Интегрированный урок "Биохимический взгляд на обмен веществ"
план-конспект урока по химии (11 класс) по теме

Тема: «Биохимический взгляд на обмен веществ».

Цели:

1) Развивающие:

а) развивать интеллектуальные умения: умение анализировать, сравнивать обменные процессы с точки зрения биологии и химии.

б) развивать умение выступать перед аудиторией

в) развивать навыки работы с лабораторным оборудованием

2) Образовательные:

а) обобщить и систематизировать знания по теме: «Обмен веществ», используя опорные знания по предметам химия и биология

б) осуществить контроль знаний по теме

в) подготовить уч-ся к сдаче ЕГЭ

3) Воспитательные:

а) содействовать профориентации уч-ся

б) воспитывать культуру речи

в) пропагандировать здоровый образ жизни

Тип урока: комбинированный с применением компьютерных технологий.

Оборудование: компьютер, экран, проектор, таблицы, поднос с лаб.оборудованием (раствор яичного белка, спиртовка, пробирки)

Методы: сообщения уч-ся, применение компьютерных технологий, тестовый опрос, работа по схемам, решение расчетных задач, лабораторный практикум, работа по таблицам.

Ход урока:

Цель нашего урока: повторить, обобщить и систематизировать знания по основным вопросам темы: «Обмен веществ в живых организмах», рассмотрев ее в двух аспектах: биологии и химии.

1. Учитель биологии: Вспомним, что такое  обмен веществ. Схема на экране.                                                                  
2. Учитель биологии: Вашему вниманию предлагаются проблемные биологические задачи по теме «Обмен веществ», которые необходимо решить:

ЗАДАЧА 1: Представьте мысленно процессы изменения картофельного крахмала, употребленного в пищу. Расскажите в последовательности, каким превращениям и где подвергнется этот углевод при энергетическом обмене.

Схема на экране.                                          

Ученик: Расщепление углеводов начинается в ротовой полости под действием слюны. Слюна содержит ферменты, в том числе и амилазу. Под воздействием этого фермента в слабощелочной среде начинается расщепление крахмала до дисахаридов. Дальнейшее расщепление углеводов продолжается в тонком кишечнике. Большую роль при этом играет двенадцатиперстная кишка, в просвет которой открываются протоки поджелудочной железы. Ее секрет содержит различные ферменты, в том числе амилазу, которая расщепляет углеводы до моносахаридов (глюкоза).

        В тонком кишечнике происходит всасывание глюкозы в кровь. Здесь на глюкозу воздействует гормон поджелудочной железы – инсулин. Он способствует свободному переходу глюкозы из плазмы крови в ткани, а ее избыток откладывается в печени в виде гликогена. В клетке глюкоза подвергается дальнейшему окислению до СО2 и Н2О, при этом освобождается энергия.

3. Учитель химии: Сейчас мы напишем эти превращения с помощью уравнений реакций (ученик у доски).

(C6H10O5) ферменты→ С6 Н12 О6 →СН3-СН-СООН→ СО2+Н2О

                                глюкоза                      ОН

4. Учитель биологии: в процессе расщепления идет освобождение энергии. Рассмотрим подробнее, как это происходит

Ученик у доски объясняет:

В цитоплазме происходит бескислородное расщепление глюкозы – гликолиз. Это многоступенчатый ферментативный процесс, в результате которого глюкоза превращается в 2 молекулы молочной кислоты:

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н2РО4 → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О

При этом образуется 2 молекулы АТФ, это 40% всей освобождающейся при гликолизе энергии, 60% энергии рассеивается в виде тепла.

Кислородный этап протекает на кристах митохондрий. В процессе окислительно– восстановительных реакций при участии кислорода, ферментов, переносчиков электронов, молочная кислота расщепляется до СО2 и Н2О:

2С3Н6О3 + 36АДФ + 36Н2РО4 → 6СО2 + 36АТФ + 42Н2О

При этом процессе 55% энергии сохраняется, 45% рассеивается в виде тепла.

Итак, в результате полного расщепления 1 молекулы глюкозы до СО2 и Н2О синтезируется 38 молекул АТФ:

С6Н12О6 + 38АДФ + 38Н2РО4 → 6СО2 + 38АТФ + 44Н2О

5. Учитель химии: Теперь посмотрим использование этой энергии на конкретном примере.

ЗАДАЧА 2: Мышцы ног человека при беге со средней скоростью за 1 минуту расходует около 24 кДж энергии. Сколько глюкозы (г) и кислорода (л) расходует человек за 10 минут бега?

Ученик у доски решает.

Решение.

С6 Н12О6+6 О2 → 6 СО2 +6 Н2О +1520 кДж

1 мин -24 кДж

10 мин -240 кДж

1моль -1520 кДж

х моль -240 кДж

х= 0,158 моль

М (С6 Н12 О6)=180 г/моль

m(С6 Н12О6)=28,44г

V(О2)=21,24 л

6.Учитель биологии: мы рассмотрели обмен углеводов. А теперь перейдем к белкам.

ЗАДАЧА 3. Давно замечено, что после богатой белками пищи дольше не испытываешь голода, чем после еды, состоящей в основном из углеводов.

Объясните почему?  (На компьютере – схема расщепления белков)                          

Ученик у доски объясняет:

В отличие от углеводов белки начинают расщепляться в желудке. Здесь они подвергаются действию желудочного сока, в составе которого имеются соляная кислота, слизь и фермент пепсин. Пепсин расщепляет макромолекулы белка на полипептиды. Дальнейшее расщепление белков происходит в тонком кишечнике.  Под действием фермента поджелудочной железы трипсина полипептиды расщепляются на аминокислоты. Через ворсинки тонкого кишечника аминокислоты всасываются в кровь и доставляются в клетки. Здесь из них синтезируются собственные белки. Часть аминокислот расщепляется до углекислого газа, воды, азота, аммиака и др. Однако в качестве энергии белки используются редко, так как выполняют множество других функций (структурная, ферментативная, регуляторная, защитная, двигательная, сигнальная, транспортная).

Учитель биологии: Пища в желудке может находиться от 3 до 6 часов, иногда до 14 ч. Особенно это касается тяжелой белковой пищи животного происхождения, например, жирного мяса. Переваривание пищи идет постепенно, поэтому дольше не наступает чувство голода.

Перейдем к следующей задаче.

7. ЗАДАЧА 4. Наивысшая температура тела, которую временно выдерживает организм человека, равна 42 0. Что произойдет с организмом, если его температура повысится относительно указанной границы? В каких случаях в медицине специально понижают температуру тела?

Ученик у доски объясняет.

Повышение температуры  при заболеваниях связано с выработкой иммунитета, т.е. защитных реакций организма. Поэтому врачи не рекомендуют снижать температуру тела, если она не превышает 380 – 390 . однако, если температура продолжает повышаться и приближается к верхней границе предела, т.е. 400 – 420, температуру необходимо снижать любыми способами. Так как при высоких температурах понижается физиологическая активность ферментов. Все ферменты являются белками. А белки – это термолабильные молекулы, т.е. выполняют свои функции в узких температурных пределах. Высокие температуры приводят к их денатурации.

8.Учитель химии: процесс денатурации подробнее объясним с химической точки зрения.

(Группа учащихся проводят опыт: раствор яичного белка нагревают в пламени спиртовки, наблюдают процесс денатурации белка, делают вывод)    

9.Учитель биологии: рассмотрев белки и углеводы, мы не можем оставить без внимания жиры.

ЗАДАЧА 5. Почему накапливать жиры выгоднее, чем белки и углеводы? (Объяснение учащегося)

Необходимо вспомнить, что при расщеплении 1г белка или 1г углевода  выделяется 17,6 кДж энергии, тогда как 1г жира дает 38,9 кДж, т.е. в 2 раза больше. Поэтому организму накапливать жиры выгоднее, чем белки или углеводы. Кроме того жир является источником эндогенной воды в организме. При расщеплении 100г жира освобождается 107 мл воды. Благодаря этой воде выживают  многие пустынные животные, с этим связано накапливание жира в горбах у верблюда.

Учитель химии: Вспомним уравнение гидролиза жиров.

(Ученик у доски пишет уравнение реакции).

10.Учитель биологии: в обмене веществ участвуют не только углеводы, жиры и белки, но и другие органические вещества. И иногда они отрицательно воздействуют на обменные процессы.

ЗАДАЧА 6.После употребления спиртного в организме ощущается тепло. Почему же в  состоянии алкогольного опьянения замерзание человека на морозе происходит гораздо быстрее, чем человека, находящегося в трезвом состоянии?

(Объяснение учащегося)

Спирт действует как сосудорасширяющее вещество. При этом происходит приток крови к капиллярам, человек ощущает тепло. Однако на холоде это играет злую шутку. Через расширенные кровеносные сосуды отдача тепла происходит быстрее, т.е. спирт нарушает нервно – гуморальную регуляцию теплоотдачи.

Кроме этого, всем известно, что при употреблении чрезмерных доз спиртных напитков у человека проявляется похмельный синдром. Основной причиной алкогольного отравления является уксусный альдегид, который образуется при окислении спирта в организме.

С2Н5ОН + [O] → СН3-СОН

11. Учитель биологии: В обменных процессах немаловажную роль играют и неорганические вещества.

ЗАДАЧА 7. Раньше солдат в летних походах, чтобы уменьшить у них жажду, кормили селедкой. Теперь по этой причине в горячих цехах рабочих обеспечивают подсоленной водой. Как вы можете объяснить данный факт?

   (Ученик объясняет строение поваренной соли).

Кристаллическая решетка поваренной соли-ионная, так как в узлах располагаются ионы.В растворе соли происходит диссоциация, то есть распад молекул на ионы под деиствием полярных молекул воды:      NaCl→Na+ + Cl- 

(Ученик объясняет действие ионов на организм)

Ион Na+ - это основной осматический ион внеклеточного пространства. В цитоплазме клетки преобладают ионы К+. Различия в концентрации ионов К+  и Na+ между клеткой и межклеточной средой обеспечивают нормальную работу мембранного транспорта. Так же ионы поваренной соли служат материалом для образования в желудке соляной кислоты и способствуют удержанию воды в тканях.

При усиленном потоотделении эти соли выделяются вместе с другими продуктами обмена и нарушается водно – солевой баланс. Поэтому в жаркую погоду всем рекомендуют пить прохладную подсоленную воду.

Учитель биологии: так как поваренная соль в растворенном состоянии входит в состав крови и межклеточной жидкости, при сильных кровотечениях объем циркулирующей крови восполняют физиологическим или изотоническим раствором.

Учитель химии: мы выяснили, что значение соли очень велико. А сейчас решим задачу.

ЗАДАЧА 8.Сколько грамм соли и воды необходимо взять для приготовления 100 грамм физиологического раствора?

(Ученик у доски решает задачу)

Физиологический раствор- это 0,85% раствор поваренной соли.

Для приготовления 100 грамм этого раствора необходимо взять 0,85 грамм соли и 99,15 грамм воды.

ЗАДАЧА 9.Медики уже давно установили статистическую закономерность: чем мягче питьевая вода, тем чаще встречаются сердечно-сосудистые заболевания. Как вы объясните данную закономерность?

Информация учащегося о жесткости воды по схеме:

Учитель биологии: Однако, употребление мягкой очищенной воды так же вредно для организма.

(Объяснение учащегося о действии ионов кальция на организм)

Ионы Са2+ и Мg2+ участвуют в свертывании крови, в регуляции проницаемости клеточных мембран, в процессах регуляции и передачи нервных импульсов, в молекулярном механизме мышечного сокращения, в том числе и мышцы сердца. Недостаток, как и избыток, ионов кальция и магния вызывает патологические состояния организма.

12. Учитель биологии: мы сегодня на уроке вспомнили, обобщили и разобрали на конкретных примерах некоторые вопросы по обмену веществ.

А теперь вам предлагается интегрированный тест (см. приложение).

  13. Выполнение тестовой работы (10 мин.)

   14. Взаимопроверка (ответы теста на экране).

   15. Подведение итогов урока, выставление оценок.

Приложение

Интегрированный тест.

Вариант 1.

Часть А

     1.Кристаллическая решетка хлорида кальция:

1)Ионная                      2)Молекулярная

3)Атомная                    4)Металлическая

    2. При расщеплении 1г. белка выделяется …..  кДж энергии:

1)16.8          2)17.6          3)18.9          4)38.9

3.   Полисахаридом является:

1)Фруктоза       2)Глюкоза       3)Сахароза       4)Крахмал

4.   Какие органические молекулы являются источником эндогенной воды в организме:

1 )белки                                    2) углеводы

3) жиры                                  4)нуклеиновые кислоты

5.В результате реакции, термохимическое уравнение которой

2SO2+O2→2SO3+198 кДж выделилось 297 кДж теплоты. Объем израсходованного           оксида серы (IV) равен:

1) 22,4 л                           2) 44,8 л                      з) 67,2 л                       4) 78,4 л

6.Значение энергетического обмена в клеточном метаболизме состоит в том, что он обеспечивает реакции синтеза:

1)ферментами                                   2)витаминами

3)молекулами АТФ                            4) нуклеиновыми кислотами

Часть В

1. Масса соли, которая вводится в организм при вливании 100 г 0,1% раствора поваренной соли равна ______ г. (Запишите число с точностью до целых)
2. Установите последовательность этапов энергетического обмена:

А)расщепление биополимеров до мономеров

Б) поступление органических веществ в клетку

В)окисление молочной кислоты до СО2 и Н2О

Г) расщепление глюкозы до молочной кислоты

Д )синтез двух молекул АТФ

Е) синтез 36 молекул АТФ

Часть С

1. Осуществите цепочку превращений:

С6Н12О6    ферменты→      X1        +НCl→      X2  КОН(спирт.)→  Х3

2.Сколько молекул АТФ будет синтезировано в клетках эукариот при полном окислении фрагмента молекулы крахмала, состоящего из 10 остатков глюкозы.

Приложение

 Интегрированный тест

Вариант 2

Часть А

1.Ионную кристаллическую решетку имеет:

1) Н2                      2 )Н2О                    3 )МgCl2                        4) Мg

2. При расщеплении 1 г жира выделяется …….. кДж энергии:

1)16,8                    2) 17,6                   3) 18,9                      4) 38,9

3. При полном сгорании аминокислот образуются:

1) СО, NO и Н2О                            2)СО2 и NO2

3) СО2, N2 и Н2О                            4) СО2, NН3 и Н2О  

4. В процессе кислородного этапа окисления одной молекулы глюкозы в клетке запасается ….. энергии:

1) 40%                       2) 55%                         3) 60%                 4)100%

5. В результате реакции, термохимическое уравнение которой

С2Н5ОН + 3О2 → 2СО2 + 3Н2О + 1374 кДж, выделилось 687 кДж теплоты. Количество вещества этанола равно:

1) 0,5 моль                    2) 1 моль                     3) 1,5 моль                 4) 2 моль

6. Мономерами молекулы белка являются:

1) 20 аминокислот                                  2) 30 аминокислот

3) 20 нуклеотидов                                  4) 30 нуклеотидов

Часть В

1.Масса соли, которая вводится в организм при вливании 353 физиологического раствора, содержащего 0,85 % по массе поваренной соли, равна ______ г. (Запишите число с точностью до целых)

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

        1) вещества окисляются                                         А) пластический обмен

        2) вещества синтезируются                                 Б) энергетический обмен

        3) энергия запасается в молекулах АТФ

        4) энергия расходуется

        5) в процессе участвуют рибосомы

        6) в процессе участвуют митохондрии

Часть С

1.Осуществите цепочку превращений:

С2Н5ОН     СиО→      X1       +  Ag  O→    X2    + NaOH →   X3

2. Сколько молекул АТФ будет синтезировано в клетке в процессе гликолиза, если происходит окисление фрагмента молекулы гликогена, содержащего 50 остатков глюкозы.

Использованная литература:

1. А.И.Никишов, В.С.Рохлов «Человек и его здоровье» задания для самостоятельной работы учащихся  «РАУБ» 1996г.
2. Д.В.Колесов, Р.Д.Маш, И.Н.Беляев «Биология. Человек» учебник для 9 кл. «Дрофа» 1997г.
3. И.Н.Пименова, А.В.Пименов «Лекции по общей биологии» учебное пособие ОАО «Издательство «Лицей»» 2003г.
4. А.О.Рувинский и др. «Общая биология» учебник для 10 – 11 кл. школ с углубленным изучением биологии «Просвещение» 1993г.
5. Н.И.Деркачева, А.Г.Соловьев «ЕГЭ Биология» типовые тестовые задания 2007г.
6. «ЕГЭ Химия» Контрольные измерительные материалы 2006 – 2007гг.