Prezentace v biochemii - Krebsův cyklus

Příklad dobré praxe; téma: Odborné vzdělávání

Autor: Ing. Bc. Marcela Sukovitá

Škola: VOŠ, SOŠ a SOU Bzenec, nám. Svobody 318, Bzenec 696 81

 

Klíčová slova

Biochemie, Krebsův cyklus, glyoxylátový cyklus, dýchací řetězec

 

Stručná anotace

Prezentace se týká dynamické části biochemie, která je součástí předmětu chemie potravin a biochemie v oboru vzdělání Analýza potravin.

 

Kontext

Prezentaci používám při frontální výuce ve 4. ročníku oboru Analýza potravin po probrání metabolismu bílkovin, lipidů a sacharidů. Používám ji již 8 let a příprava mi trvala 5 hodin plus postupné upravování a vylepšování v průběhu let.

 

Cíle

Snímek číslo 3 je volen tak, aby se docílilo pohledu vždy na určitou část cyklu (některé sloučeniny se objeví pouze po kliknutí myší, některé části nabíhají automaticky). Žáci pomocí schématu objasní průběh a význam citrátového cyklu a další návaznosti na něj.

 

Realizace

Prezentaci používám při frontální výuce, kdy se v jedné vyučovací hodině snažím žákům s pomocí prezentace přibližně 20-25 minut vysvětlit, co a jak probíhá.

Nejdříve se naváže na učivo z předcházejících hodin, kdy při metabolismech lipidů, sacharidů a bílkovin vzniká  acetylkoenzym A. Pro přehlednost názorné schéma (Obr. č.1):

 

OBRÁZEK č. 1

 

Obr. č. 1

Po uvedení do souvislosti zaměření na Krebsův cyklus = cyklus kyseliny citronové = citrátový cyklus, který spolu s dýchacím řetězcem slouží ke konečnému odbourání živin, oba probíhají v mitochondriích.

Krebsův cyklus je, jak již název napovídá, cyklický proces, ve kterém se acetyl-CoA slučuje se čtyřuhlíkatou sloučeninou oxalacetátem za vzniku citrátu. Ten se přes 7 reakčních stupňů mění na výchozí čtyřuhlíkatou sloučeninu, která byla do počátku reakce vnesena jako akceptor acetyl -CoA.

 

Při použití přiložené prezentace v PowerPointu jsem schopna docílit na snímku číslo 3 toho, že se žáci zaměřují pouze na tu část, o které zrovna mluvím, žáci vidí pouze určité reakce a sloučeniny. Viz celkově následné schéma (Obr. č. 2).

 

OBRÁZEK č. 2

 

Obr. č. 2

Při každém oběhu vstupuje do cyklu jedna molekula acetyl-CoA, uvolňují se 2 molekuly CO2 a vzniká 1 molekula ATP. Současně jsou odštěpeny čtyři dvojice atomů vodíku, které jsou prostřednictvím redukovaných koenzymů (3 NADH+H+ a 1 FADH2) transportovány do dýchacího řetězce. Zde se oxidují na vodu za uvolnění velkého množství energie, která se ukládá do makroergických vazeb ATP.

 

Přímý energetický zisk je 1 mol ATP. Krebsův cyklus ale probíhá pouze ve spojení s dýchacím řetězcem Þ celkem 12 ATP.

Odbouráním každého acetylového zbytku může aerobní organismus uvolnit energii odpovídající 12 ATP.

 

Podrobnější přehled jednotlivých reakcí:

 

Reakce

Typ reakce

Kofaktor enzymu

C2 + C4 ® C6

 

 

acetyl-CoA + oxalacetát + H2O ® citrát + CoA + H+

kondenzace

CoA

C6 « C6

 

 

citrát « isocitrát

isomerace

Fe2+

C6 ® C5 + CO2

oxidace

 

isocitrát + NAD+ « 2-oxoglutarát + CO2 + (NADH+H+)

dekarboxylace

NAD+

C5 ® C4 + CO2

oxidace

TPP, a-lipoát

2oxoglutarát + NAD+ + CoA « sukcinyl-CoA + CO2 + (NADH+H+)

dekarboxylace

CoA,FAD,

NAD+

reakce na úrovni C4

 

 

sukcinyl-CoA + GDP + Pi + H2O « sukcinát + GTP + CoA

substrátová fosforylace

CoA

sukcinát + FAD « fumarát + FADH2

oxidace

FAD

fumarát + H2O « L- malát

hydratace

-

L- malát + NAD+ « oxalacetát + (NADH+H+)

oxidace

NAD+

 

Variantou Krebsova cyklu je glyoxylátový cyklus (spíše u mikroorganismů). První dvě reakce jsou stejné, tedy po vznik isocitrátu, jako u Krebsova cyklu. Isocitrát je štěpen na glyoxylát  O=CH-COO a sukcinát, který je použit na biosyntézu sacharidů. Glyoxylát pokračuje v cyklus a kondenzuje s 2. molekulou acetyl-CoA a vzniká malát, který se dále přeměňuje na oxalacetát a tím se cyklus uzavře.

 

Rostlinné i živočišné buňky získávají rozhodující množství energie oxidací vodíku, ke které dochází v tzv. dýchacím řetězci. Substrátem není volný vodík, ale vodík vázaný ve formě NADH+H+, případně FADH2. Konečným produktem reakce je voda, oxidačním činidlem kyslík. Celkově lze reakci vyjádřit rovnicí:

 

NADH+H+ + ½ O2 + 3ADP +3 Pi                NAD+ + 3ATP + H2O

 

Dýchací řetězec je tvořen několika redoxními systémy, které jsou seřazeny kaskádovitě, podle hodnot redoxních potenciálů (viz. následující schéma). Nejnegativnější redoxní potenciál má systém NAD+/NADH+H+. Redukované koenzymy vstupující do dýchacího řetězce tedy nereagují s kyslíkem přímo, ale přes několik meziproduktů. Díky tomu se celková energie, kterou můžeme oxidací získat, neuvolňuje najednou, ale po částech (Obr. č. 3).

Energie uvolněná v jednotlivých fázích dýchacího řetězce je využita na tvorbu ATP v procesu zvaném oxidační fosforylace. Nejvíce energie, tj. 3ATP poskytne oxidace vodíku, který je do dýchacího řetězce vnesen ve formě NADH+H+. Oxidací FADH2 lze získat o jednu molekulu ATP méně.

 

OBRÁZEK - SCHÉMA

 

Výsledky

Prezentace v PowerPointu se mi velmi osvědčila, v průběhu výkladu ukazuji pouze to, co mám přesně na mysli – při vysvětlování mechanismu Krebsova cyklu – snímek číslo 3. Odpadlo to, že se žáci přestávají orientovat v celém schématu. Samozřejmě jsem schéma zjednodušila, protože si myslím, že pro potřeby SŠ je to dostatečné. Snímky 1 a 3 jsem vytvořila sama. Na snímcích číslo 6, 7, 8,10 jsem přiložila schémata stažená z internetu. (Bohužel cituji pouze zdroj u snímku č. 10, schémata na snímcích 6,7,8 mám už stažené 7 let a bohužel zdroje jsem nechtě v průběhu let smazala.)

Ve většině tříd je potřeba projít prezentaci a vysvětlit učivo 2 hodiny po sobě. Poté je většina žáků schopna sama vysvětlit průběh Krebsova cyklu podle schématu.

 

Nutné pomůcky a prostředky

Technické vybavení třídy, aby se prezentace mohla spustit. Kopírka na zkopírování a poskytnutí schémat žákům.

 

Použitá literatura a zdroje

Vodrážka, Z.: Biochemie pro studenty středních škol a všechny, které láká tajemství živé přírody. Praha: Scientia, 1998, ISBN 80-71863-083-6

Obr.č.3 -http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Mitochondrial_electron_transport_chain%E2%80%94Etc4.svg#filelinks