Урок 21. Енергетичне забезпечення процесів метаболізму. Способи отримання енергії в різних груп автотрофних та гетеротрофних організмів

Цілі уроку:

■ освітня: сформувати знання про способи отримання енергії в різних груп автотрофних та гетеротрофних організмів; з'ясувати її подальше використання;

■ розвивальна: розвивати навички наукового мислення, вміння аналізувати інформацію та знаходити зв'язки між ефективністю біологічних процесів і умовами їх перебігу;

■ виховна: виховувати розуміння єдності всіх біологічних процесів у живих організмах і важливості цих процесів для існування життя.

Обладнання і матеріали: схеми, що ілюструють отримання та обмін енергії в клітині, організмах.

Базові поняття і терміни: окиснення, фотосинтез, енергія сонячного світла, енергія хімічних зв'язків, АТФ.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Ключові компетентності: спілкування державною мовою; наукове розуміння природи; уміння аналізувати, формулювати висновки; знання та розуміння фундаментальних принципів біології.

Хід уроку

I. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ УЧНІВ

Питання для бесіди

Наведіть приклади використання енергії в роботі приладів та механізмів. Що є джерелом такої енергії в кожному з випадків?

ІІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Розповідь учителя з елементами бесіди

1. Способи отримання енергії автотрофними та гетеротрофними організмами

Джерелом енергії на планеті Земля є сонячне світло. Енергія сонячного світла, досягаючи поверхні Землі, вловлюється зеленими рослинами, які запасають її у формі хімічних зв’язків між атомами певних сполук, що синтезуються рослинами (наприклад, глюкози). Це перший етап перетворення енергії — фотосинтез. Зелені рослини здійснюють його за допомогою фотосинтетичних ферментів (зокрема, хлорофілу). Фотосинтетичні системи рослин ступінчасто (порціями) поглинають кінетичну енергію електронів. ця хімічна енергія використовується потім для синтезу вуглеводів та інших речовин з карбон(^) оксиду та води.

Передача енергії на наступний рівень відбувається під час поїдання рослин тваринами або розкладання їх бактеріями. При цьому енергія, що містилась у хімічних зв’язках вуглеводів та інших молекул, під час окиснення цих молекул перетворюється на енергію, що можуть використовувати живі організми.

Кількість вивільненої енергії дорівнює кількості енергії, що витратилася на синтез цих речовин (перший закон термодинаміки). Однак частина цієї енергії перетворюється на тепло, що розсіюється, і таким чином не може бути використана у подальшому (другий закон термодинаміки). Інша частина енергії запасається у формі макроергічних зв’язків аденозинтрифосфатної кислоти (АТФ).

Тварини отримують енергію з їжі. Частина їжі є рослинною (горох, картопля, яблука, груші та ін.). М’ясо (свинина, яловичина, риба та ін.) є їжею тваринного походження. Однак тварини, що є джерелом м’яса, у свою чергу, отримали енергію, поїдаючи рослини.

Таким чином, рослини отримують енергію у вигляді електромагнітного випромінювання Сонця, а тварини використовують енергію, що міститься у хімічних зв’язках органічних молекул, що надходять з їжею.

2. Вивільнення енергії з поживних речовин

Проходить у три фази:

1) Перша фаза — підготовча. Необхідна для перетворення біополімерів, що надходять з їжею, на зручну для отримання енергії форму — мономери. Відбувається за допомогою гідролаз у кишечнику або всередині клітини. Енергетичної цінності ця фаза не має, оскільки таким способом вивільняється лише 1 % енергії, і вона розсіюється у формі теплоти.

2) Друга фаза — частковий розпад мономерів до проміжних продуктів, головним чином до ацетил-КоА та кількох кислот циклу Кребса. У цій фазі вивільняється до 20 % енергії, і це відбувається в анаеробних умовах. частина цієї енергії акумулюється у зв’язках АТФ, а частина розсіюється у вигляді теплоти. Перетворення мономерів відбувається в гіалоплазмі, а завершальні реакції — в мітохондріях.

3) Третя фаза — остаточний розпад поживних речовин до CO₂ та H₂O за участі кисню. ця фаза відбувається з повним вивільненням енергії (приблизно 80 % від усієї енергії хімічних зв’язків). Частина її виділяється у вигляді тепла. Всі реакції цієї фази відбуваються в мітохондріях.

Вивільнення енергії в живій клітині відбувається поступово. Завдяки цьому на різних етапах її вивільнення вона може акумулюватися у зручній для клітині хімічній формі — у вигляді АТФ.

3. Перетворення енергії живими організмами

Розрізняють три основних види перетворення енергії:

1) Енергія сонячного світла поглинається пігментом зелених рослин — хлорофілом і перетворюється в процесі фотосинтезу на хімічну енергію, яка використовується для синтезу з CO₂ та H₂Oвуглеводів та інших складних молекул. Хімічна енергія запасається в молекулах вуглеводів та інших речовин у формі енергії зв’язків між атомами.

2) Хімічна енергія вуглеводів та інших біологічних молекул перетворюється в процесі клітинного дихання на енергію макроергічних фосфатних зв’язків АТФ. Такі перетворення енергії відбуваються у мітохондріях.

3) Перетворення енергії АТФ на різні форми енергії, що використовуються клітиною для здійснення різноманітних процесів: хімічних, механічних, електричних, теплових та інших. Частина енергії при цьому розсіюється у вигляді тепла.

4. Використання енергії живими організмами

Енергія, що отримує організм у процесі метаболізму, як ви вже знаєте, витрачається на здійснення біологічних процесів:

■ механічна енергія — рух тіл та здатність здійснювати механічну роботу;

■ електрична енергія — енергія взаємодії електрично заряджених часток, рух цих часток в електричному полі;

■ осмотична енергія — енергія для пересування молекул проти градієнту концентрації;

■ хімічна енергія — енергія взаємодії атомів і молекул.

При цьому значна частина отриманої енергії вивільняється організмом у вигляді тепла і розсіюється у навколишнє середовище.

IV. УЗАГАЛЬНЕННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ Й КОНТРОЛЬ ЗНАНЬ І ВМІНЬ УЧНІВ

1. Як відбувається вивільнення енергії з поживних речовин?

2. Як відбувається перетворення енергії живими організмами?

V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Опрацювати відповідний параграф підручника.