В розробці показана клітина як відкрита система, що отримує енергію ззовні й витрачає її на процеси життєдіяльності. Звернуто увагу на різні джерела енергії, які можуть використати клітини та основні способи живлення живих організмів: фототрофний, гетеротрофний і хемотрофний. Показано зв'язок процесів синтезу і розпаду в клітинному обміні речовин, звернувши увагу на роль молекул АДФ і АТФ у цьому процесі.
Робота
Шевченко О.Ю.
учителя хімії та біології
Загальноосвітня школа
І-ІІІ ступенів №1
ім. Т.Г.Шевченка
Знам’янської міської ради
Кіровоградської області
Урок
Тема: Обмін речовин та енергії. Основні шляхи розщеплення органічні речовин в живих організмах.
Мета: Сформувати поняття про обмін речовин та перетворення енергії в клітині. Показати асиміляцію і дисиміляцію як дві сторони єдиного процесу обміну речовин. Дати уявлення про основні етапи енергетичного обміну, особливості їх проходження взаємозв’язки і результати.
Розвивати вміння працювати самостійно та в групі, робити логічні висновки та виділяти головне при вивченні нового матеріалу та вирішенні проблемних питань.
Виховувати старанність та уважність на уроці.
Тип уроку: нестандартний урок у формі електронного журналу як урок вивчення нового матеріалу.
Концепція уроку: Використовуючи електронно - методичне забезпечення, показати клітину як відкриту систему, що отримує енергію ззовні й витрачає її на процеси життєдіяльності. Звернути увагу на різні джерела енергії, які можуть використати клітини, і у зв’язку з цим вийти на основні способи живлення живих організмів: фототрофний, гетеротрофний і хемотрофний. А потім показати зв’язок процесів синтезу і розпаду в клітинному обміні речовин, звернувши увагу на роль молекул АДФ і АТФ у цьому процесі.
Простежити долю органічних сполук, які є джерелами енергії для життєдіяльності гетеротрофів: що відбувається з цими сполуками шлунково - кишковому тракті, у цитоплазмі клітин і в мітохондріях. Звернути увагу на ті етапи, на яких синтезуються молекули АТФ.
Обладнання та матеріали: підручник: Біологія 9 клас (Р.Шаламов, Г.Носов, О.Литовченко, М.Каліберда ), презентація по даній темі, тестові завдання, роздаткові картки.
Структура уроку
Хід уроку:
І. Організаційний етап.
(Вчитель пояснює основні завдання та мету уроку, а також за якою схемою учні будуть працювати на уроці )
ІІ. Актуалізація опорних знань.
Вчитель: Ми вже з вами вивчили будову основних складових клітини, а на сьогоднішньому уроці розглянемо, що лежить в основі всіх фізіологічних процесів в живих клітинах.
Давайте пригадаємо основні положення клітинної теорії на сучасному етапі ? (Слайд малюнок використовується як питання)
Клітинна теорія на сучасному етапі:
ІІ. Мотивація навчальної діяльності.
Професор А. П. Мясніков визначив зміни, які відбуваються за добу в організмі людини масою 70 кг.
Розщеплюється 125 г білка, 70 г жиру, 450 г вуглеводів з виді ленням 12 600 Дж енергії; поглинається 460 л кисню й виділяється 403 л вуглекислого газу; гине й замінюється 450 млрд еритроцитів, від 22 до 30 млрд лейкоцитів і від 270 до 430 млрд тромбоцитів; гине й відновлюється 50 % від загальної кількості епітеліальних клітин шлунка й кишечнику; відновлюється й гине 1/75 частина кісткових клітин скелета; гине й відновлюється 1/20 частина покривного епітелію тіла. Чому відбуваються такі колосальні зміни в людському організму і навіщо вони ?
Тому на сьогоднішньому уроці ми почнемо розглядати наступне положення клітинної теорії, а саме процеси функціонування клітини як одиниці живого.
Основна мета та завдання сьогоднішнього уроку розглянути клітину як відкриту систему, що отримує енергію ззовні й витрачає її на процеси життєдіяльності. Звернути увагу на різні джерела енергії, які можуть використати клітини. Простежити долю органічних сполук, які є джерелами енергії для життєдіяльності гетеротрофів: що відбувається з цими сполуками шлунково - кишковому тракті, у цитоплазмі клітин і в мітохондріях. Звернути увагу на ті етапи, на яких синтезуються молекули АТФ.
Проблемне питання:
1. Давайте пригадаємо з курсу фізики як перетворюється енергія у світі і що є основним джерелом енергії?
(Учні висловлюють свої думки і в процесі дискусії виводимо правильну відповідь)
2. Яка органела є енергетичною станцією клітини ?
Охарактеризуйте особливості її будови та функцій?
ІІІ. Вивчення нового матеріалу.
(Робота на певних етапах організовується в парах, а на певних – в більших кооперативних групах. Вивчення матеріалу супроводжується використанням відео матеріалів та створеної презентації)
Вчитель: Давайте пригадаємо в яких формах може існувати енергія в біологічних системах та наведемо приклади ? (учні називають різні форми енергії та наводять приклади, вчитель коригує відповіді та пояснює матеріал )
Хімічна — енергія хімічних зв'язків;
електрична - нервовий імпульс, що йде по нервовому волокну;
механічна - рух мікроорганізмів, скорочення м'язів;
теплова - підтримка постійної температури тіла;
світлова - перетворення енергії хімічних зв'язків в енергію світіння у деяких мікроорганізмів, комах, глибоководних риб та ін.
АТФ - єдине і універсальне джерело енергії в клітині.
Єдиним джерелом енергії для живих організмів є Сонце. Якщо всі речовини на Землі роблять колообіг, то сонячна енергія надходить односпрямованим потоком.
З курсу ботаніки ви вже знаєте що в процесі фотосинтезу світлова енергія перетворюється в хімічну (енергію хімічних зв'язків), а ця енергія перетворюється в інші види енергії, але знову в енергію сонячного променя перетворитися не може.
Поняття про метаболізм
Вчитель:
Отже, так як енергія найчастіше перебуває хімічних зв’язків різноманітних речовин, то обмін енергії безпосередньо пов’язаний з обміном речовин. Обмін речовин (метаболізм) — сукупність хімічних перетворень, які відбуваються у клітині, забезпечують їхній ріст, життєдіяльність і відтворення. Обмін речовин живої клітини складається з двох протилежно спрямованих видів реакцій — катаболічних і анаболічних. Сукупність реакцій розпаду органічних сполук називається катаболізмом, або енергетичним обміном (переважає при активній фізичній роботі, старінні) Сукупність реакцій синтезу органічних сполук називають анаболізмом, або пластичним обміном (відбувається коли організм росте і активно розвивається - в молодому віці).
Унаслідок розщеплення (катаболізму) органічних сполук (білків, жирів, вуглеводів) виділяється теплова енергія, яка акумулюється в хімічних зв'язках молекул АТФ. Ця енергія використовується клітиною в анаболітичних процесах - синтезі власних, необхідних на даний момент часу білків, жирів і вуглеводів. Таким чином, енергетичний і пластичний обмін тісно зв'язані між собою потоками речовин й енергії.
Метаболізм
(на рівні клітини)
Пластичний обмін Енергетичний обмін
(асиміляція, анаболізм) (дисиміляція, катаболізм)
сукупність реакцій біосинтезу сукупність реакцій розщеплення та
окислення
Завдання для роботи в парі:
Завдання 1: Складіть схему «Основні типи метаболічних шляхів у клітині» (Слайд )
Завдання 2: Заповніть таблицю «Відмінність асиміляції від дисиміляції».
Питання для порівняння |
Асиміляція (пластичний обмін) |
Дисиміляція (енергетичний обмін) |
1. Переважні типи біохімічних реакцій |
|
|
2. Що відбувається з власними органічними речовинами клітини ?
|
|
|
3.Енергетичні перетворення |
|
|
4. Біологічне значення |
|
|
5. В якому віці переважають ? |
|
|
|
||
Питання для порівняння |
Асиміляція (пластичний обмін) |
Дисиміляція (енергетичний обмін) |
1. Переважні типи біохімічних реакцій |
Реакції синтезу або сполучення |
Реакції розщеплення або розкладу |
2. Що відбувається з власними органічними речовинами клітини ?
|
Органічні речовини накопичуються |
Органічні речовини розкладаються |
3.Енергетичні перетворення |
Енергія накопичується в органічних сполуках |
Енергія витрачається та запасається в АТФ |
4. Біологічне значення |
Накопичення поживних речовин |
Накопичення енергії у вигляді високоенергійних зв’язків в молекулах АТФ |
5. В якому віці переважають ? |
В молодому віці |
в дорослому та старіючому |
Вчитель: Якщо розглядати процес обміну речовин на рівні тваринного (і людського організму також) організму - то можна виділити наступні етапи:
А як ви вважаєте, чи всі етапи зазначенні в даній схемі і чому?
Вчитель: А тепер давайте пригадаємо з курсу ботаніки та зоології на які групи поділяються живі організми в залежності від основного джерела енергії яке вони використовують для своєї життєдіяльності? (Учні висловлюють свої думки і в процесі дискусії виводимо правильну відповідь)
Давайте розглянемо схему
За способом добування енергії живі організми можна поділити на автотрофів і гетеротрофів. Клітини гетеротрофів (тварини, гриби, більшість бактерій, паразитичні рослини) для побудови власних біополімерів використовують мономери поглинених і розщеплених ними органічних сполук, і енергію, що виділяється в цьому випадку. Автотрофи здатні синтезувати власні біополімери з води, вуглекислого газу і мінеральних солей. Залежно від енергії, яка використовується для синтезу, автотрофів поділяють на фототрофів (акумулюють сонячну енергію — зелені рослини, деякі бактерії) і хемотрофів (акумулюють енергію, що виділяється внаслідок окисно-відновних процесів,— сіркобактерії, нітрифікуючі бактерії).
Завдання 1: Наведенні нижче організми розділіть на дві групи - автотрофи і гетеротрофи. (Біологічний диктант з взаємоперевіркою)
Хламідомонада, шимпанзе, зозулин льон, амеба, перлівниця, залізобактерії, плаун булавовидний, щука, горобець, сіркобактерії, сироїжка, холерний вібріон.
Автотрофи |
Гетеротрофи |
Хламідомонада |
шимпанзе |
зозулин льон |
амеба |
залізобактерії |
перлівниця |
плаун булавовидний |
щука |
сіркобактерії |
горобець |
|
сироїжка |
|
холерний вібріон |
(Проводиться перевірка завдання)
Вчитель: А тепер на прикладі людського організму давайте розглянемо питання розщеплення речовин. (Робота проводиться в кооперативних групах)
Завдання для груп.
Група 1: Дослідіть особливості розщеплення білків.
Група 2: Дослідіть особливості розщеплення вуглеводів.
Група 3: Дослідіть особливості розщеплення жирів.
(Групи представляють результати своїх досліджень та відбувається їхнє обговорення)
Вчитель: А як ви вважаєте, які процеси в організмі відповідають енергетичному обміну та де вони відбуваються?
Етапи енергетичного обміну
Енергетичний обмін відбувається в процесі клітинного дихання
Клітинне дихання - сукупність ферментативних процесів, що відбуваються у кожній клітині, в результаті яких молекули вуглеводів, жирних кислот і амінокислот розщеплюються в кінцевому результаті до вуглекислого газу і води, а біологічно корисна енергія, яка вивільнюється, запасається клітиною і потім використовується. Багато ферментів, що каталізують ці реакції, знаходяться у стінках і кристах мітохондрій.
Етапи клітинного дихання.
Перший етап - підготовчий. Відбувається в органах травлення під дією ферментів травних соків. Молекули полісахаридів, жирів, білків, нуклеїнових кислот розщеплюються на глюкозу, гліцерин і жирні кислоти, амінокислоти, нуклеотиди. На цьому етапі виділяється невелика кількість енергії, яка розсіюється у вигляді тепла і клітиною не запасається.
Другий етап - безкисневий (неповний, гліколіз, анаеробне дихання). Відбувається на внутрішньоклітинних мембранах гіалоплазми.
С6 Н12 О6 + 2Н3 РО4+2АДФ →2 С3 Н6 О3 + 2АТФ +2Н2 О + 200кДж
80 кДж 120 кДж
Завдяки гліколізу організм може отримати енергію в умовах дефіциту кисню, а його кінцеві продукти - піровиноградна і молочна кислоти - зазнають подальших ферментативних перетворень.
Третій етап - кисневий (аеробне дихання, повне розщеплення, окисне фосфорилювання). Відбувається в мітохондріях.
2 С3Н6О3 + 36Н3 РО4+36АДФ + 6О2 → 6СО2 + 42Н2 О + 36АТФ + 2600 кДж
1440 кДж 1160кДж
(55 %) ( 45 %)
Сумарне рівняння безкисневого і кисневого етапів:
С6 Н12 О6 + 38Н3 РО4+38АДФ + 6О2 → 6СО2 + 44Н2 О + 38 АТФ
За ефективністю перетворення енергії жива клітина перевершує усі відомі в техніці перетворювачі енергії,
Основну роль у забезпеченні клітини енергією відіграє аеробне дихання.
(Робота в парах над заповненням таблиці «Етапи енергетичного обміну» )
Етапи енергетичного обміну
Особливості проходження етапу
|
Підготовчий етап
|
Безкисневий етап
|
Кисневий етап
|
Де відбувається
|
У шлунково-кишковому тракті
|
У цитоплазмі клітин
|
У мітохондріях
|
Чи потрібні для процесів ферменти
|
Так (травлення)
|
Так .
|
Так
|
Чи потрібні для процесів спеціалізовавані органели
|
Ні
|
Процеси відбуваються в цитоплазмі
|
Процеси відбуваються в мітохондріях
|
Чи беруть участь у процесах мембрани
|
Ні
|
Ні
|
Так, без мембран процес не відбувається
|
Чи синтезуються молекули АТФ
|
Ні, виділяється тільки теплова енергія
|
Так, дві молекули АТФ на одну молекулу глюкози
|
Так, 36 молекул АТФ
|
Чи потрібен для процесів кисень |
Ні
|
Ні
|
Так,без кисню не відбувається
|
IV. Закріплення знань.
Завдання 1: Порівняйте етапи енергетичного обміну (Проводиться перевірка завдання)
Завдання 2: Переважна більшість процесів життєдіяльності, які відбуваються у клітині, потребують затрат енергії АТФ. Наведіть приклади таких процесів життєдіяльності.
Приклади: процес поділу клітини, синтез білку, подвоєння молекули ДНК, відновлення різноманітних органел.
(Проводиться перевірка завдання)
А тепер давайте пригадаємо, яке питання ми ставили на початку уроку?
Як же класифікують організми за типом живлення в природі?
(Учні працюють над заповненням таблиці )
|
|
Особливості життєдіяльності |
Представники |
Автотрофи |
Фотоавтотрофи |
|
|
Хемоавтотрофи |
|
|
|
Гетеротрофи |
Фотогетеротрофи |
|
|
Хемогетеротрофи |
|
|
IV. Узагальнення та систематизація знань.
1.Тестова робота по темі: "Обмін речовин та перетворення енергії в клітині"
1. З яких двох процесів складається обмін речовин у живій клітині?
а) енергетичний обмін
б) фагоцитоз
в) піноцитоз
г) пластичний обмін
2. Які з термінів є дуже близьким до поняття "пластичний обмін"?
а) катаболізм
б) асиміляція
в) анаболізм
г) дисиміляція
3. Які з термінів є дуже близьким до поняття "енергетичний обмін"?
а) катаболізм
б) асиміляція
в) анаболізм
г) дисиміляція
4. Як називаються живі організми, здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних?
а) паразити
б) гетеротрофи
в) автотрофи
г) сапротрофи
5. Як називаються живі організми, що використовують органічні речовини синтезовані іншими організмами?
а) фототрофи
б) гетеротрофи
в) автотрофи
г) хемотрофи
6. Яка органела є "енергетичною станцією " клітини?
а) рибосоми
б) мітохондрії
в) лізосоми
г) апарат Гольджі
7. Як називаються організми, які для синтезу органічних речовин використовують енергію, яка звільняється під час хімічних реакцій?
а) фототрофи
б) гетеротрофи
в) хемотрофи
8. Як називається сукупність реакцій розщеплення складних речовин в організмі, що супроводжується виділенням енергії?
а) енергетичний обмін
б) асиміляція
в) анаболізм
г) пластичний обмін
9. Які етапи виділяють в процесі енергетичного обміну?
а) підготовчий
б) анаболізм
в) анаеробне розщеплення
г) аеробний процес
10. Яка речовина є універсальним джерелом енергії в клітині?
а) білки
б) вуглеводи
в) АТФ
11. Де відбувається початковий етап енергетичного обміну речовин?
а) в цитоплазмі клітини
б) в шлунково-кишковому тракті
в) в мітохондріях
12. Де відбувається безкисневий етап енергетичного обміну речовин?
а) в цитоплазмі клітини
б) в шлунково-кишковому тракті
в) в мітохондріях
2.Робота з біологічними термінами
Варіант 1 |
|
Пластичний обмін |
1 |
Хемотрофи |
5 |
Енергетичний обмін |
2 |
Асиміляція |
4 |
Гетеротрофи |
6 |
Ферменти |
3 |
Варіант 1
1) сукупність реакцій, які забезпечують ріст клітин і організму в цілому та оновлення їхнього хімічного складу; процеси біохімічного синтезу необхідних біологічним системам сполук.
2)сукупність реакцій розщеплення складних сполук в організмі чи окремій клітині до простіших, які супроводжуються виділенням енергії
3) речовини білкової природи, які прискорюють (каталізують)
біохімічні реакції в живих організмах.
4) сукупність процесів поглинання із довкілля, засвоєння і накопичення хімічних речовин, які використовуються для синтезу сполук, необхідних організму. Процеси асиміляції відбуваються з витраченням енергії.
5) автотрофні організми, які для процесів синтезу органічних сполук із неорганічних використовують енергію, що вивільняється внаслідок хімічних реакцій.
6)організми, які споживають органічні сполуки, створені іншими істотами, бо не здатні синтезувати їх з неорганічних речовин.
Варіант 2 |
|
Метаболізм |
5 |
Автотрофи |
4 |
Молекула АТФ |
1 |
Дисиміляція |
3 |
Фототрофи |
6 |
Мітохондрії |
2 |
Варіант 2
1) нуклеотид, який складаєтьсяіз залишків нітратної основи (аденіну), вуглеводу (моносахариду рибози) та трьох молекул фосфатної кислоти; запасає енергію у вигляді високоенергетичних хімічних зв’язків. Є універсальним накопичувачем і переносником енергії в біологічних системах.
2) органели еукаріотичних клітин різноманітної форми, в яких відбувається синтез АТФ.
3) сукупність біохімічних процесів, за допомогою яких складні хімічні сполуки в організмі розкладаються до простіших. Внаслідок цих процесів вивільняється енергія, необхідна живим істотам для забезпечення процесів життєдіяльності.
4) організми, здатні синтезувати органічні сполуки з неорганічних.
5) (або обмін речовин) сукупність процесів надходження речовин із навколишнього середовища, їхнього перетворення в організмі чи окремій клітині та видалення у довкілля продуктів життєдіяльності.
6) автотрофні організми, які для процесів синтезу органічних сполук із неорганічних використовують енергію світла.
V. Підсумок уроку
Отже, давайте підведемо підсумок нашого уроку.
Що ми вивчали на сьогоднішньому уроці?
Рефлексія
VІ. Домашнє завдання
Вивчити § 15-16 ст.86- 94 Завдання після параграфа. Завд. 6,7,11* ст. 89. Завд 7, 8,9* ст.. 94.
Додатковий матеріал. Біологічний словник
Асиміляція- сукупність процесів поглинання із довкілля, засвоєння і накопичення хімічних речовин, які використовуються для синтезу сполук, необхідних організму. Процеси асиміляції відбуваються з витраченням енергії.
Дисиміляція- сукупність біохімічних процесів, за допомогою яких складні хімічні сполуки в організмі розкладаються до простіших. Внаслідок цих процесів вивільняється енергія, необхідна живим істотам для забезпечення процесів життєдіяльності.
Метаболізм - (або обмін речовин) сукупність процесів надходження речовин із навколишнього середовища, їхнього перетворення в організмі чи окремій клітині та видалення у довкілля продуктів життєдіяльності.
Пластичний обмін - сукупність реакцій, які забезпечують ріст клітин і організму в цілому та оновлення їхнього хімічного складу; процеси біохімічного синтезу необхідних біологічним системам сполук.
Енергетичний обмін - сукупність реакцій розщеплення складних сполук в організмі чи окремій клітині до простіших, які супроводжуються виділенням енергії
Автотрофи - організми, здатні синтезувати органічні сполуки з неорганічних.
Фототрофи - автотрофні організми, які для процесів синтезу органічних сполук із неорганічних використовують енергію світла.
Хемотрофи - автотрофні організми, які для процесів синтезу органічних сполук із неорганічних використовують енергію, що вивільняється внаслідок хімічних реакцій.
Гетеротрофи - організми, які споживають органічні сполуки, створені іншими істотами, бо не здатні синтезувати їх з неорганічних речовин.
Молекула АТФ (аденозинтрифосфорна кислота) - нуклеотид, який складаєтьсяіз залишків нітратної основи (аденіну), вуглеводу (моносахариду рибози) та трьох молекул фосфатної кислоти; запасає енергію у вигляді високоенергетичних хімічних зв’язків. Є універсальним накопичувачем і переносником енергії в біологічних системах.
Мітохондрії - органели еукаріотичних клітин різноманітної форми, в яких відбувається синтез АТФ.
Ферменти - речовини білкової природи, які прискорюють (каталізують)
біохімічні реакції в живих організмах.
Варіант 1 |
|
Пластичний обмін |
|
Хемотрофи |
|
Енергетичний обмін |
|
Асиміляція |
|
Гетеротрофи |
|
Ферменти
|
|
Варіант 1
1) сукупність реакцій, які забезпечують ріст клітин і організму в цілому та оновлення їхнього хімічного складу; процеси біохімічного синтезу необхідних біологічним системам сполук.
2)сукупність реакцій розщеплення складних сполук в організмі чи окремій клітині до простіших, які супроводжуються виділенням енергії
3) речовини білкової природи, які прискорюють (каталізують)
біохімічні реакції в живих організмах.
4) сукупність процесів поглинання із довкілля, засвоєння і накопичення хімічних речовин, які використовуються для синтезу сполук, необхідних організму. Процеси асиміляції відбуваються з витраченням енергії.
5) автотрофні організми, які для процесів синтезу органічних сполук із неорганічних використовують енергію, що вивільняється внаслідок хімічних реакцій.
6)організми, які споживають органічні сполуки, створені іншими істотами, бо не здатні синтезувати їх з неорганічних речовин.
Варіант 2 |
|
Метаболізм |
|
Автотрофи |
|
Молекула АТФ |
|
Дисиміляція |
|
Фототрофи |
|
Мітохондрії |
|
Варіант 2
1) нуклеотид, який складаєтьсяіз залишків нітратної основи (аденіну), вуглеводу (моносахариду рибози) та трьох молекул фосфатної кислоти; запасає енергію у вигляді високоенергетичних хімічних зв’язків. Є універсальним накопичувачем і переносником енергії в біологічних системах.
2) органели еукаріотичних клітин різноманітної форми, в яких відбувається синтез АТФ.
3) сукупність біохімічних процесів, за допомогою яких складні хімічні сполуки в організмі розкладаються до простіших. Внаслідок цих процесів вивільняється енергія, необхідна живим істотам для забезпечення процесів життєдіяльності.
4) організми, здатні синтезувати органічні сполуки з неорганічних.
5) (або обмін речовин) сукупність процесів надходження речовин із навколишнього середовища, їхнього перетворення в організмі чи окремій клітині та видалення у довкілля продуктів життєдіяльності.
6) автотрофні організми, які для процесів синтезу органічних сполук із неорганічних використовують енергію світла.