Тема урока:Ферменты
Учитель Глушкова О.В.
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,
Лекция
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 - 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 притчу.
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.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.
| Группа | Катализируемая реакция |
| Оксидоредуктазы. 480 ферментов, большая роль в энергетических процессах | Катализирует реакции окисления – восстановления, перенос атомов H и O или электронов от одного к другому. |
| Трансферазы | Перенос определенных группы атомов от одного вещества к другому |
| Гидролазы. 460 ферментов, к ним относятся пищеварительные ферменты, входящие в состав лизосом и других органоидов, где они способствуют распаду более крупных биомолекул на простые | Реакции гидролиза, при которых из субстрата образуются два продукта. |
| Лиазы. 230 ферментов, участвующих в регуляциях синтеза и распада промежуточных продуктов обмена | Ферменты, катализируемые реакции разрыва связей, в субстрате без присоединения воды или окисления. |
| Изомеразы. 80 ферментов | Ферменты, катализирующие превращения в пределах одной молекулы, они вызывают внутримолекулярные перестройки. |
| Лигазы (синтетазы) (около 80 ферментов) | Катализируемое соединение 2-х молекул с использованием энергии фосфатной связи, сопряжено с распадом АТФ. |
д) Практическое применение ферментов
1. Может ли человек использовать знания о ферментах в своей практической деятельности?
2. Существует ли определенная наука, которая занимается изучением 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.
Домашнее задание: составить схему применения ферментов.