Урок "Обмін речовин та енергії у різних групах організмів" (профіль)

10 клас . Профіль (біолого-хімічний)                                    

Тема: «Обмін речовин та енергії у різних групах організмів»

Мета: - розширити знання учнів про основні процеси метаболізму різних груп організмів;
- розкрити значення процесів пластичного та енергетичного обмінів для живих організмів на основі знань процесів фотосинтезу, хемосинтезу, біосинтезу органічних речовин, дихання.
- формувати знання про обмін речовин та енергії як сукупність життєвих функцій живих організмів;

- розвивати пізнавальний інтерес учнів, використовуючи явища в навколишньому житті;
- розвивати уміння переносити знання в різні навчальні ситуації та життєву практику;
- розвивати уміння робити висновки та узагальнення;
- виховувати ціннісне  ставлення до свого організму та оточуючих людей;
Тип уроку: урок засвоєння нових знань.
Міжпредметні зв ́язки: фізика, хімія, медицина.
Матеріали та обладнання: схеми, малюнки, упаковки з харчовими продуктами.

ХІД УРОКУ

І. Актуалізація опорних знань та чуттєвого досвіду учнів.
Показати дві живі рослини в горщиках: одна красива, а інша суха, жовта, яка декілька днів стояла в темному місці або два букети: один свіжий, а інший вже зів´ялий.

Поставити запитання: а) чому ці рослини такі?; б) що їм необхідно для життєдіяльності?
А що необхідно тваринам і людині? Те ж саме, чи щось інше? (Учні повинні відповісти, що те ж саме, бо вони всі живі, але за характером живлення рослини – автотрофи, а тварини і люди – гетеротрофи.
А якщо взяти живу рослину і штучну – неживу, живого птаха і муляж. Які ж відмінності живого від неживого? (Записати на дошці ознаки живого: ріст, рух, живлення, дихання, розмноження...)

Отже, будь – які процеси, що відбуваються в організмі – рух, ріст, розвиток, розмноження, відповідь на подразник, і що навіть просто спрямовані на підтримку життєвого рівня, - зумовлені перетворенням одних хімічних речовин на інші. Вони є основою життєвих процесів.

Вивчаючи клітинний рівень організації живої матерії ми вивчили «Обмін речовин та енергії в клітині».

Який рівень організації живої матерії ми зараз вивчаємо? (Організмовий)

Так, давайте визначимо тему нашого уроку.

«Обмін речовин та енергії в різних групах організмів»

Яка мета нашого уроку? (учні пропонують мету)

Вчитель оголошує тему та мету уроку.

ІІ Мотивація навчальної  діяльності учнів.

Прийом «Колесо фортуни»

1. Що таке метаболізм?
2. Пластичний обмін? (сукупність реакцій біологічного синтезу з поглинаннм енергії)
3. Енергетичний обмін? (сукупність реакцій розщеплення органічних речовин до найпростіших неорганічних речовин з вивільненням енергії)
4. Еукраріоти? (організми, клітини яких мають оформлене ядро; до них належать рослини, гриби, тварини.)
5. Прокаріоти? (організми, клітини яких не мають оформленого ядра; до них належать бактерії, ціанобактерії)
6. Біосинтез білка?
7. Фотосинтез? (це процес утворення органічних сполук із неор­ганічних завдяки перетворенню світлової енергії в енергію хімічних зв'язків. До фототрофних організмів на­лежать зелені рослини (вищі рослини, водорості), деякі тварини (рослинні джгутикові), а також деякі прокаріоти - ціанобактерії, пурпу­рові та зелені сіркобактерії.
8. Хемосинтез? (це процес утворення органічних речовин за рахунок хімічної енергії перетворення неорганічних сполук. До хемотрофних організмів на­лежать деякі групи бактерій: нітрифікуючи, сіркобактерії, залізобактерії)
9. Клітиннє дихання? (сукупність біохімічних реакцій живих організмів, що протікають в клітинах, в ході яких відбувається окиснення

      вуглеводів, ліпідів і амінокислот,  вивільнена енергія запасається в

      хімічних зв'язках макроенергетичних сполук АТФ в мітохондріях.)

10.  Значення обміну речовин? (унаслідок обміну речовин у живому організмі як цілісній системі виникає динамічна рівновага, що зумовлює певний баланс між реакціями синтезу і розпаду)

Отже, на певну кількість утворених організмом хімічних сполук прирадає відповідна кількість тих, що розклалися.

ІІІ. Сприймання та засвоєння учнями нового матеріалу.

1. Розповідь з елементами бесіди.

Робота зі схемою

Метаболізм

Первинний                                                                                        Вторинний

Первинний метаболізм – процес, повязаний із синтезом, розкладом і перетворенням одних речовин на інші,  без яких неможливе життя жодної живої істоти. Його структура є універсальною для всіх живих організмів.

Вторинний метаболізм – хімічні реакції, властиві певному типу клітин, тканинам чи органам. Внаслідок вторинного метаболізму утворюються такі біологічо активні речовини, як гормони, антибіотики, алкалоїди, токсини...

2. Классификація организмів по типу метаболизму може бути основана на джерелі отриманої енергії та карбону:

Органічні молекули використовуються в якості джерела енергії органотрофами, літотрофи – використовують неорганічні субстрати, а фототрофи поглинають енергію сонячного світла. Однак, всі ці різноманітні форми обміну речовин залежать від окиснювально – відновнювальних реакцій, які повязані з передачею електронів від відновлених донорів молекул, таких як органічні молекули, вода, аміак, сірководень на акцепторні молекули, к такі як кисень, нітрати або сульфати. У тварин ці реакції повязані з розщепленням складних органічних молекул до простих, таких як вуглекислого газу та води. У фотосинтезуючих організмах – рослинах і ціанобактеріях – реакції перенесення електрона не вивільнюють енергію, але вони використовують як засіб запасання енергії сонячного світла.

3. Обмін речовин у прокаріот. (повідомлення учнів)

Прокаріоти – найпоширеніші живі організми, які виникли на Землі. Серед них є гетеротрофий й автотрофи, їм властиві фотосинтез і гліколіз, є біологічне окиснення й клітинне дихання, відбувається фосфорилювання, головним акумулятором енергії єАТФ, основною енергетичною речовиною  - глюкоза.

Бактерії – гетеротрофи не мають собі равних, більшість яких є сапрофаги, що поїдають органічну речовину або залишки мертвих тварин чи рослин.

Бактерії паразити – живуть всередині інших організмів.

Всі бактерії живляться завдяки осмосу, пасивному проникненню поживних речовин крізь клітинну мембрану.

Для життя бактерій потрібен кисень. Багато бактерій є анаєробами: енергію отримують внаслідок часткового розкладу речовин до проміжних продуктів, а не до води й вуглекислого газу.

Бактерії отримують енергію  і необхідні для життя сполуки внаслідок гниття – анаеробне рзщеплення білків чи амінокислот, то процес триває до утворення амонаку і сірководню, яким влостивий неприємний запах.

Анаеробні бактерії утворюють мікрофлору товстого кишечнику людини і необхідні для остаточного розщеплення білків, синтезу вітамінів групи В, пригнічення  розвитку хвороботворних і гнильних мікроорганізмів.

Бактерії бродіння – анаєробні, які отримують енергію у наслідок ферментативного розкладу глюкози. Молочнокисле бродіння відбувається під час скисання молока під дією спеціфічних бактерій:

С6Н12О6+ 2Н3РО4 +АДФ ---- 2С3Н6О3 + 2АТФ +2Н2О

4. Автотрофні бактерії поділяють на дві великі групи: фотоавтотрофи і хемоавтотрофи.

Фототрофні бактерії використовують енергію сонячного світла для синтезу органічних речовин. Існує три типа фототрофного живлення:

• безхлорофільний спосіб фотосинтезу характерний для архебактерій: світло поглинається спеціфічним білком подібним до пігменту родопсину (що входить до складу сітківки ока)
• бактерії, що мають зелені пігменти бактеріохлорофіл, які вловлюють світло: пурпурні і зелені бактерії, фотосинтез відбувається без виділення кисню.
• хлорофіловмісні бактерії – ціанобактерії, живуть величезними колоніями, спричиняють «цвітіння води», під час фотосинтезу виділяється кисень.

5. Бактерії хемоавтотрофи  - для засвоєння СО2 і синтезу органічних речовин використовують енергію, що отримують внаслідок окиснення неорганічних речовин. Біосинтез органічних речовин під час хемосинтезу здійснюється в результаті циклу Кальвіна. Енергія запасається у вигляді АТФ дихальних ферментів, що вбудовані в клітинну мембрану бактерій.

Водневі бактерії – найчисельніша група хемосинтезуючих бактерій:

Н2 + О2 + СО2-----С6Н12О6 + Н2О, можуть створювати велику біомасу, тому планується використовувати їх для отримання білка і очищення повітря від СО2.

Хемосинтезуючи бактерії відіграють роль у біосфері, завдяки ним здійснюється кругообіг важливих біогенних елементів, зокрема Нітрогену і Сульфуру.

6. Метаболізм рослин. (повідомлення учнів)

В процесі еволюції, при пристосуванні до конкретних життєвих умов виникли унікальні метаболічні процеси. У зелених рослин це первинний метаболізм - фотосинтез та фотодихання.

Зелені рослини – автотрофи, вони в процесі фотосинтезу з неорганічних спо- лук (вуглекислоти і води) створюють органічні речовини, необхідні їм для росту і розвитку. Вищі рослини в стадії проростання також живляться гетеротрофно – за рахунок запасів органічних речовин у насінні.

Вторинний метаболізм вищих рослин

Рослини синтезують велику кількість різноманітних низькомолекулярних сполук, які володіють біологічною активністю. Ці сполуки називають вторинними метаболітами, оскільки їх присутність у рослинній клітині не є обов’язковою. На сьогодні відомо біля 100 000 речовин вторинного метаболізму. Більшість метаболітів це хімічні сполуки: алкалоїди, ізорпеноїди (терпеноїди) та феноли. Такі речовини, здушують око слизитися, коли нарізаємо цибулю, або зморщуватися, коли їмо часник – тиоглікозиди, сірковмісні сполучення. Серед воринних метаболітів зустрічається функція нападу – деякі рослини виділяють у грунт певні речовини, які не дають можливості проростанню насіння  інших рослин. Таким чином рослина позбавляється від конкуренції за світло, поживні речовини грунту. Спеціальні вторинні метаболіти рослин приваблюють бактерії – бобові, орхідеї. Цілий ряд цих сполук рослинного походження людство широко використовує як джерело біологічно активних речовин у різних галузях –  медицині, хімічній, харчовій промисловості, ін.                                                                                                        

Дихання є одним з основних процесів обміну речовин і енергії, що підтримує зв’язок між організмом і середовищем. Під час дихання проходять процеси окиснення органічних сполук з вивільненням енергії, що зв’язана в них. Ця енергія необхідна рослинам для забезпечення процесів життєдіяльності. Під час дихання по­глинається кисень та виділяється вуглекислий газ у довкілля. Температура та інші чинники зовнішнього середовища дуже впливають на дихання рослини.

Випаровування води рослинами (транспірація) — це виділення водяної пари через продихи, сочевички тощо. Вода випаровується через усі частини рослини, та найінтенсивніше це здійснюють листки. Швидкість випаровування регулюють продихи. При збільшенні вологості швидкість випаровування води зменшується, може навіть зовсім припинитися, а при підвищенні температури та посиленні вітру — зростає.

7. Метаболізм грибів. (повідомлення учнів)

Для грибів характерен як первинний так і вторинний метаболізм.

За рахунок первинного метаболізму – збільшують вегетативну масу. До первинних метаболітів належать речовини, що утворилися в процесі побудови плодового тіла  гриба та його живлення: полісахариди та їх похідні (хітин, глікоген), амінокислоти, нуклеїнові кислоти, склеропротеїни (структурні білки клітинної стінки), ферменти, багатоатомні спирти – поліоли ( гліцерин, маніт, еритрит, рибит).

Вторинні метаболіти для продукуавння речовини, які можуть визивати диференціонування власного вегетативного тіла гриба, пригнічувати його розвиток або впливати не на нього, а на інші організми, виконуючи адаптивну функцію. До них належать антибіотики, гормони, пігменти, мікоспори.

Тип живлення грибів – осмотрофний. Гриби живляття шляхом осмосу, поглинаючи через оболонки  гіфів поживні речовини у вигляді водних розчинів субстрату. Для цього виділяють спеціфічні ферменти.

(Перегляд відеофрагменту «Метаболізм грибів»)

8 Метаболізм тваринного організму.

Обмін речовин та енегії у тварин і людини розпочинається зі вступу поживних речовин в шлунково-кишковий тракт і повітря в легені.
Першим етапом обміну речовин є ферментативні процеси розщеплювання білків, жирів і вуглеводів до розчинних у воді амінокислот, моно- і дисахаридов, гліцерину, жирних кислот і інших з'єднань, що відбуваються в різних відділах шлунково-кишкового тракту, а також всмоктування цих речовин в кров і лімфу. 

Другим етапом обміну є транспорт поживних речовин і кисню кров'ю до тканин і ті складні хімічні перетворення речовин, які відбуваються в клітинах. У них одночасно здійснюються розщеплювання поживних речовин до кінцевих продуктів метаболізму, синтез ферментів, гормонів, складових частин цитоплазми. Розщеплювання речовин супроводжується виділенням енергії, яка використовується для процесів синтезу і забезпечення роботи кожного органу і організму в цілому.

Третім етапом є видалення кінцевих продуктів розпаду з клітин, їх транспорт і виділення нирками, легкими, потовими залозами і кишечником. 
Перетворення білків, жирів, вуглеводів, мінеральних речовин і води відбувається в тісній взаємодії один з одним. У метаболізмі кожного з них є свої особливості, а фізіологічне значення їх різно, тому обмін кожного з цих речовин прийнято розглядати окремо.

V. Узагальнення та систематизація знань.

 - Яке значення має метаболізм для різних груп організмів?

 - Що таке адаптація? Яке значення має адаптація для живих організмів?

- Практичне значення знань про метаболічні процеси.

VІ. “Рефлексія» Метод «Плюс, мінус, цікаво» («ПМЦ»)

Поглянути на урок очима учнів, проаналізувати його з точки зору цінності для кожного учня.

Учням пропонується написати (сказати) в таблиці, які позитивні моменти були на уроці, «мінуси» у роботі на уроці, та усе, що хотілося б дізнатися

Після завершення запросіть бажаючих представити свої оцінки класові.

VІІ. Домашнє завдпння. Опрацювати конспект уроку, вивчити терміни та поняття.