51598

Энергетический обмен в клетке

Конспект урока

Педагогика и дидактика

Цель урока: раскрыть сущность энергетического обмена подвести учащихся к выводу о значении АТФ как универсального аккумулятора энергии в клетке. Учитель: Вспомните вещество связанное со всеми выписанными словами определите его роль в клетке Ученики: вспоминают АТФ и ее роль в клетке. Учитель: Итак источником энергии для подавляющего большинства процессов в живых организмах является следующая реакция: АТФ Н2О = АДФ Н3РО4 Q 40 кДж Известно что в среднем содержание АТФ в клетках составляет от 005 до 05 ее массы. Но...

Русский

2014-02-12

64.5 KB

13 чел.

Конспект урока: «Энергетический обмен в клетке».

Цель урока: раскрыть сущность энергетического обмена, подвести учащихся к выводу о значении АТФ как универсального аккумулятора энергии в клетке.

Задачи урока:

  •  Образовательные:  познакомить учащихся с особенностями трех этапов энергетического обмена на уровне восприятия, осмысления и первичного запоминания.
  •  Воспитательные: воспитывать интеллектуальных качеств личности - интерес, наблюдательность, решение проблемных вопросов, умение делать выводы и обобщения.
  •  Развивающие:  развитие диалектико-материалистического мировоззрения на основе знаний об энергетике клетки, о законах термодинамики.

Тип урока: изучение нового материала.

Методы урока:

  •  Общие – объяснительно–иллюстративный.
  •  Частные – словесно–наглядный.
  •  Конкретные – рассказ, объяснение.

Оборудование: конспект урока, презентация.

Ход урока

I. Актуализация знаний: На доске записаны слова:

Аденин, рибоза, энергия, остаток фосфорной кислоты, митохондрия, аккумулятор, макроэргическая связь.

Учитель: Вспомните вещество, связанное со всеми выписанными словами, определите его роль в клетке?

Ученики: вспоминают АТФ и ее роль в клетке.

Учитель: Зачем организмам необходима энергия?

Ученики: Рост, дыхание, питание и т.д.

Учитель: – Итак, источником энергии для подавляющего большинства процессов в живых организмах является следующая реакция:

АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + Q (40 кДж)

– Известно, что в среднем содержание АТФ в клетках составляет от 0,05% до 0,5% ее массы. Но практически все идущие в клетке биохимические реакции требуют затрат энергии молекул АТФ. Запаса АТФ в мышцах хватает только на 20–30 сокращений. Поэтому в клетках идет постоянный процесс синтеза АТФ.

Следовательно, запас АТФ должен непрерывно пополняться на основе обратной реакции, идущей с затратой энергии:

АДФ + Н3РО4 + Q = АТФ + Н2О.

Фронтальная беседа:

Учитель: Что же такое АТФ?

Ученики: АТФ – это нуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

– Откуда организмы ее могут получить? (Питательные вещества.)

Итак, сегодня на уроке мы познакомимся с сущностью энергетического обмена, рассмотрим этапы энергетического обмена. Выясним, какое значение имеет энергетический обмен?

II. Изучение нового материала.

Некоторые организмы, например, растения, могут преобразовывать в энергию АТФ энергию солнечных лучей на первом этапе фотосинтеза; хемосинтезирующие бактерии способны запасать энергию в форме АТФ, получаемую при химических реакциях окисления различных неорганических соединений. Особенности этих процессов мы рассмотрим на следующем занятии.

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.

Учитель: Рассмотрим этапы энергетического обмена (работа с таблицей).

Этапы энергетического обмена

Этапы

Химические реакции

Выход энергии

Образование АТФ

КПД

I этап Подготовительный

6Н10О5)n → С6Н12О6 

Ферменты: птиалин, амилаза, мальтоза.

II этап (анаэробный) Гликолиз. Идет без О2 в цитоплазме клетки.

С6Н12О6 → 2ПВК (2С3H4O3) → 2С3Н6О3 (общий вид)

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

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2СО2↑ + 2С2Н5ОН + 2АТФ + 2Н2О

200 кДж (50000 Ккал)

2АТФ

40%

III этап (аэробный) 

Идет в присутствии О2 в митохондриях (дыхание).

2ПВК + 6О2 + 36АДФ + 36Ф →  6СО2 + 42Н2О + 36АТФ

2600 кДж (650000 Ккал)

36АТФ

55%

Итоговое суммарное уравнение:

1 .Упрощенный вариант:

С6Н12О6 + 6О2↑ →  6СО2 + 6Н2О

2C3H6O3 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 → 6СО2↑ + 42Н2О + 36АТФ

2800 кДж (~700000)

38АТФ

55%

1) 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.

2) 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: этиловый спирт, кислоты (молочная, масляная и др.), ацетон и другие органические соединения, углекислый газ, а в некоторых случаях и водород.

Гликолиз осуществляется в цитоплазме клеток и не требует кислорода. Он состоит из девяти последовательных реакций, каждая из которых катализируется общим ферментом. В ходе реакций гликолиза молекула глюкозы распадается на две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом суммарно образуются две молекулы АТФ. Дальнейшая судьба ПВК может быть различной в зависимости от того, какой тип извлечения энергии предпочитают организмы  – анаэробный (бескислородный) или аэробный (кислородный).

3) Третья стадия энергетического обмена – полное кислородное расщепление или клеточное дыхание. При этом вещества, образовавшиеся на втором этапе, разрушаются до конечных продуктов — СО2 и Н2О. Этот этап можно представить себе в следующем виде: 

3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36АДФ → 6СО2↑ + 42 Н2О + 36АТФ.

Таким образом, окисление двух молекул трехуглеродной кислоты, образовавшихся при ферментативном расщеплении глюкозы до СО2 и Н2О, приводит к выделению большого количества энергии, достаточного для образования 36 молекул АТФ. Клеточное дыхание происходит на кристах митохондрий. Коэффициент полезного действия этого процесса выше, чем у гликолиза, и составляет приблизительно 55% . В результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

Процесс полного окисления глюкозы в клетке можно выразить общим суммарным уравнением:

С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2↑ + 38АТФ.

III. Первичная проверка усвоения знаний.

Учитель: Какой этап энергетического обмена наиболее выгоден и почему?

Ученики: Кислородное дыхание гораздо эффективнее гликолиза, так как полное окисление органических веществ приводит к выделению большого количества энергии, причем примерно 60% ее запасается в молекулах АТФ, а 40% рассеивается в виде тепла.

Учитель: Сколько всего образуется молекул АТФ в результате окисления одной молекулы глюкозы?

Ученики: Всего на трех этапах биологического окисления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

IV. Закрепление

Задача. В процессе диссимиляции произошло расщепление 7 моль глюкозы, из которых полному (кислородному) расщеплению подверглось только 2 моль. Определите: а) сколько молей молочной кислоты и углекислого газа при этом образовано; б) сколько молей АТФ при этом синтезировано; в) сколько энергии и в какой форме аккумулировано в этих молекулах АТФ; г) Сколько молей кислорода израсходовано на окисление образовавшейся при этом молочной кислоты.

Решение.

1) Из 7 моль глюкозы 2 подверглись полному расщеплению, 5 – не полому (7-2=5):

2) составляем уравнение неполного расщепления 5 моль глюкозы;

5C6H12O+ 5*2H3PO+ 5*2АДФ = 5*2C3H6O3 + 5*2АТФ + 5*2H2O;

3) составляет суммарное уравнение полного расщепления 2 моль глюкозы:

6H12O6 + 2*6O2 +2*38H3PO+ 2*38АДФ = 2*6CO2+2*38АТФ + 2*6H2O + 2*38H2O;

4) суммируем количество АТФ: (2*38) + (5*2) = 86 моль АТФ; 5) определяем количество энергии в молекулах АТФ: 86*40кДж = 3440 кДж.

Ответ: а) 10 моль молочной кислоты, 12 моль CO2; б) 86 моль АТФ; в) 3440 кДж, в форме энергии химической связи макроэргических связей в молекуле АТФ; г) 12 моль О2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50267. ФИЗИОЛОГИЯ НЕРВНОГО ВОЛОКНА 82.5 KB
  Нервные волокна являются отростками нервных клеток, тела которых образуют ЦНС, а также ганглии соматической и вегетативной нервных систем. Сами же нервные волокна формируют периферическую нервную систему, иннервирующую все скелетные мышцы, костный аппарат нашего организма (соматическая нервная система)
50268. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 322.5 KB
  Закон Ома и правила Кирхгофа установленные для постоянного тока остаются справедливыми для мгновенных значений переменных токов и напряжений в цепях небольшой протяженности и если их изменения происходят не слишком быстро. Если за время l c необходимое для прохождения электрического сигнала от источника в самую удаленную точку цепи l размер цепи сила переменного тока изменяется незначительно то мгновенные значения тока в любом сечении цепи в данный момент будут практически одинаковы. Для периодически изменяющихся токов условие...
50269. ПРОЦЕССЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ В ЦНС. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИНТЕГРАТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЦНС (СВОЙСТВА НЕРВНЫХ ЦЕНТРОВ) 150.74 KB
  Реализация интегративной функции ЦНС: анализ поступающих афферентных сигналов и синтеза эфферентного сигнала необходимо большой силы и длительности и адекватности как характеру раздражителя, так и всей окружающей обстановке.
50270. РОЛЬ СПИННОГО МОЗГА В РЕГУЛЯЦИИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ФУНКЦИИ ОРГАНИЗМА 150.22 KB
  Проводниковая функция спинного мозга возникает как функция аппарата двусторонних связей с головным мозгом и базируется на материальной основе белого вещества спинного мозга. При развитии белого вещества дорзальные (задние) канатики выполняют функцию чувствительного проведения, вентральные
50271. Роль среднего и заднего мозга в регуляции опорно-двигательного аппарата 242 KB
  Второй и последующий уровни регуляции работы опорно-двигательного аппарата являются надсегментарными (сравнить с сегментарным уровнем – спинным мозгом – посегментно замыкающиеся дуги спинальных двигательных рефлексов).
50272. РОЛЬ МОЗЖЕЧКА И СТРУКТУР ПЕРЕДНЕГО МОЗГА В РЕГУЛЯЦИИ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ 2 MB
  Зернистый слой состоит из клеток-зерен и клеток Гольджи. Клетки-зерна – единственные возбуждающие нейроны коры мозжечка. Аксоны клеток-зерен уходят к молекулярному слою, образуя там Т-образные разветвления и контактируя с параллельными волокнами.
50273. ФИЗИОЛОГИЯ ПЕРЕДНЕГО МОЗГА И ЕГО УЧАСТИЕ В РЕГУЛЯЦИИ МЫШЕЧНОГО ТОНУСА И ДВИЖЕНИЯ 278 KB
  Стриопаллидарная система – это система, обеспечивающая сложные поведенческие акты, а у человека – и психофизиологические реакции. Стриопаллидарная система является последней подкорковой инстанцией, ближайшей подкоркой, частью конечного мозга, обеспечивающей связи ассоциативной и моторной коры.
50274. ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ВИСЦЕРАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ. РОЛЬ ГОРМОНОВ В РЕГУЛЯЦИИ 356.5 KB
  Взаимодействие функций организма как целостной системы достигается за счет деятельности его механизмов регуляции. Нарушение этих механизмов ведет к рассогласованию функций, к дезадаптации организма, т.е. к развитию различных патологических состояний.
50275. РЕГУЛЯЦИЯ ВИСЦЕРАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА. ФИЗИОЛОГИЯ АВТОНОМНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 104 KB
  Разгружают ЦНС от переработки дополнительной информации; Объективизируют регуляцию внутренних органов, обеспечивают местные механизмы регуляции висцеральных функций (интрамуральный ганглий сердца – цетр кардиокардиальных рефлексов); Надежность регуляции внутренних органов.