Формирование понятия фермент в школьном курсе биологии и связь со школьным курсом химии
Благодаря своей функции (каталитической) разнообразные ферменты
обеспечивают быстрое протекание в организме огромного числа химических
реакций.В настоящее время выделены и изучены сотни ферментов известано,что
живая клетка может содержать до 1000 различных ферментов,каждый из которых
ускоряет ту или иную химическую реакцию.
Ферменты-это эффективные биологические катализаторы.(Понятие
“катализатор” для учеников знакомо из курса неорганической химии.) Они
участвуют в большинстве химических превращений,происходящих в организме.Все
процессы,протекающие в организме,т.е. процессы метаболизма деляться на два
процесса:прцесс ассимиляции и прцесс диссимиляции.Важно дать определения
этих двух понятий и это можно сделать следующим образом:
Ассимиляция-множество химических реакций,осуществляемых с участием
ферментов,позволяющих использовать поступающие в организм вещества для
синтеза специфичных для данного организма белков,нуклеиновых
кислот,липидов,полисахаридов и т.д.,что обеспечивает рост,развитие,обновле-
ние организма и накопление запасов,используемых в качестве источников
энергии.
Диссимиляция-это разрушение органических соединений с превращением
белков,жиров,углеводов,включая введенные в организм с пищей,в простые
вещества.
Так ферменты катализируют каждый из этих процессов.Таким
образом ферментативные реакции подразделяются на реакции
синтеза(ассимиляции) и реакции распада(диссимиляции).Эти реакции в
организме взаимосвязаны,обеспечивая постоянное обновление тканей организма
и следовательно постоянство внутренней Среды организма.Важно подчеркнуть
для учащихся различие в протекании процессов метаболизма у аутотрофных и
гетеротрофных организмов.Так у аутрофных организмов преобладает процесс
ассимиляции,т.к. в процессе фотосинтеза,из неорганических соединений,и
непосредственным использовании энергии све
-11-
та,соэдаются сложные органические вещества.У гетеротрофов построение
собственного организма и обеспечение всех жизненных функций идет за счет
энергии,получаемой в процессе диссимиляции органических веществ.Можно
сделать вывод,что все биохимические процессы,протекающие в клетке и в
организме,можно отнести к процессам ассимиляции,либо к процессам
диссимиляции.Попав внутрь клетки,питательные вещество претерпевает ряд
химических изменений,катализируемых ферментами.
Теперь можно перейти к строению.Для выполнения своих функций ферменты
имеют определенное строение.Для углубления представлений учащихся о
структуре и классификации ферментов можно ввести следующие понятия:
1.Ферменты могут быть протеинами(простыми белками) и протеидами(сложными
белками).Во втором случае в состав ферментов входит добавочная
группа.Характерной особенностью ферментов-протеидов является,что ни
основная белковая часть,ни добавочная группа по отдельности не обладают
каталитической активностью.Только их комплекс прявляет ферментативные
свойства.Добавочная группа(кофактор)-небелкового происхождения (ионны
металлов,различные органические соединения).
2.Фермент имеет следующие центры:
а) Активный центр (Результаты исследований показали,что молекулы
большинства ферментов во много раз больше,чем молекулы тех
субстратов,которые взаимодействуют с данным ферментом,и что в контакт с
субстратом в фермент-субстратном комплексе вступает лишь небольшая часть
молекулы фермента,получившая название активного центра),
б) Субстратный центр,
в) Регуляторный центр.
Также на данном занятии необходимо познакомить учащихся с классификацией
ферментов.Можно дать историческую справку развития классификации
ферментов.Так по первой в истории изучения ферментов класси
-12-
фикации,ферменты делили на две группы: 1-ускоряюшие реакции гидролиза и 2-
на ускоряющие реакции негидролитического распада.Затем была сделана попытка
разбитьферменты на классы по числу субстратов,участвующих в
реакции.Одновременно развивалось направление,где в основу классификации
ферментов был положен тип реакции,подвергающейся каталитическому
воздействию.Наряду с ферментами,ускоряющими реакции гидролиза(гидро-
лазы),были изучены ферменты,участвующие в реакциях переноса атомов и
атомных групп,расщеплении,различных синтезах.
По этому принципу все ферменты делят на 6 классов:
1.Оксидоредуктазы-ускоряют реакции окисления-восстановления
2.Трансферазы-реакции переноса атомных групп и молекулярных остатков
3.Гидролазы- реакции гидролитического распада и синтеза
4.Лиазы-негидролитическое отщепление от субстратов определенных групп
атомов
5.Изомеразы-реакции внутримолекулярного превращения
6.Липазы-рекции синтеза
Занятие N2 “Свойства ферментов,механизм их действия”
На этом занятии нужно более подробно дать учащимся понятия о
субстратном и регуляторном центрах фермента,это важно для понимания
механизма их действия.
Под субстратным центром понимают участок молекулы фермента,ответственный
за присоединение вещества,подвергающегося ферментативному превращению.Из
неорганической химии учащимся известно,что по окончании реакции
катализаторывосстанавливают свою структуру и свойства.Зная это,можно
подвести учащихся к выводу об образовании временных прмежуточных соединений
между ферментами и субстратами.Так фермент соединяясь с субстратом,образует
короткоживущий фермент-субстратный комлекс.В таком комплексе шансы на
то,что реакция произойдет возрастают.По завершении реакции фермент-
субстратный
-13-
комплекс распадается на продукт (или продукты) и фермент.Фермент в реакции
не изменяется.
Понятие о работе ферментов будет неполным без раскрытия проблемы
регуляции их действия.Поэтому следует отметить,что в молекулах
ферментов,кроме активного и субстратного центров,есть регуляторный
центр,который структурно соответствует конечному продукту определенного
этапа обмена.Достигнув определенной критической концентрации,конечный
продукт реакции взаимодействует с центром регуляции фермента и
останавливает работу системы по принципу обратной связи:концентрация
крнечного продукта служит сигналом выключения или запуска специфической
химической реакции.Контроль и регуляция деятельности ферментов обусловлены
их молекулярной структурой,которая способна “узнавать” определенные
ыещества-сигналы и суммировать их действие.Важно познакомить учащихся и
свойствами ферментов.
1.Специфичность
Ферменты обладают очент высокой специфичностью.Эта специфичность
обусловлена особой формой молекулы фермента,точно соответствующей форме
молекулы субстрата.Эту гипотезу называют гипотезой “ключа и замка”:субстрат
сравнивается в ней с ключом,который точно подходит к замку,т.е. к
ферменту.Далее на основании этой гипотезы уже в 1959 году новую
интерпретацию гипотезы “ключа и замка” предложил Кошланд.Он делает вывод о
гибкости активных центров ферментов.Согласно этому предположению,субстрат
соединяясь с ферментом,вызывает изменения в структуре последнего.Подходящей
аналогией в этом случае может служить перчатка,которая при надевании на
руку соответствующим образом изменяет свою форму.
Для подтверждения этого свойства ферментов можно показать опыт из биохимии.
Для этого берутся 4 пробирки:
1,2- по 2мл раствора крахмала
3.4-по 2мл раствора сахарозы
-14-
Затем в 1,3 -по 0.5мл раствора слюны
2,4-по 0.5мл 1% дрожжевой сахарозы
Перемешиваем,на 10 минут в водяную баню,охлаждаем,из пробирок
1,2 стеклянной палочкой берем капли и капли Y2 в
KY,соединяем капли-синий цвет.
Из пробирок 3,4-берут по 3 мл,смешиваем с 1 мл 10% NaOH + несколько
капель 1% CuSO4 - желтый или красный осадок(в зависимости от темпер. на
амилазу слюны).
2.Термолабильность
Температура важный показатель ферментативного действия.Для каждого
фермента существует определенный температурный оптимум,обеспечивающий
наибольшую активность.За пределами этого уровня скорость ферментативной
реакции снижается.Для нагладности рекомендуется продемонстрировать
следующий опыт:
Берутся 4 робирки по 2 мл 1% крахмала+0,05 мл разбавленной в
10 раз слюны,перемешивают и ставят в разные температурные условия.Ход
гидролиза определяют по реакции с У2 (в КУ).Пробы берут через 2,4,6,8,10,12
минут.По изменению окраски крахмала с иодом судят о степени гидролиза
крахмала в каждой пробирке.
Система самоконтроля учащихся.
Также в данной работе мы хотели бы предложить систему самоконтроля
учащихся.Карточки самоконтроля представляют собой свод вопросов по
теме,составляемые преподавателем.Вопросники раздаются школьникам на
дом.Дома,в процессе подготовки учеников к занятиям,они ищут ответы на
поставленные вопросы в учебных пособиях.Затем во время проведения
фекультативного занятия учащимся раздаются карточки,содеожащие 2-3
вопроса,входящие в состав самоконтроля.Ответы письменные.Таким образом
проверяются знания учащихся,степень осмысления ими метериала.
Самоконтроль может решать несколько задач:
-15-
1.концентрированние внимания школьника на ключевых вопросах темы
2.постановка проблемных вопросов
3.самоконтроль может содержать вопросы на повторение пройденного метериала
и связь его с настоящим материалом,вопросы обощающего характера.
Примерные вопросы для самоконтроля:
1.Обмен веществ - сочетание и взаимосвязь процессов ассимиляции и
диссимиляции.
2.Образование АТФ в клетке.АТФ- универсальное “топливо” клетки.
3.Локализация ферментов углеводного обмена.
4.Локализация ферментов биосинтеза белка.
5.Мультиферментативные системы,их локализация и функции.
Выводы.
1.Развитие общебиологических понятий,к числу которых можно отнести понятие
“фермент”,является теоретической основой обучения как биологии,так и химии.
2.Развитие понятия о ферментах способствует формированию у учащихся
знаний,которые необходимы для расширения общего научного кругозора.
3.В связи с важностью формирования понятия “фермент”,а так же из-за
недостатка времени,рекомендуетсяпроведение факультативных занятий.Несколько
занятий разработаны нами.
