Что наша жизнь… Мастер-класс «Зависимость скорости химических реакций от катализаторов»

​Цель: показать зависимость скорости реакций от катализаторов; показать влияние ферментов на жизненные процессы, происходящие в живых организмах.

Задачи: используя работу в группах, работу с текстом, обмен информацией, метод наблюдения, средствами предмета химии формировать социальные, коммуникативные, исследовательские навыки. – Что, по-вашему, есть жизнь человека?- А как вы думаете, как бы закончил это предложение химик? (А как думаете вы? А какое мнение у вас? Может быть, вы возражаете? А вы согласны?) – Существует предположение, что жизнь – это множество самых разных химических реакций. – Чему равна скорость химических реакций? А если есть связь между скоростью химических реакций и скоростью жизни, то как, по вашему мнению, измерить скорость жизни? Как измерить жизнь? Может быть, так:V =  C /  tСкорость жизни = скорость химических реакцийVita = скорость химических реакций.- Может быть, мы только что вывели формулу скорости жизни…- Давайте вспомним, а от чего зависит скорость химических реакций? (Температура, концентрация вещества, природа вещества, площадь соприкосновения, давление, катализаторы.) – Давайте посмотрим, как влияют катализаторы на скорость реакций. Опыт: а) 2H2O2 + MnO2 (кат.) =2H2O + O2 А как обнаружить выделяющийся кислород? (С помощью тлеющей лучины.) б) NH3 + O2 + Cr2O3 (кат.)  NO + H2O; в) 2H2O2 + [Cu(NH3)4]SO4 (кат.) =2 H2O + O2- Как вы думаете, а от чего зависит скорость химических реакций в организме человека? (от температуры, концентрации вещества, катализаторов).- А что является катализатором в организме человека? (ферменты). Ферменты – это катализаторы. Они обладают высокоизбирательным действием. Хорошим примером фермента, обладающего очень высокой специфичностью, является уреаза, катализирующая гидролиз мочевины и способствующая распаду вещества на углекислый газ и аммиак, или глюкозооксидаза, которая специфически окисляет Д-глюкозу с образованием глюконовой кислоты.Ферменты чувствительны к кислотности среды: большинство из них действуют в определенном интервале рН и становятся неактивными в более кислой или более щелочной среде. Многие ферменты активны при нейтральной реакции среды, то есть при значениях рН, близких к физиологическим (7,0). В кислой и щелочной среде их активность снижается. Но есть ферменты, активные при низких рН, например, пепсин – фермент желудочного сока, активен при рН=2, а также трипсин, наиболее активный при щелочных значениях рН (8,0).Ферменты чувствительны к температуре: многие ферменты лучше работают при температуре тела, большинство разрушаются при 60-70 0С и в связи с этим утрачивают активность.Химия – наука экспериментальная, поэтому предлагаю вам подтвердить все сказанное экспериментом.Исследуем работу ферментов и их влияние на скорость течения жизни.Ферменты обладают специфическим действием потому, что они имеют строго определенную пространственную структуру, которая полностью соответствует структуре субстрата, то есть молекулы, которая участвует в реакции.Это еще один пример молекулярного узнавания. Ученые часто используют аналогию с парой «ключ – замок».Фермент – это «замок», а субстрат – «ключ».Может быть много разных ключей, некоторые можно вставить в замок, но сработает только один.На поверхности фермента есть углубление, щель, которая образовалась при укладке боковой цепи. Эта щель по своей форме как бы вырезана специально для того, чтобы молекула субстрата точно вошла в нее. Внутри щели находятся химически активные группы – некоторые боковые цепи аминокислотных остатков, которые связывают субстрат и, возможно, вступают в реакцию с ним.Эта область называется активным центром фермента.Связь между молекулой субстрата и активным центром должна быть достаточно слабой, чтобы продукт легко мог покинуть активный центр после завершения реакции.После завершения реакции молекула продукта покидает фермент, и тот может начинать новый цикл взаимодействия с другой молекулой субстрата.- Допишите схему ферментативного катализа:Ф + С  …  ФП  Ф + …Конечно, в действительности процесс протекает сложнее. Чаще форма молекулы субстрата не точно соответствует форме щели активного центра фермента и должна измениться, чтобы субстрат мог попасть в активный центр.По-видимому, чтобы реакция произошла, и субстрат, и активный центр должны несколько деформироваться.Желчь эмульгирует (разбивает на мелкие капли) жиры, а затем панкреатический сок (сок поджелудочной железы) расщепляет жиры до глицерина и жирных кислот.В химический стакан налить 5 мл растительного масла или другого жира и добавлять по каплям желчь, затем наблюдать процесс эмульгирования жира.Пероксид водорода образуется как продукт метаболизма во многих организмах. Он токсичен и должен быть быстро удален из клеток. Фермент печени каталаза ускоряет разложение пероксида водорода на воду и кислород.На кусочке печени сделать небольшой надрез. Несколько капель пероксида водорода нанести на кусочек печени, затем наблюдать выделение кислорода.2 Н2О2 (водн.)  2Н2О + О2 (газ)Приготовьте раствор дрожжей. Для этого в стакан насыпьте 2 г сухих дрожжей и добавьте 10 мл теплой воды. Смесь перемешайте.В три пробирки налейте приготовленную смесь: в первую пробирку – 1 мл смеси и добавьте 1 мл воды; во вторую – 1 мл смеси и добавьте 2 мл воды; в третью пробирку налейте 1 мл смеси. Во все три пробирки добавьте по 3-5 капель раствора пероксида водорода. Что наблюдаете? Сделайте вывод.В три пробирки налейте по 1 мл раствора пероксида водорода. Во вторую пробирку добавьте 1 мл воды, в третью – 2 мл воды. Во все пробирки добавляйте по 3-5 капель дрожжей. Что наблюдаете? Сделайте вывод.Вы только что сформулировали постулат нобелевского лауреата, академика Ивана Петровича Павлова: «Ферменты есть первый акт жизненной деятельности. Все химические процессы направляются в теле именно этими веществами, они есть возбудители всех химических превращений. Все эти вещества играют огромную роль, они обуславливают собою те процессы, благодаря которым проявляется жизнь, они и есть в полном смысле возбудители жизни».Сегодня мы с вами говорили о скорости химических процессов и их зависимости от работы биологических катализаторов. Исследуя графики зависимости скорости реакции от концентрации субстрата и фермента, можно заключить, что самым главным в жизни является здоровье, которое связано со скоростью химических процессов, протекающих в организме. За скорость протекания этих процессов отвечают ферменты. Работу ферменты осуществляют при строго определенных условиях, и если эти условия нарушены, то скорость реакций изменяется, нарушается скорость жизни.Так видят жизнь химики.А так – поэты (Юлия Друнина):Как седина в кудрях,В листве осеннейУже мелькает золото -Не зря.В стогах,В разбросанном покуда сене – Щемящие приметы сентября.И каркают вороны оголтелоО том, что скороУлетят стрижи…Как незаметноЛето пролетело,Как незаметноПромелькнула жизнь!Татьяна ХАСЯНОВА, учитель химии школы №1388