«Обмен веществ и превращение энергии в клетке» (3 часа)

учитель биологии и химии

МАОУ Гимназия № 1

Ташлинского района Оренбургской области

Урок комбинированный.

Метод: беседа-обсуждение, просмотр видеофрагмента, работа с текстом учебника, составление схем, тестирование.

Оборудование: таблица «Строение клетки», компьютер, проектор, экран, ЭФУ «Биология 9 класс» Дрофа 2014 г., раздаточный материал.

Образовательные:

-         формировать знания об энергетическом обмене веществ.

- формировать понимание значимости АТФ – аккумулятора энергии клетки.

-         обеспечить закрепление основных биологических понятий: аэробное дыхание, анаэробное дыхание, брожение, фототрофы, хемотрофы, фотолиз, гликолиз.

Развивающие:

-          формировать умение выделять сущность процесса  в изучаемом материале; обобщать и сравнивать, делать выводы; работать с текстом, схемами, другими источниками.

-          реализовывать творческий потенциал учащихся, развивать самостоятельность.

Воспитательные:

- прививать экологическую культуру.

Учащиеся должны уметь:

- определять понятие «фотосинтез», «клеточное дыхание».

- сравнивать стадии фотосинтеза и клеточного дыхания, делать выводы на основе сравнения.

- характеризовать значение фотосинтеза.

- понимать перспективы практического использования фотосинтеза.

- понимать влияние обмена веществ на сохранение и укрепление здоровья.

Содержание урока:

1. Этап. Организационный. 1 минута.

2. Этап. Проверка домашнего задания. 10 минут.

Для всесторонней проверки домашнего задания учащимся предлагается дать развернутые ответы на вопросы и выполнить тестовую работу

а) реакции носят матричный характер: белок синтезируется на иРНК;

б) реакции происходят с освобождением энергии;

в) на химические реакции расходуется энергия молекул АТФ;

г) реакции сопровождаются синтезом молекул АТФ;

д) ускорение реакций осуществляется ферментами;

е) синтез белка происходит на внутренней мембране митохондрий.
2. В чем проявляется взаимосвязь биосинтеза белка и окисления органических веществ?

а) в процессе окисления органических веществ освобождается энергия, которая расходуется в ходе биосинтеза белка;

б) в процессе биосинтеза образуются органические вещества, которые используются в ходе окисления;

в) в процессе фотосинтеза используется энергия солнечного света;

г) через плазматическую мембрану в клетку поступает вода;

д) в процессе биосинтеза образуются ферменты, которые ускоряют реакции окисления;

е) реакции биосинтеза белка происходят в рибосомах с выделением энергии.
3. Какие из указанных процессов относятся к биосинтезу белка?

а) рибосома нанизывается на иРНК;

б) в полостях и канальцах ЭПС накапливаются органические вещества;

в) тРНК присоединяют аминокислоты и доставляют их к рибосоме;

г) перед делением клетки из каждой хромосомы образуются по две хроматиды;

д) присоединенные к рибосоме две аминокислоты взаимодействуют между собой с образованием пептидной связи;

е) в ходе окисления органических веществ освобождается энергия.
Установите соответствие
1. Установите соответствие между веществами, структурами, участвующими в синтезе белка с их функциями.

2. Установите соответствие между особенностями процессов биосинтеза белка и энергетического обмена.

А) снятие информации с ДНК.

Б) узнавание антикодоном тРНК своего кодона на иРНК.

В) отщепление аминокислоты от тРНК.

Г) поступление иРНК на рибосомы.

Д) присоединение аминокислоты к белковой цепи с помощью фермента.

2. Установите последовательность этапов биосинтеза белка:

А) присоединение аминокислоты к тРНК.

Б) транскрипция.

В) присоединение аминокислоты к полипептидной цепи.

Г) транспортировка иРНК к рибосомам.

Д) присоединение тРНК к иРНК (антикодон узнает кодон).

Е) транспортировка аминокислот тРНК к рибосомам.

Параллельно проверяется решение домашних задач.

1. Как осуществляется поступление генетической информации из ядра в рибосому?

2. Какие процессы биосинтеза белка происходят в рибосоме?

3. В чем проявляется взаимосвязь энергетического обмена и биосинтеза белка?

4. Белки, входящие в состав организма, сильно различаются, однако известно всего 20 видов аминокислот, из которых они образуются. Объясните, с чем связано разнообразие белков.
3.Этап. Изучение нового материала. 20 минут.

Актуализация. 2 минуты.

Предлагаю ответить на вопросы:

Как называется процесс противоположный синтезу веществ? (диссимиляция – совокупность реакций расщепления).

Что происходит с энергией в процессе диссимиляции (энергия выделяется).

Предлагается для просмотра видеофайл из ЭФУ «Биология 9 класс» Дрофа. 2014 г. 6 минут.

Далее учащимся предлагается работа в парах по составлению опорного конспекта материала, используя текст учебника. Подсказки в виде слайдов выводятся на экран.Слайд № 7-9

I этап – подготовительный. Слайд № 7.

В пищеварительной системе крупные молекулы пищи распадаются:

полисахариды→глюкоза,

белки →аминокислоты,

жиры→глицерин и жирные кислоты.

Энергия рассеивается в виде тепла. Мономеры всасываются в кровь и доставляются к клеткам.

Протекает в цитоплазме, 1 молекула глюкозы расщепляется до 2-х молекул ПВК без О₂. Чистый выход – 2 АТФ.

Этиловыйспирт

Происходит в митохондриях при доступе О₂.

Энергетический эффект IIIэтапа – 36 АТФ.

Суммарный энергетический эффект – 38 АТФ:

С₆Н₁₂О₆ +6О₂+ 38Н₃РО₄+38АДФ → 6СО₂ + 6Н₂О +38АТФ,

или

4. 
   Этап. Закрепление изученного материала. 10 минут.
   

1. В результате какого процесса органические вещества образуются из неорганических?

фотосинтез;

2. Что общего между фотосинтезом и процессом окисления глюкозы?

в результате этих процессов образуется АТФ.

3. При анаэробном гликолизе молекулы глюкозы:

окисляются не полностью;

4. Сходство процессов анаэробного и аэробного гликолиза заключается в:

образовании АТФ;

5. При больших физических нагрузках в клетках мышц накапливается:

избыток молочной кислоты;

6. Какое из веществ используется организмом в последнюю очередь при длительном голодании?

белок;

7. Непременным участником всех этапов окисления глюкозы является:

8. Из каких реакций складывается энергетический обмен?

из совокупности реакций расщепления с выделением и запасанием энергии;

9. Как называется процесс получения живым организмом энергии за счет окисления неорганических веществ?

хемосинтез.

10. Укажите, в чем заключается значение фотосинтеза:

обогащение атмосферы кислородом;

обеспечение живых организмов органическими веществами.

4. 
   Этап. Сообщение домашнего задания. Выставление оценок.
   

В качестве домашнего задания предлагаются к выполнению работы по индивидуальным карточкам.

а) происходит в цитоплазме клеток и митохондриях;

б) происходит в хлоропластах и на мембранах ЭПС;

в) результатом является образование АТФ, углекислого газа и воды;

г) результатом является образование углеводов, АТФ и кислорода;

д) делится на подготовительный, бескислородныйи кислородный этапы;

е) делится на световую и темновую фазы.
2. Каковы характеристики энергетического обмена веществ в клетке?

а) противоположен по результатам биосинтезу;

б) идет с поглощением энергии;

в) химические процессы обмена происходят в цитоплазме и митохондриях;

г) химические процессы происходят в хлоропластах;

д) сопровождается синтезом большого количества АТФ;

е) завершается образованием углеводов, кислорода.
3. Укажите этапы, из которых складывается энергетический обмен:

а) трансляция;

б) подготовительный этап;

в) транскрипция;

г) биологическое окисление (дыхание);

д) бескислородное окисление (гликолиз);

е) образование комплекса рибосом иРНК.
4. В темновую фазу фотосинтеза, в отличие от световой, происходит:

а) фотолиз воды;

б) восстановление углекислого газа до глюкозы;

в) синтез молекул АТФ за счет энергии солнечного света;

г) соединение водорода с переносчиком НАДФ⁺;

д) использование энергии молекул АТФ на синтез углеводов;

е) образование молекул крахмала из глюкозы.

Установите соответствие
1. Установите соответствие между признаками обмена веществ и его этапами.

А) образование пировиноградной кислоты.

Б) ферментативное окисление глюкозы.

В) участие кислорода в энергетическом обмене.

Г) гидролиз высокомолекулярных органических веществ.

Д) образование углекислого газа и воды.

В процессе диссимиляции произошло расщепление 7 моль глюкозы, из которых полному (кислородному) расщеплению подверглось только 2 моль.

Определите: а) сколько моль молочной кислоты и углекислого газа при этом образовано; б) сколько АТФ при этом синтезировано; в) сколько энергии и в какой форме аккумулировано в этих молекулах АТФ; г) сколько моль кислорода израсходовано на окисление.
Решение.

1. Поскольку из 7 моль глюкозы полному окислению подверглось только 2 моль, значит, неполному окислению подверглось 5 моль.

По уравнению реакции гликолиза С₆Н₁₂О₆ →2С₃Н₆О₃ + 2 АТФ

1 моль глюкозы → 2 моль молочной кислоты, 2 АТФ;

5 моль глюкозы → 10 моль молочной кислоты;

5 моль глюкозы → 10 АТФ.

2. Полному окислению подверглось 2 моль глюкозы.

По уравнению реакции полного кислородного окисления С₆Н₁₂О₆ +6О₂→6СО₂ + 6Н₂О +38АТФ

1 моль глюкозы → 6 моль О₂, 6 моль СО₂, 38 АТФ;

2 моль глюкозы → 12 моль кислорода;

2 моль глюкозы →12 моль углекислого газа;

2 моль глюкозы → 76 АТФ.

Если в одной макроэргической связи АТФ аккумулировано 30,6 кДж энергии, то 86×30,6 = 2631,6 (кДж).

а) образовано 10 моль молочной кислоты и 12 моль углекислого газа;

б) синтезировано 86 молекул АТФ;

в) 2631,6 кДж в форме химической энергии макроэргических связей молекул АТФ;

г) израсходовано 12 моль кислорода.
Задача 2.

В результате диссимиляции в клетках образовалось 5 моль молочной кислоты и 27 моль углекислого газа.

Определите: а) сколько всего моль глюкозы израсходовано; б) сколько из них подверглось неполному и сколько полному расщеплению; в) сколько АТФ при этом синтезировано и сколько энергии аккумулировано; г) сколько моль кислорода израсходовано на окисление.
Решение.

1. Поскольку в результате диссимиляции образовалась молочная кислота, значит, имело место неполное окисление глюкозы.

По уравнению реакции гликолиза С₆Н₁₂О₆ →2С₃Н₆О₃ + 2 АТФ

2 моль молочной кислоты → 1 моль глюкозы, 2 АТФ;

5 моль молочной кислоты → 2,5 моль глюкозы;

5 моль молочной кислоты → 5 АТФ.

По уравнению реакции полного кислородного окисления С₆Н₁₂О₆ +6О₂→6СО₂ + 6Н₂О +38АТФ

1 моль глюкозы → 6 моль О₂, 6 моль СО₂, 38 АТФ;

x моль глюкозы →27 моль углекислого газа;

x моль глюкозы → 27 моль кислорода;

x = (27×1) : 6 = 4,5 (моль глюкозы) ;

4,5 моль глюкозы → 171 АТФ.

Если в одной макроэргической связи АТФ аккумулировано 30,6 кДж энергии, то 176 × 30,6 = 5385,6 (кДж).

Всего глюкозы израсходовано: 2,5+ 4,5 = 7 (моль глюкозы).
Ответ:

а) израсходовано 7 моль глюкозы;

б) неполному расщеплению подверглось 2,5 моль глюкозы, полному расщеплению – 4,5 моль глюкозы;

в) синтезировано 176 АТФ, аккумулировано 5385,6 кДж энергии;

г) израсходовано 27 моль кислорода.
Задача 3.

Мышцы ног при беге со средней скоростью за 1 мин. расходуют около 24 кДж энергии. Определите: а) сколько всего граммов глюкозы израсходуют мышцы ног за 25 мин. бега, если кислород доставляется к мышцам в достаточном количестве для полного окисления глюкозы; б) накопится ли молочная кислота.

1. За 25 минут бега расход энергии в мышцах составит

24 × 25 = 600 кДж.

2. Такое количество энергии может выделить

600 : 30,6 ≈ 20 моль АТФ.

3. (180 × 20) : 38 ≈ 95 (г глюкозы)

М (глюкозы) = 180 г/моль; при полном окислении 1 моль глюкозы образуется 38 АТФ.

Ответ:

а) для образования в мышцах 20 молекул АТФ должно произойти кислородное расщепление 95 г глюкозы;