходимы высокие температура и давление. В то же время при добавлении к реагирующей смеси определенных веществ та же реакция может протекать даже при нормальных условиях и с большей скоростью.
Какие вещества называются катализаторами?
Катализаторы – вещества, изменяющие скорость химической реакции, но не входящие в состав продуктов реакции
Какие мы знаем вещества, ускоряющие реакции? - Ферменты.
Ферменты – биологические катализаторы.
Пример. Рассмотрим реакцию, знакомую всем владельцам кошек. Фермент уреаза разлагает мочевину. Речь идёт о разложении мочевины, содержащейся в кошачьей моче, на углекислый газ и аммиак(именно аммиаком пахнет кошачий ящик с песком).
Уреазу образуют бактерии, попавшие в песок из воздуха. Одна молекула уреазы за 1 секунду расщепляет 30 000 молекул мочевины. Без катализатора эта реакция шла бы 3000 000 лет.
«История открытия ферментов». Во время сообщения ученики записывают основное даты:
17 век - Ван Гельмонт ввёл термин «ферменты».
1897 год - Эдуард Бухнер выделил комплекс ферментов.
1926 год - Дж. Самнер обнаружил, что ферменты – белки.
В живой клетке умеренная температура, нормальное давление. В таких условиях большинство реакций или вообще не протекали бы или протекали бы очень медленно, если бы не подвергались воздействию катализаторов.
Каталитической способностью обладают некоторые молекулы РНК. Очевидно, это свойство РНК имело очень важное значение на начальном этапе зарождения жизни на нашей планете. В настоящее время роль молекул РНК как катализаторов крайне мала, а основными биокатализаторами в клетке являются ферменты.
Какие ферменты нашего организма вам известны? Липаза, пепсин, амилаза, мальтаза…
Ферменты – это специфические белки, которые присутствуют во всех живых организмах и играют роль биологических катализаторов.
Строение и механизм действия ферментов.
Все процессы в живом организме прямо или косвенно осуществляются с участием ферментов. Сейчас уже известны тысячи ферментов. Молекулы одних ферментов состоят только из белков, другие включают белок и небелковое соединение, или кофермент. Кофермент – это небелковое соединение в виде витаминов или ионов различных металлов, входящее в состав фермента. В качестве коферментов выступают различные органические вещества, как правило, витамины, и неорганические — ионы различных металлов.
Свойства ферментов:
- участвуют в процессах синтеза и распада;
- действуют в строго определенной последовательности;
- специфичны для каждого вещества;
- ускоряют только определенные реакции
Ферменты действуют в строго определенной последовательности, они специфичны для каждого вещества и ускоряют только определенные реакции. Встречаются ферменты, которые катализируют несколько реакций. Избирательность действия ферментов на разные химические вещества связана с их строением.
Молекулы ферментов имеют активный центр — небольшой участок, на котором идет данная реакция. Форма и химическое строение активного центра таковы, что с ним могут связываться только определенные молекулы в силу их комплементарности друг другу. Обратите внимание на рис. 14, здесь представлена схема образования фермент-субстратного комплекса. Как вы уже знаете из курса химии, реакция протекает на поверхности катализатора, сначала образуется промежуточное соединение, затем комплекс «фермент — вещество» распадается с образованием конечных продуктов и свободного фермента. Освободившийся при этом активный центр фермента может принимать новые молекулы вещества.
У некоторых ферментов в присутствии молекул определенных веществ конфигурация активного центра может изменяться, т.е. фермент таким образом может обеспечить наибольшую ферментативную активность.
Факторы, влияющие на функционирование ферментов:
- природа и концентрация фермента и вещества;
- температура (свыше 60о ферменты не функционируют)
- давление;
- реакции среды (кислая, нейтральная, щелочная).
Ферменты увеличивают скорость химических реакций в тысячи и миллионы раз. Но скорость ферментативных реакций зависит от многих факторов — природы и концентрации фермента и вещества, температуры, давления, реакции среды и т. д. Для функционирования каждого фермента имеются оптимальные условия. Например, одни ферменты активны в нейтральной, другие — в кислой или щелочной среде. При температуре свыше 60 °С большинство ферментов не функционирует.
Значение ферментов.
Ферменты используются в медицине для обработки ран, при лечении болезней газ и кожный болезней, ожогов, в урологии, при истощении, ожирении, при производстве антибиотиков, виноделии, хлебопечении, синтезе витаминов
Закрепление нового материала.
Лабораторная работа
Теперь вы познакомитесь с действием ферментов, содержащихся в клетках, на практике. Записывайте в тетради – лабораторная работа. На столах у вас имеются карты-инструкции для выполнения лабораторной работы. Записывайте тему л/р, цель работы, оборудование. Ознакомьтесь с теоретическими основами и приступайте к выполнению работы.
- Что вы наблюдаете после того как прилили в пробирки пероксид водорода?
Пероксид водорода— нестойкое вещество, и даже в пробирке оно медленно расщепляется на воду и кислород. В пробирке с вареным картофелем никаких заметных изменений с пероксидом водорода не произошло, а в пробирке с сырым- энергично выделяются пузырьки кислорода.
- Почему в живых клетках пероксид водорода так бурно расщепляется, вспомните, как добиваются ускорения химических реакций?
В клетке содержатся катализаторы — ферменты, вызывающие значительное ускорение биохимических процессов.
Мы уже говорили, что при нагревании молекулы белка разрушаются, поэтому фермент перестает функционировать. Это было видно в опыте с мертвыми клетками. Теперь вам остается сформулировать вывод.
Лабораторная работа (оформление работы в тетради в виде таблицы).
Объект | Явления, наблюдаемые при действии пероксида водорода | Объяснение наблюдений |
1.Сырой картофель | | |
2.Вареный картофель | | |
3.Сырое мясо | | |
4.Вареное мясо | | |
Вывод: что наблюдали, объясните полученные результаты.
Ответьте на вопросы (устно):
В каких пробирках проявилась активность фермента? Объясните почему?
Как проявляется активность фермента в живых и мёртвых тканях? Объясните наблюдаемое явление.
Различается ли активность фермента в живых тканях растений и животных?
Как вы считаете, все ли живые организмы содержат фермент каталазу, обеспечивающую разложение пероксида водорода?
Домашнее задание: § 1.8, вопросы на стр.37.
Лабораторная работа №1.
Тема: «Ферментативное расщепление пероксида водорода в тканях организма».
Цель: сформировать знания о роли ферментов в клетках, закрепить умения проводить опыты и объяснять результаты работы.
Оборудование: свежий 3%-ный раствор пероксида водорода, штатив с пробирками, ткани растений (кусочки сырого и варёного картофеля) и животных (кусочки сырого и варёного мяса), пипетки.
Ход работы.
1.Приготовьте четыре пробирки и поместите в первую пробирку - кусочек сырого картофеля, во вторую- кусочек варёного картофеля, в третью- кусочек сырого мяса, в четвёртую - кусочек варёного мяса. Капните в каждую из пробирок немного пероксида водорода. Пронаблюдайте, что будет происходить в каждой из пробирок.
2.Составьте таблицу, показывающую активность каждой ткани.
Лабораторная работа (оформление работы в тетради в виде таблицы).
Объект | Явления, наблюдаемые при действии пероксида водорода | Объяснение наблюдений |
1.Сырой картофель | | |
2.Вареный картофель | | |
3.Сырое мясо | | |
4.Вареное мясо | | |
Фермент каталаза имеется в каждой растительной и животной клетке. Он расщепляет Н2О2, которая образуется в клетках в результате окислительно-восстановительных реакций, с появлением молекул воды и кислорода:
2Н2О2 каталаза О2 + 2Н2О
За 1 с. 1 молекула каталазы расщепляет 200 000 молекул Н2О2.
Н2О2 - ядовитое вещество, и, чтобы не произошло самоотравления клетки и организма в целом, каталаза расщепляет ее.
Вывод: в пробирках с кусочками вареного картофеля и мяса не наблюдалось расщепления Н 2О 2 , потому что при варке картофеля произошла денатурация белка-фермента каталазы, нарушалась третичная и , очевидно, вторичная структура молекулы, что и привело к разрушению активного центра фермента..
Вывод: в пробирках с кусочками вареного картофеля и мяса не наблюдалось расщепления Н2О2, потому что при варке произошла денатурация белка-фермента каталазы, нарушилась третичная и, очевидно, вторичная структура молекулы, что привело к разрушению активного центра фермента.
Карта-инструкция для проведения лабораторной работы.
Лабораторная работа
«Расщепление пероксида водорода с помощью ферментов, содержащихся в живых клетках»
Цель работы: показать действие фермента каталаза на пероксид водорода (Н202) и условия, в которых он функционирует.
Оборудование: штатив с пробирками, 3% р-р Н2О2, брусочки сырого и вареного картофеля.
Теоретические основы: Пероксид водорода — ядовитое вещество, образующееся в клетке в процессе ее жизнедеятельности. Фермент каталаза, расщепляя Н2О2 на воду и кислород, играет защитную роль в клетке.
Ход работы
1) Поместите в первую из двух пробирок кусочек - кусочек вареного картофеля, во вторую — кусочек сырого картофеля.
2) Прилейте в пробирки по 2 мл 3-процентного раствора Н202.
3) Опишите наблюдаемые вами явления в каждой пробирке.
4) Сделайте вывод:
В каких пробирках вы наблюдали действие фермента?
Почему в пробирке с вареным картофелем действие фермента не наблюдалось?
Какие уровни организации молекулы белка-фермента каталазы разрушились при варке картофеля и разрыв каких связей привел к денатурации этого белка?