Урок "Химия клетки. Строение и функции мембраны"

Итак, из предыдущих уроков мы знаем, что вне клетки нет жизни.
Клетка находится в окружающей ее среде, отличается от нее и обменивается с ней веществами. Так было в древних клетках, живущих в первичном океане.
Так происходит и сейчас, где бы не находилась клетка – в форме одноклеточного организма или в составе колонии, или в составе огромного сложноорганизованного организма – клетка живет в окружающей ее среде и с ней взаимодействует.

Вводное слово учителя (постановка цели урока).

На данном слайде изображена схема внутренней среды организма. Все та же водная среда с растворенными веществами, как и в первичном океане.

– Расскажите, какие вещества нужны для жизни клетки.
– Как она их получает?
– Что разделяет внутреннее содержимое клетки от окружающей среды?

Сегодня мы постараемся выяснить, какое строение должна иметь плазматическая мембрана (попробуем смоделировать ее строение из различных органических веществ) в соответствии с выполняемыми функциями.
(Цель урока.)

Беседа. Учащиеся вспоминают, как работает транспортная система организма. Какие вещества поступают в клетку и удаляются из нее. (Репродуктивный уровень).

Запись темы в тетради.

1. Функции мембраны.

Задание: найдите как можно больше функций мембраны. Для этого рассмотрите предложенные рисунки и схемы.

                                     Рис. 1. Схема строения клетки            Рис.2. Схема внутренней среды организма.

Рис. 3. Тканевое строение организма человека.

   
Рис. 4. Старинные гравюры, изображающие:
а) переливание крови от человека человеку;
      б) переливание крови от животного к человеку.

Рис. 5. Нервно-гуморальная регуляция функций организма при стрессе.

Предполагаемые ответы.

1. Мембрана дает механическую защиту клетке, ограничивает.
2. Разъединяет водные растворы внешние и внутренние по химическому составу.
3. Обеспечивает избирательный транспорт веществ.
4. Обеспечивает связь между клетками в тканях.
5. Выполняет рецепторную функцию(восприятие внешних сигналов, тем самым обеспечивает взаимосвязь клеток на уровне всего организма).
6. Обеспечивает специфичность клеток.

Практический, поисковый метод деятельности учащихся.

Учащиеся объединяются в группы по 4 (две парты), им выдается набор схем и рисунков (дублируются на доске). Группы обсуждают и фиксируют результаты своих размышлений.

Предлагают классу свои варианты (коллективное обсуждение).

Учитель инструктирует, направляет, координирует, оценивает работу.

Запись в тетради функций плазматической мембраны.

– Какое строение должна иметь мембрана, чтобы обеспечить эти функции?
– Какой строительный материал вы можете предложить?

(Учащиеся называют: липиды, белки, углеводы. Учитель добавляет комплексы: липид-белок, белок-углевод, липид-углевод.)

а) Начнем со второй функции. Какое вещество способно разъединять водные растворы?

(Учащиеся предполагают, что это липиды.)

– Почему именно липиды?

Учащиеся: Потому что липиды не растворяются в воде.

Далее предлагается проделать следующие опыты:

Опыт 1. В пробирку с водой прилить несколько капель растительного масла. Что наблюдаем? Почему?

Встряхнуть пробирку. Что наблюдаем? Почему?

Опыт 2. В стаканчик с водой опустить полоску бумаги , пропитанную маслом. Что наблюдаем? Почему?

(Учащиеся говорят о нерастворимости жира в воде, несмачиваемости жирных поверхностей, об эмульгации жира – распределении в виде капелек при встряхивании) делают вывод о том, что жироподобные вещества – идеальный материал для разграничения водных растворов.)

2–3 мин.

Практическая работа.

Поисковая беседа.

6–7 мин.

Напишите формулу фосфолипида. (Учащиеся вспоминают, что это сложный эфир глицерина, жирных кислот и остатка фосфорной кислоты.)

Найдите полярные и неполярные части.

– От чего зависит распределение заряда в молекуле?
– Как распределяются заряды? Покажите смещение электронной плотности.

Нарисуем фосфолипид стилизовано – полярная голова и неполярные хвосты.

Полярность “головы” могут усиливать связанные с фосфолипидом аминокислоты.

Индивидуальная работа у доски (по желанию, при помощи учителя).

Беседа. (Уровень репродуктивный, частично-поисковый, поисковый.)

Демонстрация слайда.

Задание. В воду, молекулы которой, конечно, дипольны, “бросаем” некоторое количество молекул фосфолипидов. Учитель рисует на доске стаканчик с водой и стилизованные молекулы фосфолипидов.

– Как расположатся молекулы фосфолипидов относительно воды? Желающие выходят к доске и предлагают свои варианты. Приходят к решению.

Задание. А теперь представьте, что внутри клетки водный раствор и за пределами клетки тоже водный раствор. Как их разграничить? Учитель на доске рисует линию – воображаемую границу между клеткой и окружающей средой.

– Предложите способ разграничения водных растворов при помощи фосфолипидов.

Итак, бимолекулярный слой липидов можно считвть простейшей моделью клеточной мембраны.

Учитель: Хвосты липидов могут быть предельными и непредельными. Вспомните , как это отражается на свойствах. (Учащиеся вспоминают, что жиры с непредельными жирными кислотами имеют более низкую температуру плавления, то есть жидкие в обычных условиях.)

Учитель: Какие жирные кислоты предпочтительны для построения мембраны и почему? (Учащиеся говорят, что непредельные. Это делает мембрану жидкой, клетку более пластичной и лучше обеспечивает взаимосвязь между клетками.)

Творческое задание (моделирование мембраны). Работают все желающие выдвинуть свою версию, рисуют возможные варианты, дают объяснения, обсуждают, приходят к билипидному слою.

Поисковая беседа

– Предположите, какие органические вещества и почему смогут выполнить эту функцию.

(Учащиеся предполагают, что с этим могут справиться только сложноорганизованные белки.)

– Расскажите о строении белка по предложенным рисункам.

Итак, в толще билипидного слоя должны быть поры, через которые избирательно проходят вещества.

– Как их распознать? (Учащиеся говорят о геометрии молекул, соответствии геометрического строения участков белка и транспортируемых веществ.)
– От чего зависит, какую геометрическую форму принимает белок? (Вспоминаем о гене – участке ДНК, в котором записана информация о первичной структуре белка.)
– Чем грозят изменения в последовательности нуклеотидов?
– Некоторые белки пронизывают мембрану насквозь, некоторые слегка погружены с наружной или внутренней стороны. Объясните такие возможности. Подсказка: аминокислоты, строящие белок, могут быть гидрофобными и гидрофильными. (Учащиеся полагают, что гидрофильными участками белки погружены в наружные части билипидного слоя, а гидрофобными – в середину, там, где гидрофобные хвосты липидов.)

Беседа.

Демонстрация слайда..

Индивидуальный ответ (репродуктивный уровень).

Поисковая беседа – дальнейшее моделирование мембраны.

Поисковая беседа. Моделирование мембраны.

1. Итак, наступает самое главное , мы смоделировали мембрану клетки. А как же она работает? Поможет “вдохнуть” в нее жизнь фильм “Внутренняя жизнь клетки”. Это короткий фильм 3D-анимации, рассказывающий о различных биологических процессах в лейкоците. Фильм был создан для факультета Молекулярной и клеточной биологии Гарвардского университета. 8,5 минут анимации заняли 14 месяцев работы.

Перед просмотром фильма задание: сопоставить нашу модель мембраны с мембраной, продемонстрированной в фильме. Найти все структурные элементы мембраны и ответить на вопрос: какие функции они выполняют?

Комментарии учителя к фильму: В самом начале показан кровеносный сосуд, по которому, как ракеты проносятся эритроциты. Лейкоцит замедляет свое движение у стенки кровеносного сосуда. Здесь мы видим лейкоцит, который “катится” по эндотелию сосуда, он “цепляется” своими рецепторными белками за рецепторные белки эндотелия. Так эндотелий узнает о количестве лейкоцитов и информация передается вовнутрь клетки. Мембранные белки, задействованные в контакте клеток, сосредоточены на липидных рафтах (островках).

Демонстрация фильма.

Учитель комментирует кадры из фильма.

Фильм демонстрируется дважды. Сначала с остановками, комментариями, поисками структур. (Поисковая беседа.) А затем полностью.

– Мембрана способна быстро “затягиваться” после острых проколов. Благодаря чему это происходит?
– Как структурно должна отличаться оболочка растительной клетки, почему?
– В результате скопления жиров на повехности клетки при избыточном питании возможны нарушения в работе клеток. Почему? (Ответ: нарушается обмен веществ через мембрану.)

Пояснение учителя: при заболевании сахарным диабетом 2-го типа жир перекрывает доступ инсулина к клеткам (хотя его организм производит достаточно). Это нарушает сахарный обмен.

– Существует генетическое заболевание, при котором межклеточное пространство клеток кожи заполняется тканевой жидкостью (“водянка кожи”). Каковы, по– вашему, причины этого заболевания?

Проблемные вопросы практического характера.

VI. Подведение итогов.

Сегодня мы только прикоснулись к очень красивой проблеме – как сложно устроена клетка, как все в ней гармонично и разумно. Что вам запомнилось, что поразило? Какие возникли вопросы? Какие выводы мы можем сделать?

5 мин.

Рефлексия. Подведение итогов.

1. “Химия. 10 класс.” О.С.Габриелян, Ф.Н.Маскаев, С.Ю. Пономарев, В.И. Теренин М. Дрофа .2002 г.
2. “Общая биология” Д.К. Беляев М.Просвещение 1999 г.
3. Молекулярная биология клетки Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. М.: Мир, 1986–1987
4. Молекулярная биология Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Издательство: МИА 2007 г.
5. “Внутренняя жизнь клетки” фильм 3D-анимации авторы Д. Болинский, Д. Либлер и М. Астрахан.
6. Лекция 7. Клеточная мембрана. Клеточная стенка. Ядро. (http://pisum.bionet.nsc.ru/kosterin/lectures/lecture7/lecture7.htm)