Обмін речовин і перетворення енергії конспект

Обновлено: 03.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Цели урока: Продолжить формирование знаний об обмене веществ, раскрыв сущность энергетического обмена, подвести учащихся к выводу о значении АТФ как универсального аккумулятора энергии в клетке; познакомить учащихся с особенностями трех этапов энергетического обмена на уровне восприятия, осмысления и первичного запоминания.

Задачи:

Образовательные:

· приобретение и усвоение знаний учащегося по теме “Обмен веществ и превращение энергии. Энергетический обмен клетки”;

· способствовать пониманию закономерности и практической значимости обмена веществ и превращения энергии в жизни человека;

· Выяснить, что является источником энергии для всех живых организмов, в результате каких процессов осуществляется образование энергии и ее аккумулирование в клетках;

Развивающие:

· развивать интеллектуальные качества личности - интерес, наблюдательность, решение проблемных вопросов, умение делать выводы и обобщения.

· продолжить формирование умений планировать свою деятельность, умений использовать свои предметные знания в повседневной жизни.

Воспитательные:

· воспитывать умение работать в заданном темпе;

· с помощью межпредметных связей способствовать формированию картины мир

Характер познавательной деятельности:

· Репродуктивная - слушаю, запоминаю, работа с книгой.

· Продуктивная - поисково-исследовательская - решить задачу, что-то отыскать.

· Творческая - решении той или иной задачи повышенной сложности.

Тип урока: изучение нового материала с элементами исследования и практической работы (решение задач по теме)

I . Актуализация знаний.

1. Какие ассоциации у вас возникают с этой фразой. Предложите различные ассоциации.

2. Тема состоит из трех слов: обмен, вещества и энергия. Давайте свяжем их.

3. Обмениваются чем? ( Веществами и энергией)

4. Что за вещества, откуда они берутся? ( Органические – белки, жиры, углеводы, из пищи)

5. Для чего нужна энергия, откуда она берется? ( Для обеспечения процессов жизнедеятельности. Из пищи)

6. Что входит в состав пищи? ( Белки, жиры, углеводы, вода и минеральные соли).

7. Между чем происходит обмен? (откуда поступает пища, воздух, вода?) ( Организмами и наружной средой)

Таким образом, обмен веществ и энергии взаимосвязаны между собой.

Здесь проявляется закон сохранения энергии и вещества – в живом организме материя, или вещества и энергия не создаются и не исчезают, происходит лишь их изменение, поглощение и выделение.

II. Изучение нового материала

Вступление учителя: Как мы уже отмечали, одним из свойств живого является обмен веществ между организмом и окружающей средой.

Вопросы к учащимся:

Как еще научно называется этот процесс? (метаболизм)
Дать, определение этому процессу (совокупность реакций ассимиляции и диссимиляции)
Что представляет собой процесс ассимиляции веществ? (реакции синтеза)
Что представляет собой процесс диссимиляции? (химическоерасщепление – распад вегцеств до конечных продуктов)

Обмен веществ – совокупность химических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающие его рост, жизнедеятельность, воспроизведение и постоянный контакт с окружающей средой.

Схема на доске.

Задача нашего урока:

Выяснить, как осуществляется энергетический обмен в клетках.
Как трансформируется полученная энергия?
Где аккумулируется (запасается) полученная энергия?

Учитель:

Энергетические процессы связаны с освобождением энергии из сложных органических соединений, находящихся изначально в пищевых продуктах, поступающих в наш организм, и происходят во всех живых клетках.

ТАБЛИЦА: III этапа энергетического обмена

На какие стадии можно поделить процесс?

Любой процесс имеет начало, основную стадию и заключение. Так же и обмен веществ и энергии.

В ходе биологического окисления расщепление сложных органических веществ осуществляется поэтапно и может идти двумя принципиально различными путями:

1) бескислородное окисление органических веществ;

2) кислородное окисление органических веществ до углекислого газа и воды.

Начальные этапы обоих видов окисления протекают сходным образом.

I этап - Подготовительный

II этап - Неокислительное - бескислородное расщепление органических веществ

III этап - Окислительное О₂ - кислородное расщепление органических веществ

Химические реакции

Выход энергии

Образование АТФ

I этап - Подготовительный в пищеварительной системе

Ферменты: птиалин, амилаза, мальтаза

Итак, сейчас вам предстоит поработать в группах, и выяснить как происходит обмен веществ и энергии.

У каждой группы свое задание. Из предложенных карточек с терминами и текстами вам необходимо составить логичный текс-схему с помощью, которой вы расскажите о своем задании.

1 гр. Задание

1. описать стадии обмена веществ.

2. значение каждой стадии

3. что такое пластический обмен. Что такое энергетический обмен? Как он взаимосвязаны? (на этот вопрос вы отвечаете после выступления групп)

2 гр. Задание.

1.Из предложенного набора карточек с текстом и терминами составьте логичный текс-схему обмена веществ.

2. определите вид обмена

3.выявите взаимосвязь между веществами и энергией.

3 гр. Задание.

1.Из предложенного набора карточек с текстом и терминами составьте логичный текс-схему бескислородного этапа обмена веществ.

2. определите количество энергии, выделяемого в этом этапе.

3.выявите место локализации.

4 гр. Задание.

1.Из предложенного набора карточек с текстом и терминами составьте логичный текс-схему кислородного этапа обмена веществ.

2. определите количество энергии, выделяемого в этом этапе.

3.выявите место локализации.

5 гр. Задание.

1. Рассмотрите цикл Кребса, по предложенной таблице и представьте презентацию.

В первую, подготовительную стадию, крупные молекулы распадаются на более простые: белки расщепляются до аминокислот, полисахариды – до моносахаридов; липиды – до глицерина и высших жирных кислот.

Этот процесс осуществляется в пищеварительном канале многоклеточных организмов, затем – в клетках под действием ферментов лизосом. Выделившаяся энергия в ходе превращения веществ, полностью рассеивается в виде тепла.

Какая общая функция характерна для этих веществ?
– Рационально ли тратить белки на получение энергии? Почему?
– Какие вещества являются основным источником энергии?

Считается, что ключевое место в метаболизме всех типов клеток занимают реакции с участием сахаров, например, глюкозы, поэтому на занятии мы рассмотрим путь окисления именно этого углевода.

Этапы энергетического обмена

Подготовительный этап

Бескислородный этап (Гликолиз)

Кислородный этап

Где происходит расщепление?

Чем активизируется расщепление?

До каких веществ расщепляются соединения клетки?

Сколько выделяется энергии?

Сколько синтезируется энергии в виде АТФ?

II этап (анаэробный)

Второй этап – бескислородный, или неполное окисление. Он называется также анаэробным дыханием (гликолизом) или брожением. Термин “брожение” обычно применяют по отношению к процессам, протекающим в клетках микроорганизмов или растений.

Брожению могут подвергаться многие органические соединения, но чаще всего – углеводы, в результате чего образуются: спирт (этиловый), кислоты (молочная, масляная и др.), ацетон и другие органические соединения, углекислый газ, а в некоторых случаях и водород.

Обязательными участниками гликолиза являются АДФ и Н₃РО₄. Оба эти вещества всегда имеются в клетке, так как они образуются в результате её жизнедеятельности. В процессе гликолиза из одной молекулы глюкозы образуются 2 молекулы АТФ.

Гликолиз – сложный многоступенчатый процесс, состоящий из 10 следующих друг за другом реакций. Каждую реакцию катализирует свой особый фермент. В результате освобождается небольшое количество энергии порядка 200 кДж/моль глюкозы. 60% данной энергии рассеивается в виде тепла, а 40% - идет на синтез АТФ.

В клетках человека и животных глюкоза расщепляется до молочной кислоты. Этот вид гликолиза присущ некоторым видам бактерий и грибков и лежит в основе приготовления кислого молока, простокваши, кефира и др. молочнокислых продуктов питания.

Дрожжевые грибки в процессе синтеза АТФ расщепляют глюкозу до этилового спирта и СО2. Происходит спиртовое брожение. Промежуточные реакции гликолиза и спиртового брожения сходны, но конечные продукты различны. На спиртовом брожении основано приготовление вина, пива, кваса. Тесто, замешанное на дрожжах, даёт пористый, вкусный хлеб.

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С2Н5ОН + 2СО2 + 2Н20 + 2АТФ

Химические реакции

Выход энергии

Образование АТФ

II этап (анаэробный) - Гликолиз или цикл пировиноградной кислоты.

Идет без О₂ в цитоплазме клетки

У растений анаэробный гликолиз идет по типу спиртового брожения. С₆Н₁₂Об + 2Н₃РО₄ + 2АДФ —> 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН (этиловый спирт) + 2АТФ + 2Н₂О

Брожение отличается тем, что образуется конечное органическое соединение.

Большая часть глюкозы >

> поступает в мышечные органы, т.к. >

> они совершают работу.

Выполните задание:

Сколько молекул глюкозы необходимо расщепить без участия кислорода, чтобы получить 18 молекул АТФ:

А) 18 Б) 36 В) 9 Г) 27

На первом этапе своего расщепления глюкоза:

А) окисляется до углекислого газа и воды Б) не изменяется

В) подвергается брожению Г) расщепляется до двух трёхуглеродных молекул.

Третий этап – кислородное расщепление.

Данный этап происходит при участии кислорода и воды поэтому его ещё называют аэробное дыхание и гидролиз. Аэробное дыхание осуществляется в митохондриях. Для того, чтобы понять механизм аэробного дыхания, нужно вспомнить строение митохондрий.

Вспомните и расскажите о строении митохондрий.)

Аэробное дыхание связано с матриксом митохондрий и внутренней мембраной. В этом процессе принимают участие, кроме субстратов еще:

Основное условие нормального течения кислородного процесса - целостность митохондриальных мембран

В процессе аэробного дыхания расщеплению подвергается молочная кислота. Она проникает в митохондрии, где она полностью разрушается.

Этот процесс можно разделить на три стадии:

1) Окислительное декарбоксилирование

3) Электронтранспортная цепь.

Этот процесс можно разделить на три стадии:

1) Окислительное декарбоксилирование

3) Электронтранспортная цепь.

2). Цикл Кребса- цикл трикарбоновых кислот, назван в честь англ. учёного Ганса Кребса, открывшего этот процесс. Цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий. При взаимодействии ацетил-КоА с щавелево-уксусной кислотой образуется лимонная кислота. Далее осуществляется ряд превращений, заканчивающихся образованием щавелево-уксусной кислоты для нового цикла. Кроме этого выделяется две молекулы СО2, одна молекула АТФ и четыре пары атомов Н. Водородные атомы присоединяются к НАД и попадают в дыхательную цепь.

Неповреждённая митохондриальная мембрана для ионов непроницаема, поэтому на наружной стороне мембраны нарастает концентрация ионов водорода. Вследствие увеличения концентрации протонов эта сторона приобретает положительный заряд. Электроны в свою очередь молекулами переносчиками переправляются на внутреннюю мембрану, где они соединяются с кислородом. О2 + е =О2-

Молекулярный кислород диффундирует в митохондрии из окружающей среды. Следовательно, катионы водорода и ионы кислорода по обе стороны мембраны создают разноимённо заряженное электрическое поле.

В некоторых участках мембраны встроены молекулы фермента, синтезирующего АТФ (АТФ-синтетаза). В молекуле АТФ-синтетазы имеется канал, через который могут пройти протоны водорода. Это происходит только в том случае, если разность потенциалов достигнет порядка 200мВ. При достижении этого значения протоны силой электрического поля проталкиваются через протонный канал в молекуле АТФ-синтетазы на внутреннюю сторону мембраны.

На внутренней стороне мембраны протоны водорода взаимодействуют с ионами кислорода и образуют воду: О-2 + 4Н+ = 2 Н2О

При прохождении ионов водорода через канал в молекуле АТФ-синтетазы происходит синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.

Многие реакции кислородного расщепления сопровождаются освобождением энергии. В сумме это довольно большая величина -2600кДж на каждые 2 моля молочной кислоты. 45% этой энергии рассеивается в виде теплоты, а 55% - сберегается в виде АТФ.

3. Электронтранспортная цепь

Процесс кислородного расщепления выражается уравнением:

2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ+36Н3РО4= 6СО2 +6Н2О + 36АТФ+36Н2О

Просуммировав это уравнение с уравнением гликолиза получим итоговое уравнение:

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

2С3Н6О3 +6О2 +36АДФ+36Н3РО4 = 6СО2+36АТФ+42Н2О

С6Н12О6+6О2+38АДФ+38Н3РО4=6СО2 + 38АТФ + 44Н2О

Это уравнение показывает, что в результате полного расщепления глюкозы образуются конечные продукты распада – вода и углекислый газ, а самое главное – синтезируется 38 молекул АТФ, в которых запасается большая часть энергии.

Химические реакции

Выход энергии

Образование АТФ

III этап (аэробный)

- идет в присутствии О₂ в митохондриях (дыхание)

Делится на 3 подэтапа:

1.Окислительное декарбоксилирование ПВК с отщеплением СО₂ на наружной мембране

2. Цикл Кребса (англ. ученый Ганс Кребс, открыл цикл в З0-е годы 1953 г. Нобелевская премия)

З. а) цепь переноса на внутрен. мембр. электронов

б) окислительное фосфорилирование

в) дыхательная цепь открыл в 1931 г. выдающийся русский биохимик В.А.Энгельгард

Читайте также: