Didaktika biochemie (a organické chemie)
Katedra učitelství a didaktiky chemie, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze
Vyučující: RNDr. Milada Teplá, Ph.D.; RNDr. Ing. Petr Distler, Ph.D. et Ph.D.
Vzdělávací obor: Chemie
Tematický okruh učiva: Vitaminy
Zařazení: 3. - 4. ročník střední školy či gymnázia
Časová dotace: 2 vyučovací hodiny
Očekávaný výstup (dle RVP): Žák objasní strukturu a funkci sloučenin nezbytných pro důležité chemické procesy probíhající v organismech.
Cíl výuky: Žák dokáže rozpoznat, které látky řadíme mezi vitaminy, dokáže určit, které z nich jsou rozpustné ve vodě a které v tucích. Žák umí uvést jednotlivé příklady vitaminů, kde se vyskytují a jaký mají vliv na zdraví člověka.
Předešlé učivo: Učitel navazuje na téma ENZYMY, zopakuje termíny jako enzym, kofaktor, koenzym, prostetická skupina
Nově vytvářené pojmy: Vitaminy, avitaminóza, hypovitaminóza, hypervitaminóza
Vyučovací metody a didaktické materiály: slovní výklad, aktivizující otázky, pracovní list, video, kvíz, práce ve skupinách, práce s textem, didaktická hra
Průběh hodin:
Délka |
Aktivita |
Poznámky |
2 min |
Úvod, zápis docházky atd. |
|
8 min |
Motivace – práce s textem |
https://padlet.com/mauleovl/9cs6x4cjbhjt1fgk |
5 min |
Kahoot |
http://kahoot.it |
15 min |
Prezentace – výklad s prezentací |
snímky 1 - 8 |
10 min |
Kahoot |
http://kahoot.it |
5 min |
Reflexe, dotazy a odpovědi, představení tématu příští hodiny (jednotlivé vitaminy a jejich účinky na lidské zdraví) |
https://www.rehabilitace.info/vyziva-a-jidlo/potravinova-pyramida-tahak-pro-zdrave-stravovani/ |
Délka |
Aktivita |
Poznámky |
2 min |
Úvod, zápis docházky atd. |
|
3 min |
Motivace – práce ve skupinách – spojování Lze modifikovat jako přiřazování k názvu vitamínu, samostatně/ve dvojicích/ve skupince… |
materiál přiložen před prací ve skupině ujasníme pravidla, poradíme strategie
|
20 min |
Prezentace – výklad s prezentací |
snímky 9 – 19 |
5 min |
Souhrný opakovací Pracovní list |
V samostatném souboru |
5 min |
Reflexe, dotazy a odpovědi. |
Očekávaná témata např. vstřebávání vitaminů přijmutých různou formou atd. |
do konce hodiny |
Didaktická hra: Scribbl Banka pojmů: |
http://scribbl.io/ |
Kartičky pro skupinovou práci – ve třídě je třeba vytisknout a nastříhat. Online se aktivita neprovádí.
Kyselina listová (vitamin B9) |
…je velice důležitý vitamin pro buněčné opravy, tvorbu DNA a produkci červených krvinek. Z těchto důvodů se jeho užívání doporučuje alespoň měsíc před plánovaným těhotenstvím a v průběhu něj. Jeho deficit může způsobit poruchy růstu a vývoje plodu, zhoršení krvetvorby, výkyvy nálad, slabost a bledost. |
Kyselina pantotenová |
… je nutný k přeměně sacharidů a tuků a získávání energie z přijaté potravy. Působením na nadledviny ovlivňuje tvorbu hormonů nezbytných pro správný růst, vývoj a sekundárně i reprodukci. Jeho snížená hladina v těle způsobuje únavu, svalovou slabost, nespavost, ztrátu chuti k jídlu a podrážděnost. |
Nedostatek vitaminu A |
…způsobuje přecitlivělost na světlo, zhoršené vidění za tmy a šera (šeroslepost), „suché oči“, zánět spojivek, ztráta chuti, poruchy trávicího traktu, ospalost, špatná koncentrace, postižení jater, suchá, šupinovatá kůže, akné, nelesklé vlasy, vypadávání vlasů, lámající se nehty, zvýšená náchylnost k infekcím, hlavně k nachlazením |
Nedostatek vitaminu D |
…se může vyskytnout pouze při stravě mimořádně chudé na tuky nebo při nemocech jater a žlučníku, kdy jsou tuky takřka nerozložitelné a tělem nezpracovatelné. Daleko častějším důvodem pro vznik nedostatku je ovšem nedostatek ultrafialového světla. Denně stačí pobýt na slunci zhruba 10 minut, přesto se často stává, že velice zaměstnaní lidé si především v zimě tolik času nenajdou. U starších lidí dochází k zpomalování tvorby nového vitamínu, proto je velice důležité, aby pobyli denně nejméně 30 minut na denním světle (při procházce). |
V této fázi se jedná o výklad nového učiva, žáci si mohou dělat vlastní poznámky nebo pouze poslouchat, každý, jak mu vyhovuje, prezentaci dostanou k dispozici (proto je v ní možná více textu, slouží jako studijní materiál)
Opakování předešlého učiva, opěrné pojmy – viz snímek č. 2
Žák dokáže definovat pojmy jako enzym, apoenzym, kofaktor, koenzym a prostetická skupina. Umí vysvětlit rozdíl mezi koenzymem a prostetickou skupinou.
Enzymy jsou látky, které katalyzují chemické reakce, tedy napomáhají vést reakci správným směrem (pojem katalyzátor). Enzymy mohou katalyzovat reakce pouze ve spojení s dalšími molekulami, zvanými kofaktory. Kofaktory můžeme rozdělit do dvou skupin, a to na koenzymy a prostetické skupiny. Prostetická skupina je se svým proteinem (apoenzymem) spojena stále, často kovalentní vazbou. Naproti tomu koenzymy jsou spojeny pouze na přechodnou dobu a to vazbou vodíkových můstků. Koenzymy jsou většinou molekuly, které svou strukturou odpovídají vitaminům nebo jejich derivátům.
Vysvětlení pojmu, obecné poznatky – viz snímek č. 3
VITAMINY – představují různorodou skupinu organických látek, které jsou nepostradatelné pro život, lidský organismus není schopen si tyto látky připravit, do organismu je dodáváme potravou, ze stravy je můžeme získat přirozeně nebo ve formě potravinových doplňků. Chemicky se jedná o katalyzátory mnoha reakcí, které probíhají v organismech, tedy umožňují vést chemickou reakci správně (urychlují, vedou jiným mechanismem apod.), ale sami se během reakce nemění. Málokdy je vitamin jedna určitá látka. Většinou se jedná o celou skupinu substancí, které si jsou podobné svou chemickou strukturou a v našem těle mají
srovnatelný účinek.
Struktura vitaminu – viz snímek č. 4
Vitamíny obecně dělíme na lipofilní (hydrofobní, rozpustné v tucích) a na hydrofilní (rozpustné ve vodě). Struktura hydrofobních vitamínů je charakteristická dlouhými hydrofobními řetězci a přítomností nepolárních, nebo minimálně polárních skupin, jsou to například chininové skupiny anebo maximálně jedna hydroxy skupina. Jejich počet je však v porovnání s velikostí vitamínu malý.
Hydrofilní vitamíny tvoří zbytek vitamínů. Ty jsou charakteristické tím, že ve své struktuře obsahují značné množství polárních vazeb a tedy i polárních skupin, které jim umožňují rozpouštět se ve vodě.
Pozn. Rozdělením vitaminů se budeme zabývat ještě dále v prezentaci, zde je pouze ukázka rozdílné struktury vitaminů rozpustných ve vodě a tucích.
Mechanismus účinku – viz snímek č. 5
Mechanismus účinku není pro všechny vitaminy stejný. Většina vitaminů se podílí na katalyzovaných reakcích, a to tím, že se jako kofaktory stávají součástí molekul enzymů. Jiné vitaminy působí jako antioxidanty, chrání buněčné struktury před oxidací.
Klasifikace vitaminů – viz snímek č. 6 resp. 8
Nejčastější hledisko třídění vitaminů je podle společných fyzikálních vlastností, rozpustnosti v polárním prostředí - ve vodě a v nepolárním prostředí - v tucích. Vitaminy rozpustnými ve vodě rozumíme skupinu vitaminu B a vitamin C. Vitaminy B- komplexu jsou thiamin, riboflavin, niacin, pyridoxin, pantothenová kyselina, biotin, folacin a korinoidy.
V krvi nevyžadují speciální transportní molekuly a při nadbytečném přijmu se vyloučí močí (nehrozí riziko předávkování)
Mezi vitaminy rozpustné v tucích počítáme A, D, E a K. Vesměs se jedná o deriváty isoprenu, v krvi se přenášejí prostřednictvím lipoproteinů. Jejich lipofilní charakter umožňuje jejich skladování v tukové tkáni, kde se mohou při nadbytku kumulovat, což může vést k předávkování. Naopak ale slouží tuková tkáň jako sklad a při jejich nedostatku mohou být uvolňovány.
Na snímku č. 8 je uveden internetový odkaz na video NEZkreslená věda, téma: o přeměně látek, mezi minutami 5:35 – 7:00 je krátká zmínka o vitaminech. Toto video je spíše určeno pro nižší stupeň studia, nicméně na odlehčení výkladu a ucelení nově získaných znalostí, je možné ho zde uvést.
https://www.youtube.com/watch?v=TMnX76SlKDY
Druhá část prezentace
Vitamin A (Retinol) – viz snímek č. 9
Vitamín A se nazývá retinol. Chemicky je diterpen, je derivátem isoprenu.
Zdroj vit. A představují živočišné produkty, zejména rybí tuk, máslo, vejce a játra. K dobrému vstřebávání vit. A je potřeba žluč.
Tělo může vit. A také přeměnit z provitaminu -karotenu, který je přítomen hlavně v mrkvi.
Nedostatek vitaminu A se projeví rohověním tkání a poškozením sliznic, může přivodit až slepotu. Další porucha je šeroslepost tedy porucha vidění za šera, způsobuje zhoršení adaptace oka na tmu.
Nadbytek vitaminu A umí naše tělo potrápit různými způsoby (poškození jater atd.) Ale nadbytek vit. A nehrozí při zvýšené konzumaci beta-karotenu, protože tělo jeho přeměnu umí kontrolovat, jediným následkem je tedy oranžové zabarvení kůže a séra.
Vitamin D (Kalciferol) – viz snímek č. 10
Vitamin D nazývaný kalciferol se vyskytuje v několika formách. V rostlinách je vitamin D2, v živočišných buňkách D3. Jedná se o prohormony, ze kterých v organismu vzniká aktivní forma (kalcitriol).
Vit. D (D3) se do těla dostává v potravě (játra, ryby, vejce, mléko).
Jeho nedostatek v dětství působí nevratné deformity kostry zvané křivice neboli rachitis. V dospělosti pak měknutí kostí. Vitamín D je zodpovědný za zpětnou resorpci iontů, hlavně Ca2+ a P ze střeva, které se na tvorbě kostí podílí.
Nadbytek způsobuje zvracení, průjem, žízeň a může poškodit ledviny.
Vitamin E (Tokoferol) – viz snímek č. 11
Vitamín E (tokoferol) chrání tělo před „oxidačním“ stresem, to znamená před ničením životně důležitých biologických látek - mimo jiné i vitamínů - agresivními molekulami kyslíku. Protože oxidační stres vede v procesu dělení buněk k tvorbě genetických chyb, chrání nás vitamín E i před následky tohoto zhoršení kvality nových buněk: rakovinou a předčasným stárnutím.
Tokoferoly jsou mimo jiné důležitými stavebními díly buněčných membrán, na kterých je závislá harmonická souhra všech tělesných buněk. Chrání před arteriosklerózou (zužováním tepen) a podporují hojení ran a jizev.
Vitamin E se do těla dostává v podobě listové zeleniny, rostlinných olejů, obilnin, vajec, ořechů a fazolí.
K projevům nedostatku vitamínu E může dojít pouze při dlouhodobé netučné stravě (redukční dieta), při poruchách jater nebo při onemocnění pankreatu (slinivky břišní) nebo žlučníku.
Vitamin K (Fylochinon) – viz snímek č. 12
Skupina vitaminů K patří z chemického hlediska k derivátům naftochinonu. Vitamin K přijímá tělo jednat v potravě (listová zelenina, ovesné vločky, játra), ale pokud je příjem z potravy nízký, dokážeme si vitamin K vytvořit v tlustém střevě střevními bakteriemi. Proto se nedostatek vitaminu K téměř nevyskytuje.
Písmeno K je odvozeno od procesu koagulace, tedy od srážení krve, na němž se podílí. Vitamín K se totiž podílí na syntéze koagulačního faktoru II, známého jako protrombin. Je to plazmový protein, který se účinkem enzymů z rozpadlých krevních destiček a vápenatých iontů mění na enzym trombin.
Vitaminy B-komplexu – viz snímek č. 13
Vitaminy skupiny B jsou v organismu součástí enzymů, fungují jako jejich účinná nebílkovinná část, která se jmenuje kofaktor (nebo koenzym). Umožňují průběh základních enzymatických pochodů. Podílejí se na metabolismu aminokyselin, bílkovin, mastných kyselin, sacharidů apod. Jejich nejdůležitějším zdrojem jsou obiloviny, mléko a maso. Jelikož se podílí na mnoha procesech v organismu je jejich nedostatek značně znát, projevů nedostatku vit. B je celá řada (viz snímek č. 13). V extrémních případech vzniká onemocnění beri-beri, trvalé poškození nervů, které se projevuje bolestmi a křečemi svalů, posléze jejich atrofií a neschopností pohybu. Vyskytuje se u osob, které jedí převážně vysoce hlazenou loupanou rýži, u nás nepřipadá v úvahu.
Naopak nadbytek vitaminů skupiny B se téměř nevyskytuje, jelikož nadbytečné množství z organismu je vyloučeno močí.
Vitamin C (kyselina L-askorbová) – viz snímek č. 14
Vitamín C je ve vodě rozpustná látka, z toho důvodu nemůže být tělem dostatečně ukládán do zásob, a proto musí být přijímán každý den. Obecně rozšířená představa citrusových plodů jako bohatého zdroje vitaminu C není úplně správná. Nejvíce vit. C obsahují černý rybíz, kapusta, květák nebo rajčata. Zajímavé jsou brambory, samy o sobě nevykazují vysoký obsah vit. C, což ale kompenzuje jejich vysoká spotřeba, čímž se stávají jedním z jeho hlavních zdrojů.
Struktura vitaminu C se podobá glukose, ze které je i syntetizován. Většina druhů dokáže vit. C tvořit, jen primáti a např. morče to nedokážou.
Při nedostatku vit. C vzniká známé onemocnění kurděje, jedná se o poruchu syntézy kolagenu a z ní vyplývající snížená odolnost sliznic a kůže, vznik krvácení, ztráta zubů. Dnes již se jedná o vzácné onemocnění, ale dříve postihovalo námořníky na dlouhých plavbách.
Nadbytek vitaminu C neexistuje. Při extrémních příjmech se většina vyloučí močí.
Důležité pojmy – viz snímek č. 15
Společně se žáky si zopakujeme nové pojmy a ujistíme se, zda jim všichni rozumí.
Výživa – viz snímek č. 16
Se žáky bychom hromadně hovořili na téma VÝŽIVA.
Co si představujete pod pojmem výživa a živiny?
Kolik máme sníst asi maso denně?
Můžeme si dát čokoládu?
Pijete ráno kávu nebo čaj? Co je lepší?
Když zajdu do Fast Foodu je to správné? Jak často?
Živiny jsou látky, které organismus potřebuje pro svoji výživu a vývoj. Jedná se o organické sloučeniny, z nichž tělo získává energii. Mezi základní živiny patří sacharidy, lipidy a proteiny.
Pro přežití si organismus také žádá vodu, minerály, stopové prvky, vitaminy či vlákninu.
Odborníci na výživu a lékaři stanovují tzv. doporučené výživové dávky, které určují množství energie, základních živin (bílkovin, tuků a sacharidů), vitaminů a minerálních látek, které organismus v určitém věku a při určitém fyzickém výkonu potřebuje. Tyto dávky se stanovují na základě lékařských poznatků a odrážejí specifické výživové požadavky obyvatel zemí, ve kterých vznikly.
Problémem však zůstává, že většina lidí nedokáže tyto údaje uváděné v gramech, miligramech a joulech převést do praxe. Každý den vážit jednotlivé potraviny a odhadovat kolik je v nich vitaminů, je prostě nereálné. Navíc je každý člověk individualita a požadavky na výživu stejně starých lidí se mohou velmi výrazně lišit.
Obecně platí tyto zásady:
Obrázek na snímku:
Model standardizované spotřeby potravin (doporučených dávek potravin) v ČR představuje potravinovou pyramidu, kde ve spodní části pyramidy jsou umístěny potraviny, které bychom měli konzumovat nejvíce, směrem nahoru konzumace potravin klesá.
Díky pyramidě o níž informoval portál centrum.cz si můžete sestavit jídelníček, který bude po zohlednění množství vydané energie při každodenní práci dostatečně výživný, či vám pomůže zhubnout.
Pro zájemce přidávám webovou stránku, kde lze získat ještě více informací, ve spodní části je pěkné video (viz odkazy).
https://www.rehabilitace.info/vyziva-a-jidlo/potravinova-pyramida-tahak-pro-zdrave-stravovani/
https://www.youtube.com/watch?v=eVUlkArbTeU&feature=emb_logo
Jídelní lístek – viz snímek č. 17
Zdroje
Knihy:
Webové stránky:
www.rvp.cz
http://www.mssch.cz/o-studiu/svp
https://www.gymvod.cz/svp/
http://www.omska.cz/ke-stazeni/svp/
https://www.profidoplnkystravy.cz/clanky/vitaminy-skupiny-b-co-vam-hrozi-pri-jejich-nedostatku/
https://slideplayer.cz/slide/11445472/
https://www.mojechemie.cz/Biochemie:Vitam%C3%ADny
https://web.vscht.cz/~koplikr/CHP_vitaminy_%C4%8D%C3%A1st_1_z%C3%A1kladn%C3%AD_verze.pdf
http://e-chembook.eu/vitaminy
http://fblt.cz/skripta/ix-travici-soustava/7-vitaminy-a-vyziva/
https://www.anamneza.cz/nemoc/Nedostatek-vitaminu-70#vitaminy-d-e-h-k-anch
https://aktin.cz/2166-kdyz-chybi-vitaminy
http://www.studiumbiochemie.cz/materialy/materialy/Studijni_text_Biochemicke_procesy.pdf
https://www.rehabilitace.info/vyziva-a-jidlo/potravinova-pyramida-tahak-pro-zdrave-stravovani/
http://www.cafe-fauxpas.cz/cz/menu.html
https://www.ordinace.cz/clanek/zasady-pro-vyzivu-dospelych/
Obrázky:
https://www.google.com/search?q=vitaminy&rlz=1C1GGRV_enCZ753CZ753&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwixtezmyPLsAhV3DGMBHT7wBbkQ_AUoAXoECA0QAw&biw=1366&bih=625#imgrc=kJurYhXFpMKL_M
https://docplayer.cz/38463653-Obecny-metabolismus-enzymy.html
https://styl.instory.cz/zdravi/1440-seroslepost-muze-byt-velmi-nebezpecna-mnoho-lidi-trapi-a-ani-o-tom-nevi.html
https://www.google.com/search?q=vitamin+d3+vzorec&tbm=isch&ved=2ahUKEwjn7rLSi_PsAhUE7aQKHc8sBX0Q2-cCegQIABAA&oq=vitamin+d3+vzorec&gs_lcp=CgNpbWcQAzICCAA6BAgAEB5Q6jxY7VBgn1NoAHAAeACAAYoBiAHzBJIBAzYuMZgBAKABAaoBC2d3cy13aXotaW1nwAEB&sclient=img&ei=ofenX6eaIYTakwXP2ZToBw&bih=625&biw=1366&rlz=1C1GGRV_enCZ753CZ753#imgrc=Chl8jWB_a_h8EM
https://www.priznaky-projevy.cz/ortopedie/889-krivice-rachitida-rachitis-priznaky-projevy-symptomy
https://zdravi.euro.cz/leky/anemie-chudokrevnost-druhy-priznaky-lecba/
https://www.wikiskripta.eu/w/Hemol%C3%BDza
https://www.pikist.com/free-photo-xkbyu/cs
Milada Teplá, e-mail: rostejnskamilada@seznam.cz, milada.tepla@natur.cuni.cz