1. Вступление: (Приложение 1)
Человек в своей жизни, даже далёкой от химии, ежедневно сталкивается с кислотами. Сегодня мы будем говорить о кислотах, их роли в нашей жизни, постараемся увидеть удивительное и необычное в обычных на первый взгляд кислотах.
Немало кислот в нашей пище. Фрукты, овощи, молочные продукты содержат яблочную, лимонную, молочную, винную кислоты. Даже синильная кислота, которая считается сильнейшим ядом, знакома каждому, кто лакомился ядрышками слив, вишен или миндаля. Нитрил миндальной кислоты, содержащийся в ядрышках, взаимодействует со слюной при жевании и образует синильную кислоту.
Важна и разнообразна роль кислот в человеческом организме. Аскорбиновая, фолиевая, никотиновая и другие кислоты являются витаминами. Фосфорная кислота в виде солей является основным конструкционным материалом костей, зубов, ногтей. Гиалуровая кислота – основной компонент смазки всех трущихся частей в наших суставах. Аминокислоты, соединяясь друг с другом, образуют великое множество белков.
Удивительный факт: ботаникам известно более восьмисот видов растений, вырабатывающих синильную кислоту и использующих её как оружие межвидовой борьбы. И муравьи и крапива содержат муравьиную кислоту, которая при соприкосновении сильно обжигает кожу. Некоторые жуки выстреливают парами серной кислоты.
2. Органические кислоты:
а) уксусная кислота (презентация учащихся), показ опыта по ссылке http://collection.cross-edu.ru:81/catalog/rubr/528b6fb1-98e4-9a27-5ae1-2f785b646a41/27330/?interface=themcol
б) молочная кислота (презентация учащихся)
в) нуклеиновые кислоты
ДНК на службе человека.
Взлет биотехнологии, начиная с открытия структуры ДНК и заканчивая экспериментальной генной терапией, ознаменовался революционными открытиями и захватывающими техническими достижениями. Все это породило у людей ощущение способности достичь радикальных улучшений в здравоохранении, сельском хозяйстве, получении электроэнергии и других областях. Темпы развития биотехнологии, масштабы ее успеха и широта ее влияния удивили даже ее первопроходцев. Эксперты уверенны в том, что биотехнология оправдает возлагаемые на нее надежды уже в не столь отдаленном будущем.В 1863 году австрийский ботаник Грегор Мендель обнаружил, что растения гороха передают наследственные черты от родителей к потомству с помощью дискретных биологических единиц, позднее названных генами.
Спустя 6 лет, в 1869 году, швейцарский биохимик Иоганн Фридрих Мишер выделил из лейкоцитов вещество, которое вначале получило название нуклеин, а позже, когда Мишер определил, что это вещество обладает кислотными свойствами, вещество получило название нуклеиновая кислота, впоследствии – дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК.
Биологическая функция новооткрытого вещества была неясна, и долгое время ДНК считалась запасником фосфора в организме. Более того, даже в начале 20 века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче информации, поскольку строение молекулы, по их мнению, было слишком однообразным и не могло содержать закодированную информацию. Однако постепенно было доказано, что именно ДНК, а не белки, как считалось раньше, является источником генетической информации.
Вплоть до 50-х годов XX века точное строение ДНК, как и способ передачи наследственной информации, оставалось неизвестным. Хотя и было доподлинно известно, что ДНК состоит из нескольких цепочек, состоящих из нуклеотидов, никто не знал точно, сколько этих цепочек и как они соединены.
В 1953 году структура двойной спирали ДНК была предложена британским молекулярным биологом Френсисом Криком и американским биологом Джеймсом Уотсоном в 1953 году на основании рентгеноструктурных данных, полученных Розалиндой Франклин. Позже предложенная ими модель строения ДНК была доказана, что в свою очередь, привело к череде новых открытий принципов её работы на молекулярном уровне. Труд впоследствии был отмечен Нобелевской премией по физиологии и медицине 1962 г.
ДНК является носителем генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. С молекулами ДНК связаны два основополагающих свойства живых организмов – наследственность и изменчивость. Изменение последовательности нуклеотидов в ДНК (мутации) может приводить к генетическим нарушениям в организме.
Эти открытия были достижениями лишь в области биохимии. Только в 1972 году ученые предложили новаторский способ объединения биохимии с технологиями, в результате чего родилась биотехнология.
Каждая клетка в живом организме, начиная от бактерии и заканчивая человеком, содержит ДНК. В свою очередь, ДНК состоит из четырех "строительных блоков", называемых основаниями, с сокращенными названиями A, T, G и С. Подобно тому, как из 26 букв английского алфавита, выстроенных и чередующихся в определенном порядке, складываются осмысленные предложения, из четырех оснований ДНК образуются цепочки ДНК в порядке, уникальном для каждого живого существа.
ДНК представляет собой постоянный "шаблон", из которого образуются его временные аналоги, называемые рибонуклеиновой кислотой или РНК, которая, в конечном счете, "поручает" клеточному механизму создать уникальные белки. Каждая нить оснований ДНК, содержащая код одного белка, называется геном.
Ген можно представить себе в виде набора инструкций, содержащих указания для механизма клетки о том, как соединять аминокислоты для формирования того или иного белка. Механизм любой клетки, будь-то клетка бактерии или человека, использует этот набор инструкций для создания точно такой же последовательности аминокислот и, следовательно, точно такого же белка.
Если это так, рассуждали ученые, то нельзя ли взять человеческий ген, создающий тот или иной жизненно важный белок, поместить его в ДНК бактерии и заставить бактерии непрерывно выдавать новые "партии" этого белка?
Когда группе ученого Бойера удалось это сделать – создать рекомбинантную ДНК, которая объединила ДНК человека и бактерии, – и родилась биотехнология. Ученые нашли способ, как превратить столь простые организмы, как бактерии, в "фабрики", крошечные "сборочные линии" по изготовлению важных для человека белков, таких как инсулин и гормон роста человека.
Методы, сделавшие возможным манипуляцию ДНК, позволили ученым создать революционные технологии. В восьмидесятых годах прошлого века компания "Пи-Пи-Эл терапеутикс" из Эдинбурга (Шотландия) использовала генную инженерию для создания коровы Рози, в молоке которой содержался человеческий белок альфа-лактальбумин. Это молоко можно назначать недоношенным младенцам, которые слишком малы для того, чтобы их можно было кормить грудью, а повышенное содержание белка обеспечивает малышей аминокислотами, необходимыми для их развития.
Эмбрионы коровы Рози были использованы для создания ее клонов, которым будет позволено нормально воспроизводиться для создания стада молочных коров улучшенной породы. Процесс клонирования включал в себя удаление ДНК из одной из клеток Рози и использование ее вместо ДНК коровьего эмбриона. Появившийся в результате на свет теленок был генетически идентичен Рози. Подобные эксперименты проводились в течение многих лет на лягушках, мышах и овцах.
Впервые клонировали овцу, взяв ДНК из овечьей клетки и поместив ее в клетку не эмбриона, а молочной железы, впервые доказав, что даже "взрослые" клетки могут быть модифицированы в другие клетки. До этого считалось, что данный процесс может осуществляться только на незрелых стволовых клетках. Отец" всемирно известной клонированной овечки Долли, "родившейся" в 1996 году, британский специалист Ян Уилмут считает, что "в будущем имеет смысл использовать клонирование человеческих эмбрионов для лечения серьезных заболеваний".
Спустя год американский биолог Джеймс Томпсон впервые культивировал стволовые клетки эмбриона человека – клетки, которые высоко ценятся из-за своей способности развиваться в специфические клетки. В настоящее время ученые изучают вопрос о том, можно ли использовать стволовые клетки для замены мертвых или поврежденных клеток, тем самым, дав больным, у которых заболевания головного мозга или отказывают жизненно важные органы, надежду на излечение.
Наряду с технологией клонирования в девяностых годах XX года был реализован еще один революционный проект в области изучения ДНК. С тех пор как Уотсон и Крик определили молекулярную структуру ДНК, ученые питали надежду, что им когда-либо удастся идентифицировать каждый ген в ДНК человека, что чрезвычайно сложно, поскольку у человека насчитывается от 20 до 25 тыс. генов. К 1990 году биотехнология была уже достаточно развитой для того, чтобы всемирный консорциум смело взялся за ее решение. Этот проект получил название "Геном человека".
Проект преследовал три цели – идентифицировать все гены человека, определить порядок расположения трех миллиардов пар оснований – т. е., "строительных блоков" A, T, G и C, – из которых образуется ДНК человека, и предоставить информацию о найденной последовательности исследователям. Проект был завершен в 2003 году – на два года раньше запланированного срока, – и в настоящее время ученые изучают полученные данные для их использования в медицинской генной терапии.
В последовательность 1-й хромосомы входит 223 569 564 нуклеотидных оснований, что составляет около 8% от человеческого генома. Она кодирует в два раза больше генов, чем средняя человеческая хромосома – более 3000 генов, включая те, мутации которых лежат в основе развития более 350 известных заболеваний, в том числе некоторых типов рака, болезней Альцгеймера и Паркинсона, гиперлипидэмии и порфирии. В ходе последнего этапа секвенирования идентифицировано более 1000 новых генов, что должно помочь ученым в разработке новых диагностических тестов и методов терапии различных заболеваний.
3. Неорганические кислоты:
Открывая бутылку лимонада, “Пепси-колы” или любого другого газированного напитка, мы также сталкиваемся с кислотой. Это угольная кислота. Как часто предательски вырывается она из бутылки, разбрызгиваясь вокруг. Это происходит потому, что молекулы её крайне неустойчивы, а в бутылке она находится под большим давлением, когда мы открываем крышку, она сразу разлагается
H2CO3=H2O + CO2
Угольная кислота – это тот редкий случай вещества, формулу которого принято считать условной, то есть такой молекулы не существует.
Немало дел и у соляной кислоты. В желудке она активирует фермент пепсиноген, разлагающий белки, попавшие с пищей, на составные части. Кроме того, она сильный бактерицид. У птиц, питающихся падалью, кислотность желудочного сока поразительно высокая, это помогает им расправляться с миллиардами микробов.
а) желудочный сок (презентация учащихся)
Общее количество кислот, вырабатываемое ежедневно нашим организмом, велико и соответствует по кислотности двум-трём литрам концентрированной соляной кислоты. От количества кислот в организме зависит состояние здоровья, работоспособность и даже настроение.
б) “царская водка” (презентация учащихся)
в) серная кислота (презентация учащихся)
После презентации можно подготовить и показать опыт, иллюстрирующий окислительные свойства концентрированной серной кислоты (“Самовозгорание костра”)
Самая значительная функция кислот в природе состоит в разрушении горных пород и образовании почвы. Почва образуется под действием кислот, выделяемых лишайниками.
Дождевая вода лишь на первый взгляд кажется чистой. На самом деле она является слабым раствором угольной кислоты. После летней грозы в дождевой воде оказывается ещё и азотная кислота, она образуется из оксидов азота, которые, в свою очередь, образуются при “горении воздуха” вокруг молнии
г) кислотные дожди (презентация учащихся)
4. Викторина “Этот загадочный мир кислот”
- Кислота, которая легко разлагается на углекислый газ и воду? (угольная)
- Кислота, по уровню производства которой можно судить о мощности химической промышленности страны? (серная)
- Какие кислоты входят в состав “царской водки”? (азотная и соляная)
- Какую кислоту невозможно получить из соответствующего ей оксида? (кремниевую)
- Какая кислота при взаимодействии с металлами не образует водород? (азотная)
- Метод добывания из растений яблочной, щавелевой и других кислот разработал химик, о котором Дюма сказал, что … “не мог прикоснуться к какому-либо телу, без того, чтобы не сделать открытия”. Этот химик также открыл газ и назвал его “огненным воздухом”. Кто этот химик? (Антуан Лоран Лавуазье)
- В результате расщепления этого органического вещества образуется молочная кислота, что это за полисахарид? (глюкоза)
- В 1793 году с русским химиком Товием Ловицем произошли два странных случая. Однажды он уронил в чашку с полученной безводной кислотой шпатель с порошком пероксида натрия, и кислота вспыхнула. В другой раз он поднес к этой же кислоте горящую свечу, пары кислоты вспыхнули, появилось слабо светящее пламя. Свойства какой кислоты изучал Ловиц? (уксусная кислота)
- Иногда для быстрого снятия ощущения изжоги после еды принимают раствор питьевой соды. Зачем это делают? (Изжога – это обратный заброс кислого содержимого желудка в пищевод, а раствор соды имеет щелочную реакцию. При этом происходит нейтрализация излишков желудочного сока в пищеводе.)
- Со времен Гомера известен этот оксид – бесцветный газ с резким запахом. Одиссей окуривал им помещение, в котором сражался. Тот же оксид стал причиной смерти Плиния во время извержения Везувия в 79 году нашей эры. В наши дни это соединение выбрасывается в атмосферу с дымом электростанций и заводов и является причиной кислотных дождей. Что это за газ и какую кислоту он образует? (сернистый газ, сернистая кислота)
- Кислоты с “секретом”:
Участникам олимпиады по химии было поручено приготовить 72 % растворы хлорноватистой, хлористой, хлорноватой и хлорной кислот. Победителем был признан участник олимпиады, который приготовил только один раствор. Как вы думаете почему? (Можно приготовить 72% раствор только в случае хлорной кислоты, другие кислоты существуют в более разбавленных растворах.)
5. Подведение итогов и награждение победителей.
6. Список используемой литературы:
- Мартыненко Б.В. “Химия: кислоты и основания” Москва, Просвещение 2000 год.
- Сергеев Александр. Статья “ДНК – строительный материал будущего” журнал “Нанотехнологии” декабрь 2005 год.
- Динеш Рамде “Рождение биотехнологии: ДНК на службе человека”
- Венецкий С.И. “Рассказы о металлах” издательство “Металлургия” 1978 год.
- “Роль серной кислоты в жизни человека” https://urok.1sept.ru/index.php?numb_artic=416164
- Урок химии по теме: "Карбоновые кислоты. Строение, свойства, получение, применение" https://urok.1sept.ru/index.php?numb_artic=418722