Урок по биологии, тема "Обмен веществ и энергии в клетке"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

КРАСНОЯРСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА – ФИЛИАЛ

ФГБОУ ВО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

Методическая разработка урока по биологии

«Обмен веществ и энергии в клетке»

Разработала:

преподаватель биологии

Лучинина Н.Г.

Красноярск 2024

Биология 2/10

Тема: обмен веществ и энергии в клетке.

Цели: продолжить углубление и расширение знаний о метаболизме, раскрыв сущность энергетического обмена – катаболизма; подвести обучающихся к выводу о значении АТФ как универсального аккумулятора энергии в клетке; познакомить обучающихся с характерными особенностями трех этапов энергетического обмена, ролью ферментов в реакциях обмена веществ.

Тип: Комбинированный

Оборудование: ПК, презентация, таблица «Схема энергетического обмена»

Ход урока:

1. Орг. момент

2. Проверка домашнего задания

1. Индивидуальная работа по карточкам

2. Фронтальный контроль знаний

Игра «Найди пару»

1. Актуализация опорных знаний

На доске записаны слова: аденин, рибоза, энергия, остаток фосфорной кислоты, митохондрия, аккумулятор, макроэргическая связь.

Задание: вспомнить вещество, связанное со всеми выписанными словами, определить его роль в клетке.

- Итак, источником энергии для подавляющего большинства процессов в живых организмах является следующая реакция:

АТФ + Н₂О = АДР + Н₃РО₄ + энергия

- Известно, что в среднем содержание АТФ в клетках составляет от 0,05 процентов до 0,5 процентов ее массы. Но практически все идущие в клетке биохимические реакции требуют затрат энергии молекул АТФ. Следовательно, запас АТФ должен непрерывно пополняться на основе обратной реакции, идущей с затратой энергии:

АТФ + Н₃РО₄ + энергия = АТФ + Н₂О.

- Откуда берется энергия для этой обратной реакции?

IV. Сообщение темы урока, его целей

V. Изучение новой темы.

Энергию (АТФ) живые существа могут получать несколькими способами.

Способы получения энергии живыми существами

Энергия

Фотосинтез (I) химосинтез (I этап) окисление органических веществ

Брожение

Дыхание (кислородное,

Бескислородное)

Некоторые организмы, например, растения могут преобразовывать в энергию АТФ энергию солнечных лучей на первом этапе фотосинтеза; хемосинтезирующие бактерии способны запасать энергию в форме АТФ, получаемую при химических реакциях неорганических соединений.

Гетеротрофы получают необходимую энергию для их жизнедеятельности в результате окисления в клетках молекул органических веществ, поступающих вместе с пищей. Но следует отметить, что фотосинтезирующие и хемосинтезирующие организмы также способны получать энергию благодаря окислению органических веществ, синтезированных в собственных клетках из неорганических соединений.

В ходе биологического окисления расщепление сложных органических веществ осуществляется поэтапно и может идти двумя различными путями:

1. Неполное окисление органических веществ;

2. Полное окисление органических веществ до углекислого газа и воды.

Начальные этапы обоих видов окисления протекают сходным образом.

В первую, подготовительную стадию, крупные молекулы распадаются на более простые: белки – до аминокислот, полисахариды – до моносахаридов, липиды – до глицерина и высших жирных кислот.

Этот процесс осуществляется в пищеварительном канале многоклеточных организмов, затем – в клетках под действием ферментов мезосом. Выделившаяся энергия в ходе превращения веществ, полностью рассеивается в виде тепла.

Считается, что ключевое слово в метаболизме всех типов клеток занимают реакции с участием сахаров, например, глюкозы.

Второй этап – бескислородный, или неполное окисление. Он называется также анаэробным дыханием (гликолизом) или брожением. Термин «брожение» обычно применяют по отношению к процессам, протекающим в клетках микроорганизмов или растений.

Брожению могут подвергаться многие органические вещества, но чаще всего – углеводы, в результате чего образуются: этиловый спирт, кислоты (молочная, масляная и др.), ацетон и другие органические соединения, углекислый газ, а в некоторых случаях и водород. Брожение бывает: спиртовое, молочнокислое, масляно - кислое, и др. но суть механизма одна и та же (ферментативное расщепление глюкозы).

Гликолиз осуществляется в цитоплазме клеток и не требует кислорода. Он состоит из девяти последовательных реакций. В ходе реакций гликолиза молекула глюкозы распадается на две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом образуются две молекулы АТФ.

Дальнейшая судьба ПВК может быть различной в зависимости от того, какой тип извлечения энергии предпочитают организмы – анаэробный (бескислородный) или аэробный (кислородный).

В случае анаэробных организмов или тканей животных, способных работать в условиях отсутствия или пониженного содержания кислорода, молекула ПВК подвергается дальнейшему преобразованию в зависимости от типа брожения до спирта (спиртовое брожение), молочной кислоты (молочнокислое брожение) и т.д. недостатком процессов брожения является извлечение незначительной доли той энергии, которая заключена в связях органических молекул. Для многих одноклеточных и многоклеточных этого вполне достаточно.

Но брожение является жизненно важным процессом и для других более высокоорганизованных существ.

Например, спиртовое брожение происходит у хвойных растений зимой, когда устьица хвои закупориваются смолой, и газообмен с внешней средой прекращается.

У человека накопление молочной кислоты путем брожения в мышечных клетках происходит при интенсивной физической нагрузке. Кроме того, хрусталик и роговица глаза человека слабо снабжаются кровью, поэтому и окислительный метаболизм выражен незначительно, а энергия в основном образуется при сбраживании глюкозы до молочной кислоты.

Подведем итог:

1. Продуктами гликолиза является ПВК и энергия в форме АТФ.

2. ПВК образуется в молочную кислоту.

В суммарном виде это можно представить в виде уравнения:

60 % теплота

С₆Н₁₂О₆ →С₃Н₆О₃ + Q

40 % АДФ + Н₃РО₄ + энергия = АТФ + Н₂О

1. В ходе бескислородного расщепления глюкозы 40 % выделившийся энергии запасается в виде АТФ (2 моль), 60 % рассеивается в виде тепла.

2. Гликолиз существует у подавляющего большинства клеток 4как промежуточный этап более совершенного энергетического процесса – аэробного (кислородного) расщепления субстрата (органического вещества).

На третье стадии энергетического обмена происходит дальнейшее окисление продуктов гликолиза до углекислого газа и воды с помощью окислителя кислорода и ферментов. Этот этап называется аэробное (кислородное) дыхание или гидролиз. Он осуществляется в «энергетических станциях» клетки – митохондриях и связан с матриксом митохондрии и ее внутренними мембранами.

Образовавшиеся в процессе гликолиза органические вещества поступают на ферментативный кольцевой «конвейер», который называю в честь описавшего его ученого циклом Кребса. Все ферменты, катализирующие реакции этого цикла, локализованы в митохондриях. На всех стадиях этого процесса происходит поглощение кислорода и выделение углекислого газа, воды и энергии, запасаемой в молекулах АТФ. Причем образование молекул АТФ сопряжено с ферментами, которые расположены на внутренней мембране митохондрий, обеспечивающих выделение энергии небольшими порциями, что позволяет запасать ее в химических связях АТФ.

Процесс молочной кислоты можно выразит уравнением:

2С₃Н₆О₃ + 6О₂ + 36АДФ + 36 Н₃РО₄ →36 АТФ + 6 СО₂ + 42 Н₂О.

Кислородное дыхание гораздо эффективнее гликолиза, так как полное окисление органических веществ приводит к выделению большого количества энергии, причем примерно 60 % ее запасается в молекулах АТФ, а 40 % рассеивается в виде тепла.

Процесс полного окисления глюкозы в клетке можно выразить общим уравнением:

С₆Н₁₂О₆ + 6 О₂ →6СО₂ + 38 АТФ.

VI. Закрепление

1. Работа обучающихся с тетрадью, схемами, таблицей «Схема энергетического обмена».

2. Решите задачу: процесс окисления глюкозы в клетке сходен с горением. Как при горении, так и при дыхании глюкоза окисляется при участии молекулярного кислорода до конечных продуктов – углекислого газа и воды с выделением энергии. Объясните, чем же отличаются эти процессы, если их можно выразить общим суммарным уравнением:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ →6СО₂ + 6Н₂О + Энергия?

Домашнее задание

Повторить конспект лекции