Урок по теме «Ферменты» Цели урока. Обобщить знания учащихся о ферментах (энзимах) как о биокатализаторах. Сравнить ферменты и неорганические катализаторы. Показать роль ферментов в функционировании живых организмов, а также в промышленности, медицине и повседневной жизни человека. Оборудование. Раствор пероксида водорода (3%), демонстрационный штатив с пробирками, две чашечки Петри с кусочками сырого мяса и картофеля (первая чашечка) и такими же кусочками, но вареного мяса или картофеля (вторая чашечка), лучинка, спички, набор СМС, содержащих энзимы. ^ План урока 1. Изложение нового материала: а) Ферменты. б) Свойства ферментов. в) Механизм действия ферментов. г) Сравнение ферментов и неорганических катализаторов. д) Роль ферментов в жизни человека. е) Значение ферментов 2. Демонстрации « Разложение пероксида водорода каталазой сырого мяса и сырого картофеля. Коллекции СМС, содержащих энзимы.» 3. Вопросы для закрепления (фронтальный вопрос) ^ Новые понятия и термины урока: Фермент Энзим Активный центр фермента Апофермент Кофермент Специфичность ферментов Условия работы ферментов ^ Ход урока I. Основные сведения о ферментах а) Ферменты биологические катализаторы белковой природы, ускоряющие химические реакции в живых организмах и вне их. ^ Сказ о дележе наследства Умирал старый араб. Все его богатство состояло из 17 прекрасных белых верблюдов. Он собрал своих сыновей и объявил им свою последнюю волю: «Мой старший сын, опора семьи, должен получить после моей смерти половину верблюдов. Среднему сыну я завещаю треть всех верблюдов. Но и мой младший, любимый сын должен получить свою долю одну девятую часть стада». Сказав это, старый араб умер. Похоронив отца, три брата стали делить верблюдов. Но исполнить волю отца они не смогли: невозможно было разделить 17 верблюдов ни пополам, ни на три части, ни на девять частей. Но тут через пустыню проходил дервиш. Бедный, как все ученые, он вел с собой черного облезлого верблюда, нагруженного книгами. Братья обратились к нему за помощью. И дервиш сказал: «Выполнить волю вашего отца очень просто. Я дарю вам моего верблюда, а вы попробуйте разделить наследство». У братьев оказалось 18 верблюдов, и все разрешилось. Старший сын получил половину верблюдов – 9, средний – треть стада – 6 и младший сын получил свою долю – двух верблюдов. Но 9, 6 и 2 дают 17, и после дележа оказался лишний верблюд старый облезлый верблюд ученого. И дервиш сказал: «Отдайте мне назад моего верблюда за то, что я помог разделить вам наследство, а то мне придется самому тащить книги через пустыню». Вот этот черный верблюд и подобен ферменту. Он сделал возможным такой процесс, который без него был бы немыслим, а сам остался без изменений. Это действительно основное свойство ферментов, да и вообще всякого катализатора. Ферменты – это прежде всего катализаторы. б) Свойства ферментов. 1.^ Высокая каталитическая активност (углекислый газ из крови связывается с гемоглобином в карбогемоглобин со скоростью 10 молекул в секунду, а при ферменте карбоангидраза в 10 раз больше). 2. Селективность (избирательность) действия (один фермент катализирует одну реакцию). 3. Регулируемость активности ферментов (внутренняя среда организма из-за действия ферментов всегда постоянна). Факторы влияющие на активность ферментов. 1. Концентрация фермента и субстрата (чем выше концентрация исходных веществ, тем выше скорость реакции). 2. ^ Активная реакция среды (рН) (большинство ферментов проявляют максимальную активность при значении рН=7 (нейтральная). Некоторые активны только в кислой среде (пепсин рН=2), некоторые только в щелочной (липаза рН=9). При физических нагрузках в мышцах накапливается молочная кислота, способная закислять среду и снижать активность многих ферментов). 3. Температура (Различные клеточные ферменты работают в своем диапазоне температур, где они проявляют наибольшую активность (средние температуры С) При низких температурах активность ферментов замедляется, при высоких фермент(белок) разрушается (денатурация белка). При замораживании фермент сохраняет свою структуру и затем при размораживании восстанавливает свои свойства). 4.^ Активаторы и ингибиторы (ионы металлов, низкомолекулярные вещества) активаторы повышают активность фермента (АТФ-аза миозина мышц активируется ионами Са 2+ ), ингибиторы снижают активность фермента, т.к. занимают место субстрата (конкурентные ингибиторы), или соединяются с неактивной частью и тем самым меняют химическую природу фермента (катализ нарушается) (неконкурентные ингибиторы – ионы тяжелых металлов в) Механизм действия ферментов. Взаимодействие субстрата (S) c ферментом впервые изучил немецкий ученый Эмиль Фишер. Он высказал гипотезу (1880), согласно которой субстрат подходит активному центру фермента как «ключ к замку» (рис).

^

Рис.Схема каталитического действия фермента с образованием фермент- субстратного комплекса

Образовавшиеся продукты по форме уже не соответствуют активному центру. Они отделяются от «замка» фермента и поступают в окружающую среду, после этого освободившийся активный центр может принимать новые молекулы субстрата г) Сравнение ферментов с неорганическими катализаторами Таблица. Различия между неорганическими катализаторами и ферментами

Признаки Неорганические катализаторы Ферменты

Химическая природа Низкомолекулярные вещества, образованные одним или несколькими элементами Белки высокомолекулярные полимеры

Селективность Низкая Очень высокая

Оптимальное значение рН среды Сильнокислая или щелочная Небольшой физиологический интервал рН среды

Изменение структуры катализатора в ходе реакции Изменяется незначительно или не изменяется вовсе Изменяется в значительной степени и восстанавливается в исходную структуру по окончании реакции

Увеличение скорости реакции В раз В раз

д)^ Роль ферментов в жизнедеятельности организмо можно проиллюстрировать схемой Врожденные нарушения обмена Взаимопревращение веществ

Б

иохимическая эволюция Превращение энергии

К

инетика реакций Макромолекулы

Б

иосинтез Катализ

П

итание Коферменты

Клеточный метаболизм Бактериальное брожение Взаимодействие с лекарствами Физиологическая регуляция Генетический аппарат е)^ Значение ферментов. Сейчас известно, что многие заболевания вызываются снижением активности ферментов, а нарушения синтеза одного из них может стать причиной гибели организма. Например, недостаток у детей фермента, превращающего галактозу в глюкозу, вызывает га- локтоземию, при которой дети отравляются избытком галактозы и погибают в первые месяцы жизни. С помощью ферментов ученые в настоящее время расшифровывают сложные структуры биополимеров: белков и нуклеиновых кислот. Так, например, энзимы помогли ученым с триумфом расшифровать геном человека, который, как оказалось, состоит «всего лишь» из 2630 тыс. генов. Проводится клонирование, достигли небывалых успехов биотехнология и генная инженерия. Многочисленные отрасли пищевой промышленности: виноделие, хлебопечение, сыроварение, производство чая, спирта основаны на широком применении ферментов. В фармацевтической промышленности с помощью ферментов получают различные препараты: витамины, лекарства, антибиотики

^ В медицине В промышленности В спорте

1. Многие заболевания в организме связаны с изменением активности ферментов или процессом их синтеза (ферментопатия): – замедленное физическое развитие, – нарушение обмена веществ, – психическая неполноценность. При изготовлении сыра, хлебопечении, пивоварения. При изготовлении антибиотиков, витаминов. 1. При мышечной деятельности может изменяться активность и биосинтез многих ферментов, что приводит к усилению или замедлению скорости метаболизма и процессов энергообразования. 2. От активности фермента зависит физическая работоспособность, скорость восстановления, адаптация к физическим нагрузкам. 3. Действие многих витаминов и других биологически активных веществ, которые применяются в практике спорта для восстановления организма и регуляции массы тела, связано с ферментами.

2. Демонстрации « Разложение пероксида водорода каталазой сырого мяса и сырого картофеля. Коллекции СМС, содержащих энзимы. 3. Обобщение и закрепление знаний по новому материалу. 1. Что такое ферменты? 2. Перечислите свойства ферментов. 3. В чем выражается специфичность ферментов? 4. Что лежит в основе механизма взаимодействия субстрата и фермента? 5. Как влияют физические нагрузки на активность свойства ферментов?