Каким свойствами обладают ферменты биология 8 класс

Цель: изучить ферменты, их роль в
регуляции жизнедеятельности клетки,
практическом значении в жизни человека.

Задачи:

Образовательные

• сформировать знания о
  белках-ферментах, играющих важную роль в
  процессах жизнедеятельности клетки;

• сформировать знания о
  ферментах-катализаторах – как одной из
  важнейших функций.

Развивающие:

• развивать умение анализировать
  результаты лабораторных опытов, устанавливать
  причинно-следственные связи между живыми и
  неживыми клетками;

• развивать познавательный интерес
  учащихся к предмету общая биология.

Воспитательные:

• формирование научного мировоззрения,
  четких представлений о роли биологии в
  современном обществе.

Оборудование:

Экран, компьютер, лабораторное оборудование
для проведения лабораторной работы и материалы
(лук, картофель, почки млекопитающего, Н2О2)

Тип урока:

Урок закрепления изучаемого материала,
повторение и систематизация знаний, навыков
учащихся.

• презентация
• лабораторная работа

Ход урока

1. Организационный момент на протяжении всего
   урока
2. Повторение пройденного материала о строении и
   составе белков, их функциях.

“Мыслящий ум не чувствует себя
счастливым, пока ему не удается связать воедино
разрознения факты, им наблюдаемые”

Д. Хевеши

С какими материальными объектами связана тайна
жизни? Это один из главных вопросов, на который
пыталась ответить наука на протяжении своей
истории. И уже довольна давно ученые поняли, что
важную, а может быть и главную роль во всех
жизненных процессах играют…белки.

Мы познакомились на уроках биологии и
химии со строением, свойствами и функциями
белков. Над проблемой строения белков долгое
время работал Э. Фишер и после его работы была
создана

Вопросы:

1. Какая теория? Правильно, полипептидная теория
   строения белков.
2. Что было доказано? Было доказано, что в состав
   белков входят следующие элементы: C, H, O, N, S и
   другие, в разных количествах.
3. Почему белкам дано название протеины?
4. Согласно пептидной теории, какова структура
   белков?
5. Какие функции белки выполняют в клетках?
6. Какими свойствами обладают белки? (Денатурация,
   ренатурация)

Сегодня на уроке продолжим знакомство с
белками, но с белками-ферментами, рассмотрим одну
из важных функций – каталитическую. В процессе
изучения материала постараемся решить
поставленные задачи урока. (см. выше стр.1).

Наш урок будет проходить под девизом (Д. Хевеши).

Таким образом, нам с вами предстоит решить не
только теоретические вопросы о ферментах, но и
практически пронаблюдать их действие. Чтобы мы
чувствовали себя счастливыми в процессе урока,
мы должны будем связать воедино весь
предлагаемый для изучения и наблюдения материал,
чтобы в конце урока прийти к определенному
выводу, необходимо поэтапно решать поставленные
нами задачи нашего урока.

1. Изучение нового материала

Прежде чем начать изучение нового материала о
ферментах, послушаем небольшую сказку.

а) Я расскажу вам сказку. Умирая, старый араб
завещал своим сыновьям 17 прекрасных белых
верблюдов. Старшему половину, среднему – третью
часть, младшему – девятую часть. Когда араб умер,
сыновья принялись делить свое наследство, но 17
верблюдов не делится ни на 2, ни на 3, ни на 9.

В это время через пустыню шел бедный ученый,
дервиш и вел за собой старого черного верблюда.
Он подошел к братьям и спросил, о чем они горюют.
Братья поведали о своем наследстве и
невозможности его поделить. Тогда дервиш подарил
им своего верблюда. У них стало 18 верблюдов и все
получилось: старший получил 9 верблюдов, средний
– 6 верблюдов, младший – 2 верблюда, остался
старый верблюд ученого. “Что с ним делать?” –
спросили братья. “Отдайте его мне” – попросил
ученый, и братья вернули ему верблюда. Вот и ферменты,
так же, как и старый верблюд дервиша помогают
осуществлять реакции в организме.

б) Так что же такое ферменты?

Ферменты – это белковые молекулы,
синтезируемые живыми клетками.

В каждой клетке имеются сотни различных
ферментов. С их помощью осуществляются
многочисленные химические реакции, которые
могут с большой скоростью идти при температурах,
подходящих для данного организма, то есть в
пределах от 5о до 40о . Чтобы эти
реакции протекали вне организма с той же
скоростью потребовались бы высокие температуры
и резкие изменения условий. Для клетки это
означало бы гибель, так как вся работа клетки
строится таким образом, чтобы избежать любых
сколько-нибудь заметных изменений в нормальных
условиях ее существования.

Таким образом, можно сказать, что ферменты
– это биологические катализаторы, то есть
вещества, которые ускоряют биохимические
реакции. Они абсолютно необходимы, потому что без
них реакции в клетке протекали бы слишком
медленно.

Что же обозначает термин-фермент

Термин “фермент” (от лат. fermentum –
закваска) был предложен в начале XVII века
голландским ученым Ван Гельмондом.

Почти все ферменты являются белками (но не все
белки – ферменты). Представление о том, что
ферменты – белки утвердилось не сразу. Для этого
надо было научиться их выделять в высоко
кристаллической форме. Впервые ферменты в такой
форме выделил в 1926 году Дж. Самнер. После этого
потребовалось еще 10 лет, в течение которых было
получено еще несколько ферментов в
кристаллической форме, чтобы представление о
белковой природе ферментов стало доказанным и
получило всеобщее признание.

Для ферментов характерна своя эволюция, им
также пришлось пройти длительный путь признания.
Какими же свойствами обладают ферменты?

в) Катализ и энергия активации

Биологические катализаторы (т.е. ферменты)
характеризуются следующими основными
свойствами. Несмотря на большое количество и
разнообразие ферментов всех их по особенностям
строения молекул можно разделить на 2 группы:
простые белки и сложные белки.

У сложных ферментов помимо белковой части
имеется добавочная группа небелковой природы –
кофактор, например, многие витамины. В молекуле
однокомпонентного белка выделяют особую часть,
представляющую собой уникальное сочетание
нескольких аминокислотных остатков,
располагающихся в определенной части белковой
молекулы. Ее называют активным центром
фермента, который взаимодействует с
молекулой субстрата с образованием фермент-субстратного
комплекса. Затем фермент-субстратный
комплекс распадается на фермент и продукт
(продукты) реакции. Грин т.1 стр. 198 (схема)

Согласно гипотезе, выдвинутой Э. Фишером,
субстрат подходит к ферменту, как ключ к замку,
т.е. пространственные конфигурации активного
центра фермента и субстрата точно соответствуют
друг другу. Субстрат сравниваем с “ключом”,
который подходит к “замку” – ферменту.

Поскольку все ферменты являются белками, их
активность наиболее велика при физиологически
нормальных условиях:

1. Большинство ферментов наиболее активно
   работает только при определенной температуре.
   При повышении температуры до некоторого
   значения (в среднем до 50о С) каталитическая
   активность растет (на каждые 10о С скорость
   реакции повышается примерно в 2 раза). При t выше 50о
   С белок подвергается денатурации и
   активность фермента падает.
2. Кроме того, для каждого фермента существует
   оптимальное значение pH, при котором он проявляет
   максимальную активность.
3. На скорость реакции влияет также концентрация
   субстрата и концентрация фермента.
4. Все ферменты высокоспецифичны к своему
   субстрату и как правило, катализируют только
   одну вполне определенную реакцию.

г) Классификация ферментов

Специфичность ферментов определяет их
классификацию, в основе ее лежит тип
катализируемых реакций.

Классификация ферментов

В 1961 году специальной комиссией международного
биохимического союза была предложена
систематическая номенклатура ферментов.
Ферменты были подразделены на 6 групп в
соответствии с общим типом реакции, которую они
катализируют. Каждый фермент получил
систематическое наименование, точно описывающее
катализируемую им реакцию. Однако, поскольку
многие из этих систематических названий
оказались очень длинными и сложными, каждому
ферменту было присвоено рабочее название для
повседневного употребления.

Рабочее название складывалось из названия
субстрата, типа катализируемой реакции и
окончания –аза.

Например:

Лактат + дегидрогенизация + аза =
лактатдегидрогеназа

Но для давно известных ферментов оставлены
следующие названия, т.е. прежние названия пепсин,
трипсин.

д) Практическое применение ферментов

Энзимология – учение о ферментах, выделено
в самостоятельную науку.

Ферменты получили широкое применение в легкой,
пищевой и химической промышленности, а также в
медицинской практике.

1. В пищевой промышленности ферменты используют
   при приготовлении безалкогольных напитков,
   сыров, консервов, колбас, копченостей.
2. В животноводстве ферменты используют при
   приготовлении кормов.
3. Ферменты используют при изготовлении
   фотоматериалов.
4. Ферменты используют при обработке овса и
   конопли.
5. Ферменты используют для смягчения кожи в
   кожевенной промышленности.
6. Ферменты входят в состав стиральных порошков,
   зубных паст.
7. В медицине ферменты имеют диагностическое
   значение – определение отдельных ферментов в
   клетке помогает распознаванию природы
   заболевания (например вирусный гепатит – по
   активности фермента в плазме крови) их
   используют для замещения недостающего фермента
   в организме.

Закончили знакомство с ферментами, их ролью в
регуляции процессов жизнедеятельности, значении
в жизни человека.

Далее постараемся доказать практически,
настолько ли велика каталитическая активность
ферментов, выполняя лабораторные опыты в
лабораторной работе и закрепляя полученные
знания.

1. Закрепление изученного материала на основе
   выполнения лабораторной работы

Соблюдение правил безопасности. Инструктаж
(журнал по технике безопасности).

Что необходимо иметь:

• лук репчатый;
• картофель сырой, вареный;
• почки млекопитающих;
• пероксид водорода Н2О2;
• спиртовки;
• держатели;
• ступки с пестиком;
• мерный стакан;
• стекла, трубочки или пипетки;
• пробирки со штативом по 10 штук;
• набор препаровальных инструментов;
• посуда для размешивания различных материалов.

Лабораторная работа.

Тема: Каталическая активность
ферментов в живых тканях.

Цель: познакомиться с ферментативным
характером реакций обмена веществ, доказать, что
ферментативная активность – свойство, присущее
только живой клетке, продолжить формирование
умений по составлению схемы и проведению
простейших цитологических опытов.

Оборудование: луковицы лука репчатого,
клубни картофеля, кусочки мяса, 3%-ый пероксид
водорода, ступни фарфоровые с пестиком, пробирки,
спиртовки, набор препаровальных инструментов.

Ход работы:

Приготовить вытяжку.

• растереть в ступке 5г лука, добавить 50мл воды и
  разлить отжатый сок в две пробирки;
• мелко порезать 2г картофеля, растереть в ступке,
  добавить 50мл воды, разлить отжатый сок в две
  пробирки;
• одну пробирку с вытяжкой прокипятить, добавить
  в обе пробирки (контрольную и опытную) по 2мл 3%-ого
  раствора пероксида водорода;
• прилейте по 2мл Н2О2 (пероксида
  водорода) в пробирки с кусочком почки
  млекопитающего, с сырым картофелем, с кусочком
  вареного картофеля;
• запишите наблюдаемые вами явления при действии
  пероксида водорода на живые клетки растительной
  и животной ткани и на мертвые клетки (в пробирке с
  вареным картофелем);
• объясните причины выделения пузырьков газа,
  посинения раствора, отсутствие реакций в
  пробирках с прокипяченной вытяжкой;
• обобщите результаты работы, описав характерные
  свойства ферментов, особенности их действия.

Методические рекомендации:

Пероксид водорода – высокотоксичное для
клетки соединение. Функцию его нейтрализации
выполняет фермент каталаза, разлагающий
пероксид водорода на воду и кислород:

Доказательством выделения кислорода является
посинение раствора вследствие окисления
бензидина.

Обсуждение итогов выполнения
лабораторной работы

Методические рекомендации.

Перед выполнением работы учащимся сказать
следующее.

1. Фермент каталаза имеется в каждой растительной
   и животной клетке;
2. Фермент расщепляет пероксид водорода с
   образованием молекулы воды и кислорода;
3. Фермент каталаза, расщепляя пероксид водорода,
   играет защитную роль, обезвреживая ядовитое
   вещество (Н2О2), которое непрерывно
   образуется в клетке в процессе ее
   жизнедеятельности.

Итоги лабораторной работы.

Какие выводы можно сделать в результате
исследований лабораторных опытов:

1. В каких пробирках не наблюдалось расщепление
   пероксида водорода и почему?

Ответ: В опыте в пробирке с кусочком
вареного картофеля и прокипяченными вытяжками
(соков картофеля и лука) не наблюдалось
расщепления пероксида водорода, так как при
варке и кипячении вытяжки произошла денатурация
белка-фермента каталазы, нарушилась третичная и,
очевидно, вторичная структура молекулы и это,
естественно привело к разрушению активного
центра фермента.

2. В каких пробирках происходило бурное выделение
   кислорода?

Ответ: Бурное выделение кислорода при
расщеплении пероксида водорода в пробирках с
вытяжкой контрольной с соком лука и картофеля, а
также кусочками сырого картофеля и почки
млекопитающего свидетельствуют о том, что во
всех клетках растительных и животных организмов
есть фермент каталаза.

Какой можно сделать вывод.

Вывод: что выделение кислорода при
действии пероксида водорода свидетельствует о
проявлении каталитической функции
белка-фермента – каталазы, который при 0оС
разлагает в 1 сек до 40000 молекул пероксида
водорода.

Таким образом, задачи, поставленные перед
началом нашего урока, я думаю, нам удалось
реализовать.

Оценки знаний.

Д/з: Оформить результаты лабораторной
работы, подготовить характеристику ферментов,
так как этот вопрос входит в вопросы зачета.
Глава 3 (2) стр. 95–97.