INFOVEK - Dýchanie rastlín - príprava na hodinu
logo Infovek

Téma: DÝCHANIE RASTLÍN

Autor: Doc. RNDr. Katarína Ušáková, CSc.
1. hodina: DÝCHANIE RASTLÍN - ANAERÓBNE DÝCHANIE: GLYKOLÝZA, KVASENIE.
Typ hodiny:
heuristický
Výchovno-vzdelávacie ciele:
Vzdelávacie ciele:
informatívne
  • Vysvetliť podstatu dýchania ako procesu uvolňovania energie zabudovanej v chemických väzbách, ktoré rastlina nevyhnutne potrebuje pre zabezpečenie svojich životných funkcií.
  • Poukázať na to, že proces dýchania chápeme ako:
    • rozkladnú látkovú premenu (disimiláciu) v protiklade ku stavebnej látkovej premene (asimilácii),
    • biologickú oxidáciu, keď máme na mysli dýchanie za prístupu kyslíka (biologická oxidácia glukózy),
    • metabolizmus (látkovú premenu), pretože celý proces prebieha za vzniku medziproduktov.
  • Upozorniť na to, že E chemických väzieb je príliš veľká na to, aby sa mohla uvolniť naraz a preto sa uvolňuje postupne, stupňovite, sériou reakcií.
  • Poukázať na
    • to, že táto reťaz reakcií prebieha za prítomnosti enzýmov (biochemické reakcie),
    • to, že zdrojom E pre živý organizmus sú najmä sacharidy, a preto sa celý proces uvolňovania E objasňuje na príklade odbúravania glukózy,
    • lokalizáciu dýchania v bunke, kde enzymatickým centrom sú mitochondrie, sídlo dýchacích enzýmov,
    • význam ATP ako pohotovostnej zásoby energie v bunke.
  • Nadviazať na anaeróbne dýchanie buniek - rozklad glukózy (anaeróbna glykolýza-AG) a pravé kvasenie, vysvetliť priebeh a význam týchto procesov.
  • Poukázať na
    • že anaeróbna glykolýza nie je v bunke presne lokalizovaná, je to primitívnejší spôsob uvolňovania energie,
    • že medziprodukt anaeróbnej glykolýzy (AG) kyselina pyrohroznová sa dˇalej môže rozkladať dvoma spôsobmi:
      respiráciou - za prítomnosti O2
      pravým kvasením - bez prítomnosti O2;
  • Využiť východiskové poznatky:
    anatomické -
    mitochondrie, cytoplazma,
    fyziologické -
    autotrofia, heterotrofia, fotosyntetická asimilácia, metabolizmus, premena E v bunke, obeh ATP, anaeróbna glykolýza. kvasenie, anaeróbne bunky, dýchacie enzýmy, asimilácia, disimilácia,
    systematické -
    baktérie, kvasinky, plesne,
    fyzikálno-chemické -
    makroergická väzba, glukóza, substrát.
  • Sprístupniť nové pojmy: biologická oxidácia (respirácia), substrátová fosforylácia;
    Poukázať na vzťahy medzi nimi:
    asimilácia (viazanie E ) - disimilácia (uvolňovanie)
    dýchanie - metabolizmus
    fotosyntetická - substrátová fosforylácia
    anaeróbna glykolýza - kvasenie.
Výchovné ciele:
formatívne
  • Rozvíjať u žiakov schopnosti tvorivej aplikácie predchádzajúcich vedomostí na aktuálne učivo, napr. uvolňovanie energie v bunke - substrátová fosforylácia, zdroj kyslíka - prístupný, neprístupný ======> anaeróbne, aeróbne dýchanie a pod.
  • Poukázať na: ekonomické aspekty - využitie produktov AG a kvasenia v potravinárskom, liehovarníckom, farmaceutickom, mliekárenskom a textilnom priemysle.
Rozvíjajúce ciele:
Na pochopenie celej zložitosti procesov dýchania a ich protikladnosti a bezprostrednej spojitosti s metabolizmom, využívať porovnávacie, úvahové a problémové otázky.
Vyučovacie metódy:
aktivizačný rozhovor, vysvetľovanie.
Medzipredmetové vzťahy:
chémia - tuky, cukry, bielkoviny, denaturácia bielkovín, enzýmy, glukóza, oxidačno-redukčné deje,etanol, acetaldehyd, kyselina mliečna, octová, acetyl Co-A
Vyučovacie prostriedky:
priesvitky a meotar.
ŠTRUKTÚRA HODINY
I. Organizačná časť
prezencia, stručné oboznámenie s cieľmi vyučovacej hodiny.
II. Opakovanie a kontrola vedomostí
  1. Kontrola a riešenie zadaných problémových a učebných úloh.
  2. Kombinovaný spôsob skúšania (frontálne, individuálne, skupinové - písomnou formou) využitím problémových úloh, ako aj overovacích, porovnávacích a úvahových otázok, zameraných na doteraz preberané fyziologické učivo (viď. otázky a úlohy za príslušnými témami)
  3. Aktualizácia témy uvolňovania E v bunke, najmä anaeróbnej glykolýzy a oxidatívnej fosforylácii, napr.:
    1. Aká energia je nevyhnutná pre život zelených rastlín:
      1. tepelná
      2. chemická
      3. svetelná
    2. Ako sa nazýva proces, ktorým rastlina získava E ?
    3. V čom spočíva podstata tohto procesu?
III. Sprístupňovanie a osvojovanie nového učiva (expozícia)
l. MOTIVÁCIA
  • Čo je výsledkom transformácie slnečnej energie v rastlinách?
- kyslík a organické látky (asimiláty).
Asimilácia:
proces, ktorým organizmus mení cudzie látky, na látky telu vlastné, napr. fotosyntézou.
Problémová úloha:
Prebiehajú v rastlinách aj iné asimilačné deje ako fotosyntéza? Vysvetlite!
- Áno. Nimi sa vytvárajú zo síranov, dusičnanov a fosforečnanov bielkoviny, ktoré sú nositeľmi života.

  • Ktoré látky tvoria energetické zásoby bunky?
    Asimiláty:
    chemická energia viazaná v zlúčenine, z ktorej pozostáva telo rastliny (škrob, glykogén)
E
6 CO2 + 6 H2O -------> 6 O2 + C6Hl2O6
chlorofyl
asimiláty

  • Akým spôsobom môže rastlina nahromadenú energiu využiť?

Uvolňovanie energie: disimilácia
asimilácia
ústrojné látky<===========>neústrojné + E
disimilácia
- energia chemických väzieb, viazaná v asimilátoch je veľmi veľká, aby sa mohla využívať na životné deje, musí sa z chemických väzieb uvolniť.
- uvoľní sa E, ktorá bola pri syntéze sacharidov viazaná a to opačným procesom ako asimilácia, tzv. disimiláciou =========>
Disimilácia - proces rozkladu vysokomolekulových látok na nízkomolekulové, za postupného uvolňovania energie.

Vysvetlite!

  • Prečo sa neodporučuje, aby sa kvety dávali na noc do spálne?
  • Fotosyntéza a dýchanie sú základné fyziologické procesy. Ktorý z nich prevláda :
    a) cez deň
    b) v noci

Vo fyziológii sa oxidačné deje spojené s príjmaním O2 a výdajom CO2 nazývajú dýchanie, čiže respirácia.
2. OBSAHOVÁ A DIDAKTICKÁ POSTUPNOSŤ
a) Princíp dýchania
  • Prečo energia viazaná v chemických väzbách sa v procese dýchania nemôže uvolniť naraz?
Vyvinulo by sa obrovské teplo, ktoré by organizmus zničilo, pretože bielkoviny neznesú vyššiu teplotu ako 60 C (denaturácia bielkovín) =======> Energia z chemických väzieb asimilátov sa neuvolňuje naraz, ale postupne-stupňovito, sériou reakcií, ktoré sú podobne ako asimilácia riadené enzýmami. Každú etapu katalyzuje len jeden enzým tak, ako jeden kľúč, otvorí len jedny dvere.
Princíp disimilácie - látky, bohaté na E sa štiepia na jednoduchšie za postupného uvolňovania energie.
Podmienky dýchania:
a) substrát, v ktorom je naakumulovaná E
b) kyslík =======>
Biologická oxidácia je komplex enzymatických reakcií rozkladu organickej hmoty na látky jednoduché, spojený s uvolňovaním chemickej E akumulovanej v organickej molekule.
Problémová úloha:
Líši sa principiálne proces odbúravania E u živočíchov a rastlín?
Ako prijímajú kyslík rastliny a ako živočíchy? Aj keď autotrofné a heterotrofné organizmy, získavajú E odlišne, každá E sa v bunkách rovnakým spôsobom viaže na chemické väzby organických zlúčenín =======> uvolňovanie energie vo všetkých bunkách autotrofných a heterotrofných organizmov je v princípe rovnaké.
Problémová úloha:
Fotosyntéza bola viazaná na chloroplast plastidov, teda neprebiehala v každej bunke. Logickou úvahou vysvetlite, či existuje podobná závislosť aj v procese dýchania!
- Nie. Proces dýchania sa uskutočňuje vo všetkých živých bunkách, bez zreteľa na ich pôvod a spôsob výživy.
Prečo?
- Každá bunka potrebuje energiu na príjem živín, vody, transport látok, syntézu tukov, cukrov, bielkovín, enzymatickú činnosť a pod., teda na vykonávanie životne dôležitých dejov.

  • Je proces dýchania viazaný na špecifickú organelu?
Prebieha len v živej základnej cytoplazme a v mitochondriách(energetická továreň bunky).
  • Prečo sa proces uvolňovania energie objasňuje na odbúravaní glukózy?
(Zdrojom energie pre živé organizmy sú najmä sacharidy).
  • Ktoré látky okrem sacharidov sú účinným zdrojom E?
(lipidy, bielkoviny, rôzne medziprodukty).

Celý proces odbúravania organických látok a uvolňovania E, prebieha za vzniku rôznych medziproduktov, ktoré bunka využíva pri biosyntéze nových látok. V tomto procese sa štiepia:
sacharidy ---------> monosacharidy
tuky ---------> mastné kyseliny a glycerol
bielkoviny ---------> aminokyseliny

Nakoľko sa jedná o premenu látok, hovoríme o metabolizme, ktorého konečným produktom je CO2 a H2O. Metabolizmus vždy chápeme ako výmenu a premenu látok a energie.
  • Existujú organizmy, ktoré nemajú vlastný energetický metabolizmus?
- Áno, nebunkové organizmy, vírusy, ktoré nemôžu existovať bez cudzej živej hmoty, sú to vlastne nebunkové parazity.

b) Biologická oxidácia - anaeróbne, aeróbne dýchanie (oxidácia), je v podstate proces oxidácie vodíka (palivo) na vodu, ktorá neprebieha priamo, ale sprostredkovane, prostredníctvom enzýmov. Proces biologickej oxidácie nie je jednorázový, ale postupný proces štiepenia substrátu, ktorý podľa zdroja kyslíka môže byť:
A. anaeróbny - bez prístupu kyslíka
B. aeróbny - za prístupu kyslíka

A) ANAERÓBNE DÝCHANIE:
l. Rozklad glukózy - anaeróbna glykolýza
  • V ktorých rastlinných bunkách prebieha anaeróbna glykolýza a prečo?
Vo všetkých aktívnych bunkách.
  • Má anaeróbna glykolýza špecifickú lokalizáciu v bunke?
Nie, je to fylogeneticky veľmi primitávny spôsob získavania E, preto nie je viazaný na špecifickú organelu (v čase, kedˇ sa takto mikroorganizmy živili, bola ešte redukčná atmosféra).
  • Čo je prvým produktom anaeróbneho rozkladu glukózy?
Dve molekuly kyseliny pyrohroznovej.
  • Ktoré látky urýchľujú priebeh týchto zložitých reakcií?
Enzýmy.
l. etapa biologickej oxidácie (stručný schématický zápis)

schematicka reakcia oxidacie
Odbúravanie glukózy až po kyselinu pyrohroznovú je takmer u všetkých organizmov rovnaké.
  • Prečo v prípade AG hovoríme o neúplnej oxidácii substrátu?
Pretože nahromadená E je veľmi malá, podstatná časť je nadˇalej viazaná v nezoxidovanom medziprodukte kyseliny pyrohroznovej.
  • Kde sa ukladá nahromadená E?
Časť do makroergických fosfátových väzieb, väčšia časť je viazaná v kyseline pyrohroznovej, ktorá sa musí ďalej štiepiť, aby sa uvoľnila energia.
Nakoľko tvorba ATP je bezprostredne viazaná so substrátom, hovoríme o substrátovej fosforylácii.
Problémová úloha:
Vysvetlite v čom sa líši substrátová fosforylácia od fotosyntetickej!

  • Akú úlohu zohráva v ďalšom štiepení kyseliny pyrohroznovej kyslík?
Podstatnú, výsledný produkt totiž závisí od toho či je pri ďalšom rozklade prítomný kyslík alebo nie je.
+ O2 aeróbne dýchanie - respirácia
Kyselina pyrohroznová
- O2 pravé kvasenie
2. Kvasenie (pravé, vždy bez prístupu O2)
  • Akú úlohu má v procese kvasenia vodík uvolnený v AG?
Pôsobí ako redukčné činidlo =======> pravé kvasenie je vždy redukčný dej.
  • Ktoré organizmy urýchľujú kvasenie?
Mikroorganizmy, baktérie, kvasinky, plesne, ktoré si tak získavajú energiu pre svoje životné deje.
  • Berúc do úvahy vstupné a výstupné produkty, zapíšte schématicky proces kvasenia!
kyselina pyrohroznová --------> kvasný produkt + CO2
  • Vedeli by ste uviesť príklad zo životnej praxe, kde prebieha proces rozkladu cukru?
  • Od čoho závisí aký bude kvasný produkt?

Od druhu kvasiniek ========>
alkoholové ----------------> etylalkohol
mliečne ----------------> kys. mliečna
citrónové kvasenie --------> kys. citrónová

Napríklad pri alkoholovom kvasení:

schematicka reakcia kvasenia
CH3- CH2 - OH     etanol (etylalkohol) a v ňom viazaná E
2. etapa biologickej oxidácie:
Dôležitý článok v ďalšom odbúravaní kyseliny pyrohroznovej dekarboxyláciou, odštiepením CO2 je aktivovaná kyselina octová, čiže acetyl-Co-A, ako medziprodukt octového kvasenia:

schematicka reakcia kvasenia
  • Aký praktický význam má kvasenie?
Liehovarnícky, pivovarnícky, droždiarenský, mliekárenský a textilný priemysel.
Problémová úloha:
Vymenujte aspoň dva produkty vyrobené na báze kvasenia v menovaných priemyselých odvetviach!
- pivo, víno, jogurt, ocot, kyselina citrónová, maslo, syry, juty, ľan, konope a pod.

  • Čo bude konečný produkt a aký energetický efekt anaeróbnej glykolýzy?
kyselina pyrohroznová
glykolýza
98 % 2ATP
2 %
CO2
kvasenie kvasný produkt
energia
nezoxidovaný
substrát - sacharid
Uvoľní sa málo energie (2 ATP), zvyšok zostáva viazaný v nezoxidovaných medziproduktoch (neúplná oxidácia).

IV. Upevnenie a zhrnutie učiva
- formou otázok, využitím obrazu tabule, napr.:
  1. Aká energia je nevyhnutná pre život zelených rastlín:
    1. tepelná
    2. svetelná
    3. chemická
    Svoju odpoveď zdôvodnite!
  2. Uveďte a zdôvodnite, v ktorom fyziologickom procese vzniká ATP:
    1. fotosyntézou
    2. respiráciou
    3. fotorespiráciou
  3. Ktorými procesmi môže bunka uvolňovať E:
    1. anaeróbnou glykolýzou
    2. bunkovou oxidáciou
    3. fotosyntézou
    4. substrátovou fosforyláciou

OBRAZ TABULE
Téma: Dýchanie - anaeróbna glykolýza a kvasenie
ASIMILÁCIA
neústrojné látky< =========>ústrojné + O2
DISIMILÁCIA
slnečná E ----------> E chemických väzieb
ústrojné látky - asimiláty: energetická zásoba bunky
Disimilácia - širší pojem rozkladu vysokomolekulových látok na nízkomolekulové, odbúravaním atómov uhlíka za súčasného uvolňovania energie.
Dýchanie - užšie chápanie rozkladu organických látok, spojené s príjímaním kyslíka a výdajom oxidu uhličitého, sprostredkované enzýmami ========> biologická oxidácia.
Biologická oxidácia:

a) bez prístupu kyslíka (neúplná oxidácia)
 - anaeróbne dýchanie
 - nemá špecifickú lokalizáciu v bunke
b) za prístupu kyslíka (úplná oxidácia)
 - v mitochondriách
A) Anaeróbne dýchanie:
l. Rozklad glukózy - anaeróbna glykolýza
l. etapa biologickej oxidácie:

schematicka reakcia oxidacie
2. Pravé kvasenie (bez prístupu O2)
všeobecná schéma:
kyselina pyrohroznová -----------> kvasný produkt + CO2
2. etapa biologickej oxidácie:

schematicka reakcia kvasenia
Konečné produkty anaeróbneho dýchania a energetický efekt:
98 % - nezoxidovaný substrát =======> neúplná oxidácia
2 % - glykolýza - kyselina pyrohroznová
- 2 ATP
- kvasenie - CO2
- kvasný produkt
- energia

V. Zadanie domácej úlohy
- osvojenie učiva a vyriešenie nasledovných problémových úloh:

  1. Kvasinky spôsobujú pomocou svojich enzýmov aj alkoholové kvasenie. Vysvetlite dva príklady, pri výrobe ktorých produktov sa využíva toto kvasenie!
  2. Na vykysnutie cesta používame kvasinky. Vysvetlite, prečo cesto nevykysne, kedˇrozmiešame kvasinky v horúcej vode?
  3. Uveďte, ktorá z nasledovných možností je konečným produktom anaeróbnej glykolýzy:
    1. kyselina mliečna
    2. kyselina maslová
    3. kyselina pyrohroznová
    4. kyselina citrónová
  4. Je rozdiel medzi biologickou oxidáciou a disimiláciou? Vysvetlite!
  5. Uveďte príklad zo životnej praxe, kde prebieha spontánne proces rozkladu cukru!
  6. Kaktusy sú sukulentné rastliny, ktoré dlho vydržia bez vody. Ako vysvetlíte tento jav?

Učebné úlohy:

  1. Prečo je dýchanie základnou vlastnosťou životných prejavov živých organizmov?
  2. Vysvetlite základný princíp disimilácie!
  3. Príslušné charakteristiky prisúďte procesu asimilácie alebo disimilácie! (A, D)
    1. stavebná látková premena
    2. rozkladná látková premena
    3. exotermická reakcia
    4. endotermická reakcia
  4. Ako sa využíva E chemických väzieb, ktorá je výsledkom transformácie slnečnej energie?
  5. Ako sa volá proces, ktorý využíva E chemických väzieb na všetky životné deje?
  6. Ako sa nazýva proces, ktorým využívajú túto energiu rastliny?
  7. Ktoré skupiny organizmov nemajú vyvinutý vlastný energetický mechanizmus?
  8. Pri rozklade cukru za neprítomnosti kyslíka vzniká kyselina pyrohroznová a uvolňuje sa E. Zdôvodnite, kde sa ukladá uvolnená energia?
  9. Čo je základnou podmienkou dýchania? Vysvetlite!
  10. Ktoré z nasledovných organizmov môžu uvolňovať E anaeróbnou glykolýzou?
    1. prokaryotické
    2. eukaryotické
    3. živočíšne
    4. rastlinné
  11. Prečo anaeróbnu glykolýzu (AG) nazývame neúplná oxidácia?
  12. Aký je energetický efekt AG?
  13. Prečo nie je anaeróbna glykolýza viazaná na špecifické bunkové organely?
  14. Vymenujte dve etapy biologickej oxidácie sacharidov a popíšte ich priebeh!


paticka
© 1999-2004 Projekt INFOVEK
Posledná zmena: