"Клітинне дихання"Уроку "Клітинне дихання". Містить опис аеробного і анаеробного дихання, гліколіз та бродіння.Тип уроку: засвоєння нових знань, умінь і навичок.

План – конспект уроку біології                               9клас

Тема. Клітинне дихання

Мета: розглянути особливості обміну речовин і енергії в клітині, порівняти реакції

            пластичного та енергетичного обміну виховувати спостережливість та самостійність;             

            розвинути  уміння порівнювати, аналізувати, робити висновки.

Обладнання: презентація

Базові поняття: обмін речовин, метаболізм, пластичний обмін, енергетичний обмін,

               метаболічні реакції, автотрофи, гетеротрофи, клітинне дихання, анаеробне і аеробне

               дихання.

Тип уроку: засвоєння нових знань

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

• Що таке енергія з точки зору фізики? 
• Яка роль енергетичного обміну у забезпеченні життєдіяльності організмів? 
• Що таке ферменти, складні та прості білки, лізосоми? 
• Яка роль жовчі в процесах перетравлення їжі?
• Що ви знаєте про мітохондрії?

 

 

 

 

 

 III. Вивчення нового матеріалу

Ми вже згадували, що функціонування біологічної системи можливе лише за умови, коли витрачена енергія постійно поновлюється в ході енергетичного обміну. Виділяють три послідовні етапи енергетичного обміну: підготовчий, безкисневий і кисневий.

 

Що відбувається на підготовчому етапі енергетичного обміну? 

Початковий етап енергетичного обміну - підготовчий. У більшості багатоклітинних тварин, у тому числі й людини, цей етап відбувається в шлунково-кишковому тракті, а також у цитоплазмі клітин. На підготовчому етапі органічні макромолекули під дією ферментів розщеплюються до мономерів: білки - до амінокислот, жири - до гліцерину і жирних кислот, полісахариди - до моносахаридів, нуклеїнові кислоти - до нуклеотидів. Ці процеси відбуваються з вивільненням енергії, але її кількість незначна і вона розсіюється у вигляді тепла. Проте це тепло може використовуватись організмами для підтримання температури власного тіла.

Внаслідок послідовної дії певних ферментів складні білки спочатку розщеплюються до простих, а прості - на окремі складові (поліпептидні ланцюги). Останні, у свою чергу, розпадаються до амінокислот. Внутрішньоклітинне перетравлення білків забезпечує комплекс ферментів, які містяться в лізосомах, а також у цитоплазмі та на клітинних мембранах. Полісахариди, також під дією відповідних ферментів, розщеплюються до дисахаридів і моносахаридів.

 

Існують певні особливості розщеплення деяких полісахаридів. 

Так, целюлозу, яка міститься в харчових продуктах рослинного походження, розщеплює фермент целюлаза, який не синтезується в організмі людини і більшості тварин. Але в їхньому шлунково-кишковому тракті мешкають мікроорганізми (бактерії або одноклітинні тварини), здатні утворювати цей фермент і цим забезпечують процеси перетравлення рослинної їжі.

Розщепленню ліпідів під дією відповідних ферментів часто передує їхнє подрібнення (емульгація). Емульгаторами жирів є жовчні кислоти, які виробляються у печінці та входять до складу жовчі. Нуклеїнові кислоти під дією ферментів спочатку розщеплюються до нуклеотидів, а ті - до вільних нітратних основ, моносахарида та фосфатної кислоти.

За підготовчим етапом настає безкисневий.

Безкисневий етап енергетичного обміну відбувається в клітинах. Його ще називають анаеробним (від грец. ан - частинка, що означає заперечення, та аер - повітря), оскільки мономери, які утворилися на попередньому етапі, зазнають подальшого багатоступеневого розщеплення без участі кисню.

Аеробне дихання відбувається в мітохондріях. Важливе місце в аеробному енергетичному обміні належить так званому циклу Кребса. Цикл Кребса (цикл трикарбованих кислот)– цепослідовне перетворення певних органічних кислот, що відбувається в матриксі мітохондрій. Цей процес названо на честь англійського біохіміка Ханса Адольфа Кребса, який відкрив його у 1937 році. Унаслідок кожного циклу Кребса може утворюватися одна молекула АТФ, а молекули вуглекислого газу, які утворюються під час цих перетворень, залишають мітохондрії та з часом виводяться з клітини. Крім того, в ході біохімічних реакцій циклу від органічних кислот відщеплюються атоми гідрогену, які є носіями енергії. Ці атоми відновлюють певні сполуки. Енергія, запасена в атомах гідрогену, згодом частково використовується для синтезу молекул АТФ. Цей процес перебігає в кілька етапів і називається дихальним ланцюгом (електронно - транспортний ланцюг).

Ви бачите мітохондрію, її зовнішню і внутрішню мембрану та міжмембранний простір.

Що відбувається далі?

•    Відбувається утворення сполуки НАД  Н
•    Окиснення НАД  Н за участю ферменту.
•    Під час окиснення звільняються електрони та протони.
•    Транспорт електронів відбувається за участю білків – переносників на внутрішню мембрану мітохондрій, а протони на зовнішню мембрану мітохондрій, де вони накопичуються.
•    Виникає та зростає різниця електричних потенціалів. Коли різниця потенціалів досягає критичного значення, іони Н⁺ із зовнішньої мембрани переносяться на внутрішню  завдяки ферментній системі (Н⁺ - АТФаза),
•    Під час повернення іони Н+  у матрикс мітохондрій енергія вивільняється.

Анаеробне розщеплення, або анаеробне дихання, - це найпростіша форма утворення та запасання енергії у високоенергетичних зв'язках молекул АТФ. Деякі мікроорганізми і безхребетні тварини (здебільшого паразити) не можуть використовувати кисень у процесах енергетичного обміну. Тому необхідну енергію вони можуть одержати лише у результаті анаеробного розщеплення органічних сполук (анаеробного дихання). Більшість організмів у процесах енергетичного обміну здатна використовувати кисень. Але в них кисневому (аеробному) етапу енергетичного обміну завжди передує безкисневий (анаеробний).

Найважливішим на безкисневому етапі енергетичного обміну в клітинах є розщеплення молекул глюкози за допомогою гліколізу (від грец. глікіс -солодкий та лізіс - розчинення). Під час гліколізу молекула глюкози (С₆Н₁₂0₆) розщеплюється на дві молекули піровиноградної (С₃Н₄0₃) або (наприклад, у клітинах м'язів) молочної (С₃Н₆0₃) кислот. Сумарне рівняння гліколізу мас такий вигляд:

С₆Н₁₂0₆ + 2АДФ + 2Н₃Р0₄ ⇒ 2С₃Н₆0₃ + 2АТФ + 2Н₂0

Під час гліколізу виділяється близько 200 кДж енергії. Частина її (майже 84 кДж) витрачається на синтез двох молекул АТФ, а інша - розсіюється у вигляді тепла. Отже, процес гліколізу енергетично малоефективний: лише 35-40% енергії запасається в зв'язках молекул АТФ. Це пояснюється тим, що кінцеві продукти гліколізу все ще містять багато зв'язаної енергії.

 

                   Гліколіз має важливе фізіологічне значення. 

Завдяки йому організми можуть діставати енергію в умовах дефіциту кисню, а його кінцеві продукти (піровиноградна і молочна кислоти) зазнають подальшого ферментативного перетворення за наявності кисню. Проміжні продукти гліколізу використовуються для біосинтезу різних сполук.

Глюкоза також розщеплюється у результаті спиртового бродіння, до якого здатні деякі види дріжджів і бактерій. Унаслідок цього процесу молекула глюкози розпадається на дві молекули етилового спирту (С₂Н₅ОН) та дві молекули вуглекислого газу (С0₂). Реакції спиртового бродіння подібні до реакцій гліколізу, за винятком кінцевого етапу.

Існують й інші види безкисневого бродіння, наприклад маслянокисле (з утворенням масляної кислоти), молочнокисле (молочної кислоти) тощо

Схема розщеплення глюкози

Який енергетичний баланс кисневого етапу енергетичного обміну?

 Повне окиснення молекул молочної або піровиноградної кислоти супроводжується виділенням такої кількості енергії, якої достатньо для утворення 36 молекул АТФ

Сумарне рівняння кисневого етапу енергетичного обміну має такий вигляд:

2С₃Н₆0₃ + 60₂ + 36Н₃Р0₄ + 36АДФ ⇒ 6С0₂ + 36АТФ + 36Н₂0

Ви вже знаєте, що в процесі анаеробного етапу енергетичного обміну при розщепленні однієї молекули глюкози утворюються дві молекули АТФ. Енергії, яка виділяється внаслідок повного розщеплення однієї молекули глюкози, вистачає на утворення 38 молекул АТФ

Сумарне рівняння безкисневого і кисневого етапів енергетичного обміну має такий вигляд:

C₆H₁₂O₆ + 38АДФ + 38Н₃РО₄ + 6О₂ +6Н₂О⇒ 6СО₂ + 38АТФ + 44Н₂О

Під час цих перетворень виділяється близько 2800 кДж енергії, з яких у вигляді макроергічних зв'язків молекул АТФ запасається 1596 кДж, або 55%, а 45% – розсіюється у вигляді тепла.

Отже, основну роль у забезпеченні клітин енергією відіграє аеробний етап енергетичного обміну.

Завершується енергетичний обмін виведенням кінцевих продуктів (вуглекислого газу та води) з організму.

 

V. Узагальнення і систематизація знань

1. У скільки етапів відбувається енергетичний обмін? Назвіть їх. 
2. Що відбувається на підготовчому етапі енергетичного обміну? 
3. Які процеси відбуваються під час безкисневого етапу енергетичного обміну? 
4. Що таке гліколіз? 
5. Що таке бродіння? Які види бродіння вам відомі?

VІ. Домашнє завдання

• § 17 - 19
• Стор 83 – табл.
• Доповідь Тимірязєв
• Презентація «Фотосинтез»

 

Етапи енергетичного обміну

 

Запитання для порівняння	Підготовчий період	Безкисневий (анаеробний) етап	Кисневий (аеробний) етап
Де здійснюється
Що розщеплюється			Піровіноградна кислота С3Н4О3, Молочна кислота С3Н6О3, вода
Кінцеві продукти	Мономери: білки вуглеводи ліпіди НК	Піровіноградна кислота С3Н4О3, Молочна кислота С3Н6О3 вода.
Що активізує процес
Хімічне рівняння	------------------	С6Н12О6 + 2Н3РО4+2АДФ ⇒ 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О	2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36АДФ ⇒ 6СО2 + 36АТФ + 36Н2О
Енергетичний ефект	Незначна кількість енергії (розсіюється у вигляді тепла)	Малоефективний. 40% акумулюється, а  решта розсіюється у вигляді тепла	Велика кількість енергії. 55% акумулюється у вигляді макроенергічних зв’язків  АТФ.
Кількість молекул АТФ	АТФ не утворюється
Біологічне значення