Методическая разработка по химии Ферменты

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ
«БАРАБИНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ
Специальность 34.02.01 Сестринское дело базовой подготовки
Дисциплина «Химия»
Раздел 4. Органическая химия
Тема 4.27. Ферменты
2015
Одобрена на заседании цикловой
методической комиссии
Протокол № ______ от _________
Председатель_______________________
Автор: Дъячук Л.В. – преподаватель 1 квалификационной категории
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Методический лист ………………………………………………………4
2. Примерная хронокарта занятия …………………………………………7
3. Исходный материал ……………………………………………………. ..8
4. Приложение 1. Контроль знаний по теме «Витамины». ……………..12
5. Приложение 2. Задания для закрепления знаний по теме «Ферменты»....................................................................................................14
6. Приложение 3. Задание для предварительного контроля знаний….16
7. Приложение 4. Задание для самостоятельной внеаудиторной работы
студентов …... …………………………………………………………... 17
8. Список использованных источников …………………………………. .17
МЕТОДИЧЕСКИЙ ЛИСТ
Вид занятия – комбинированный урок
Продолжительность – 90 мин.
ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ
1. Учебные цели:
- сформировать знания о ферментах как о биокатализаторах, сравнить особенности ферментов и неорганических катализаторов; показать роль ферментов в функционировании живых организмов, а также в промышленности, медицине, повседневной жизни человека.
2. Развивающие цели:
- продолжить развитие умений сравнивать, анализировать, обобщать, находить и отбирать дополнительную информацию
3. Воспитательные цели:
- создавать содержательные и организационные условия для развития самостоятельности в добывании студентами знаний, скорости восприятия и переработки информации, воспитании настойчивости в достижении цели, привитие культуры общения в ходе совместной деятельности, интереса к дисциплине, формирование способности организовывать собственную деятельность при подготовке сообщений, работе с дополнительной литературой.
МОТИВАЦИЯ
Значение ферментов невозможно переоценить. Только в человеческом организме ежесекундно происходят тысячи и тысячи ферментативных химических реакций. С некоторыми из них вы знакомились на уроках биологии в теме «Пищеварение». Например, фермент амилаза, который содержится в слюне и в соке тонкого кишечника, помогает превращению крахмала в мальтозу. Затем мальтоза превращается в глюкозу в тонком кишечнике с помощью другого фермента – мальтазы. В желудке и тонком кишечнике такие ферменты, как пепсин и трипсин превращают белки в более простые соединения – пептиды. Затем эти пептиды превращаются в тонком кишечнике в аминокислоты под действием ферментов, которые называются пептидазами. А вот на жиры (липиды) в тонком кишечнике действует фермент липаза, расщепляющий их до глицерина и жирных кислот. Многочисленные заболевания вызываются снижением активности ферментов. Нарушение синтеза одного из них может стать причиной гибели организма. В медицинской промышленности с помощью ферментов получают разные фармацевтические препараты: витамины, лекарства и антибиотики.
Методы обучения – объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, проблемный.
Место проведения занятия – кабинет математики, физики и химии.
Выписка из рабочей программыдисциплины «Химия»для специальности 34.02.01 Сестринское дело базовой подготовки
Тема 4.27.
Ферменты Содержание учебного материала 2 Ферменты, их важнейшие представители. Свойства, значение ферментов. Организация собственной деятельности при подготовке сообщений. 1,2
Лабораторные работы - Практические занятия - Контрольные работы - Самостоятельная работа обучающихся: подготовка сообщений 1 ПРИМЕРНАЯ ХРОНОКАРТА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ
п/№ Наименование этапа Время Цель этапа Деятельность Оснащение
преподавателя студентов -1- -2- -3- -4- -5- -6- -7-
Организационный этап 3 мин. Организация начала занятия, подготовка рабочего места студентов Отмечает отсутствующих студентов в журнале Староста называет отсутствующих студентов. Студенты приводят в соответствие внешний вид, готовят рабочие места. Журнал, тетради
Контроль знаний по предыдущей теме 15 мин. Оценка уровня сформированности знаний по теме «Витамины» Инструктирует и проводит контроль Отвечают на вопросы Приложение 1
Индивидуальный опрос, проверка заполнения таблицы
Мотивационный этап 3 мин. Развитие интереса к новой теме Объясняет студентам важность изучения данной темы Слушают, задают вопросы Методическая разработка теоретического занятия
Цели занятия 2 мин Установка приоритетов при изучении темы Озвучивает цели занятия Слушают, записывают в тетрадь новую тему Методическая разработка теоретического занятия, таблицы
Изложение исходной информации 35 мин. Формирование знаний о ферментах как о биокатализаторах, особенностях ферментов и неорганических катализаторов, роли ферментов Излагает новый материал Слушают, записывают Выполнение заданий для закрепления знаний 15 мин. Закрепление знаний, формирование умений сравнивать, анализировать, обобщать на примере сравнения особенностей ферментов и неорганических катализаторов. Инструктирует и контролирует выполнение заданий, обсуждает правильность ответов Выполняют задания, слушают правильные ответы после выполнения, вносят коррективы Приложение 2
Таблица, задача
Предварительный контроль новых знаний 13 мин. Оценка эффективности занятия и выявление недостатков в новых знаниях, формирование способности организовывать собственную деятельность при выполнении упражнений. Инструктирует и проводит контроль Выполняют задания Приложение 3
Задания для предварительного контроля знаний по новой теме
Подведение итогов занятия 2 мин. Развитие эмоциональной устойчивости и дисциплинированности Оценивает работу группы в целом, объявляет оценки, мотивирует, выделяет наиболее подготовленных студентов Слушают, участвуют в обсуждении, задают вопросы Журнал группы
Задание для самостоятельной внеаудиторной работы студентов 2 мин. Формирование и закрепление знаний,
развитие самостоятельности в добывании студентами знаний. Дает задание для самостоятельной внеаудиторной работы студентов, инструктирует о правильности выполнения Записывают задание Приложение 4
Исходный материал
Основные сведения о ферментах
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.
Свойства ферментов
1. Высокая каталитическая активность (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).
3) Температура - различные клеточные ферменты работают в своем диапазоне температур, где они проявляют наибольшую активность (средние температуры 37-40 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 Са2+ ), ингибиторы снижают активность фермента, т.к. занимают место субстрата (конкурентные ингибиторы), или соединяются с неактивной частью и тем самым меняют химическую природу фермента (неконкурентные ингибиторы – ионы тяжелых металлов).
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 ферментас образованием фермент-субстратного комплекса
Роль ферментов в жизнедеятельности организмов
Врожденные нарушения обменаВзаимопревращение веществ
3043570795960025146003175000
176720511698700Биохимическая эволюцияПревращение энергии
33147002413000
12573007747000Кинетика реакцийМакромолекулы
205740016510Е
(ферменты)
00Е
(ферменты)
35433001651000
80010012319000354330012319000Биосинтез Катализ
3479165163195006858006223000
160020011557000ПитаниеКоферменты
33107585385700285391214203300
Клеточный метаболизм Бактериальное брожение
Взаимодействие с лекарствами
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 галактоземию, 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 26—30 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.
Приложение 1.
Контроль знаний по теме «Витамины»
1. Индивидуальный опрос:
1) Какие вещества называют витаминами? История открытия витаминов.
2) Как классифицируют витамины? Что такое гиповитаминозы, авитаминозы, гипервитаминозы?
3) Охарактеризуйте авитаминозы витаминов А,В,С,D и предложите способы их лечения.
4) Расскажите о роли витамина С в организме, в каких продуктах он содержится?
Критерии оценки за устный опрос
Оценка "5" ставится, если обучающийся: показывает глубокое и полное знание и понимание материала; полное понимание сущности рассматриваемых понятий, явлений и закономерностей, теорий, взаимосвязей; умеет составить полный и правильный ответ; правильно и обстоятельно отвечает на дополнительные вопросы; допускает не более одного недочёта, который легко исправляет.
Оценка "4" ставится, если обучающийся: показывает знание всего изученного материала; даёт полный и правильный ответ; допускает незначительные ошибки и недочёты; небольшие неточности в формулировке понятий; материал излагает в логической последовательности, допуская негрубую ошибку или два недочёта, которые может исправить.
Оценка "3" ставится, если обучающийся: излагает материал фрагментарно; не всегда последовательно, допускает ошибки при формулировке выводов, ошибки при определении понятий; отвечает неполно на вопросы преподавателя.
Оценка "2" ставится, если обучающийся: не раскрывает основное содержание материала; не делает выводов и обобщений; допускает более двух грубых ошибок, которые не может исправить даже при помощи преподавателя.
2. Проверка заполнения таблицы «Витамины и их функции»
Название витамина Где содержится Значение для организма
Витамин С Свежие овощи и фрукты: шиповник, лимон, черная смородина, капуста. Регулирует обмен белков и углеводов, повышает сопротивляемость организма экстремальным воздействиям.
Витамин А Рыбий жир, яичный желток, морковь, абрикосы, помидоры содержат растительный пигмент – каротин, из которого в печени человека образуется витамин А. Участвует в обмене белков, углеводов, минеральных солей, усиливает сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям. Необходим для роста и развития организма.
Витамины группы В Хлеб грубого помола, дрожжи, печень, молоко, шпинат. В 2 активно участвует в клеточном дыхании, регуляции деятельности ЦНС.
В 6 участвует в белковом обмене, уменьшает отложения на стенках кровеносных сосудов холестерина, ведущие к развитию атеросклероза, ожирению печени, появлению камней в желчном пузыре.

В 12 регулирует образование клеток крови – эритроцитов и тромбоцитов, участвует в обмене белков.
Витамин D Рыбий жир, ультрафиолетовые лучи способствуют выработке этого витамина в коже, яичный желток, печень рыбы, жирная рыба, масло. Участвует в обмене кальция и фосфора, формирование костей и мышц.
Критерии оценки
Оценка «5» ставится, если таблица заполнена правильно.
Оценка «4» ставится, если допущена небольшая ошибка, либо ответ не достаточно полный.
Оценка «3» ставится, если допущены существенные ошибки, либо таблица заполнена не полностью.
Оценка «2» ставится, если таблица не заполнена, или заполнено менее половины таблицы.
Приложение 2.
Задания для закрепления знаний по теме «Ферменты»
Задание 1.
Заполните пустые графы таблицы:
Различия между неорганическими катализаторами и ферментами
Признаки Неорганические катализаторы Ферменты
Химическая природа Низкомолекулярные вещества, образованные одним или несколькими элементами Селективность Низкая Оптимальное значение рН среды Сильнокислая или щелочная Изменение структуры катализатора в ходе реакции Изменяется незначительно или не изменяется вовсе Увеличение
скорости
реакции В 102— 106раз В108— 1012раз
Эталоны ответа
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 102— 106раз В108— 1012разЗадание 2.
Решите задачу:
Лимонную кислоту в промышленности получают при ферментативном брожении раствора глюкозы согласно уравнению:
2С6Н12О6 + 3О2 → 2С6Н8О7 + 4Н2О
Сколько килограммов лимонной кислоты при выходе 62% от теоретически возможного можно получить из 520 кг 15%-ного раствора глюкозы?
Эталоны ответа
1) масса (глюкозы) = 520 • 0,15 = 78 кг
2) М (глюкозы) = 180 г/моль; масса (глюкозы) = 180•2 = 360 г
3) М (лимонной кислоты) = 192 г/моль; масса (лимонной кислоты) = 384 г
4) масса теоретического выхода лимонной кислоты = 78 • 384 : 360 = 83,2 кг
5) масса практического выхода лимонной кислоты = 83,2 • 62% : 100 =
51,58 кг
Критерии оценок
Оценка «5»: обучающийся правильно решает задачу
Оценка «4»: обучающийся допускает ошибку в одном действии
Оценка «3»: обучающийся решает три действия задачи (ставится по желанию)
Приложение 3.
Задание для предварительного контроля знаний
Выберите правильные утверждения:
1) Ферменты – это биологические катализаторы белковой природы.
2) Для ферментов характерна высокая каталитическая активность.
3) Ферменты могут работать только в клетках живых организмов.
4) Каждый фермент работает только с одним субстратом.
5) Чем ниже концентрация фермента и субстрата, тем активнее работа фермента.
6) Ферменты работают в небольшом физиологическом интервале рН среды
7) Ферменты активны в широком диапазоне температур.
8) Структура фермента в ходе реакции не меняется.
9) Для ферментов характерна высокая селективность.
10) Ферменты являются амфотерными веществами.
11) Ферменты не вступают в реакцию гидролиза.
12) Ферменты могут катализировать как прямую, так и обратную реакцию.
Эталоны ответов
Правильные утверждения: 1, 2, 4, 6, 9, 10, 12
Критерии оценок за работу на занятии:
Оценка «5»: обучающийся набирает 8 баллов (1балл за каждый правильный ответ)
Оценка «4»: обучающийся набирает 6-7 баллов
Оценка «3» - не выставляется
Приложение 4.
Задание для самостоятельной внеаудиторной работы студентов
Подготовить сообщение по темам:
1) «Классификация ферментов»
2) «Использование ферментов в промышленности и медицине»
Список использованных источников
1. Бабков, А.В. Химия [Текст]: учебник для студентов сред. мед. учеб. заведений / А.В. Бабков, Т.И. Баранова, В.А. Попков; под ред. А.Н. Творогова. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 272 с.
2. Габриелян, О.С. Химия 10 класс. [Текст]: учеб. для общеобразоват. учреждений / О.С. Габриелян, Ф.Н. Маскаев, С.Ю. Понамарёв, В.И. Теренин под ред.В.И. Теренина. – 7-е изд.,стереотип. – М.: Дрофа, 2008. – 300 с.
3. Габриелян, О. С. Химия. 10 класс [Текст]: Настольная книга учителя О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов. – М.: Дрофа, 2006. – 480 с.
4. Ерохин, Ю.М. Химия [Текст]: учеб. для сред. проф. учеб. заведений / Ю.М. Ерохин; под ред. В.Н.Николаева. – 8-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 384 с.