Функция белков в клетке. Ферменты 10-й класс


Тип урока: урок изучения нового материала с элементами практикума.

Форма урока: комбинированный.

Учебно-воспитательные задачи урока:

  • Образовательные:

– сформировать у учащихся знания о разнообразных функциях белка
(многофункциональность), роли белков в формировании признаков организма, о
ферментах, их специфичности и механизме действия, ферментативном характере
всех реакций в клетке;

  • Развивающие:
  • – развитие навыка систематизации понятий;
    – развитие навыков системного мышления при анализе строения и функций
    ферментов;
    – познакомить учащихся с приемами мнемотехники при запоминании большого
    количества терминов;
    – развитие навыка учащихся по планированию работы и организации рабочего
    места;
    – развитие практических умений и навыков при выполнении лабораторной
    работы.

  • Воспитательные:
  • – показать необходимость знаний о роли ферментах для здоровья человека и
    в практике физической культуры и спорта.

    Оборудование:

    Демонстрационное оборудование: Таблица № 12 с изображением разных
    уровней организации белковых молекул, отрезок гибкого провода длиной 1 м.,
    металлический стержень длиной 30 см., таблица № 15 с изображением фермента
    рибонуклеазы, магнитные модели строения ферментов, лекарственные препараты
    содержащие различные ферменты (мизим, панзинор).

    Лабораторное оборудование: (на каждый стол)

    Штатив с пятью пробирками с натуральными объектами (вареный и сырой
    картофель, вареное и сырое мясо), склянки с 3% раствором пероксида водорода,
    песок, ступка и пестик. Инструкция по выполнению лабораторной работы.

    Межпредметные связи.

    Внутрипредметные связи –

    Ферменты. (Пищеварение, 9 класс)

    Межпредметные связи –

    Химия, 10 класс. Белки. Нуклеиновые кислоты.
    Ферменты. Химия, 9 класс. Скорость химических реакций.

    Эпиграф урока:

    “Проблема природы жизни – это проблема первичной организации материи в
    живых объектах.”
    Акад. В.А.Энгельгардт

    Ход урока

    1. Организационный момент.

    Вступительное слово учителя.

    Сегодня на уроке мы продолжим знакомство с разнообразными функциями белков в
    живых организмах. Рассмотрим как изменяются свойства белков в связи с изменением
    их структуры. Решение данных вопросов будем решать теоретически (на лекции), так
    и практически (на лабораторной работе).

    2. Повторение ранее изученного материала.

    Устный опрос.

    1. Какие органические вещества входят в состав клетки?
    2. Из каких простых органических соединений состоят белки?
    3. Что такое пептиды?
    4. Какова первичная структура белка? Каков характер связей в ней?
    5. Как образуется вторичная, третичная и четвертичная структура белка?
      Каков характер связей в них?
    6. Какие функции белков вам известны?

    (При ответах учащиеся пользуются динамическим моделированием структур
    белка при помощи гибкого шнура
    ).

    1. Доказательно объясните первостепенное значение белков в клетках живых
      организмов, занимающих в живой природе первое место как по количеству, так и
      по значению.
    2. Работа с терминами.

    Дать определение опорным понятиям:

    Биополимеры –
    Белки –
    Аминокислоты –
    Водородные связи –
    Структуры белка –
    Денатурация белка –
    Ренатурация белка –
    Катализ –

    По итогам устного опроса оцениваются знания учащихся.

    Слово учителя:

    Мы познакомились с различными белками, разобрали их строение, структуры,
    свойства, функциональное значение для живых организмов. А как вы думаете,
    изменится ли функция белка при нарушении его структуры?

    Учащиеся совместно с учителем высказывают предположения, находят правильный
    ответ (Белки утратят свои функции при нарушении его структуры).

    На примере белков-ферментов мы сегодня рассмотрим как меняются свойства
    белковых молекул с изменением их структуры. Решение этого вопроса будем
    осуществлять при изучении нового материала с помощью практических опытов и
    наблюдений.



    3. Изучение нового материала в форме лекции. (На доске записан план
    лекции, новые понятия и термины урока. Во время изложения учителем лекции
    учащиеся в тетрадях записывают краткий конспект нового материала.
    )

    Новые понятия и термины урока:

    Фермент
    Активный центр фермента
    Апофермент
    Кофермент
    Специфичность ферментов
    Условия работы ферментов

    Лекция № 4.

    Тема: “Ферменты”

    План:

    1. Строение ферментов.
    2. Классификация ферментов.
    3. Свойства ферментов и их функции.
    4. Факторы, влияющие на активность ферментов.
    5. Механизм действия ферментов.
    6. Значение ферментов.

    Ферменты –

    это высокоспециализированные белки, которые ускоряют
    химические реакции в клетке, т.е. являются биологическими катализаторами.

    Строение ферментов.

    1. Простые (однокомпонентные, состоят из белка: амилаза, пепсин, трипсин)
    2. Сложные (двухкомпонентные, состоят из белковой части (апофермент)
      и небелковой части (кофермент – витамины или минеральные вещества).

    Каталитическую активность сложные ферменты проявляют только в присутствии
    коферментов. Каталитическую активность проявляет не вся молекула фермента, а
    только его незначительная часть называемая активным центром.



    Классификация ферментов.

    Классы ферментов Катализируемая реакция Примеры ферментов
    1. Оксидоредуктазы Перенос атомов водорода или электронов от одного
    вещества к другому.
    Дегидрогеназа, оксидаза.
    2. Трансферазы Перенос определенной группы атомов (метильной, ацильной,
    фосфатной или аминогруппы) от одного вещества к другому.
    Трансаминаза, киназа.
    3. Гидролазы Реакции гидролиза. Липаза, амилаза, протеаза.
    4. Лиазы Негидролитическое присоединение к субстрату или
    отщепление от него группы атомов. При этом могут разрываться связи С-С,
    С-N, C-O, С-S.
    Декарбоксилаза, фумараза, альдолаза.
    5. Изомеразы Внутримолекулярная перестройка Изомераза, мутаза.
    6. Лигазы Соединение двух молекул в результате образования новых
    связей С-С, С-N, C-O, С-S, сопряженное с распадом АТФ.
    Синтеаза.

    Название фермента образуется от названия катализируемого вещества с
    добавлением окончания “аза” (фермент ускоряющий распад белков – протеаза, жиров
    – липаза, углеводов – амилаза).

    Свойства ферментов.

    1. Высокая каталитическая активность (углекислый газ из крови
    связывается с гемоглобином в карбогемоглобин со скоростью 10 молекул в секунду,
    а при ферменте карбоангидраза в 10 раз больше).

    2. Специфичность (избирательность) действия (один
    фермент катализирует одну реакцию).

    3. Регулируемость активности ферментов (внутренняя среда
    организма из-за действия ферментов всегда постоянна).

    Факторы влияющие на активность ферментов.

    1. Концентрация фермента и субстрата (чем выше концентрация
    исходных веществ, тем выше скорость реакции).

    2. Активная реакция среды (рН) (большинство ферментов проявляют
    максимальную активность при значении рН=7 (нейтральная). Некоторые активны
    только в кислой среде (пепсин рН=2), некоторые только в щелочной (липаза рН=9).
    При физических нагрузках в мышцах накапливается молочная кислота, способная
    закислять среду и снижать активность многих ферментов).

    3. Температура (Различные клеточные ферменты работают в своем
    диапазоне температур, где они проявляют наибольшую активность (средние
    температуры 37-40 С) При низких температурах активность ферментов замедляется,
    при высоких фермент(белок) разрушается (денатурация белка). При замораживании
    фермент сохраняет свою структуру и затем при размораживании восстанавливает свои
    свойства).

    4. Активаторы и ингибиторы (ионы металлов, низкомолекулярные вещества)
    активаторы повышают активность фермента (АТФ-аза миозина мышц
    активируется ионами Са ), ингибиторы снижают активность фермента, т.к.
    занимают место субстрата (конкурентные ингибиторы), или соединяются с неактивной
    частью и тем самым меняют химическую природу фермента (катализ нарушается)
    (неконкурентные ингибиторы – ионы тяжелых металлов – свинец, медь, ртуть, мышьяк
    и многие яды).

    Механизм действия ферментов.

    Взаимодействие субстрата и фермента происходит в несколько стадий:



    1. взаимодействие субстрата (S) с активным центром фермента (Ф) и
      образование фермент-субстратного комплекса,
    2. преобразование в фермент-субстратном комплексе с образованием нового
      продукта,
    3. отделение продукта реакции от активного центра фермента (сам фермент в
      ходе реакции не изменяется и вступает в другие реакции вновь).

    А + В = АВ (скорость медленная)

    субстрат новый продукт

    А + Ф = АФ + В = АВ + Ф (скорость быстрая)

    Модель взаимодействия фермента с субстратом.

    1. Модель Фишера “ключ к замку”. Субстрат и фермент комплиментарны
    (точно подходят друг к другу, как ключ к замку).

    2. Модель Кошланда “перчатка-рука”. Субстрат и активный центр фермента
    становятся соответствующими друг другу (как перчатка, одетая на руку) только
    после того, как соединятся.

    Значение знаний о ферментах.

    В медицине В промышленности В спорте
    1. Многие заболевания в организме связаны с
    изменением активности ферментов или процессом их синтеза
    (ферментопатия):
    – замедленное физическое развитие,
    – нарушение обмена веществ,
    – психическая неполноценность.
    При изготовлении сыра, хлебопечении, пивоварения.
    При изготовлении антибиотиков, витаминов, …
    1. При мышечной деятельности может изменяться
    активность и биосинтез многих ферментов, что приводит к усилению или
    замедлению скорости метаболизма и процессов энергообразования.
    2. От активности фермента зависит физическая работоспособность,
    скорость восстановления, адаптация к физическим нагрузкам.
    3. Действие многих витаминов и других биологически активных веществ,
    которые применяются в практике спорта для восстановления организма и
    регуляции массы тела, связано с ферментами.

    4. Обобщение и закрепление знаний по новому материалу.

    1. Что такое ферменты?
    2. Какова роль ферментов в обмене веществ, диагностике функционального
      состояния организма?
    3. Как образуются названия ферментов?
    4. Как построены ферменты?
    5. Что такое кофермент и какова его роль? Какие знаете коферменты?
    6. Какова связь между ферментами и витаминами?
    7. Какую функцию выполняет активный центр фермента?
    8. Назовите основные свойства ферментов.
    9. В чем состоит специфичность действия ферментов?
    10. Раскройте механизм действия ферментов. Как фермент
    11. взаимодействует с субстратом?
    12. Как влияют отдельные факторы среды на активность фермента?
    13. Что такое активаторы и ингибиторы ферментов? Приведите примеры их
      действия на отдельные ферменты.
    14. Какие знаете классы ферментов?
    15. Как влияют физические нагрузки на активность т свойства ферментов?

    5. Выполнение лабораторной работы № 3 по теме “Каталитическая
    активность ферментов в живых тканях”.

    Проведение работы по инструкции. (Приложение)

    Учащиеся оформляют в лабораторных тетрадях отчет об итогах

    лабораторной работы. Сдача лабораторных тетрадей на проверку.

    6. Домашнее задание.

    Общая биология: Учеб. Для 10–11 класс общеобразоват. О-28 / Д.К.Беляев,
    П.М.Бородин, Н.Н.Воронцов и др. М.: Просвещение, 2005.




    Следующий: