Конспект урока по теме "Влияние различных факторов на скорость ферментативных реакций"

Урок по теме:

«Влияние различных факторов на скорость ферментативных

реакций»

Колупаева Наталия Александровна,

учитель биологии

КОГОАУ «Лицей естественных

наук города Кирова»

Цель урока: создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации о факторах, влияющих на скорость ферментативных реакций

Задачи:

• обучающие – сформировать знания о влиянии температуры, рН среды, концентрации фермента и субстрата, ингибиторов и активаторов на скорость ферментативных реакции

• развивающие – способствовать развитию умений работать с графиками, получать новые знания в процессе самостоятельной работы и обсуждения учебной информации, делать выводы и обобщения

• воспитательные – формировать опыт сотрудничества учителя и учащихся в процессе получения знаний, показать значение биологических знаний в практической жизни

Урок изучения нового материала и первичного закрепления

Форма организации учебного занятия – урок

Формы работы учащихся:

- фронтальная

- индивидуальная

- групповая

Основные методы обучения: метод проблемного изложения материала и частично-поисковый

«Ферменты, есть так сказать, первый акт

жизненной деятельности. Все химические

процессы направляются в теле именно

этими веществами, они есть возбудители всех химических превращений. Они обуславливают

те процессы, благодаря которым проявляется

жизнь, они и есть в полном смысле возбудители жизни»

/И.П. Павлов/

Ход учебного занятия

Этапы урока	Деятельность учителя	Деятельность учащихся
1. Организационный момент	Приветствует учащихся, создает доброжелательную, рабочую атмосферу в классе, проверяет готовность рабочего места ученика	Приветствуют учителя, проверяют готовность своего рабочего места, настраиваются на работу
2. Актуализация и целеполагание	Задает вопросы учащимся: - Что такое ферменты? - Какое строение имеет молекула фермента? -Перечислите свойства ферментов? - Что такое специфичность действия ферментов и чем она объясняется? - Что такое денатурация? - Какова роль ферментов в клетке? - Почему И.П.Павлов назвал ферменты возбудителями жизни? - Какими способами клетка может управлять скоростями протекающих в ней процессов? Цель сегодняшнего урока – изучить факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций. Тема урока «Влияние различных факторов на скорость ферментативных реакций».	Отвечают на вопросы учителя. Учащиеся отвечают на вопрос Записывают тему урока в тетрадь.
3. Изучение нового материала	-Учитель организует работу по группам с раздаточным материалом. -Предлагает рассмотреть графики зависимости скорости ферментативных реакций от различных факторов и ответить на вопросы (Приложение А).	Учащиеся работают материалом Приложения А. Переносят графики в тетрадь. Отвечают на предложенные вопросы в тетради. В случае затруднения при ответах на вопросы они могут обратиться к материалам в Приложении Б.
4. Осознание и осмысление учебной информации	Организует работу по обсуждению самостоятельной работы по вопросам Приложения А.	Участвуют в обсуждении, отвечают на вопросы.
5. Первичное закрепление учебного материала	Предлагает ответить на вопросы (Приложение В).	Принимают участие в обсуждении, отвечают на вопросы
6. Рефлексия (подведение итогов урока)	Просит высказывает собственное суждение об успешных достижениях на учебном занятии.	Высказывают собственное суждение об успешных достижениях на учебном занятии. Делают выводы. Каталитическая активность ферментов обусловлена конформацией белковой молекулы. Зависит от температуры, рН среды, концентрация фермента и субстрата. Кроме того, на активность ферментов оказывают влияние различные химические вещества: активаторы и ингибиторы. Знания о зависимости скорости ферментативных реакций от различных факторов можно использовать в медицине, фармакологии и практической деятельности человека.
7. Информация о домашнем задании	1) Изучить текст §4 учебника и записи в тетради - Приведите примеры «теплолюбивых» ферментов и ферментов, предпочитающих низкую температуру. Как эти ферменты может использовать человек? - Какими способами организм человека может регулировать скорость химических реакций, протекающих в ней?	Записывают домашнее задание

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций

1. Влияние температуры на скорость ферментативных реакций

Ответьте на вопросы:

1. Как изменяется скорость реакции в пределах от 0-40̊ С и почему?

2. Почему при высоких температурах ферментативные реакции останавливаются?

3. Почему при низких температурах скорость ферментативных реакций мала?

4. Какая температура является оптимальной и почему?

2. Влияние рН среды на скорость ферментативных реакций

Ответьте на вопросы:

1. Как зависит активность фермента от рН среды? Почему ферменты работают в основном в среде, близкой к нейтральной, а не в сильно кислых или щелочных средах?

2. Как будет выглядеть график скорости реакции для фермента желудочного сока-пепсина? (нарисовать в тетради)

3. Влияние концентрации фермента и субстрата

Рис.1 Рис.2

Ответьте на вопросы:

1. Опишите по графикам зависимость скорости реакции от концентрации фермента (рис.1) и субстрата (рис.2).

2. Почему при повышении концентрации субстрата скорость реакции возрастает до определенной величины, а далее остается неизменной?

4. Влияние ингибиторов и активаторов ферментов

Конкурентное ингибирование

В этом случае ингибитор связывается в активном центре фермента и конкурирует за него с субстратом. Таким образом, конкурентный ингибитор не связывается с фермент-субстратным комплексом (ES на рисунке).

Конкурентный ингибитор обычно структурно схож с субстратом, однако фермент не способен катализировать реакцию в присутствии ингибитора из-за отсутствия у последнего необходимых функциональных групп.

Неконкурентное ингибирование

Неконкурентный ингибитор не мешает связыванию субстрата с ферментом. Он способен присоединяться как к свободному ферменту, так и к фермент-субстратному комплексу с одинаковой эффективностью. Ингибитор вызывает такие конформационные изменения, которые не позволяют ферменту превращать субстрат в продукт, но не влияют на сродство фермента к субстрату.

Бесконкурентное ингибирование

При бесконкурентном ингибировании ингибитор связывается только с фермент-субстратным комплексом, но не со свободным ферментом. Субстрат, связываясь с ферментом, изменяет его конформацию, что делает возможным связывание с ингибитором. Ингибитор, в свою очередь, так меняет конформацию фермента, что катализ становится невозможным.

Необратимое ингибирование

Формирование стабильного комплекса ингибитора с ферментом, ведущее к его необратимой инактивации. Случай необратимого ингибирования можно обнаружить по тому признаку, что при разбавлении раствора не происходит повышения удельной активности фермента, как в случае обратимого ингибирования

Аллостерическое ингибирование

Аллостерические ингибиторы связываются с отдельными участками фермента вне активного центра. Такое связывание влечет за собой конформационные изменения в молекуле фермента, которые приводят к уменьшению его активности.

Ответьте на вопросы:

1. Как влияют ингибиторы на активность ферментов?

2. Какие виды ингибирования существуют?

3. Опишите механизм действия каждого из них. В чем отличие их воздействия на фермент?

4. Какие вещества называются активаторами? Опишите механизм действия активатора на фермент.

Приложение Б

В некотором ограниченном интервале температур скорость ферментативной реакции повышается с ростом температуры. В пределах от 0-40°С скорость ферментативной реакции удваивается при повышении температуры на каждые 10ºС. С повышением температуры движение молекул ускоряется, и у молекул реагирующих веществ оказывается больше шансов столкнуться друг с другом. Следовательно, и вероятность того, что реакция между ними произойдет, увеличивается. Температура, обеспечивающая наибольшую активность, называется оптимальной. Для большинства ферментов оптимальная температура равна той температуре, при которой они в норме находятся клетке (от 25 до 40°С).

При дальнейшем повышении температуры кинетическая энергия молекулы фермента становится достаточной для разрыва связей, поддерживающих вторичную и третичную структуру молекул фермента. (Как называется это явление?) Это сопровождается потерей каталитической активности.

Когда температура приближается к точке замерзания, ферменты инактивируются, но денатурация при этом не происходит. С повышением температуры их каталитическая активность восстанавливается.

На активность фермента и скорость реакции влияют различные концентрации ионов Н⁺ и ОН^-, т.е. рН среды. Большинство ферментов активны в узких пределах рН, чаще в нейтральной среде. Сдвиг концентрации ионов водорода может изменить электрический заряд белка фермента, что приведет к изменению конфигурации молекулы и падению активности. В первую очередь изменяется форма активного центра фермента. При слишком резких сдвигах рН фермент денатурирует, но она, как правило, в клетках обратима. Это позволяет предположить, что среда в которой находится фермент регулирует его активность.

Известно, что скорость химических реакций зависит от концентрации веществ. У ферментативных реакций есть особенность. Их скорость зависит, прежде всего от концентрации фермента. Скорость ферментативной реакции пропорциональна концентрации фермента. С возрастанием концентрации фермента растет скорость ферментативных реакций.

При определенной концентрации фермента скорость реакции возрастает с увеличением концентрации субстрата. Теоретически максимальная скорость реакции никогда не достигается, но наступает момент, когда дальнейшее увеличение концентрации субстрата не дает заметного изменения скорости реакции. При больших концентрациях субстрата активные центры молекул фермента оказываются насыщенными и молекулы субстрата могут соединиться с ферментом лишь после того, как образовавшийся ранее фермент-субстратный комплекс диссоциирует на продукт и свободный фермент.

Приложение В

Вопросы для закрепления

1. В настоящее время для длительного хранения пищевых продуктов широко используют такой способ как быстрое замораживание. Объясните, почему такой способ хранения продуктов эффективен?

2. В чем польза и вред лихорадки?

3. Вам даны три фермента – амилаза, пепсин и трипсин. Зная, где в пищеварительном тракте находятся эти ферменты, нарисуйте графики, которые соответствуют их активности каждого из ферментов.

4. Изобразите схемой причину потери активности фермента при изменении рН среды.

5. Во время второй мировой войны для борьбы с инфекционными заболеваниями широко использовали сульфаниламидные препараты. Известно, что в присутствии этих лекарств микроб не может синтезировать необходимые ему вещества из парааминобензойной кислоты. Как вы думаете почему?