Конспект урока по биологии "Энергетический обмен" (11 класс) - мастерская по реконструкции знаний

Конспект урока

Педагогическая мастерская построения знаний (по реконструкции)

Школа: МБОУ «ИСОШ № 1 им. Н. П.Наумова»

Учитель: Крутякова Т. В.

Предмет: биология

Класс: 11

Девиз: Восстанавливая – понимаю!

Тема: Энергетический обмен

Цель: Создать содержательные и организационные условия для личностного саморазвития учащихся, понимания ими других людей, закономерностей живой природы.

Задачи: 1. Сформировать у учащихся правильное представление об этапах внутриклеточного энергетического обмена и его значении.

              2. Научить школьников сравнивать этапы энергетического обмена и выявлять причины их сходства и различия.

              3. Развивать память, произвольное внимание, ассоциативное и логическое мышление учащихся.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, таблицы.

Этапы мастерской

1. Лекция с мультимедийной презентацией (выполнением схем, рисунков на доске). Озвучивание условий слушания лекции: главное – ничего не записывать, только слушать и запоминать!

1.1.  Индукция: Что вы сделали, войдя в класс, сев за парту, поприветствовав учителя?

Затратили энергию: организм состоит из клеток, а все проявления жизнедеятельности, все функции клетки осуществляются с затратой энергии. Энергия необходима для движения, биосинтеза органических веществ, переноса веществ через клеточные мембраны, для любых форм клеточной активности.

глюкоза        крахмал    Рис. 1                                                 глюкоза                                                   О                                          Е      АТФ

Источником энергии в живых клетках, обеспечивающим все виды их деятельности, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) – Универсальный аккумулятор энергии, которая заключена в макроэргических связях между последним остатком ортофосфорной кислоты и аденозиндифосфатом (АДФ): АДФ    Ф.

   Итак, освобождающаяся при расщеплении АТФ энергия обеспечивает любые виды клеточных функций – движение, биосинтез, механическую работу, проведение нервных импульсов, рост и деление клеток, свечение и др.:

            АТФ + Н₂О       АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж

  Однако, концентрация АТФ в клетке мала – 0,04%, в скелетных мышцах – 0,5% - этого достаточно для 20 – 30 сокращений, но мышца может работать часами, производя тысячи сокращений. Следовательно, по мере убыли АТФ в клетке, она должна восстанавливаться, т. е. синтезироваться.

  В действительности так и происходит. В клетках человека, многих животных и некоторых микроорганизмов главным источником энергии для синтеза АТФ является глюкоза (как энергетическое вещество), при окислении которой выделяется энергия, запасающаяся в молекулах АТФ.

   Глюкоза образуется в клетках растений в процессе фотосинтеза (рис. 1), в результате множества ферментативных реакций она превращается в крахмал, который является запасным источником энергии, у животных эту роль выполняет гликоген.

При недостаточном поступлении органических веществ извне, гликоген и крахмал расщепляются ферментами клетки до глюкозы, которая окисляется в них с выделением энергии, запасаемой в молекулах АТФ.

    Таким образом, совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений, при которых выделятся энергия, запасающаяся в макроэргических связях молекул АТФ, называется энергетическим обменом (катаболизмом, диссимиляцией).

   Энергетический обмен происходит в три этапа (Таблица 1).

Таблица 1

Этапы энергетического обмена

Этапы, локализация в клетке	Особенности протекания	Энергетическая ценность
1. Подготовительный: в органах пищеваре-ния, у одноклеточных – в лизосомах (пищеварение)	Высокомолекулярные соединения                     Ферменты Низкомолекулярные соединения 1. Белки       аминокислоты  2. Углеводы      моносахариды (глюкоза)                                                                     Жирные кислоты 3. Жиры         Глицерин 4. Нуклеиновые кислоты      нуклеотиды	Энергии – небольшое количество, рассеивается в виде тепла
2. Бескислородное (анаэробное) окисление (гликолиз): у микроор-ганизмов – брожение; в цитоплазме клеток (всех организмов, раз- лагающих моноса-хариды)	О2                                Молочнокислое брожение (в мышцах животных)                 О                                    2 С3Н6О3                                                     молочная кислота С6Н12О6         2С3Н4О3 + 4Н                                                                                       Спиртовое брожение             2 АТФ                            (дрожжи, растения)                                              2С2Н5ОН + 2СО2 Ступенчатое ферментативное расщепление (9 реакций): С6Н12О6  + 2Н3РО4 + 2 АДФ     2 С3Н6О3 + + 2АТФ + 2 Н2О	60% энергии рассеивается в виде тепла; 40% - идет на синтез двух молекул АТФ: запасается 200 кДж (к.п.д.=5%)
3. Кислородное (пол-ное) расщепление (аэробное)- клеточное дыхание; в матриксе и на внутренних мембранах митохондрий	О2  !                                    ферменты Пировиноградная кислота     цикл Кребса – серия циклических реакций  (реакции дыхательной цепи) 2С3Н4О3 + 6 О2 + 4Н      6 СО2+ 6 Н2О+О                                     36АТФ	45% энергии рассеивается в виде тепла, 55% - запасается в 36 молекулах АТФ (к.п.д. = 40%)
Суммарное уравнение энергетического обмена	С6Н12О6 +6 О2           6 СО2+ 6 Н2О+О                          38АТФ	К.п.д.= 50% к.п.д. двигателя внутреннего сгорания =35%; к.п.д.  паровой машины =12-15%

         Таким образом, биологический смысл второго и третьего этапов энергетического обмена заключается в  том, что энергия, освобождающаяся в результате химических реакций окисления углеводов и других органических веществ, используется для синтеза молекул АТФ, т. е. для пополнения энергии в клетке. Синтез АТФ осуществляется, главным образом, в митохондриях, поэтому их и называют «силовыми станциями» клетки.

2. Разъяснение наиболее непонятного материала и второе слушание.

         Энергетическим обменом называется совокупность реакций расщепления, идущих с выделением энергии, запасающейся в макроэргетических связях молекул АТФ.

         Энергетический обмен проходит в три этапа. Первый называется подготовительным и проходит в органах пищеварения – у многоклеточных организмов и в лизосомах – у одноклеточных. Здесь под влиянием ферментов происходит расщепление пищи с выделением энергии: белки расщепляются на аминокислоты, углеводы – на моносахариды (крахмал – глюкоза), жиры – на глицерин и жирные кислоты. Энергия, выделившаяся при этом, рассеивается в виде тепла.

      Бескислородный (анаэробный) этап – гликолиз (второй этап) происходит в цитоплазме клетки. В процессе этого этапа молекула глюкозы, образовавшаяся на первом этапе, расщепляется на 2 молекулы молочной кислоты, при этом большая часть (60%) энергии рассеивается в виде тепла, а часть синтезируется в виде двух молекул АТФ (40%). В данном случае энергия аккумулируется в химических связях АТФ.

      У различных организмов энергетический обмен сходен с гликолизом. Это спиртовое брожение (в клетках дрожжевых грибов и растений) и молочнокислое брожение (в мышцах многоклеточных животных при выполнении длительной работы в условиях недостатка кислорода).

      Третий этап – кислородный (аэробный) – этап полного окисления происходит в митохондриях, он идет с участием кислорода, поэтому и носит такое название. В процессе третьего этапа происходит расщепление трехуглеродных кислот до конечных продуктов - углекислого газа и воды, поэтому его называют клеточным дыханием. Большая часть энергии – 55%, аккумулируются в 36 молекулах АТФ.

        Таким образом, энергия, освобождающаяся в процессе расщепления 1 молекулы глюкозы, аккумулируется в 38 молекулах АТФ, т. е. клетка запасает 1520 кДж (38х40 кДж) энергии. Синтез АТФ происходит в основном в митохондриях в процессе расщепления органических веществ.

3. Воспроизведение таблицы:

- индивидуально;

- в парах;

- микрогруппах (на отдельных листах, там же записать и возникающие вопросы).

           Первые восстановившие конспект– восстанавливают запись на доске.

4. Общая социализация – уточнение деталей, полная реконструкция на доске        ( презентации), объяснение друг другу.

5. Восстановление и подробная запись в тетрадях (презентация включена).

6. Рефлексия (Приложение 1).

Приложение 1

Рефлексия

Какие чувства, ощущения возникли у Вас в ходе мастерской____________________________

________________________________________________________________________________

Ваше мнение по предложенному ходу работы_________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Предложения по усовершенствованию конструкции мастерской_________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________