Интегрированный урок "Строение и функции белков"

Цель: изучить особенности строения белков, выявить их роль в жизнедеятельности клетки.

Задачи:

• образовательная: показать взаимосвязь строения и выполняемой функции на примере белков;
• развивающая: формировать умения выделять главное, анализировать, устанавливать причинно-следственную связь;
• воспитательная:  привитие навыков здорового образа жизни.

Тип урока: интегрированный (биология, химия).

Обеспечение урока:

• компьютерная презентация;
• лабораторное оборудование для опытов;
• раздаточный материал: таблицы "Структуры белка".

ХОД УРОКА

I. Введение в тему

– На прошлом уроке мы начали изучение химической организации клетки, познакомились с элементарным составом клетки и неорганическими веществами, входящими в состав клетки. Мы выяснили, что химические элементы, входящие в состав клетки делятся на три группы
– Назовите эти группы? (Макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы)
– Какие элементы самые распространенные в клетке? (С, Н, О, N)
– Какие органические вещества вам известны?
– Из каких химических элементов они состоят? (Н, С)
– Один из самых простых углеводородов входил с состав первичной атмосферы Земли. Какой это углеводород? (СН₄)
Однако подавляющее большинство органических соединений устроено гораздо более сложно, нежели углеводороды.
Одни из самых сложных и уникальных белки.

Запись темы «Строение и функции белков» (Приложение, слайд 1)

Белки называют основой жизни. Почему? Стр. 90. (Общая биология 10-11, авторы В.Б.Захаров и др.) (Содержание белков)
Но не только высокое содержание белков определяет их большое значение, но и множество функций, которые они выполняют в клетке.
– Вспомнить определения понятия жизни Ф. Энгельса и Волькенштейна.
В одних определениях упор на то, что там, где есть белки, там есть и жизнь, поэтому второе название белков – протеины (от греческого «первый», «главный»).

(Приложение, слайд 2)

Белок по своему строению полимер.
– Какие вещества мы называем полимерами?
Полимеры бывают двух типов: гомополимеры  (одинаковый, равный) и гетерополимеры (разный). Белки – это гетерополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Учитель химии познакомит вас со строением аминокислот.

Строение аминокислот (Приложение, слайд 3)

Общая формула аминокислот:

Сказать несколько слов об истории открытия аминокислот.

Аминокислоты – гетерофункциональные соединения, которые содержат две функциональные группы: аминогруппу – NH₂ и карбоксильную группу СООН, связанные с углеводородным радикалом.

В 9 классе мы знакомились с другим определением аминокислот. Вспомните его и дайте определение (Аминокислоты – это вещества, которые обладают одновременно кислотными и основными свойствами).
Основные свойства аминокислот определяет, напоминаю, NH₂, так как способна присоединить к себе Н⁺ по донорно-акцепторному механизму за счет наличия свободной электронной пары у атома азота.
Группа –СООН определяет кислотные свойства этих соединений. Следовательно, аминокислоты – амфотерные органические соединения.

(Приложение, слайд 4)

Аминокислоты могут содержать разное число NH₂ и СООН

(Приложение, слайд 5)

Названия аминокислот

Дайте название следующей аминокислоте (6-аминогексановая)

NH₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СООН

По рациональной номенклатуре положение NH₂ указывается буквами греческого алфавита, начиная со второго атома С: и название -аминокапроновая
Наиболее важными являются -аминокислоты, поскольку именно они служат кирпичиками для построения молекул живой природы – белков.

(Приложение, слайд 6)

Среди природных аминокислот выделяют протеиногенные аминокислоты, которые входят в состав белков, их около 20, все они -аминокислоты.
Примерно половина из них относятся к незаменимым, т.к. они не синтезируются в организме человека, а поступают к нам с пищей (Пример,  аминокислоты содержаться в курином кубике КНОР, таблетках глицина)

(Приложение, слайд 7)

(На нем показана таблица, в которой показаны незаменимые аминокислоты. Нажатием кнопки мышки они вылетают по очереди)

Пептидная связь (Приложение, слайд 8)

Так как аминокислоты – амфотерные вещества, то они соединяются в длинные цепочки, образуя полимеры (полипептиды).
Группа атомов – СО – NH – с помощью, которой связаны -аминокислоты, называется пептидной связью, а продукт реакции пептидом.
По числу остатков аминокислот в молекуле различают дипептиды, трипепдиды и т.д.

NH₂ – CH₂ – COOH + NH₂ – CH₂ – CООН = NH₂– CH₂ – CO – NH – CH₂ – CООН + Н₂О

Чем является данная молекула: дипептидом? трипептидом? (Дипептид)
Конец молекулы, где имеется NH₂ называется N – концом, а где СООН   С – концом.
Существует всего 20 аминокислот, а белков – великое множество. Каждый организм на Земле имеет свой собственный неповторимый набор белков, который лишь иногда бывает сходен у близких родственников.
Встает вопрос, почему из 20 аминокислот образуется бесчисленнее белковое разнообразие?
Каждый белок обладает своей присущей ему последовательностью расположения аминокислотных остатков. (33 буквы русского алфавита образуют огромное количество слов или в азбуке Морзе знаков только два – точка и тире, и тем не менее с помощью их можно передать все многообразие словарного запаса)

(Приложение, слайд 9)

Даны пять аминокислот за 3 минуты постройте разный набор белков.

А₁ А₂ А₃ А₄ А₅  (н-р, А₂ А₃ А₄ А₅ А₁)

(Спросить, кто сколько построил.)

Исключительное свойство белка – самоорганизация структуры, т.е.  способность самопроизвольно создавать определенную, свойственную только ему пространственную структуру.

(Приложение, слайд 10)

В пространственном строении белков большое значение имеет характер радикалов в молекулах  аминокислот.
Неполярные радикалы находятся внутри молекулы белка и обуславливают гидрофобные взаимодействия – особый вид контактов между гидрофобными компонентами молекул белков в водной среде.
Полярные ионогенные R находятся на поверхности и обеспечивают ионные взаимодействия.
Полярные ионогенные ОН, амидная группа могут находится  внутри и на поверхности и участвуют в образовании водородных связей. Кроме этого определенные участки внутри полипептидной цепи могут быть дополнительно связаны сульфидными связями S – S (сульфидные мостики).
Эти связи имеют различную прочность и обеспечивают образование сложной, большой молекулы белка.
Обратите внимание на рисунок в книге (химия 10 класс, автор Габриелян)  стр. 92-94.

(Приложение, слайд 11)

А сейчас с помощью учебника заполните таблицу. Время  работы – 10 минут.

Проверочная таблица (Приложение, слайд 12)

Свойства белков (Приложение, слайд 13)

Белки обладают рядом физико-химических свойств, вытекающих из их структурной организации. Это обуславливает функциональную активность белков в клетке.

Работа с текстом учебника (Общая биология 10-11, авторы В.Б.Захаров и др.) с. 94-95. Назвать свойства белков.
Есть еще одно важное свойство белков денатурация.  (Определение в учебнике) Денатурация бывает термическая и химическая.

Опыт № 1 – нагревание белка куриного яйца.
Опыт № 2 – воздействие на белок молока уксусной кислоты и на белок куриного яйца – спирта.

«Функции белков» (Приложение, слайд 14)

Итак, сигнальная функция, заключается в том, что в мембраны клеток встроены молекулы белков изменяющих третичную  структуру под воздействием внешних факторов. Разрушение структуры служит сигналом и клетка  каким – либо способом реагирует на него. Примером может служить белок – родопсин, находящийся в светочувствительных клетках сетчатки глаза. Под воздействием света он денатурирует, в клетках вырабатываются нервные импульсы. Такие белки называются рецепторными.
Важнейшей функцией является структурная. Белки входят в состав всех мембран органоидов и структур клетки. Например, всем известная хромосома, представляет собой молекулу ДНК, соединенную с белками – гистонами, превращается в спираль при этом хромосома укорачивается, утолщается и становится хорошо видна в микроскоп.

Транспортная функция связана с переносом веществ внутри клетки и по всему организму. В мембраны встроены белки – переносчики, которые переносят вещества из окружающей среды в клетки и наоборот.

Примером белка, выполняющим транспортную функцию является белок крови гемоглобин.

Ученик рассказывает о функциях гемоглобина.

Двигательную функцию выполняют сократительные белки. За счет них осуществляется движение жгутиков и ресничек  у простейших, движение листьев у растений, сокращение мышц у  животных (миозин, актин)

Защитная функция связана с образованием белков – антител в ответ на проникновение в организм чужеродных веществ и микроорганизмов. Антитела обезвреживают и связывают их. Белки также выполняют функцию свертывания крови, защищая организм от кровопотерь.

Ученик рассказывает о свертывании крови.

К защитной функции можно отнести и белки – токсины (яды), их выделяют животные для защиты от врагов: яд змей, пауков и др. микроорганизмы также могут выделять токсины. Один из самых страшных ядов является ботулин. Несколько граммов этого яда могут погубить человечество.

Запасающая функция. Белки могут быть запасными питательными веществами, например альбумин куриного яйца, казеин молока.

Регуляторная функция. Ее выполняют белки – гормоны. Например, инсулин регулирует уровень сахара в крови, способствуя синтезу гликогена и образованию жиров из углеводов.

Энергетическая функция при реакции окисления белков до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж  энергии, которая идет на жизнедеятельность. Эта функция не главная.

Каталитическая или ферментативная функция.

– Что такое катализатор?

Биологические катализаторы – ферменты. Все ферменты – белки.

Закрепление

Найти соответствие

1. Структурный                     а) альбумин
2. Токсин                               б) родопсин
3. Сигнальный                      в) ботулин
4. Двигательный                   г) миозин
5. Регуляторный (гормон)    д) гемоглобин
6. Защитный                          е) фибриноген
7. Запасной                            ж) инсулин
                                                з) белок – гистон

Домашнее задание: используя записи в тетради и текст учебника подготовить ответ на вопросы:

1. Каково строение аминокислот?
2. Какие структуры белка вы изучили?
3. Как они образуются?
4. Каковы функции белков в живом организме

Вопросы для любознательных.

1. Что такое ботулизм?
2. Каковы причины плохой свертываемости крови?