Ферменттерді химияда өнеркәсіпте және медецинада пайдалану

Мұғалімнің аты-жөні:

Калметова Гульбагира Койлыбаевна

Пән/Сынып:

Биология, 11 сынып

Қай аптаның нешінші сабағы

6 апта

Тарау немесе бөлім атауы:

Биотехнология

Сабақтың тақырыбы:

Ферменттерді химияда, өнеркәсіпте және медицинада пайдалану

Оқу мақсаты:

11.4.3.6 – ферменттерді химияда, өнеркәсіпте және медицинада пайдалану мүмкіндігін талқылау.

Бағалау критериі:

• "Фермент" терминінің анықтамасын біледі;

• Ферменттердің өндірісте қолданылуын сипаттайды;

• Ферменттерді қолданудың артықшылықтары мен кемшіліктерін анықтайды;

• Ферменттің иммобилизация процесін және оның артықшылықтарын сипаттайды.

Саралап оқыту тапсырмалары

Ұжымдық жұмыс

Жаңа тақырыптың түсіндірілуі

Бірлескен жұмыс (1,2 тапсырма)

Тапсырманы ұсыну және дұрыс жауапты ұсыну арқылы үйрету

Жеке жұмыс

Тапсырманы ұсыну, оқушылар өз бетімен орындауы

Уақыты

Кезеңдері

Тапсырма

Тапсырманың мақсаты

Мұғалімнің бақылауы мен зерттеуі не?

Бағалау

Ресурстар

3 минут

Ұйымдастыру

Сәлемдесу.

Сабақтың тақырыбы:

Ферменттерді химияда, өнеркәсіпте және медицинада пайдалану

Сабақ мақсаттары:

• "Фермент" терминінің анықтамасын білу;

• Ферменттердің өндірісте қолданылуын сипаттау;

• Ферменттерді қолданудың артықшылықтары мен кемшіліктерін анықтау;

• Ферменттің иммобилизация процесін және оның артықшылықтарын сипаттау.

Тақырыпқа жетелеу.

Оқушылардың зейінін жаңа сабаққа шоғырландырады.

Презентация

Жаңа сабақ

Ферменттің анықтамасы қандай?

Ферменттер (лат. fermentum - «ашу») барлық тірі организмдер құрамына кіретін арнайы ақуыздар. Химиялық реакцияларды жеделдетеді. Биологиялық катализатор.

XX ғасыр басында ашыту және микробиологиялық өнеркәсіп белсенді дамыды. Осы жылдары ашытқылардан алынған антибиотиктерді, тамақ концентраттарын өндіруді жолға қоюға, өсімдіктекті және жануартекті өнімдердің ферментациясын бақылауға алғашқы қадамдар жасалды.

Сол кезден бастап ферменттер өнеркәсіптік өндірісте сәтті қолданылуда. Қазіргі кезде тамақ өнеркәсібінің ірімшік жасау және ашымалы сүт өнімдерін, алкогольді өнімдер (бірінші кезекте шарап жасау және сыра қайнату) өндіру сияқты дәстүрлі бағыттары ферменттерсіз жүзеге асырылмайды. Сонымен, ферменттер ерте кезден бастап сыра қайнату, мал азығын сүрлеу, былғары өндірісінде және т.б. қолданылды. Бірақ қазір ферменттер салыстырмалы түрде жаңа ұн өнеркәсібі, шырын жасау, кір жуғыш ұнтақтар шығару, фармакология, өсімдік шикізаттарын өңдеудің алуан түрлері сияқты және т.б. салаларда қолданыла бастады.

Неліктен ферменттер өнеркәсіпте қолданылады?

• Реакциялар төмен температура мен қысым кезінде жүріп, энергия мен ақшаны үнемдеуге мүмкіндік береді;

• Олар биологиялық ыдырауға ұшырайды, сондықтан қоршаған ортаны ластамайды;

• Олар тек белгілі бір реакцияны катализдейтіндігімен ерекшеленеді.

Биологиялық жуғыш ұнтақтар

• Дақтарды кетіру үшін ферменттердің күшін қолданады.

• Биологиялық емес жуу ұнтақтарында дақтарды кетіруге арналған жуғыш заттар, сондай-ақ биологиялық жуғыш заттар бар, бірақ олардың құрамында реакцияны катализдейтін ферменттер бар.

• РН 7 кезінде тиімді және жылдам жұмыс істеуге мүмкіндік береді;

• Кейде ферменттер сіздің киіміңізге "жабысып" қалуы мүмкін, бұл кейбір аллергиялық реакцияларды тудыруы мүмкін.

Ферменттерді өнеркәсіпте пайдаланудың артықшылықтары мен кемшіліктері. Ферменттерде классикалық химиялық катализаторлармен салыстырғанда артықшылықтары да, кемшіліктері де бар. Ферменттер нәруыздар екені белгілі. Демек, олар бұзылады – қолайсыз факторлар әсерінен денатурацияланады. Жоғары температура, күшті сілтілер немесе қышқылдар, оттектің жоғары мөлшері, тіпті жағымсыз факторлар қатысынсыз ұзақ уақыт сақталғанда «тозуы» мүмкін. Бұл – ферменттер жоғары температура, өте қышқыл немесе сілтілік орта, жоғары қысым және т.б. байланысты реакцияларда қолданылмайды дегенді білдіреді. Сонымен қатар, мысалы, платина сияқты катализаторлар жоғарыда аталған жағдайларға төзімді, өте жақсы катализдік белсенділік көрсетеді және тозбайды.

Екінші кері жағдай – ферменттер өндірісі көбінесе бейорганикалық катализаторлардан арзан болмайды және нәруызды қатаң белгілі бір аминқышқылды ретпен синтездеу керек. Бар-жоғы тек 1 аминқышқыл ретін өзгерту ферментті катализдік белсенділіктен айыруы мүмкін. Сондықтан олардың өндірісі өте күрделі және мұқияттылықты талап етеді.

Ферменттерді өнеркәсіптік ауқымда қолдануды тиімсіз ететін үшінші және ең маңызды жағдай – реакциядан кейін фермент молекуласын субстраттан бөлу өте қиын. Бірақ бұл проблема шешімін сәтті тапты. Ферментті және олардың химиялық немесе физикалық қосылыстарын қандай да бір негізге (полимерлік немесе гельді бет, металл өзектер және т.б.) енгізу арқылы иммобилизациялық ферменттер жасалды. Мұндай фермент ерімейді және реакция өнімдерімен араласпайды, үдеріс аяқталған соң оңай алынады әрі жақсы сақталады.

Ферменттердің артықшылықтары да өте көп: 1) тиімділігі жоғары (бейорганикалық катализаторлардан көбінесе жүз және мың еседей артық); 2) ерекшелігі жоғары – ферменттер әдетте тек бір реакцияны катализдейді және сәйкесінше басқа химиялық үдерістерге «араласа алмайды» және оларды бұзбайды. Олар, мысалы, күкірт қышқылы сияқты «химиялық белсенді емес». Сондықтан ферменттер едәуір қауіпсіз, оңай тасымалданады және сақталады.

Жаңа тақырыпты меңгеру.

Тақырып бойынша оқушылардың алдыңғы білімін

Сұрақтарға дұрыс жауап береді.

Презентация

Ферменттерді медицина саласында пайдалануы.

Гендік инженерияда адам білімінің жаңа саласы ретінде ферменттер жұмысы қолданылады. Мақсатқа сай генетикалық материалдың in vitro (сынауықта) жаңа үйлесімін жасауға байланысты барлық үдерістер де тірі жасушадағы барлық басқа тіршілік әрекетінің үдерістері сияқты ферменттер арқылы бақыланады. Молекулярлық-генетикалық зерттеулер кезінде бактерия жасушасында ДНҚ молекуласын қатаң белгілі бір бөліктерде фрагменттерге «кесуге» қабілетті рестриктаза-ферменттер болатыны анықталған. Сонымен қатар ДНҚ фрагменттерін қосатын («тігетін») лигаза-ферменттер де болады. Зерттеу қорытындысында прокариот жасушаларында да, эукариот жасушаларында да тұқымқуалаушылық ақпараттың өзін-өзі көшіру және жүзеге асыру үдерісін бақылайтын барлық ферменттер біртіндеп сәйкестендірілді.

Гендік инженерия негізіне іргелі төрт жаңалық алынды:

1. ДНҚ-ны «кесетін» ферменттер – эндонуклеаз бен экзонуклеаз немесе рестриктазаның ашылуы.

2. ДНҚ-ны «тігетін» ферменттер – лигазаның ашылуы.

3. ДНҚ және РНҚ синтезін жүзеге асыратын жасуша ферменттері – полимеразаның ашылуы. Репликация ферменттері: ДНҚ-тәуелді ДНҚ-полимераза. Транскрипция ферменттері: ДНҚ-тәуелді РНҚ-полимераза немесе транскриптаза. РНҚ матрицасы бойынша ДНҚ синтезін катализдеуге қабілетті құрамында РНҚ бар вирус ферменттері – РНҚ-тәуелді ДНҚ-полимераза немесе олардың едәуір қарапайым атауы – кері транскриптаза басқа ферменттерден кейіндеу анықталды. Бұл жерде тек негізгі ферменттер аталды. Шын мәнінде, жасушада тұқымқуалаушылықты жүзеге асыру үшін едәуір көп ферменттер қажет.

4. Бөтен геном фрагментінің басқа жасушаға орналасуын жүзеге асыруға қабілетті «вектор» – ДНҚ-ның кішкентай фрагменттерінің ашылуы және зерттелуі.

Соңғы жаңалық ферменттердің ашылуымен және зерттелуімен тікелей байланысты болмаса да, жоғарыда үш пунктте аталған ферменттерсіз адамзатта ДНҚ-мен манипуляция, «будан» молекулаларды жасау және оларды жасушаға енгізу мүмкіндігі болмайтын еді.

Бекіту:

Фермент дегеніміз не?

Биологиялық кір жуғыш ұнтақтардағы ферменттер: кестені толтырыңыз.

Ферменттерді өнеркәсіпте пайдаланудың кемшіліктерін атаңыз.

Ферменттерді өнеркәсіпте пайдаланудың артықшылықтарын атаңыз.

Тақырыпты бекіту

Оқушылардың жаңа тақырып бойынша меңгергенін анықтау

Сұрақтарға дұрыс жауап береді.