2. Развитие понятий «обмен веществ, дыхание, биологическое окисление» при изучении клеточного и организменного уровней организации жизни.
Обмен веществ на организменном уровне проходит желудочно-кишечном тракте, а на клеточном в митохондриях.
Обмен веществ – это катаболизм и анаболизм.
Непрерывный обмен веществ и энергии возможен благодаря тому, что живые организмы - открытые системы. Это значит, что с пищей, водой, при газообмене в организм из окружающей среды поступают разнообразные химические соединения. . В организме эти соеди-нения подвергаются глубоким изменениям и превращениям, в конце концов уподобляются его химическому составу и входят в морфологические структуры организма, но не остаются постоянно. Через определенный период усвоенные вещества подвергаются разрушению, освобождая скрытую в них энергию, а продукты распада удаляются во внешнюю среду. При этом разрушенную молекулу мгновенно заменяет новая, не нарушая целостности структурных компонентов организма. Организм, следовательно, не статичная, а открытая поточная система,
3.Методика урока с использованием активных методов обучения и компьютерных технологий
На этом уроке можно провести «круглый стол», как один из активных методов обучения. На этом уроке учащиеся обсуждают с учителем недопонятые моменты в изучении темы, активно задают вопросы, и сами отвечают на поставленные вопросы.
А с помощью компьютерных технологий можно наглядно показать процессы обмена.
Тема: «Фотосинтез»
Основное содержание. Фотосинтез как источник энергии и метаболитов. Ассимиляция СО2 в цикле Кальвина. Уникальность процесса фотосинтеза на Земле. Глобальная роль зелёных растений.
Развитие у школьников понятия о фотосинтезе в процессе обучения биологии.
Демонстрационный эксперимент при изучении фотосинтеза. Описание опытов.
Методика использование демонстрационного эксперимента на уроках.
1.Основное содержание. Фотосинтез как источник энергии и метаболитов. Ассимиляция СО2 в цикле Кальвина. Уникальность процесса фотосинтеза на Земле. Глобальная роль зелёных растений.
Фотосинтез— процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.
Световая (светозависимая) стадия
В ходе световой стадии фотосинтеза образуются АТФ, служащий в клетке источником энергии, и НАДФН, использующийся как восстановитель. В качестве побочного продукта выделяется кислород.
Осуществляется в хлоропластах, в которых на мембранах располагаются молекулы хлорофилла. Хлорофилл поглощает энергию солнечного света, которая затем используется при синтезе молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, а так же способствуют расщеплению молекул воды: 2H20=4H++4+O2. Кислород, образующийся при расщеплении, выделяется в окружающую среду в свободной форме.
Светособирающие комплексы
Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачу энергии. Более 90 % всего хлорофилла хлоропластов входит в состав светособирающих комплексов (ССК), выполняющих роль антенны, передающей энергию к реакционному центру фотосистем I или II.
Под влиянием энергии солнечного света молекула хлорофилла возбуждается, в результате чего один из её электронов переходит на более высокий энергетический уровень. Этот электрон, проходя по цепи переносчиков (белков мембраны хлоропласта), отдаёт избыточную энергию на окислительно-восстановительные реакции (синтез молекул АТФ).
Темновая стадия
В темновой стадии с участием АТФ и НАДФН происходит восстановление CO2 до глюкозы (C6H12O6). Хотя свет не требуется для осуществления данного процесса, он участвует в его регуляции.
Цикл Кальвина или восстановительный пентозофосфатный цикл состоит из трёх стадий:
Карбоксилирования
Восстановления
Регенерация акцептора CO2
Исходное (или конечное) соединение цикла Кальвина - пятиуглеродный сахар, фосфорилированный двумя фосфатными остатками - рибулозо-1,5-бифосфат (РБФ) . СО2 входит в цикл и фиксируется на РБФ. Образуемое при этом шестиуглеродное соединение затем расщепляется на две молекулы 3-глицерофосфата(3-фосфоглицериновой кислоты (ФГК)).
Каждая молекула 3-глицерофосфата содержит 3 атома углерода, в силу чего другое название цикла Кальвина - С3-путь (говорят еще о С3-типе фотосинтеза и о С3-растениях). Катализирует эти ключевые реакции фермент рибулозобифосфаткарбоксилаза. Он располагается на поверхности тилакоидов . В течение каждого оборота цикла одна молекула СО2 восстанавливается, а молекула РБФ регенерируется и вновь может участвовать в следующем аналогичном цикле.
Шестиуглеродный сахар глюкоза образуется в результате шести оборотов цикла, которые ведут к "поглощению" 6 молекул СО2.
Суммарное уравнение синтеза глюкозы в ходе цикла Кальвина можно записать следующим образом:
6СО2+12NADН2+18АТФ-+С6Н12О6+12NAD+18АДФ+18Ф+6Н2О.
Значение фотосинтеза.
Уникальность и общебиологическое значение фотосинтеза определяются тем, что ему обязано своим существованием все живое на нашей планете. Этот процесс является основным источником образования первичных органических веществ, а также единственным источником свободного кислорода на Земле. Из кислорода образовался и поддерживается озоновый слой, защищающий живые организмы от воздействия коротковолновой ультрафиолетовой радиации. Кроме того, благодаря фотосинтезу регулируется содержание С02 в атмосфере.
2. Развитие у школьников понятия о фотосинтезе в процессе обучения биологии.
Первые познания о фотосинтезе школьники получают в 6 классе, при изучении темы «лист». Здесь они проходят эту тему в общих чертах и кратко. В 10 классе фотосинтез изучается более подробно(углубленно). Рассматриваются фазы фотосинтеза, особенности процессов, протекающих в этих фазах, вводятся понятия о фотосистемах.
3.Демонстрационный эксперимент при изучении фотосинтеза. Описание опытов.
При изучении фотосинтеза можно поставить эксперимент. Например, опыт зависимости образования в листьях крахмала от воздействия на них света. Этот прием заключается в частичном закрытии листовой пластинки светонепроницаемым материалом (фольгой, черной бумагой и т.п.) и экспозиции такого полузакрытого листа на солнце. Невидимые в начале скопления крахмальных зерен в незатененной части листа затем проявлялись под воздействием слабых растворов йода на предварительно убитые горячей водой и обесцвеченные спиртом клетки листа. Получались так называемые амилограммы. По степени посинения или почернения можно было приблизительно судить о количестве образовавшегося крахмала. Эта так называемая йодная проба была впервые предложена Саксом.
Опыт №2. Для опыта возьмем 2 стакана с побегами элодеи. Стебли веточек под водой подрежем у основания, затем растение прикроем стеклянной воронкой. Возьмем пробирку, до краев заполняем ее водой и закрыв отверстия пальцем, поместим пробирку на трубку воронки. Один из приготовленных стаканов с элодеей выставим на яркий солнечный свет, а другой поместим в темноту. Через некоторое время из свежесрезанных стеблей элодеи, помещенной на свет начинают выделяться пузырьки газа. Этот газ вытесняет из пробирки воду и ее уровень в пробирке понижается. Когда вода будет вытеснена газом полностью, следует осторожно снять пробирку с воронки и внести туда тлеющую лучину. И мы увидим что лучина загорится. А растение в темноте не выделяет газа и вода в пробирке остается на том же уровне.
4.Методика использование демонстрационного эксперимента на уроках.
Для лучшего понимания темы учениками следует проводить эксперимент. В ходе эксперимента ученики могут наглядно рассмотреть данную тему и понять основные процессы.
Тема: «Современные представления о биосинтезе белка»
Основное содержание. Основные этапы трансляции белков в соответствии с матричной гипотезой. Аппарат трасляции – рибосомы, их строение и функции. Генетический код.
Методика использования лекционно-семинарской системы занятий при изучении данной темы.
Отбор материала для лекционного и семинарского занятия.
Методика проведения лекции по теме. План лекции. Использование компьютерных презентаций на лекции.
1.Основное содержание. Основные этапы трансляции белков в соответствии с матричной гипотезой. Аппарат трасляции – рибосомы, их строение и функции. Генетический код.
Важнейшим анаболическим процессом является синтез белка. Биосинтез белка – это совокупнсть реакций синтеза, идущих на уровне клетки с поглощением энергии, сопровождающихся образованием специфических белков. Все морфологические и функциональные особенности любой клетки и организма в целом определяются структурой специфических белков, входящих в состав клеток. Способность к синтезу только строго определенных белков является наследственным свойством организмов. Последовательность расположения аминокислот в полипептидной цепи (первичной структуре белка), от которой зависят его биологические свойства, определяется последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК.
Процесс биосинтеза белка осуществляется на рибосомах, расположенных преимущественно в цитоплазме. Передача генетической информации с ядерной ДНК к месту синтеза осуществляется иРНК, которая на основе принципа комплементарности синтезируется на одной из цепей молекулы ДНК. Этот процесс получил название транскрипции или переписывания.
Трансляция – процесс перевода генетической информации, закодированной в структуре нуклеиновых кислот, в аминокислотную последовательность белков. Она начинается со стартового кодона АУГ. Отсюда молекула иРНК прерывисто, триплет за триплетом продвигается через рибосомы, что сопровождается ростом полипептидной цепочки. Число аминокислот в таком белке равно числу триплетов иРНК.
Трансляция включает три этапа – инициацию, элонгацию, терминацию. Процесс идет на рибосомах.
Инициация
Присоединение мРНК к малой субчастице рибосомы, связывание первой аминоацил-тРНК и присоединение большой субчастицы.
Элонгация
Последовательное присоединение аминокислотных остатков к карбоксильному концу растущей полипептидной цепи. Рибосома активно перемещается от 5'- к 3'-концу м РНК.
Терминация
Происходит, когда рибосома достигнет одного из стоп-кодонов мРНК. С этими кодонами обычно не связывается ни одна аминоацил-тРНК, но к ним присоединяются белковые факторы терминации, под действием которых синтезированный пептид освобождается из рибосомы.
После завершения синтеза белка иРНК под действием ферментов распадается на отдельные нуклеотиды.
Рибосомы. Каждая рибосома состоит из малой и большой субъединиц. Каждая субъединица рибосомы состоит из рибосомальной РНК и белка рибонуклеопротеида, которые образуются в ядрышке. Сборка субъединиц в единую рибосому осуществляется в цитоплазме. Для синтеза белка отдельные рибосомы с помощью матричной или информационной РНК объединяются в цепочки рибосом - полисомы.
Последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи специфична для каждой клетки и представляет собой генетический код, посредством которого записана информация о синтезе белков. Это значит, что в ДНК каждое сообщение закодировано специфической последовательностью из четырех знаков — А, Г, Т, Ц, подобно тому как письменное сообщение кодируется знаками (буквами) алфавита или азбуки Морзе.
Генетический код характеризуется следующими свойствами:
Код является триплетным, т. е. каждая аминокислота кодируется известным сочетанием из трех последовательно расположенных нуклеотидов, которое называется триплетом или кодонам. Нетрудно подсчитать, что число возможных комбинаций из четырех нуклеотидов по три составит 64, что более чем достаточно для кодирования 20 аминокислот, входящих в состав белка.
Код является множественным, или «вырожденным», т. е. одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (от 2 до 6), в то время как каждый триплет кодирует только одну аминокислоту, например:
Код является неперекрывающимся, т. е. один и тот же нуклео-тид не может входить одновременно в состав двух соседних триплетов.
Код однозначен, т. е. каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.
Код не имеет знаков препинания. Это значит, что если произойдет выпадение одного нуклеотида, то при считывании его место займет ближайший нуклеотид из соседнего кодона, из-за чего изменится весь порядок считывания. Вместе с тем между генами имеются триплеты, обозначающие прекращение синтеза одной гюлипептидной цепи (в ДНК это АТТ, АТЦ и АЦТ, а в РНК соответственно УАА, УАГ и УГА).
Код универсален для всех живых организмов и вирусов: одинаковые триплеты кодируют одинаковые аминокислоты. Это открытие представляет собой серьезный шаг на пути к более глубокому познанию сущности живой материи, ибо универсальность генетического кода свидетельствует о единстве происхождения всех живых организмов.
2.Методика использования лекционно-семинарской системы занятий при изучении данной темы.
Лекция - систематическое, последовательное изложение учебного материала, какого-либо вопроса, темы, раздела, предмета, методов науки.
Семинар - один из основных видов учебных практических занятий, состоящий в обсуждении учащимися сообщений, докладов, рефератов, выполненных ими по результатам учебных исследований под руководством преподавателей.
Необходимо использовать лекционно-семинарское занятие, т.к. тема очень обширная, а времени на рассмотрение данной темы дается мало (она рассматривается на 2-х уроках).
На 1 уроке – изучение всего материала в процессе лекции педагога, а на 2 уроке – всесторонняя и тщательная проработка, изучение всей учебной информации с использованием вопросов, заданий, выступлений учащихся.
3.Отбор материала для лекционного и семинарского занятия.
Для отбора лекционного материала необходимо воспользоваться учебником и дополнительной литературой, так же можно использовать презентацию с основными понятиями для лучшего восприятия и записи учениками. Для отбора семинарского материала можно использовать учебник, дополнительные сведения из курса химии, и продемонстрировать схематические процессы трансляции, транскрипции. И в конце занятия провести обсуждение данной темы с учениками.
4.Использование компьютерных презентаций на лекции
Наряду с традиционными методами подачи учебного материала в современном учебном процессе начинают преобладать формы с использованием новейших информационных технологий, что в определенной степени приветствуется обучаемыми. Одной из таких конкретных форм развития методов, применяемых в учебном процессе, может явиться широкое использование компьютерных презентаций.
Для лучшего усвоения этого довольно сложного и важного материала следует использовать компьютерные презентации с рисунками всевозможными моделями и схемами процессов биосинтезов белка.