Конспект лекції з навчальної дисципліни «Природничі науки: Біологія» на тему: «Будова двомембранних органел клітини»

Міністерство освіти і науки України

Донецький національний університет економіки і торгівлі

імені Михайла Туган-Барановського

 

 

 

 

 

Підсумкова робота слухача курсів підвищення кваліфікації

за навчальною програмою «Інноваційні методи викладання: новітнє в європейській освітній практиці»

 

Конспект лекції

з навчальної дисципліни «Природничі науки: Біологія»

 на тему: «Будова  двомембранних органел клітини»

 

 

 

 

 

Виконала:

Кишинівська Альона Олександрівна

викладач ВСП «Криворізький фаховий коледж

Національного авіаційного університету»

 

 

 

 

Кривий Ріг

2023

 

Тема лекції: Будова  двомембранних органел клітини.

Мета лекції: ознайомити здобувачів освіти з інформацією про особливості будови мітохондрій  і пластид та зв’язок їх з функціями органел; розвивати вміння встановлювати логічний зв’язок між будовою і функціями органел; формувати в учнів  науковий світогляд.

Методи навчання: пояснювально-ілюстративний метод, гра «Впізнай мене», постановка проблемних питань, метод візуалізації теоретичного матеріалу, евристична бесіда, метод рефлексії, онлайн-тестування.

План лекції

1. Будова і функції мітохондрій.
2. Будова і функції пластид.
3. Зв’язки між пластидами різних типів.
4. Автономія мітохондрій і хлоропластів у клітині.
5. Фотосинтез. Хемосинтез.

 

Рекомендовані навчально-методичні матеріали

Основна література

1. Біологія. Великий довідник для школярів та абітурієнтів. Тернопіль, Навчальна книга - Богдан, 2001.
2. Данилова О.В. та ін. Загальна біологія, X.: Торсінг, 2001.
3. Дербеньова АГ, Шаламов Р.В., Загальна біологія, 10-11 класи. X.: Світ дитинства, 1998.
4. Кучеренко М.Е., Вервес Ю.Г., Балан П.Г. та ін. Загальна біологія, 10-11 класи. - К.: Генеза, 1998, 2000, 2001.

Допоміжна література

1. «Програма для загальноосвітніх навчальних закладів» авторів Данилової О.В., Балана П.Г., Вихренко А.С. та ін. (Київ, «Перун», 2005).
2. Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию: Уч. для вузов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. – 495с

 

Зміст лекції

1. Актуалізація опорних знань, уявлень та чуттєвого досвіду.

Гра «Впізнай мене»

- великий компартмент рослинної клітини, що заповнений клітинним соком;
- мембранні мішечки із ферментами;
- стопка мембранних цистерн;
- перетравлюють речовини та відмерлі клітинні структури, що вже відслужили клітині;
- на поверхнях мембран відбувається багато хімічних реакцій;
- упаковуються білки та інші речовини для виведення з клітини;
- запасає поживні речовини;
- на її структурах синтезується білки;
- відшаровуються від апарату Гольджі.

2. Мотивація навчальної діяльності.

Постановка проблемних (зацікавлюючих) питань.

Що ж надає різнобарв’я нашому рослинному світу. Звідки ми маємо енергію? Що допомагає нам утримувати її в організмі?

3. Викладання змісту лекції.

Розповідь з використанням слайдової презентації (метод візуалізації теоретичного матеріалу) та елементами евристичної бесіди.

 

Двомембранні органели клітини. Мітохондрії та пластиди – органели клітин еукаріотів, поверхневий апарат яких складається з двох мембран, розділених міжмембранним простором. Вони просторово не пов’язані з іншими органелами. Ці органели беруть участь в енергетичному обміні.

Постановка питання: «Звідки клітина отримує енергію, необхідну для життєдіяльності?»

Мітохондрії (від грец. мітос – нитка і хондріон – зерно) – органели клітин більшості видів рослин, грибів і тварин. Їх немає лише в деяких одноклітинних еукаріотів, які мешкають у безкисневому середовищі, – анаеробів. Мітохондрії слугують своєрідними клітинними «генераторами енергії». Вони мають вигляд кульок, паличок, інколи розгалужених ниток (завдовжки 0,5–10 мкм і більше). Число цих органел у клітинах різних типів може коливатися від 1 до 100 000 і більше. Воно залежить від того, наскільки активно відбуваються процеси обміну речовин і перетворення енергії. Так, клітина значних розмірів амеби Хаос містить до 500 000 мітохондрій, тоді як у дрібній клітині паразитичних джгутикових – трипаносом (збудників сонної хвороби людини) є лише одна велетенська розгалужена  мітохондрія.

Зовнішня мембрана мітохондрії гладенька, а внутрішня – утворює вгини всередину органели – кристи. Кристи мають вигляд дис коподібних, трубчастих чи пластинчастих   утворів,   що   часто   розгалужуються. На поверхні крист, що межує з внутрішнім середовищем мітохондрії, є особливі грибоподібні білкові утвори – АТФ-соми (від грец. сома – тіло). Вони містять комплекс ферментів, необхідних для  синтезу АТФ.

Внутрішній простір мітохондрій заповнений напіврідкою речовиною –  матриксом. Там містяться рибосоми, молекули ДНК, іРНК, тРНК тощо та синтезуються білки, що  входять до складу внутрішньої  мембрани.

Основна функція мітохондрій – синтез АТФ. Цей процес відбувається за рахунок енергії, яка вивільняється під час окиснення органічних сполук. Початкові реакції відбуваються в матриксі, а наступні, зокрема синтезу АТФ, – на внутрішній мембрані мітохондрій.

Демонстрація фрагменту навчального фільму (метод візуалізації теоретичного матеріалу)

https://www.youtube.com/watch?v=do4Lqtlk2ik

Постановка питання: «Чому  квітки на планеті мають різне забарвлення?»

Пластиди  (від грец. пластидес – виліплений, сформований) – органели клітин рослин і деяких одноклітинних тварин (наприклад, евглени  зеленої). Відомо три типи пластид – хлоропласти, хромопласти, лейкопласти, які різняться за забарвленням, особливостями будови та  функціями.

Хлоропласти (від грец. хлорос – зелений) – пластиди, зазвичай забарвлені в зелений колір завдяки наявності пігменту хлорофілу. Але в клітинах певних груп водоростей (червоних, бурих тощо) їхній колір може бути іншим. Це пояснюється тим, що в них, крім хлорофілу, є й інші пігменти – червоні, жовті, бурі та ін.

Як і в мітохондрій, зовнішня мембрана хлоропластів гладенька, а внутрішня утворює вирости, що можуть від неї відокремлюватись. Строма – речовина, що заповнює внутрішній простір хлоропласта. З внутрішньою мембраною пов’язані структури – тилакоїди. Це пласкі  цистерни, оточені однією мембраною. Великі тилакоїди розташовані  поодиноко, а дрібніші – зібрані в грани, що нагадують стоси  монет. У тилакоїдах містяться основні (хлорофіли) та  допоміжні (каротиноїди) пігменти, а також усі ферменти, необхідні для здійснення  фотосинтезу. У стромі хлоропластів є молекули ДНК,  різні типи РНК,  рибосоми, зерна запасного полісахариду (переважно крохмалю).

Основна функція хлоропластів – здійснення фотосинтезу. Крім того, у них, як і в мітохондріях, на мембрані тилакоїдів є АТФ-соми та відбувається синтез АТФ. Також у хлоропластах синтезуються деякі ліпіди, білки мембран тилакоїдів, ферменти, які забезпечують реакції фотосинтезу.

Лейкопласти (від грец. лейкос – безбарвний) – безбарвні пластиди різноманітної форми, в яких запасаються деякі сполуки (крохмаль, білки тощо). На відміну від хлоропластів, у лейкопластів внутрішня мембрана може утворювати лише нечисленні тилакоїди. У стромі лейкопластів містяться рибосоми, ДНК, різні типи РНК, а також ферменти, які забезпечують синтез і розщеплення запасних речовин (крохмалю, білків тощо). Лейкопласти можуть бути повністю заповнені зернами крохмалю.

Хромопласти (від грец. хроматос – колір, фарба) – пластиди, забарвлені в різні кольори (наприклад, жовтий, червоний, фіолетовий). Забарвлення цим пластидам надають різні пігменти (переважно каротиноїди), які в них накопичуються. Оскільки хлорофіл у них відсутній, зеленого забарвлення вони не мають. Хромопласти надають певного  забарвлення пелюсткам  квіток, плодам, листкам та іншим частинам рослин. Внутрішня система мембран у хромопластах відсутня або ж утворена окремими тилакоїдами.

Зв’язки між пластидами різних типів. Пластиди різних типів мають спільне походження: усі вони виникають з первинних пластид клітин твірної тканини – дрібних (до 1 мкм) пухирців, оточених двома мембранами. Крім того, пластиди одного типу здатні перетворюватися на пластиди іншого. Так, на світлі в первинних пластидах формується внутрішня система мембран, синтезується хлорофіл і вони перетворюються на хлоропласти. Те саме характерно і для лейкопластів, які здатні перетворюватися на хлоропласти або хромопласти. Під час старіння листків, стебел, дозрівання плодів у хлоропластах може руйнуватися хлорофіл, спрощується будова внутрішньої мембранної системи і вони перетворюються на хромопласти. Хромопласти є кінцевим етапом розвитку пластид: на пластиди інших типів вони не перетворюються.

Демонстрація фрагменту навчального фільму (метод візуалізації теоретичного матеріалу)

https://www.youtube.com/watch?v=do4Lqtlk2ik

Автономія мітохондрій і хлоропластів у клітині.  Хлоропласти та мітохондрії, на відміну від інших органел, характеризуються певною мірою незалежним (автономним) функціонуванням від інших частин клітини. Чим це зумовлене? По-перше, ці органели містять власну спадкову інформацію – кільцеву молекулу ДНК, яка нагадує молекулу ДНК з ядерної зони клітин прокаріотів. По-друге, мітохондрії і пластиди мають апарат, який здійснює синтез власних білків (рибосоми, а також усі види РНК). До того ж, на відміну від інших органел, мітохондрії та пластиди не виникають з інших мембранних структур клітини, а розмножуються поділом. Молекули ДНК у мітохондріях і пластидах забезпечують механізми цитоплазматичної спадковості, бo здатні зберігати та передавати під час поділу цих органел певну частину спадкової інформації.

Постановка питання: «Чому без зелених рослин існування біосфери стало б неможливим?»

Фотосинтез. Слово «фотосинтез» буквально означає: створення під впливом світла. Фотосинтез — це процес, який відбувається у хлоропластах під дією сонячного світла.

Під час фотосинтезу відбувається процес перетворення енергії сонячного світла на енергію хімічних зв'язків органічних сполук (глюкози), які синтезуються з неорганічних сполук — води та вуглекислого газу.

Сумарна формула фотосинтезу має такий вигляд:

6С0₂ + 6Н₂0 - С₆Н₁₂О₆ + 60₂.

Фотосинтез здійснюється в хлоропластах. Основним фотосинтетичним пігментом вищих рослин є хлорофіл. За хімічною структурою розрізняють декілька видів хлорофілів. Крім хлорофілів, у хлоропластах як допоміжні пігменти присутні каротиноїди (жиророзчинні пігменти, виявлені у всіх рослин).

Процес фотосинтезу складається з двох взаємопов'язаних етапів - світлової та темнової фаз. Світлова фаза відбувається лише за наявності світла, за допомогою фотосинтетичних пігментів у тилакоїдах хлоропластів. Тилакоїди - це мембранні пухирці, розташовані у стромі хлоропластів. У мембранах тилакоїдів є молекули хлорофілу. У світловій фазі фотосинтезу відбувається поглинання світла молекулами хлорофілу і перетворення енергії світла в хімічну енергію молекул АТФ та інших переносників енергії, а також виділення кисню в атмосферу. Темнова фаза не вимагає світла, відбувається у стромі хлоропласта. У ній енергетичні молекули витрачаються на синтез органічних сполук. У світловій фазі фотосинтезу беруть участь дві фотосистеми: фотосистема 1 (ФС1) і фотосистема 2 (ФС2). У кожній фотосистемі є антенний комплекс, який складається з хлорофілу і призначений для вловлювання енергії світла різної довжини хвилі та передачі її на реакційний центр. До реакційного центру ФС1 входять молекули хлорофілу, які поглинають світло з довжиною хвилі максимум 700 нм, а до реакційного центру ФС2 - молекули хлорофілу, які поглинають світло з довжиною хвилі максимум 680 нм. Утворені в результаті фотохімічних реакцій молекули АТФ і НАДФН (переносники енергії) використовуються для здійснення реакцій темнової фази. Під час темнової фази фотосинтезу енергія, накопичена у світловій фазі, витрачається на синтез глюкози. Для цього синтезу потрібен вуглекислий газ, Карбон якого фіксується у циклі Кальвіна, названого на честь ученого Мелвіна Кальвіна, який його відкрив.

Значення фотосинтезу. Фотосинтез має загальнобіологічне значення, оскільки це єдиний процес, у результаті якого на нашій планеті енергія сонячного світла перетворюється на хімічну енергію вуглеводів, а потім на енергію всіх інших органічних речовин будь-яких організмів. В основному завдяки фотосинтезу атмосфера Землі збагачується вільним киснем, який потрібен для дихання більшості мешканців нашої планети, а також для самих рослин. Таким чином, фотосинтез - це не лише первинний синтез органічних речовин, а й процес, унаслідок якого на Землі створюються умови, необхідні для існування живих організмів.

Хемосинтез – це тип живлення, за якого органічні сполуки синтезуються з неорганічних із використанням енергії хімічних реакцій. До хемотрофних організмів належать деякі групи бактерій: нітрифікуючи, залізобактерії, безколірні сіркобактерії та інші. Хемотрофні організми відіграють важливу роль у процесах перетворення хімічних елементів у біогеохімічному колообігу речовин. Процес хемосинтезу відкрив у 1887 році російський мікробіолог С.М. Виноградський.

Нітрифікуючі бактерії послідовно окиснюють аміак до нітритів, а згодом – до  нітратів. Залізобактерії одержують енергію за рахунок окиснення сполук двовалентного феруму до тривалентного.

Хемотрофні організми відіграють важливу роль у процесах перетворення хімічних елементів у біогеохімічному колообігу речовин.

4. Підсумки

1) Метод рефлексії (пропонується закінчити речення «Для мене сьогодні важливим було…»)

2) Виконання онлайн-тесту

https://naurok.com.ua/test/dvomembranni-organeli-573453.html

5. Контрольні питання

1. Яка будова поверхневого апарату мітохондрій і пластид?

2. Як будова мітохондрій пов’язана з їхніми функціями?

3. Які ви знаєте типи пластид?

4. Яка будова хлоропластів?

5. Які функції хлоропласти виконують у клітині?

6. Яка будова і функції лейкопластів і хромопластів?

7. Які взаємні переходи можливі між пластидами різних типів?

8. Чому функціонування мітохондрій і хлоропластів у клітині відносно незалежне від інших її структур?

9. Яка роль світлової і темнової фаз фотосинтезу?

10. У чому полягає біологічне і планетарне значення фотосинтезу?

11. Хто такі фототрофи і хемотрофи?

12. Які умови здійснення хемосинтезу?

13. Яке біологічне значення хемосинтезу?