Конспект уроку "Прокаріотичні організми: археї, бактерії

 

КОНСПЕКТ УРОКУ БІОЛОГІЇ у 10 кл.

Тема: Прокаріотичні організми: археї та бактерії.

Мета. Мета уроку:

    освітня: розглянути особливості організації та функціонування архей та бактерій;

    розвивальна: навчити порівнювати археї та бактерії, аналізувати їхні схожі риси та відмінності;

    виховна:застосовувати знання про процеси життєдіяльності бактерій для профілактики інфекційних хвороб, запобігання бактеріальним захворюванням.

Очікувані результати навчання учнів:

  порівнюють  археї та бактерії, аналізувати їхні схожі риси та відмінності; сумлінне ставлення до гігієни як засобу запобігання бактеріальним захворюванням

Оперує термінами: прокаріоти, археї, бактерії, характеризує: прокаріотичні організми

Діяльнісний компонент:  наукове розуміння природи, здатність застосовувати його в практичній діяльності, здатність до пошуку та засвоєння нових знань, здатність і бажання дотримуватися здорового способу життя.

Ціннісний компонент:

Учні: робитимуть висновки: Чим відрізняються археї та бактерії,

усвідомлюватимуть: значення архей та  бактерій для людини. 

Ключові компетентності: спілкування державною мовою, основні компетентності у природничих науках, екологічна грамотність. 

Наскрізні змістові лінії здоров'я і безпека, екологічна безпека та сталий розвиток

Поняття, введені вперше: метагенез,бактеріородопсиновий фотосинтез , галофіли,метаногени,термоацидофіли,види-мезофіли ,симбіотрофними видами

Поняття, які розвиваються: прокаріотичні організми, бактерії, археї

Методи, форми роботи, прийоми: «Ажурна пилка», «Дискусія» 

Обладнання та матеріали: таблиці "Будова архей", "Будова бактерій", малюнки у підручнику.

Тип уроку: формування компетентностей.

Форма проведення уроку

Навчальні ресурси: таблиці.

          Друковані: картки.

Інтернет-ресурси: Lerning Apps, відео ролик.

 

Може бути якийсь із власних структурних елементів, наприклад: 

• Технологічна картка уроку 
• Орієнтовний хронометраж уроку 
• Алгоритм набуття обов’язкових результатів (див. табл.) 

 

АЛГОРИТМ НАБУТТЯ ОБОВ’ЯЗКОВИХ РЕЗУЛЬТАТІВ 

 

№	Результат  (що повинні РОБИТИ учні після навчання)	Практика  (які завдання будуть тренувати цей результат)	Теорія  (яка теорія допоможе навчити це робити)
	Закріпити вивчений матеріал.	«Ажурна пилка» «Мікрофон»	Теорія інтерактивних вправ

 

ЗМІСТ (АБО ХІД, АБО СТРУКТУРА) УРОКУ  

І. Вступна частина 

1.1. Організаційний момент 

1.2. Мотивація навчальної діяльності / Формулювання проблеми 

- У чому полягає відмінність прокаріотів від вірусів?

1.3. Перевірка домашнього завдання  

https://learningapps.org/display?v=p227i8yaa23

 

1.4. Оголошення теми та ОР (очікуваних результатів навчання) :

ІІ. Основна частина 

2.1. Актуалізація опорних знань («Активне експериментування») 

Ці організми вважаються одними з найдавніших організмів на Землі. Вони населяють,переважно,середовища з екстремальними умовами. За організацією є примітивними прокаріотами, але при цьому генетично ближчі до еукаріотів і є їхніми безпосередніми предками. Хто ж ці дивовижні одноклітинні?

2.2. Повідомлення нових знань (первинне засвоєння) 

Розповідь учителя з елементами бесіди.

1. Різноманітність одноклітинних організмів.

Одноклітинний організм – це цілісний організм, якому притаманні всі прояви життя (обмін речовин, енергії, рух, ріст, розмноження, подразливість, живлення, дихання та інші.

Розрізняють:

   Одноклітинні прокаріоти;

   Одноклітинні еукаріоти;

   Одноклітинні, що утворюють колонії.

2.Прокаріоти – доядерні організми.

Прокаріоти (від грецького про – попереду, раніше і каріон – горіх, ядро) – доядерні організми, які на відміну від еукаріот не мають типово сформованого ядра й ядерної мембрани.

3.Тридоменна система живого світу

   1977 року американським мікробіологом Карлом Воузом була запропонована трьохдоменна система органічного світу, за якої клітинні форми життя об’єднуються у три домени: Археї, Бактерії та Еукаріоти.

   К. Воуз вважав, що, зважаючи на відмінності у певних генах, ці три групи відділилися від спільного предка зі слаборозвинутим генетичним апаратом.

   Кожній групі дослідник надав статус домену і розділив на кілька царств. За результатами досліджень ця система біла доопрацьована, доповнена і відредагована в 1990 та 2016 роках.

Домен — це таксон найвищого рангу, який включає кілька царств живих організмів.

Характерні особливості доменів живих організмів

Група	Організми, які входять до складу групи	Особливості будови і життєдіяльності
Бактерії	Бактерії	Клітинні організми. У клітинах немає ядра й мембранних органел. Відрізняються значною різноманітністю біохімічних процесів у клітинах. Генетичний матеріал зазвичай представлений великою кільцевою молекулою ДНК (бактеріальною хромосомою). Можуть мати плазміди. Гени не містять інтронів
Археї	Археї (архебактерії)	Клітинні організми. Суттєво відрізняються від інших доменів за складом ліпідів та білків. У клітинах немає ядра й мембранних органел. Генетичний матеріал зазвичай представлений великою кільцевою молекулою ДНК (бактеріальною хромосомою). Можуть мати плазміди. Частина генів містить інтрони
Еукаріоти	Тварини, гриби, зелені рослини тощо	Клітинні організми. У клітинах є ядра та інші мембранні органели й цитоскелет. Генетичний матеріал міститься у хромосомах і має вигляд лінійних молекул ДНК. У мітохондріях і пластидах присутні невеликі молекули кільцевої ДНК. Гени містять інтрони

 

Перегляд презентації, теорія

https://vlada.pp.ua/goto/aHR0cHM6Ly92c2Vvc3ZpdGEudWEvbGlicmFyeS9wcm9rYXJpb3RpY25pLW9yZ2FuaXptaS1hcmhlaS1vc29ibGl2b3N0aS1paG5vaS1vcmdhbml6YWNpaS10YS1mdW5rY2lvbnV2YW5uYS0zNjExODIuaHRtbA==/

Археї — прокаріотичні виключно одноклітинні мікроорганізми з біохімічними особливостями, що відрізняють від бактерій та еукаріотичних організмів.

Це найдавніші організми, предки яких з'явилися на Землі. Близько 3,8 млрд років тому. Нині їх налічують близько 700 видів. Розміри архей — від 0,4 до15мкм у діаметрі. Найменшими серед археїв є наноархеї (0,4мкм), які паразитують у клітинах інших архей.

 

Археї мають свою незалежну еволюційну історію і характеризуються багатьма рідкісними властивостями, що відрізняють їх від бактерій та еукаріотів:

1. Геном археївпредставлений дволанцюговою ДНК у нуклеотиді та кільцевими плазмідами. Містить білки-гістони, унікальні інтрони, що відрізняються від еукаріотичних. Гени тРНК та рРНК археїв різняться між собою специфічним складом й послідовністю нуклеотидів.
2. Клітинна оболонкаархеїв не містить муреїну, в багатьох видів утворена поверхневими білками та псевдомуреїном, який зумовлює нечутливість археїв до дії деяких антибіотиків. Оболонка здійснює ефективний захист, і тому, можливо, археї ніколи не утворюють спор для існування за несприятливих умов, як це є у бактерій.
3. Клітинні мембрани різняться структурою і хімічним складом, що визначають їхню більшу стійкість за екстремальних умов існування. У археїв мембрани одношарові (інколи двошарові), утворені з особливих фітанолгліцеридів, а не фосфоліпідів, як в інших клітинних організмів.
4. Рухи забезпечуються джгутиками, відмінними від джгутиків бактерій: вони ростуть шляхом приєднання субодиниць білка флагеліну від основи, джерелом енергії для їхнього руху є АТФ.
5. Розмноження нестатеве: бінарний поділ, множинний поділ, фрагментація і брунькування.
6. Живлення хемоавтотрофне й хемогетеротрофне з використанням найрізноманітніших джерел енергії: світла, органічних сполук, амоніаку, йонів металів, водню тощо. Археям притаманні унікальні метаболічні процеси: бактеріородопсиновий фотосинтез і метагенез. Вони не здатні синтезувати гідролітичні ферменти, які забезпечують розщеплення складних органічних сполук. Тому вони можуть засвоювати лише прості речовини.

Археї є самостійним доменом живої природи і відрізняються від бактерій і еукаріотів низкою ознак на молекулярному рівні організації.

На початкових етапах розвитку життя археї були домінуючими формами життя і відігравали ведучу роль у біологічній міграції елементів. У ті часи особливе значення мали процеси отримання енергії за умов високого вмісту молекулярного водню й відсутності кисню та органічних речовин. Ці процеси збереглися в архей до теперішнього часу.

Метагенез — процес отримання енергії у безкисневих умовах з утворенням метану.

Серед метаногенних архей є автотрофні види, які здатні до фіксації вуглекислого газу, й гетеротрофні види, які продукують метан завдяки здатності до метанового бродіння. Автотрофним археям-метаногенам для життя достатньо наявність водню, вуглекислого газу і води. Унікальна в живому світі реакція синтезу метану слугує для ниж джерелом енергії для синтезу власних органічних сполук:

 

CO2+4H2→CH4+2H2O+E

 

Ці істоти можуть виживати навіть в умовах Марсу чи Венери. Близько1,5% Карбону, що бере участь у біосферному кругообігу, проходить через стадію метану за участі метаногенних архей. Утворення метану відбувається на дні морів й прісних водойм, у болотах, ґрунтах тундри й рисових полів. Метаногени є внутрішньоклітинними симбіонтами деяких твариноподібних організмів, входять до складу кишкової мікрофлори термітів, жуйних тварин, приматів і людини.

 

Бактеріородопсиновий фотосинтез відкритий у солелюбних архей-галофілів, які мають фіолетовий світлочутливий пігмент — бактеріородопсин. Галофіли існують завдяки використанню органічних сполук, вони можуть рости як за наявності кистю, так і без нього.За відсутності кисню і наявності яскравого світла в них утворюються пурпурові фотомембрани, які містять пігмент, подібний до людського родопсину. За участі цього пігменту енергія світла перетворюється в енергію АТФ, що допомагає їм пережити періоди нестачі кисню. Галофільні археї є основою екосистем з екстремальними умовами життя. Так, у водах Мертвого моря в складі бактеріальних матів виявлено 20 видів солелюбних архей. Там їхня кількість досягає десятки мільйонів клітин на 1 мл води.

Археї у наш час посідають у біосфері своєрідне місце, здійснюючи метаболічні процеси в умовах, недоступних для інших організмів.

 

Відомо, що серед архей є велика кількість видів-екстремофілів, які живуть за дуже високих температур, часто вище від 100°С, як ті, котрих знайши в гейзерах і чорних курцях (так звані археї-термофіли). Інших виявлено в надзвичайно солоному (археї-галофіли), кислому (археї-ацидофіли) або лужному (археї-алкалофіли) середовищі. Так, архея піролобус живе біля підводних гідротермальних джерел, температура вода яких +106°С і рН = 5,5. Вижити за таких умов вони можуть завдяки особливостям клітинних мембран та великій кількості нуклеотидних пар гуанін-цитозин, сполучених трьома водневими зв'язками.Ще одна архея метанопірус існує за температури +122°С. Архея термококус витримує вплив радіації, що перевищує летальну дозу для людини в 3000 разів.

Залежно від середовища проживання археї розділені на3групи:

галофіли живуть за надзвичайно високої солоності середовища, як джерело енергії використовують сонячне світло;

• метаногени відновлюють вуглекислий газ до метану, існують у безкисневому середовищі — у травній системі жуйних тварин, термітів, у мулі водойм, очисних спорудах;
• термоацидофілиживуть у кислому середовищі при дуже високій температурі, поширені у гарячих джерелах та жерлах вулканів.

Серед архей є й види-мезофіли, які живуть за звичайних умов водного чи ґрунтового середовища. Багато археїв є симбіотрофними видами різних організмів. Так, мутуалістичні метаногенні археї беруть участь у розщепленні целюлози в кишечнику термітів та жуйних тварин. Описано види архей-коменсалів, які живуть на шкірі, у травній системі людини.

Отже, археї руйнують органічну речовину, є їжею для багатьох організмів, відіграють важливу роль у кругообігах Нітрогену і Карбону, є єдиним у природі продуцентом метану.

Зверни увагу!Археї поширені скрізь і займають екологічні ніші, що є важкодоступними для інших організмів.

Перегляд відеоролику:https://youtu.be/lnRqtLPB0E8

Бактерії — прокаріотичні одноклітинні, колоніальні та (інколи) багатоклітинні мікроорганізми. У процесі еволюції бактерії адаптувались до життя у ґрунті, воді, повітрі, на поверхні й всередині живих організмів. Основними групами бактерій є спірохети, протобактерії, актинобактерії, мікоплазми тощо.

 

Бактерії є найчисленнішими і найпоширенішими організмами нашої планети. У них проста будова клітини, високі темпи розмноження, велика різноманітність типів і способів живлення, висока мінливість завдяки мобільним генетичним елементам та горизонтальному перенесенню генів, наявність механізмів захисту від вірусів, вони мають здатність впадати в анабіоз й утворювати спори для витримування несприятливих умов. На сучасному етапі відбувається переважно біохімічна еволюція, завдяки чому вони можуть опановувати нові екологічні ніші, виробляючи нові ферменти для засвоєння нових поживних речовин.

 

Найзагальніші особливості будови та життєдіяльності бактерій:

1. Клітинна оболонка бактеріальних клітин містить пептидоглікан (муреїн), що утворює жорстку решітку для захисту і опори, бере активну участь в обміні речовин, рості, розмноженні.
2. Основою клітинних мембран бактерій є два шари фосполіпідів і різноманітні за функціями білкові молекули. Дуже важливими для бактерій є такі функції мембран, як транспортування речовин, перетворення енергії, синтез речовин, що відбуваються за участі внутрішньоклітинних включень (фотомембран, мезосом).
3. Для бактерій характерна надзвичайна різноманітність типів живлення—і автотрофний, і гетеротрофні.

Автотрофні способи живлення:

• фототрофні (фотосинтетики)—використовують енергію світла для синтезу органічних речовин (наприклад ціанобактерії);
• хемотрофні (хемосинтетики) — джерелом енергії є енергія хімічних реакцій (наприклад залізобактерії,сіркобактерії, нітрифікувальні бактерії).

Гетеротрофні способи живлення:

• сапротрофи— живляться органічними сполуками відмерлих решток (наприклад молочнокислі бактерії, гнилостні бактерії);
• паразити — використовують як джерело їжі живі організми (наприкладхолерний вібріон, чумна паличка, золотистий стафілокок, збудник виразкової хвороби шлунку, збудник туберкульозу, збудник ботулізму);
• симбіонти— співіснування різних організмів (наприклад бульбочкові бактерії, шлункові і кишкові бактерії, без яких не можливе травлення).

4. Гени бактеріальної клітини складаються із безперервної кодувальної послідовності нуклеотидів. Поділу на інтрони і екзони немає. Характерною ознакою бактерій є наявність у клітині, поряд з нуклеоїдом, невеликих автономних плазмід.
5. Унікальними для бактерій процесами життєдіяльності є більшість типів бродіння,фіксація азоту,бактеріохлорофільний безкисневий фотосинтезтощо.
6. Більшість бактерій рухаються пасивно, за допомогою повітряних або водних течій. Проте деякі з них мають джгутики. В залежності від місця розташування джгутиків, бактерії поділяють на монотрихи (з одним джгутиком на кінці), лофотрихи (із жмутком джгутиків на кінці) та перитрихи (багато джгутиків розташовані по всій поверхні клітини).
7. У бактерій виділяють три різних типи розмноження:поділ(одна бактерія ділиться на дві абсолютно генетично ідентичні),брунькування(на полюсах материнської бактерії формується одна або декілька (до чотирьох) бруньок, при цьому материнська клітина старіє і вмирає) та примітивний статевий процес — частина ДНК батьківських клітин переноситься у дочірню, при цьому з'являється бактерія з принципово новим набором генів.
8. У багатьох бактерій відбувається утворення спор для існування за несприятливих умов, деякі здатні до інцистування для захисту і поширення

Найчастіше у бактерій спостерігається швидкий бінарний поділ, що за сприятливих умов відбувається в межах від 15до 30 хв. Різновидом бінарного поділу є брунькування. На одному з полюсів материнської клітини утворюється брунька, яка збільшується, а потім відокремлюється. У деяких бактерій виявленомножинний поділ. Йому передують реплікація хромосоми і збільшення клітини, в якій далі відбувається кілька послідовних бінарних поділів з утворенням багатьох дрібних клітин.

Статевого розмноження у бактерій немає, оскільки не утворюються гамети. Але найголовніша подія статевого відтворення, а саме обмін генетичним матеріалом, у них є. Суттєву роль у цьому процесі відіграє горизонтальне перенесення генів між організмами різних видів.

Горизонтальне перенесення генів — процес, під час якого організм передає генетичний матеріал іншому організму, який не є його нащадком.

Серед архей та бактерій горизонтальне перенесення генів є досить звичайним навіть між віддаленими видами. Завдяки цьому явищу в доядерних організмів забезпечуються комбінативна мінливість і здатність пристосовуватися до умов довкілля. Існують три загальні механізми горизонтального перенесення генів:

• трансформація — передача генетичного матеріалу між клітинами за участі ізольованої ДНК. При трансформації не потрібен безпосередній контакт між клітиною-донором і клітиною-реципієнтом.
• Трансдукція— передача генетичного матеріалу від однієї клітини іншій за допомогою вірусів. Явидще трансдукції відкрите американськими вченими Д. Ледербергом і Н. Циндером ще у 1952 році.
• Кон'югація— передача генетичного матеріалу від клітини-донора у клітину-реципієнту при безпосередньому контакті клітин. Необхідною умовою кон'югації є наявність у клітині плазміди.

Зверни увагу! Розмноження бактерій у переважній більшості відбувається нестатево, а визначальним процесом комбінативної мінливості є горизонтальне перенесення генів.

Взаємозв'язки між бактеріями й іншими організмами можуть бути симбіотичними та антибіотичними. Найпоширенішими видами симбіозу є мутуалізм, коменсалізм, паразитизм. Прикладами мутуалістичних взаємовідносин у бактерій є:

• відносини між водневими анаеробними бактеріями, які споживають органічні кислоти і виділяють водень, та метаногенними археями, які його споживають;
• співіснування бульбочкових бактерій і коренів бобових рослин (бактеріориза);
• співіснування з організмом людини молочнокислих бактерій.

Прикладом коменсалізму можуть бути відносини організму людини з біфідобактеріями й кишковою паличкою. Прикладом паразитизму є співіснування хвороботворних бактерій (чумна паличка, холерний вібріон, золотистий стафілокок, туберкульозна паличка) з організмом людини чи тварин.

Антибіоз— це взаємовідносини, за яких спостерігається пригнічення розвитку або повне відмирання одних видів під дією продуктів обміну, які утворює інший вид. Найчастіше ці продукти називають антибіотиками. Так, Луї Пастер ще у 1877 році описав конкуренцію бактерій ґрунту і бактерій-збудників сибірської виразки. Є серед бактерій і справжні хижаки. До них належать бделовібріони, тератобактери, диктіобактери тощо.

Переглянути відео:https://www.youtube.com/watch?v=_WrSJox70Ec&pp=ygUq0LHQsNC60YLQtdGA0ZbRlyDRgNGD0LTQsCDQsdGW0L7Qu9C-0LPRltGP

2.3. Вторинне засвоєння та осмислення нових знань 

За допомогою таблиці на конкретних прикладах (галоквадратум і кишкова паличка ) порівняйте археї та бактерії. Сформулюйте висновок про причини подібності та відмінностей. Розділити учнів на групи: одна група знаходить інформацію про археї інша про бактерії, обмінюються досвідом , роблять висновки.

Ознака	Археї	Бактерії
Кількість видів
Клітинна оболонка
Клітинні мембрани
Живлення
Особливості геному
Утворення спор

 

ІІ. Підсумкова частина 

3.1. Узагальнення і систематизація ЗУН 

1. За якими критеріями відрізняються домени Археї, Бактерії та Еукаріоти?

       2. Які особливості будови і функціонування Архей та бактерій?

      3. Наведіть приклади негативного впливу бактерій на життя та стан здоров’я людини, тварин і рослин.

      4. Яку користь можуть приносити бактерії людству? Наведіть приклади.

 

3.2. Домашнє завдання : № 10 , відповідати на запитання

 

 

 

 

 

 

 

 

Переглянути відео:

https://youtu.be/O0iV29pYHDI

3.3. Самооцінювання, взаємооцінювання 

3.4. Рефлексія