Соавтор: учитель химии Ольховская Л А
ЦЕЛЬ: на основе знаний, полученных на уроках общей биологии, органической химии, установить связи между строением, химическими свойствами и биологическим значением белков.
СТРУКТУРА ОБОБЩАЮЩЕГО УРОКА:
Вводное слово учителя – групповая работа – выполнение задания – выступления учащихся – рецензии ответов – оценка групповой работы – подведение итогов.
“ЖИЗНЬ…– есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка.” Ф.Энгельс.
Кабинет приготовлен для групповой работы. На столах находятся: правила совместной работы, карточки настроения, критерии самооценки, карточки с заданиями для каждой группы, оборудование для проведения практической работы, “лист успеха”.
Учитель предлагает ученикам выбрать карточки “ настроения” с каким пришли на урок – это улыбающиеся, серьезные или грустные рожицы. Можно использовать цветные геометрические фигуры. Кружки – отличное настроение, квадрат – хорошее, треугольник – плохое. Консультанты групп готовы заранее, сдали тему на “5”.При защите группы непосредственно не участвуют.
Правила совместной работы.
- Нет “актеров” и “зрителей”, все – участники.
- Говорить так, чтобы тебя понимали.
- Будь активным, стремись к успеху.
- Критикуются идеи, а не личности.
- Возражай.
- Цель деятельности не в “победе” какой–либо точки зрения, а в возможности найти лучшее решение, узнав разные мнения по проблеме.
Вопросы для разминки:
1. Какие вещества являются “носителями жизни”?
2. Что такое денатурация белка?
3. Сколько видов аминокислот входит в состав
белков?
4. Какие белки называют неполноценными?
5. Какова роль информационной РНК в процессе
биосинтеза белка?
6. Какая функциональная группировка придает
аминокислоте – кислые, какая – щелочные
свойства?
7. Какие связи стабилизируют вторичную структуру
белков?
8. Что представляет собой полипептидная цепь?
9. Что называется аминокислотой?
10 .Какие четыре химических элемента обязательно
входят в состав белка?
11. В какие ткани и структуры организма входят
белки?
12. В результате какой реакции образуется
пептидная связь?
За правильный ответ ученик получает один балл и вносит его в свой “ лист успеха”.
От группы вызывается по одному человеку к доске выполнить задания:
1. Построить генетическую цепочку: углерод, аминокислота, ацетилен, карбоновая кислота белок, метан.
2. Исключить лишнее: фермент, аминокислота, целлюлоза, гемоглобин.
3. Составить схему, отражающую химическое строение (структуры белка) и кратко охарактеризовать их.
4. Составить схему, раскрывающую функции белка ( выполнять может группа, кто быстрее и больше напишет функций за одну минуту).
Работа в группах. Ученики получают карточки с заданиями.
1 ГРУППА
1. Известно, что биосинтез белка происходит в
цитоплазме, а не в ядре, где находится
необходимая для этого ДНК. Как можно объяснить
этот “странный факт”?
2. Приведите формулу дипептида, образованного
двумя молекулами лейцина.
3. Осуществить биуретовую реакцию,
охарактеризовать ее.
2 ГРУППА
1. Далеко не все белки после денатурации
способны снова приобрести утраченную ранее
структуру. Как это можно объяснить?
2. Привидите формулу дипептида, образованного
молекулой лейцина и молекулой валина.
3. Осуществить ксантопротеиновую реакцию и
охарактеризовать ее.
3 ГРУППА
1. Почему опасно белковое голодание? Дайте
аргументированный ответ.
2. Привидите формулу дипептида, образованного
двумя молекулами валина.
3. В пробирку с перекисью водорода бросьте
маленький кусочек вареного, а затем сырого
картофеля. Что вы наблюдаете? Дайте объяснение.
Назовите функцию белка, напишите уравнение
реакции.
4 ГРУППА
1. Существует удивительное разнообразие видов
белков. Объясните причины этого разнообразия.
2. Привидите формулу дипептида, образованного
молекулой глицина и молекулой лейцина.
3. В пробирку с перекисью водорода бросьте
маленький кусочек вареного, а затем сырого мяса.
Что вы наблюдаете? Дайте объяснение. Назовите
функцию белка, напишите уравнение реакции.
Сообщения учащихся по темам:
- Успехи в изучении белковых веществ.
- Генетически модифицированные продукты.
- Клонирование животных.
- Клонирование человека.
Сообщения готовятся заранее. Выступление на 3 минуты одного ученика от группы.
Проводится конкурс на лучший вывод среди групп.
ВЫВОД:
БЕЛКИ-биополимеры нерегулярного строения, мономерами которого являются 20 аминокислот разных типов. В химический состав аминокислот входят: С, О, Н, N, S. Белковые молекулы могут образовывать четыре простраственные структуры и выполняют в клетке и организме целый ряд функций: строительную, каталитическую, регуляторную, двигательную, транспортную и др.
Белки- основа живого на Земле, входят в состав кожи, мышечной и нервной ткани, волос, сухожилий, стенок сосудов животных и человека; это строительный материал клетки. Роль белков трудно переоценить, т.о. жизнь на нашей планете действительно можно рассматривать как способ существования белковых тел, осуществляющих обменом веществ и энергией с внешней средой.
Учитель химии: поскольку белок содержит разнообразные функциональные группы, он не может быть отнесен к какому-нибудь из ранее изученных классов соединений. В нем как в фокусе сочетаются признаки соединений, относящихся к различным классам. Это в сочетании с особенностями его структуры и характеризует белок как высшую форму развития вещества.
Учитель биологии: т.о. можно процитировать слова Л. Полинга: “С полным основанием можно утверждать, что белки - самые важные из всех веществ, входящих в состав организмов животных и растений”.
Самооценивание и оценка групп. Критерии самооцениванивания находятся на столах каждой группы.
| “5” 1. Имел свое мнение (идею) 2. Высказал его в слух 3. Принял участие в обсуждении данного вопроса группой 4. Сумел убедить 5. Мнение – правильное |
“4,5” 1. Имел свое мнение 2. Высказал его вслух 3. Не сумел (не пытался) убедить 4. Мнение – верное |
“4” 1. Имел свое мнение 2. Не высказал его вслух 3. Внимательно слушал обсуждение 4. Пытался убедить членов группы 5. Мнение – верное |
“3,5” 1. Имел свое мнение 2. Высказал его вслух 3. Отстаивал 4. Убедил 5. Мнение – неверное |
| “3” 1. Не имел мнения 2. Внимательно слушал 3. Принял мнение группы 4. Мнение – неверное |
“2” 1. Не имел мнения 2. Не внимательно слушал 3. Принял мнение группы 4. Мнение – неверное |
“1” 1. Не имел мнения 2. Не слушал обсуждение |
Принципы: 1. Гласность точки зрения 2. Корректное поведение 3. Умение убедить 4. Высоко ценится правильное мнение (ты ведь получаешь знания!) |
Подведение итога урока, домашнее задание. Определяем с каким настроением уходим с урока. Поднять карточки настроения.
“ Лист успеха”.
Фамилия имя
| деятельность | Оценка или баллы |
| За работу по карточке | |
| За вопрос или ответ | |
| За возражение | |
| Всего баллов |
Проводится тест “белки”.
1. Какие соединения являются мономерами молекул белка (глюкоза, глицерин, жирные кислоты, аминокислоты)?
2. Сколько незаменимых аминокислот (10, 20, 100)?
3. Какая часть молекул аминокислот отличает их друг от друга (радикал, аминогруппа, карбоксильная группа); что является общим для всех аминокислот (радикал, аминогруппа, карбоксильная группа)?
4. В результате, какой реакции образуется пептидная связь (реакции гидролиза, гидратации, конденсации, все вышеперечисленные реакции)?
5. Между какими группировками соседних аминокислот образуется пептидная связь (карбоксильными, аминогруппами, между аминогруппой одной аминокислоты и радикалом другой)?
6. Какие структуры молекулы белка способны нарушаться при денатурации, а затем восстанавливаться (первичная, вторичная, третичная, четвертичная)?
7. Какая структурная единица ответственна за синтез определенной молекулы белка (молекула ДНК, нуклеотид, триплет, ген)?
8. Какие связи стабилизируют вторичную структуру белков (ковалентные, ионные, водородные, такие связи отсутствуют)?
9. Какие белки называют неполноценными (в которых отсутствуют некоторые аминокислоты, отсутствуют незаменимые аминокислоты)?
10. Какую структуру имеет молекула гемоглобина (первичную, вторичную, третичную, четвертичную)?
Сообщение об успехах в изучении белковых веществ.
Белковые вещества давно привлекают внимание ученых. Выяснение структуры белков, многообразных функций в организме позволяет понять причины сходства родительских форм и потомства, появление у потомства более высокой жизнеспособности и продуктивности. Выяснение этих вопросов имеет большое значение для выведения высокопродуктивных животных и сортов растений. Изучение белков важно и для выяснения природы некоторых заболеваний человека и животных.
Вначале были исследованы белки, имеющие сравнительно невысокую молекулярную массу, - гормоны (регуляторы обмена веществ в организме) и ферменты (катализаторы процессов).
Проблема синтеза белков включает в себя много сложных вопросов. Первый из них – установление строения белковых молекул, расшифровка их структуры. Второй вопрос – синтез более простых веществ, но построенных по тому же принципу, что и белки. Такими веществами являются полипептиды. В 1954 г была одержана первая большая победа – расшифрована структура белка инсулина, регулирующего содержание сахара в крови. Чтобы установить формулу инсулина, английскому биохимику Ф.Сенгеру потребовалось 10 лет. Оказалось, что молекула этого гормона состоит из двух полипептидных цепей. В состав одного полипептида входит 21 аминокислотный остаток, а другого – 30. Эти полипептидные цепи соединены между собой “мостиками” из атомов серы. Спустя 10 лет после расшифровки структуры инсулина обе полипептидные цепи были синтезированы. В 1966 г был синтезирован полипептид – секретин, содержащий 27 аминокислотных остатков. Через два года был осуществлен синтез более сложного белка – рибонуклеазы, состоящего из 124 аминокислотных остатков. Но и это не предел. За последние 25 лет в изучении первичной структуры белков и их синтеза достигнут значительный прогресс. Ежегодно устанавливают полную структуру около 100 новых белков. При этом расшифровке подвергаются очень сложные белки – ферменты. Например, в 1980 г были расшифрованы сложнейшие ферменты – производные нуклеиновых кислот, полипептидные цепи которых состоят из 1342 и 1407 аминокислотных остатков! Уже сегодня известны первичные структуры более 2 тыс. белков. Это стало возможным с появлением в биохимии новых методов исследования, современных приборов, а также широкого использования компьютерной техники. Автором полипептидной теории строения белков является немецкий химик Эмиль Фишер( лауреат Нобелевской премии) Он впервые синтезировал полипептиды и разработал метод разделения аминокислот.
МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ПРОДУКТЫ.
Генная инженерия — совокупность приемов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.
Модифицированные организмы-клетки которых содержат чужеродный ген.
Одним из первых ученых, забивших тревогу о потенциальной опасности генетически модифицированных продуктов, был британский профессор Арпад Пуштай. Он назвал их "пищей для зомби". Такие выводы позволили сделать результаты опытов на крысах, которых кормили генетически модифицированной пищей. У животных возник целый набор серьезных изменений желудочно-кишечного тракта, печени, зоба, селезенки. Но самое зловещее – уменьшился объем мозга.
Сначала власти Великобритании не придали должного внимания предупреждениям ученого. Однако позже аналогичный эксперимент был проведен в Абердинской медицинской школе. Крыс кормили модифицированным картофелем, и уже через несколько дней у них обнаружилось увеличение стенок желудка и его деформация. После этого министр сельского хозяйства Великобритании поставил вопрос о запрещении продажи ГМ–продуктов без всестороннего исследования и специального разрешения.
Два слова о "полезности". По пищевым свойствам – по содержанию белка, витаминов, незаменимых аминокислот и прочих ценных составляющих - ГМ-продукты либо на уровне традиционных, либо ниже. Это общеизвестно, и об этом много говорилось на конференции. Когда появятся культуры с улучшенными пищевыми свойствами? В принципе это возможно, но в будущем Когда синтезируется новый белок, образуются минорные компоненты, которые мы не знаем и легко определить не можем, но которые могут вызывать негативные последствия, вплоть до мутагенных, канцерогенных, токсических, - предупреждает заместитель директора НИИ питания РАМН Виктор Тутельян. - Мы должны быть крайне осторожны, разумно консервативны, потому что последствия для здоровья могут быть самые-самые неприятные. Кое-что, например, уже нашла группа экспертов ВОЗ: встроенный в растение ген может перейти в микрофлору кишечника млекопитающих и вызвать сопротивление микрофлоры антибиотикам. А исследования в Московском НИИ гигиены имени Ф.Ф. Эрисмана показали, что естественная микрофлора кишечника в этом случае может или подавляться, или, наоборот, чрезмерно расти. Картофель спасает то, что он варится, то есть белок денатурируется. А если не денатурируется, то он сохраняется в кишечнике 14 часов. Но не все варится. Как быть, скажем, с бананами или томатами, с детским питанием? Известно, что аллергенность - наиболее реальная угроза, исходящая от встроенных генов. Некоторые сорта по этой причине напрочь забракованы, причем иные уже после того, как потребители на них "обожглись". Пример – соя с геном бразильского ореха.
И вот наши педиатры уже задаются вопросом: почему некоторые молочные смеси для малышей, в которые входит соевый белок и которые прежде не вызывали аллергических реакций, теперь вызывают? Может быть, все дело в том, что стала использоваться ГМ–соя? Ответа пока нет. . В марте 1998 года в США зарегистрирована генная технология "Контроль экспрессии гена растений" (в обиходе – технология "Терминатор")..
Ген суицидности. В растение вводится второй ген - стерильности (или суицидности), который убивает зародыш во втором поколении. Такие семена можно посеять только один раз, а потом покупать снова и снова. Технология эта применима к любому растению. Уже выведены сорта стерильных томатов, кукурузы, пшеницы, хлопка и других культур.
ПИЩА БУДУЩЕГО: ЗА
Трансгенный томат содержит пигмент ликопин в 3,5 раза больше. Снижает заболевания рака предстательной железы, желудка и 12–перстной железы. Люди реже страдают болезнями сердца. Новые сорта превосходят по урожайности традиционные томата. Решение проблемы голода на Земле.
ПИЩА БУДУЩЕГО: ПРОТИВ
Ни один вышедший на рынок сорт не превзошел по урожайности традиционные сорта. Продукты несут потенциальную опасность. ВЫВОД: Решить проблему голода в мире–МИФ, который еще научно необоснован. Ни один продукт питания не был проверен надлежащим образом для определения его безвредности. Продукты несут потенциальную опасность. Существует угроза распространения потенциально опасных генов. Добавление чужеродных генов меняет генетический контроль клетки. Результаты непредсказуемы, могут образоваться опасные, токсические вещества, аллергены
КЛОНИРОВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА И ЕГО ТКАНЕЙ
Клон – группа генетически идентичных клеток, возникших неполовым путем от общего предка.
Клонирование – получение идентичных особей не половым путем от общего предка.
Мы попросили нашего корреспондента в Западной Европе Николая Паклина сходить в магазин и купить что-нибудь из ГМ к обеду. Вот что из этого вышло:
Американские ученые впервые в мире провели клонирование примата. Напомним, клонирование – это создание генетически идентичной особи. Теперь до создания человеческих двойников фактически остается один шаг, и нет никаких принципиальных сложностей использования нового метода для проведения экспериментов на людях. Хотя во многих странах подобные опыты запрещены. В США учеными создана макака резус по кличке Тетра. Методика американцев несколько отличалась от той, которая была использована при клонировании ставшей известной во всем мире овцы Долли. Один из специалистов лаборатории Джеральд Шаттен сказал, что фактически ученые воспользовались природными методами. Правда, подробности сенсационной операции пока остаются в тайне.
С недавних пор стало возможным выращивать в культуре сердечную ткань и даже клапаны. И хотя до настоящего функционирующего сердца дело дойдет еще не скоро, один орган, попроще, уже сумели вырастить – мочевой пузырь. Из переплетенных тонких волокон специального полимера, который постепенно рассасывается в организме, делают каркас будущего органа и заселяют его клетками нужных типов. Это, по сути, тонкостенный шар из трех слоев — мышечного слоя, окаймленного с двух сторон слизистой оболочкой. В Бостонской детской больнице экспериментаторы, руководимые Энтони Эйталом, взяли у собак небольшое количество клеток всех трех слоев, выращивали эти слои сначала по отдельности, потом взяли пустотелый шар из биоразложимого полимера, последовательно отложили на него нужные слои клеток и, когда клетки слились в цельную структуру, заменили у собаки “родной” мочевой пузырь на выращенный в колбе. Опыт повторен несколько раз, и “искусственные” органы служат собакам нормально вот уже больше года.
Первые опыты с выращиванием тканей человеческого мочевого пузыря прошли удачно, однако до замены пузыря, пораженного, например, раком, дойдет еще не скоро. Между тем, по оценкам медиков, в мире сейчас около 400 миллионов человек могут нуждаться в замене этого органа на новый, выращенный в лаборатории. Используя американский метод, канадские биологи смогли вырастить кровеносный сосуд, также состоящий из трех слоев ткани. Процесс выращивания пятисантиметрового сосуда диаметром три миллиметра занимает около трех месяцев. Исходные клетки были взяты из сосудов пуповины. Между тем бостонская группа исследователей сумела вырастить в колбе и почечную ткань, состоящую из нескольких разных типов клеток.
Положительные стороны клонирования.
Борьба со смертельными (рак, СПИД) и многими наследственными заболеваниями.
Возможность выращивания тканей и органов в короткие сроки для пересадки их нуждающимся (кожа, сердечная ткань, клапаны сердца, кровеносные сосуды, мочевой пузырь).
Отрицательные стороны клонирования.
Короткие сроки жизни пересаженных внутренних органов. Дорогая цена операций. Этическая сторона проблемы. С технической точки зрения клонирование человека выглядит вполне выполнимым. Существование клона Человека- вымысел или реальность? Американский ученый Завос объявил что с его помощью на свет появился первый ребенок-клон, но никаких доказательств того, что но никаких доказательств того, что до сих пор не смог предоставить. Выводы: работать в данной области нужно, но тщательно отрабатывать технологии и прогнозировать последствия.
КЛОНИРОВАНИЕ ЖИВОТНЫХ
28.05.99 Клонированная овца Долли биологически гораздо старее, чем выглядит = Эдинбург – Клонированная овца Долли может внешне казаться молодой, а ее развитие - совершенно нормальным, однако, как показали исследования ее хромосом, организм овцы уже при рождении был биологически преждевременно состарившимся. Исследования хромосом Долли показывают, что, согласно информации, содержащейся в хромосомах, овца органически старше своего реального возраста на 6 лет. На вид овце 3 года, однако хромосомы показывают, что ей 9 лет.
Бракованные клоны
Сейчас есть клоны овец, мышей,
собак, крыс и свиней. В большинстве случаев клоны
животных страдают серьезными заболеваниями, а
также различными деформациями, например,
почечной, сердечной недостаточностью. Болезнь
Долли широко обсуждалась в прессе. Специалисты
вынесли неутешительный вердикт: это старость, и
лечение бессмысленно. Клонирование подошло к
рубежу, когда надо подвести печальный итог: звери
"копируются", но почти не живут.
На сегодняшний день примерно 2% клонированных
животных доживают до собственного появления на
свет и подрастают до юного возраста. Остальные
умирают на предыдущих стадиях. Те, что выживают,
обладают неустойчивым иммунитетом, подвержены
простудным заболеваниям, стареют в 2-3 раза
быстрее "оригиналов" и, в целом, болезненны,
а сколько погибло клонированных мышей, крыс, коз,
телят, поросят и приматов — узнать не
представляется возможным.
Американские ученые впервые в мире провели клонирование примата. Появилась возможность использовать так называемые зародышевые “мастер-клетки”. Чтобы вырастить органы в пробирке, ученым понадобилось 5 дней. Были выращены почки и пересажены лягушкам вместо родных. Ян Вилмут утверждает, что клонирование – это лотерея, и подошло к рубежу, когда надо подвести печальный итог: звери копируются, но почти не живут. Бракованные гены: Сейчас есть клоны овец, мышей, собак, крыс и свиней с серьезными заболеваниями. Клоны животных страдают различными деформациями, например, почечной, сердечной недостаточностью. Только 2% клонов доживают до юного возраста. Выводы: Живой организм заменить невозможно! Клон не способен понимать человека. Он не может быть верным и преданным другом.