Конспект урока по биологии с лабораторной работой

Урок № Тема: "Ферменты, их роль в регуляции процессов жизнедеятельности"

Цели:

Образовательные

• сформировать знания о белках-ферментах, играющих важную роль в процессах жизнедеятельности клетки;

• сформировать знания о ферментах-катализаторах - как одной из важнейших функций.

Развивающие:

• развивать умение анализировать результаты лабораторных опытов, устанавливать причинно-следственные связи между живыми и неживыми клетками;

• развивать познавательный интерес учащихся к предмету общая биология.

Воспитательные:

• формирование научного мировоззрения, четких представлений о роли биологии в современном обществе.

Оборудование:

Экран, компьютер, лабораторное оборудование для проведения лабораторной работы и материалы (лук, картофель, почки млекопитающего, Н₂О₂)

Тип урока:

Урок закрепления изучаемого материала, повторение и систематизация знаний, навыков учащихся.

• презентация

• лабораторная работа

Ход урока

1. Организационный момент на протяжении всего урока

2. Повторение пройденного материала о строении и составе белков, их функциях.

"Мыслящий ум не чувствует себя счастливым, пока ему не удается связать воедино разрознения факты, им наблюдаемые"

Д. Хевеши

С какими материальными объектами связана тайна жизни? Это один из главных вопросов, на который пыталась ответить наука на протяжении своей истории. И уже довольна давно ученые поняли, что важную, а может быть и главную роль во всех жизненных процессах играют…белки.

Мы познакомились на уроках биологии и химии со строением, свойствами и функциями белков. Над проблемой строения белков долгое время работал Э. Фишер и после его работы была создана

Вопросы:

1. Какая теория? Правильно, полипептидная теория строения белков.

2. Что было доказано? Было доказано, что в состав белков входят следующие элементы: C, H, O, N, S и другие, в разных количествах.

3. Почему белкам дано название протеины?

4. Согласно пептидной теории, какова структура белков?

5. Какие функции белки выполняют в клетках?

6. Какими свойствами обладают белки? (Денатурация, ренатурация)

Сегодня на уроке продолжим знакомство с белками, но с белками-ферментами, рассмотрим одну из важных функций - каталитическую. В процессе изучения материала постараемся решить поставленные задачи урока. (см. выше стр.1).

Наш урок будет проходить под девизом (Д. Хевеши).

Таким образом, нам с вами предстоит решить не только теоретические вопросы о ферментах, но и практически пронаблюдать их действие. Чтобы мы чувствовали себя счастливыми в процессе урока, мы должны будем связать воедино весь предлагаемый для изучения и наблюдения материал, чтобы в конце урока прийти к определенному выводу, необходимо поэтапно решать поставленные нами задачи нашего урока.

1. Изучение нового материала

Прежде чем начать изучение нового материала о ферментах, послушаем небольшую сказку.

а) Я расскажу вам сказку. Умирая, старый араб завещал своим сыновьям 17 прекрасных белых верблюдов. Старшему половину, среднему - третью часть, младшему - девятую часть. Когда араб умер, сыновья принялись делить свое наследство, но 17 верблюдов не делится ни на 2, ни на 3, ни на 9.

В это время через пустыню шел бедный ученый, дервиш и вел за собой старого черного верблюда. Он подошел к братьям и спросил, о чем они горюют. Братья поведали о своем наследстве и невозможности его поделить. Тогда дервиш подарил им своего верблюда. У них стало 18 верблюдов и все получилось: старший получил 9 верблюдов, средний - 6 верблюдов, младший - 2 верблюда, остался старый верблюд ученого. "Что с ним делать?" - спросили братья. "Отдайте его мне" - попросил ученый, и братья вернули ему верблюда. Вот иферменты, так же, как и старый верблюд дервиша помогают осуществлять реакции в организме.

б) Так что же такое ферменты?

Ферменты - это белковые молекулы, синтезируемые живыми клетками.

В каждой клетке имеются сотни различных ферментов. С их помощью осуществляются многочисленные химические реакции, которые могут с большой скоростью идти при температурах, подходящих для данного организма, то есть в пределах от 5^о до 40^о . Чтобы эти реакции протекали вне организма с той же скоростью потребовались бы высокие температуры и резкие изменения условий. Для клетки это означало бы гибель, так как вся работа клетки строится таким образом, чтобы избежать любых сколько-нибудь заметных изменений в нормальных условиях ее существования.

Таким образом, можно сказать, что ферменты - это биологические катализаторы, то есть вещества, которые ускоряют биохимические реакции. Они абсолютно необходимы, потому что без них реакции в клетке протекали бы слишком медленно.

Что же обозначает термин-фермент

Термин "фермент" (от лат. fermentum - закваска) был предложен в начале XVII века голландским ученым Ван Гельмондом.

Почти все ферменты являются белками (но не все белки - ферменты). Представление о том, что ферменты - белки утвердилось не сразу. Для этого надо было научиться их выделять в высоко кристаллической форме. Впервые ферменты в такой форме выделил в 1926 году Дж. Самнер. После этого потребовалось еще 10 лет, в течение которых было получено еще несколько ферментов в кристаллической форме, чтобы представление о белковой природе ферментов стало доказанным и получило всеобщее признание.

Для ферментов характерна своя эволюция, им также пришлось пройти длительный путь признания. Какими же свойствами обладают ферменты?

в) Катализ и энергия активации

Биологические катализаторы (т.е. ферменты) характеризуются следующими основными свойствами. Несмотря на большое количество и разнообразие ферментов всех их по особенностям строения молекул можно разделить на 2 группы: простые белки и сложные белки.

У сложных ферментов помимо белковой части имеется добавочная группа небелковой природы - кофактор, например, многие витамины. В молекуле однокомпонентного белка выделяют особую часть, представляющую собой уникальное сочетание нескольких аминокислотных остатков, располагающихся в определенной части белковой молекулы. Ее называют активным центром фермента, который взаимодействует с молекулой субстрата с образованием фермент-субстратного комплекса. Затем фермент-субстратный комплексраспадается на фермент и продукт (продукты) реакции. Грин т.1 стр. 198 (схема)

Согласно гипотезе, выдвинутой Э. Фишером, субстрат подходит к ферменту, как ключ к замку, т.е. пространственные конфигурации активного центра фермента и субстрата точно соответствуют друг другу. Субстрат сравниваем с "ключом", который подходит к "замку" - ферменту.

Поскольку все ферменты являются белками, их активность наиболее велика при физиологически нормальных условиях:

1. Большинство ферментов наиболее активно работает только при определенной температуре. При повышении температуры до некоторого значения (в среднем до 50^о С) каталитическая активность растет (на каждые 10^о С скорость реакции повышается примерно в 2 раза). При t выше 50^о С белок подвергается денатурации и активность фермента падает.

2. Кроме того, для каждого фермента существует оптимальное значение pH, при котором он проявляет максимальную активность.

3. На скорость реакции влияет также концентрация субстрата и концентрация фермента.

4. Все ферменты высокоспецифичны к своему субстрату и как правило, катализируют только одну вполне определенную реакцию.

г) Классификация ферментов

Специфичность ферментов определяет их классификацию, в основе ее лежит тип катализируемых реакций.

Классификация ферментов

В 1961 году специальной комиссией международного биохимического союза была предложена систематическая номенклатура ферментов. Ферменты были подразделены на 6 групп в соответствии с общим типом реакции, которую они катализируют. Каждый фермент получил систематическое наименование, точно описывающее катализируемую им реакцию. Однако, поскольку многие из этих систематических названий оказались очень длинными и сложными, каждому ферменту было присвоено рабочее название для повседневного употребления.

Рабочее название складывалось из названия субстрата, типа катализируемой реакции и окончания -аза.

Например:

Лактат + дегидрогенизация + аза = лактатдегидрогеназа

Но для давно известных ферментов оставлены следующие названия, т.е. прежние названия пепсин, трипсин.

Группа

Катализируемая реакция

Оксидоредуктазы. 480 ферментов, большая роль в энергетических процессах

Катализирует реакции окисления - восстановления, перенос атомов H и O или электронов от одного к другому.

Трансферазы

Перенос определенных группы атомов от одного вещества к другому

Гидролазы. 460 ферментов, к ним относятся пищеварительные ферменты, входящие в состав лизосом и других органоидов, где они способствуют распаду более крупных биомолекул на простые

Реакции гидролиза, при которых из субстрата образуются два продукта.

Лиазы. 230 ферментов, участвующих в регуляциях синтеза и распада промежуточных продуктов обмена

Ферменты, катализируемые реакции разрыва связей, в субстрате без присоединения воды или окисления.

Изомеразы. 80 ферментов

Ферменты, катализирующие превращения в пределах одной молекулы, они вызывают внутримолекулярные перестройки.

Лигазы (синтетазы) (около 80 ферментов)

Катализируемое соединение 2-х молекул с использованием энергии фосфатной связи, сопряжено с распадом АТФ.

д) Практическое применение ферментов

1. Может ли человек использовать знания о ферментах в своей практической деятельности?

2. Существует ли определенная наука, которая занимается изучением ферментов?

Энзимология - учение о ферментах, выделено в самостоятельную науку.

Ферменты получили широкое применение в легкой, пищевой и химической промышленности, а также в медицинской практике.

1. В пищевой промышленности ферменты используют при приготовлении безалкогольных напитков, сыров, консервов, колбас, копченостей.

2. В животноводстве ферменты используют при приготовлении кормов.

3. Ферменты используют при изготовлении фотоматериалов.

4. Ферменты используют при обработке овса и конопли.

5. Ферменты используют для смягчения кожи в кожевенной промышленности.

6. Ферменты входят в состав стиральных порошков, зубных паст.

7. В медицине ферменты имеют диагностическое значение - определение отдельных ферментов в клетке помогает распознаванию природы заболевания (например вирусный гепатит - по активности фермента в плазме крови) их используют для замещения недостающего фермента в организме.

Закончили знакомство с ферментами, их ролью в регуляции процессов жизнедеятельности, значении в жизни человека.

Далее постараемся доказать практически, настолько ли велика каталитическая активность ферментов, выполняя лабораторные опыты в лабораторной работе и закрепляя полученные знания.

1. Закрепление изученного материала на основе выполнения лабораторной работы

Соблюдение правил безопасности. Инструктаж (журнал по технике безопасности).

Что необходимо иметь:

• лук репчатый;

• картофель сырой, вареный;

• почки млекопитающих;

• пероксид водорода Н₂О₂;

• спиртовки;

• держатели;

• ступки с пестиком;

• мерный стакан;

• стекла, трубочки или пипетки;

• пробирки со штативом по 10 штук;

• набор препаровальных инструментов;

• посуда для размешивания различных материалов.